ВОДНО-ЭЛЕКТРОЛИТНЫЙ И ФОСФАТНО-КАЛЬЦИЕВЫЙ ОБМЕН
.pdf«ВОДНО-ЭЛЕКТРОЛИТНЫЙ И ФОСФАТНО-КАЛЬЦИЕВЫЙ
ОБМЕН»
1.Регуляция водно-электролитного обмена: вазопрессин, химическая природа, место синтеза, клетки-мишени, механизм действия.
Несахарный диабет.
2.Регуляция водно-электролитного обмена: альдостерон, химическая природа, место синтеза, клетки-мишени, механизм действия.
3.Ренин-ангиотензиновая-альдостероновая система. Механизм восстановления объема крови после кровопотери. Биохимические механизмы почечной гипертензии.
4.Взаимосвязь ренин-ангиотензин-альдостероновой и калликреин-
кининовой систем
5.Паратгормон: химическая природа, место синтеза, клетки-мишени,
механизм действия, биологическая роль.
6.Кальцитриол: химическая природа, место синтеза, клетки-мишени,
механизм действия, биологическая роль.
7.Кальцитонин: химическая природа, место синтеза, клетки-мишени,
механизм действия, биологическая роль.
8.Схема регуляция фосфатно-кальциевого обмена Гипер- и
гипокальциемия
Минеральный обмен – совокупность процессов всасывания,
распределения, усвоения и выделения Фминеральных веществ, находящихся в организма преимущественно в виде неорганических соединений.
Всего в организме обнаруживается свыше 70 элементов таблицы Д.И.
Менделеева, 47 из них присутствуют постоянно и называются биогенными.
Минеральные вещества играют важную роль в поддержании кислотно-
основного равновесия, осмотического давления, системе свертывания крови,
регуляции многочисленных ферментных систем и пр., т.е. имеют решающее
значение в создании и поддержании гомеостаза. |
|
|
||
По количественному |
содержанию |
в |
организме они |
делятся |
на макроэлементы, если их |
больше чем |
0,01 |
% от массы тела (К, Са, |
|
Мg, Na, P, Cl) и микроэлементы (Mn, Zn, Cr, Cu,Fe, Co, Al, Se). |
Основную |
часть минеральных веществ организма составляют хлористые,
фосфорнокислые и углекислые соли натрия, кальция, калия, магния. Соли в жидкостях организма находятся в частично или полностью диссоциированном виде, поэтому минеральные вещества присутствуют в виде ионов – катионов и анионов.
Функции минеральных веществ:
1)пластическая (кальций, фосфор, магний);
2)поддержание осмотического давления (калий, натрий, хлор);
3)поддержание буферности биологических жидкостей (фосфор,
калий, натрий);
4)поддержание коллоидных свойств тканей (все элементы);
5)детоксикационная (железо в составе цитохрома Р-450, сера в составе глутатиона);
6)проведение нервного импульса (натрий, калий);
7)участие в ферментативном катализе в качестве кофактора или ингибитора;
8)участие в гормональной регуляции (йод, цинк и кобальт входят в состав гормонов).
Биологическая роль воды
1.Вода является универсальным растворителем для большинства органических
(кроме липидов) и неорганических соединений.
2.Вода и растворенные в ней вещества создают внутреннюю среду организма.
3.Вода обеспечивает транспорт веществ и тепловой энергии по организму.
4.Значительная часть химических реакций организма протекает в водной фазе.
5.Вода участвует в реакциях гидролиза, гидратации, дегидратации.
6.Определяет пространственное строение и свойства гидрофобных и гидрофильных молекул.
ОБЩИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ ОРГАНИЗМА
Все жидкости организма характеризуются общими свойствами:
объемом, осмотическим давлением и величиной рН.
Объем.
Распределение воды в организме зависит от возраста, пола, мышечной массы, телосложения и количества жира. Содержание воды в различных тканях распределяется следующим образом: легкие, сердце и почки (80%),
скелетная мускулатура и мозг (75%), кожа и печень (70%), кости (20%),
жировая ткань (10%). В целом, у худых людей меньше жира и больше воды.
У мужчин на воду приходится 60%, у женщин - 50% от массы тела. У
пожилых людей больше жира и меньше мышц. В среднем в организме мужчин и женщин старше 60 лет содержится соответственно 50% и 45%
воды.
При полном лишении воды смерть наступает через 6-8 дней, когда количество воды в организме снижается на 12%.
Все биологические жидкости организма условно разделены на бассейны.
Два главных бассейна — это:
—внеклеточная жидкость (относительный объём которой с возрастом увеличивается);
—внутриклеточная жидкость (относительный объём с возрастом уменьшается).
Внеклеточная и внутриклеточная жидкости разделены плазматическими мембранами клеток.
