СЕЧОУТВОРЮВАЛЬНА ФУНКЦІЯ НИРОК

4 Червня, 2024
0
0
Зміст

СЕЧОУТВОРЮВАЛЬНА nФУНКЦІЯ НИРОК. БІОХІМІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА НОРМАЛЬНОЇ І ПАТОЛОГІЧНОЇ СЕЧІ. nБІОХІМІЯ М’ЯЗІВ І СПОЛУЧНОЇ ТКАНИНИ

 

 

Нирки – парний nорган, призначений для підтримання постійності внутрішнього середовища nорганізму та виділення кінцевих продуктів  обміну. Вони nрегулюють водно-сольовий баланс, кислотно-основну рівновагу, nвиділення азотових шлаків, осмотичний тиск рідин організму. Крім того, нирки nберуть участь у регуляції артеріального тиску і стимулюють еритропоез.

Структурно-функціональні особливості нирок

У структурі ниркової тканини розрізняють зовнішній, або nкірковий, шар червоного кольору та внутрішній, або мозковий, шар, що має nжовто-червоне забарвлення.

Функціонально-структурною одиницею ниркової тканини є nнефрон.

 

http://www.tdmu.edu.te.ua/www/tables/0413.jpg

 

Існують два типи нефронів:

1. Кіркові, які знаходяться в кірковому шарі нирки. Їх nчастка складає 85 % від усіх нефронів нирки.

2. Юкстамедулярні nнефрони (15 %), капілярні клубочки яких розташовані на межі nкіркового і мозкового шарів нирки. Нирки приймають важливу nучасть у забезпеченні життєдіяльності організму не тільки шляхом утворення сечі nпевного складу, але й виділення в кров різних речовин. Здатність нирок nпродукувати сечу певного складу забезпечує такі функції (сечоутворюючі):

Функції нирок.

1. Регуляція nбалансу води і неорганічних іонів.

2. Видалення nкінцевих продуктів обміну з крові і їх екскреція з сечею.

3. Екскреція nчужорідних хімічних речовин і з’єднань, що надійшли в організм ззовні.

Крім цих nфункцій нирки, виділяючи в кров певні речовини, виконують такі функції n(сечонеутворюючі):

1. Ендокринну n(інкреторну).

2. Метаболічну.

Основна функція нирок зводиться до регуляції об’єму, осмолярності, nмінерального складу і кислотно-лужного стану організму шляхом екскреції води і nмінеральних електролітів в кількостях, необхідних для підтримування їх балансу nв організмі і нормальної концентрації цих речовин у позаклітинній рідині. До nіонів, які регулюються таким чином, відносяться натрій, калій, хлор, кальцій, nмагній, сульфат фосфат і іони водню.

Нирки забезпечують видалення кінцевих продуктів обміну. До таких nречовин відносяться сечовина (утворюється з білків), сечова кислота n(утворюється з нуклеїнових кислот), креатинін (утворюється з креатину м’язів), nкінцеві продукти розпаду гемоглобіну, метаболіти гормонів т. ін.

Багато чужорідних речовин, які потрапляють в організм ззовні, nекскретуються з сечею. Це ліки, харчові додатки, пестициди та ін.

У нирках виробляються активні речовини, що дозволяє розглядати їх nяк важливий ендокринний орган, який продукує ренін, еритропоетин, активну форму nвітаміну D3.

Ренін, надходячи в кров, запускає ренін-ангіотензин-альдостеронову nсистему.

Секреція реніну в юкстагломерулярному апараті регулюється такими nосновними впливами. По-перше, величиною артеріального тиску в приносній nартеріолі. Зниження тиску веде до посилення секреції реніну і навпаки. nПо-друге, секреція реніну залежить від концентрації натрію в сечі дистального nканальця. Збільшення концентрації натрію в сечі канальця, веде до підвищення nсекреції реніну. По-третє, секреція реніну регулюється симпатичними нервами nчерез бета-адренорецептори. По-четверте, регуляція здійснюється за механізмом nзворотнього зв’язку через вміст у крові ангіотензину ІІ і альдостерону.

Клітини nюкстагломерулярного апарату нирок продукують фермент ренін у відповідь на nзниження ниркової перфузії або зростання впливу симпатичної нервової системи. nВін перетворює ангіотензиноген (α2-глобулін), що синтезується в nпечінці, в ангіотензин І. Ангіотензин І, під впливом ангіотензинперетворюючого nферменту в судинах легень, перетворюється в ангіотензин II.

Ангіотензин-ІІ володіє nсильною вазоконстрикторною дією. Це пояснюється наявністю чутливих до nангіотензину II рецепторів у nпрекапілярних артеріолах, які правда розміщені в організмі нерівномірно. Тому nдія на судини в різних ділянках неодинакова. Системний судиннозвужуючий ефект nсупроводжується зменшенням кровотоку в нирках, кишках і шкірі і збільшенням nйого в мозку, серці і надниркових залозах. Проте дуже великі дози ангіотензину II можуть викликати звуження судин серця і мозку. Встановлено, nщо збільшення вмісту реніну і ангіотензину в крові посилює відчуття спраги і nнавпаки. Крім цього ангіотензин II безпосередньо, або, перетворившись в ангіотензин III, стимулює виділення nальдостерону. Альдостерон, що виробляється в кірковому шарі надниркових залоз, nволодіє надзвичайно високою здатністю посилювати зворотнє всмоктування натрію в nнирках, слинних залозах, травній системі, змінюючи таким чином чутливість nстінок судин до впливу адреналіну і норадреналіну. Враховуючи тісний nвзаємозв’язок між реніном, ангіотензином і альдостероном їх фізіологічні ефекти nоб’єднують однією назвою ренін-ангіотензин-альдостеронова система.

Еритропоетин – це пептидний гормон, який приймає участь в nрегуляції продукції еритроцитів кістковим мозком. Стимулом до його секреції є nзниження вмісту кисню в нирках.

Активна форма вітаміну D3 – це стероїдний гормон, який утворюється в клітинах nпроксимального канальця і стимулює всмоктування кальцію в кишках, суттєво nпосилює резорбцію кісток і активує реабсорбцію кальцію в канальцях нирок.

У нирках синтезується активатор плазміногену – урокіназа.

Крім речовин, які проявляють системну, віддалену дію, нирки nвиділяють фізіологічно активні речовини з переважно локальною, місцевою дією. nПростагландини посилюють нирковий кровотік, натрійдіурез, зменшують чутливість nклітин до вазопресину (АДГ). Фактори росту відповідають за збільшення розмірів nнирки і її розвиток як в ході ембріогенезу, так і компенсаторної гіпертрофії. nКініни, зокрема брадикінін регулює нирковий кровотік, виділення натрію.

Оксид азоту (NO), що утворюється в nнирках, знижує чутливість збиральних канальців до вазопресину (АДГ), сприяючи nвиділенню води, інгібує активність Nа+, nК+-АТФ-ази в різних сегментах нефрона та вхід Nа+ в клітини збиральних трубочок.

Нирки забезпечують підтримування стабільного рівня у внутрішньому nсередовищі організму вуглеводів, жирів та білків. Так, у кірковій речовині nвисока активність новоутворення глюкози – глюконеогенезу. Збагачення організму nглюкозою за рахунок глюконеогенезу в 10 разів інтенсивніше її реабсорбції. При nрозрахунку на 1 г кіркової речовини глюконеогенез нирок nпереважає печінковий.

Внутрішнє середовище організму поповнюється за рахунок синтезу в nнирках фосфоліпідами, тригліцеридами та ін.

Внаслідок перетворення білків у клітинах проксимальних канальців, nнирки сприяють дотриманню вмісту амінокислот у крові на належному рівні.

 

В  основі діяльності нирок лежать наступні nмеханізми: 

1. Активний транспорт. У процесах виборчої nреабсорбції і секреції молекули і іони активно секретуються в фільтрат або nвсмоктуються з нього. Так, наприклад, здійснюється всмоктування глюкози в перітубулярні капіляри, що оточують проксимальний nзвивистий нирковий каналець, і хлористий натрій – у товстому висхідному коліні nпетлі Генле. 

2. Виборча nпроникність. Різні ділянки нефрона мають nвиборчу проникністю для іонів, води та сечовини. Наприклад, проксимальні звиті nниркові канальці відносно мало проникні в порівнянні з nдистальними звитими нирковими канальцями. Проникність дистальної ниркової nтрубки може регулюватися гормонами. 

3. Концентраційні градієнти. У результаті nдії двох описаних механізмів в інтерстиціальному nпросторі ниркового мозкової речовини підтримуються концентраційні nградієнти. 
n4. Пасивна дифузія і осмос. Іони натрію і хлору, і молекули nсечовини будуть дифундувати в фільтрат і з нього по концентраційному градієнту nв тих ділянках нефрона, які проникні для них. А молекули води в проникних для nних ділянках нефрона будуть, виходити осмотично з фільтрату в тканинну (інтерстиціальну) рідину nнирки там, де ця рідина гіпертонічно. 

5. Гормональна регуляція. Водний баланс організму та екскрецію солей nрегулюють гормони, що діють на дистальні звивисті ниркові канальці і ниркові nзбірні трубки – антидіуретичний гормон, альдостерон і інші.  

6. Нирки служать головним органом виділення і nголовним органом осморегуляції. Їх функції включають видалення з організму nнепотрібних продуктів обміну і чужорідних речовин, регуляцію хімічного складу рідин тіла шляхом видалення речовин, кількість яких nперевищує поточні потреби, регуляцію вмісту води в рідинах тіла (і тим самим їх nобсягу) і регуляцію рН рідин. Тільки  нирки рясно забезпечуються кров’ю і nгомеостатично регулюють склад крові. nЗавдяки цьому підтримується оптимальний склад nтканинної рідини, і отже, внутрішньоклітинної рідини омиваних нею клітин, що nзабезпечує їх ефективну роботу. Нирки пристосовують свою діяльність до nзмін, що відбуваються в організмі. При цьому тільки в двох останніх відділах nнефрона – в дистальних звивистих канальцях нирки і збиральної трубці нирки – nзмінюється функціональна активність з метою регулювання складу рідин тіла. Інша частина нефрона аж до дистального канальця nфункціонує при всіх фізіологічних станах однаково.
nКінцевим продуктом діяльності нирок є сеча, обсяг, і склад якої варіює в nзалежності від фізіологічного стану організму. у нормі відокремлюється велика nкількість розведеної сечі, але при нестачі в організмі води утворюється nконцентрована сеча.

 

Особливості обміну речовин у нирках

 

Нирки є основним органом виділення. З nїх участю відбувається виділення з організму кінцевих продуктів білкового nобміну, а також води і солей.

За своєю функціональною nздатністю нирки більш важливі, ніж такі органи виділення, як кишечник, шкіра, nлегені й печінка. Зупинка функції нирок несумісна з життям – людина помирає на n4-6 день після її відключення.

Тканина нирки містить багато води (близько 84 %), що вказує на високий рівень метаболічних процесів. Про високу інтенсивність nокисних процесів у нирках свідчить значна здатність їх поглинати кисень: нирки nпоглинають до 10 % усього кисню, що використовується організмом. Протягом доби через нирки протікає 700-900 л крові. Основним nенергетичним матеріалом для роботи нирок є вуглеводи. У нирках nінтенсивно відбувається гліколіз, кетоліз, аеробне окиснення і пов’язане з ним nфосфорилювання, що зумовлює найефективніше використання енергії та утворення nнайбільшої кількості АТФ. У кірковій речовині нирок домінує аеробний тип обміну nречовин, а у мозковій – анаеробний.

У нирках на високому рівні інтенсивно відбувається обмін nбілків. Зокрема, досить активно перебігають процеси трансамінування і nдезамінування, що супроводжуються утворенням аміаку. Головним джерелом для його nутворення є розщеплення глутаміну, який потрапляє в нирки із різних тканин.

У результаті взаємодії аргініну і гліцину під впливом трансамідинази в nнирках утворюється гуанідинацетат, який переноситься кров’ю в печінку, де nперетворюється в креатин. Підвищення в крові активності даного ферменту nспостерігається за умов ураження нирок або некрозу підшлункової залози.

Ниркова тканина багата на різні ферменти, зокрема, ЛДГ, nАсАТ, АлАТ. Тут проявляють високу активність ізоферменти ЛДГ1, ЛДГ2, nЛДГ3, ЛДГ5, але розподіл їх неоднорідний. Так, у кірковій nречовині нирок переважають ЛДГ1 і ЛДГ2 форми, а в nмозковій – ЛДГ3 і ЛДГ5.

Важлива роль у нирках належить ізоформам аланінамінопептидази (ААП). Існує n5 ізоформ ААП, кожна з яких є характерною для певного органа.

ААП1 зосереджена в основному в тканині печінки, ААП2 – nв підшлунковій залозі, ААП3 – в нирках, ААП4 і ААП5 n– в різних відділах стінки кишечника.

Поява в крові й сечі ізоферменту ААП3 вказує на пошкодження nтканини нирки. При гострих запальних процесах у нирках насамперед підвищується nпроникність клубочкових мембран, що спричиняє появу в сечі білка, зокрема nферментів.

Регуляція діяльності нирок:

1. Нервова регуляція nвегетативна нервова система регулює процесами механізму сечоутворення.

2. Гуморальна регуляція n- здійснюється за рахунок гормонів – вазопресину і альдостерону.

Механізм nсечоутворення

Сеча являє собою рідину, в якій nмістяться різноманітні органічні й неорганічні речовини, що виводяться з nорганізму. Із сечею виходить надлишок води, в якій розчинені кінцеві продукти nазотового обміну, продукти гниття білків, що всмоктуються в кишечнику і через nкров надходять до печінки, де перетворюються на парні сполуки, мінеральні солі nта сторонні для організму речовини (ксенобіотики). Це сполуки, що потрапили в організм як домішки їжі, лікувальні препарати, nтоксини тощо. Із сечею виділяються також гормони, вітаміни та їх похідні. Усі nназвані речовини можуть бути в сечі у вигляді різних продуктів перетворення їх nв організмі. Вміст багатьох із них в сечі значно вищий, ніж у плазмі крові.

ПОРІВНЯЛЬНИЙ ВМІСТ ДЕЯКИХ РЕЧОВИН У ПЛАЗМІ  КРОВІ Й СЕЧІ:

 

n

РЕЧОВИНА

ПЛАЗМА (%)

СЕЧА (%)

вода

90-93

Не менше 98

білки

6,5-8,5

Не виявляються

цукор

0,08-0,12

Не виявляються

сечовина

0,03-0,04

0,8-3,5

сечова кислота

0,002-0,005

0,05-0,24

креатинін

0,0008-0,001

0,15-0,24

солі

0,9-1,1

0,8-1,8

 

Ці факти свідчать про те, що з крові в сечу через нирки речовини nпотрапляють не простою дифузією чи фільтрацією.

Тут спостерігається явище, що нагадує активне всмоктування поживних речовин nу кишечнику. Отже, нирки виконують дуже складну роботу, спрямовану проти nосмотичного тиску і призначену для концентрування певних речовин у сечі.

Як утворюється сеча? Три процеси, що відбуваються в nнефронах, лежать в основі її виникнення: фільтрація, реабсорбція і секреція.

