Почки служат естественным «фильтром» крови, которые, при правильной работе, выводят из организма вредные вещества. Регуляция функции почек в организме жизненно важна для стабильной работы организма и иммунной системы. Для комфортной жизни нужны два органа. Бывают случаи, что человек остается с одним из них - жить при этом возможно, но всю жизнь придется зависеть от больниц, да и защита от инфекций снизится в несколько раз. За что отвечают почки, зачем они нужны в человеческом теле? Для этого следует изучить их функции.
Структура почек
Углубимся немного в анатомию: органы выделения включают в себя почки - это парный орган бобовидной формы. Расположены они в поясничной области, при этом левая почка находиться выше. Такова природа: над правой почкой находится печень, которая не дает ей куда-либо сместиться. Касательно размера, то органы почти одинаковы, но отметим, что правая немного меньше.
Какова их анатомия? Внешне орган покрыт защитной оболочкой, а внутри организовывает систему, способную накапливать и выводить жидкость. Кроме того, в систему входят паренхимы, которые создают мозговое и корковое вещество и обеспечивают внешний и внутренний слои. Паренхимы - совокупность основных элементов, которые ограничиваются соединительной основой и оболочкой. Систему накопления представляет малая почечная чашечка, которая в системе образует большую. Соединение последних формирует лоханку. В свою очередь, лоханка соединена с мочевым пузырем посредством мочеточников.
Главные виды деятельности
За сутки почки прокачивают всю кровь в организме, при этом очищая от шлаков, токсинов, микроб и других вредоносных веществ.
На протяжении суток почки и печень перерабатывают и очищают кровь от зашлакованности, токсинов, выводят продукты распада. Через почки прокачивается более 200 литров крови за день, что обеспечивает ее чистоту. Негативные микроорганизмы проникают в кровяную плазму и отправляются в мочевой пузырь. Так что же делают почки? Учитывая объем работы, что обеспечивают почки, человек не смог без них существовать. Основные функции почек выполняют следующую работу:
- экскреторную (выделительную);
- гомеостатическую;
- метаболическую;
- эндокринную;
- секреторную;
- функцию кроветворения.
Экскректорная функция - как основная обязанность почек
Образование и выделение мочи — основная функция почек в выделительной системе организма.
Выделительная функция заключается в удаление вредных веществ из внутренней среды. Другими словами, это способность почек корректировать кислотное состояние, стабилизировать водно-солевой обмен, участвовать в поддержке артериального давления. Главная задача ложиться именно на эту функцию почек. Кроме того, они регулируют количество солей, белков в жидкости и обеспечивают метаболизм. Нарушение экскреторной функции почек приводит к ужасному результату: коме, нарушению гомеостаза и даже летальному исходу. При этом нарушение выделительной функции почек проявляется завышенным уровнем токсинов в крови.
Выделительная функция почек осуществляется через нефроны - функциональные единицы в почках. С физиологической точки зрения, нефрон - это почечное тельце в капсуле, с проксимальными канальцами и накопительной трубкой. Нефроны выполняют ответственную работу - контролируют правильное выполнение внутренних механизмов у человека.
Выделительная функция. Этапы работы
Экскреторная функция почек проходит такие этапы:
- секреция;
- фильтрация;
- реабсорбция.
Нарушение экскреторной функции почек ведет к развитию токсического состояния почки.
При секреции из крови выводится продукт обмена, остаток электролитов. Фильтрация - процесс попадания вещества в мочу. При этом жидкость, которая прошла через почки, напоминает кровяную плазму. У фильтрации выделяют показатель, который характеризует функциональный потенциал органа. Этот показатель называют скоростью клубочковой фильтрации. Эта величина нужна для определения скорости выделения мочи за конкретное время. Способность впитывать важные элементы из мочи в кровь называют реабсорбцией. Этими элементами являются белки, аминокислоты, мочевина, электролиты. Показатель реабсорбции меняет показатели от количества жидкости в продуктах питания и здоровья органа.
В чем состоит секреторная функция?
Еще раз отметим, что наши гомеостатические органы контролируют внутренний механизм работы и показатели обмена веществ. Они фильтруют кровь, следят за артериальным давлением, синтезируют биологические активные вещества. Появление этих веществ напрямую связано с секреторной деятельностью. Процесс отражает секрецию веществ. В отличие от выделительной, секреторная функция почек принимает участие в образовании вторичной мочи - жидкости без глюкозы, аминокислот и других полезных организму веществ. Рассмотрим термин «секреция» детально, поскольку в медицине существует несколько толкований:
- синтез веществ, которые впоследствии возвратятся в организм;
- синтезирование химических веществ, которыми насыщается кровь;
- выведение клетками нефронов из крови ненужных элементов.
Гомеостатическая работа
Гомеостатическая функция служит для регуляции водно-солевого и кислотно-щелочного баланса организма.
Почки регулируют водно-солевой баланс всего организма.
Водно-солевой баланс можно описать так: поддержка постоянного количества жидкости в организме человека, где гомеостатические органы оказывают влияние на ионный состав внутриклеточных и внеклеточных вод. Благодаря этому процессу из клубочкового фильтра реабсорбируется 75% ионов натрия, хлора, тогда как анионы свободно перемещаются, а вода реабсорбируется пассивно.
Регуляция органом кислотно-щелочного баланса - явление сложное и запутанное. Поддержка стабильного показателя рh в крови происходит благодаря «фильтру» и буферным системам. Они удаляют кислотно-щелочные компоненты, что нормализует их естественное количество. Когда показатель рh крови меняется (это явление получило название тубулярный ацидоз), образовывается моча щелочного характера. Тубулярные ацидозы несут угрозу здоровью, но особые механизмы в виде секреции h+, аммониогенеза и глюконеогенеза, прекращают окисление мочи, снижают активность ферментов и участвуют в превращении кислореагирующих веществ в глюкозу.
Роль метаболической функции
Метаболическая функция почек в организме происходит путем синтеза биологических активных веществ (ренина, эритропоэтина и других), поскольку они влияют на свертываемость крови, обмен кальция, появление эритроцитов. Эта деятельность определяет роль почек в обмене веществ. Участие в обмене белков обеспечивается реабсорбцией аминокислоты и дальнейшее ее выведение тканями организма. Откуда происходят аминокислоты? Появляются после каталитического расщепления биологически активных веществ, таких как инсулин, гастрин, паратгормон. Кроме процессов катаболизма глюкозы, ткани могут производить глюкозу. Глюконеогенез происходит в пределах коркового слоя, а гликолиз - в мозговом веществе. Получается, превращение кислых метаболитов в глюкозу регулирует кровяной уровень рН.
