Глава 8

Участие почки в регуляции баланса калия

 

Цели

Студент должен знать осрбенности обмена калия в организме че­ловека:

Представлять распределение калия в организме в норме. 2   Представлять эффекты адреналина, инсулина, ацидоза и ал­калоза на перемещение калия в клетку.

Студент должен знать, как происходит регуляция обмена калия почкой:

1       Представлять относительное количество калия, которое реаб-
сорбируется в проксимальном канальце и толстой восходя­
щей части петли Генле, независимо от состояния баланса ка­
лия в организме.

2       Знать отличия в деятельности собирательной трубки у людей,
получающих диету, бедную и богатую калием.

3       Описать механизмы, посредством которых осуществляется
активная секреция и реабсорбция калия собирательной труб­
кой коры, указать, какие клетки участвуют в данном процессе.

4       Перечислить факторы, которые регулируют скорость секре­
ции калия клетками собирательных трубок коры для гомеоста-
тической регуляции баланса калия.

5       Описать пути, по которым изменения в балансе калия действу­
ют на секрецию альдостерона.

6       Описать взаимоотношения между секрецией калия и поступ­
лением жидкости в собирательную трубку коры, объяснить,
как эти взаимоотношения предотвращают изменения в про­
дукции альдостерона, возникающие в результате отклонений
в балансе натрия из-за нарушений в секреции калия, указать

 

на эффекты (фармакологические) большинства диуретических препаратов и осмотических диуретиков на секрецию калия.

7       Представлять прямое действие АДГ на секрецию калия и опи­
сать, почему водный диурез не вызывает увеличения секреции
калия.

8       Описать влияние алкалоза на секрецию калия и его баланс.

Содержание калия во внеклеточной жидкости является тонко регулируемой ве­личиной. Значение поддержания концентрации калия в относительно постоян­ных пределах вытекает прежде всего из роли калия в возбудимости нервной и мышечной ткани. Мембранный потенциал покоя в этих тканях прямо связан с от­ношением между концентрацией калия в клетках и во внеклеточной жидкости. Увеличение концентрации калия во внеклеточной жидкости снижает мембран­ный потенциал покоя, тем самым увеличивая возбудимость клетки. Напротив, снижение концентрации калия во внеклеточной жидкости вызывает гиперполя­ризацию клеточной мембраны и снижает ее возбудимость.

Внеклеточная концентрация калия является функцией двух переменных со­ставляющих: (1) общего количества калия в организме и (2) распределения калия между внутриклеточным и внеклеточным пространством организма. Первая переменная, общее количество калия, определяется соотношением между поступ­лением калия в организм и его экскреции. В норме человек сохраняет баланс ка­лия, так же как и баланс натрия, путем экскреции в сутки с мочой количества ка­лия, равного количеству калия, принятому рег О8, минус небольшое количество этого катиона, выделяющегося с калом и потом. В норме потери калия с потом и калом, невелики, но очень большое количество катиона может быть потеряно из пищеварительного тракта при рвоте или диарее. Регуляция почечной функции является основным механизмом, посредством которого поддерживается баланс калия в организме.

В то же время перед описанием того, что происходит в почках с калием, мы должны кратко суммировать сведения о второй переменной, определяющей кон­центрацию калия во внеклеточной жидкости,— о распределении калия в организ­ме между внутриклеточным и внеклеточным пространством.

Регуляции рапределения калия в организме

Примерно 98 % от общего количества калия в организме находится в клетках, поскольку Ка,К'АТФаза в плазматической мембране активно переносит калий внутрь клеток. Поскольку количество калия во внеклеточном пространстве мало, то даже очень небольшое перемещение калия внутрь клетки или из нее может привести к большим изменениям концентрации калия во внеклеточном про­странстве. Такие перемещения, в особенности в мышцах, находятся до некоторой степени под физиологическим контролем. Поэтому, когда концентрация внекле­точного калия изменяется из-за отклонений, или его общего содержания в орга­низме (т. е. нарушения равновесия между поступлением и экскрецией), или из-за его перераспределения, вторично в связи с разными причинами (например, из-за повреждения клеток), то калий поступает внутрь или выделяется из клетки, тем самым минимизируя изменения во внеклеточной концентрации данного катиона.

Основные факторы, вовлеченные в эти гомеостатические процессы,— это адрена­лин и инсулин, оба они вызывают увеличение поступления калия в мышцы (и не­которые другие клетки), стимулируя ЫаД-АТФазу плазматической мембраны *.

