Роль гормонов в регуляции осмотического давления и концентрации ионов натрия и калия

Видео: Изотонические напитки

Как известно, у животных вода составляет приблизительно 70% массы тела. Вода — среда, в которой растворены или диспергированы различные вещества, входящие в качестве необходимых компонентов в состав живого тела. Кроме того, вода принимает активное участие в течении обменных процессов. От ее количества в организме зависит концентрация веществ, содержащихся в клетках и циркулирующих жидкостях. Эти концентрации должны быть относительно постоянными для каждого вида животных.

Главным фактором, определяющим количество воды в организме и поддерживающим необходимое равновесие между интра-и экстрацеллюлярными объемами жидкости, является осмотическое давление крови. Стабилизация этого показателя у высших животных [он равен 7,6 атм (~ 7,6 • 105 Па), или 300 мосмоль/л] исключительно важна для обеспечения общего метаболического гомеостаза и величины кровяного давления. Уровень осмотического давления крови определяется концентрацией в ней солей и прежде всего концентрацией ионов Na+. Ионы Na+ удерживают воду в крови и контролируют ее осмотическое давление.

От концентрации Na+ в значительной мере зависит объем циркулирующих и внутриклеточной жидкостей. Таким образом, водный обмен в организме тесно связан с солевым обменом и прежде всего натриевым, а осмотическое давление обусловлено как количеством воды, так и концентрацией Na+. Однако натриевый баланс в свою очередь тесно связан с обменом ионов К+, Н+, а также некоторых других ионов. В организме всегда есть нормальная ионная ассиметрия между внеклеточным и клеточным пространством: во внеклеточной жидкости значительно преобладает Na+ , во внутриклеточной — К+ .

Поддержание нормального ионного градиента чрезвычайно важно для осуществления всех видов жизнедеятельности каждой клетки и многоклеточного организма в целом. Изменение ионного равновесия может привести к нарушению трансмембранной разности потенциалов в нервных и мышечных клетках, необходимой для передачи нервного импульса и мышечного возбуждения, нарушениям биосинтеза белка, гликолива, дыхания и окислительного фосфорилирования в разных клетках, к глубоким расстройствам почти всех функций организма и, наконец, к смерти.

Следовательно, поддержание водно-солевого гомеостаза жизненно необходимо для осморегуляции, обеспечения оптимальных объемом инти- и экстрацеллюлярной жидкостей, а также их соотношения и величины кровяного давления- для обеспечения нормальной асимметрии распределения одновалентных ионов в организме.

Процессы осморегуляцими и регуляции соотношения Na+ и К+ взамосвяваны. Оба они в значительной мере реализуются через  специализированные железистоэпителиальные структуры, основная функция которых — регуляция водно-солевого баланса. К этим структурам /у позвоночных животных относятся почки, кишечник, потовые и слюнные железы, мочевой пузырь, кожа, жабры и некоторые другие, У насекомых такими структурами являются мальпигиевые трубка и ректум.

Именно эти структуры и служат главными органами-мишенями для ряда гормонов, специфически контролирующих уровень осмотического давления и соотношения ионов Na+ и К+, а также Н+ в организме. Под действием специфических факторов, изменяющих данные параметры (прием большого количества воды или водное голодание, сухоедение, нарушение солевого рациона, изменения экскреции воды и солей, кровопотери, резкие изменения кровяного давления и т.д.), происходит закономерное изменение уровня секреции гормонов соответствующими эндокринными железами. В результате этого направленно меняется интенсивность деятельности экскреторных органов, что и обусловливает в норме восстановление исходного водно-солевого равновесия. Одновременно включается и нервные механизмы, регулирующие поступление воды и солей в организм.

Таким образом, специальная группа гормонов наряду с центральной нервной системой ведает осморегуляцией и поддержанием определенного соотношения Na+ : К+, а также артериального давления. Главные гормоны этой группы у позвоночных — АДГ и его аналоги, альдостерон и атриопептиды. Данные гормоны регулируют указанные функции в тесной связи с ренянангиотензиновой, кининовой, ПГ и вегетативной нервной системами.