Почки участвуют в обмене белков, липидов и углеводов. Данная функция обусловлена участием почек в обеспечении постоянства концентрации в крови ряда физиологически значимых органических веществ. В почечных клубочках фильтруются низкомолекулярные белки, пептиды. В проксимальном отделе нефрона они расщепляются до аминокислот или дипептидов и транспортируют через базальную плазматическую мембрану в кровь. При заболеваниях почек эта функция может нарушаться. Почки способны синтезировать глюкозу (глюконеогенез). При длительном голодании почки могут синтезировать до 50% от общего количества глюкозы, образующейся в организме и поступающей в кровь. Для энерготрат почки могут использовать глюкозу или свободные жирные кислоты. При низком уровне глюкозы в крови клетки почки в большей степени расходуют жирные кислоты, при гипергликемии преимущественно расщепляется глюкоза. Значение почек в липидном обмене состоит в том, что свободные жирные кислоты могут в клетках почек включаться в состав триацилглицерина и фосфолипидов и в виде этих соединений поступать в кровь.
Регуляция деятельности почек
В историческом плане представляют интерес опыты, проводившиеся с раздражением или перерезкой эфферентных нервов, иннервирующих почки. При этих воздействиях диурез изменялся незначительно. Он мало изменялся, если почки пересаживали на шею и артерию почки подшивали к сонной артерии. Однако даже в этих условиях удавалось выработать условные рефлексы на болевое раздражение или на водную нагрузку, а также диурез изменялся при безусловно-рефлекторных воздействиях. Эти опыты дали основание предположить, что рефлекторные влияния на почки осуществляются не столько через эфферентные нервы почек (они сравнительно мало влияют на диурез), а происходит рефлекторное выделение гормонов (АДГ, альдостерона) и они оказывают непосредственное влияние на процесс диуреза в почках. Поэтому есть все основания в механизмах регуляции мочеобразовния выделить следующие виды: условно-рефлекторная, безусловно-рефлекторная и гуморальная.
Почка служит исполнительным органом в цепи различных рефлексов, обеспечивающих постоянство состава и объема жидкостей внутренней среды. В ЦНС поступает информация о состоянии внутренней среды, происходит интеграция сигналов и обеспечивается регуляция деятельности почек. Анурия, наступающая при болевом раздражении, может быть воспроизведена условнорефлекторным путем. Механизм болевой анурии основан на раздражении гипоталамических центров, стимулирующих секрецию вазопрессина нейрогипофизом. Наряду с этим усиливаются активность симпатической части нервной системы и секреция катехоламинов надпочечниками, что и вызывает резкое уменьшение мочеотделения вследствие как снижения клубочковой фильтрации, так и увеличения канальцевой реабсорбции воды.
Не только уменьшение, но и увеличение диуреза может быть вызвано условнорефлекторным путем. Многократное введение воды в организм собаки в сочетании с действием условного раздражителя приводит к образованию условного рефлекса, сопровождающегося увеличением мочеотделения. Механизм условнорефлекторной полиурии в данном случае основан на том, что от коры больших полушарий поступают импульсы в гипоталамус и уменьшается секреция АДГ. Импульсы, поступающие по адренергическим волокнам, стимулируют транспорт натрия, а по холинергическим - активируют реабсорбцию глюкозы и секрецию органических кислот. Механизм изменения мочеобразования при участии адренергических нервов обусловлен активацией аденилатциклазы и образованием цАМФ в клетках канальцев. Катехоламинчувствительная аденилатциклаза имеется в базолатеральных мембранах клеток дистального извитого канальца и начальных отделов собирательных трубок. Афферентные нервы почки играют существенную роль как информационное звено системы ионной регуляции, обеспечивают осуществление рено-ренальных рефлексов. Что касается гуморально-гормональной регуляции мочеобразования, то об этом подробно было изложено выше.
Почки относятся к наиболее хорошо снабжаемым кровью органам организма человека. Они потребляют 8% всего кислорода крови, хотя их масса едва достигает 0,8% массы тела.
Корковый слой характеризуется аэробным типом метаболизма, мозговое вещество – анаэробным.
Почки обладают широким спектром ферментов, присущих всем активно функционирующим тканям. Вместе с тем, они отличаются своими «органоспецифическими» ферментами, определение содержания которых в крови при заболевании почек имеет диагностическое значение. К таким ферментам прежде всего относится глицин-амидо-трансфераза (она активна также в поджелудочной железе), осуществляющая перенос амидиновой группы с аргинина на глицин. Эта реакция является начальным этапом синтеза креатина:
Глицин-амидо-трансфераза
L-аргинин + глицин L-орнитин + гликоциамин
Из изоферментного спектра для коркового слоя почек характерными являются ЛДГ 1 и ЛДГ 2 , а для мозгового вещества – ЛДГ 5 и ЛДГ 4 . При острых почечных заболеваниях в крови определяются повышенная активность аэробных изоферментов лактатдегидрогеназы (ЛДГ 1 и ЛДГ 2) и изофермента аланинаминопептидазы –ААП 3 .
Наряду с печенью почки являются органом, способным осуществлять глюконеогенез. Этот процесс протекает в клетках проксимальных канальцев. Основным субстратом для глюконеогенеза служит глутамин , который одновременно выполняет буферную функцию по поддержанию необходимой рН. Активация ключевого фермента глюконеогенеза – фосфоенолпируваткарбоксикиназы – вызывается появлением в притекающей крови кислых эквивалентов. Следовательно, состояние ацидоза приводит, с одной стороны, к стимуляции глюконеогенеза, с другой,– к увеличению образования NH 3 , т.е. нейтрализации кислых продуктов. Однако избыточная продукция аммиака – гипераммонийемия – уже будет обуславливать развитие метаболического алкалоза. Повышение концентрации аммиака в крови является важнейшим симптомом нарушения процессов синтеза мочевины в печени.
Механизм образования мочи.
В почках человека насчитывается 1,2 млн нефронов. Нефрон состоит из нескольких частей, различающихся морфологически и функционально: клубочка (гломерула), проксимального канальца, петли Генле, дистального канальца и собирательной трубочки. Ежесуточно гломерулы фильтруют 180 л приносимой плазмой крови. В клубочках происходит ультрафильтрация плазмы крови, в результате чего образуется первичная моча.
В первичную мочу поступают молекулы с молекулярной массой до 60000 Да, т.е. белка в ней практически нет. О фильтрационной способности почек судят на основании величины клиренса (очищения) того и иного соединения – количеству мл плазмы, способной полностью освободится от данного вещества при прохождении его через почку (подробнее в курсе физиологии).
Почечные канальцы осуществляют резорбцию и секрецию веществ. Эта функция для разных соединений различна и зависит от каждого отрезка канальца.
В проксимальных канальцах в результате всасывания воды и растворённых в ней ионов Na + , К + , Cl - , HCO 3 - . начинается концентрация первичной мочи. Всасывание воды происходит пассивно вслед за активно транспортируемым Ё1натрием. Клетки проксимальных канальцев реабсорбируют также из первичной мочи глюкозу, аминокислоты, витамины.