Влияние адреналина на поступление калия, вероятно, является феноменом большого физиологического значения во время физических упражнений или при травме. В этих ситуациях калий выходит из участвующей в физической нагрузке мышечной клетки или из поврежденной клетки, что увеличивает концентрацию калия во внеклеточном пространстве. В то же самое время физическая нагрузка и травма увеличивают секрецию адреналина в мозговом веществе надпочечников и этот гормон стимулирует захват калия другими клетками, что частично компен­сирует эти нарушения.

Увеличение концентрации инсулина в плазме после еды играет важную роль, вызывая поступление калия в клетки. Этот калий затем медленно выходит из клеток в промежутке между приемами пищи и экскретируется. Более того, значи­тельное увеличение концентрации калия в плазме стимулирует секрецию инсу­лина в любое время, а дрполнительное количество инсулина стимулирует поступ­ление калия в клетки в большей степени — действует система отрицательной об­ратной связи, чтобы препятствовать острым повышениям концентрации калия в плазме.

Таким образом, до сих пор мы обсуждали факторы, которые гомеосттически регулируют перемещение калия при его распределении в организме для миними­зации изменений концентрации калия во внеклеточном пространстве. В то же время другие факторы могут влиять на перенос калия в клетки или из клеток, но они не являются гомеостатическими механизмами, регулирующими содержание калия во внеклеточном пространстве. Вместо этого они могут привести к еще большему отклонению от нормы концентрации калия во внеклеточном простран­стве. Наиболее важное значение имеет концентрация ионов водорода во внекле­точной жидкости: увеличение концентрации иона водорода во внеклеточной жид­кости (ацидоз) часто связано с перемещением калия из клеток, в то время как снижение концентрации иона водорода во внеклеточной жидкости (алкалоз) вы­зывает поступление калия внутрь клеток². Это выглядит так, как будто калий и ион водорода «обмениваются» через плазматическую мембрану (т. е. ион водоро­да проникает внутрь клетки во время ацидоза и выходит наружу во время алка­лоза, а калий движется в противоположном направлении), но точный механизм, лежащий в основе этого «обмена», остается еще неустановленным.

Основные почечные механизмы

Калий свободно фильтруется в почечном тельце. Количество калия, экскрети-руемого с мочой, в норме у человека, находящегося на типичной американской диете, составляет 5—15 % от профильтровавшегося количества (около 35— 100 ммоль/сут). Это свидетельствует о существовании канальцевой реабсорбции калия. Действительно, если человек получает диету, бедную калием или лишен­ную калия, допустим, в связи с потерями содержимого из пищеварительного тракта, то доля реабсорбируемого калия может очень сильно увеличиться, хотя и никогда не достигает такого абсолютного уровня, как в случае с натрием. В про­тивоположность сказанному, при избыточном поступлении калия с диетой или

при некоторых других обстоятельствах (см. ниже) масса экскретируемого калия может существенно превышать фильтруемое количество. Это подтверждает, что каналец также способен секретировать калий.* Таким образом, в целом для ка­нальца может иметь место как канальцевая реабсорбция,/так и результирующая канальцевая секреция. Как мы увидим, сегменты канальца, которые ответственны за столь существенные отличия в экскреции калия, оказываются расположены наиболее дистально.

Результаты обработки калия в канальцах суммированы в табл. 8-1. Независи­мо от состояния баланса калия в организме у субъекта в проксимальном канальце реабсорбируется приблизительно 55 % от профильтровавшегося калия, а в тол­стой восходящей части петли Генле — около 30 %³. Механизмы реабсорбции ка­лия в этих двух сегментах логически очевидны из наших дискуссий об ионном транспорте в других главах. (1) Реабсорбция в проксимальном канальце в основ­ном осуществляется посредством парацеллюлярной диффузии, концентрацион­ный градиент для которой создается, как для мочевины, так и для хлора, за счет реабсорбции воды⁴. (2) Реабсорбция в толстой восходящей части петли Генле, как и в случае с натрием, частично активна (осуществляемая посредством Ка,К,2С1 котранспорта в люминальной мембране (рис. 6-1))⁵, а частично обу­словлена парацеллюлярной диффузией, связанной с трансканальцевой разностью потенциалов, при которой в этом сегменте просвет положителен. Таким образом, реабсорбция калия в обоих сегментах в конечном итоге связана с реабсорбцией натрия.

