Эту статью Wild_Katze особенно рекомендует всем тем, кто любит давать советы по очищению организма и по его защелачиванию.

Источник журнал "Наука и жизнь" №11 2020

Академик Юрий НАТОЧИН, Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова РАН.

Как ни странно, но до сих пор бытует миф, что основная функция почек в организме человека ― это удаление вредных веществ. Конечно, эта функция важна: пища и вода усваиваются не полностью, поэтому в крови остаются неиспользованные вещества, появляются конечные продукты обмена веществ, они выделяются почками, а также лёгкими, кишечником, железами кожи. Но мне хотелось бы напомнить читателям «Науки и жизни»*: роль почек многогранна, у них много функций ― от регуляции количества эритроцитов до синтеза и разрушения гормонов. Поддерживая постоянство объёма и состава крови, почки создают условия для высокой эффективности работы клеток всех органов, в том числе и мозга.
__________
* См. мои предыдущие статьи в журнале «Наука и жизнь»: «Разные функции почек» № 6, 1985 г., «Живые опреснители» № 12, 1987 г.

Многие по опыту знают, что объём жидкости, выделяемой почками, меняется в зависимости от того, сколько выпито воды, какова температура окружающей среды и влажность воздуха. Почему для организма так важно сохранить постоянным объём жидкости в крови, обеспечить баланс между выпитой жидкостью и потребностью организма в ней?

Если человек выпил много воды, кровь разбавляется, в клетки поступает вода, её объём растёт, клетка набухает. Если же воды в организм поступает мало, концентрация веществ, растворённых в крови и околоклеточной жидкости, повышается, вода выходит из клетки, и клетка сморщивается. И уменьшение объёма клетки, и его избыточное увеличение неблагоприятно сказываются на физиологических функциях человека. Общая концентрация всех веществ, растворённых в сыворотке крови (она называется осмоляльностью) в норме регулируется исключительно точно, именно от неё зависит объём каждой клетки организма.

При обезвоживании организма увеличивается осмоляльность крови, в ответ в почках усиливается всасывание воды из канальцев в кровь и восстанавливается осмотическое давление внеклеточной жидкости. Чтобы после питья воды кровь не разбавлялась, чтобы её осмоляльность не падала, чтобы клетки не набухали, почки усиливают выделение воды из организма и суммарная концентрация растворённых в плазме крови веществ нормализуется. Эта функция почки называется осморегулирующей.

Для нормальной работы органов объём крови в сосудах не должен опускаться ниже определённого критического уровня. Если, к примеру, мозг хотя бы чуть-чуть недополучит крови, человек почувствует головокружение и может упасть в обморок. Почки поддерживают нужный объём крови в организме, и эта их функция называется волюморегулирующей.

С пищей в организм поступают соли натрия, калия, магния. Здоровые почки обеспечивают нормальную концентрацию каждого иона в сыворотке крови, эта функция называется ионорегулирующей.

Для нормальной работы систем организма необходим баланс кислот и оснований в крови. Его характеристика — водородный показатель рН в плазме крови должен быть равен точно 7,36. Именно почки тщательно поддерживают кислотно-щелочное равновесие.

Удаляя конечные продукты обмена веществ и даже полезные вещества, если они имеются в плазме крови в избытке, почки выполняют выделительную, экскреторную функцию. Из организма выводится мочевина, мочевая кислота, а также излишние количества глюкозы, фруктозы, аминокислот, солей.

Каждое мгновение у здорового человека через сосуды почек проходит до четверти объёма крови, выбрасываемой из сердца в аорту. Кровоснабжение почек выше, чем кровоснабжение мозга. В течение суток более тонны крови поступает в сосуды почек, и в клубочках почек образуется около 180 л безбелковой жидкости. Выделяется почками обычно от 1 до 2 л, а остальная часть этой жидкости, около 178 л, возвращается в кровь.



В почки в течение суток поступает по артериям более тонны крови, оттекает по венам 1098 л, удаляется из организма около 1—2 л жидкости.

Подчёркиваю, мы с вами говорим о современном взгляде на роль почки в организме. Но чтобы понять новое, надо представлять известное, поэтому посмотрим на роль структур почки, которые определяют её функции у здорового человека.

