I Глава 13

ГЛАВА 13 БИОХИМИЯ ПОЧЕК И МОЧИ

Моча, так же как и кровь, часто является объектом биохимических исследований, проводимых у спортсменов. По данным анализа мочи -тренер может получить необходимые сведения о функциональном со­стоянии спортсмена, о биохимических сдвигах, возникающих в орга­низме при выполнении физических нагрузок различного характера. По­скольку при взятии крови для анализа возможно инфицирование спорт­смена (например, заражение гепатитом или СПИДом), то в последнее время все предпочтительнее становится исследование мочи. Поэтому тренер или преподаватель физического воспитания должен обладать информацией о механизме образования мочи, об ее физико-химических свойствах и химическом составе, об изменении показателей мочи при выполнении тренировочных и соревновательных нагрузок.

общая характеристика почек________________________

Масса обеих почек у взрослого человека около 300 г, что составляет менее 0,5% от массы тела. Однако в состоянии покоя почки потребляют 25% всей крови (через почки за 1 мин проходит более 1 л крови) и 10% всего поступающего в организм кислорода. Эти цифры указывают на высокую интенсивность метаболизма в почках, в том числе тканевого дыхания, и свидетельствуют об очень большом потреблении энергии этим органом (в расчете на единицу массы).

Основной функцией почек является образование мочи. Благодаря образованию и выделению мочи почки обеспечивают:

• выделение конечных продуктов азотистого обмена;

• поддержание кислотно-щелочного баланса;

• регуляцию водно-солевого обмена;

• поддержание необходимого осмотического давления жидкостей организма;

• регуляцию кровяного давления.

Таким образом, почки, подобно крови, участвуют в поддержании постоянства внутренней среды организма, т. е. гомеостаза.

Механизм образования мочи

Структурно-функциональной единицей почек, ответственной за об­разование мочи, является нефрон. Каждая почка содержит примерно * Млн нефронов.

В нефроне можно выделить следующие отделы: почечное тельце (мальпигиево тельце, почечный клубочек), проксимальный извитой каналец, петля Генле и дистальный извитой каналец.

Мальпигиево тельце представляет собой сосудистый клубочек, окруженный капсулой Шумлянского - Боумена.

К каждому мальпигиеву тельцу подходит кровеносный сосуд (арте- риола). Этот сосуд разделяется на капилляры, петли которых образуют сосудистый клубочек. Далее капилляры, соединяясь, формируют выно­сящий кровеносный сосуд (тоже артериола), по которому кровь отво­дится от почечного клубочка.

Выходящая артериола

-Входящая артериола

Почечная лоханка

Рис. 8. Схема строения нефрона

Между внутренним и внешним листками почечной капсулы имеется полость, которая затем преобразуется в просвет почечных канальцев. Непосредственно от почечного тельца отходит проксимальный извитой каналец, который далее переходит в петлю Генле и дистальный изви­той каналец. Извитые канальцы и петля Генле густо оплетены капил­лярной сетью, на которую распадается выходящая из сосудистого клу­бочка артериола. Затем из капилляров, окружающих почечные каналь­цы, образуются венулы, впадающие в почечную вену. Дистальные извитые канальцы соединены с собирательными тру­бочками, которые, сливаясь вместе, образуют почечные протоки, от- крывающиеся в почечную лоханку.

Капсула Шумлянского - Боумена состоит из внутреннего и внешнего листков. Внутренний листок плотно прилегает к петлям капилляров, а внешний листок капсулы окружает весь сосудистый клубочек в целом (рис. 8).

Капсула Шумлянского - Боумена и почечные канальцы образованы эпителиальными клетками.

Образование мочи в нефронах протекает в три этапа.

Первый этап образования мочи - ультрафильтрация плазмы кро- _вй в почечных клубочках (образование первичной мочи). В процессе ультрафильтрации из кровеносных капилляров, образующих сосуди­стый клубочек, в полость капсулы почечного тельца переходит часть плазмы крови. Поскольку в стенке капилляров и во внутреннем листке капсулы имеются поры диаметром не более 4 нм, фильтруются все компоненты плазмы, кроме белков. В состоянии покоя через обе почки за 1 мин проходит около 1200-1300 мл крови. Ультрафильтрации под­вергается примерно 10% протекающей через почки крови. Следова­тельно, в каждую минуту в почках образуется около 125 мл ультра­фильтрата, или первичной мочи, а в течение суток - 180 л.

По химическому составу первичная моча представляет собою без­белковую плазму крови.

Причиной ультрафильтрации является наличие в капиллярах сосу­дистого клубочка повышенного кровяного давления, возникающего вследствие того, что диаметр выносящей артериолы примерно на 30% меньше, чем приносящей.