 

Презентация128

 

Клубочкова nфільтрація води і низькомолекулярних компонентів плазми зумовлена різницею між nгідростатичним тиском крові в капілярах клубочків (приблизно 70 мм Нg), онкотичним тиском білків плазми nкрові (приблизно 30 ммg) та nгідростатичним тиском ультрафільтрату плазми крові в капсулі клубочка n(приблизно 20 ммg). У нормі ефективний фільтраційний тиск, що спричиняє nклубочкову фільтрацію, визначається за формулою

70 мм nHg – (30 мм nHg + 20 мм Hg) = 20 мм Нg.

Зрозуміло, що для проходження фільтрації необхідно, щоб сума онко­тичного nтиску білків плазми крові й тиску рідини в капсулі клубочка була меншою від гідростатичного nтиску крові в капілярах клубочка.

Величина гідростатичного тиску в капсулі клубочка нирок визначається, в nосновному, співвідношенням просвіту приносної і виносної артеріол клубочка. У nнормі діаметр приносної артеріоли на 30 % більший, ніж виносної. Звуження nвиносної артеріоли, яке призводить до збільшення різниці в діаметрі приносної і nвиносної артеріол, буде збіль­шувати фільтрацію і навпаки, звуження приносної nартеріоли знижує фільтрацію.

Ті речовини, що nпосилюють кровообіг у нирках, а також збільшують фільтрацію в клубочках, є nсечогінними чинниками (наприклад, теофілін, теобромін).

У результаті фільтрації утворюється так звана первинна nсеча, в якій практично немає білка. За добу в просвіт канальців надходить 180‑200 nл ультрафільтрату плазми крові. Оскільки фільтрація є пасивним процесом, то у nфільтраті компоненти містяться приблизно в таких концентраціях, як і в плазмі. nТільки білки потрапляють в ультрафільтрат у дуже незначній кількості (з nневисокою молекулярною масою), та й ті здебільшого реабсорбуються. Зворотному nвсмоктуванню не підлягають сечовина (частково), сечова кислота, креатинін, nпарні сполуки та інші кінцеві продукти обміну, які не потрібні організмові. nТаким чином, другим чинником сечоутворення є реабсорбція.

За добу епітелій канальців зворотно всмоктує (реабсорбує) nзначну кількість речовин: 179л води, 1кг NaCl, 500г NaHCO3, 250 г глюкози, 100 г вільних nамінокислот.

Крім реабсорбції, в канальцях відбувається ще додаткова секреція лугів, кислот, деяких пігментів, лікарських речовин тощо. Внаслідок усіх цих процесів, тобто зворотного всмоктування одних речовин, концентрації інших, а також додаткової секреції, первинна сеча поступово перетворюється на вторинну. Ця сеча вже істотно відрізняється за своїм складом від плазми крові. Таким чином, завдяки переміщенню крові через нирки відбувається очищення її від різних непотрібних і шкідливих речовин. Для оцінки стану очищення організму від різних речовин використовують показник клубочкової фільтрації, так званий кліренс (очищення). Кліренс будьякої речовини виражають кількістю мілілітрів плазми крові, яка очищається від речовин (зокрема, продуктів обміну) за 1 хв при проходженні через нирки.

Нирковий фільтр. За 1 добу в нирках людини утворюється nблизько 180 л nпервинної сечі, що відповідає утворенню за 1 хв приблизно 125 мл ультрафільтрату.

 

 

 

Утворення первинної сечі

Якщо будь-яка nречовина (наприклад глюкоза) в проксимальних канальцях повністю зворотно nвсмоктується, то в такому випадку кліренс крові від даної речовини дорівнює nнулю. nІ навпаки, якщо речовина (наприклад, інулін, креатинін), яка перейшла в nультрафільтрат, зворотно зовсім не всмоктується, то кліренс її, виражений в nмілілітрах плазми, дорівнює величині ультрафільтрату, тобто 125 мл за 1 хв.

Практично кліренс є величиною трохи меншою, ніж 125 мл. Так, кліренс nсечовини близький до 70, тобто за 1 хв від цього кінцевого продукту азотового nобміну звільняється 70 мл плазми, а зворотно всмокту­ється в канальцях nкількість сечовини, що міститься в 55 мл ультрафільтрату. Якщо кліренс nперевищує величину 125, то це свідчить, що дана речовина не тільки фільтрується nв клубочках, а й активно виділяється і секретується в канальцях. Речовинами, за nякими найчастіше визначають клубочкову фільтрацію, є інулін (полімер фруктози), nманітол, креатинін.

Кліренс визначають за формулою

де С – кліренс;

Кс – концентрація речовини в сечі (мг %);

Кпл – концентрація речовини в плазмі (мг %);

V – кількість сечі (мл за 1 хв).

Чітке зниження клубочкової фільтрації при запальних захворюваннях нирок n(нефрити) супроводжується зменшенням виділення з організму кінцевих продуктів nобміну речовин, зокрема сечовини, сечової кислоти, креатиніну та ін., що nпризводить до так званої азотемії.

 

Механізми реабсорбції речовин у канальцях нирок

Більша кількість первинної nсечі під час переміщення по ниркових канальцях (довжина всіх ниркових канальців nперевищує 100 км) nвіддає багато своїх компонентів назад у кров. Практично всі біологічно важливі nдля організму речовини реабсорбуються.

Реабсорбція відбувається або nпростою дифузією, або активним транспортом. Більшість речовин реабсорбується за nдопомогою активного транспорту, який потребує значних затрат енергії. Тому в nканальцях нирок надзвичайно розвинута система активного транспорту речовин. nВисока активність Na+, K+-АТФази створює Na+/K+-градієнт nдля вторинного активного транспорту різних речовин.

 

Презентация15

Залежно від ступеня nреабсорбції в проксимальних канальцях, усі речовини діляться на 3 групи:

1. Речовини, що активно nреабсорбуються.

2. Речовини, що мало nреабсорбуються.

3. Речовини, що не nреабсорбуються.

Активно реабсорбуються іони nнатрію, хлору, магнію, кальцію, вода, глюкоза та інші моносахариди, nамінокислоти, фосфати неорганічні, гідрокарбонати, білки тощо.

Глюкоза і білки реабсорбуються nмайже стовідсотково, амінокислоти – на 93 %, вода – на 96 %, NaCl – на 70 n%, решта речовин більше, ніж на половину. Іони натрію реабсорбуються епітелієм nканальців з участю активного транспорту. Спочатку вони потрапляють із ниркових nканальців у клітини епітелію, а звідти – в міжклітинне середовище.

За Na+ із первинної nсечі пасивно рухаються Сl- та НСО3-, відповідно до принципу nелектронейтральності, а вода – за осмотичним градієнтом внаслідок підвищення nосмотичного тиску в міжклітинному просторі. Звідси речовини проникають у nкровоносні капіляри.

Глюкоза й амінокислоти nтранспортуються за допомогою спеціальних переносників разом з Na+, nвикористовуючи енергію Na+-градієнта на мембрані. Са2+ і nМg2+ реабсорбується, вірогідно, з участю спеціальних транспортних nАТФаз. Білок реабсорбується шляхом ендоцитозу.

Мало реабсорбується сечовина й nсечова кислота. Вони переносяться простою дифузією в міжклітинне середовище, а nзвідси – назад у петлю Генле. До нереабсорбованих речовин відносяться креатинін, nманітол, інулін та ін.

Функціональне значення різних nвідділів ниркових канальців у сечоутворенні неоднозначне. Низхідне і висхідне nколіна петлі Генле утворюють протипротічну систему, яка бере участь у nконцентруванні й розведенні сечі, завдяки чому густина сечі може коливатися в nмежах від 1,002 до 1,030.

 

 

Рідина, що переміщується з nпроксимального відділу канальця (кіркова зона) в тонкий низхідний відділ петлі nГенле, потрапляє в зону нирки, де концентрація осмотично активних речовин вища, nніж у корі нирки. Це підвищення осмолярної концентрації зумовлене дією товстого nвисхідного відділу петлі, стінка якого непроникна для води, а клітини його nтранспортують іони Сl- і Na+ в інтерстиціальну тканину. Стінка nнизхідного тонкого відділу петлі, навпаки, проникна для води і тому тут вона nвсмоктується за осмотичним градієнтом із просвіту канальця в оточуючу проміжну nтканину нирки, тоді як осмотично активні речовини залишаються в просвіті цього nвідділу канальця. Чим далі від кори по прямій лінії знаходиться рідина в nнизхідному коліні петлі, тим вища її осмолярна концентрація. У кожній сусідній nділянці низхідного відділу петлі спостерігається незначне наростання nосмотичного тиску, а вздовж петлі осмолярна концентрація збільшується від 300 nмосм/л до1450 мосм/л .

Переміщення рідини по nвисхідному відділі петлі нефрону супроводжується реабсорбцією іонів хлору і nнатрію, тому в початкові ділянки дистального звивистого канальця завжди nпотрапляє гіпотонічна рідина. Частина води з цієї рідини за осмотичним nградієнтом реабсорбується, тому осмолярна концентрація рідини в усьому відділі nзростає. Рдина тут спочатку стає ізоосмолярною, а завершальне концентрування її nвідбувається в збірних трубочках. У результаті цього виділяється гіперосмотична nсеча.

Значна роль в активному транспорті nнатрію із дистальних канальців в міжклітиннй простір належить гормону кори nнадниркових залоз  альдостерону.

Секреція альдостерону зростає, nколи концентрація Nа+ в плазмі крові нижча за норму. Під дією nальдостерону іони Nа+ можуть повністю реабсорбуватися із сечі. nЗрозуміло, що за умов підвищення концентрації Nа+ в плазмі дія nальдостерону буде незначною.

 

 

 

У нормі через петлю Генле nпроходить щоденно від 40 до 60л води. Цей об’єм далі зменшується приблизно до 2-1,5 л, але частка nреабсорбованої води може змінюватися залежно від потреб організму. В петлі nГенле, дистальних канальцях і збірних трубочках відбувається диференційована nреабсорбція води і розчинених у ній речовин.

http://www.youtube.com/watch?v=6x5pVoMb_vI&feature=related

 

У цих процесах беруть участь nдва механізми:

1. Активний процес у петлі nГенле, що призводить до виникнення високої осмолярності в мозковому шарі нирки nта низької осмолярності сечі. Цей механізм при відсутності антидіуретичного nгормону (АДГ) сприяє утворенню розведеної (гіпоосмолярної) сечі.

2. Пасивний процес, який nвідбувається тільки при наявності АДГ і забезпечує реабсорбцію води без nрозчинених речовин із дистальних відділів канальців і збірних трубочок за nосмотичним градієнтом. Цей механізм призводить до концентрації сечі й nрозбавлення плазми. Отже, при відсутності АДГ стінки дистальних відділів nканальців і збірних трубок непроникні для води, осмоляльність у них не змінюється nі виводиться гіпоосмоляльна сеча.

При наявності АДГ стінки nдистального відділу канальців і збірних трубок стають проникними для води. Вона nпереміщується за осмотичним градієнтом, що спонукає концентрування сечі в міру nпроходження її через мозковий шар нирки. Вода реабсорбується доти, поки nосмоляльність сечі не досягне такого рівня, який є в найглибшому шарі нирки, що nв 4 або 5 разів вище відповідних величин для плазми крові.

На виділення нирками води та nіонів Nа+ впливають також простагландини. Зокрема встановлено, що nпростагландини А2 і Е2 стимулюють діурез і сприяють nвиділенню із сечею натрію. Цю дію пов’язують з перерозподілом крові в нирці від nкіркового шару до мозкового, який супроводжується гальмуванням реабсорбції Nа+.

Іони К+ nреабсорбуються переважно в проксимальних канальцях, а виділяються в дистальних. nПро функціонування секреторного механізму виділення іонів К+ засвідчує nте, що його кліренс вищий, ніж для інуліну. Секреція К+ в дистальних nканальцях здійснюється шляхом обміну на Nа+. Тільки за умов nпорушення реабсорбції Nа+, наприклад при недостатності кори nнадниркових залоз, секреція К+ знижується і може настати nгіперкаліємія. Таким чином, механізм обміну Nа+– К+ можна nрозглядати як частину контрольованого альдостероном процесу реабсорбції Nа+ nв дистальних канальцях нирки. Нормальна робота цього механізму забезпечує nщоденне виділення приблизно 25 мекв К+ навіть при відсутності nнадходження К+ або при зниженні концентрації його в плазмі. nГіперфункція кори надниркових залоз за допомогою виділеного альдостерону nспричиняє надмірну реабсорбцію Nа+, що супроводжується підвищеним nвиділенням К+ та загрозливим зниженням його вмісту в організмі.

В дистальних канальцях та nзбірних трубках іони Nа+ обмінюються не тільки на К+, але nі на іони Н+ та NН4+. З цими процесами nпов’язана здатність нирок підкислювати або олужувати сечу і підтримувати на nсталому рівні рН крові.

В транспорті речовин у nниркових канальцях беруть участь ферменти: глутаміназа, яка функціонує в час nсекреції NН3+; карбоангідраза, що необхідна для обміну Н+–Nа+; nNа+, К+-АТФаза, за участю якої транспортуються іони Nа+, nК+ та реабсорбуються з первинної сечі амінокислоти і глюкоза.

 

Корекції осмоляльності плазми крові за умов nнеоднакового надходження води в організм

1. Надмірне надходження води nпризводить до розведення позаклітинної рідини. При цьому зниження осмоляльності nгальмує утворення АДГ. Оскільки стінки збірних трубочок стають непроникними для nводи, то утворюється розведена сеча.

Водне навантаження спричиняє максимальний nдіурез, при якому ­осмоляльність на кінці збірних трубочок може дорівнювати nтільки 600 мосм/л, тоді як максимум сягає 1400 мосм/л. Збільшення об’єму nциркулюючої рідини посилює кровообіг у нирках, що сприяє вимиванню nгіперосмотичного середовища мозкового шару нирок і поверненню частини nрозчинених речовин у кровообіг. Таким чином, із сечею не тільки виводиться nбільше води, ніж у нормі, але і більше розчинених речовин потрапляє в загальний nкровообіг у результаті реабсорбції. Але гіперосмоляльність у мозковому шарі nнирки, а отже, і здатність до максимального концентрування сечі можуть повністю nвідновитися до початкового рівня через декілька днів після припинення водного nнавантаження.

2. Обмеження надходження води nпризводить до підвищення осмоляльності плазми крові, що зумовлює утворення АДГ nі створює умови для нормалізації.

 

Пр

 

За фізіологічних умов nнайбільше значення для створення нормального рівня осмоляльності клубочкового nфільтрату належить натрію і зв’язаним із ним аніонам. Активне видалення натрію nз проксимального відділу канальців супроводжується пасивною реабсорбцією води.

Ниркова регуляція тиску крові

 

Нирки здійснюють контроль nрівня артеріального кров’яного тиску. Ряд різновидів гіпертонії людини nпов’язаний із різними нирковими порушеннями.

Експериментальну гіпертонію в nсобак можна викликати шляхом часткової перев’язки ниркових артерій, обмежуючи nтим самим нирковий кровообіг. Такий самий ефект спостерігається і за умов nденервації нирки, що свідчить про гуморальний механізм даної експериментальної nгіпертонії. До виникнення цієї гіпертонії має відношення фермент ренін, що nвиробляється ниркою. Ренін діє на білок плазми крові ангіотензиноген (альфа2‑глобулінова nфракція), який синтезується в печінці, і відщеплює від нього поліпептид – nангіотензин І.