В дистальных канальцах происходит дополнительная реабсорбция Na + . Всасывание воды здесь происходит независимо от ионов натрия. В просвет канальцев секретируются ионы К + , NH 4 + , H + (заметим, что К + , в отличие от Na + , может не только реабсорбироваться, но и секретироваться). В процессе секреции калий из межклеточной жидкости поступает через базальную плазматическую мембрану в клетку канальца за счёт работы «К + -Na + -насоса», а затем пассивно, путём диффузии, выделяется в просвет канальца нефрона через апикальную клеточную мембрану. На рис. представлено строение «К + -Na+-насоса», или К + -Na + -АТФ-азы (рис. 1)
Рис.1 Функционирование К + -Na + -АТФ-азы
В медуллярном отрезке собирательных трубочек идёт окончательное концентрирование мочи. Лишь 1% жидкости, профильтрованной почками, превращается в мочу. В собирательных трубочках вода реабсорбируется через встроенные аквопорины II (водные транспортные каналы) под действием вазопрессина. Ежесуточное количество конечной (или вторичной) мочи, обладающей многократно более высокой осмотической активностью, чем первичная, составляет в среднем 1,5 л.
Реабсорбция и секреция различных соединений в почках регулируется ЦНС и гормонами. Так, при эмоциональном и болевом стрессах может развиться анурия (прекращение мочеотделения). Всасывание воды увеличивается под действием вазопрессина. Его недостаток ведёт к водному диурезу. Альдостерон увеличивает реабсорбцию натрия, а вместе с последним – и воды. Паратирин влияет на всасывание кальция и фосфатов. Этот гормон увеличивает экскрецию фосфатов, в то время как витамин Д задерживает её.
Роль почек в поддержании кислотно-основного равновесия . Постоянство рН крови поддерживается её буферными системами, лёгкими и почками. Постоянство рН внеклеточной жидкости (и косвенным путём – внутриклеточной) обеспечивают лёгкие путём удаления СО 2 , почки – посредством выведения аммиака и протонов и реабсорбцией бикарбонатов.
Основными механизмами в регуляции кислотно-основного равновесия являются процесс реабсорбции натрия и секреция ионов водорода, образуемых с участием карбангидразы.
Карбангидраза (кофактор Zn) ускоряет восстановление равновесия при образовании угольной кислоты из воды и углекислоты:
Н 2 О + СО 2 ⇄ Н 2 СО 3 ⇄ Н + + НСО 3 –
При кислых значениях рН повышается Р СО2 и вместе с этим – концентрация СО 2 в плазме крови. СО 2 уже в большем количестве диффундирует из крови в клетки почечных канальцев (). В почечных канальцах под действием карбангидразы образуется углекислота (), диссоциирующая на протон и ион бикарбоната. Н + -ионы с помощью АТФ-зависимого протонного насоса или путём замены наNa + транспортируются () в просвет канальца. Здесь они связываются с НРО 4 2- с образованием Н 2 РО 4 - . С противоположной стороны канальца (граничащей с капилляром) с помощью карбангидразной реакции () образуется бикарбонат, который совместно с катионом натрия (котранспорт Na +) поступает в плазму крови (Рис. 2).
Если активность карбангидразы угнетена, почки теряют способность секретировать кислоту.
Рис. 2. Механизм реабсорбции и секреции ионов в клетке канальца почки
Важнейшим механизмом, способствующим сохранению натрия в организме, является образование в почках аммиака. NH3 используется вместо других катионов для нейтрализации кислых эквивалентов мочи. Источником аммиака в почках служат процессы дезаминирования глутамина и окислительного дезаминирования аминокислот, в первую очередь, глутаминовой.
Глутамин – амид глутаминовой кислоты, образующийся при присоединении к ней NH 3 ферментом глутаминсинтазой, или синтезированный в реакциях трансаминирования. В почках амидная группа глутамина отщепляется гидролитическим путём от глутамина ферментом глутаминазой I. При этом образуется свободный аммиак:
глутаминаза I
Глутамин Глутаминовая кислота + NH 3
Глутаматдегидрогеназа
α-кетоглутаровая
кислота + NH 3
Аммиак может легко диффундировать в почечные канальцы и там легко присоединять протоны с образованием иона аммония: NH 3 + Н + ↔NH 4 +
Прежде всего следует разграничить понятия метаболизма почки и метаболической функции почки. Метаболизм почки - это процессы обмена веществ в почке, которые обеспечивают выполнение всех ее функций. Метаболическая функция почек связана с поддержанием в жидкостях внутренней среды постоянного уровня, белков, углеводов и липидов.
Через мембрану клубочка не проходят альбумины и глобулины, но свободно фильтруются низкомолекулярные белки, пептиды. Следовательно, в канальцы постоянно поступают гормоны, измененные белки. Клетки проксимального канальца нефрона захватывают и затем расщепляют их до аминокислот, которые через базальную плазматическую мембрану транспортируются во внеклеточную жидкость, а затем в кровь. Это способствует восстановлению в организме фонда аминокислот. Таким, образом, почки играют важную роль в расщеплении низкомолекулярных -и, измененных белков, благодаря чему организм освобождается от физиологически активных веществ, что улучшает точность регуляции, а возвращающиеся в кровь аминокислоты используются для нового синтеза. В почках имеется активная система образования глюкозы. При длительном голодании в почках синтезируется примерно половина общего количества глюкозы, поступающей в кровь. Для этого используются органические кислоты. Превращая эти кислоты в глюкозу - химически нейтральное вещество- почки тем самым способствуют стабилизации рН крови, поэтому при алкалозе синтез глюкозы из кислых субстратов снижен.
Участие почки в обмене липидов связано с тем, что почкой извлекаются из крови свободные жирные кислоты и их окисление в значительной степени обеспечивает работу почки. Эти кислоты в плазме связаны с альбуминами и поэтому они не фильтруются. В клетки нефрона они поступают из межклеточной жидкости. Свободные жирные кислоты включаются в фосфолипиды почки, которые здесь играют важную роль в выполнении различных транспортных функций. Свободные жирные кислоты в почке включаются также в состав триацилглицеридов и фосфолипидов и в виде этих соединений затем поступают в кровь.
Регуляция деятельности почек
Нервная регуляция. Почки являются одним из важных исполнительных органов в системе различных рефлексов, регулирующих постоянство внутренней среды организма. Нервная система оказывает влияние на все процессы мочеобразования - фильтрацию, реабсорбцию и секрецию.
Раздражение симпатических волокон, иннервирующих почки, приводит к сужению кровеносных сосудов в почках. Сужение приносящих артериол сопровождается уменьшением давления крови в клубочках и уменьшением величины фильтрации. При сужении выносящих артериол фильтрационное давление повышается и фильтрация увеличивается. Симпатические влияния стимулируют реабсорбцию натрия.
Парасимпатические влияния активируют реабсорбцию глюкозы и секрецию органических кислот.
Болевые раздражения приводят к рефлекторному уменьшению мочеотделения вплоть до полного прекращения мочеобразования. Это явление получило название болевой анурии. Механизм болевой анурии заключается в том, что наступает спазм приносящих артериол при увеличении активности симпатической нервной системы и секреции катехоламинов надпочечниками, это приводит к резкому снижению клубочковой фильтрации. Помимо этого,в результате активации ядер гипоталамуса происходит увеличение секреции АДГ, который усиливает реабсорбцию воды и тем самым уменьшает диурез. Этот гормон повышает проницаемость стенок собирательных трубок опосредованно через активацию фермента гиалауронидазы. Этот фермент деполимеризует гиалуроновую кислоту, входящую в состав межклеточного вещества стенок собирательных трубок. Стенки собирательных трубок становятся более пористыми за счет увеличения межклеточных промежутков и создаются условия для перемещения воды по осмотическому градиенту. Фермент гиалуронидаза образуется, по-видимому, эпителием собирательных трубок и активируется под влиянием АДГ. При уменьшении секреции АДГ стенки дистальных отделов нефрона становятся практически полностью непроницаемыми для воды и большое количество ее выводится с мочой, при этом диурез может возрасти до 25 л в сутки. Такое состояние называется несахарным диабетом (несахарное мочеизнурение).