Что же происходит в оставшихся участках канальца (табл. 8-1)? Для челове­ка, который получает диету с низким содержанием калия или испытывающего недостаток калия в организме по каким-то другим причинам, калий реабсорбиру­ется в дистальных сегментах канальца. В конечным счете лишь очень небольшое количество калия подвергается экскреции.

В противоположность этому для человека, который получает диету с нормаль­ным или высоким содержанием калия, и дистальный извитой каналец, и собира­тельная трубка коры осуществляют результирующую секрецию калия, в итоге ко­личество калия в просвете канальца существенно возрастает. Чем больше потреб-

173

ление человеком калия рег оз или чем более положительным является баланс ка­лия в организме, тем большее количество данного катиона секретируется этими сегментами канальца. (Конечные сегменты почечных канальцев, собирательная трубка мозгового слоя также обычно продолжают реабсорбировать калий⁶.) Ито­говый результат — работа различных участков канальца у человека, находящегося на диете с нормальным или повышенным содержанием калия, заключается в том, что преимущественное количество экскретируемого калия — это каши, который был секретирован в дистальном извитом канальце и в собирательной трубке коры почки.

Поскольку вклад (в реабсорбцию, в секрецию) собирательной трубки коры почки гораздо больше, чем дистального извитого канальца, то мы для упрощения в оставшейся части главы будем говорить только о собирательной трубке коры почки. Каким образом происходит, что корковая собирательная трубка может осуществлять как результирующую реабсорбцию, так и результирующую секре­цию? Вспомним еще раз, что система собирательной трубки содержит главные и вставочные клетки. Главные клетки — это те самые клетки, в которых реабсорб-ция натрия регулируется альдостероном, а реабсорбция воды регулируется АДГ, они и секретируют калий. В противоположность этому вставочные клетки типа А реабсорбируют калий. (Процесс реабсорбции калия также одновременно сопро­вождается канальцевой секрецией ионов водорода, что будет описано в главе 9.) При нулевом или положительном балансе калия секреция калия главными клет­ками выражена гораздо в большей степени, чем реабсорбция калия вставочными клетками типа А и поэтому корковая собирательная трубка осуществляет резуль­тирующую секрецию. При дефиците калия в организме в то же время главные клетки снижают интенсивность секреции, поэтому начинает доминировать ре­зультирующая реабсорбция.

Значит обработка почками калия может быть подытожена следующим обра­зом (табл. 8-1): отклонения в экскреции калия, выходящие за пределы физиологи­ческих колебаний, связаны преимущественно с изменением количества калия, сек-ретируемого в корковой собирательной трубке. Данная величина регулируется для гомеостатического управления экскрецией калия с мочой. Регуляция реаб­сорбции калия в любом сегменте канальца весьма невелика, если вообще осу­ществляется⁷.

Наибольшее значение в экскреции калия имеет секреторный процесс, кото­рый настолько важен, что при описании регуляции экскреции калия мы постара­емся игнорировать колебания количества профильтровавшегося калия (СКФ х х Р_к) и транспорт калия во всех отделах нефрона проксимальнее собирательной трубки. Следует отметить, что при определенных обстоятельствах реабсорбция калия в проксимальном канальце и/или петле Генле может быть уменьшена и что большое количество экскретируемого калия может представлять собой про­фильтровавшийся калий, который не был реабсорбирован. Налример, диуретики, которые тормозят реабсорбцию натрия в проксимальном канальце или в восходя­щей толстой части петли Генле, также уменьшают реабсорбцию калия в данной зоне, обоснование этому должно быть ясно из факта зависимости реабсорбции калия от транспорта натрия в данных сегментах. Осмотические диуретики, как и можно было предсказать, влияют на реабсорбцию калия в этих сегментах, и это является одним из объяснений выраженной потери калия с мочой у пациента, страдающего корригируемым сахарным диабетом (другое объяснение будет при­ведено ниже).

 

Повторим наше заключение: колебания в экскреции калия, превышающие фи-зиологичеркий диапазон, преимущественно связаны с разницей в количестве сек-ретируемого калия главными клетками корковой собирательной трубки. На рис. 8-1 резюмирован путь секреции калия данными клетками.

