Водно электролитный и фосфатно кальциевый обмен биохимия. Гормоны, регулирующие водно-солевой обмен

Значение темы: Вода и растворенные в ней вещества создают внутреннюю среду организма. Важнейшие параметры водно-солевого гомеостаза – осмотическое давление, рН и объем внутриклеточной и внеклеточной жидкости. Изменение этих параметров может привести к изменению артериального давления, ацидозу или алкалозу, дегидратации и отекам тканей. Основные гормоны, участвующие в тонкой регуляции водно-солевого обмена и действующие на дистальные канальцы и собирательные трубочки почек: антидиуретический гормон, альдостерон и натриуретический фактор; ренин-ангиотензивная система почек. Именно в почках происходит окончательное формирование состава и объема мочи, обеспечивающее регуляцию и постоянство внутренней среды. Почки отличаются интенсивным энергетическим обменом, что связано с необходимостью активного трансмембранного транспорта значительных количеств веществ при образовании мочи.

Биохимический анализ мочи дает представление о функциональном состоянии почек, обмена веществ в различных органах и организме в целом, способствует выяснению характера патологического процесса, позволяет судить об эффективности проводимого лечения.

Цель занятия: изучить характеристику параметров водно-солевого обмена и механизмы их регуляции. Особенности метаболизма в почках. Научиться проводить и оценивать биохимический анализ мочи.

Студент должен знать:

1. Механизм образования мочи: клубочковая фильтрация, реабсорбция и секреция.

2. Характеристика водных компартментов организма.

3. Основные параметры жидкой среды организма.

4. Чем обеспечивается постоянство параметров внутриклеточной жидкости?

5.Системы (органы, вещества), обеспечивающие постоянство внеклеточной жидкости.

6.Факторы (системы), обеспечивающие осмотическое давление внеклеточной жидкости и его регуляцию.

7. Факторы (системы), обеспечивающие постоянство объема внеклеточной жидкости и его регуляцию.

8. Факторы (системы), обеспечивающие постоянство кислотно-щелочного состояния внеклеточной жидкости. Роль почек в этом процессе.

9. Особенности метаболизма в почках: высокая активность обмена веществ, начальный этап синтеза креатина, роль интенсивного глюконеогенеза (изоферменты), активация витамина Д3.

10. Общие свойства мочи (количество за сутки –диурез, плотность, цвет, прозрачность), химический состав мочи. Патологические компоненты мочи.

Студент должен уметь:

1.Провести качественное определение основных компонентов мочи.

2.Оценить биохимический анализ мочи.

Студент должен владеть информацией: о некоторых патологических состояниях, сопровождающихся изменением биохимических параметров мочи (протеинурия, гематурия, глюкозурия, кетонурия, билирубинурия, порфиринурия); Принципами планирования лабораторного исследования мочи и анализа результатов для постановки предварительного заключения о биохимических сдвигах на основании результатов лабораторного обследования.

1.Строение почки, нефрона.

2. Механизмы формирования мочи.

Задания для самоподготовки:

1. Обратитесь к курсу гистологии. Вспомните строение нефрона. Отметьте проксимальный каналец, дистальный извитой каналец, собирательную трубку, сосудистый клубочек, юкстагломерулярный аппарат.

2. Обратитесь к курсу нормальной физиологии. Вспомните механизм образования мочи: фильтрация в клубочках, реабсорбция в канальцах с образованием вторичной мочи и секреция.

3. Регуляция осмотического давления и объема внеклеточной жидкости связана с регуляцией, главным образом, содержания ионов натрия и воды во внеклеточной жидкости.

Назовите гормоны, участвующие в этой регуляции. Опишите их эффект по схеме: причина секреции гормона; орган (клетки) –мишени; механизм их действия в этих клетка; конечный эффект их действия.

Проверьте свои знания:

А.Вазопрессин (все верно, кроме одного):

а. синтезируется в нейронах гипоталамуса; б. секретируется при повышении осмотического давления; в. увеличивает скорость реабсорбции воды из первичной мочи в почечных канальцах; г. увеличивает реабсорбцию в почечных канальцах ионов натрия; д. снижает осмотическое давление е. моча становится более концентрированной.

Б. Альдостерон (все верно, кроме одного):

а. синтезируется в коре надпочечников; б. секретируется при снижении концентрации ионов натрия в крови; в. в почечных канальцах увеличивает реабсорбцию ионов натрия; г. моча становится более концетрированной.

д. главным механизмом регуляции секреции аренин-ангиотензивная система почек.

В. Натриуретический фактор (все верно, кроме одного):

а. синтезируется в основ клетками предсердия; б. стимул секреции – повышение артериального давления; в. усиливает фильтрующую способность клубочков; г. увеличивает образование мочи; д. моча становится менее концентрированной.

4. Составьте схему, иллюстрирующую роль ренин-ангиотензивной системы в регуляции секреции альдостерона и вазопрессина.

5. Постоянство кислотно-основного равновесия внеклеточной жидкости поддерживается буферными системами крови; изменением легочной вентиляции и скорости выделения почками кислот(Н+).

Вспомните буферные системы крови (основная бикарбонатная)!

Проверьте свои знания:

Пища животного происхождения имеет кислый характер (преимущественнонно за счет фосфатов, в отличие от пищи растительного происхождения). Как изменится рН мочи у человека, использующего преимущественно пищу животного происхождения:

а. ближе к рН 7,0; б.рН около 5.; в. рН около 8,0.