Прекращение мочеотделения, наблюдаемое при болевом раздражении, может быть вызвано условно-рефлекторно. Условно-рефлекторным путем может быть вызвано и увеличение диуреза. Условно-рефлекторные изменения величины диуреза свидетельствуют о влиянии на деятельность почек высших отделов ЦНС, а именно коры головного мозга.
Гуморальная регуляция. Гуморальной регуляции деятельности почек принадлежит ведущая роль. В целом перестройка деятельности почек, ее приспособление к непрерывно меняющимся условиям существования выделяется преимущественно влияниями на гломерулярный и каиальцевый аппараты различных гормонов: АДГ, альдостерона, паратгормона, тироксина и многих других, из них наиболее важными являются первые два.
Антидиуретический гормон, как уже отмечалось выше, усиливает реабсорбцию воды и тем самым уменьшает диурез (отсюда и его название). Это имеет важное значение для поддержания константы осмотического давления крови. При повышении осмотического давления повышается секреция АДГ и это приводит к отделению концентрированной мочи, что освобождает организм от избытка солей с минимальными потерями воды. Уменьшение осмотического давления крови приводит к снижению секреции АДГ и, следовательно, к выделению более жидкой мочи и освобождению организма от излишков воды.
Уровень секреции АДГ зависит не только от активности осморецепторов, но и от активности волюморецепторов, которые реагируют на изменение объема внутрисосудйстой и внеклеточной жидкости.
Гормон альдостерон увеличивает реабсорбцию ионов натрия и секрецию калия клетками почечных канальцев. Из внеклеточной жидкости этот гормон проникает через базальную плазматическую мембрану в цитоплазму клетки, соединяется с рецептором и этот комплекс поступает в ядро, где образуется новый комплекс альдостерона со стереоспецифичным для него хроматином. Увеличение секреции ионов калия под влиянием альдостерона не связано с активацией белоксинтезирующего аппарата клетки. Альдостерон повышает калиевую проницаемость апикальной мембраны клетки и тем самым увеличивает поступление ионов калия в мочу. Альдостерон уменьшает реабсорбцию кальция и магния в проксимальных отделах канальцев.
Дыхание
Дыхание является одной из жизненно важных функций организма, направленной на поддержание оптимального уровня окислительно-восстановительных процессов в клетках. Дыхание - сложный биологический процесс, который обеспечивает доставку кислорода тканям, использование его клетками в процессе метаболизма и удаление образовавшегося углекислого газа.
Весь сложный процесс дыхания можно разделить на три основных этапа: внешнее дыхание, транспорт газов кровью и тканевое дыхание.
Внешнее дыхание - газообмен между организмом и окружающим его атмосферным воздухом. Внешнее дыхание в свою очередь можно разделить на два этапа:
Обмен газов между атмосферным и альвеолярным воздухом;
Газообмен между кровью легочных капилляров и альвеолярный воздухом (обмен газов в легких).
Транспорт газов кровью. Кислород и углекислый газ в свободном растворенном состоянии переносятся в незначительном количестве, основной объем этих газов транспортируется в связанном состоянии. Основным переносчиком кислорода является гемоглобин. С помощью гемоглобина транспортируется также до 20% углекислого газа (карбгемоглобин). Остальная часть углекислого газа переносится в виде бикарбонатов плазмы крови.
Внутренне или тканевое дыхание. Этот этап дыхания также можно разделить на два:
Обмен газов между кровью и тканями;
Потребление клетками кислорода и выделение углекислого газа.
Внешнее дыхание осуществляется циклически и состоит из фазы вдоха, выдоха и дыхательной паузы. У человека частота дыхательных движений в среднем равна 16-18 в одну минуту.
Биомеханика вдоха и выдоха
Вдох начинается с сокращения дыхательных (респираторных) мышц.
Мышцы, сокращение которых приводит к увеличению объема грудной полости, называются инспираторными, а мышцы, сокращение которых приводит к уменьшению объема грудной полости, называются экспираторными. Основной инспираторной мышцей является мышца диафрагмы. Сокращение мышцы диафрагмы приводит к тому, что купол ее уплощается, внутренние органы оттесняются вниз, что приводит к увеличению объема грудной полости в вертикальном направлении. Сокращение наружных межреберных и межхрящевых мышц приводит к увеличению объема грудной полости в сагитальном и фронтальном направлениях.
Легкие покрыты серозной оболочкой - плеврой, состоящей из висцерального и париетального листков. Париетальный листок соединен с грудной клеткой, а висцеральный - с тканью легких. При увеличении объема грудной клетки, в результате сокращения инспираторных мышц, париетальный листок последует за грудной клеткой. В результате появления адгезивных сил между листками плевры, висцеральный листок последует за париетальным, а вслед за ними и легкие. Это приводит к возрастанию отрицательного давления в плевральной полости и к увеличению объема легких, что сопровождается снижением в них давления, оно становится ниже атмосферного и воздух начинает поступать в легкие - происходит вдох.
Между висцеральным и париетальным листками плевры находится щелевидное пространство, которое называется плевральной полостью. Давление в плевральной полости всегда ниже атмосферного, его называют отрицательным давлением. Величина отрицательного давления в плевральной полости равна: к концу максимального выдоха - 1-2 мм рт. ст., к концу спокойного выдоха - 2-3 мм рт. ст., к концу спокойного вдоха -5-7 мм рт. ст., к концу максимального вдоха - 15-20 мм рт. ст.
Отрицательное давление в плевральной полости обусловлено так называемой эластической тягой легких - силой, с которой легкие постоянно стремятся уменьшить свой объем. Эластическая тяга легких обусловлена двумя причинами:
Наличием в стенке альвеол большого количества эластических волокон;
Поверхностным натяжением пленки жидкости, которой покрыта внутренняя поверхность стенок альвеол.
Вещество, покрывающее внутреннюю поверхность альвеол называется сурфактантом. Сурфактант имеет низкое поверхностное натяжение и стабилизирует состояние альвеол, а именно, при вдохе он предохраняет альвеолы от перерастяжения (молекулы сурфактанта расположены далеко друг от друга, что сопровождается повышением величины поверхностного натяжения), а при выдохе - от спадения (молекулы сурфактанта расположены близко друг к другу, что сопровождается снижением величины поверхностного натяжения).
Значение отрицательного давления в плевральной полости в акте вдоха проявляется при поступлении воздуха в плевральную полость, т. е. пневмотораксе. Если в плевральную полость поступает небольшое количество воздуха, легкие частично спадаются, но вентиляция их продолжается. Такое состояние называется закрытым пневмотораксом. Через некоторое время воздух из плевральной полости всасывается и легкие расправляются.