 

Доведено, що у хворих на nесенціальну гіпертонію вміст реніну в плазмі підвищений. У здорових людей ренін nплазми крові знаходиться в інгібованому стані завдяки дії речовин, що nутворюються із серинфосфатиду. Треба підкреслити, що сам ренін не впливає на nсудини. Пресорна дія викликається ангіотензином ІІ, який утворюється з nангіотензину І під впливом карбоксикатепсину. Останній відщеплює від nангіотензину І дипептид. Продукт реакції – ангіотензин ІІ – має дуже сильну nсудинозвужувальну дію і викликає виникнення гіпертонії. Усім тканинам nорганізму, особливо в кишечнику і нирках, притаманна висока пептидазна nактивність, що руйнує ангіотензин ІІ.

Утворення і виділення реніну nздійснюється юкстагломерулярним апаратом для здійснення гомеостатичного nконтролю над артеріальним тиском (у відповідь на його зниження). Крім того, nзменшення об’єму крові та позаклітинної концентрації іонів натрію або калію nстимулює поза клітиною посилення синтезу і виділення реніну. Ангіотензин ІІ діє nбезпосередньо на надниркові залози, стимулюючи виділення альдостерону, який nвикликає затримку в організмі іонів натрію. Гіпертензивна дія ангіотензину ІІ nрегулюється також кінінами плазми, які мають здатність підвищувати проникність nкапілярів і розширювати судини, що спричиняє зниження артеріального тиску. nПрикладом таких кінінів можуть бути калідин та брадикінін. Це пептиди, які nутворюються в результаті протеолітичного розщеплення кініногену, що міститься в nглобуліновій фракції плазми. Таке розщеплення можуть викликати трипсин, плазмін nта інші протеолітичні ферменти тканин і рідин організму – калікреїни. nБрадикінін (нонапептид) виникає під впливом калікреїну плазми, а калідин n(декапептид) утворюється при дії на кініноген калікреїнів підшлункової залози й nінших органів.

 

 

 

Калідин може перетворюватись nна брадикінін за допомогою амінопептидази. Припускають, що активність nренін-ангіотензинової системи тісно пов’язана з утворенням простагландинів у nнирці. Кожна з цих систем бере участь у регуляції водно-сольового обміну і nтиску крові. Порушення водно-сольового обміну призводять до змін функціонування nренін-ангіотензинової системи. Синтезовані в нирках простагландини змінюють nчутливість ниркових клітин до дії певних гормонів. В останні роки доведено, що nв нирках синтезується також еритропоетин, який стимулює кістковомозкове nкровотворення. Синтез еритропоетину зумовлюється крововтратами, шоком, nгіпоксією та ін.

 

Презентация1

 

 

Нирки і кислотнолужна рівновага

 

Разом із легеневою системою і буферними системами крові нирки підтримують на постійному рівні рН крові та інших тканин. Найшвидше реагують на зміну рН буферні системи крові (їх дія виявляється вже через 0,5-1 хв і менше), легені впливають на нормалізацію концентрації водневих іонів крові через 1-3 хв. Нормалізуюча дія нирки на зміну рН відзначається найпізніше (10-20 годин).

Визначальним механізмом підтримання концентрації водневих іонів в організмі за допомогою нирок є процеси реабсорбції натрію і секреції іонів водню. В основі їх дії лежать декілька хімічних процесів:

1. Реабсорбція іонів натрію під час перетворення двозаміщених фосфатів в однозаміщені. У процесі переміщення клубочкового фільтрату по нефрону відбувається вибіркове всмоктування клітинами канальців іонів Na+, nзамість яких у просвіт канальців із клітин потрапляють іони водню. Наслідком цього є перетворення двозаміщеного фосфату Na2HPO4 nна однозаміщений NaН2РО4, який виділяється із сечею.

2. Затримці в організмі іонів натрію і виведенню іонів водню сприяє перетворення бікарбонатів у вугільну кислоту, яка розкладається на СО2 і Н2О під впливом ферменту карбоангідрази з утворенням вугільної  кислоти.

 

 

 Вугільна кислота дисоціює на аніон бікарбонату nй іон водню. Далі Н+ (кислота) виноситься з клітин у канальці nнефрону (за механізмом антипорту з Na+) й екскретується із сечею, а nНСО3 (луг) із ниркових клітин потрапляє в кров у формі nNaHCO3, знижуючи її кислотність.

 

3. Затримці натрію в організмі nсприяє утворення в нирках аміаку і використання його для нейтралізації та nвинесення кислих метаболітів замість інших іонів.

Аміак у тканині нирок nутворюється в результаті дезамінування глутаміну та глутамату. Розпад глутаміну nвідбувається під впливом ферменту глутамінази, який розкладає його до nглутамінової кислоти і вільного аміаку.

 

 

 

БІОХІМІЧНІ nПОКАЗНИКИ СЕЧІ

Сеча – це водний розчин, у якому міститься близько 200 хімічних nінгредієнтів, серед яких розрізняють фізіологічні і патологічні, nпорогові та безпорогові.

Всього за добу з сечею дорослої nлюдини виділяється близько 60 г речовин, з них органічних – 35 – 45 г і nмінеральних – 15 – 25 г.

Властивості й склад сечі

 

Кількість сечі (діурез) у nздорової людини становить 1000-2000 мл на добу. Добова кількість сечі, нижча n500 мл і вища 2000 мл, у дорослої людини вважається патологічною. У чоловіків nдіурез трохи більший, ніж у жінок, і складає в середньому 1500-2000 мл, у жінок n– 1000-1600 мл. Добовий діурез може змінюватися залежно від характеру дієти, nумов праці, температури навколишнього середовища тощо.

 

Вживання великої кількості nводи супроводжується збільшенням діурезу до 2000-3000 мл, і навпаки, обмежене nспоживання води призводить до зменшення діурезу до 700 мл і навіть менше. nВживання фруктів, ягід і овочів, багатих на воду, теж посилює діурез, а сухі nпродукти, особливо солоні, зменшують його. Зменшується кількість сечі також при nроботі в гарячих цехах, в спеку, коли людина втрачає воду переважно з потом.

ВЛАСТИВОСТІ СЕЧІ

Колір nсечі

Звичайно сеча має бурштиновий або солом’яно-жовтий nколір.

Головним її пігментом є урохром, що утворюється з nуробіліну або уробіліногену при взаємодії їх із деякими пептидами. На колір nсечі впливають і інші пігменти, зокрема уроеритрин, що, вірогідно, є похідним nмеланіну; уропорфірини, рибофлавін та ін. При зберіганні, очевидно, в nрезультаті окиснення уробіліногену, сеча темніє. Така ж сеча спостерігається nпри екскреції білірубіну, що має місце при обтураційних жовтяницях, а також nжовтяницях печінкового походження.

Концентрована сеча, що виділяється в невеликій кількості nй має високу густину, виразно жовтого забарвлення.

Бліда сеча має низьку густину і виділяється у великих nкількостях.

При патологічних станах сеча може набувати різних nкольорових відтінків. Так, червоний або рожево-червоний колір сечі буває при nгематурії, гемоглобінурії, під час приймання амідопірину, сантоніну та інших nлікарських середників. Висока концентрація уробіліну і білірубіну може надавати nсечі бурого або червоно-бурого відтінку. Зелений або синій колір сечі спостерігається nза умов гниття білків у кишечнику, яке зумовлює утворення індоксилсірчаних nкислот. Останні, розкладаючись, утворюють індиго.

Прозорість.

 

Свіжовипущена сеча є прозорою рідиною. Відстояна сеча nмутніє у зв’язку з наявністю в ній муцинів та клітин епітелію слизової оболонки nсечовивідних шляхів.

Помутніння сечі зумов­люється також кристаликами nщавелевої кислоти (оксалатів) та сечової (уратів). При тривалому стоянні сечі nвипадають в осад переважно урати, які, адсорбуючи пігменти, зумовлюють її nпомутніння. У сечі з лужною реакцією випадають в осад фосфати кальцію і магнію. nЛужний характер сечі, що відстоюється, спричиняється розкладом під впливом nмікрофлори сечовини до аміаку. Останній робить сечу лужною, що призводить до nвипадання в осад названих солей і потемніння сечі. Сеча каламутніє і у хворих nіз запальними процесами сечовивідних проток, коли в сечу потрапляють гній, nбілок, клітини крові тощо.

Для діагностики деяких захворювань сечу підкислюють і nпідігрівають. Якщо після цього муть зникне, то це означає, що вона зумовлена nфосфатами кальцію або магнію й уратами. Якщо ж муть не зникає, то вона, nвірогідно, залежить не від солей, а викликана гноєм, епітелієм та іншими nдомішками.

 

Густина nсечі

залежить від концентрації розчинених речовин. Протягом nдоби густина сечі коливається в межах від 1,002 до 1,035 г/см3, що пов’язано з nперіодичним прийманням їжі, води і виділенням води з орга­нізму. За добу із nсечею виділяється близько 60-65г твердих речовин, зокрема приблизно 20 г мінерального залишку. За nзвичайних умов густина сечі в здорової людини в середньому дорівнює n1,012-1,020.

 

 

 

 

Підвищення густини при нормальному діурезі або за nполіурії спостерігається у хворих, в яких із сечею виділяються в більших nкількостях органічні й неорганічні речовини. Так, у сечі хворих на цукровий nдіабет містяться цукор, кетонові тіла та інші речовини, що зумовлюють не тільки nполіурію, а і високу густину (до 1,035). Підвищений діурез із низькою питомою nмасою сечі спостерігається у хворих на нецукровий діабет. При тяжкій нирковій nнедостатності постійно виділяється сеча з низькою густиною, близькою до nпервинної сечі (1,010). Такий стан називається ізо­стенурією, він вказує на nпорушення концентраційної функції нирок.

Низька густина сечі у хворих на нецукровий діабет n(1,001-1,004) є наслідком порушення зворотної реабсорбції води в ниркових nканальцях через нестачу антидіуретичного гормону.

Олігурія, що супроводжує гострий нефрит, проявляється nвисокою густиною сечі.

Реакція nсечі.

У нормі при змішаній їжі сеча кисла або слабо кисла n(рН=5,3-6,8). Найчастіше за норму приймають сечу з рН=6. Споживання переважно nм’ясної їжі й взагалі білків надає сечі кислої реакції, при овочевій їжі вона nстає лужною. Кисла реакція сечі зумовлюється, головним чином, однозаміщеними фосфатами, nпереважно NaH2PO4 i KH2PO4. У лужній сечі переважають двозаміщені фосфати або nбікарбонати калію чи натрію. Значне підвищення лужних речовин у крові nсупроводжується виділенням із сечею бікарбонатів, що підвищує рН сечі від 6,0 nдо 7,5-7,7.

 

Презентация12

 

 

Лужна реакція сечі відзначається у хворих на цистит і nпієліт, що пов’язано з розкладом сечовини в сечовому міхурі й утворенням nаміаку. Така ж реакція сечі буває після блювання, споживання лужних мінеральних nвод тощо.

Виразно кисла реакція сечі має місце у хворих на nцукровий діабет, при лихоманках та голодуванні.

 

Запах nсечі

Свіжовипущена сеча має специфічний запах, зумовлений, nголовним чином, наявністю в ній летких кислот. Сеча, що зберігається при nвідсутності консервантів, зазнає впливу мікроорганізмів, зокрема розкладу nсечовини з утворенням аміаку. Останній зумовлює різкий аміачний запах. Сеча nздорових людей може мати різний запах, залежно від виду харчування. Споживання nчаснику, хрону, цибулі надає специфічного запаху сечі. Вживання ліків, а також nдеякі захворювання теж можуть надавати її специфічного запаху.

Кількість сечі (діурез)

Збільшення діурезу (поліурія) спостерігається при nбагатьох захворюваннях, а також під час застосування різних сечогінних засобів. nБагато сечі виділяється у хворих на цукровий і нецукровий діабет.

Зниження добової кількості сечі (олігурія) nспостерігається при лихоманці, проносах, блюванні, гострих нефритах, серцевій nнедостатності та ін.

Повна зупинка виділення сечі (анурія) буває при отруєнні nсвинцем, арсеном, сильних стресах, сечокам’яній хворобі. Тривала анурія nпризводить до уремії. У нормі вдень виділяється сечі в 3-4 рази більше, ніж nвночі. Але деякі патологічні стани (початки серцевої декомпенсації, цукрового nдіабету, хвороби нирок) проявляються переважанням нічного виділення сечі над nденним. Такий стан називається ніктурією.

Хімічний склад сечі

У сечі міститься велика кількість (близько 200) різних nорганічних і неорганічних речовин. Вони є кінцевими продуктами nметаболічних процесів у нирках та інших органах і тканинах організму. nРозглянемо найважливіші органічні й неорганічні речовини, що є в сечі в нормі й nпри патології.

 

Органічні речовини сечі

 

n

1.

Білки.

Здорова людина за добу виділяє із сечею до 30 мг білка, який звичайними лабораторними методами не виявляється. Як правило, із сечею виділяються низькомолекулярні білки плазми крові або інших тканин і органів. Серед білків можуть бути і ферменти, наприклад, пепсин, трипсин, підшлункова амілаза та ін. У сечу потрапляють і білки злущених клітин сечовивідних органів. Збільшення вмісту білків у сечі дозволяє їх відзначати звичайними лабораторними методами і свідчить про патоло­гічний стан. При цьому вміст білка в сечі збільшується переважно за рахунок білків плазми крові або клітин сечовивідних шляхів.

 

2.

Сечовина

становить основну масу органічного залишку сечі. Азот сечовини складає 80-90 % усього азоту сечі. Доросла людина за добу виділяє із сечею 20-35 г сечовини.

 

3.

Сечова кислота

За добу із сечею виводиться в середньому 0,6-1,0 г сечової кислоти. Вміст її в сечі може змінюватися залежно від характеру харчування. Зменшення виділення сечової кислоти із сечею (до 0,3-0,5 г на добу) буває в людей, що харчуються переважно вуглеводною їжею, яка не містить пуринів.

 

4.

Креатинін і креатин

У нормі із сечею доросла людина виділяє 1-2 г креатиніну за добу. Межі коливання залежать від стану мускулатури. Кількість виділеного креатиніну є сталою для кожної людини і віддзеркалює її м’язову масу. У чоловіків на кожний 1 кг маси тіла за добу виділяється із сечею від 18 до 32 мг креатиніну (креатиніновий коефіцієнт), а в жінок – від 10 до 25 мг. Креатиніновий коефіцієнт невеликий у повних і худорлявих людей, але високий в осіб із розвинутими м’язами.

 

5.

Амінокислоти.

За добу здорова людина виділяє із сечею близько 2‑3,0 г амінокислот. Виділяються із сечею як вільні амінокислоти, так і амінокислоти, що входять до складу низькомолекулярних пептидів та парних сполук. У сечі виявлено 20 різних амінокислот та багато продуктів їх обміну. Вміст амінокислот у сечі зростає при різних патологічних станах, що супроводжуються розпадом тканинних білків – у хворих з травмами, при променевій і опіковій хворобі. Зростання концентрації амінокислот у сечі є свідченням порушення функції печінки і, зокрема, пригнічення утворення білків та сечовини.

 

6.

Парні сполуки.

Гіпурова кислота (бензоїлгліцин) утворюється внаслідок сполучення в печінці й частково в нирках бензойної кислоти з гліцином. Вміст її в добовій сечі знаходиться в межах від 0,6 до 1,5 г.