Второй этап образования мочи - реабсорбция (обратное всасыва­ние). Первичная моча, двигаясь по почечным канальцам (их общая длина приблизительно 120 км!), отдает большую часть своих состав­ных частей обратно в кровь, протекающую по капиллярной сети, окру­жающей почечные канальцы. Реабсорбция преимущественно происхо­дит в проксимальных канальцах. В ходе реабсорбции обратно в кровь поступает почти вся глюкоза, 99% воды, натрия, хлора, бикарбонатов, аминокислот, 93% калия, 45% мочевины и т. д.

Реабсорбция требует больших затрат энергии, источником которой является АТФ. Высокие энерготраты обусловлены необходимостью переноса молекул и ионов через мембраны клеток, образующих стенку почечных канальцев. Особенно много энергии расходуется на всасыва­ние ионов натрия, на так называемый натриевый насос. Как уже отме­чалось, главным источником АТФ в почках является тканевое дыхание, На что указывает очень высокое потребление кислорода почками (см. выше).

Третий этап образования мочи - секреция. При секреции некото­рые вещества крови, в частности ионы калия, аммония, водорода, а также чужеродные вещества (например, лекарства, токсины), поступа- ^т из капиллярной сети нефрона в просвет почечных канальцев. В ос­новном секреция происходит в дистальных канальцах.

Почечная секреция, как и реабсорбция, является активным про­цессом, потребляющим энергию АТФ, что обусловлено транспортом секретируемых молекул и ионов через мембраны эпителия каналь­цев.

Реабсорбция и секреция ведут к превращению первичной мочи во вторичную, или окончательную, которая выводится из организма.

РЕГУЛЯЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ МОЧИ

Мочеобразовательная функция почек находится под контролем нервно-гормональной регуляции.

При стрессовых состояниях, вызываемых сильными болями или значительными отрицательными эмоциями, образование мочи может даже прекратиться.

Наиболее важными гормонами, регулирующими образование мочи, являются альдостерон (гормон коры надпочечников) и вазопрессин (гормон гипоталамуса).

Альдостерон повышает скорость обратного всасывания в почечных канальцах ионов натрия. Одновременно вместе с ионами натрия уско­ряется реабсорбция ионов хлора и воды. В результате такого влияния уменьшается объем мочи.

Вазопрессин (антидиуретический гормон) повышает проницае­мость стенки почечных канальцев по отношению к воде, что способст­вует лучшему ее обратному всасыванию. Действие этого гормона при­водит к уменьшению объема мочи (название этого гормона «антидиу­ретический» расшифровывается как «уменьшающий объем», так как термин «диурез» обозначает объем мочи).

Регуляция мочеобразования также осуществляется путем синтеза непосредственно в почках двух гормоноподобных белков - ренина и эритропоэтина.

Ренин вырабатывается в почках при снижении кровяного давления. Уменьшение давления крови отрицательно сказывается на почечной фильтрации, так как этот процесс, как уже отмечалось, протекает при наличии в капиллярах сосудистого клубочка нефрона повышенного давления крови (ультрафильтрация прекращается при снижении систо­лического давления крови ниже 70 мм рт. ст.). По механизму действия ренин является протеолитическим ферментом, превращающим один из белков плазмы крови в биологически активное вещество - ангиотен- зин. Образовавшийся ангиотензин стимулирует продукцию корой над­почечников альдостерона, что приводит к увеличению реабсорбции
хлористого натрия и воды в почечных канальцах. Вследствие этого объем циркулирующей крови увеличивается и давление крови в сосу­дистых клубочках возрастает.

Эритропоэтин - белок, синтезируемый почками в первую очередь при нарушении их снабжения кислородом (при анемии, кровопотере, шоке). Как уже неоднократно указывалось, почки нуждаются в боль­ших количествах кислорода для обеспечения энергией реабсорбции и секреции. С током крови образовавшийся эритропоэтин поступает в красный кровяной мозг и стимулирует там процесс кроветворения (эритропоэз), что приводит к повышению кислородной емкости крови и улучшению снабжения почек кислородом.

В связи с таким стимулирующим влиянием на процесс кроветворе­ния эритропоэтин в последнее время стали использовать в качестве допинга в тех видах спорта, где требуется проявление высокой аэроб­ной работоспособности.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОЧИ

Объем мочи. Объем мочи (диурез) зависит от количества потреб­ляемой жидкости и составляет в среднем 50-80% от ее объема. Суточ­ное количество мочи у здорового взрослого человека обычно колеблет­ся от 1000 до 2000 мл. При проведении различных расчетов при иссле­довании мочи суточный диурез принимают равным 1500 мл.