В свою очередь, бассейн внеклеточной жидкости делится на три отсека:
1) интерстициальная жидкость, которая окружает клетки. Этот отсек содержит и лимфу. Иногда лимфу относят к внутрисосудистой жидкости из-
за ее уникальной транспортной роли относительно белков и липопротеидов, а
также функции переноса лимфоцитов. Относительный объем интерстициальной жидкости значительно увеличен в раннем детстве;
2)впутрисосудистая жидкость — плазма крови. Относительный объем плазмы мало изменяется с возрастом;
3)трансцеллюлярная жидкость, которая находится в серозной полости и других специализированных полостях организма, а также в полых органах пищеварительного канала (жидкость плевральной, перикардиальной,
перитонеальной полостей и синовиального пространства, цереброспинальная и внутриглазная жидкость, секрет потовых, слюнных и слезных желез, секрет поджелудочной железы, печени, желчного пузыря, ЖКТ и дыхательных путей).
Гистогематический барьер отделяет внутрисосудистую жидкость от интерстициальной, а трансцеллюлярная жидкость отделяется эпителиальными мембранами. Разделение жидкостей в секторах обеспечивает разный их состав, который, в свою очередь, формирует градиенты ионов и давлений, важные для реализации физиологических функций организма.
Между бассейнами жидкости интенсивно обмениваются. Перемещение воды из одного сектора в другой происходит при изменении осмотического давления.
Осмотическое давление – это давление, которое создают все растворенные в воде вещества. Осмотическое давление внеклеточной жидкости определяется главным образом концентрацией NaCl.
Внеклеточная и внутриклеточная жидкости значительно отличаются по составу и концентрации отдельных компонентов, но общая суммарная концентрация осмотически активных веществ примерно одинакова.
рН – отрицательный десятичный логарифм концентрации протонов.
Величина рН зависит от интенсивности образования в организме кислот и оснований, их нейтрализации буферными системами и удалением из организма с мочой, выдыхаемым воздухом, потом и калом.
В зависимости от особенности обмена, величина рН может заметно отличаться как внутри клеток разных тканей, так и в разных отсеках одной клетки (в цитозоле кислотность нейтральная, в лизосомах и в межмембранном пространстве митохондрий - сильно кислая). В
межклеточной жидкости разных органов и тканей и плазме крови величина рН, как и осмотическое давление, относительно постоянная величина.
РЕГУЛЯЦИЯ ВОДНО-СОЛЕВОГО БАЛАНСА ОРГАНИЗМА
В организме водно-солевой баланс внутриклеточной среды поддерживается постоянством внеклеточной жидкости. В свою очередь,
водно-солевой баланс внеклеточной жидкости поддерживается через плазму крови с помощью органов и регулируется гормонами.
1. Органы, регулирующие водно-солевой обмен
Поступление воды и солей в организм происходит через ЖКТ, этот процесс контролируется чувством жажды и солевым аппетитом. Выведение излишков воды и солей из организма осуществляют почки. Кроме того, воду из организма выводят кожа, легкие и ЖКТ.
Баланс воды в организме
Поступление |
Выведение |
|
|
1,1-1,4л жидкая пища через ЖКТ |
1,2-1,5л с мочой через почки |
|
|
0,8-1л твердая пища через ЖКТ |
0,5-0,6л испаряется через кожу |
|
|
0,3л метаболическая вода |
0,4л с выдыхаемым воздухом через |
|
легкие |
|
|
|
0,1-0,3л с калом через ЖКТ |
|
|
Итого: 2,2-2,7л |
Итого: 2,2-2,7л |
|
|
Для ЖКТ, кожи и легких выведение воды является побочным процессом,
который происходит в результате выполнения ими своих основных функций.
Например, ЖКТ теряет воду, при выделении из организма непереваренных веществ, продуктов метаболизма и ксенобиотиков. Легкие теряют воду при дыхании, а кожа при терморегуляции.
Изменения в работе почек, кожи, легких и ЖКТ может привести к нарушению водно-солевого гомеостаза. Например, в жарком климате, для поддержания температуры тела, кожа усиливает потовыделение, а при отравлениях, со стороны ЖКТ возникает рвота или диарея. В результате усиленной дегидратации и потери солей в организме возникает нарушение водно-солевого баланса.
Основные гормоны, участвующие в тонкой регуляции водно-солевого баланса и действующие на дистальные извитые канальцы и собирательные трубочки почек: антидиуретический гормон (АДГ), альдостерон и
предсердный натриуретический фактор (ПНФ). Также в регуляции водно-
электролитного участвует ренин – ангиотензин - альдостероновая система.
АНТИДИУРЕТИЧЕСКИЙ ГОРМОН.
Одним из гормонов, участвующих в тонкой регуляции водно-солевого баланса и действующих на дистальные извитые канальцы и собирательные трубочки почек является антидиуретический гормон (АДГ).
Антидиуретический гормон (АДГ), или вазопрессин - пептид с молекулярной массой около 1100 Д, содержащий 9 аминокислот, соединённых одним дисульфидным мостиком.
АДГ синтезируется в нейронах гипоталамуса в виде предшественника препрогормона, который поступает в аппарат Гольджи и превращается в прогормон. В составе нейросекреторных гранул прогормон переносится в нервные окончания задней доли гипофиза (нейрогипофиз). Во время транспорта гранул происходит процессинг прогормона, в результате чего он расщепляется на зрелый гормон и транспортный белок - нейрофизин.