 

7.

Індикан (калієва сіль індоксилсірчаної кислоти).

За добу виділяється із сечею близько 10-25 мг індикану.

8.

Органічні кислоти.

У сечі здорової людини завжди виявляють у незначних кількостях органічні кислоти: мурашину, оцтову, масляну, бета-оксимасляну, ацетооцтову та ін.

 

9.

Вітаміни

 Із сечею виділяються майже всі вітаміни, що є в організмі людини. Найбільше в сечу потрапляють водорозчинні вітаміни.

 

10.

Гормони.

У сечу завжди потрапляють гормони та продукти їх обміну. Вміст їх може змінюватися залежно від функціонального стану організму, зокрема печінки та ендокринних залоз.

 

11.

Білірубін.

Сеча здорової людини містить незначну кількість білірубіну, яку звичайними лабораторними методами не виявляють.

12.

Глюкоза.

Сеча здорової людини містить незначну кількість глюкози, яку звичайними лабораторними методами не виявляють. Підвищення кількості глюкози в сечі може спостерігатися тоді, коли вміст її в крові перевищує 8-9 мМ/л (нирковий поріг глюкози).

13.

Галактоза.

Спостерігається в сечі дітей, які харчуються переважно молоком, за умов порушення процесів травлення або послаблення перетворення галактози в глюкозу в печінці.

14.

Фруктоза.

Фруктоза рідко з’являється в сечі. Фруктозурія в помітних концентраціях буває й у здорових людей за умов споживання великої кількості фруктів, ягід, меду.

15.

Пентози.

Пентози виділяються із сечею після вживання великої кількості фруктів або фруктових соків. Багато пентоз є у вишнях, сливах і чорній смородині.

 

16.

Кетонові тіла.

В нормі добова сеча містить 20-50 мг кетонових тіл. Така кількість не виявляється методами, що застосовуються в клініках.

17.

Кров.

Поява в сечі крові (гематурія) або гемоглобіну може бути ­наслідком ураження сечовивідних шляхів або нирок.

18.

Порфірини

 У здорових людей сеча містить дуже малу кількість порфіринів І типу (до 300 мкг за добу).

 

19.

Уробілін.

Уробілін, точніше стеркобілін, завжди знаходиться в незначній кількості в сечі

 

 

Білки. Здорова людина за добу nвиділяє із сечею до 30 мг білка, який звичайними лабораторними методами не nвиявляється. Як правило, із сечею виділяються низькомолекулярні білки плазми nкрові або інших тканин і органів. Серед білків можуть бути і ферменти, наприклад, nпепсин, трипсин, підшлункова амілаза та ін. У сечу потрапляють і білки злущених nклітин сечовивідних органів. Збільшення вмісту білків у сечі дозволяє їх nвідзначати звичайними лабораторними методами і свідчить про патоло­гічний стан. nПри цьому вміст білка в сечі збільшується переважно за рахунок білків плазми nкрові або клітин сечовивідних шляхів. Запальні процеси нирок (гломерулонефрити) nсупроводжуються підвищенням проникності базальних мембран клубочків нефрону, що nпризводить до посилення фільтрації білків і появи їх у сечі. При нефрозах nпорушується реабсорбція білків у канальцях, що зумовлює вихід білків у сечу. nХворі на гломерулонефрити та нефрози за добу можуть втрачати із сечею до 20-40 г білка.

Поява білка в сечі n(протеїнурія) за походженням може бути нирковою і позанирковою. Ниркові nпротеїнурії зумовлені органічним пошко­дженням нефронів, внаслідок чого білки nплазми крові потрапляють у сечу. При цьому в сечі виявляють як альбуміни, так і nглобуліни. Позаниркові протеїнурії пов’язані з ураженнями сечових шляхів або nперед­міхурової залози. При патологічних станах у сечу потрапляє ряд ферментів: nліпази, амінотрансферази, рибонуклеази, амілази, фосфатази. Визначення їх nактивності застосовують для підтвердження діагнозів.

Сечовина становить основну масу nорганічного залишку сечі. Азот сечовини складає 80-90 % усього азоту сечі. nДоросла людина за добу виділяє із сечею 20-35 г сечовини. Зменшення концентрації сечовини nспостерігається за умов обмеження білка в раціоні, порушення функції печінки, nзокрема при переродженні печінки й отруєнні її фосфором. Кількість сечовини nзнижується також при ацидозі, оскільки значна частина NH3 використовується для nнейтралізації кислот. Разом із тим, ураження нирок (нефрити) супроводжуються nпогіршенням виділення сечовини в сечу і нагромадженням її у крові. У таких nвипадках настає отруєння організму продуктами азотного обміну (уремія).

Низький вміст сечовини в сечі nспостерігається в період інтенсивного росту організму і за умов вживання nанаболітиків.

Переважне харчування білковою nїжею, а також захворювання, що пов’язані з посиленим розпадом білків (цукровий nдіабет, злоякісні пухлини, деякі інфекційні хвороби, що супроводжуються nлихоманкою), зумовлюють підвищення рівня сечовини в сечі.

Сечова кислота. За добу із nсечею виводиться в середньому 0,6-1,0г сечової кислоти. Вміст її в сечі може змінюватися nзалежно від характеру харчування. Зменшення виділення сечової кислоти із сечею n(до 0,3-0,5 г nна добу) буває в людей, що харчуються переважно вуглеводною їжею, яка не nмістить пуринів.

М’ясні продукти, ікра, nзалозисті тканини, багаті на нуклеопротеїни, можуть служити причиною підвищення nсечової кислоти в крові й сечі.

Підвищене виділення сечової nкислоти є характерним для лейкозів, а також після прийняття аспірину, nкортикостероїдів. Внаслідок слабкої розчинності сечової кислоти та її солей nвони можуть випадати в осад у зібраній сечі, а також утворювати камінці в nнижніх відділах сечовивідних шляхів. При багатьох захворюваннях, пов’язаних із nпорушенням обміну білків і нуклеїнових кислот, вміст сечової кислоти в крові й nсечі може значно підвищуватися. Сюди відносяться насамперед подагра, опікова і nпроменева хвороби. Виділяється сечова кислота у вигляді солей (уратів), nнайчастіше – у вигляді натрієвої солі.

Із сечею виділяються також nпроміжні продукти пуринового обміну (20-50 мг на добу): ксантин, гіпоксантин та nінші. Застосування деяких лікарських речовин (теобромін, кофеїн), а також nспоживання значної кількості кави, какао, чаю призводять до появи в сечі nметилпохідних пуринових основ.

Креатинін і креатин. У нормі nіз сечею доросла людина виділяє 1- креатиніну за добу. Межі коливання залежать від стану nмускулатури. Кількість виділеного креатиніну є сталою для кожної людини і nвіддзеркалює її м’язову масу. У чоловіків на кожний 1 кг маси тіла за добу nвиділяється із сечею від 18 до 32 мг креатиніну (креатиніновий коефіцієнт), а в nжінок – від 10 до 25 мг. Креатиніновий коефіцієнт невеликий у повних і nхудорлявих людей, але високий в осіб із розвинутими м’язами.

Синтез креатину, з якого nутворюється креатинін, відбувається в нирках і печінці. Тому при тяжких nураженнях печінки і нирок кількість креатиніну в сечі зменшується. Крім того, nконцентрація креатиніну в сечі може зменшуватися у хворих із послабленням nбілкового обміну, наприклад, при атрофії м’язів та в інших випадках.

Креатинін не реабсорбується з nпервинної сечі в канальцях нефронів, тому кількість виділеного креатиніну nвідображає величину клубочкової фільтрації і за його кількістю можна nрозраховувати об’єм фільтрації й об’єм реабсорбції в нирках. У ниркових хворих nіз порушенням фільтрації зменшується виділення креатиніну, а вміст його в крові nзростає. Захворювання, при яких відбувається руйнування білків (наприклад, nінфекційні хвороби, інтоксикації, викликані деякими отруйними речовинами), проявляються nпідвищенням вмісту креатиніну в сечі.

При втраті білкової маси тіла nвнаслідок тривалого негативного азотового балансу виділення креатиніну nзменшується, а креатину зростає, але сумарне виділення цих двох речовин nзалишається в загальному постійним. Це спостерігається у хворих на цукровий nдіабет, гіпертиреоз, лихоманку, а також при голодуванні.

Виділення креатину в дітей nбільше, ніж у дорослих, аналогічно в жінок його більше виділяється, ніж у nчоловіків. Посилене виділення креа­тину буває у вагітних жінок і в ранньому nпісляпологовому періоді.

Креатинурія має місце й у nлюдей похилого віку як наслідок атрофії м’язів. Найбільший вміст креатину в nсечі спостерігається при патоло­гіч­них станах м’язової системи, особливо при nміопатії та м’язовій ди­строфії.

Амінокислоти. За добу здорова nлюдина виділяє із сечею близько 2‑3,0 г амінокислот. Виділяються із nсечею як вільні амінокислоти, так і амінокислоти, що входять до складу низькомолекулярних nпептидів та парних сполук. У сечі виявлено 20 різних амінокислот та багато nпродуктів їх обміну. Вміст амінокислот у сечі зростає при різних патологічних nстанах, що супроводжуються розпадом тканинних білків – у хворих з травмами, при nпроменевій і опіковій хворобі. Зростання концентрації амінокислот у сечі є nсвідченням порушення функції печінки і, зокрема, пригнічення утворення білків nта сечовини.

Зустрічаються порушення обміну nокремих амінокислот, що мають спадковий характер. Наприклад, фенілкетонурія, nзумовлена спадковою нестачею в печінці ферменту фенілаланінгідроксилази, nвнаслідок чого заблоковано перетворення фенілаланіну в тирозин. Для виявлення nфенілкетонурії застосовують хлорне залізо: до свіжої сечі додають декілька nкрапель розчину FeCl3 і через 2-3 хвилини спостерігають появу оливково-зеленого nзабарвлення.

До спадкових порушень обміну nамінокислот відноситься й алкаптонурія, при якій у сечі різко зростає вміст nгомогентизинової кислоти – проміжного продукту обміну тирозину. Сеча, виділена nцими хворими, швидко темніє на повітрі.

Парні сполуки. Гіпурова nкислота (бензоїлгліцин) утворюється внаслідок сполучення в печінці й частково в nнирках бензойної кислоти з гліцином. Вміст її в добовій сечі знаходиться в nмежах від 0,6 до 1,5 г. nСпоживання продуктів рослинного походження, зокрема ягід і фруктів, де є багато nбензойної кислоти, призводить до підвищеного виділення із сечею гіпурової nкислоти. Підвищене виділення її спостерігається і за умов  посилення гниття білків у кишечнику.

У клініці з метою з’ясування nфункціональної здатності печінки зв’язувати токсичні речовини іноді проводять nтак звану пробу Квіка-Пителя, в ході якої визначають вміст гіпурової кислоти в nсечі після введення стандартної кількості бензоату натрію (6 г).

Індикан (калієва сіль nіндоксилсірчаної кислоти). За добу виділяється із сечею близько 10-25 мг nіндикану. Вміст його в сечі зростає при посилен­ні процесів гниття в кишечнику, nщо можуть наставати при надмірному вживанні м’ясних продуктів і при послабленні nфункції кишечника (атонія, закрепи тощо), а також при хронічних інфекційних nзахворюваннях, що супроводжуються розпадом білків, наприклад туберкульоз nлегенів.

Органічні кислоти. У сечі nздорової людини завжди виявляють у незначних кількостях органічні кислоти: nмурашину, оцтову, масляну, бета-оксимасляну, ацетооцтову та ін.

Серед інших органічних речовин nу сечі наявні у невеликих кількостях ліпіди (холестерин, нейтральні жири та nін.).

Вітаміни. Із сечею виділяються nмайже всі вітаміни, що є в організмі людини. Найбільше в сечу потрапляють nводорозчинні вітаміни. У добовій порції сечі здорової людини міститься в nсередньому 20-30 мг аскорбінової кислоти, 0,1-0,3 мг тіаміну, 0,5-0,8 мг nрибофлавіну. У сечі є також продукти обміну вітамінів.

З’ясування вмісту вітаміну С в nсечі дає уявлення про забезпеченість організму цим вітаміном. У клініці nзастосовують спосіб визначення кількості міліграмів вітаміну С, що nекскретується із сечею за 1 годину. У практично здорових людей за 1 год nвиділяється 1 мг аскорбі­нової кислоти.

Гормони. У сечу завжди nпотрапляють гормони та продукти їх обміну. Вміст їх може змінюватися залежно nвід функціонального стану організму, зокрема печінки та ендокринних залоз.

 У клініці широко використовують визначення n17-кетостероїдів, які є продуктами перетворень кортикостероїдів та чоловічих nстатевих гормонів (андрогенів). У сечі здорового чоловіка добова кількість n17-кетостероїдів становить у середньому 15-25 мг. При посиленні функції кори nнадниркових залоз кількість 17-кетостероїдів зростає в декілька разів.

Уробілін. Уробілін, точніше nстеркобілін, завжди знаходиться в незначній кількості в сечі. Але у хворих на nгемолітичну та печінкову жовтяниці вміст його значно зростає, що пов’язано з nпригніченням функції печінки розкладати мезобіліноген (уробіліноген), який nпотрапляє з кишечника.

Призупинення надходження жовчі nв кишечник внаслідок закупорки їх жовчовидільних шляхів викликає зникнення із nсечі уробіліногену та появу в ній жовчного пігменту – білірубіну.

Білірубін. Сеча здорової nлюдини містить незначну кількість білірубі­ну, яку звичайними лабораторними nметодами не виявляють. Поява білірубіну в сечі (білірубінурія) спостерігається nпри закупоренні жовчної протоки й ураженні паренхіми печінки. Якщо nпошкоджується паренхіма ­печінки, то білірубін через зруйновані клітини потрапляє nв кров. Підвищення концентрації прямого білірубіну в крові зумовлює появу його nі в сечі. При білірубінурії сеча набуває кольору, подібного до темного пива, nчерез ­деякий час вона стає жовто-зеленою внаслідок окиснення білірубіну в nбілівердин.

Глюкоза. Сеча здорової людини nмістить незначну кількість глюкози, яку звичайними лабораторними методами не nвиявляють. Підвищення кількості глюкози в сечі може спостерігатися тоді, коли nвміст її в крові перевищує 8-9 мМ/л (нирковий поріг глюкози). Але в деяких випадках nглюкозурія може виникати при нормальній концентрації глюкози в крові. Це так nзвана ниркова глюкозурія, яка є наслідком порушення зворотного всмоктування nглюкози в ниркових канальцях.

 

Глюкозурія відзначається при nцукровому і стероїдному діабеті, гіперфункції щитовидної залози, введенні nкортикотропного гормону та в інших випадках. У хворих на цукровий діабет вміст nглюкози в сечі може сягати 5-10 %.

Галактоза. Спостерігається в nсечі дітей, які харчуються переважно молоком, за умов порушення процесів nтравлення або послаблення перетворення галактози в глюкозу в печінці. У nнемовлят галактозурія часто поєднується з лактозурією. Для визначення nфункціонального стану печінки в клініці іноді застосовують так звану галактозну nпробу. Людині дають 40 г nгалактози, після чого повторно визначають її вміст у сечі. У нормі після n”галактозного навантаження” виділення галактози із сечею відбувається nлише в перші дві години. Ящо глікогенсинтезуюча функція печінки послаблена, то nгалактозурія триває 3-4 години.