Процесс секреции включает активный перенос калия в клетку через базолате-ральную мембрану и его пассивный выход через люминальную мембрану. Прин­ципиальным этапом является активный транспорт калия из интерстициальной жидкости через базолатеральную мембрану в клетку. Этот этап активного пере­носа катиона, где ведущее значение имеет Ма,К-АТФазный насос, создает высо­кую внутриклеточную концентрацию калия, в результате чего концентрационный

 

градиент способствует результирующей диффузии калия из клетки в просвет ка­нальца по многочисленным люминальным калиевым каналам в данном сегменте канальца⁸. (Обратите внимание, что концентрационному градиенту калия по обе­им сторонам люминальной мембраны противостоит электрический потенциал (30 мВ, отрицательный со стороны внутренней поверхности клетки), который благоприятствует результирующей диффузии из просвета канальца в клетку, эта противодействующая сила электрической разности потенциалов не столь велика, как ее химический аналог (концентрационный градиент), и поэтому общий электрохимический градиент способствует результирующей диффузии калия в просвет канальца)⁹.

Гомеостатическая регуляция секреции калия в корковой части собирательной трубки

Каковы факторы, которые влияют на секрецию калия главными клетками корковой собирательной трубки для достижения гомеостаза по содержанию ка­лия в организме? Единственным наиболее важным фактором является следую­щий: когда человек потребляет рацион с высоким содержанием калия (рис. 8-2), то концентрация калия в плазме увеличивается, хотя и очень слабо, и это стиму­лирует увеличение накопления калия через базолатеральную мембрану при учас­тии базолатеральных Ка,К-АТФазных насосов. Результирующее увеличение кон­центрации внутриклеточного калия ведет к росту градиента, необходимого для перемещения калия в просвет канальца и увеличивает секрецию калия. Напро­тив, диета с низким содержанием калия или отрицательный баланс калия, напри­мер, в результате диареи, уменьшают концентрацию калия в главных клетках, это снижает секрецию и экскрецию калия, тем самым способствуя восстановлению равновесия калия в Организме.

Второй важный фактор, который связывает секрецию калия с балансом этого катиона в организме,— это гормон альдостерон, который помимо стимуляции ре-абсорбции натрия главными клетками собирательной трубки, одновременно уве­личивает канальцевую секрецию калия этими же клетками. Рефлексы, посредст­вом которых изменения объема плазмы регулируют продукцию альдостерона, со­вершенно отличны от других рефлексов, которые порождаются избытком или дефицитом в организме калия. Первый, как мы видели в главе 7, вовлекает в про­цесс систему ренин-ангйотензин. Последний построен гораздо проще (рис. 8-2): секретирующие альдостерон клетки коры чувствительны к концентрации калия в той внеклеточной жидкости, которая их омывает. Увеличенное потребление ка­лия ведет к возрастанию концентрации калия во внеклеточной жидкости, что, в свою очередь, непосредственно стимулирует продукцию альдостерона корой над­почечников. Результирующее увеличение концентрации альдостерона в плазме стимулирует секрецию «салия в корковой собирательной трубке, и поэтому удаля­ется избыточное количество калия из организма.

Соответственно при сниженной концентрации калия во внеклеточной жид­кости уменьшается продукция альдостерона и поэтому снижается секреция калия в канальце, меньшее количество калия, чем обычно, экскретируется с мочой, тем самым облегчая восстановление нормального содержания калия во внеклеточной жидкости.

Каким образом альдостерон увеличивает секрецию калия? Повторим то, о чем шла речь главе 7, что этот гормон увеличивает активность и/или число натрие­вых каналов в люминальной мембране и Ка,К-АТФазных насосов в базолате-ральной мембране. Последний эффект увеличивает базолатеральный перенос ка­лия в клетку, тем самым увеличивая внутриклеточную концентрацию калия и градиент, способствующий переносу калия в просвет канальца. Но дополнитель­но альдостерон увеличивает проницаемость люминальной мембраны по отноше­нию к калию посредством увеличения активности и/или числа калиевых каналов в люминальной мембране, так что концентрационный градиент, обусловливаю­щий диффузию, является более эффективным при транспорте калия из клетки в просвет канальца.

Примеры, используемые в данном разделе, связаны с изменениями в потреб­лении с пищей калия. Тем не менее следует отметить, что когда баланс калия в организме изменен преимущественно в результате измененного выведения калия из организма, как, например, при выраженной диарее, то механизмы, аналогичные описанным выше, осуществляют гомеостатическую регуляцию секреции калия в корковой собирательной трубке и поэтому помогают восстановить баланс калия в организме. Таким образом, дефицит калия в организме, возникший в результате диареи, будет оказывать тормозное воздействие на секрецию альдостерона и от­сюда на секрецию калия.