6. Ответьте на вопросы:

А. Чем объяснить высокую долю кислорода, потребляемую почками (10%);

Б. Высокую интенсивность глюконеогенеза;??????????

В. Роль почек в обмене кальция.

7. Одна из главных задач нефронов реабсорбировать из крови полезные вещества в нужном количестве и удалить из крови конечные продукты обмена.

Составьте таблицу Биохимические показатели мочи:

Аудиторная работа.

Лабораторная работа:

Провести ряд качественных реакций в пробах мочи разных пациентов. Сделать заключение о состоянии обменных процессов по результатам биохимического анализа.

Определение рН.

Ход работы: На середину индикаторной бумаги наносят 1-2 капли мочи и по изменению цвета одной из окрашенных полосок, совпадающему с окраской контрольной полосы, устанавливают рН исследуемой мочи. В норме рН 4,6 – 7,0

2. Качественная реакция на белок . Нормальная моча белка не содержит (следовые количества не открываются обычными реакциями). При некоторых патологических состояниях в моче может появиться белок – протеинурия.

Ход работы : К 1-2 мл мочи добавить 3-4 капли свежеприготовленного 20% раствора сульфасалициловой кислоты. При наличии белка появляется белый осадок или муть.

3. Качественная реакция на глюкозу (реакция Фелинга).

Ход работы: К 10 каплям мочи прибавить 10 капель реактива Фелинга. Нагреть до кипения. При наличии глюкозы появляется красное окрашивание. Результаты сравнить с нормой. В норме в моче следовые количества глюкозы качественными реакциями не обнаруживается. Принято считать в норме глюкозы в моче нет. При некоторых патологических состояниях в моче появляется глюкоза- глюкозурия.

Определение можно провести с помощью тест-полоски (индикаторной бумаги)/

Обнаружение кетоновых тел

Ход работы: На предметное стекло нанести каплю мочи, каплю 10% раствора едкого натрия и каплю свежеприготовленного 10% раствора нитропруссида натрия. Появляется красное окрашивание. Прилить 3 капли концентрированной уксусной кислоты – появляется вишневое окрашивание.

В норме кетоновые тела в моче отсутствуют. При некоторых патологических состояниях в моче появляется кетоновые тела – кетонурия.

Самостоятельно решить задачи, ответить на вопросы:

1. Увеличилось осмотическое давление внеклеточной жидкости. Опишите, в виде схемы, последовательность событий, которые приведут к его снижению.

2. Как изменится продукция альдостерона, если избыточная продукция вазопрессина приведет к значительному снижению осмотического давления.

3. Изложите последовательность событий (в виде схемы), направленных на восстановление гомеостаза при снижении концентрации хлорида натрия в тканях.

4. У пациента сахарный диабет, который сопровождается кетонемией. Как главная буферная система крови – бикарбонатная - ответит на изменение кислотно-основного равновесия? Какова роль почек в восстановлении КОС? Изменится ли рН мочи у данного пациента.

5.Спортсмен, готовясь к соревнованиям, проходит усиленную тренировку. Как измениться скорость глюконеогенеза в почках (ответ аргументировать)? Возможно ли изменение рН мочи у спортсмена; ответ аргументировать)?

6. У пациента отмечены признаки нарушения метаболизма в костной ткани, что отражается и на состоянии зубов. Уровень кальцитонина и паратгормона в пределах физиологической нормы. Пациент получает витамин Д (холекальциферол) в необходимых количествах. Сделайте предположение о возможной причине нарушения метаболизма.

7. Рассмотрите стандартный бланк «Общий анализ мочи» (многопрофильная клиника ТюмГМА) и умейте объяснить физиологическую роль и диагностическое значение биохимических компонентов мочи, определяемых в биохимических лабораториях. Запомните биохимические показатели мочи в норме.

Занятие 27. Биохимия слюны.

Значение темы: В полости рта сочетаются различные ткани и обитают микроорганизмы. Они находятся во взаимосвязи и определенном постоянстве. И в поддержании гомеостаза ротовой полости, и организма в целом, важнейшая роль принадлежит ротовой жидкости и, конкретно, слюне. Полость рта, как начальный отдел пищеварительного тракта, является местом первого контакта организма с пищей, лекарственными веществами и другими ксенобиотиками, микроорганизмами. Формирование,состояние и функционирование зубов и слизистой оболочки полости рта также во многом определяется химическим составом слюны.

Слюна выполняет несколько функций, определяемых физико-химическими свойствами и составом слюны. Знание химического состава слюны, функций, скорости слюноотделения, взаимосвязи слюны с болезнями полости рта способствует выявлению особенностей патологических процессов и поиску новых эффективных средств профилактики стоматологических заболеваний.

Некоторые биохимические показатели чистой слюны коррелируются с биохимическими показателями плазмы крови, в связи с этим анализ слюны является удобным неинвазивным методом, используемый в последние годы для диагностики стоматологических и соматических заболеваний.

Цель занятия: Изучить физико-химические свойства, составные компоненты слюны, обуславливающие ее основные физиологические функции. Ведущие факторы, ведущие к развитию кариеса,отложению зубного камня.

Студент должен знать:

1 . Железы, секретирующие слюну.

2.Структура слюны (мицеллярное строение).

3. Минерализующая функция слюны и факторы, обуславливающие и влияющие на эту функции: перенасыщенность слюны; объем и скорость сальвации; рН.

4. Защитная функция слюны и компоненты системы, обуславливающие эту функцию.

5. Буферные системы слюны. Показатели рН в норме. Причины нарушения КОС (кислотно-основное состояние) в полости рта. Механизмы регуляции КОС в полости рта.

