Регуляция обмена воды

Система регуляции обмена воды имеет сложную структуру. Адаптивная цель этой системы — поддержание оптимального объёма жидкости в организме. При воздействии патогенных факторов и/или отклонении содержания жидкости и солей в организме эта система устраняет сдвиги или способствует уменьшению их степени. Функция системы регуляции водного обмена тесно связана с системами контроля солевого обмена и осмотического давления.

Система регуляции обмена воды в организме включает центральное, афферентное и эфферентное звенья.
• Центральное звено системы контроля обмена воды — центр жажды (водорегулирующий). Его нейроны находятся в основном в переднем отделе гипоталамуса. Этот центр связан с областями коры большого мозга, участвующими в формировании чувства жажды или водного комфорта.
• Афферентное звено системы включает чувствительные нервные окончания и нервные волокна от различных органов и тканей организма (слизистой оболочки полости рта, сосудистого русла, желудка и кишечника, тканей), дистантные рецепторы (главным образом зрительные и слуховые).

Система регуляции водного обмена организма. ВНС — вегетативная нервная система; ПНФ — предсердныи натрийуретический фактор (атриопептин); рецепторы — чувствительные нервные окончания.

Афферентная импульсация от рецепторов различного тип а (хемо-, осмо-. баро-, терморецепторов, возможно, и некоторых других) поступает к нейронам гипоталамуса. Наиболее важное значение при этом имеют:
- увеличение осмоляльности плазмы крови более 280±3 мосм/кг Н₂0 (нормальный диапазон 270-290 мосм/кг);
- гипогидратация клеток;
- увеличение уровня ангиотензина II.

Регуляторные стимулы от нейронов центра жажды (нервные и гуморальные) адресуются эффекторным структурам.

• Эфферентное звено системы регуляции водного обмена включает почки, потовые железы, кишечник, лёгкие. Эти органы в большей (почки) или в меньшей (например, лёгкие) мере обеспечивают устранение отклонений содержания воды, а также солей в организме. Важными регуляторами главного механизма изменения объёма воды в организме — экскреторной функции почек — являются антидиуретический гормон (АДГ), система «ренин—ангиотензин—альдостерон», предсердныи натрийуретический фактор (атриопептин), катехоламины, Пг, минералокортикоиды.

При воздействии патогенных факторов и/или отклонении содержания жидкости в организме система регуляции водного обмена, как правило, устраняет эти отклонения или обеспечивает уменьшение их степени. Если же эффективность этой системы недостаточна, развиваются различные варианты нарушений водного обмена.

Антидиуретический гормон (АДГ). Вазопрессин

Каждый день почки фильтруют неодинаковое количество шлаков и воды. Они реагируют на изменения потребностей организма. Например, при повышенной температуре организм с потом теряет больше воды. Это может привести к обезвоживанию. Чтобы компенсировать процесс потоотделения, почки реабсорбируют из канальцевой жидкости больше воды, чем обычно. В результате мочи выделяется меньше, и она становится более концентрированной и Стандартной диагностической процедурой является удаление воды из мочи и анализ осадка.

Каким образом обеспечивается контроль? Это сложное взаимодействие нервов и гормонов, которые ежеминутно реагируют на перемены в организме.

Представьте, что вы активно двигаетесь в жаркий день. Вы начинаете потеть, уровень воды в организме и, следовательно, в крови падает. По мере того, как кровь циркулирует через мозг, она активирует специальные сенсоры (осморецепторы) в гипоталамусе, расположенном на стволе головного мозга.

Осморецепторы посылают по нервам сообщения в гипофиз — орган размером с горошину у основания мозга. Эти сообщения стимулируют гипофиз к высвобождению АДГ (антидиуретического гормона, вазопрессина). Он поступает в кровь и переносится к почкам.

В почках АДГ воздействует на внутреннюю выстилку дистальных извитых канальцев и собирательных трубок. Его воздействие повышает проницаемость поверхности.

Под влиянием АДГ большее количество воды переходит из жидкости, находящейся в канальцах и трубочках, обратно в кровь расположенных вокруг них капилляров. Моча становится более концентрированной, а кровь более жидкой за счёт дополнительной воды. Конечным результатом является меньшее количество мочи и сохранение воды в организме.

Противоположные процессы наблюдаются, если в течение короткого промежутка времени выпить большое количество жидкости. Количество воды в крови моментально увеличивается. Осморецепторы мозга не раздражаются, они перестают посылать в гипофиз сигналы о необходимости высвободить АДГ. Соответственно, содержание АДГ, переносимого кровью к почкам, снижается. Внутренняя выстилка канальцев и трубочек начинает пропускать через себя меньше воды. В моче остаётся больше жидкости. Результатом является более обильная и менее концентрированная моча.

