Роль почек в регуляции кислотно-щелочного равновесия

В 1945 г. Pitts и Alexander показали, что основная масса кислот выделяется почками путем секреции водородных ионов канальцевыми клетками. В клетках почечных канальцев под воздействием фермента карбоангидразы из H2O и СO2 образуется углекислота, диссоциирующая на ион водорода, секретируемый в просвет канальца, и ион НСO3, поступающий вместе с реабсорбируемым натрием в перитубулярную кровь:

Судьба водородных ионов, выделяемых канальцевыми клетками, в дальнейшем может быть различной (рис. 4). Часть водородных ионов участвует в реабсорбции бикарбонатов. Почти все количество профильтрованных бикарбонатов реабсорбируется в канальцах, пополняя резерв буферных оснований.


Рис. 4. Ионообменные процессы в канальцевых клетках, связанные с выделением кислот и сбережением оснований.

Как видно из рис. 4, практически происходит реабсорбция не бикарбоната, а основания, связанного с бикарбонатом. Что касается бикарбонатного иона, то он вновь образуется в канальцевой клетке и, соединяясь с реабсорбируемым основанием, поступает в перитубулярную кровь (Dorman, 1954). Важно, что образование ионов Н- и НСO3 связано с одним и тем же процессом диссоциации углекислоты в канальцевых клетках. Отсюда все, что подавляет секрецию Н-ионов (торможение карбоангидразы, падение парциального давления СO2 крови, нагрузка калием), ведет также к снижению реабсорбции бикарбонатов. По данным Pitts и соавт. (1949), при концентрации бикарбонатов в плазме ниже 24 мэкв/л в норме происходит реабсорбция практически всех профильтрованных бикарбонатов, осуществляемая преимущественно в проксимальных канальцах. При повышении плазменной концентрации бикарбонатов последние в возрастающих количествах начинают появляться в моче; увеличивается и доля дистальной реабсорбции. Зависимость между степенью реабсорбции бикарбонатов и концентрацией их в плазме крови объясняется тем, что почки в состоянии реабсорбировать из каждого литра фильтрата только около 28 мэкв бикарбоната. Roberts и соавт. (1955) считают, что решающую роль в регуляции реабсорбции бикарбонатов играет не внеклеточная, а внутриклеточная рН канальцевых клеток. Потеря внутриклеточного калия, повышение внутриклеточного рСO2 и стимуляция внутриклеточного образования углекислоты, снижая внутриклеточную рН, повышают реабсорбцию бикарбонатов, и, наоборот, повышение внутриклеточной рН канальцевых клеток снижает реабсорбцию бикарбонатов.

Определенная часть секретируемых канальцевыми клетками Н-ионов участвует в образовании так называемых титруемых кислот. Главную роль в образовании титруемых кислот играют фосфаты. В плазме крови преобладают двуосновные фосфаты (4 : 1). В моче в результате процессов подкисления преобладают одноосновные фосфаты. Перевод двуосновных фосфатов в одноосновные осуществляется в почечных канальцах путем ионного обмена секретируемого канальцевой клеткой иона водорода на натрий: Na2HPO4 + Н- → NaH2PO4 + Na- (реабсорбируется). Этот процесс способствует сохранению натрия и выделению избытка водородных ионов. Определенное значение в поддержании кислотно-щелочного равновесия имеет выделение органических кислот. В плазме крови многие органические кислоты связаны с основаниями. Секретируемые канальцевыми клетками водородные ионы вытесняют основания из соединения с органическими кислотами. При этом часть слабых органических кислот выделяется в свободном состоянии, а основания реабсорбируются. При титровании мочи щелочью кислоты и кислые соли постепенно диссоциируют и нейтрализуются. Сумма Н-ионов кислот и кислых солей, определяемая путем титрования мочи щелочью до рН, равной рН крови, называется титруемой кислотностью мочи. Величина титруемой кислотности фактически характеризует избыток водородных ионов в моче по сравнению с кровью. Schiess (1948) считает, что величина титруемой кислотности мочи определяется в основном тремя факторами: 1) величиной экскреции буфера, главным образом фосфатов (титруемая кислотность мочи увеличивается прямо пропорционально увеличению количества экскретируемого буфера); 2) кислотной силой буфера (чем сильнее буферная кислота, тем менее полно идет обмен в канальцах ионов водорода на связанные с кислотными анионами основания); 3) плазменной концентрацией бикарбонатов (снижение последней увеличивает экскрецию титруемых кислот).

До последнего времени считалось, что функция почек по поддержанию кислотно-щелочного равновесия связана с деятельностью дистального нефрона. Однако за последние годы Gottschalk и соавт. (1960), Bank (1962), Pitts (1964) было показано, что процесс подкисления мочи не ограничивается дистальным отделом нефрона. Так, например, установлено, что около 60% титруемых кислот, выделяемых крысой, образуется в проксимальных канальцах. Однако дистальные канальцы являются основным местом прироста продукции титруемых кислот при метаболическом ацидозе (Bloomer, 1963).

2/3 — 3/4 секретируемых почкой Н-ионов выделяется с ионами аммония. В клетках почечных канальцев из глютамина и некоторых других аминокислот под воздействием ферментов, главным образом глютаминазы, образуется аммиак —NH3. Последний диффундирует в кислую среду просвета канальцев и, присоединяя там Н-ионы, образует ион аммония NH+. Ионы аммония вытесняют натрий из соединения с анионами сильных кислот (серной, соляной). Натрий реабсорбируется, а анионы кислот в составе аммонийных солей выделяются с мочой: NaCl + NH4 → NH4Cl + Na+ (реабсорбируется). Концепция, согласно которой образование аммиака происходит исключительно в дистальном отрезке нефрона, за последние годы значительно поколеблена. В районе проксимальных канальцев обнаружено большое количество глютаминразлагающих энзимов (Roberts, 1960). Glabman и соавт. (1963) показали, что весь нефрон крысы принимает участие в продукции аммиака, около половины которого образуется в проксимальных канальцах. Секреция аммиака в почечных канальцах сберегает для организма гораздо больше оснований, чем описанный выше механизм образования титруемых кислот. Здоровый человек на смешанной диете выделяет в день в виде аммонийных солей 30—70 мэкв кислот в день. При ацидозе это количество может возрасти в несколько раз. При ацидозе образование глютамина, извлечение его из артериальной крови почкой, а также активность глютаминазы и синтез аммиака повышаются, а при алкалозе — понижаются. Недостаток в тубулярной клетке калия стимулирует синтез аммиака. Продукция аммиака повышается также при дефиците натрия. Вообще недостаток оснований, так же, как и увеличение подлежащей выделению кислотной анионной нагрузки, и связанная с этим необходимость в усиленной консервации теряемых с кислотными анионами оснований стимулируют продукцию аммиака.