До 22—25% крови, поступающей в аорту из сердца, достигает почек и по кровеносному сосуду — приносящей артериоле — поступает к нефрону. Нефрон — это основной элемент почки, в каждой из двух почек человека около 1 млн нефронов. Внутри нефрона приносящая артериола разветвляется на пучок капилляров, которые, петляя, образуют клубочек, или гломерулу. Капиллярный клубочек погружён в капсулу с двойной стенкой. Мембранная стенка капсулы, прилегающая к капиллярам, служит фильтром, пропускающим из плазмы крови безбелковую жидкость в пространство между двумя стенками капсулы, а отсюда — в каналец. (Фильтрация происходит благодаря артериальному давлению.) Каждую минуту у человека образуется около 120 мл безбелковой жидкости, из которой клетки канальца всасывают обратно в кровь необходимые вещества. Ненужные остаются внутри канальца и удаляются с мочой.

Точно регулировать уровень ионов, воды и других веществ в крови почки могут благодаря своей высокой избирательности. Высокая избирательность работы почки основана на том, что в мембранах её клеток есть высокоспециализированные транспортёры, иными словами, молекулярные устройства, которые обеспечивают перенос через мембрану клетки только строго определённых химических веществ, например, ионов натрия, молекул глюкозы, тех или иных аминокислот. В настоящее время установлены многие гены, связанные с образованием этих транспортёров, описаны болезни человека, возникающие при повреждении таких систем.

Клубочек почки, образованный разветвлённой сетью капилляров. В нём из сыворотки крови отфильтровывается безбелковая жидкость и стекает в каналец.

Чтобы поддерживать в норме осмотическое давление крови, почка человека осмотически разводит или концентрирует мочу, благодаря чему человек может часами обходиться без воды. Выполнению этой функции способствует разделение почки на корковое и мозговое вещество, которое возникло в процессе эволюции у теплокровных — птиц и млекопитающих. У рыб, земноводных, пресмыкающихся строение почек более простое (подробно о том, как эти животные поддерживают постоянство внутренней среды организма, рассказано в статье «Живые опреснители»).

Кстати, задумывался ли читатель о том, как организм восполняет дефицит питательных веществ во время голодания, временного, конечно? Поступающие с пищей углеводы, белки и липиды в желудочно-кишечном тракте расщепляются до простых молекул — аминокислот, жирных кислот, глюкозы, которые всасываются в кровь. В обычных условиях почки помогают поддерживать основные жизненные процессы и структурную целостность организма, они выполняют метаболическую функцию. Непрерывно у каждого человека происходит замена части клеток тела на новые. Отжившие свой век клетки разрушаются*, их молекулы поступают в кровь и достигают почек. Там белки и пептиды расщепляются на аминокислоты. Во время голода, при дефиците питательных веществ продукты разрушения клеток не удаляются из организма, а в виде аминокислот, дипептидов, моносахаров всасываются из почечных канальцев в кровь и вновь используются клетками тела, прежде всего, клетками мозга и сердца. Эффективная работа сердца и мозга при потере массы мышц, веса тела при голодании — во многом заслуга почек.
__________
* Что происходит при этом на клеточном уровне, можно узнать из статьи «Нобелевские премии 2016 года. Аутофагия на страже здоровья клетки», «Наука и жизнь» № 11, 2016 год.


Строение гломерулярного фильтра клубочка почки. Из просвета сосуда под влиянием артериального давления жидкость проходит через три слоя, составляющих гломерулярную мембрану, — эндотелий сосуда, базальную мембрану и подоцит, что обеспечивает образование безбелкового фильтрата, стекающего в просвет канальца. Направление движения жидкости указано пунктирной стрелкой.


Клетка канальца. Из просвета канальца клетка всасывает (реабсорбирует) в кровь все необходимые для жизни вещества. Пунктирная стрелка — направление транспорта веществ из просвета канальца в кровь.

Когда в середине XX века стали широко применять гемодиализ, то есть использовать в клинике искусственную почку, возникла неожиданная проблема. Через некоторое время после начала терапии на фоне, казалось бы, успешного лечения, когда уменьшалась концентрация мочевины в крови, улучшалось состояние больных, вдруг падало число эритроцитов, нарастала анемия. Оказалось, что в кровь переставал поступать гормон эритропоэтин. Этот гормон, регулирующий образование эритроцитов в костном мозге, синтезируется в почках. При хронической болезни почек, использовании гемодиализа эритропоэтин не поступает из почек в кровь или поступает, но в недостаточном количестве. Спустя годы была разработана схема лечения с применением гемодиализа, при которой пациентам вводят эритропоэтин, чтобы предотвратить развитие анемии.


Корковое и мозговое вещество почки. Верхняя часть — корковое вещество, под ним два слоя мозгового вещества — наружное и внутреннее. Округлые светлые структуры в корковом веществе — почечные клубочки.

Читатели знают, что детям для профилактики рахита раньше давали рыбий жир, ныне врачи назначают витамин D3. Он предотвращает нарушение баланса ионов кальция в организме, сохраняет нормальное состояние костей, важен для лечения остеопороза. Активные формы витамина D3, выполняющие функции гормона, образуются в почке. При хронической болезни почек этот процесс нарушается.