При нарушении герметичности плевральной полости, например, при проникающих ранениях грудной клетки или при разрыве ткани легкого в результате его поражения каким-либо заболеванием, плевральная полость сообщается с атмосферой и давление в ней становится равным атмосферному, легкие спадаются полностью, их вентиляция прекращается. Такой пневмоторакс называется открытым. Открытый двусторонний пневмоторакс несовместим с жизнью.
Частичный искусственный закрытый пневмоторакс (введение в плевральную полость с помощью иглы некоторого количества воздуха) применяется с лечебной целью, например, при туберкулезе частичное спадение пораженного легкого способствует заживлению патологических полостей (каверн).
При глубоком дыхании в акте вдоха участвуют ряд вспомогательных дыхательных мышц, к которым относятся: мышцы шеи, груди, спины. Сокращение этих мышц вызывает перемещение ребер, что оказывает содействие инспираторным мышцам.
При спокойном дыхании вдох осуществляется активно, а выдох пассивно. Силы, обеспечивающие спокойный выдох:
Сила тяжести грудной клетки;
Эластическая тяга легких;
Давление органов брюшной полости;
Эластическая тяга перекрученных во время вдоха реберных хрящей.
В активном выдохе принимают участие внутренние межреберные мышцы, задняя нижняя зубчатая мышца, мышцы живота.
Вентиляция легких. Вентиляция легких определяется объемом воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого в единицу времени. Количественной характеристикой легочной вентиляции является минутный объем дыхания (МОД) - объем воздуха, проходящего через легкие за одну минуту. В состоянии покоя МОД равен 6-9 л. При физической нагрузке его величина резко возрастает и составляет 25-30 л.
Так как газообмен между воздухом и кровью осуществляется в альвеолах, то важна не общая вентиляция легких, а вентиляция альвеол. Альвеолярная вентиляция меньше вентиляции легких на величину мертвого пространства. Если из величины дыхательного объема вычесть объем мертвого пространства, то получится объем воздуха, содержащегося в альвеолах, а если эту величину умножить на частоту дыхания, получим альвеолярную вентиляцию. Следовательно, эффективность альвеолярной вентиляции выше при более глубоком и редком дыхании, чем при частом и поверхностном.
Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. Атмосферный воздух, которым дышит человек, имеет относительно постоянный состав. В выдыхаемом воздухе меньше кислорода и больше углекислого газа, в альвеолярном воздухе еще меньше кислорода и больше углекислого газа.
Вдыхаемый воздух содержит 20,93% кислорода и 0,03% углекислого газа, выдыхаемый воздух - кислорода 16%, углекислого газа 4,5% и в альвеолярном воздухе содержится 14% кислорода и 5,5% углекислого газа. В выдыхаемом воздухе углекислого газа содержится меньше, чем в альвеолярном. Это связано с тем, что к выдыхаемому воздуху примешивается воздух мертвого пространства с низким содержанием углекислого газа и его концентрация уменьшается.
Транспорт газов кровью
Кислород и углекислый газ в крови находятся в двух состояниях: в химически связанном и в растворенном. Перенос кислорода из альвеолярного воздуха в кровь и углекислого газа из крови в альвеолярный воздух происходит путем диффузии. Движущей силой диффузии является разность парциального давления (напряжения) кислорода и углекислого газа в крови, и в альвеолярном воздухе. Молекулы газа в силу диффузии переходят из области большего его парциального давления в область низкого парциального давления.
Транспорт кислорода. Из общего количества кислорода, который содержится в артериальной крови, только 0,3 об% растворено в плазме, остальное количество кислорода переносится эритроцитами, в которых он находится в химической связи с гемоглобином, образуя оксигемоглобин. Присоединение кислорода к гемоглобину (оксигенация гемоглобина) происходит без изменения валентности железа.
Степень насыщения гемоглобина кислородом, т. е. образование оксигемоглобина, зависит от напряжения кислорода в крови. Эта зависимость выражается графиком диссоциации оксигемоглобина (рис.29).
Рис.29. График диссоциации оксигемоглобина:
а-при нормальном парциальном давлении СО 2
б-влияние изменений парциального давления СО 2
в-влияние изменений рН;
г-влияние изменений температуры.
Когда напряжение кислорода в крови равно нулю, в крови находится только восстановленный гемоглобин. Повышение напряжения кислорода приводит к увеличению количества оксигемоглобина. Особенно быстро уровень оксигемоглобина возрастает (до 75%) при увеличении напряжения кислорода от 10 до 40 мм рт. ст., а при напряжении кислорода, равным 60 мм рт. ст. насыщение гемоглобина кислородом достирает 90%. При дальнейшем повышении напряжения кислорода насыщение гемоглобина кислородом к полному насыщению идет очень медленно.
Крутая часть графика диссоциации оксигемоглобина соответствует напряжению кислорода в тканях. Отлогая часть графика соответствует высоким напряжениям кислорода и свидетельствует о том, что в этих условиях содержание оксигемоглобина мало зависит от напряжения кислорода и его парциального давления в альвеолярном воздухе.
Сродство гемоглобина к кислороду изменяется в зависимости от многих факторов. Если сродство гемоглобина к кислороду повышается, то процесс идет в сторону образования оксигемоглобина и график диссоциации смещается влево. Это наблюдается при снижении напряжения углекислого газа при понижении температуры, при сдвиге рН в щелочную сторону.
При снижении сродства гемоглобина к кислороду процесс идет больше в сторону диссоциации оксигемоглобина, при этом график диссоциации смещается вправо. Это наблюдается при повышении парциального давления углекислого газа, при повышении температуры, при смещении рН в кислую сторону.
Максимальное количество кислорода, которое может связать кровь при полном насыщении гемоглобина кислородом, называется кислородной емкостью крови. Она зависит от содержания гемоглобина в крови. Один грамм гемоглобина способен присоединить 1,34 мл кислорода, следовательно, при содержании в крови 140 г/л гемоглобина кислородная емкость крови будет 1,34 " 140-187,6 мл или около 19 об%.
Транспорт углекислого газа . В растворенном состоянии транспортируется всего 2,5-3 об % углекислого газа, в соединении с гемоглобином - карбгемоглобин - 4-5 об% и в виде солей угольной кислоты 48-51 об% при условии, если из венозной крови можно извлечь около 58 об% углекислого газа.
Углекислый газ быстро диффундирует из плазмы крови в эритроциты. Соединяясь с водой, он образует слабую угольную кислоту. В плазме эта реакция идет медленно, а в эритроцитах под влиянием фермента карбоангидразы она резко ускоряется. Угольная кислота сразу же диссоциирует на ионы Н + и НСО 3 - . Значительная часть ионов НСО 3 - выходит обратно в плазму (рис. 30).
Рис.30. Схема процессов, происходящих в эритроцитах при поглащении или отдаче кровью кислорода и углекислого газа.