Слова «оказывать тормозное воздействие» в последнем предложении высве­чивают факт, что, как мы видели, калий не является единственным регулятором секреции альдостерона (рис. 8-3). Должно быть конфликтная патологическая си­туация возникает, если произойдет одновременно — как в вышеприведенном при­мере — или уменьшение, или увеличение и объема плазмы, и концентрации ка-

лия, поскольку оба эти отклонения оказывают разнонаправленные воздействия на продукцию альдостерона. Будет ли продукция альдостерона увеличиваться или уменьшаться в таких ситуациях, зависит от относительной выраженности разнонаправленных импульсов. В целом изменение в балансе натрия оказывает большее воздействие на секрецию альдостерона, чем это зависит от соответствую­щей динамики баланса калия.

Это порождает трудную проблему для гомеостаза калия: если секреция аль-достерона изменена при участии системы ренин-ангиотензин из-за нарушения баланса натрия, то изменения в содержании альдостерона в плазме не влекут ли за собой нарушение равновесия в организме калия за счет неадекватных отклоне­ний в секреции калия? В большинстве физиологических ситуаций правильный ответ — нет. Объяснение этому дано в следующем разделе¹⁰.

Зависимость между секрецией калия и поступлением жидкости в корковую часть собирательной трубки

Для ответа на вопрос, поднятый в предыдущем параграфе, нам нужно вначале обсудить то, что может показаться фактом, не имеющим отношения к теме: уве-

личенное поступление жидкости в корковую собирательную трубку порождает более энергичную секрецию калия в данном сегменте канальца. Механизм этого следующий: повторим, что финальный этап секреции калия — перемещение через люминальную мембрану — это пассивный процесс, обусловленный наличием концентрационного градиента для калия из клетки в просвет канальца. Значи­тельный поток жидкости через корковую собирательную трубку при разведении мочи поддерживает на низком уровне концентрацию калия в просвете канальца, по мере поступления калия из клетки градиент для пассивного поступления в ка­налец поддерживается на высоком уровне. Поэтому перенос катиона в просвет ка­нальца увеличен.

Это именно та взаимосвязь между поступлением жидкости и секрецией ка­лия, которая позволяет изменениям в продукции альдостерона, вызванным нару­шением баланса натрия, регулировать его баланс в организме без нарушения ба­ланса калия. Давайте рассмотрим пример (рис. 8-4). У пациента, который полу­чает диету с большим количеством натрия, отмечается низкая концентрация альдостерона в плазме, поскольку секреция ренина снижена и это уменьшает сек­рецию калия. Одновременно у пациента, находящегося на диете, богатой калием, увеличена скорость клубочковой фильтрации и снижена проксимальная реаб-сорбция натрия (из-за снижения почечного интерстициального гидростатическо­го давления, стимуляции со стороны ангиотензина II и симпатических нервов по­чек), что ведет к увеличению поступления жидкости в более дистальные сегмен-

ты канальца. Возросший поток жидкости через корковую собирательную трубку увеличивает секрецию калия. Результирующий эффект заключается в том, что влияние низкой продукции альдостерона и большого поступления жидкости на секрецию калия, по сути, взаимно уравновешивает действие этих двух факторов, и, как следствие, на секрецию калия оказывается незначительное воздействие (ес­ли вообще оказывается), и отсюда экскреция имеет место. Таким образом, сни­женное содержание альдостерона, обусловленное повышенным приемом натрия рег оз, может увеличить экскрецию натрия, не приводя к существенной задержке калия.

Такое же объяснение, с другой стороны, приложимо к пациентам с дефицитом натрия и пациентам с застойной сердечной недостаточностью или с другими бо­лезнями, сопровождающимися вторичным гиперальдостеронизмом (у вас может появиться потребность вспомнить о главе 7, почему деятельность почки в этих ситуациях является сходной). У таких пациентов повышен уровень альдостерона, что будет вести к увеличению секреции калия, но у них также будет отмечаться незначительное поступление жидкости в корковую собирательную трубку, что повлечет за собой уменьшение секреции калия. В итоге секреция и экскреция ка­лия будут оставаться относительно малоизмененными¹¹.

Подводя итог, следует сказать, что изменение секреции альдостерона в любую сторону, вызванное динамикой баланса натрия, обычно не влечет за собой боль­ших отклонений в балансе калия в организме. Объяснение этому заключается том, что эти ситуации обычно связаны с величиной потока жидкости в корковой собирательной трубке, что противостоит влиянию измененного уровня альдосте­рона на секрецию калия.