Осморецепторы (от осмос и рецепторы), концевые образования чувствительных нервов, реагирующие на изменение концентрации осмотически активных веществ, т. е. осмотического давления (ОД), в окружающей их жидкости. О. имеются в различных органах и тканях животных (печень, поджелудочная железа и др.). Импульсы от О. поступают в отделы центральной нервной системы, участвующие в регуляции водно-солевого обмена организма (см. также Осморегуляция). Функция осморецепции присуща нервным клеткам т. н. супраоптических ядер гипоталамуса, которые воспринимают даже небольшие колебания ОД плазмы крови (1—2%) и при повышении ОД вырабатывают гормон вазопрессин, накапливающийся в гипофизе. Выделяясь в кровь, этот гормон, обладающий антидиуретическим действием, изменяет проницаемость стенки почечных канальцев, что приводит к уменьшению объёма выделяемой мочи.

Осморегуляция (от осмос и лат. regulo — направляю), совокупность физико-химических и физиологических процессов, обеспечивающих относительное постоянство осмотического давления (ОД) жидкостей внутренней среды (межклеточных жидкостей, лимфы, крови) у гомойосмотических животных. Механизмы О. обнаруживаются у организмов, обитающих в средах с различной концентрацией осмотически активных веществ, главным образом солей, и при разном уровне потребления как этих веществ, так и воды. О. присуща всем пресноводным и наземным животным; среди морских организмов О. обладают все позвоночные (кроме миксин), некоторые ракообразные. В основе физиологических механизмов О. лежит соответствующий рефлекс: изменение ОД крови или межклеточной жидкости воспринимается осморецепторами; возникающие в них импульсы передаются в нервные центры, которые регулируют потребление воды и солей и их выделение осморегулирующими органами — нефридиями, почками, солевыми железами и др. Механизм О. может быть гиперосмотическим, когда ОД внутренней среды больше, чем в жидкости внешней среды, и гипоосмотическим, когда внутреннее ОД меньше внешнего. В первом случае избыток воды выделяется животным главным образом через почки (растением — преимущественно через устьица); во втором — пассивную потерю воды через покровы тела организм восполняет, потребляя богатую солями воду и выделяя избыток солей в основном через солевые железы. Все пресноводные животные и морские хрящевые рыбы характеризуются гиперосмотических регуляцией. У акул и скатов это обусловлено высокой концентрацией в крови мочевины. В тело этих животных через проницаемые для воды участки покровов по осмотическому градиенту поступает вода. Избыток её у всех животных выделяется почками или их аналогами (сократительные вакуоли простейших, нефридии), а соли всасываются из пресной воды клетками жаберного аппарата или кожи (у земноводных). Гипоосмотическая регуляция характерна для морских костистых рыб, морских пресмыкающихся и некоторых других. Эти животные теряют воду через покровы и с мочой. Для компенсации потерь они пьют морскую воду, опресняемую клетками солевых желёз и др. органами, выделяющими концентрированные растворы солей. У млекопитающих основной орган О. — почки, способные выделять гипотоническую мочу при избытке воды и осмотически концентрированную — при её дефиците. Проходные рыбы (например, лососи) и некоторые ракообразные обладают обоими механизмами О. и могут жить как в пресной, так и в морской воде.

Важнейшими барорецепторными зонами (рецепторов растяжения, воспринимающих АД) являются области дуги аорты и каротидного синуса (рис. 18-27). Если сосудистую стенку растягивать под действием постоянного давления, то импульсация в барорецепторах будет непрерывной, причем кривая зависимости частоты этой импульсации от давления имеет почти S-образный характер. Импульсы от них по синокаротидному нерву (нерву Геринга, ветви языкоглоточного нерва) поступают в продолговатый мозг. Барорецепторы реагируют на колебания артериального давления во время сердечного цикла ритмичными залпами разрядов, частота которых изменяется тем больше, чем выше амплитуда и скорость нарастания волны давления. Поэтому барорецепторы передают информацию не только о среднем артериальном давлении, но также об амплитуде колебаний давления и крутизне его нарастания, а следовательно, и о ритме сердца.

Афферентные импульсы от барорецепторов поступают к кардиоингибиторному центру и сосудодвигательному центру, расположенным в продолговатом мозге, а также в другие отделы ЦНС.

От рецепторов растяжения, расположенных в артериях и венах большого и малого крута кровообращения (барорецепторов и волюморецепторов), в ствол мозга постоянно поступает информация об артериальном и венозном давлении. На основании этой информации изменяется симпатический тонус, благодаря чему поддерживаются АД и кровоток в жизненно важных органах (рис. 70.3).

При повышении АД увеличивается импульсация от барорецепторов каротидного синуса и дуги аорты. Эта импульсация поступает в ядро одиночного пути продолговатого мозга, а затем - в стволовые симпатические центры, оказывая на них тормозное влияние (рис. 70.3). Благодаря этому так называемому барорефлексу повышение АД по механизму отрицательной обратной связи приводит к снижению симпатического тонуса. В этом торможении участвует стволовой норадренергический путь, связанный с ядром одиночного пути. Нейроны этого пути возбуждаются центральными альфа2-адреностимуляторами, и именно на них действуют некоторые гипотензивные средства (например, клонидин), усиливающие барорефлекторную депрессорную реакцию. Когда же АД падает, снижение импульсации от барорецепторов приводит к уменьшению тормозных влияний на стволовые симпатические центры, что сопровождается повышением симпатического тонуса и ростом АД.