6. Минеральный состав слюны и в сравнении с минеральным составом плазмы крови. Значение компонентов.

7. Характеристика органических компонентов слюны, специфические для слюны компоненты, их значение.

8. Пищеварительная функция и факторы, ее обуславливающие.

9. Регуляторная и выделительная функции.

10. Ведущие факторы, ведущие к развитию кариеса,отложению зубного камня.

Студент должен уметь:

1. Различать понятия «собственно слюна или слюна», «десневая жидкость», «ротовая жидкость».

2. Уметь объяснить степень изменения резистентности к кариесу при изменении рН слюны, причины изменения рН слюны.

3. Собрать смешанную слюну для анализа и провести анализ химического состава слюны.

Студент должен владеть: информацией о современных представлениях о слюне как объекте неинвазивных биохимических исследований в клинической практике.

Сведения из базовых дисциплин, необходимые для изучения темы:

1. Анатомия и гистология слюнных желез; механизмы слюноотделения и его регуляция.

Задания для самоподготовки:

Изучите материал темы в соответствии с целевыми вопросами («студент должен знать») и письменно выполните следующие задания:

1.Запишите факторы, определяющие регуляцию слюноотделения.

2.Изобразите схематично мицеллу слюны.

3. Составьте таблицу: Минеральный состав слюны и плазмы крови в сравнении.

Изучите значение перечисленных веществ. Запишите иные неорганические вещества, содержащиеся в слюне.

4. Составьте таблицу: Основные органические компоненты слюны и их значение.

6. Запишите факторы, ведущие к снижению и повышению резистентности

(соответственно) к кариесу.

Аудиторная работа

Лабораторная работа: Качественный анализ химического состава слюны

Первые живые организмы появились в воде около 3 млрд лет тому назад, и до настоящего времени вода является главнейшим биорастворителем.

Вода - жидкая среда, которая является главным компонентом живого организма, обеспечивающая его жизненно важные физико-химические процессы: осмотическое давление, величину pH, минеральный состав. Вода составляет в среднем 65% общей массы тела взрослого животного и более 70% новорожденного. Более половины количества этой воды находится внутри клеток организма. Учитывая очень малую молекулярную массу воды, рассчитано, что около 99% всех молекул в клетке являются молекулами воды (Бохински Р., 1987).

Высокая теплоемкость воды (требуется 1 кал на нагревание 1 г воды на 1°С) позволяет организму поглощать значительное количество тепла без существенного повышения внутренней температуры. За счет высокой теплоты испарения воды (540 кал/г) организм рассеивает часть тепловой энергии, избегая перегрева.

Для молекул воды характерна сильная поляризация. В молекуле воды каждый атом водорода образует электронную пару с центральным атомом кислорода. Поэтому молекула воды имеет два постоянных диполя, так как высокая электронная плотность вблизи кислорода придает ему отрицательный заряд, тогда как каждый атом водорода характеризуется пониженной электронной плотностью и несет частичный положительный заряд. В результате возникают электростатические связи между атомом кислорода одной молекулы воды и водородом другой молекулы, получившие название водородных связей. Эта структура воды объясняет ее высокие значения теплоты испарения и температуры кипения.

Водородные связи сравнительно слабые. Их энергия диссоциации (энергия разрыва связи) в жидкой воде равна 23 кДж/моль, по сравнению с 470 кДж для ковалентной связи О-Н в молекуле воды. Время существования водородной связи составляет от 1 до 20 пикосекунд (1 пикосекунда = 1(Г 12 с). Однако водородные связи не являются уникальными для воды. Они могут возникать и между атомом водорода и азота в других структурах.

В состоянии льда каждая молекула воды образует максимально четыре водородные связи, формируя кристаллическую решетку. Напротив, в жидкой воде при комнатной температуре каждая молекула воды имеет водородные связи в среднем с 3-4 другими молекулами воды. Эта кристаллическая решетка льда делает его менее плотным, чем жидкая вода. Поэтому лед плавает на поверхности жидкой воды, оберегая ее от замерзания.

Таким образом, водородные связи между молекулами воды обеспечивают связующие силы, которые сохраняют воду в форме жидкости при комнатной температуре и трансформируют молекулы в кристаллы льда. Отметим, что, помимо водородных связей, для биомолекул характерными являются другие типы нековалентных связей: ионные, гидрофобные, вандерва- альсовы силы, которые индивидуально являются слабыми, но совместно оказывают сильное влияние на структуры белков, нуклеиновых кислот, полисахариды и мембраны клеток.

Молекулы воды и продукты их ионизации (Н + и ОН) оказывают выраженное влияние на структуры и свойства компонентов клеток, включая нуклеиновые кислоты, белки, жиры. Помимо стабилизации структуры белков и нуклеиновых кислот, водородные связи участвуют в биохимической экспрессии генов.

Как основа внутренней среды клеток и тканей, вода определяет их химическую активность, являясь уникальным растворителем различных веществ. Вода повышает устойчивость коллоидных систем, участвует в многочисленных реакциях гидролиза и гидрирования в процессах окисления. Вода поступает в организм с кормами и питьевой водой.

Многие метаболические реакции в тканях приводят к образованию воды, которая получила название эндогенной (8-12% от общего количества жидкости организма). Источниками эндогенной воды организма в первую очередь служат жиры, углеводы, белки. Так окисление 1 г жиров, углеводов и белков приводит к образованию 1,07; 0,55 и 0,41 г воды соответственно. Поэтому животные в условиях пустыни могут обходиться какое-то время без приема воды (верблюды даже достаточно долго). Собака погибает без приема воды через 10 дней, а без кормов - через несколько месяцев. Потеря 15-20% воды организмом влечет за собой смерть животного.