Фруктоза. Фруктоза рідко nз’являється в сечі. Фруктозурія в помітних концентраціях буває й у здорових nлюдей за умов споживання великої кількості фруктів, ягід, меду. У всіх інших nвипадках поява фруктози в сечі може бути результатом порушення печінкового nметаболізму. Фруктозурія виникає при цукровому діабеті, запаленні печінки, nдеяких спадкових захворюваннях.

Пентози. Пентози виділяються nіз сечею після вживання великої кількості фруктів або фруктових соків. Багато nпентоз є у вишнях, сливах і чорній смородині.

Пентозурія відзначається при nтаких захворюваннях, як цукровий і стероїдний діабет, деякі інтоксикації; існує nі спадкова ідіопатична пентозурія. В останньому випадку через відсутність nспецифічної дегідрогенази ксилулоза не метаболізується і виділяється із сечею. Клінічно nхвороба нічим себе не проявляє, але. оскільки проба на цукор в сечі позитивна, nто цю пентозурію можна помилково сприйняти за цукровий діабет.

Кетонові тіла. В нормі добова nсеча містить 20-50 мг кетонових тіл. Така кількість не виявляється методами, що nзастосовуються в клініках. Деякі патологічні стани, зокрема цукровий діабет, nпризводять до зростання концентрації кетонових тіл у сечі, кількість їх може nсягати 20-50 г nі більше. Кетонурія спостерігається також при голодуванні, надмірному вживанні nжирів на тлі обмеження вуглеводів, різкому послабленні серцевої діяльності, що nсупроводжується пригніченням процесів дихання тощо.

Кров. Поява в сечі крові n(гематурія) або гемоглобіну може бути ­наслідком ураження сечовивідних шляхів nабо нирок. Наприклад, під час проходження камінців або крововиливів у нирки. nКоли в сечу потрапляє гемоглобін (а не цілі еритроцити), то це явище nназивається гемогло­бінурією.

Порфірини. У здорових людей nсеча містить дуже малу кількість порфіринів І типу (до 300 мкг за добу).

Поява в сечі значної кількості nпорфіринів (порфіринурія) спостері­гається при деяких захворюваннях печінки, nкишкових кровотечах, інтоксикаціях. Зокрема, порфіринурія є характерною ознакою nотруєння свинцем. Виділення порфіринів із сечею зростає у хворих на злоякісну nанемію та з ураженням печінки (в 10 і більше разів). При вроджених порфіріях nнастає надмірне продукування порфіринів І типу (уропорфірин І, копропорфірин nІ). Гостра порфірія проявляється значною екскрецією із сечею уропорфірину ІІІ, nкопропорфірину ІІІ та порфобіліногену. Виділення копропорфірину ІІІ nспостерігається також у хворих зі свинцевим отруєнням.

http://chemicalconcrete.ru/wp-content/uploads/2008/09/chemistry.JPG

 

Мінеральні компоненти сечі

 

n

1.

Кальцій

 У добовій сечі знаходиться 0,1-0,3 г кальцію. Виділення кальцію із сечею залежить від його вмісту в крові. Припускають, що при концентрації кальцію в крові, нижчій ніж 8 мг %, виділення його із сечею майже припиняється.

2.

Магній

Магнію в добовій сечі ще менше – 0,03-0,18 г. Низький вміст магнію (і кальцію) в сечі пов’язаний зі слабкою розчинністю їх солей у воді.

 

3.

Фосфор

виділяється із сечею переважно у вигляді однозаміщених фосфатів калію чи натрію. На кількість виділених фосфатів впливає рН крові.

4.

Сірка

Сірка виділяється із сечею у вигляді сульфатів і парних сполук. Кількість сірки в сечі здорової людини (в розрахунку на іон SO42-) становить 2-3 г на добу.

 

5.

Аміак

Аміак міститься в сечі переважно у вигляді сульфату і хлориду амонію. На солі амонію припадає 3-6 % азоту сечі.

 

У добовій сечі здорової людини nміститься 15-25 г nмінеральних компонентів. Серед неорганічних речовин у сечі найбільше є хлориду nнатрію. Протягом доби він виділяється у межах від 8 до 16 г. При споживанні їжі, яка nмістить мало кухонної солі, концентрація хлориду натрію в сечі значно nзменшується. Виділяється з організму NaCl переважно нирками. За добу через nклубочки нирок проходить близько 1кг хлориду натрію, з якого лише 1 % виводиться з nорганізму.

Добова сеча містить 2-5 г калію. Підвищується його nвміст у сечі, якщо людина харчується здебільшого рослинною їжею. Виділяються nкалій і натрій у вигляді хлоридів. На виведення з організму натрію і калію nможуть впливати різні лікарські рослини. Так, саліцилати і кортикостероїди nзатримують натрій в організмі і сприяють виведенню калію.

Кальцій і магній. У добовій nсечі знаходиться 0,1-0,3 г nкальцію. Виділення кальцію із сечею залежить від його вмісту в крові. nПрипускають, що при концентрації кальцію в крові, нижчій ніж 8 мг %, виділення nйого із сечею майже припиняється. Це спостерігається при гіпофункції nпаращитовидних залоз, вагітності тощо.

Магнію в добовій сечі ще менше n– 0,03-0,18 г. nНизький вміст магнію (і кальцію) в сечі пов’язаний зі слабкою розчинністю їх nсолей у воді.

Кількість заліза, що nвиділяється із сечею за добу, дуже незначна (близько 1 мг). Однак вміст заліза nв сечі зростає при гемолітичних анемі­ях та інших захворюваннях, які пов’язані nз гемолізом.

Фосфор виділяється із сечею nпереважно у вигляді однозаміщених фосфатів калію чи натрію. На кількість nвиділених фосфатів впливає рН крові. При ацидозі (підвищенні кислотності) nдвозаміщені фосфати, наприклад Na2HPO4, реагують із кислотами і перетворюються nв однозаміщені (NaH2PO4), які виводяться із сечею.

При алкалозі (підвищенні nлужності) однозаміщені фосфати реагують з основами і перетворюються у nдвозаміщені, які також виділяються із сечею. Таким чином, в обох випадках вміст nфосфатів у сечі збільшиться, але в першому випадку за рахунок однозаміщених, а nдругому – двозаміщених солей фосфорної кислоти.

Сірка виділяється із сечею у nвигляді сульфатів і парних сполук. Кількість сірки в сечі здорової людини (в nрозрахунку на іон SO42-) становить 2-3 г на добу.

Аміак міститься в сечі nпереважно у вигляді сульфату і хлориду амонію. На солі амонію припадає 3-6 % nазоту сечі. Споживання білкової їжі, особливо тваринних білків, може призводити nдо зростання вмісту солей амонію в сечі. І, навпаки, вміст цих солей nзменшується за умови споживання здебільшого рослинної їжі, в якій кількість nтаких аніонів, як хлориди, сульфати і фосфати, знижена, а вміст катіонів nкальцію підвищений.

Концентрація амонійних солей у nсечі зростає тоді, коли в організмі посилюється утворення кислот (голодування, nцукровий діабет та ін.), на нейтралізацію яких використовується аміак.

Утворюється аміак при nдезамінуванні амінокислот, зокрема глутаміну й аспарагіну. Отже, утворений nаміак відіграє важливу роль у підтриманні сталої реакції внутрішнього середовища nорганізму, особливо за умов  ацидозу.

 

 

БІОХІМІЯ М’ЯЗІВ

На nм’язи припадає 40-45 % маси тіла. Вони вивчаються nнауковцями протягом кількох століть. З початку ХХ століття м’язи почали досліджувати nяк біохімічний комплекс. Але і зараз, в кінці ХХ століття, інтерес до них не nзменшився. Крім біохіміків, м’язи вивчають біофізики, фізіологи, а також nспеціалісти із спорту.

 

Описание: Описание: Описание: Безымянный 

 

Для медицини вичення біохімії м’язів відкриває nможливості для пояснення молекулярних nмеханізмів хвороб, що уражають м’язи (м’язові дистрофії, зміни при nгіподинаміях), а також допомагає розробляти ефективні методи лікування та nтренування спортсменів.

За своїми властивостями м’язи nхарактеризуються великою еластичністю, пластичністю та скоротливістю. Це єдина nунікальна природна система, наділена здатністю перетворювати безпосередньо nхімічну енергію в механічну з високим коефіцієнтом корисної дії.

Морфологічно м’язи у хребетних nтварин поділяють на поперечно­смугасті, або скелетні, та гладенькі.

 

 

Перші під мікроскопом мають ви­гляд nдовгих волокон, в яких регулярно чергуються світлі й темні смуги. Другі nскладаються з коротких волокон, що не містять смуг.

Структурною одиницею м’язової тканини є м’язове волокно n(міоцит), яке утворилося в результаті злиття багатьох ембріональних м’язових nклітин. Саме тому кожне м’язове волокно nмістить багато ядер, що розташовані по краях по всій довжині.

 

 

Поперечносмугасті nм’язи скорочуються лише на 1/3 від вихідної величини, тоді як гладенькі м’язи, nскорочуючись, можуть зменшувати свій поздовжній розмір навіть у декілька разів, nнаприклад, м’яз матки під час пологів. Відповідно гладенькі м’язи скорочуються nповільніше – через де­кілька секунд, поперечносмугасті – через кілька nмілісекунд. Під час скорочення скелетні м’язи nможуть виконувати роботу, вкорочуючись при цьому на певну відстань. Таке nскорочення називають ізотонічним. М’язи, які не можуть укорочуватись під час nскорочення (не можуть виконувати фізичної роботи), розвивають тільки nнапруженість. Про такі м’язи говорять, що вони скорочуються за ізометричним nпринципом. Прикладом такого скорочення може бути зміна напруженості коротких nміжхребцевих м’язів при піднятті вантажів. Для всіх видів скорочення м’язів nхарактерним є виділення певної кількості теплової енергії, спричиненої nструктурними перебудовами в міоцитах. Функції і властивості м’язів зумовлені їх nхімічною структурою.

Наводимо хімічний склад скелетних м’язів (табл. )

 

М’язова тканина тварин і людини містить від 73 до n78 % води. Приблизно 22-27 % від маси м’яза припадає на частку сухого залишку, nпереважно білків. Крім білків, у м’язах знаходяться глікоген та інші вуглеводи, nрізні ліпіди, екстрактивні речовини та мінеральні солі.

В м’язах розрізняють 3 види білків: білки nсаркоплазми, білки міофібрил і білки строми.

У саркоплазмі м’язів містяться білки, що розчиняються у воді або сольових nрозчинах. Донедавна в цих білках розрізняли міогенну, альбумі­нову, глобулінову nта міоглобінову фракції. Але ці фракції не однорідні. Так, міогенна фракція nвключає в себе ряд ферментів гліколізу. Неодно­рідними є й інші білки nсаркоплазми. Зокрема тут виявлено білки-ферменти, що знаходяться в мітохондріях nі відповідають за тканинне дихання. Міоальбумін саркоплазми за хімічними nвластивостями нагадує альбумін плазми крові. Міоглобін м’язів – типовий nхромопротеїн, що, як і гемоглобін, з’єднується з киснем і забезпечує процес nдихання м’язів. ­Червоний колір м’язів зумовлений великим вмістом у них nміоглобіну. Міо­глобін має в 5 разів більшу спорідненість із киснем, ніж nгемоглобін. Це сприяє забезпеченню значного резерву кисню в м’язовій тканині nпри його нестачі.

Білки nміофібрил. До складу nміофібрил входять такі білки: міозин (56-60 %), актин (20‑25 %), тропоміозин (10-15 %) і nтропоніновий комплекс (4-6 %).

Білки строми в поперечносмугастих м’язах представлені nпереважно колагеном, нейрокератином, еластином тощо. Ці білки входять до складу nсполучнотканинних елементів стінок судин, нервів та сарколеми.

Ліпіди. У м’язах nзнаходяться нейтральні жири, стериди, ­фосфоліпіди. Нейтральні жири входять у nпростір між структурами м’язових волокон і відіграють роль резервного жиру. Їх nвміст дуже непостійний.

Холестерин і фосфоліпіди є nобов’язковими складовими компонентами всіх м’язів і входять до складу клітинних nмембран. Вміст фосфоліпідів і холестерину в м’язах збільшується під час nтренування.

Екстрактивні речовини м’язів. Скелетні м’язи містять ряд важливих екстрактивних nречовин: нуклеотиди (АТФ, АДФ, АМФ, ТТФ, УТФ, ЦТФ, інозинмонофосфат), nкреатинфосфат, креатинін, карнозин, ансерин, карнітин тощо.

 Серед них nкреатин та креатинфосфат мають пряме відношення до скорочення м’язів. В їх nсинтезі беруть участь 3 амінокислоти: аргінін, гліцин, метіонін. Утворення їх nпочинається в нирках, а завершується в печінці і м’язах. Карнозин і ансерин – nце імідазольні дипептиди, які підвищуть ефективність роботи іонних насосів nм’язової тканини, сприяють збільшенню амплітуди м’язового скорочення, nпроявляють виражену антиоксидну дію.

З амінокислот у м’язах найбільше глутамінової nкислоти та глутаміну.

Безазотні екстрактивні речовини м’язів nпредставлені переважно вуглеводами та продуктами їх обміну. Найбільше в м’язах nглікогену. У людини вміст глікогену в м’язах знаходиться в межах 0,4-0,8 %, але nпід впливом тренування він може збільшуватися до 1,5-3 %. Втомлені м’язи nмістять незначну кількість глікогену.

Під час роботи глікоген м’язів розпадається на nглюкозу, тріозофосфорні ефіри та інші проміжні продукти гліколізу, в тому числі nмолочну кислоту.

Мінеральні речовини. Загальний вміст мінеральних речовин в м’язах на сиру масу становить 1,0-1,5 n%. Із катіонів у м’язах переважають К+, Nа+, Са2+, nМg2+, є також мідь, марганець, цинк; з аніонів – най­більше фосфатів nта сульфатів. За рахунок іонів у м’язах підтримуються сталість рН і осмотична nрівновага та здійснюється специфічний вплив на їх збудливість та скоротливість. nЗниження концентрації ­солей у м’язах призводить до зменшення їх збудливості.

 

Будова nфіламентів і міофібрил

 

Саркоплазма nпоперечносмугастих м’язових волокон містить поздовжньо орієнтовані міофібрили, nпобудовані з білкових філаментів (ниток) 2‑х типів    nтовстих і тонких. Скорочення nм’язових волокон здійснюється саме за рахунок ковзання товстих і тонких ниток nназустріч одні одним. Їх довжина при цьому залишається незмінною. Хімічну nенергію для такого ковзання ниток постачає процес гідролізу АТФ до АДФ і nфосфату.

 

Скорочення і розслаблення м’язових волокон nрегулюються концентрацією іонів Са2+ у саркоплазмі. Таким чином, nскоротлива система м’язів забезпечує перетворення хімічної енергії в механічну.

Товсті філаменти складаються з довгих nпаличкоподібних молекул білка міозину.

 

 

Кожна молекула побудована з 2-х важких (молекулярна маса – 200 000 Dа) і 4-х легких (молекулярна маса – 16000-25000 Dа) поліпептидних ланцюгів. Важкі ланцюги на більшій частині довжини мають спіральну структуру і закручені один навколо одного, утворюючи довгий стержень (“хвістмолекули).