ВОЛЮМОРЕЦЕПТОРЫ (от франц. volume - объем и рецепторы), чувствительные нервные окончания в различных органах и кровеносных сосудах, реагирующие на растяжение их стенок.

Обмен воды и электролитов в организме имеет сложную нервно-гуморальную регуляцию. Наиболее подвержены регуляторным воздействиям вода и тесно связанный с нею в метаболизме натрий. Сложная рефлекторная цепь регуляции водно-электролитного обмена начинается с четырех рецепторов, которые сигнализируют об изменении количества воды в организме. Во-первых, это рецепторы слизистой рта, подсыхание которой вызывает чувство жажды. Однако это ощущение

проходит при смачивании слизистой, хотя вода в организм при этом не поступает. Поэтому данный вид жажды называется ложной жаждой. Во-вторых, сигналы о необходимости восполнить запасы воды в организме или прекратить ее потребление идут от барорецепторов слизистой желудка. Раздувание желудка ведет к исчезновению чувства жажды, а спадение его стенок - наоборот, к возникновению. Поскольку жажда, возникающая в этом случае, связана не с изменением содержания воды в организме, а с изменением тонуса желудочной стенки, она также ложная. Третью группу нервных окончаний, принимающих участие в регуляции водно-электролитного обмена, составляют осморецепторы тканей, которые сигнализируют об изменениях осмотического давления в тканях. Чувство жажды при раздражении осморецепторов - это вид жажды истинный. И наконец, четвертая группа рецепторов - волюм-рецепторы сосудистого русла, реагирующие на изменение объема циркулирующей в сосудистой системе крови.

В регуляции водно-солевого обмена принимают участие и дистантные рецепторы (зрительный, слуховой), обеспечивающие условнорефлекторный компонент регуляции. Импульсы со всех указанных групп рецепторов идут в гипоталамус, где расположен центр водорегуляции. Отсюда поступают " команды" на эффекторы, выводящие воду из организма.

Регулятором водно-солевого обмена являются гормоны коры надпочечников (альдостерон) и задней доли гипофиза (антидиуретический).

Ангиотензины (Angiotensins): физиологически активные пептиды широкого спектра действия. Обнаружены практически во всех тканях организма, включая структуры центральной нервной системы.

Пептиды группы ангиотензина участвуют в регуляции не только уровня артериального давления и сопряженных процессов почечной фильтрации и водно-солевого обмена, но также и в репродуктивной функции, многих процессах генерализованного характера (стресс, алкогольная мотивация, агрессивное поведение), процессах ноотропного ряда. Ангиотензин участвует в синтезе или рилизинге ряда других физиологически активных соединений - гормонов, низкомолекулярных медиаторов (катехоламины, серотонин), чем в значительной мере объясняется широкий спектр физиологических функций этих субстанций. Исследования последнего времени уделяют внимание молекулярным аспектам рецепторов ангиотензина II.

Обзоры: Jin M. et al., 1989, Eberhardt R. et al., 1993, Schunkert H. et al., 1993, Kang P. et al., 1994, Wright J. et al., 1994.

Ангиотензины - пептидные гормоны, образующиеся в крови и периферических тканях при действии специфических протеаз (в частности ренина) из крупномолекулярного белкового предшественника - прогормона (ангиотензиногена), секретируемого печенью.

Первичный продукт протеолиза неактивного ангиотензиногена - декапептид ангиотензин I. Из ангиотензина I за счет отщепления двух аминокислотных остатков с С-конца его молекулы образуется основной эффекторный пептид - ангиотензин II под влиянием ангиотензин- превращающего фермента (дипептидил карбоксипептидазы, К.Ф.3.4.15.1).

Этот фермент также участвует в инактивации брадикинина - физиологического антипода ангиотензина II и других пептидов. Ингибиторы ангиотензин-превращающего фермента нашли широкое распространение в клинической практике сердечно- сосудистых патологий.

Ангиотензины обладают выраженными вазопрессорным действием, а также являются специфическими регуляторами биосинтеза альдостерона корой надпочечников. При этом ангиотензин II приблизительно на порядок активнее ангиотензина I. Очевидно, два С-концевых аминокислотных остатка декапеп- тида тормозят его биологическую активность.

Проведенный функционально-структурный анализ молекулы ангиотензина II показал, что роль актона в ней, по-видимому, выполняют 1-3-трипептид, расположенный на N-конце, и 8-й (С-концевой) аминокислотный остаток. Роль же рецептор-связываемого локуса выполняет средний 3-6-тетрапептидный фрагмент молекулы.

В 70х годах обнаружен ангиотензин III, обладающий повышенным сродством к рецепторам коры надпочечников. Ангиотензин III - гептапептид, образующийся из ангиотензина II путем отцепления от него N-концевого аспарагилового остатка.

Ангиотензиновые рецепторы - G-белоксопряжённые рецепторы, лигандами которых является ангиотензин, гормон ренин-ангиотензиновой системы, и его производные. У человека описано четыре AT-рецептора. Антагонисты рецепторов ангиотензина II применяются в качестве средств, снижающих давление.