Стимулом, вызывающим секрецию АДГ, служит повышение
концентрации ионов натрия и увеличение осмотического давления
внеклеточной жидкости.
Основное физиологическое действие вазопрессина - увеличение реабсорбции воды в почках при уменьшении АД или объёма крови (поэтому другое название этого гормона - антидиуретический). Кроме того,
вазопрессин вызывает сужение гладко-мышечных клеток (ГМК) сосудов.
Основные биологические эффекты вазопрессинапроявляются через взаимодействие с 2 типами рецепторов.
V1-рецепторы расположены в клетках гладкой мускулатуры сосудов в комплексе с фосфолипазой С. Результат трансдукции сигнала в эти клетки -
сокращение сосудов.
V2-рецепторырасположены в клетках почечных канальцев. Взаимодействие вазопрессина с V2-рецепторами активирует аденилатциклазную систему,
увеличивая в клетках концентрацию цАМФ и активность протеинкиназы А.
В результате этой активации происходит фосфорилирование белков,
стимулирующих экспрессию генов белков, аквапорина-2. которые образуют каналы, обеспечивающие реабсорбцию воды.Аквапорин-2 встраивается в апикальную мембрану клеток, образуя в ней водные каналы. По этим каналам вода пассивной диффузией реабсорбируется из мочи в интерстициальное пространство и моча концентрируется.
Дефицит АДГ приводит к развитию несахарного диабета. Происходит нерегулируемая экскреция воды, а наиболее опасным последствием является дегидратация организма. Основное проявление несахарного диабета -
гипотоническая полиурия, т.е. выделение большого количества мочи низкой плотности, что приводит к дегидратации организма. Снижение секреции АДГ приводит также к усиленному потреблению воды. Диагностические критерии несахарного диабета: выраженная полиурия (до 20 л в сутки,
плотность мочи <1,010, в норме - 1,020).
АЛЬДОСТЕРОН
Альдостерон – наиболее активный минералокортикостероид,
синтезирующийся клетками клубочковой зоны коры надпочечников.
Синтез и секрецию альдостерона стимулируют ангиотензин II, низкая концентрация Na+ и высокая концентрацией К+ в плазме крови, АКТГ,
простагландины. Секрецию альдостерона тормозит низкая концентрация К+.
Механизм действия альдостерона
Результат действия альдостерона - индукция синтеза:
а) белков-транспортёров Na+ из просвета канальца в эпителиальную клетку почечного канальца;
б) Nа+,К+,-АТФ-азы, обеспечивающей удаление ионов натрия из клетки почечного канальца в межклеточное пространство и переносящей ионы калия из межклеточного пространства в клетку почечного канальца;
в) белков-транспортёров ионов калия из клеток почечного канальца в первичную мочу;
г) митохондриальных ферментов ЦТК, в частности цитратсинтазы,
стимулирующих образование молекул АТФ, необходимых для активного транспорта ионов.
Суммарным биологическим эффектом индуцируемых альдостероном белков является увеличение реабсорбции ионов натрия в канальцах нефронов, что вызывает задержку NaCl в организме, и возрастание экскреции калия.
ПРЕДСЕРДНЫЙ НАТРИУРЕТИЧЕСКИЙ ФАКТОР (ПНФ)
Это пептид, содержащий 28 аминокислот с единственным диеульфидным мостиком. ПНФ синтезируется, главным образом, в кардиомиоцитах предсердий в виде препрогормона, состоящего из 126 аминокислотных остатков.
Основным фактором, регулирующим секрецию предсердного натрийуретического фактора, является увеличение АД, увеличение осмолярности плазмы, повышение частоты сердцебиений, повышенный уровень катехоламинов и глюкокортикоидов в крови.
Основные клетки-мишени ПНФ - почки, периферические артерии. В
почках ПНФ стимулирует расширение приносящих артериол, усиление почечного кровотока, увеличение скорости фильтрации и экскреции ионов натрия. В периферических артериях ПНФ снижает тонус гладких мышц и соответственно расширяет артериолы.
Таким образом, суммарным действием ПНФ является увеличение экскреции
Na+ и понижение АД.
РЕНИН-АНГИОТЕНЗИН-АЛЬДОСТЕРОНОВАЯ СИСТЕМА
Ренин |
- |
протеолитический |
фермент, |
продуцируемый |
юкстагломерулярными клетками, расположенными вдоль конечной части афферентных
(приносящих) артериол, входящих в почечные клубочки, в ответ на уменьшение АД (кровотечение, потеря жидкости, снижение концентрации
NaCl).
Субстратом для ренина служит ангиотензиноген. Ангиотензиноген -
α2-глобулин, содержащий более чем 400 аминокислотных остатков.
Образование ангиотензиногена происходит в печени и стимулируется глюкокортикоидами и эстрогенами. Ренин гидролизует пептидную связь в молекуле ангиотензиногена и отщепляет N-концевой декапептид
(ангиотензин I).