Вазопрессин и водно-солевой гомеостаз. Вазопрессин (аргинин- или лизин-вазопрессин) — гормон, образующийся в области супраоптических ядер гипоталамуса и депонируемый нейрогипофизом, регулирует осмотическое давление крови в основном путем усиления задержки воды в организме. У млекопитающих этот гормон тормозит диурез почками, что и послужило основанием для второго названия вазопрессина — антидиуретический гормон (АДГ). У всех других позвоночных функцию вазопрессина в регуляции водного баланса выполняет его гомолог — вазотрцин, а также в меньшей степени нейрогипофизарные гормоны окситоцинового ряда.

Главной точкой приложения действия АДГ у млекопитающих является, как уже упоминалось, почечный нефрон, точнее его дистальные извитые канальца и собирательные трубочки. Действуя на эти участки нефрона, гормон избирательно стимулирует реабсорбцию воды из первичной мочи в кровь (Камм, 1928- Гинецинский, 1964, Наточин, 1972). В отсутствие вазопрессина избирательного захвата воды в дистальных фрагментах извитых канальцев практически не просходит. Вместе с тем именно данные участки нефрона и являются регуляторными в отношении величин диуреза и концентрирования мочи, так как в вышележащих участках нефрона вода реабсорбируется обязательно по осмотическому градиенту.



Осмотический градиент, возникающий на всем протяжении нефрона вследствие активной реабсорбции ионов Na+ и накопления их в околоканальцевой среде (см. ниже), определяет направление пассивного движения воды и некий постоянный уровень ее всасывания из первичной мочи. Этот постоянный, облигатный уровень обратного всасывания воды в почке очень высок и составляет примерно 7/8 объема ультрафильтра при любых условиях. В дистальных отделах канальцевого аппарата и собирательных трубок осмотический градиент не только сохраняется, но даже возрастает. Однако здесь его функциональное значение отступает на второй план и уступает первое место избирательной проницаемости стенок этого сегмента канальцев для воды. Уровень же проницаемости канальцев, а следовательно, и уровень реабсорбции воды, объем экскретируемой конечной мочи и ее концентрированность почти целиком     зависят  от АДГ (рис. 91, 92).





При заболевании гипоталамо-нейрогипофизарной системы, связанном с недостаточностью продукции АДГ — несахарный диабет (мочеизнурение), — ребсорбция воды в дистальных отделах канальцев и собирательных трубочках может резко (снижаться, величина же суточного диуреза — резко возрастать. В некоторых случаях такие больные экскретируют в сутки 30 л мочи вместо примерно 1,5 л в норме. Это сответственно приводит к повышению осмотического давления крови, снижению кровяного давления, уменьшению тургора клеток и т.д.

Аналогичный эффект вызывает гипофизэктомия и особенно разрушение области супраоптических ядер гипоталамуса у животных в эксперименте. Заместительная терапия несахарного диабета с помощью введения в организм препаратов АДГ нормализует у больных уровень диуреза и водный обмен в целом.

Таким образом, у млекопитающих саморегулирующая роль АДГ, сводится главным образом к избирательной стимуляции ре-абсорбции воды в дистальных отделах нефрона. Вместе с тем определенное значение в эффектах гормона на водный обмен у млекопитающих имеет и аналогичное его действие на реабсорбцию воды в слизистой кишечника и слюнных железах. Вероятнее всего, вазотоцин и мезотоцин у птиц и рептилий осуществляют осморегуляцию также через почки и кишечник. У амфибий же важнейшие органы-мишени для антидиуретических гормонов — мочевой пузырь и кожа.

Нейрогипофизарные гормоны у амфибий стимулируют реабсорбцию воды из мочи, содержащейся в мочевом пузыре, и захват воды кожей из окружающей среды (Бентли, 1960, 1976- Лиф, Хейс, 1971). У рыб точкой приложения действия соответствующих гормонов нейрогипофиза наряду с почкой являются жабры. Интересно, что у представителей этого класса позвоночных в регуляции водного обмена помимо гипоталамо-нейрогипофизарного комплекса принимает участие и особая: железа урофиз — гомолог нейрогипофиза, расположенная у хвостового отдела позвоночника. Один из четырех известных его гормонов уростенинов (уростенин IV) сходен по своим свойствам с вазотоцином (Зельник, Ледерис,1973).