Гемоглобин и белки плазмы, являясь слабыми кислотами, образуют соли со щелочными металлами: в плазме с натрием, в эритроцитах с калием. Эти соли находятся в диссоциированном состоянии. Так как угольная кислота обладает более сильными кислотными свойствами, чем белки крови, то при ее взаимодействии с солями белков белок-анион связывается с катионом Н + , образуя при этом недиссоциированную молекулу, а ион НСО 3 - - образует с соответствующим катионом бикарбонат - в плазме бикарбонат натрия, а в эритроцитах бикарбонат калия. Эритроциты называют фабрикой бикарбонатов.
Регуляция дыхания
Потребность организма в кислороде, который необходим для процессов метаболизма, определяется той деятельностью, которую осуществляет организм в данный момент.
Регуляция вдоха и выдоха. Смене дыхательных фаз способствуют сигналы, поступающие от механорецепторов легких по афферентным волокнам блуждающих нервов. При перерезке блуждающих нервов дыхание у животных становится более редким и глубоким. Следовательно, импульсы, поступающие от рецепторов легких обеспечивают смену вдоха на выдох и смену выдоха вдохом.
В эпителиальном и субэпителиальном слоях всех воздухоносных путей, а также в области корней легких расположены так называемые ирритантные рецепторы, которые обладают одновременно свойствами механо- и хеморецепторов. Они раздражаются при сильных изменениях объема легких, часть этих рецепторов возбуждается при вдохе и выдохе. Ирритантные рецепторы возбуждаются также под действием пылевых частиц, паров едких веществ и некоторых биологически активных веществ, например, гистамина. Однако, для регуляции смены вдоха и выдоха большее значение имеют рецепторы растяжения легких, которые чувствительны к растяжению легких.
Во время вдоха, когда воздух начинает поступать в легкие, они растягиваются и рецепторы, чувствительные к растяжению возбуждаются. Импульсы от них по волокнам блуждающего нерва поступают в структуры продолговатого мозга к группе нейронов, составляющих дыхательный центр (ДЦ). Как показали исследовании в продолговатом мозге в его дорсальных и вентральных ядрах локализованы центр вдоха и выдоха. От нейронов центра вдоха возбуждение поступает к мотонейронам спинного мозга, аксоны которых составляют диафрагмальный, наружные межреберные и межхрящевые нервы, иннервирующие дыхательные мышцы. Сокращение этих мышц еще больше увеличивает объем грудной клетки, воздух продолжает поступать-в альвеолы, растягивая их. Поток импульсов в дыхательный центр от рецепторов легких увеличивается. Таким образом, вдох стимулируется вдохом.
Нейроны дыхательного центра продолговатого мозга как бы разделены (условно) на две группы. Одна группа нейронов дает волокна к мышцам, которые обеспечивают вдох, эта группа нейронов получила название инспираторных нейронов (инспираторный центр), т. е. центр вдоха. Другая же группа нейронов, отдающих волокна к внутренним межреберным,и; межхрящевым мышцам, получила название экспираторных нейронов (экспираторный центр), т. е. центр выдоха.
Нейроны экспираторного и инспираторного отделов дыхательного центра продолговатого мозга обладают различной возбудимостью и лабильностью. Возбудимость инспираторного отдела выше, поэтому его нейроны возбуждаются.при действии малой частоты импульсов, приходящих от рецепторов легких. Но по мере увеличения размеров альвеол во время вдоха, частота импульсов от рецепторов легких все больше и больше нарастает и на высоте вдоха она настолько велика, что становится пессимальной для нейронов центра вдоха, но оптимальной для нейронов центра выдоха. Поэтому нейроны центра вдоха тормозятся, а нейроны центра выдоха возбуждаются. Таким образом, регуляция смены вдоха и выдоха осуществляется той частотой, которая идет по афферентным нервным волокнам от рецепторов легких к нейронам дыхательного центра.
Помимо инспираторных и экспираторных нейронов в каудальной части варолиева моста обнаружена группа клеток, получающих возбуждения от инспираторных нейронов и тормозящих активность экспираторных нейронов. У животных с перерезкой ствола мозга через середину варолиева моста дыхание становится редким, очень глубоким с остановками на некоторое время в фазе вдоха, получивших название айпнезисов. Группа клеток, создающая подобный эффект, получила название апноэстического центра.
Дыхательный центр продолговатого мозга испытывает влияния со стороны вышележащих отделов ЦНС. Так, например, в передней части варолиева моста расположен пневмотаксический центр, который способствует периодической деятельности дыхательного центра, он увеличивает скорость развития инспираторной активности, повышает возбудимость механизмов выключения вдоха, ускоряет наступление следующей инспирации.
Гипотеза пессимального механизма смены фазы вдоха фазой выдоха не нашла прямого экспериментального подтверждения в опытах с регистрацией клеточной активности структур дыхательного центра. Эти эксперименты позволили установить сложную функциональную организацию последнего. По современным представлениям возбуждение клеток инспираторного отдела продолговатого мозга активирует деятельность апноэстического и пневмотаксического центров. Апноэстический центр тормозит активность экспираторных нейронов, пневмотаксический - возбуждает. По мере усиления возбуждения инспираторных нейронов под влиянием импульсации от механо- и хеморецепторов усиливается активность пневмотаксического центра. Возбуждающие влияния на экспираторные нейроны со стороны этого центра к концу фазы вдоха становятся преобладающими над тормозными, приходящими со стороны апноэстического центра. Это приводит к возбуждению экспираторных нейронов, оказывающих тормозящие влияния на инспираторные клетки. Вдох тормозится, начинается выдох.
По-видимому, существует самостоятельный механизм торможения вдоха и на уровне продолговатого мозга. К этому механизму относят специальные нейроны (I бета), возбуждаемые импульсами от механорецепторов растяжения легких и инспираторно-тормозные нейроны, возбуждаемые активностью нейронов I бета. Таким образом, при увеличении импульсации от механорецепторов легких увеличивается активность I бета нейронов, что в определенный момент времени (к концу фазы вдоха) вызывает возбуждение инспираторно-тормозных нейронов. Их активность тормозит работу инспираторных нейронов. Вдох сменяется выдохом.
В регуляции дыхания большое значение имеют центры гипоталамуса. Под влиянием центров гипоталамуса происходит усиление дыхания, например, при болевых раpдражениях, при эмоциональном возбуждении, при физической нагрузке.
В регуляции дыхания принимают участие полушария большого мозга, которые участвуют в тонком адекватном приспособлении дыхания к меняющимся условиям существования организма.
Нейроны дыхательного центра ствола мозга обладают автоматизмом, т. е. способностью к спонтанному периодическому возбуждению. Для автоматической деятельности нейронов ДЦ необходимо постоянное поступление к ним сигналов от хеморецепторов, а также от ретикулярной формации ствола мозга. Автоматическая деятельность нейронов ДЦ находится под выраженным произвольным контролем, который состоит в том, что человек может в широких пределах изменять частоту и глубину дыхания.
Деятельность дыхательного центра в значительной степени зависит от напряжения газов в крови и концентрации в ней водородных ионов. Ведущее значение в определении величины легочной вентиляции имеет напряжение углекислого газа в артериальнои-крови, оно как бы создает запрос на нужную величину вентиляции альвеол.