Увеличение объема мочи (полиурия) бывает при приеме больших количеств жидкости. Особенно возрастает диурез при употреблении больших объемов чая, кофе, алкогольных напитков. Содержащиеся в них кофеин (чай, кофе) и этиловый спирт (алкогольные напитки) угне­тают выработку антидиуретического гормона (см. выше). При охлаж­дении также подавляется синтез этого гормона.

Полиурия наблюдается при ряде заболеваний (болезни почек, са­харный и несахарный диабет и др.).

Уменьшение объема мочи (олигурия) отмечается при ограничен­ном приеме жидкости, а также при болезнях почек, при ряде заболева­ний, сопровождающихся внепочечными потерями воды (например, из- за рвоты, поноса, испарения воды кожей при высокой температуре тела ит. д.).

У спортсменов олигурия может встречаться после тренировок и со­ревнований вследствие потери больших количеств воды за счет уси­ленного потоотделения.

w

При сильном стрессе возможно почти полное прекращение выделе­ния мочи. Это явление называется анурия.

Плотность мочи. Плотность мочи (удельный вес) может колебаться в пределах от 1,002 до 1,040 г/мл. На величину плотности влияют два основных фактора: количество поступившей в организм воды и внепо- чечные потери воды. После приема жидкости в большом объеме выде­ляется больше мочи и плотность ее становится ниже. При ограничен­ном употреблении воды или же больших потерях воды (например, с потом) мочи выделяется мало, при этом плотность ее высока. Обычно у здорового человека при нормальном питании плотность мочи равна 1,010-1,025 г/мл.

После выполнения физических нагрузок, сопровождающихся зна­чительным потоотделением, моча может иметь высокую плотность - до 1,035-1,040 г/мл.

Кислотность мочи. У здорового человека кислотность мочи (рН) в значительной мере зависит от характера питания. При смешанном пи­тании моча обычно имеет слабокислую реакцию, рН ее составляет 5,5-6,5. Употребление преимущественно мясной пищи приводит к под- кислению мочи, и рН становится меньше 5. Наоборот, при раститель­ной диете моча подщелачивается, и рН может быть более 7.

Выделение мочи с повышенной кислотностью (рН составляет 4-5) наблюдается после выполнения интенсивных физических нагрузок. Причина повышения кислотности выделение с мочой больших коли­честв молочной кислоты (более подробно см. в главе 16 «Биохимиче­ские сдвиги в организме при мышечной работе»).

Цвет мочи. В норме моча имеет соломенно-желтую (слабо-желтую) окраску, которую ей придают главным образом пигменты, образую­щиеся при распаде гемоглобина. Интенсивность окраски в значитель­ной мере зависит от плотности мочи. Чем выше плотность мочи, тем более насыщенная у нее окраска.

Изменение цвета мочи наблюдается при различных заболеваниях и может быть использовано в диагностических целях.

Прозрачность мочи. Свежевыделенная моча у здоровых людей, как правило, прозрачная. Однако при стоянии возможно ее помутнение. Поэтому оценку прозрачности следует проводить сразу же после выде­ления мочи.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МОЧИ

Поскольку объем мочи непостоянен, химический состав ее оценива­ется не в единицах концентрации, а путем расчета содержания выде­ляемых веществ в суточном объеме мочи.

В сутки с мочой из организма выделяется 50-75 г растворенных _в ней веществ. Химический состав мочи очень разнообразен, в ней об­наружено около 150 разновидностей органических и неорганических соединений. Основные ингредиенты мочи приведены в табл. 6.

Как видно из таблицы, первое место по количеству занимает моче­вина. Ее суточное выделение составляет 20-35 г. Мочевина является конечным продуктом распада белков и по ее экскреции с мочой можно судить о скорости распада белков в организме. У здорового человека выделение мочевины повышается при приеме богатой белками пищи и при выполнении физической работы большого объема. В последнем случае ускоряется распад собственных белков организма, в первую очередь мышечных.

Таблица б Важнейшие компоненты мочи

Компонент	Содержание в суточном объеме мочи (г/сутки)
Органические соединения
Мочевина	20-35
Мочевая кислота	0,5-1
Креатинин	1-2
Аминокислоты	<1
Неорганические соединения
Натрий	3-6
Калий	1,5-3
Кальций	0,1-0,25
Магний	0,1-0,2
Аммоний	0,5-0,9
Хлориды	5-9

 

Другое азотистое соединение, всегда присутствующее в моче, - мо­чевая кислота. Это вещество является конечным продуктом распада нуклеиновых кислот. Ежедневно выделяется около 0,7 г мочевой ки­слоты. Мочевая кислота и ее соли малорастворимы в воде, и поэтому они могут выпадать в осадок в собранной моче и образовывать камни в Нижних отделах мочевых путей.