В почке происходит синтез фермента ренина (он и название получил от латинского слова ren — почка). Поступая в кровь, ренин приводит к появлению в её плазме одного из наиболее активных сосудосуживающих веществ — ангиотензина II. В норме это вещество поддерживает необходимый уровень артериального давления, а при избытке способствует повышению артериального давления, в результате развивается гипертензия. В большинстве случаев гипертоническая болезнь, которой страдают миллионы людей, вызвана усиленной секрецией ренина.

У почек есть ещё одна важная функция — поддержание эндокринного статуса организма. В регуляции многих процессов у человека участвуют гормоны, которые секретируются в кровь эндокринными железами. Действующая концентрация гормона в крови в каждый данный момент времени должна быть разная, в зависимости от состояния организма. Почки играют ключевую роль в этом процессе. При фильтрации жидкости в клубочках гормоны, растворённые в сыворотке крови, поступают в просвет канальца и инактивируются в нём клетками канальца. Например, если это пептидный гормон, то он расщепляется до аминокислот, которые всасываются в кровь и используются для синтеза новых пептидов, в том числе и гормонов. Почки удаляют имеющиеся гормоны, а эндокринные железы (гипофиз, поджелудочная железа и др.) секретируют необходимое количество нового гормона. Баланс между выделительной работой почек и железами необходим для точной эндокринной регуляции.

При этом почки не только синтезируют гормоны, секретируют их в кровь, инактивируют их, но и сами подчиняются действию гормонов вазопрессина, окситоцина, альдостерона и многих других.

Нарушение функций почек лежит в основе многих болезней, в том числе и диабета. Слово диабет (в переводе с греческого «проходить насквозь») означает мочеизнурение, потому что увеличение объёма выделяемой почкой жидкости служит одним из симптомов диабета. Кроме сахарного диабета, обусловленного нарушением метаболизма углеводов, существует несахарный диабет. Одна из форм несахарного диабета возникает из-за нарушения образования вазопрессина в нейронах мозга. Другая форма несахарного диабета вызвана тем, что хотя вазопрессин и поступает в кровь, но в клетках канальцев почки нарушена функция рецепторов, на которые он должен действовать, и они на него не реагируют. В итоге развивается нефрогенный несахарный диабет, при котором за сутки почки человека выделяют большие объёмы жидкости, иногда до 25 л, и человек вынужден пить такие же большие количества воды. Синтезированы аналоги вазопрессина, например, десмопрессин — его используют как лекарство при лечении несахарного диабета.

Вспоминается в связи с этим, что однажды мой американский коллега профессор Хайнц Валтин рассказал, как на одной из ферм в штате Вермонт, США, где выращивали для исследований белых крыс, сотрудник заметил, что некоторые животные выделяют и пьют очень много воды. Владелец фермы, в прошлом коллега Валтина, показал ему этих необычных крыс. Валтин не отмахнулся, а исследовал это явление и обосновал гипотезу о генетическом дефекте синтеза и секреции вазопрессина как основе одной из форм наследственного несахарного диабета. Животные с таким дефектом получили название крысы Браттлборо по названию места, где находилась ферма. Эта генетическая линия крыс в настоящее время широко используется для изучения наследственного несахарного диабета.

В некоторых случаях болезнь почек — следствие анатомического дефекта канальца, и тогда поражение затрагивает несколько систем внутри почек. Изменение функции почек может быть связано и с наследственной патологией других систем. Примером служит серповидноклеточная анемия, при которой нарушено строение эритроцитов. У ребёнка или взрослого человека, страдающего серповидноклеточной анемией, внезапно ночью наступает резкое увеличение мочеобразования и мочеотделения. Попадая в кровеносные сосуды мозгового вещества почки, где повышено осмотическое давление, эритроциты меняют свою форму и закупоривают сосуд. Когда изменённые эритроциты нарушают кровоток, осмотическое давление в этой зоне почки снижается, в итоге форма эритроцитов восстанавливается. В жидкости канальцев и сосудов осмотическое давление становится таким же, как в общем кровотоке, что нормализует кровообращение, работу почек и мочеотделение. Такие процессы происходят в мозговом веществе почек, потому что это единственное место в организме, где осмотическое давление может возрастать в несколько раз и достигать более 1000 мОсмоль* на килограмм воды (в норме у человека в крови других сосудов оно составляет около 290 мОсмоль/кг). Во время сна в гипофизе секретируется много вазопрессина, гормон поступает в кровь, растёт осмоляльность мочи, уменьшается её объём. У здоровых людей вазопрессин даёт возможность спокойно спать всю ночь, а утром выделяется образовавшаяся за ночь концентрированная моча. При серповидноклеточной анемии из-за нарушенного кровообращения мозговое вещество почки получает меньше кислорода и питательных веществ, клеткам начинает не хватать энергии. Как следствие, падает способность к реабсорбции (обратному всасыванию) ионов Na и в итоге это периодически вызывает энурез.
_________
* мОсмоль — миллиосмоль, мера суммарной концентрации веществ в растворе.