Содержание кислорода и особенно углекислого газа поддерживается на относительно постоянном уровне. Нормальное содержание кислорода в организме называется нормоксия, недостаток кислорода в организме и тканях - гипоксия, а недостаток кислорода в крови - гипоксемия. Увеличение напряжения кислорода в крови называется гипероксия.
Нормальное содержание углекислого газа в крови называется нормокапния, повышение содержания углекислого газа - гиперкапния, а снижение его содержания - гипокапния.
Нормальное дыхание в состоянии покоя называется эйпноэ. Гиперкапния, а также снижение величины рН крови (ацидоз) сопровождаются увеличением вентиляции легких - гиперпноэ, что приводит к выделению из организма избытка углекислого газа. увеличение вентиляции легких происходит за счет увеличения глубины и частоты дыхания.
Гипокапния и повышение уровня рН крови приводит к уменьшению вентиляции легких, а затем и к остановке дыхания - апноэ.
Углекислый газ, водородные ионы и умеренная гипоксия вызывают усиление дыхания за счет усиления деятельности дыхательного центра, оказывая влияние на специальные хеморецепторы. Хеморецепторы, чувствительные к увеличению напряжения углекислого газа и к снижению напряжения кислорода находятся в каротидных синусах и в дуге аорты. Артериальные хеморецепторы расположены в специальных маленьких тельцах, которые богато снабжены артериальной кровью. Большее значение для регуляции дыхания имеют каротидные хеморецепторы. При нормальном содержании кислорода в артериальной крови в афферентных нервных волокнах, отходящих от каротидных телец, регистрируются импульсы. При снижении напряжения кислорода частота импульсов возрастает особенно значительно. Кроме того, афферентные влияния с каротидных телец усиливаются при повышении в артериальной крови напряжения углекислого газа и концентрации водородных ионов. Хеморецепторы, особенно каротидных телец, информируют дыхательный центр о напряжении кислорода и углекислого газа в крови, которая направляется к мозгу.
В продолговатом мозге обнаружены центральные хеморецепторы, которые постоянно стимулируются водородными ионами, находящимися в спиномозговой жидкости. Они существенно изменяют вентиляцию легких Например, снижение рН спиномозговой жидкости на 0,01 сопровождается увеличением легочной вентиляции на 4 л/мин.
Импульсы, поступающие от центральных и периферических хеморецепторов, являются необходимым условием периодической активности нейронов дыхательного центра и соответствия вентиляции легких газовому составу крови. Последний является жесткой константой внутренней среды организма и поддерживается по принципу саморегуляции путем формирования функциональной системы дыхания. Системообразующим фактором этой системы является газовая константа крови. Любые ее изменения являются стимулами для возбуждения рецепторов, расположенных в альвеолах легких, в сосудах, во внутренних органах и т. д. Информация от рецепторов поступает в ЦНС, где осуществляется ее анализ и синтез, на основе которых формируются аппараты реакций. Их совокупная деятельность приводит к восстановлению газовой константы крови. В процесс восстановления этой константы включаются не только органы дыхания (особенно ответственные за изменение глубины и частоты дыхания), но и органы кровообращения, выделения и другие, представляющие в совокупности внутреннее звено саморегуляции. При необходимости включается и внешнее звено в виде определенных поведенческих реакций, направленных на достижение общего полезного результата - восстановление газовой константы крови.
Пищеварение
В процессе жизнедеятельности организма непрерывно расходуются питательные вещества, которые выполняют пластическую и энергетическую функцию. Организм испытывает постоянную потребность в питательных веществах, к которым относятся: аминокислоты, моносахара, глицин и жирные кислоты. Состав и количество питательных веществ в крови является физиологической константой, которая поддерживается функциональной системой питания. В основе формирования функциональной системы лежит принцип саморегуляции.
Источником питательных веществ являются различные продукты питания, состоящие из сложных белков, жиров и углеводов, которые в процессе пищеварения превращаются в более простые вещества, способные всасываться. Процесс расщепления сложных пищевых веществ под действием ферментов на простые химические соединения, которые всасываются, транспортируются к клеткам и используются ими называется пищеварением. Последовательная цепь процессов приводящая к расщеплению пищевых веществ до мономеров, способных всасываться - называется пищеварительным конвейером. Пищеварительный конвейер - это сложный химический конвейер с выраженной преемственностью процессов переработки пищи во всех отделах. Пищеварение является главным компонентом функциональной системы питания.
Процесс пищеварения осуществляется в желудочно-кишечном тракте, который представляет собой пищеварительную трубку вместе с железистыми образованиями. Желудочно-кишечный тракт выполняет следующие функции:
Двигательная или моторная функция, осуществляется за счет мускулатуры пищеварительного аппарата и включает в себя процессы жевания в полости рта, глотания, перемещения химуса по пищеварительному тракту и удаление из организма непереваренных остатков.
Секреторная функция заключается в выработке железистыми клетками пищеварительных соков: слюны, желудочного сока, сока поджелудочной железы, кишечного сока, желчи. Эти соки содержат ферменты, которые расщепляют белки, жиры и углеводы на простые химические соединения. Минеральные соли, витамины, вода поступают в кровь в неизменном виде.
Инкреторная функция связана с образованием в пищеварительном тракте некоторых гормонов, которые оказывают воздействие на процесс пищеварения. К таким гормонам относятся: гастрин, секретин, холецистокинин-панкреозимин, мотилин и многие другие гормоны, которые влияют на моторную и секреторную функции желудочно-кишечного тракта.
Экскреторная функция пищеварительного тракта выражается в том, что пищеварительные железы выделяют в полость желудочно-кишечного тракта продукты обмена, например, аммиак, мочевину и др., соли тяжелых металлов, лекарственные вещества, которые затем удаляются из организма.
Всасывательная функция. Всасывание - это проникновение различных веществ через стенку желудочно-кишечного тракта в кровь и лимфу. Всасыванию подвергаются в основном продукты гидролитического расщепления пищи - моносахара, жирные кислоты и глицерин,аминокислоты и др. В зависимости от локализации процесса пищеварения его делят на внутриклеточное и внеклеточное.
Внутриклеточное пищеварение - это гидролиз пищевых веществ, которые попадают внутрь клетки в результате фагоцитоза или пиноцитоза. Эти пищевые вещества гидролизуются клеточными (лизосомальными) ферментами либо в цитозоле, либо в пищеварительной вакуоли, на мембране которой фиксированы ферменты. В организме человека внутриклеточное пищеварение имеет место в лейкоцитах и в клетках лимфо-ретикуло-гистиоцитарной системы.
Внеклеточное пищеварение делится на дистантное (полостное) и контактное (пристеночное, мембранное).
Дистантное (полостное) пищеварение характеризуется тем, что ферменты в составе пищеварительных секретов осуществляют гидролиз пищевых веществ в полостях желудочно-кишечного тракта. Дистантным оно называется потому, что сам процесс пищеварения осуществляется на значительном расстоянии от места образования ферментов.