Низкая вязкость воды определяет постоянное перераспределение жидкости внутри органов и тканей организма. Вода поступает в желудочно-кишечный тракт, а затем почти все количество этой воды всасывается обратно в кровь.

Транспорт воды через клеточные мембраны осуществляется быстро: спустя 30-60 мин после приема воды животным наступает новое осмотическое равновесие между внеклеточной и внутриклеточной жидкостью тканей. Объем внеклеточной жидкости имеет большое влияние на кровяное давление; увеличение или уменьшение объема внеклеточной жидкости приводит к нарушениям циркуляции крови.

Повышение количества воды в тканях (гипергидрия) имеет место при положительном водном балансе (избыток поступления воды при нарушении регуляции водно-солевого обмена). Гипергидрия приводит к скоплению жидкости в тканях (отеки). Обезвоживание организма отмечают при недостатке питьевой воды или при избыточности потери жидкости (диарея, кровотечение, усиленное потоотделение, гипервентиляция легких). Потеря воды животным происходит за счет поверхности тела, системы пищеварения, дыхания, мочевого тракта, молока у лактирующих животных.

Обмен воды между кровью и тканями происходит за счет разности гидростатического давления в артериальной и венозной кровеносной системе, а также и за счет разности онкоти- ческого давления в крови и тканях. Вазопрессин, гормон задней доли гипофиза, удерживает воду в организме за счет обратного всасывания ее в почечных канальцах. Альдостерон, гормон коры надпочечников, обеспечивает задержку натрия в тканях, а вместе с ним сохраняется вода. Потребность животного в воде составляет в среднем 35-40 г на кг массы тела в сутки.

Отметим, что химические вещества в организме животного находятся в ионизированной форме, в виде ионов. Ионы, в зависимости от знака заряда, относятся к анионам (отрицательно заряженный ион) или к катионам (положительно заряженный ион). Элементы, которые диссоциируют в воде, образуя анионы и катионы, классифицируются как электролиты. Соли щелочных металлов (NaCl, КС1, NaHC0 3), соли органических кислот (лактат натрия, например) при растворении в воде диссоциируют полностью и являются электролитами. Легко растворяющиеся в воде сахара и спирты не диссоциируют в воде и не несут заряда, поэтому рассматриваются как неэлектролиты. Сумма анионов и катионов в тканях организма в целом одинакова.

Ионы диссоциирующих веществ, обладая зарядом, ориентируются вокруг диполей воды. Вокруг катионов диполи воды располагаются своими отрицательными зарядами, а анионы окружаются положительными зарядами воды. При этом возникает явление электростатической гидратации. По причине гидратации эта часть воды в тканях находится в связанном состоянии. Другая часть воды связана с различными клеточными органеллами, составляя так называемую иммобильную воду.

Ткани организма включают 20 обязательных из всех природных химических элементов. Углерод, кислород, водород, азот, сера являются незаменимыми компонентами биомолекул, из которых по массе преобладает кислород.

Химические элементы в организме формируют соли (минералы) и входят в состав биологически активных молекул. Биомолекулы имеют низкую молекулярную массу (30-1500) или являются макромолекулами (белки, нуклеиновые кислоты, гликоген), молекулярные массы которых составляют миллионы единиц. Отдельные химические элементы (Na, К, Са, S, Р, С1) составляют в тканях около 10 " 2 % и более (макроэлементы), тогда как другие (Fe, Со, Си, Zn, J, Se, Ni, Мо), например, присутствуют в значительно меньших количествах - 10" 3 -10~ 6 % (микроэлементы). В организме животного минеральные вещества составляют 1-3% от общей массы тела и распределяются чрезвычайно неравномерно. В отдельных органах содержание микроэлементов может быть значительным, например йод в щитовидной железе.

После абсорбции минералов в большей мере в тонком кишечнике они поступают в печень, где некоторые из них депонируются, а другие распределяются по различным органам и тканям организма. Выделяются минеральные вещества из организма главным образом в составе мочи и каловых масс.

Обмен ионами между клетками и межклеточной жидкостью происходит на основе как пассивного, так и активного транспорта через полупроницаемые мембраны. Возникающее осмотическое давление обусловливает тургор клеток, поддерживая эластичность тканей и форму органов. Активный транспорт ионов или передвижение их в среду с меньшей концентрацией (против осмотического градиента) требует затрат энергии молекул АТФ. Активный транспорт ионов характерен для ионов Na + , Са 2 ~ и сопровождается усилением окислительных процессов, генерирующих АТФ.

Роль минеральных веществ заключается в поддержании определенного осмотического давления плазмы крови, кислотно-щелочного равновесия, проницаемости различных мембран, регуляции активности ферментов, сохранении структур биомолекул, включая белки и нуклеиновые кислоты, в поддержании моторной и секреторной функции пищеварительного тракта. Поэтому при многих нарушениях функций пищеварительного тракта животного рекомендуются в качестве лечебных средств различные составы минеральных солей.

Важным является как абсолютное количество, так и должное соотношение в тканях между определенными химическими элементами. В частности, оптимальное соотношение в тканях Na:K:Cl составляет в норме 100:1:1,5. Выраженной особенностью является «асимметрия» в распределении ионов солей между клеткой и внеклеточной средой тканей организма.