Влияние диуретиков. Мы сообщали о таком факте, что увеличенный поток жидкости, поступающий в корковую собирательную трубку, вызывает рост секре­ции калия в присутствии альдостерона и «конфликт» между балансом калия и натрия для того, чтобы подчеркнуть физиологическую роль изменений потока жидкости. Теперь мы должны подчеркнуть, что наиболее существенным клини­ческим проявлением этой взаимосвязи является патофизиологический феномен: экскреция калия почти всегда увеличена у лиц при осмотическом диурезе или по­лучающих лечение диуретиками, которые оказывают эффект на проксимальный каналец, петлю Генле или дистальный извитой каналец. Потеря калия может вы­звать развитие серьезного дефицита этого катиона в организме.

Увеличение экскреции калия происходит частично за счет того, что, как ранее указывалось в данной главе, реабсорбция калия в проксимальном канальце и пет­ле Генле косвенно связана с реабсорбцией натрия. Соответственно диуретики, ко­торые оказывают эффект в данном локусе канальца, тормозят не только реабсорб-цию натрия, но и реабсорбцию калия. В то же время, большая часть увеличенной экскреции калия осуществляется не в результате снижения реабсорбции, а вслед­ствие увеличенной секреции калия в корковой собирательной трубке. Во всех этих ситуациях, сопровождающихся диурезом, объем жидкости, поступающий в собирательную трубку в единицу времени, увеличивается из-за торможения реаб­сорбции натрия и воды, и именно этот увеличенный поток жидкости обусловли­вает усиление секреции калия и поэтому его экскреции (рис. 8-5).

Чтобы еще больше подкрепить эту точку зрения, давайте объединим эти дан­ные с теми, что представлены в предыдущем разделе и касались альдостерона.

Как указывалось, повышенный уровень альдостерона у пациентов с застойной сердечной недостаточностью или другими заболеваниями, сопровождающимися вторичным гиперальдостеронизмом, обычно не вызывает повышенной секреции калия, поскольку у этих лиц в корковую собирательную трубку доставляется не­значительное количество жидкости. Но что происходит, когда таким лицам лро-врдится терапия диуретиками для удаления из их организма избыточных запасов натрия и воды? Диуретики увеличивают поступление жидкости в корковые со­бирательные трубки, и в результате у пациента одновременно увеличивается вы­работка альдостерона и возросшее количество жидкости поступает в корковую собирательную трубку. Такая комбинация влечет за собой существенное увеличе­ние секреции и экскреции калия. Для предотвращения этого могут использовать­ся лекарства, которые блокируют воздействие альдостерона на почки, такими ле­карственными препаратами являются некоторые диуретики, поскольку они бло­кируют стимуляцию реабсорбции натрия альдостероном, но, в отличие от других диуретиков, они являются «калийсберегающими», поскольку они одновременно блокируют стимуляцию секреции калия альдостероном. Другой класс «калий-сберегающих» диуретиков блокирует натриевые каналы в корковой собиратель­ной трубке, это препятствует переходу ионов натрия из просвета канальца в клет­ку и эффективно предотвращает деятельность Ка,К-АТФазных насосов в базола-теральной мембране по транспорту натрия и калия.

Влияние изменений кислотно-основного равновесия на секрецию калия         181

АДГ и водный диурез. Водный диурез, который сопровождает состояния с низким содержанием АДГ в плазме крови, в отличие от ситуаций с использова­нием диуретиков, описанных в предыдущем разделе, не связан с увеличением секреции калия, несмотря на то, что имеет место увеличенный поток жидкости через корковую собирательную трубку, поскольку реабсорбция воды в данном сегменте снижена в результате низкого содержания АДГ. Увеличение потока жидкости могло бы вызывать увеличение секреции и экскреции калия, но этого не происходит. Объяснение этому феномену, не описанному ранее в тексте, в том, что АДГ непосредственно стимулирует секрецию калия (путем увеличения ак­тивности в люминальной мембране калиевых каналов). Соответственно во время водного диуреза проявляется уравновешивающее воздействие двух механизмов (рис. 8-6): (1) увеличенный поток жидкости вызывает рост секреции калия, но (2) отсутствие прямого воздействия АДГ вызывает снижение секреции калия. В конечном итоге секреция калия практически не изменяется.