Ренальные и экстраренальные эффекты АДГ и его аналогов осуществляются с помощью единого механизма. Предполагают, что клетки всех гормончувствительных экскреторных железисто-эпителиальных структур имеют неоднородную клеточную поверхность. Согласно гипотезе неоднородность (полярность) поверхностей таких клеток обусловлена различной проницаемостью их мембран для воды и солей (главным образом натриевых).

Мукозная (апикальная) поверхность клеток, обращенная в просвет канальцев нефрона, в полость мочевого пузыря или в сторону внешней среды в коже, относительно легко проницаема для солей, но представляет собой «поровый» барьер для воды. Внутренняя же, серозная (базальная) поверхность клеток проницаема для воды, но составляет барьер для Na+ (см. рис. 92). Полагают, что АДГ увеличивает просвет «пор» апикальной поверхности клеточной мембраны и тем самым снижает мукозный барьер для воды, усиливая ее диффузионный поток внутрь клетки. Из клетки вода свободно проникает через серозную поверхность в кровь (Лихтенштейн, Лиф, 1965- Бекмухаметова, 1975).

Многочисленные исследования показали, что АДГ и его аналоги реализуют свои эффекты на проницаемость эпителиальных клеток к воде с помощью цАМФ в качестве посредника (Браун и др., 1963).

Ионы Са2+, в высоких концентрациях ингибирующие Ац, тормозят и гидроосмотический эффект АДГ (Питерсон, Эдельман, 1970). Вместе с тем следует подчеркнуть, что влияние АДГ на диффузию воды в эпителиальные клетки непосредственно не связано ни с концентрацией ионов Na+, ни с системой его транспорта (Бентли, 1959- Финн и др., 1966).

АДГ-продуцирующий гипоталамо-нейрогипофизарный комплекс, являясь важнейшим регулятором осмотического давления крови, чутко реагирует на любые изменения в осмотических процессах и связанные с ними изменения гемодинамики и диуреза. Всякие сдвиги в течении этих процессов специфически приводят к изменению уровня секреции АДГ или его аналогов по механизму отрицательной обратной связи (Шейр, 1962- Бентли, 1976). Так, снижение объема плазмы крови при кровопотере всего лишь на 8% приводит к быстрому повышению секреции АДГ у животных.

Аналогичный эффект вызывает введение животным гипертонических растворов хлористого натрия или глюкозы, увеличивающих осмотическое давление только на 2%. Стимулирующее влияние на секрецию АДГ оказывают также введение белковых растворов, водное голодание, избыточное потребление соли, снижение кровяного давления, гипоксия и т.д.

Усиленная секреция гормона в этих условиях способствует повышению количества воды в плазме, восстановлению осмотического давления крови, увеличению количества циркулирующей жидкости и величин кровяного давления. Наоборот, торможение диуреза, алиментарное обводнение организма, низкосолевая диета, повышение кровяного давления, гипероксия вызывают торможение секреции АДГ. Напомним, что гормон способен оказывать влияние на кровяное давление не только за счет задержки воды, но и вызывая спазм артериол.

Изучение физиологических механизмов регуляции синтеза и секреции АДГ позволяет считать, что она осуществляется двумя путями: автоматически и нервно-рефлекторно. Нервно-рефлекторные пути регуляции могут начинаться с осмо-, баро- и хеморецептивных полей каротидного синуса, каротидных телец, дуги аорты, вен грудной полости и предсердий (Шейр и др. 1962, 1964). Нервные импульсы, направляющиеся в мозг, в конце концов поступают по полисинаптическим афферентным путям в гипоталамус и модулируют продукцию АДГ (см. рис. 91). Помимо этого, ангиотензины — также стимуляторы секреции вазопрессина.

В.Б. Розен