Одним из наиболее часто нарушающихся при патологии видов обмена веществ является водно-солевой. Он связан с постоянным движением воды и минеральных веществ из внешней среды организма во внутреннюю, и наоборот.

В организме взрослого человека на воду приходится 2/3 (58-- 67%) массы тела. Около половины ее объема сосредоточено в мышцах. Потребность в воде (человек ежесуточно получает до 2,5--3 л жидкости) покрывается за счет поступления ее в виде питья (700--1700 мл), преформированной воды, входящей в состав пищи (800--1000 мл), и воды, образующейся в организме при обмене веществ -- 200--300 мл (при сгорании 100 г жиров, белков и углеводов образуется соответственно 107,41 и 55 г воды). Эндогенная вода в относительно большом количестве синтезируется при активации процесса окисления жиров, что наблюдается при различных, прежде всего пролонгированных стрессовых состояниях, возбуждении симпатико-адреналовой системы, разгрузочной диетотерапии (нередко используемой для лечения больных ожирением).

Благодаря постоянно происходящим обязательным водным потерям внутренний объем жидкости в организме сохраняется неизмененным. К числу таких потерь относят ренальные (1,5 л) и экстраренальные, связанные с выделением жидкости через желу-дочно-кишечный тракт (50--300 мл), дыхательные пути и кожу (850--1200 мл). В целом объем обязательных потерь воды составляет 2,5--3 л, во многом зависят от количества выводимых из организма шлаков.

Участие воды в процессах жизнедеятельности весьма разнообразно. Вода является растворителем многих соединений, непосредственным компонентом ряда физико-химических и биохимических превращений, транспортером эндо- и экзогенных веществ. Кроме того, она выполняет механическую функцию, ослабляя трение связок, мышц, поверхности хрящей суставов (тем самым облегчая их подвижность), участвует в терморегуляции. Вода поддерживает гомеостаз, зависящий от величины осмотического давления плазмы (изоосмия) и объема жидкости (изоволемия), функционирования механизмов регуляции кислотно-основного состояния, протекания процессов, обеспечивающих постоянство температуры (изотермию).

В организме человека вода пребывает в трех основных физико-химических состояниях, в соответствии с которыми выделяют: 1) свободную, или мобильную, воду (составляет основную часть внутриклеточной жидкости, а также крови, лимфы, интерстициальной жидкости); 2) воду, связанную гидрофильными коллоидами, и 3) конституциональную, входящую в структуру молекул белков, жиров и углеводов.

В организме взрослого человека массой 70 кг объем свободной воды и воды, связанной гидрофильными коллоидами, составляет примерно 60% массы тела, т.е. 42 л. Эта жидкость представлена внутриклеточной водой (на ее долю приходится 28 л, или 40% массы тела), составляющей внутриклеточный сектор, и внеклеточной водой (14 л, или 20% массы тела), образующей внеклеточный сектор. В состав последнего входит внутрисосудистая (интраваскулярная) жидкость. Этот внутрисосудистый сектор образован плазмой (2,8 л), на долю которой приходится 4--5% массы тела, и лимфой.

Интерстициальная вода включает в себя собственно межклеточную воду (свободную межклеточную жидкость) и организованную внеклеточную жидкость (составляющую 15--16% массы тела, или 10,5 л), т.е. воду связок, сухожилий, фасций, хрящей и т.д. Кроме того, к внеклеточному сектору относят воду, находящуюся в некоторых полостях (брюшной и плевральной полости, перикарда, суставов, желудочков мозга, камерах глаза и др.), а также в желудочно-кишечном тракте. Жидкость этих полостей не принимает активного участия в метаболических процессах.

Вода человеческого организма не застаивается в различных его отделах, а постоянно движется, непрерывно обмениваясь с другими секторами жидкости и с внешней средой. Передвижение воды во многом осуществляется благодаря выделению пищеварительных соков. Так, со слюной, с соком поджелудочной железы в кишечную трубку направляется около 8 л воды в сутки, но эта вода вследствие всасывания в более низких участках пищеварительного тракта практически не теряется.

Жизненно необходимые элементы подразделяются на макроэлементы (суточная потребность >100 мг) и микроэлементы (суточная потребность <100 мг). К макроэлементам относятся натрий (Na), калий (К), кальций (Ca), магний (Мg), хлор (Cl), фосфор (Р), сера (S) и иод (I). К жизненно важным микроэлементам, необходимым лишь в следовых количествах, относятся железо (Fe), цинк (Zn), марганец (Мn), медь (Cu), кобальт (Со), хром (Сr), селен (Se) и молибден (Мо). Фтор (F) не принадлежит к этой группе, однако он необходим для поддержания в здоровом состоянии костной и зубной ткани. Вопрос относительно принадлежности к жизненно важным микроэлементам ванадия, никеля, олова, бора и кремния остается открытым. Такие элементы принято называть условно эссенциальными.

Так как многие элементы могут запасаться в организме, отклонение от суточной нормы компенсируется во времени. Кальций в форме апатита запасается в костной ткани, иод -- в составе тиреоглобулина в щитовидной железе, железо -- в составе ферритина и гемосидерина в костном мозге, селезенке и печени. Местом хранения многих микроэлементов служит печень.

Обмен минеральных веществ контролируется гормонами. Это относится, например, к потреблению Н2О, Ca2+, PO43-, связыванию Fe2+, I-, экскреции H2O, Na+, Ca2+, PO43-.