Кінець важкого ланцюга утворює разом із 2-ма nлегкими ­ланцюгами глобулярну голівку молекули. Таким чином, кожна молекула nміозину має довгий хвіст і подвійну голівку. Довжина молекули – 150 нм, ­товщина – nприблизно 2 нм. Молекула міозину може згинатись на певній ділянці так, що nголівка і частина хвоста повертаються, як на шарнірі. Міозин має власти­вість nферменту АТФази. Ак­тивний каталітичний центр локалізований у голівках молекули nі містить у зв’язаному стані молекулу АТФ.

Приблизно 400 палочкоподібних мо­ле­кул міозину nоб’єднуються в товстий філамент.

Молекули розміщені паралельно, причому половина з nних звернена голівками до одного кінця філамента, а друга половина – до іншого. nПо довжині філамента молекули дещо зсунуті одна відносно одної, їхні голівки nрозташовані по спіралі й утворюють виступи на поверхні ниток. Голівки від­сутні nв серединній частині філамента. Довжина товстих міозинових філаментів – nприблизно 1,5 мкм, діаметр – 10-14 нм.

До складу тонких філаментів входять білки актин, nтропоміозин і тропонін.

 

Відомі nдві форми актину: глобулярний G-актин і nфібрилярний ­F‑актин. Молекули глобулярного актину (молекулярна маса – 42000 nDа, діаметр – приблизно 5 нм) нековалентно з’єднуються, утворюючи ­F­­‑актин. nДва ланцюги F-актину закручені один навколо одного в спіраль.

 

G  (зліва) та F(справа) – молекули актину.

 

Кожна молекула G-актину має центр зв’язування, nякий у стані спокою заблокований. У поздовжньому жолобку спіра­лі F-актину nрозміщена паличкоподібна молекула білка тропоміозину. З однією молекулою nтропоміозину завдовжки приблизно 41 нм контактують 7 пар глобулярного актину. nКрім того, така структура включає 1 молекулу глобулярного білка тропоніну, який nскладається із 3‑х субодиниць (С, І, Т). Ці структури об’єднуються кінець nдо кінця в тонкі філаменти завдовжки 1 мкм. Тропонін і тропоміозин – nрегуляторні білки, за допомогою яких запускається і виключається утворення nпоперечних містків між актином і міозином.

 

Міофібрили містять приблизно 2500 філаментів. nТовсті й тонкі філаменти розміщені в міофібрилах упорядкованим чином. На 1 nтовсту міозинову нитку припадає 2 тонких (при поздовжньому розрізі). На nпоперечному розрізі тонкі філаменти утворюють шестикутник, у центрі якого nрозташований товстий філамент. У саркомері, структурній одиниці міо­фібрили, nтовсті міозинові нитки розміщені в смузі А, їх обидва кінці вільні, а тонкі nнитки – у І-смузі й одним кінцем прикріплені до Z‑пластинок.

Схематичне nзображення будови саркомерів м’язевого волокна: а – nпоздовжній розріз, б – поперечний розріз в ділянці перетину тонких і товстих nниток, в – зміни довжини саркомера в результаті руху товстих та тонких ниток

Тонкі нитки заходять на деяку відстань у смугу А, nперекриваючись із товстими нитками. При скороченні міофібрил ділянка перекриття nниток значно збільшується. У повністю скороченому стані весь саркомер nперетворюється на зону перекриття (рис.).

 

Молекулярні nмеханізми скорочення м’язового волокна

 

Скорочення м’яза ініціюється потенціалом дії, який nпоширюється від нейром’язового синапсу в обох напрямках вздовж м’язового ­волокна. n­Через систему Т-тру­бочок нервовий сигнал передається на цистерни nсаркоплазматичної сітки і спричиняє зміни проникності мембран для іонів Са2+ nі вихід їх у саркоплазму. У стані спокою концентрація Са2+ у сарко­плаз­мі nстановить менше як 10-7 моль/л. Вна­слідок виходу іонів Са2+ nіз цистерн концентрація їх у саркоплазмі швидко досягає 10-5 моль/л, nтобто зростає в сот­ні раз. Іони Са2+ при­єднуються до nкальційзв’язувальної субодиниці тропоніну тонких філаментів, що зумовлює зміну nконформації білка. Це, у свою чергу, спричиняє nперемі­щення молекули тро­поміозину по жолобку тонкого філамента, в результаті nчого на молекулах глобулярного актину в складі F-актину відкриваються центри nзв’язування з голівками міозину товстих ниток.

На nрис. схематично показано цикл утворення і розщеплення поперечних містків, що nзумовлює переміщення тонких філаментів назустріч товстим.

 

Міозинові голівки із зв’язаними в АТФазному центрі nмолекулами АТФ приєднуються до найближчих молекул G-актину тонких ниток. nУтворюються поперечні містки. Внаслідок взаємодії актину і міозину ­АТФазний nцентр міозинових голівок активується, гідролізує АТФ до АДФ і Фн, які nвивільняються з каталітичного центру. Це супроводжується зміною конформації nміозину, згинанням голівки молекули в ділянці шарніру. ­Оскільки міозинова nголівка зв’язана з молекулою актину, її рух протягує тонкий філамент вздовж nміозинового. Зв’язування в АТФазному центрі голівки міозину нової молекули АТФ nвикликає розрив поперечних містків і відновлення вихідної конформації молекули nміозину. Зв’язування голівки з наступною молекулою актину тонких ниток починає nновий цикл. Амплітуда кожного такого переміщення становить близько 11 нм, а nчастота – приблизно 50 разів на секунду. Одночасна, але не синхронна робота nвеликої кількості міозинових голівок зумовлює за рахунок енергії гідро­лізу АТФ nковзання тонких і товстих ниток назустріч одні одним і як результат цього – nскорочення м’язового волокна.

Коли nна волокно перестають надходити нервові імпульси, вихід Са2+ із nцистерн припиняється (рис. ), а АТФаза мембран саркоплазматичної сітки, що nфункціонує як кальцієва помпа, переносить іони Са2+ за рахунок nенергії АТФ (проти градієнта концентрації) із саркоплазми назад у цистерни.

 

Вміст цієї Са2+, Мg2+-АТФази nв мембрані ретикулума становить 95 % усіх білків мембрани. При зниженні nконцентрації Са2+ у сарко­плазмі до 10‑7 моль/л nкомплекс Са2+-тропонін дисоціює, тропоміозин зсувається по жолобку nтонкого філамента на вихід­не місце, блокуючи центри зв’язування на молекулах nактину голівок міозину. Всі поперечні містки розриваються, і волокно nрозслаблюється. Таким чином, АТФ необхідний і для скорочення м’язів, і для їх nрозслаблення. При недостачі АТФ містки між актином і міозином не розриваються і nфіламенти фіксуються в з’єднаному положенні (контрактура м’яза). Цим nпояснюється трупне окоченіння після смерті.

 

Скорочення гладеньких м’язів

 

Клітини гладеньких м’язів n(міоцити) містять тонкі актинові й товсті міозинові філаменти, але вони не nутворюють упорядкованих міофібрил, як у поперечносмугастій м’язовій тканині. nТонкі філаменти містять тропоміозин, але в них немає тропоніну. Для скорочення nгладеньких м’язів необхідним є підвищення концентрації іонів Са2+ у nцитоплазмі міоцитів. Це досягається надходженням nпозаклітинного Са2+ через потенціалзалежні Са2+-канали. nПри концентрації 10-5 моль/л іони Са2+ зв’язуються з nбілком кальмодуліном і їх комплекс активує фермент кіназу міозину. Остання nкаталізує реакцію фосфорилювання легких ланцюгів міозину, після чого nвідбувається взаємодія голівок міозину з актиновими нитками, в результаті nскорочуються міоцити. Швидкість скорочення гладенької м’язової тканини в n100-1000 разів менша, ніж у поперечносмугастих м’язах, що зумовлено повільним nвключенням механізму взаємодії міозину з актином. При зниженні концентрації Са2+ nв міоцитах комплекс Са2+-кальмодулінкіназа дисоціює, а від міозину nвідщеплюються фосфорні залишки під дією фосфатази. Активність кінази міозину nзменшується при включенні аденілатциклазної системи.

 

Джерела енергії м’язової роботи

Джерелом енергії для nскорочення і розслаблення м’язів усіх типів є АТФ. У стані спокою м’язи містять nблизько 5 мкмоль АТФ на 1 г nтканини й у 3-8 разів більше іншої високоенергетичної сполуки – креатинфосфату. nОстанній утворюється з АТФ і креатину за реакцією, яку каталізує креатинкіназа:

Реакція nзворотна: коли наявний у м’язах АТФ використовують для роботи, креатинфосфат nпід дією креатинкінази швидко передає фосфатну групу на АДФ, завдяки чому nвідновлюється вихідний рівень АТФ. ­Утворення АТФ із nкреатинфосфату і АДФ – це найшвидший шлях генерації АТФ в умовах скорочення nм’язів. Крім м’язової тканини, креатинфосфат синтезується тільки в нервовій, nале в значно меншій кількості.

Таким чином, м’язи, порівняно nз іншими тканинами, запасають більший рівень макроергічних сполук, що має nзначення для дуже швидкого переходу скелетних м’язів від стану спокою до nмаксимальної активності, коли потреба в АТФ зростає у 20-200 разів. Але запасу nАТФ і креатинфосфату вистачає тільки на 6-10 с інтенсивної роботи скелетних nм’язів. Ресинтез АТФ у м’язах, які працюють, забезпечується, залеж­но від умов, nокисним або субстратним фосфорилюванням.

 

 

Так, при легкій і помірній фізичній роботі скелетні nм’язи покривають енергетичні затрати шляхом окисного фосфорилювання, тобто за ­рахунок nаеробного окиснення таких субстратів, як глюкоза, вільні жирні ­кислоти і nкетонові тіла. При тривалій м’язовій роботі поступово зменшується використання nглюкози, а збільшується – жирів, які мобілізуються з жирових депо.

При максимальних фізичних nнавантаженнях, наприклад, під час спринтерського бігу, доставка кисню до м’язів nстає недостатньою для забезпечення енергетичної потреби. Основним шляхом ресинтезу nАТФ стає анаеробний гліколіз. Глікоген м’язів і глюкоза крові розпадаються до nмолочної кислоти. При цьому 1 залишок глюкози забезпечує утворення 2-х молекул nАТФ. Анаеробний розпад глікогену досягає макси­мального рівня через 40-50 с nбезперервної роботи м’яза. Посилення гліколізу ініціюється збільшенням рівня nАМФ, який є активатором фосфо­фруктокінази – ­основного регуляторного ферменту nгліколізу. АМФ утворюється в аденіл­аткіназній реакції, оскільки при скороченні nм’язів збільшується вміст АДФ:

При напруженій фізичній роботі накопичення в nм’язовій тканині молочної кислоти і відповідне зниження рН, а також підвищення nтемператури внаслідок виділення тепла знижують ефективність обміну. Молочна nкислота дифундує у кров і захоплюється печінкою та серцем. У серцевому м’язі, в nякому є ізофермент лактатдегідрогенази ЛДГ1, молочна кислота nокиснюється в піровиноградну і далі аеробним шляхом. У печінці частина лактату nокиснюється, а частина перетворюється шляхом глюконеогенезу в глюкозу, яка nвиходить у кров і потрапляє в м’язи, де використовується для відновлення nзапасів глікогену (цикл Корі) (рис. ).

Цикл nКорі

Ці nпроцеси перебігають у відновний період після інтенсивної м’язової роботи, коли nзавдяки частому і глибокому диханню в організм надходить додатковий кисень, nякий використовується для окиснення лактату, пірувату, інших субстратів і для nвідновлення нормальної концентрації у м’язах АТФ і креатинфосфату.

Креатинфосфат

 

М’язові волокна поділяють на червоні, білі та nпроміжні. М’язи людини здебільшого містять усі 3 типи волокон, але в різних nспіввідношеннях.

 Саркоплазма nчервоних волокон містить багато міоглобіну та численні мітохондрії. Саме nміоглобін забарвлює м’язові волокна в червоний колір. Цей гемовмісний білок має nзначно вищу спорідненість із киснем, ніж гемо­глобін, а крива насичення киснем nміоглобіну – гіперболічної форми. Тому міоглобін приймає кисень від nоксигемоглобіну і зберігає у  зв’язаному nвигляді. У процесі скорочення м’яза, коли потреба в кисні зростає і nвнутрішньоклітинний парціальний тиск кисню падає, О2 дисоціює з nкомплексу з міоглобіном і використовується для тканинного дихання в nмітохондріях. Дуже багато міоглобіну в м’язах китів, дельфінів, тюленів, що дає nїм можливість запасати необхідну кількість кисню для перебування тривалий час nпід водою.

Білі волокна містять менше nміоглобіну та мітохондрій, але більше глікогену і гліколітичних ферментів. Тому nдля червоних волокон характерне аеробне окиснення субстратів, а для білих – nанаеробний розпад глікогену і глюкози. Крім того, в білих волокнах більша nАТФазна активність міозину. М’язи, в яких переважають червоні волокна, nскорочуються повільніше, але довго і без ознак втоми. М’язи, що складаються nздебільшого з білих волокон, швидко переходять від стану спокою до максимальної nактивності, скорочуються значно швидше, але раніше втомлюються, оскільки nвичерпуються запаси глікогену, а глюкоза з крові надходить повільно. У різних nлюдей співвідношення червоних, білих і проміжних волокон в одних і тих самих nм’язах неоднакове, що визначає спортивні можливості, наприклад здатність бігти nна короткі чи довгі дистанції.

 

Енергетичний обмін у серцевому м’язі

 

 

 

 

Скоротливі клітини серцевого м’яза (міокарда) містять nусі структури, характерні для волокон поперечносмугастого скелетного м’яза: ядра, nміофібрили, побудовані з актинових і міозинових філаментів, мітохондрії, саркоплазматичну nсітку. Але, порівняно зі скелетними м’язовими волокнами, міофібрил менше, а nмітохондрій значно більше. Останні становлять близько 40 % сухої маси серця. nДля роботи серцевого м’яза характерне постійне ритмічне чергування процесів nскорочення і розслаблення. Необхідний АТФ утворюється майже повністю за рахунок nокисного фосфорилювання, тобто аеробним шляхом. У стані спокою серце споживає nза 1 хв 8‑10 мл О2 на 100 г тканини, що приблизно в n15 разів більше від споживання кисню іншими тканинами.

Субстратами nокиснення в міокарді є широке коло сполук: вищі жирні кислоти, глюкоза, nкетонові тіла, молочна і піровиноградна ­кислоти, які постачаються кров’ю. Але головним субстратом є жирні кислоти, особливо в стані nспокою. На окиснення жирних кислот використовується 60‑70 % nспожитого міокардом кисню. При фізичному навантаженні відносний внесок жирних nкислот в енергетичний обмін міокарда знижується, але абсолютне їх споживання nнавіть зростає. Під час навантаження збільшується утилізація глюкози і молочної nкислоти, яка надходить у венозну кров із скелетних м’язів. Так, при інтенсивній nфізичній роботі частка лактату в енергетичному обміні міокарда може досягати n65-90 %. Відповідний напрямок лактатдегідрогеназної реакції, тобто перехід nмолочної кислоти в піровиноградну, забезпечується наявним у серцевому м’язі nізоферментом ЛДГ1, який використовує як субстрат лактат. Потім піруват nзазнає окиснювального декарбоксилювання в мітохондріях. Утилізуючи молочну nкислоту, серце не тільки отримує енергію, а й сприяє підтриманню постій­ної nвеличини рН крові. Серцевий і скелетні м’язи містять ферменти окиснення nацетоацетату і бета-гідроксибутирату n(кетонових тіл), частка яких у продукції енергії становить до 5 %.

