Функциональная биохимия почек. Физико-химические свойства мочи. Характеристика химических компонентов мочи по отношению к процессам мочеобразования.

Почки являются парным органом. Они потребляют больше энергии, чем другие ткани, получают до 25% сердечного выброса, за 1 минуту на 1 г ткани почек поступает 4-5 мл крови и фильтруется 1000-1300 мл крови. Особенностью почечного кровотока является его постоянство благодаря способности почек влиять на системное артериальное давление (в пределах 90-190 мм рт.ст), и таким образом повышать или понижать кровенаполнение приносящих почечных артериол.

Основной структурной единицей является нефрон, в каждой почке около 1 миллиона нефронов. Различают следующие отделы нефрона: Проксимальный отдел – в состав входят почечное тельце, извитая и прямая части проксимального канальца; Тонкий отдел петли нефрона – нисходящая и тонкая восходящая части петли Генле; Дистальный отдел – толстая восходящая часть петли Генле, дистальный извитой каналец и связующая часть.

При образовании мочи происходят три основных события:

Ультрафильтрация – выход в боуменову капсулу всего, что есть в крови, кроме клеток и большинства белков.

Секреция – активный или пассивный переход соединений из эпителиоцитов в первичную мочу.

Реабсорбция – обратное всасывание в почечных канальцах необходимых организму веществ и некоторых других.

В организме почки выполняют три функции:

1)Экскреторная функция - Благодаря почкам из организма выводятся вещества, которые можно условно сгруппировать по их происхождению: конечные продукты азотистого обмена (мочевина, креатинин, мочевая кислота), продукты обезвреживания эндогенных токсичных веществ (гиппуровая кислота, билирубинглюкуронид, индикан), избыточные или не нужные вещества (витамины, гормоны, органические кислоты, вода), ксенобиотики и продукты их детоксикации – лекарственные препараты, никотин и т.п.

2) Регулирующая функция - Почки обеспечивают водно‑солевой и кислотно‑основной гомеостаз. Поддержание гомеостаза внеклеточных жидкостей осуществляется как непосредственно клетками почек, так и при помощи образования определенных активных веществ: ацидогенез и аммониегенез обеспечивают удаление ионов Н+ из организма; реабсорбция бикарбонатов повышает буферную емкость крови; секреция ренина через альдостероновый механизм стимулирует реабсорбцию ионов Na+ и секрецию ионов К+; почки являются объектом воздействия антидиуретического гормона, который усиливает реабсорбцию воды; паратгормон, воздействуя на почки; стимулирует реабсорбцию ионов Ca2+; синтезируемые здесь же простагландины участвуют в регуляции почечного кровотока, расширяя афферентные и эфферентные артериолы, также уменьшают чувствительность клеток канальцев к АДГ; в почке вырабатывается сильный вазодилататор брадикинин.

3) Метаболическая функция - Почки осуществляют ряд биохимических синтезов: синтез эритропоэтина, стимулирующего продукцию эритроцитов, синтезируется активатор плазминогена урокиназа. Гидроксилирование 25-оксикальциферола и превращение его в 1,25-‑диоксикальциферол, регулирующий кальциевый обмен; в почках происходит синтез глюкозы из органических кислот (лактата, пирувата), основное значение глюконеогенез в почках имеет при полном голодании (до 50% всей глюкозы).

Мочу оценивают по внешним признакам.

Цвет - В норме цвет мочи обусловлен наличием в ней пигментов уробилинов и билирубина (иногда используются старые названия – урохром и уроэритрин), гематопорфиринов. Нормальные величины – соломенно-желтый. Насыщенность жёлтого цвета мочи зависит от концентрации растворённых в ней веществ. При полиурии разведение больше, поэтому моча имеет более светлую окраску, при уменьшение диуреза она приобретает насыщенно-жёлтый оттенок.

Физиологические изменения: Гиперхромурия – моча имеет насыщенный желтый цвет, наблюдается при закислении мочи, ограничении приема жидкости, усиленном потоотделении. Интенсивность окраски в норме пропорциональна плотности мочи. Гипохромурия – бледный соломенно-желтый цвет, отмечается при приеме большого количества жидкости или мочегонных средств.

При патологии цвет мочи может быть: темно-желтый (поносы, токсикозы, рвота, лихорадка, гемолитическая желтуха, болезни печени и сердца); буро-желтый (липоидный нефроз); светло-желтый (сахарный и несахарный диабет, нефросклероз); красный, розово-красныйили кирпично-красный (цинга, гемолитический диатез, гематурия, порфиринурия, лихорадка); красно-бурый цвет мочи (при миоглобинурии, остром инфаркте миокарда):

красно-коричневый (при метгемоглобинурии); зеленый (при паренхиматозной желтухе, гепатитах); синий (при индиканурии); оранжевый (уратурия, оротатацидурия (болезнь оранжевых пеленок)); коричневый при механической желтухе, билирубинурии. Черно-бурый цвет мочи при стоянии на воздухе бывает при алкаптонурии, меланозе, малярии; молочно-белый при липурии, хилурии.