Количество минеральных веществ, абсорбированных из пищи, как правило, зависит от метаболических потребностей организма и в ряде случаев от состава пищевых продуктов. В качестве примера влияния состава пищи можно рассмотреть кальций. Всасыванию ионов Ca2+ способствуют молочная и лимонная кислоты, в то время как фосфат-ион, оксалат-ион и фитиновая кислота ингибируют всасывание кальция из-за комплексообразования и образования плохо растворимых солей (фитин).

Дефицит минеральных веществ -- явление не столь редкое: оно возникает по различным причинам, например из-за однообразного питания, нарушения усвояемости, при различных заболеваниях. Недостаток кальция может наступить в период беременности, а также при рахите или остеопорозе. Хлородефицит наступает из-за большой потери ионов Сl- при сильной рвоте.

Из-за недостаточного содержания иода в пищевых продуктах во многих районах Центральной Европы распространенным явлением стали иододефицитные состояния и зобная болезнь. Дефицит магния может возникать из-за диареи или из-за однообразного питания при алкоголизме. Недостаток в организме микроэлементов часто проявляется нарушением кроветворения, т. е. анемией.

В последней колонке перечислены функции, выполняемые в организме указанными минеральными веществами. Из данных таблицы видно, что почти все макроэлементы функционируют в организме как структурные компоненты и электролиты. Сигнальные функции выполняют иод (в составе иодтиронина) и кальций. Большинство микроэлементов являются кофакторами белков, главным образом ферментов. В количественном отношении в организме преобладают железосодержащие белки гемоглобин, миоглобин и цитохром, а также более 300 цинксодержащих белков.

Регуляция водно-солевого обмена. Роль вазопрессина, альдостерона и ренин-ангиотензиновой системы

Основными параметрами водно-солевого гомеостаза являются осмотическое давление, рН и объем внутриклеточной и внеклеточной жидкости. Изменение этих параметров может привести к изменению артериального давления, ацидозу или алкалозу, дегидратации и отекам. Основными гормонами, участвующими в регуляции водно-солевого баланса, являются АДГ, альдостерон и предсердный натрий-уретический фактор (ПНФ).

АДГ, или вазопрессин, -- пептид, содержащий 9 аминокислот, соединенных одним дисульфидным мостиком. Синтезируется в виде прогормона в гипоталамусе, затем переносится в нервные окончания задней доли гипофиза, из которых секретируется в кровоток при соответствующей стимуляции. Перемещение по аксону связано со специфическим белком-переносчиком (нейрофизином)

Стимулом, вызывающим секрецию АДГ, служит повышение концентрации ионов натрия и увеличение осмотического давления внеклеточной жидкости.

Наиболее важные клетки-мишени для АДГ - клетки дистальных канальцев и собирательные трубочки почек. Клетки этих протоков относительно непроницаемы для воды, и в отсутствие АДГ моча не концентрируется и может выделяться в количествах, превышающих 20 л в сутки (норма 1--1,5 л в сутки).

Для АДГ существуют два типа рецепторов - V1 и V2. Рецептор V2 обнаружен только на поверхности эпителиальных клеток почек. Связывание АДГ с V2 сопряжено с аденилатциклазной системой и стимулирует активацию протеинкиназы А (ПКА). ПКА фосфорилирует белки, которые стимулируют экспрессию гена мембранного белка -- аквапорина-2. Аквапорин 2 перемещается к апикальной мембране, страивается в нее и образует водные каналы. Эти обеспечивают селективную проницаемость мембраны клеток для воды. Молекулы воды свободно диффундируют в клетки почечных канальцев, а затем поступают в интерстициальное пространство. В результате происходит реабсорбция воды из почечных канальцев. Рецепторы типа V1 локализованы в мембранах гладких мышц. Взаимодействие АДГ с рецептором V1 приводит к акти-вации фосфолипазы С, которая гидролизует фосфатидилинозитол-4,5-бифоcфат с образованием ИФ-3. ИФ-3 вызывает высвобождение Са2+ из эндоплазматического ретикулума. Результатом действия гормона через рецепторы V1 является сокращение гладкомышечного слоя сосудов.

Дефицит АДГ, вызванный дисфункцией задней доли гипофиза, а также нарушением в системе передачи гормонального сигнала может приводить к развитию несахарного диабета. Основным проявлением несахарного диабета является полиурия, т.е. выделение большого количества мочи низкой плотности.

Альдостерон - наиболее активный минералокортикостероид синтезируется в коре надпочечников из холестерина.

Синтез и секрецию альдостерона клетками клубочковой зоны стимулируют ангиотензин II, АКТГ, простагландин Е. Эти процессы также активируются при высокой концентрации К+ и низкой концентрации Na+.

Гормон проникает внутрь клетки-мишени и взаимодействует со специфическим рецептором, расположенным как в цитозоле, так и в ядре.

В клетках почечных канальцев альдостерон стимулирует синтез белков, которые выполняют разные функции. Эти белки могут: а) увеличивать активность натриевых каналов в мембране клеток дистальных почечных канальцев, способствуя тем самым транспорту ионов натрия из мочи в клетки; б)являться ферментами ЦТК и, следовательно, увеличивать способность цикла Кребса генерировать молекулы АТР, необходимые для активного транспорта ионов; в) активировать работу насоса К+, Na+-АТФазы и стимулировать синтез новых насосов. Суммарным результатом действия белков, которых индуцируется альдостероном, является увеличение реабсорбции ионов натрия в ка-нальцах нефронов, что вызывает задержку NaCl в организме.