Креатинфосфат у серцевому м’язі відіграє подвійну nроль: енергетичного резерву і переносить енергію з мітохондрій до міофібрил. nСинте­зований шляхом окисного фосфорилювання в мітохондріях АТФ переноситься nтранслоказою через внутрішню мембрану мітохондрій і під дією креатинкінази, яка nзв’язана з внутрішньою стороною зовнішньої мембрани, передає макроергічний nфосфатний залишок креатину з утво­ренням креатинфосфату. Останній дифундує в nцитоплазму до міофібрил, де розчинна форма креатинкінази каталізує взаємодію nкреатинфосфату з АДФ, утвореним при скороченні (рис. ).

 

 

Креатинкіназа складається з 2-х субодиниць  (М і В) та існує в 3-х ізоферментних формах: nММ, МВ і ВВ. У серцевому м’язі є всі 3 ізоферменти: в мітохондріях – ММ‑форма, nа в цитоплазмі ­– МВ- і ВВ-форми. Ізофермент МВ є в серці й відсутній у всіх nінших тканинах організму (ММ-форма ­– переважно в скелетних м’язах, а ВВ-форма nздебільшого в мозку). При ураженні міокарда ізоферменти креатинкінази надходять nу кров і визначення їх має діагностичне значення.

 

Біохімічні nзміни при інфаркті міокарда

Зменшене постачання міокарда кров’ю (ішемія) зумовлює порушення в ньому обміну речовин. nОскільки запаси кисню в міокарді вкрай низькі (міо­глобін зв’язує приблизно 0,5 nмл О2 на 100 г nм’язової тканини), при ішемії дуже швидко розвивається гіпоксія і припиняється nпродукування АТФ шляхом окисного фосфорилювання. Вміст креатинфосфату і АТФ в nураженій ділянці міокарда швидко зменшується. У початковій стадії ішемії nвнаслідок дії адреналіну і норадреналіну стимулюється через систему n“аденілатциклаза-цАМФ” утворення активної форми фосфорилази. Зниження nконцентрації АТФ і підвищення АМФ активують ключовий фермент гліколізу – nфосфофруктокіназу. У результаті глікоген інтенсивно розщеплюється до молочної nкислоти. Таким чином, при гіпоксії в міокарді замість використання лактату nвідбувається його утворення. Деякий час потреба міокарда в АТФ частково nпокривається за рахунок гліколізу, але збільшення вмісту лактату стимулює nрозвиток ацидозу, що гальмує активність фосфофруктокінази. У результаті розпад nглікогену і гліколітичне утворення АТФ поступово припиняються.

Нестача АТФ і закислення середовища зумовлюють nпорушення ­перенесення іонів через мембрани: в клітини надходять іони Nа+, nСl, виходять іони К+. У ранній фазі ішемії зменшується nкількість іонів Са2+, які надходять у клітини через потенціалзалежні nкальцієві канали. Вна­слідок ацидозу іони Са2+ звільняються з nкомплексів з тропоніном, гальмується АТФазна активність міозину, актоміозин nдисоціює. Усе це зумовлює зниження скоротливості міокарда. При тривалій ішемії nпошкодження мембрани саркоплазматичного ретикулума і плазматичної мембрани nвикликає надходження Са2+ в цитоплазму за градієнтом концентрації. nЗростання вмісту в клітині Nа+ і Са2+ (іонів з високою nгідрофільністю), а також лактату, пірувату, продуктів розпаду АТФ і nкреатинфосфату зумовлює надходження в клітини міокарда рідини, набухання клітин nі клітинних органел. Зростає інтенсивність перекисного окиснення ліпідів nмембран, їх проникність, ферменти виходять із клітин у кров. Тривала ішемія nпризводить до незворотних ушкоджень міокарда.

Атрофія м’язових волокон nміокарду

 

Для nдіагностики інфаркту міокарда використовують визначення у плазмі крові nкреатинкінази, аспартатамінотрансферази, ізоферментів лактатдегідрогенази (ЛДГ1 nі ЛДГ2), які виділяються в кров із міокардіоцитів. Специфічним критерієм є визначення МВ-ізоферменту креатин­кінази, nрівень якого досягає максимального через 6 год після ­інфаркту.

Але підвищений рівень МВ-креатинкінази nзберігається недовго (приблизно 12 год). Пізніше і в значно більшій кількості nзвільняється ізофермент ММ-креатинкіназа, спільний для скелетних і серцевого nм’язів. Сумарна креатинкіназна активність плазми крові досягає максимального nрівня через 24-48 год і утримується 3-5 днів. У 10-100 разів, порівняно з nнормою, зростає при інфаркті міокарда активність АcAТ, причому максимальний nрівень досягається через 1-2 дні й утримується 4-6 днів. Вміст ЛДГ1 nдосягає максимального через 2-3 дні після інфаркту і зберігається підвищеним n7-12 днів.

ЛДГ1 каталізує також реакцію, в якій як nсубстрат бере участь не тіль­­ки молочна, але і -оксимасляна nкислота. Тому в деяких лабораторіях вимірюють активність nоксибутиратдегідрогенази (ОБДГ) як показника ЛДГ1.

Біохімічні зміни при м’язових дистрофіях

 

При прогресуючій м’язовій nдистрофії і ряді інших захворювань м’язів (міопатіях) спостерігають зменшення nвмісту міофібрилярних білків і збільшення вмісту колагену та еластину. nЗнижується АТФазна активність міозину, активність гліколітичних та інших nферментів саркоплазми, проте зростає активність ферментів лізосом. Порушення nобміну вуглеводів зумовлює зниження концентрації АТФ і креатинфосфату. nЗмінюється фосфоліпідний склад мембран.

 Характерною nознакою м’язових дистрофій є порушення метаболізму креатину, що проявляється nутворенням меншої кількості креатинфосфату і виділенням із сечею великої nкількості креатину. В організмі людини щоденно синтезується 1-2 г креатину, з яких тільки nнезначна кількість (до 150 мг) виводиться із сечею в незмінному вигляді, а nбільшість – у формі креатиніну. Останній утворюється неферментативним nдефосфорилюванням креатинфосфату:

 

 

Добова кількість креатиніну в сечі здорових людей nзалежить від маси м’язів і становить для чоловіків 18-32 мг на 1 кг маси тіла, для жінок – 10‑25 мг. nУ кожного індивідуума ця величина досить постійна. Креатинін не абсорбується в nниркових канальцях, тому вміст креатиніну в сечі віддзеркалює фільтраційну nздатність нирок. При порушенні цієї функції нирок (хронічний нефрит) nзбільшується вміст креатиніну в крові, що вказує на ниркову недостатність. При nм’язових дистрофіях утворення і виведення креатиніну знижуються, а зростає nкількість у сечі креатину. При зменшенні маси м’язів внаслідок голодування, nдіабету, гіповітамінозу Е, променевої хвороби, гіпертиреозу також зростає nкількість креатину, що виводиться із сечею, і зменшується – креатиніну. nЗазначимо, що креатин виділяється із сечею в дітей раннього віку та в жінок під nчас вагітності і після пологів.

Діагностичною ознакою м’язових nдистрофій є також зростання ­активності в плазмі крові характерних для м’язів nферментів – креатинкі­на­зи й амінотрансфераз. Активність креатинкінази в nранній стадії ­хвороби може перевищувати норму в 10 разів і більше. Пізніше, nколи значна час­тина м’язової тканини зазнає патологічних змін, рівень nкреатинкі­нази знижується, іноді до норми.

 

КОЛАГЕН, nЕЛАСТИН І ПРОТЕОГЛІКАНИ СПОЛУЧНОЇ ТКАНИНИ

Електронограма з колагеновими та nеластичними волокнами

 

Загальна характеристика

 

Сполучна тканина надзвичайно nпоширена в організмі. Вона є у всіх органах і служить основою для їх утворення nта виправлення пошко­джень. До сполучнотканинних утворень відносять шкіру, nпідшкірну жирову тканину, кістки, зуби, фасції, строму паренхіматозних nвнутрішніх органів, нейроглію, стінки великих кровоносних судин тощо.

 

Усі nрізновиди сполучної тканини містять клітини, волокнисті структури і основну nміжклітинну речовину (рис.).

Волокна nпобудовані із фібрилярних білків колагену і еластину, а вуглеводно-білкові nкомплекси, протеоглі­кани, утворюють основну міжклітинну речовину. Вуглеводними nкомпонентами протеогліканів є гетерополісахариди глікозаміноглікани (стара nназва мукополісахариди). Основні низькомолекулярні компоненти сполучної тканини n– вода й іони натрію. Вміст волокнистих структур, nосновної речовини й води неоднаковий у різних видах сполучної тканини. В nсередньому частка основної міжклітинної речовини в організмі складає 20 % nмаси тіла, а вся сполучна тканина – близько 50 % маси тіла. З віком у сполучній nтканині зменшується вміст води і глікозаміно­гліканів, а зростає вміст nколагену; одно­час­но змінюються фі­зико-хімічні властивості ­волокон.

Макромолекули, із яких побудовані волокнисті nструктури, і основна речовина сполучної тканини, синтезуєються в клітинах (фіб­робластах, nхондробластах тощо). Після виходу із клітин в міжклітинний простір окремі nмакромолекули внаслі­док міжмолекулярної взаємодії утворюють складніші nструктури (комплекси про­теогліканів, волокна, агрегати протео­гліканів, nглікопротеїнів і волокнистих елементів). Розпад макромолекул відбувається під nдією ферментів лізосом (протеїназ, глікозидаз, сульфатаз). Швидкість оновлення nдля глікозаміногліканів складає декілька днів чи тижнів, а для колагену – nдекілька місяців.

В основі ряду спадкових захворювань n(мукополісахаридозів) лежить відсутність чи недостатня активність різних nферментів, які розщеплюють окремі глікозаміноглікани; останні накопичуються в nсполучній тканині. Інші спадкові хвороби, досить рідкісні, зумовлені nпорушеннями утворення колагенових волокон, дефектами в їх структурі (синдром nМарфана, Елерса-Данлоса, незавершений остеогенез). При недостатності в nорганізмі вітаміну С також порушується формування колагенових волокон, nпроявляються клінічні симптоми цинги. Та значно поширенішими є системні хвороби nсполучної тканини (колагенози), які розвиваються внаслідок ­автоімунних nпорушень і характеризуються пошкодженнями як волокнис­тих структур, так і nосновної міжклітинної речовини, клітин і мікроцир­куляторного русла.

 

Структура колагену

Фібрилярний білок колаген – nнайпоширеніший білок в організмі людини. На його частку припадає 25-33 % усього nбілка, тобто приблизно 6 % маси тіла. Молекула колагену (іноді її називають тропоколагеном) має довжину близь­ко n300 нм, товщину – 1,5 нм, молекулярну масу приблизно 300 000 дальтон, вона nпобудована з трьох поліпептидних лан­цюгів, що мають форму лівозакрученої nспіралі з трьома амінокислотними залишками на один виток, тобто відрізняється nвід альфа‑спіралі глобулярних білків. Три лівоспіральних лан­цюги nразом закручуються у праву спіраль, як кабель (рис. ).

 

 

Кожний nланцюг містить приблизно 1000 амінокислотних залишків, з яких 33 % становить гліцин, близько 21 % – пролін і оксипролін, 11 % – аланін і тільки приблизно 35 % – усі інші амінокислоти. Послідовність амінокислот у ланцюзі досить nрегулярно повторюється: майже у кожному 3-му положенні знаходиться залишок nгліцину, часто зустрічаються трипептидні фрагменти – гліцин-Х-пролін, nгліцин-Х-оксипролін, гліцин-пролін-окси­пролін, де Х – інші амінокислоти. Оксипролін, за винятком колагену і еластину, дуже рідко nзустрічається в інших білках. Колаген містить ще одну рідкісну амінокислоту – nоксилізин.

Колаген n– складний білок, глікопротеїн, в якому до частини залишків оксилізину nполіпептидного ланцюга 0-глікозидним зв’язком приєднуються вуглеводи – nмоносахарид галактоза або дисахарид галактозилглюкоза.

В nорганізмі людини відкрито 12 типів колагенів, які відрізняються первинною nструктурою, набором ланцюгів у молекулі, вмістом вуглеводів, органною та nтканинною локалізаціями. Перші 4 типи nбільше поширені (табл. ), а інші знайдені в невеликих кількостях і ще мало nвивчені.

Надзвичайно nвисокий вміст у колагені гліцину – амінокислоти, в якій відсутня R-група, й імінокислот (проліну та оксипроліну), які nутворюють вигини в поліпептидних ланцюгах, що зумовлює унікальну структуру nмолекули колагену – триланцюгову спіраль. Між ланцюгами за рахунок СО- і NН-груп пептидних зв’язків, а також ОН-групи оксипроліну, nвиникають водневі зв’язки, які стабілізують спіраль. Молекули колагену (тропоколагену) розташовуються регулярним чином у nпоздовжньому і поперечному напрямках і утворюють фібрили, з яких послідовно nформуються пучки фібрил, волокна і пучки волокон. Молекули в паралельних nланцюжках фібрили зміщені одна відносно одної приблизно на 1/4 довжини (64 нм). nЦим зумовлюється характерна для колагенових фібрил поперечна посмугованість з nперіодом повторюваності 64 нм.

 

У колагенових фібрилах утворюються поперечні nковалентні зшиви. Спосіб їх виникнення такий. Спочатку мідьвмісний фермент nлізил­оксидаза каталізує реакцію окиснювального дезамінування залишків лізину й nоксилізину з утворенням альдегідних форм – аллізину і оксиаллізину. Останні nвзаємодіють між собою або з іншими залишками лізину чи оксиаллізину, утворюючи nпоперечні зшиви декількох типів (рис.). Поперечні зв’язки зшивають як nпопіпептидні ланцюги у молекулі тропоколагену, так і розміщені поряд у фібрилах nмолекули.

При nрідкісній спадковій хворобі (синдром Елерса-Данлоса, тип V) nвнаслідок відсутності чи зниженої активності лізилоксидази в колагенових nфібрилах зменшене число поперечних зв’язків і механічні властивості волокон nпогіршені.

Колагенові фібрили різними способами організовані nу волокнах сполучної тканини, залежно від їх біологічної функції.

Зокрема, у сухожиллях фібрили розміщені у вигляді nпоперечно-зв’язаних пучків колагену типу І, які надзвичайно міцні і практично nне розтягуються.

При кип’ятінні у воді нерозчинних колагенових nволокон отримують розчин желатини. Деякі ковалентні зв’язки колагену гідролізуються, nв результаті чого утворюється суміш розчинних поліпептидів, які можуть nперетравлюватись протеолітичними ферментами шлунково-кишкового тракту. nКатаболізм тканинного колагену починається з дії специфічних колагеназ, які nрозщеплюють певні пептидні зв’язки у всіх 3 ланцюгах тропоколагену. Утворені nполіпептиди розчинні у воді і гідролізуються тканинними протеїназами до nамінокислот. Про інтенсивність розпаду колагену судять на основі вмісту nвільного оксипроліну в крові і сечі. Підвищений розпад колагену при деяких nураженнях сполучної тканини, суглобів і кісток супроводжується збільшенням nсекреції оксипроліну.