Напротив, когда содержание АДГ в плазме повышено, то поток жидкости че­рез корковую собирательную трубку невелик и воздействие этого слабого движе­ния жидкости на снижение секреции калия тормозится косвенным стимулирую­щим эффектом АДГ на секрецию калия. По существу, тогда АДГ не является непосредственным регулятором секреции калия, но все же он предотвращает из­менения потока жидкости в канальце, обусловленные изменением водного балан­са организма, и не происходит нарушения баланса калия.

На этом в данной книге мы завершаем рассмотрение различных эффектов, оказываемых АДГ на почки. Информация суммирована в табл. 8-2.

Влияние изменений кислотно-основного равновесия на секрецию калия

В предыдущем разделе объяснено, каким образом первичные изменения ба­ланса натрия обычно не ведут к нарушению баланса в организме калия. Теперь мы увидим, что этого не происходит и при первичных изменениях баланса ионов водорода. Действительно, первичные расстройства кислотно-основного равнове­сия являются главной причиной вторичного нарушения баланса калия, посколь­ку они вызывают существенное изменение секреции и экскреции калия.

Наиболее важная эмпирическая находка следующая: наличие повышенного рН плазмы (алкалоз) стимулирует увеличение секреции и экскреции калия (рис. 8-7).¹² Таким образом, у пациента, страдающего от алкалоза (вызванного, скажем, рвотой), будет отмечаться увеличенная экскреция калия с мочой только за счет алкалоза и дефицит калия в организме. Каким образом алкалоз стимули­рует секрецию калия? Основной механизм заключается в том, что алкалоз стиму­лирует Ка,К-АТФазные насосы в базолатеральной мембране корковой собира­тельной трубки¹³.

Что же касается ацидоза, то важен ответ на вопрос — оказывает ли он прямо противоположный эффект, т. е. снижает секрецию калия и поэтому вызывает за­держку калия в организме? По причинам, которые до сих пор непонятны, не су­ществует простого ответа, почему нет воздействия, аналогичного эффекту алка­лоза на секрецию калия¹⁴.

Резюме влияния АДГ на функцию почек

1.   Действует на главные клетки системы собирательных трубок:

а.  Увеличение реабсорбции воды (глава 6).

б.  Увеличение реабсорбции натрия (синергизм с альдостероном) (глава 7).

в.   Увеличение секреции калия (глава 8).

2.   Воздействует на клетки собирательной трубки внутренней части мозговой зоны, вызы­
вая увеличение реабсорбции мочевины (глава 5).

3.   В высокой концентрации вызывает вазоконстрикцию афферентных и эфферентных
артериол, вызывая уменьшение почечного кровотока и скорости клубочковой фильтра­
ции, первое в большей степени, чем последнее (глава 2).

 

Примечания

1Долгое время считалось, что альдостерон имеет сходный эффект, но по результатам последних исследований это не так (см. Коза с соавт. в списке литературы).

л

2Имеется много исключений из этих правил (см, Апёго^ие, Маоиаз).

3С целью упрощения и поскольку процесс в действлтельности не меняет количество экскретируемого калия, я не описал рециркуляцию калия, которая происходит в петле Генле. Ситуация является сходной с той, которая описана по отношению к мочевине в главе 4. Реабсорбирующийся из толстой восходящей части петли Генле и собирательной трубки мозгового вещества калий диффундирует в прямой проксимальный каналец и тон­кую часть петли Генле и затем может быть реабсорбирован еще раз из движущейся по не-фрону жидкости. Таким образом, в толстой восходящей части петли Генле реально реаб-сорбируется не только 30 % профильтровавшегося калия, но и большая часть калия, кото­рый подвергается рециркуляции. Для обсуждения возможной роли рециркуляции калия см. Знании!, СйеЫзсЬ; \Уп§Ы:, СИеЫзсЬ.

4Положительный электрический потенциал со стороны просвета конечного отдела про­ксимального канальца также вносит свой вклад в реабсорбцию калия при участии диффу­зии. Кроме того, отчасти реабсорбция обусловлена механизмом переноса калия вместе с растворителем. Наконец, возможна некоторая активная реабсорбция калия (механизм не­известен) (см. 51ап1;оп, О1еЫзсЬ).

5Некоторое количество калия, проникающего через люминальную мембрану при учас­тии системы котранспорта, диффундирует вновь в просвет канальца в большей степени через калиевые каналы люминальной мембраны, а не преодолевает базолатеральную мем­брану для реабсорбции. По этой причине механизм контранспорта обеспечивает гораздо менее интенсивную реабсорбцию калия, чем натрия и хлора.