Главным механизмом регуляции синтеза и секреции альдостерона служит ренин-ангиотензиновая система.

Ренин -- фермент, продуцируемый юкстагломерулярными клетками почечных афферентных артериол. Локализация этих клеток делает их особенно чувствительными к изменению артериального давления. Снижение артериального давления, потеря жидкости или крови, уменьшение концентрации NaCI стимулируют высвобождение ренина.

Ангиотензиноген --2 - глобулин, образующийся в печени. Он служит субстратом для ренина. Ренин гидролизует пептидную связь в молекуле ангиотензиногена и отщепляет N-концевой декапептид (ангиотензин I).

Ангиотензин I служит субстратом для антиотензинпревращающего фермента карбоксидипептидилпептидазы, выявленного в эндотелиальных клетках и плазме крови. От ангиотензина I отщепляются 2 терминальные аминокислоты с образованием октапептида -- ангиотензина II.

Ангиотензин II стимулирует выработку альдостерона, вызывает сужение артериол вследствие чего повышается артериальное давление и вызывает жажду. Ангиотензин II активирует синтез и секрецию альдостерона через инозитолфосфатную систему.

ПНФ -- пептид, содержащий 28 аминокислот с единственным дисульфидным мостиком. ПНФ синтезируется и хранится в виде препрогормона (состоящего из 126 аминокислотных остатков) в кардиоцитах.

Основной фактор, регулирующий секрецию ПНФ -- повышение артериального давления. Другие стимулы: увеличение осмомолярности плазмы, повышение частоты сердцебиения, повышенный уровень катехоламинов в крови и глюкокортикоидов.

Основные органы-мишени ПНФ - почки, периферические артерии.

Механизм действия ПНФ имеет ряд особенностей. Рецептор ПНФ плазматической мембраны являем белком, обладающим активностью гуанилатциклазы. Рецептор имеет доменное строение. Домен, связывающийся с лигандом, локализован во внеклеточном пространстве. В отсутствие ПНФ внутриклеточный домен рецептора ПНФ находится в фосфорилированном состоянии и неактивен. В результате связывания ПНФ с рецептором гуанилатциклазная активность рецептора возрастает и происходит образование циклического GMP из GTP. В результате действия ПНФ ингибируются образование и секреция ренина и альдостерона. Суммарным эффектом действия ПНФ является увеличение экскреции Na+ и воды и понижение артериального давления.

ПНФ обычно рассматривают как физиологический антагонист ангиотензина II, поскольку под его влияния возникают не сужение просвета сосудов и (через регуляцию секреции альдостерона) задержка натрия, а наоборот, расширение сосудов и потеря соли.

Студент должен знать:

1. Механизм образования мочи: клубочковая фильтрация, реабсорбция и секреция.

2. Характеристика водных компартментов организма.

3. Основные параметры жидкой среды организма.

4. Чем обеспечивается постоянство параметров внутриклеточной жидкости?

5.Системы (органы, вещества), обеспечивающие постоянство внеклеточной жидкости.

6.Факторы (системы), обеспечивающие осмотическое давление внеклеточной жидкости и его регуляцию.

7. Факторы (системы), обеспечивающие постоянство объема внеклеточной жидкости и его регуляцию.

Студент должен уметь:

1.Провести качественное определение основных компонентов мочи.

2.Оценить биохимический анализ мочи.

Студент должен получить представление:

О некоторых патологических состояниях, сопровождающихся изменением биохимических параметров мочи (протеинурия, гематурия, глюкозурия, кетонурия, билирубинурия, порфиринурия).

Сведения из базовых дисциплин, необходимые для изучения темы:

1.Строение почки, нефрона.

2. Механизмы формирования мочи.

Задания для самоподготовки:

Проверьте свои знания:

А.Вазопрессин (все верно, кроме одного):

Б. Альдостерон (все верно, кроме одного):

д. главным механизмом регуляции секреции аренин-ангиотензивная система почек.

В. Натриуретический фактор (все верно, кроме одного):

Вспомните буферные системы крови (основная бикарбонатная)!

Проверьте свои знания:

а. ближе к рН 7,0; б.рН около 5.; в. рН около 8,0.

6. Ответьте на вопросы:

А. Чем объяснить высокую долю кислорода, потребляемую почками (10%);

Б. Высокую интенсивность глюконеогенеза;

В. Роль почек в обмене кальция.

Составьте таблицу Биохимические показатели мочи:

Аудиторная работа.

Лабораторная работа:

Определение рН.

3. Качественная реакция на глюкозу (реакция Фелинга).

Определение можно провести с помощью тест-полоски (индикаторной бумаги)/

Обнаружение кетоновых тел

Самостоятельно решить задачи, ответить на вопросы:

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ БИОХИМИЯ

(Водно-солевой обмен. Биохимия почек и мочи)

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Рецензент: профессор Н.В. Козаченко

Утверждена на заседании кафедры пр.№ _____ от _______________2004 г.

Утверждена зав. кафедрой ________________________________________

Утверждена на МК медико-биологического и фармацевтического факультетов

пр.№ _____ от _______________2004 г.