Прозрачность - Нормальная свежевыпущенная моча прозрачна (в мочевом пузыре моча стерильна).

Запах зависит от присутствия в моче летучих эфирных кислот, поэтому свежевыпущенная моча имеет своеобразный слабый ароматический запах, который иногда определяется как запах «мясного бульона». При патологических состояниях: аммиачный запах появляется при наличии в моче микрофлоры и бывает при циститах, пиелитах, пиелонефритах; яблочный, плодовый, ацетоновый запах – при кетонурии; гнилостный запах мочи бывает при гангренозных процессах в мочевыводящих путях; фекалий – инфекция кишечной палочкой; зловонный – при употреблении чеснока, хрена, наличии свища между мочевыми путями и гнойными полостями и\или кишечником;

потных ног (запах сыра) – глутаровая ацидемия (тип II), изовалериановая ацидемия (нарушение распада лейцина);

кленового сиропа (отвар овощей) – болезнь кленового сиропа (лейциноз); мышиный (или затхлый) запах – фенилкетонурия; капустный (запах хмеля) – мальабсорбция метионина (болезнь хмелесушилки), тирозинемия типа I,

гниющей рыбы – триметиламинурия (дисфункция ферментной системы печени, участвующей в N-окислении триметиламина); прогорклый рыбный – тирозинемия (тип I); фиалок – отравление скипидаром,

плавательного бассейна – хаукинсинурия (тирозинемия типа III).

Объем мочи зависит от количества потребляемой организмом жидкости и режима питания, от возраста, температуры окружающего воздуха, работы и отдыха. Соотношение дневного и ночного диуреза колеблется в норме в пределах (3-4):1. Суточное выделение мочи у взрослых менее 500 мл и более 2000‑2500 мл рассматривается как отклонения.

Физиологические изменения - Олигурия развивается вследствие обезвоживания организма при низком потреблении жидкостей, в первую очередь воды, при усиленном потоотделении, при повышении температуры окружающей среды. Полиурия и/или полакиурия (частое мочеиспускание)отмечается при приеме больших количеств жидкости, при приеме арбузов, дынь и фруктов, сильных эмоциональных переживаниях (стрессовых ситуациях), при приеме мочегонных напитков или лекарственных средств.

Патологические изменения - Олигурия наблюдается при болезнях сердца, соответствует острому нефриту, острой почечной недостаточности, нефросклерозу; при повышенных потерях вследствие лихорадочных состояний, рвоты, диареи, токсикозов. Полиурия отмечена при заболеваниях нервной системы – приступообразная полиурия, при гидронефрозе – перемежающаяся полиурия, при рассасывании отеков, транссудатов, экссудатов, резко выражена при сахарном и несахарном диабете, при хронических нефритах и пиелонефритах. В этих ситуациях может выделяться до 10 л мочи в сутки. Анурия бывает при острой почечной недостаточности, тяжелых нефритах, менингитах, перитоните, тетании, отравлениях свинцом, ртутью, мышьяком, сильных нервных потрясениях, закупорке мочевых путей опухолью или камнем (ретенционная анурия) и сопровождающееся развитием уремии. Полакиурия соответствует воспалению мочевых путей, лихорадочным состояниям, неврозам. Олакиурия (редкое мочеиспускание) отмечается при нервно-рефлекторных нарушениях.

Поверхностное натяжение мочи составляет 85-95 % от поверхностного натяжения воды. При появлении в моче желчных кислот поверхностное натяжение мочи еще более уменьшается и моча пенится.

Кислотно-основная реакция - Определяется рН в свежевыпущенной моче, так как при стоянии мочи на воздухе образуется углекислота, диоксид углерода удаляется и рН мочи сдвигается в щелочную сторону.

Ацидурия возникает при поступлении в мочу: мочевой кислоты (подагра, лейкозы, лучевая и цитостатическая терапия), кетоновых тел при голодании и сахарном диабете. Щелочная моча выявляется: при накоплении ионов аммония (циститы и хронические инфекции мочевых путей, бактериальная аммониеурия), при снижении ацидогенеза и аммониегенеза (почечная недостаточность), в результате потери бикарбонатов через почки при метаболических алакалозах.

Реакция мочи может меняться в зависимости от пищевого режима: белковая пища обуславливает сдвиг рН в кислую сторону, преобладание углеводной пищи – в щелочную. У вегетарианцев рН мочи более щелочной.

Помимо характера пищи на рН мочи оказывают влияние различные метаболические процессы, происходящие в организме и функциональное состояние канальцев почек. Поэтому определение рН мочи имеет ограниченное клиническое значение.

Относительная плотность мочи характеризует одну из важнейших функций почек – их концентрационную способность. Снижение относительной плотности – гипостенурия – наблюдается при физиологической полиурии.