Еще один азотистый компонент мочи - креатинин. Суточное выде­ление креатинина колеблется в пределах 1-2 г, но оно почти постоянно Для каждого человека. Это постоянство объясняется тем, что креатинин - конечный продукт распада креатинфосфата, запасы которого в основ- Ном сосредоточены в мышцах. Поэтому существует четкая корреляция Между содержанием креатинина в моче и развитием мускулатуры. Бо­лее подробно выделение креатинина с мочой будет рассмотрено в главе 15 «Биоэнергетика мышечной деятельности».

Что касается минеральных веществ мочи, то в ней присутствуют практически все неорганические вещества крови. Общее количество выделяемых неорганических веществ - 15-25 г в сутки. Больше всего в моче хлористого натрия (NaCl), его содержание в суточном объеме мочи составляет 8—15 г. В моче (в меньших количествах) всегда при­сутствуют катионы калия, кальция, магния, аммония и анионы фосфа­тов, бикарбонатов, сульфатов.

В моче также могут быть обнаружены в очень низких концентраци­ях некоторые ферменты, витамины и гормоны.

ПАТОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ МОЧИ

К патологическим компонентам мочи относятся вещества, которые в норме отсутствуют или содержатся в очень малых количествах и обычными лабораторными методами не обнаруживаются. Появляются патологические компоненты в моче при ряде заболеваний, а также при выполнении физической работы большого объема. Чаще всего в моче появляются следующие вещества.

Белок. Появление белка в моче в большом количестве носит назва­ние протеинурия. Основной причиной протеинурии является увеличе­ние проницаемости «почечного фильтра», т. е. стенки капилляров сосу­дистого клубочка и капсулы Шумлянского - Боумена. Вследствие это­го белки плазмы крови, в первую очередь альбумины, подвергаются фильтрации и оказываются в составе мочи. Протеинурия часто наблю­дается при болезнях почек и сердечной недостаточности. Физические нагрузки, свойственные современному спорту, также вызывают выра­женную протеинурию.

Глюкоза. В нормальной моче глюкоза практически отсутствует. Однако при некоторых заболеваниях, а также после выполнения трени­ровочных и соревновательных нагрузок с мочой выделяется повышен­ное количество глюкозы, даже до нескольких десятков граммов в су­тки. Это явление называется глюкозурия. Существуют две основные причины глюкозурии. Во-первых, это значительное повышение кон­центрации глюкозы в крови. В этом случае почечные канальцы не мо­гут обеспечить обратного всасывания всей глюкозы из первичной мочи и часть глюкозы остается в составе вторичной мочи. Такая разновид­ность глюкозурии называется гипергликемическая глюкозурия. Встречается такая глюкозурия обычно при сахарном диабете и является основным его симптомом. Во-вторых, при заболеваниях почек может быть нарушена реабсорбционная функция почечных канальцев. Вслед­ствие этого нарушения в почечных канальцах не происходит полно­ценного обратного всасывания и часть глюкозы выделяется из организ­ма с мочой. Этот вид глюкозурии носит название почечная глюкозурия.

Кетоновые тела. В моче здорового человека содержание кетоновых тел очень мало. Выделение с мочой больших количеств кетоновых тел обычно наблюдается тогда, когда в организме для получения энергии вместо углеводов усиленно используются запасы жира (например, при сахарном диабете, голодании, продолжительной физической работе). Это объясняется тем, что кетоновые тела (ацетоуксусная кислота, (3-оксймасляная кислота) являются промежуточными метаболитами распада жира. Т1ри этом в моче еще обнаруживается ацетон, образую­щийся в крови при избытке там ацетоуксусной кислоты. Наличие в моче больших количеств кетоновых тел обозначается термином кетонурия.

Кровь. При воспалительных процессах в мочевыделительной систе­ме или при ее травматических повреждениях в моче обнаруживаются красные клетки крови - эритроциты. Это явление называется гематурия. При повреждениях верхнего отдела мочевыделительной системы (поч­ки, мочеточники, мочевой пузырь) попавшие в мочу эритроциты нахо­дятся в ней продолжительное время и деформируются. Такие эритро­циты называются «выщелоченными». При кровотечении в нижнем от­деле эритроциты не успевают деформироваться и их называют «свежи­ми». Таким образом, по внешнему виду выделяющихся с мочой эрит­роцитов можно установить место повреждения мочевыделительной системы. У спортсменов гематурия носит, как правило, травматический характер.

Более подробно изменения мочи при выполнении физических на­грузок будут описаны в главе 16 «Биохимические сдвиги в организме при мышечной работе».

Полезная информация

Осмотическое давление - гидростатическое давление, вызванное разностью концентраций. Причиной возникновения осмотического давле­ния является осмос - односторонняя диффузия молекул растворителя (чаще всего воды) через полупроницаемую мембрану в сторону раствора большей концентрации.

Часть 2