Контактное (пристеночное, мембранное) пищеварение осуществляется ферментами, фиксированными на клеточной мембране. Структуры, на которых фиксированы ферменты, представлены в тонком отделе кишечника гликокаликсом - сетевидным образованием из отростков мембраны микроворсинок. Первоначально гидролиз пищевых веществ начинается в просвете тонкой кишки под влиянием ферментов поджелудочной железы. Затем образовавшиеся олигомеры гидролизуются в зоне гликокаликса, адсорбированными здесь ферментами поджелудочной железы. Непосредственно у мембраны гидролиз образовавшихся димеров производят фиксированные на ней собственно кишечные ферменты. Эти ферменты синтезируются в энтероцитах и переносятся на мембраны их микроворсинок. Наличие в слизистой оболочке тонкой кишки складок, ворсинок, микроворсинок увеличивает внутреннюю поверхность кишки в 300-500 раз, что обеспечивает гидролиз и всасывание на огромной поверхности тонкой кишки.
В зависимости от происхождения ферментов пищеварение делится на три типа:
аутолитическое - осуществляется под влиянием ферментов, содержащихся в пищевых продуктах;
симбионтное - под влиянием ферментов, которые образуют симбионты (бактерии, простейшие) макроорганизма;
собственное - осуществляется ферментами, которые синтезируются в данном макроорганизме.
Пищеварение в желудке
Функции желудка. Пищеварительными функциями желудка являются:
Депонирование химуса (содержимого желудка);
Механическая и химическая переработка поступающей пищи;
Эвакуация химуса в кишечник.
Кроме того, желудок осуществляет гомеостатическую функцию (например, поддержание рН и др.) и участвует в кроветворении (выработка внутреннего фактора Кастла).
Почки — это настоящая биохимическая лаборатория, в которой проходит множество различных процессов. В результате происходящих в почках химических реакций они обеспечивают освобождение организма от продуктов жизнедеятельности, а также участвуют в образовании необходимых нам веществ.
Биохимические процессы в почках
Эти процессы можно поделить на три группы:
1. Процессы образования мочи,
2. Выделение некоторых веществ,
3. Регулирование продукции веществ нужных для поддержания водно-солевого и кислотно-щелочного баланса.
В связи с этими процессами почки выполняют следующие функции:
- Экскреторная функция (выведение веществ из организма),
- Гомеостатическая функция (поддержание баланса организма),
- Метаболическая функция (участие в обменных процессах и синтез веществ).
Все эти функции тесно взаимосвязаны, и сбой в одной из них может привести к нарушению остальных.
Экскреторная функция почек
Эта функция связана с образованием мочи и выведением ее из организма. Когда кровь проходит через почки, из компонентов плазмы образуется моча. При этом, почки могут регулировать ее состав в зависимости от конкретного состояния организма и его потребностей.
С мочой почки выводят из организма:
- Продукты азотистого обмена: мочевую кислоту, мочевину, креатинин,
- Избыток веществ, например, воду, органические кислоты, гормоны,
- Чужеродные вещества, например, лекарства, никотин.
Основные биохимические процессы, обеспечивающие выполнение почками их экскреторной функции, — это процессы ультрафильтрации. Кровь через почечные сосуды попадает в полость почечных клубочков, где проходит через 3 слоя фильтров. В результате образуется первичная моча. Ее количество довольно велико, и в ней еще содержаться нужные организму вещества. Далее она поступает на дополнительную переработку в проксимальных канальцах, где подвергается реабсорбции.
Реабсорбция — это продвижение веществ из канальца в кровь, то есть их возвращение обратно из первичной мочи. В среднем у человека в почках за сутки образуется до 180 литров первичной мочи, а выводится всего 1-1,5 литра вторичной мочи. Именно в этом количестве выводимой мочи и содержится всё, что необходимо удалить из организма. Реабсорбции подвергаются такие вещества как белки, аминокислоты, витамины, глюкоза, некоторые микроэлементы, электролиты. В первую очередь обратному всасыванию подвергается вода, а вместе с ней возвращаются и растворенные вещества. Благодаря сложной системе фильтрации в здоровом организме в мочу не попадают белки, глюкоза, то есть их обнаружение в лабораторных анализах говорит о неблагополучии и необходимости выяснения причины и лечения.
Гомеостатическая функция почек
Благодаря этой функции почки поддерживают в организме водно-солевой и кислотно-щелочной баланс.
Основа регулирования водно-солевого баланса — это количество поступающей жидкости и солей, количество выводимой мочи (то есть жидкости с растворенными в ней солями). При избытке натрия и калия повышается осмотическое давление, из-за этого раздражаются осмотические рецепторы, и у человека возникает жажда. Объем выводимой жидкости при этом сокращается, а концентрация мочи увеличивается. При избытке жидкости увеличивается объем крови, и концентрация солей уменьшается, осмотическое давление падает. Это сигнал для почек работать активнее, чтобы вывести излишки воды и восстановить баланс.
Процесс поддержания нормального кислотно-щелочного баланса (pH) осуществляют буферные системы крови и почки. Изменение этого баланса в ту или другую сторону приводит к изменению работы почек. Процесс регулировки этого показателя состоит из двух частей.
Во-первых, это изменение состава мочи. Так, при увеличении кислотной составляющей крови увеличивается и кислотность мочи. Повышение содержания щелочных веществ ведет к образованию мочи щелочного характера.
Во-вторых, при изменении кислотно-щелочного баланса почки выделяют вещества, которые нейтрализуют излишки веществ, приводящие к дисбалансу. Например, при повышении кислотности увеличивается секреция Н+, ферментов глутаминазы и глутаматдегидрогеназы, пируваткарбоксилазы.
Почки регулируют фосфорно-кальциевый обмен, поэтому при нарушении их функций может страдать опорно-двигательный аппарат. Данный обмен регулируется через образование активной формы витамина D3, который сначала образуется в коже, а потом гидроксилируется в печени, потом, окончательно, в почках.
Почки вырабатывают гормон гликопротеин, называемый эритропоэтином. Он оказывает действие на стволовые клетки костного мозга и стимулирует образование из них эритроцитов. Скорость этого процесса зависит от количества кислорода, поступающего в почки. Чем его меньше, тем активнее образуется эритропоэтин, чтобы благодаря большему количеству эритроцитов обеспечить организм кислородом.
Еще одна важная составляющая метаболической функции почек — ренин-ангиотензин-альдостероновая система. Фермент ренин регулирует сосудистый тонус и превращает ангиотензиноген путем многоступенчатых реакций в ангиотензин II. Ангиотензин II оказывает сосудосуживающее действие и стимулирует выработку корой надпочечников альдостерона. Альдостерон, в свою очередь, усиливает реабсорбцию натрия и воды, что увеличивает объем крови и кровяное давление.
Таким образом, от количества ангиотензина II и альдостерона зависит кровяное давление. Но процесс этот работает как бы по кругу. От кровоснабжения почек зависит выработка ренина. Чем ниже давление, тем меньше поступает крови в почки и больше вырабатывается ренина, а значит и ангиотензина II и альдостерона. В этом случае давление повышается. При повышенном давлении ренина образуется меньше, соответственно давление снижается.
Поскольку почки участвуют во многих процессах в нашем организме, проблемы, возникающие в их работе, неизбежно сказываются на состоянии и работе различных систем, органов и тканей.