Председатель________________________________________________

Водно-солевой обмен

В организме взрослого человека на воду приходится 2/3 (58- 67%) массы тела. Около половины ее объема сосредоточено в мышцах. Потребность в воде (человек ежесуточно получает до 2,5-3 л жидкости) покрывается за счет поступления ее в виде питья (700-1700 мл), преформированной воды, входящей в состав пищи (800-1000 мл), и воды, образующейся в организме при обмене веществ - 200-300 мл (при сгорании 100 г жиров, белков и углеводов образуется соответственно 107,41 и 55 г воды). Эндогенная вода в относительно большом количестве синтезируется при активации процесса окисления жиров, что наблюдается при различных, прежде всего пролонгированных стрессовых состояниях, возбуждении симпатико-адреналовой системы, разгрузочной диетотерапии (нередко используемой для лечения больных ожирением).

Благодаря постоянно происходящим обязательным водным потерям внутренний объем жидкости в организме сохраняется неизмененным. К числу таких потерь относят ренальные (1,5 л) и экстраренальные, связанные с выделением жидкости через желу-дочно-кишечный тракт (50-300 мл), дыхательные пути и кожу (850-1200 мл). В целом объем обязательных потерь воды составляет 2,5-3 л, во многом зависят от количества выводимых из организма шлаков.

В организме взрослого человека массой 70 кг объем свободной воды и воды, связанной гидрофильными коллоидами, составляет примерно 60% массы тела, т.е. 42 л. Эта жидкость представлена внутриклеточной водой (на ее долю приходится 28 л, или 40% массы тела), составляющей внутриклеточный сектор, и внеклеточной водой (14 л, или 20% массы тела), образующей внеклеточный сектор. В состав последнего входит внутрисосудистая (интраваскулярная) жидкость. Этот внутрисосудистый сектор образован плазмой (2,8 л), на долю которой приходится 4-5% массы тела, и лимфой.

Интерстициальная вода включает в себя собственно межклеточную воду (свободную межклеточную жидкость) и организованную внеклеточную жидкость (составляющую 15-16% массы тела, или 10,5 л), т.е. воду связок, сухожилий, фасций, хрящей и т.д. Кроме того, к внеклеточному сектору относят воду, находящуюся в некоторых полостях (брюшной и плевральной полости, перикарда, суставов, желудочков мозга, камерах глаза и др.), а также в желудочно-кишечном тракте. Жидкость этих полостей не принимает активного участия в метаболических процессах.

Вода человеческого организма не застаивается в различных его отделах, а постоянно движется, непрерывно обмениваясь с другими секторами жидкости и с внешней средой. Передвижение воды во многом осуществляется благодаря выделению пищеварительных соков. Так, со слюной, с соком поджелудочной железы в кишечную трубку направляется около 8 л воды в сутки,ноэта вода вследствие всасывания в более низких участках пищеварительного тракта практически не теряется.

Жизненно необходимые элементы подразделяются на макроэлементы (суточная потребность >100 мг) и микроэлементы (суточная потребность <100 мг). К макроэлементам относятся натрий (Na), калий (К), кальций (Ca), магний (Мg), хлор (Cl), фосфор (Р), сера (S) и иод (I). К жизненно важным микроэлементам, необходимым лишь в следовых количествах, относятся железо (Fe), цинк (Zn), марганец (Μn), медь (Cu), кобальт (Со), хром (Сr), селен (Se) и молибден (Мо). Фтор (F) не принадлежит к этой группе, однако он необходим для поддержания в здоровом состоянии костной и зубной ткани. Вопрос относительно принадлежности к жизненно важным микроэлементам ванадия, никеля, олова, бора и кремния остается открытым. Такие элементы принято называть условно эссенциальными.

В таблице 1 (колонка 2) приведено среднее содержание минеральных веществ в организме взрослого человека (в расчете на массу 65 кг).Среднесуточная потребность взрослого человека в указанных элементах приведена в колонке 4. У детей и женщин в период беременности и кормления ребенка, а также у больных потребность в микроэлементах обычно выше.

Так как многие элементы могут запасаться в организме, отклонение от суточной нормы компенсируется во времени. Кальций в форме апатита запасается в костной ткани, иод - в составе тиреоглобулина в щитовидной железе, железо - в составе ферритина и гемосидерина в костном мозге, селезенке и печени. Местом хранения многих микроэлементов служит печень.

Обмен минеральных веществ контролируется гормонами. Это относится, например, к потреблению Н 2 О, Ca 2+ , PO 4 3- , связыванию Fe 2+ , I - , экскреции H 2 O, Na + , Ca 2+ , PO 4 3- .

Количество минеральных веществ, абсорбированных из пищи, как правило, зависит от метаболических потребностей организма и в ряде случаев от состава пищевых продуктов. В качестве примера влияния состава пищи можно рассмотреть кальций. Всасыванию ионов Ca 2+ способствуют молочная и лимонная кислоты, в то время как фосфат-ион, оксалат-ион и фитиновая кислота ингибируют всасывание кальция из-за комплексообразования и образования плохо растворимых солей (фитин).

Дефицит минеральных веществ - явление не столь редкое: оно возникает по различным причинам, например из-за однообразного питания, нарушения усвояемости, при различных заболеваниях. Недостаток кальцияможет наступить в период беременности, а также при рахите или остеопорозе. Хлородефицит наступает из-за большой потери ионов Сl - при сильной рвоте.

В последней колонке перечислены функции, выполняемые в организме указанными минеральными веществами. Из данных таблицы видно, что почти все макроэлементы функционируют в организме как структурные компоненты и электролиты. Сигнальные функции выполняют иод (в составе иодтиронина) и кальций. Большинство микроэлементов являются кофакторами белков, главным образом ферментов. В количественном отношении в организме преобладают железосодержащие белки гемоглобин, миоглобин и цитохром, а также более 300 цинксодержащих белков.

Таблица 1

Похожая информация.