И

6Данное утверждение в целом является правильным по отношению к общему вкладу, который вносит собирательная трубка мозгового вещества. В то же время данный сегмент канальца, как указывалось ранее, не является изолированным гомогенным образованием и существует значительный диапазон вариаций того, как его отдельные компоненты транспортируют калий (см. ЧУп§п1;, СИеЫзсЬ).

7У пациента с дефицитом калия в организме как в корковой, так и в мозговой собира­тельной трубке может отмечаться некоторая регуляторная стимуляция ре абсорбции ка­лия (см. \^п§п1;, С1еЫзсЬ).

8Как указано в описании к рис. 8-1, существует также некоторое количество К,С1-ко-транспортеров (не показанных на рисунке), которые переносят дополнительное количест­во калия в просвет канальца. Данная система котранспорта также существует в клетках дистального извитого канальца и участвует, вместе с люминальными калиевыми канала­ми, в секреции калия в этих сегментах канальца. Кроме того, поскольку этот транспортер способствует переносу хлора в просвет канальца вместе с калием, то это противостоит ре-абсорбции хлора и может, при определенных обстоятельствах, происходить результирую­щая секреция хлора в этих частях дистальных сегментов канальца (см. ^п^, СйеЫзсЬ).

9Следует повторить, что этот индивидуальный потенциал люминалъной мембраны пре­пятствует люминальному этапу трансцеллюлярной секреции калия. В противополож­ность этому трансканалъцевый потенциал, будучи электроотрицательным со стороны про­света канальца (50 мВ) в корковой собирательной трубке, облегчает парацеллюлярную секрецию калия посредством диффузии, этого, возможно, весьма недостаточно, так как в данном сегменте канальца эпителий имеет плотные межклеточные контакты и обладает низкой ионной проводимостью.

10Что же касается второй потенциальной проблемы: если уровень альдостерон а в плазме повышен из-за положительного баланса калия, порождает ли это увеличение реабсорбции натрия и позитивный общий баланс натрия в организме? Правильный ответ — нет. Одно соображение заключается в том, что существует еще много других факторов, регулирую­щих процесс экскреции натрия, но другое обоснование заключается в том факте, который не упоминается в главе 7: увеличение концентрации калия в плазме, как при положитель­ном балансе калия, тормозит реабсорбцию натрия в проксимальном канальце. Таким об­разом, этому угнетению деятельности проксимального канальца противостоит вызванное альдостероном увеличение реабсорбции натрия из протекающей жидкости собирательной трубки коры.

11Противопоставим этот результат ситуации с пациентом, страдающим первичным гипер-альдостеронизмом. У такого больного одновременно повышенный уровень альдостерона и нормальное или повышенное поступление жидкости в корковую собирательную трубку (вспомним изменения транспорта натрия в почке при первичном гиперальдостеронизме, глава 7), и поэтому для него характерно выраженное и постоянное увеличение секреции и экскреции калия, достаточное, чтобы вызвать серьезный дефицит калия в организме.

12Помимо стимуляции секреции калия алкалоз может тормозить реабсорбцию калия в корковой собирательной трубке (путем торможения Н,К-АТФаз в люминальной мембра­не) (см. \У1п§о, Сат).

1Ч

13Вероятно, имеется еще несколько других механизмов. Алкалоз может увеличить ак­тивность и/или число калиевых каналов в люминальной мембране, а также может уси­лить котранспорт калия и хлора из клеток в просвет канальца (см. \7Уп§Ы;, СДеЫзсЬ).

¹⁴ При респираторном ацидозе и определенных формах метаболического ацидоза (см. главу 9 для определения этих терминов) секреция калия действительно снижена, но толь­ко во время наиболее острого состояния больного, обычно на период менее 24 ч. При дру­гих формах метаболического ацидоза может даже не быть фазы острой задержки. Но в действительности удивительным фактом является то, что даже респираторный ацидоз и те формы метаболического ацидоза, при которых действительно имеет место острое сни­жение секреции калия, обычно в конечном итоге приводят к увеличению секреции калия, как и при алкалозе. Были сделаны попытки объяснить эти феномены, но в настоящее вре­мя механизмы, посредством которых хронический ацидоз нарушает транспорт калия в поч­ках, остается неясным (см. Х/Уп^Ы;, С1еЫзсЬ).