В средствах массовой информации часто публикуют советы пить много воды, называют и конкретные цифры: 8 стаканов, 2 литра... Следовать ли этим советам? Иными словами, надо ли пить, если пить не хочется?

У здорового человека чувство жажды полностью контролирует количество выпиваемой воды, чтобы обеспечить необходимый объём жидкости в сосудах и осмотическое давление крови. Если же пить не хочется и это смущает человека, причину длительного отказа от питья должен выяснить врач.

Приведу пример. Дети с воспалением лёгких, несмотря на высокую температуру, обезвоживание и очевидную потребность в воде, иногда категорически отказываются от питья. Наше исследование показало, что в крови у них снижена осмоляльность — они чувствуют себя так, как будто только что выпили воду. Причина снижения осмоляльности — в повышенной концентрации антидиуретического гормона, который усиливает всасывание воды в канальцах почек. Необычная способность секретировать этот гормон, названная синдромом неадекватной секреции вазопрессина, появилась в лёгких при пневмонии. У здоровых детей такого нет. Синдром проходит при лечении пневмонии, но нельзя при этом не реагировать на реакцию организма, который отвечает на снижение осмоляльности крови отказом от питья. Насильное введение воды только повредит такому пациенту. Воду в подобных случаях давать нельзя, надо лечить основное заболевание и применять лекарственные препараты, которые помешают избытку гормона действовать на почки.

Поражает невероятный по масштабу труд почек по всасыванию всего многообразия необходимых для жизни веществ! Организм человека при участии почек исключительно точно регулирует физико-химические параметры крови, не уступая даже особо чувствительным приборам. Как это достигается? Что представляет собой «датчик» каждого параметра? Найти ответы на эти вопросы — задача фундаментальной и клинической нефрологии.



НОБЕЛЕВСКИЕ ПРЕМИИ И ФИЗИОЛОГИЯ ПОЧЕК

Одно из очевидных проявлений работы почек состоит в изменении объёма выделяемой жидкости. Не менее очевидно и то, что если человек выпил больше жидкости, то вскоре выделится больший её объём. Изменение объёма выделяемой почками жидкости регулирует вазопрессин, или антидиуретический гормон, секретируемый в мозге, в задней доле гипофиза. С током крови вазопрессин достигает почек и увеличивает всасывание воды в почечных канальцах, а это уменьшает объём жидкости, выделяемой наружу. Этот же гормон может повышать артериальное давление, что отражено в его названии, происходящем от латинских слов vas — сосуд, press — сжимаю. В 50-е годы XX века американский биохимик Винсент дю Виньо установил химическое строение вазопрессина и близкого к нему по структуре окситоцина. Дю Виньо впервые осуществил синтез этих полипептидных гормонов, что принесло ему Нобелевскую премию в 1955 году.

Дальнейшие исследования были направлены на то, чтобы понять, как вазопрессин увеличивает проницаемость стенки канальца для воды, уменьшает её выделение почкой. Оказалось, что вазопрессин не входит в клетку канальца, а стимулирует рецепторы в её мембране со стороны внеклеточной жидкости. В результате внутри клетки из аденозинтрифосфата (АТФ) образуется циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), который сигнализирует, какую функцию осуществить. За открытие роли цАМФ как вторичного посредника действия гормона Нобелевской премии в 1971 году был удостоен американский физиолог Эрл Сазерленд. Вскоре, в 1977 году, Нобелевская премия была присуждена Розалин Ялоу, биохимику из США, за разработку методов определения концентрации пептидных гормонов в крови. К числу таких гормонов относится и вазопрессин.

Вопрос, как мембрана клетки пропускает воду, вызывал острейшие дискуссии, было поставлено множество экспериментов. Задачу решил молекулярный биолог из США Питер Агре (с 2011 года — иностранный член Российской академии наук), описавший химическое строение каналов в мембране клеток, по которым всасывается вода. В 2003 году он получил Нобелевскую премию за открытие аквапоринов — мембранных белков, выполняющих функции «водных каналов» в клетках животных и растений. Клетки почек содержат аквапорины нескольких типов.