 

Біосинтез колагену

 

Поліпептидні ланцюги молекул nколагену синтезуються на рибосомах, зв’язаних із мембранами ендоплазматичного nретикулума, в клітинах фібробластичного ряду сполучної тканини. Спочатку nсинтезуються високомолекулярні попередники (проколагени), які мають додаткові nпептидні послідовності з обох кінців ланцюга. Амінокислотний склад цих ділянок n(пропептидів) відрізняється від складу основного ланцюга. Зокрема, вони містять залишки цистеїну. Одночасно з ростом поліпептидного nланцюга відбувається реакція гідроксилювання деяких залишків проліну і лізину, nяку каталізують, відповідно, пролін- і лізингідроксилаза. Для дії ферментів nнеобхідні як субстрати молекулярний кисень і альфа-кетоглутарова кислота, а як кофактори – іон Fe2+ і аскорбінова nкислота. При недостатності в організмі вітаміну С гальмуються гідроксилювання і nутворення поперечних зв’язків, а в результаті погіршуються механічні nвластивості колагенових волокон. Аналогічні зміни спостерігаються при nспадковому дефіциті лізингідроксилази (синдром Елерса-Данлоса, тип VІ).

Після гідроксилювання до частини залишків nоксилізину і оксипроліну приєднуються галактоза і глюкоза. Реакцію nглікозилювання ката­лізують відповідні глікозилтрансферази в канальцях nгранулярної ендо­плазматичної сітки, куди потрапляють поліпептидні ланцюги nпроколагену. Після гідроксилювання і глікозилювання поліпептидні ланцюги nформують триланцюгову спіраль, чому сприяє утворення дисульфідних зв’язків між nланцюгами на С-кінцях. Проколаген секретується в складі міхурців із клітини в nміжклітинний простір, де під дією протеолітичних ферментів (проколагенпептидаз) nвідщеплюються кінцеві пропептиди. Утворені молекули тропоколагену формують nфібрили, які прошиваються поперечними ковалентними зв’язками. В структурну nорганізацію колагенових волокон вносять вклад зв’язані з колагеном протеоглікани. nІз кожним колагеновим мономером зв’язується за рахунок електростатичної nвзаємодії від 2 до 5 полісахаридних ланцюгів. Протеоглікани, вірогідно, nзахищають колаген від дії колагеназ і протеаз.

Схема синтезу колагену в цитоплазмі nфібробласта і позаклітинного фібрілогенеза

 

Інтенсивний синтез колагену nмає місце під час загоювання ран. Швидкість загоювання гальмується при nнедостатності в організмі аскорбінової кислоти, заліза, низькому парціальному nтиску кисню в рані. Усі перераховані фактори потрібні для активності пролін- і nлізингідроксилаз. Надмірне утворення колагенових фібрил спостерігається при nряді захворювань сполучної тканини (прогресуючому системному склерозі, nсклеродермії, поліміозиті), фіброзі легень, цирозі печінки. З віком змінюється nспіввідношення типів колагенів в тканинах, збільшується число поперечних nзшивок, лабільні зшивки замінюються стабільними, що робить колагенові фібрили nжорсткішими і крихкішими. Причиною вікових структурних змін колагену, nвірогідно, є зміни вмісту ферментів, необхідних для синтезу поліпептидних nланцюгів, їх модифікації, утворення поперечних зв’язків. Структурні зміни nколагену призводять до зменшення еластичності шкіри, кровоносних судин, nзбільшення ламкості кісток, погіршення механічних властивостей сухожилків і nхрящів.

Еластин

 

Білок еластин – основний складник еластичних nволокон, яких багато у зв’язках, стінках великих артерій, легенях. Його nмолекули містять приблизно 800 амінокислотних залишків, мають глобулярну форму, nдіаметр – 2,8 нм. Вони об’єднуються у волокнисті тяжі за допомогою nжорстких поперечних зшивок. У склад волокон входять глікопротеїни, які nвпливають на просторову організацію молекул еластину у волокнах.

Як і колаген, еластин містить багато гліцину і nаланіну, трохи менше проліну, більше валіну; відсутні оксилізин, цистеїн. nПоліпептидний ланцюг складається із багатих залишками глі­цину спіральних nділянок, розділених коротшими, які містять залишки лізину й аланіну. Са­ме nзалишки лізину беруть участь в утворенні поперечних ковалентних зв’язків. Для nцього 3 залишки лізину окиснюються ферментативним шляхом до альдегідів n(аллізинів), а потім конденсуються з четвертим залишком лізину: утворюються nгетероциклічні сполуки, які називаються десмозином чи ізодесмозином (рис.).

 Ці nнестандартні амінокислоти відкриваються у гідролізаті еластину. В утворенні nдесмозину і ізодесмозину беруть участь залишки лізинів з 2, 3 чи 4 різних nполіпептидних ланцюгів (молекул еластину), зшиваючи їх у сіткову структуру, nздатну зворотно розтягуватись у всіх напрямках у два і більше раз. Розтягнення nзабезпечується збільшенням довжини спіральних ділянок поліпептидних ланцюгів, nяка при знятті навантаження повертається до вихідної величини. Еластинові nволокна, хоч набагато слабші за колагенові, досить міцні на розрив завдяки nковалентному характеру зв’язків. З віком еластичність їх знижується.

Зміни еластичних волокон при інфаркті міокарда

 

Структура nі функції протеогліканів

 

Основну nміжклітинну речовину сполучної тканини утворюють протеоглікани, що складаються nз невеликої білкової частини, до якої ковалентними зв’язками приєднані nполісахаридні ланцюги (декілька десятків, а інколи більше 100). Молекулярна маса протеогліканів може досягати десятків nмільйонів. На відміну від глікопротеїнів, у протеогліканах основна частина маси nприпадає на вуглеводну частину (до 93-97 %).

Глікозаміноглікани (або кислі мукополісахариди) – nце полісахариди, які побудовані з великої кількості однакових дисахаридних nодиниць. Ос­кільки до складу дисахаридних одиниць входять два різні мономери, nглікозаміноглікани відносяться до гетерополісахаридів. Звичайно дисахаридна nодиниця складається з аміноцукру (N-ацетилглюкозаміну чи N-ацетилгалактозаміну) nй уронової кислоти (глюкуронової чи ідуронової). До аміноцукрів в 4-чи 6-му nположенні часто приєднаний залишок сульфату.

Відомі n7 типів глікозаміногліканів (табл.), які відрізняються за мономерами, типом nглікозидних зв’язків, а також за кількістю і місцем приєднання сульфатних груп. n

На рис. показаний як приклад фрагмент гіалуронової nкислоти.

До складу кератансульфату замість уронової кислоти nвходить галактоза. Із усіх типів тільки гіалуронова кислота не містить залишків nсульфатів. У гепарині частина глюкозамінних залишків містить N-сульфатні групи, nа не N-ацетильні. Гепарансульфат має менше, ніж гепарин, N- і О-сульфатних nгруп. Крім того, в гепарансульфаті переважає глюкуронова кислота, а в гепарині n– ідуронова.

Кількість дисахаридних одиниць і, відповідно, nмолекулярна маса різних глікозаміногліканів різна. Найбільші молекули nгіалуронової кислоти (молекулярна маса 105-107). Завдяки nнаявності негативно заряджених при фізіологічних значеннях рН карбоксильних nгруп і сульфогруп усі глікозаміноглікани є поліаніонами, що має важливе nзначення для їх функцій. Зокрема, вони зв’язують та утримують катіони натрію. nГлікозаміноглікани добре розчинні у воді з утворенням в’язких розчинів. nВеличина в’язкості залежить від форми і розмірів молекул. Найбільша в’язкість nхарактерна для розчинів гіалуронової кислоти, довгі ланцюги якої укладаються nнеупорядкованим чином і займають великий простір, заповнений, в основному, nмолекулами води. Високий вміст гіалуронової кислоти знайдено в склоподібному nтілі ока, слизовій тканині пупкового канатика зародка, синовіальній рідині. nЖелеподібна структура розчину гіалуронової кислоти забезпечує функцію синові­альної nрідини у суглобах як мастила, що зменшує тертя суглобових поверхонь. В’язкість nсиновіальної рідини у пацієнтів з ревматизмом чи артритом низька, що пов’язано nз деполімеризацією гіалуронової кислоти.

Гепарин відрізняється від інших nглікозаміногліканів за локалізацією в тканинах та функціями.

Синтезується він тканинними nбазофілами (інакше огрядними клітинами) і знаходиться в гранулах. Ці клітини nчасто локалізуються за ходом кровоносних судин мікроциркуляторного русла. Під nчас дегрануляції тканинні базофіли викидають гепарин у міжклітинний простір. nГепарин бере участь в регулюванні коагуляції крові. Він підвищує звільнення в nплазму ферменту ліпопротеїнліпази, зв’язаної з стінками капілярів, і, таким nчином, сприяє гідролізу тригліцеридів хіломікронів і ЛПДНГ. Антикоагуляційний nефект гепарину полягає в посиленні дії інгібітора факторів коагуляції nантитромбіну ІІІ. Гепарин використовується в клінічній практиці як nантикоагулянт.

 

Основну міжклітинну речовину складають протеогліканові nагрегати з гіалуронової кислоти, низькомолекулярних білків і великої кількості nмономерних субодиниць протеогліканів. На частку останніх припадає до 99 % маси агрегатів. Мономери протеогліканів nпобудовані з білка (так званого “корового”) і ковалентно зв’язаних із nним полісахаридних ланцюгів сульфатованих глікозаміногліканів. Молекули nхондроїтинсульфатів приєднані О-глікозидним зв’язком між ксилозою і серином nполі­пептидного ланцюга. Ксилоза не nвходить до дисахаридних одиниць, а виконує фун­к­цію додаткового складника, nякий зв’язує полісахарид із білком. Інші глікозаміноглікани можуть nприєднуватись глікозидними зв’язками між N-ацетилглюкозаміном чи nN-ацетилгалактозаміном і серином чи аспарагіном поліпептиду. В типовому nпротеоглікані хрящової тканини до білка приєднано приблизно 150 молекул nхондроїтинсульфатів і кератансульфатів (рис. ).

Протеоглікани nрізних тканин (шкіри, хрящів, сухожиль, зв’язок, кісток, стінок судин, nвнутрішніх органів) розрізняються молекулярною масою, розмірами, набором nглікозаміногліканів, відносним вмістом білка.

Протеогліканові мономери за nдопомогою низькомолекулярних білків нековалентно приєднуються до гіалуронової nкислоти, утворюючи протеогліканові агрегати. Їх структура нагадує гілочку ялини n(або щітку для пляшок). Перпендикулярно до нитки гіалуронової кислоти і вздовж nусієї нитки рівномірно розміщені протеогліканові мономери. Довжина молекули nгіалуронової кислоти може бути різною (від 450 до 4200 нм) і до неї може nприєднуватись понад 100 протеогліканових мономе­рів. Усі складники протео­гліканових nагрегатів утримуються разом зв’язками різ­них типів: іонними, водневими, ­дисульфідними.

Полісахаридні ланцюги глікозаміногліканів у протеогліканових nагрегатах внаслідок гідратації і відштовхування однойменно заряджених груп nвитягнуті й розміщені не впритул один до одного. При зовнішньому тиску молекули nводи частково видавлюються з проміжків і полісахаридні ланцюги зближуються. У nміру зближення опір тиску зростає, а при знятті тиску відновлюються форма і nоб’єм гідратованих агрегатів. Таким чином, якщо колагенові волокна надають nміцності хрящам та іншим різновидам сполучної тканини, то основна міжклітинна nречовина (желеподібна структура із протеогліканів) забезпечує тургор, nпружно-еластичні властивості. Крім того, протеоглікани обмежують дифузію, nпереміщення через сполучну тканину молекул, які мають розмі­ри альбумінів чи nімуноглобулінів. Гідроліз гіалуронової кислоти під дією гіалуронідази збільшує nпроникність міжклітинної речовини. Багато патогенних мікроорганізмів виділяють nгіалуронідазу, що допомагає їм рухатись у ­тканинах.

Із nвіком у хрящовій тканині знижується кількість протеогліканів, зростає вміст nколагенових волокон, які можуть затримувати солі кальцію і звапнюватися. Усі ці nзміни викликають зменшення ступеня гідратації протеогліканів і втрату пружності nхрящової тканини.

Обмін nпротеогліканів

 

Синтез протеогліканів подібний до синтезу nглікопротеїнів. Спочатку “коровий” білок nсинтезується на рибосомах, зв’язаних з ендоплазматичним ретикулом (ЕР). До nполіпептидного ланцюга в ЕР послідовно під дією специфічних глікозилтрансфераз nприєднуються моносахаридні залишки. Процес продовжується в апараті Гольджі. Після nутворення полісахаридного ланцюга певної довжини відбувається приєднання nзалишків сірчаної кислоти до моносахаридів. Реакція каталізується nсульфотрансферазами, а донором служить 3-фосфоаденозин-5-фосфосульфат (ФАФС). nМолекули протеогліканів потрапляють у гранули і секретуються з клітин. У nміжклітинному просторі відбувається об’єднання складників протеогліканових ­агрегатів, nа також взаємодія їх із колагеновими волокнами.

На обмін протеогліканів і колагену в сполучній nтканині впливають ряд гормонів. Так, гормон росту стимулює синтез nпротеогліканів і колагену. Дія його опосередковується соматомединами. Синтез nглікозаміногліканів знижується при недостатності інсуліну. Глюкокортикоїди nпригнічують синтез протеогліканів і колагену у сполучній тканині, кістках, nшкірі, а також підвищують катаболізм білків у цих тканинах. Тому при nгіперфункції кори надниркових залоз спостерігаються потовщення шкіри та nкровоносних судин, остеопороз. На клітинному рівні гормон росту стимулює nпроліферацію фібробластів, а глюкокортикоїди гальмують.

У тканинах організму протеоглікани постійно nоновлюються. Розпад відбувається в лізосомах, куди протеоглікани потрапляють nшляхом ендоцитозу. Білкова частина розщеплюється катепсинами, а nвуглеводна – сп­ецифічними глікозидазами. Гіалуронідаза ссавців гідролізує nальфа-1,4-глікозидні зв’язки між дисахаридними одиницями в nгіалуроновій кислоті, а також у хондроітинсульфатах, з утворенням nтетрасахаридів, які під дією інших глікозидаз розпадаються до моносахаридів. nВід сульфатованих моносахаридів спочатку усувається під дією сульфатаз сульфат. nНа рис. показана схема розпаду хондроїтинсульфату.

Генетично зумовлена недостатність навіть однієї nлізосомальної глікозидази викликає аномальне накопичення в клітинах субстратів nі виникнення багатьох клінічних ознак. Продукти неповного розщеплення nглікозаміногліканів у підвищеній кількості виводяться з сечею. Ці спадкові nхвороби називаються мукополісахаридозами. Відомо понад 8 типів nмукополісахаридозів.

 

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *

Приєднуйся до нас!
Підписатись на новини:
Наші соц мережі