Повышение плотности – гиперстенурия – отмечается при обезвоживании организма (ограничение жидкости, потери воды), при этом в норме обязательно снижается объем мочи.

Неорганические компоненты мочи

Вода - Главный в количественном аспекте компонент мочи – вода. Количество воды, выделяемой с мочой, практически совпадает с объемом мочи и включает 50 60% от всей жидкости, поступившей в организм извне, и воду, образовавшуюся в процессе обмена веществ.

Натрий - Клинико-диагностическое значение: Общее количество натрия, выделяемого с суточной мочой, снижается до 50 мг при употреблении безнатриевой диеты. Выделение натрия возрастает при повышенном его потреблении, первичной и вторичной гипофункции коры надпочечников, сахарном диабете, при лечении диуретиками, снижении секреции вазопрессина. Резкое увеличение выведения ионов Nа+ с мочой встречается при введении в организм гипертонических растворов.Уменьшение количества натрия в моче (до 10 крат) выявляется при почечной недостаточности, гиперкортицизме, предменструальной задержке натрия и воды (физиологическое состояние), застойной сердечной недостаточности, внепочечной потере натрия, респираторном ацидозе, гиперальдостеронизме, приеме стероидных гормонов. Поскольку реабсорбция ионов Nа+ сопряжена с секрецией в мочу клетками эпителия почечных канальцев ионов Н+ (Nа+/Н+ обмен), то сохранение ионов Nа+ приводит к удалению из организма кислых продуктов.

Калий - Почечные механизмы выделения К+, слагаются из клубочковой фильтрации, практически полной реабсорбции и секреции в проксимальных и в дистальных канальцах. Клинико диагностическое значение - Повышение содержания в моче калия происходит в результате действия АКТГ, стероидных гормонов (кортизон, альдостерон), вследствие первичного поражения почек, применения диуретиков, интоксикации аспирином, при метаболическом ацидозе и алкалозе, голодании. Снижение выделения калия – болезнь Аддисона, олигурия различной этиологии, дефицит калия в организме.

Кальций и магний - Основная часть этих катионов выводится из организма через кишечник, а доля, выводимая с мочой, составляет не более 30%. Клинико диагностическое значение - Содержание ионов Са2+ в моче отражает состояние минерального обмена в костной ткани и состояние паращитовидных желез. Незначительное повышение содержания ионов Са2+ в плазме крови сопровождается увеличением его выведения с мочой. Количество его возрастает при длительном действии солнечных лучей, метастазах рака или саркомы в кости и при состояниях организма, сопровождающихся гиперкальциемией. Cнижение отмечается при всех случаях снижения содержания кальция в сыворотке, кроме связанных с заболеванием почек, при нефрозах, остром нефрите, дефиците витамина D.

Ацидоз сопровождается увеличением концентрации ионизированного кальция, а алкалоз – ее снижением. Ионы магния накапливаются при использовании мочегонных средств, кортикостероидов, лечении цисплатином.

Так как с участием аммиака в реакциях аммониегенеза выводятся ионы водорода, количество выводимого аммиака может уменьшаться до ничтожно малых величин при алкалозе и возрастать до 5 г при тяжелом метаболическом ацидозе. Аммиак выводится с мочой в виде аммонийных солей (ион NН4+). Содержание их в моче в определенной степени отражает кислотно-основное состояние. Выведение аммиака с мочой возрастает при молниеносной печеночной недостаточности, синдроме Рейе, циррозе, желудочно-кишечном кровотечении, заболевании почек, при сахарном диабете с длительным кетоацидозом, при обезвоживании, голодании, диарее, нарушениях водно-электролитного обмена (уменьшение содержания в организме ионов Nа+и К+), первичном гиперальдостеронизме, избыточном поступлении солей аммония. Уменьшение выведения аммиака с мочой встречается при введении в организм растворов бикарбоната натрия, аддисоновой болезни, поражениях дистального отдела нефрона, чрезмерном употреблении щелочных минеральных вод.

Хлориды - Количество ионов Сl–, выделяемых с мочой, определяется содержанием Сl– в плазме крови, уровнем клубочковой фильтрации и реабсорбции. Реабсорбция осуществляется как пассивно по электрохимическому градиенту, создаваемому за счет реабсорбции Nа+, так и путем активного транспорта. Гиперхлорурия возникает при схождении отеков, редких формах нарушения канальцевой реабсорбции ионов Nа+, инфузии гипертонических растворов, высоком потреблении соли, гипокортицизме, диурезе любого происхождения. Выраженное уменьшение выведения хлоридов с мочой (гипохлорурия) отмечается при длительной рвоте, диарее, отеках, хроническом нефрите, остром суставном ревматизме, гиперкортицизме, острых лихорадочных заболеваниях, у людей, находящихся на бессолевой диете.

Количество бикарбонатов, выводимых с мочой, зависит от их содержания в плазме крови и в значительной мере определяется величиной рН мочи. При снижении концентрации бикарбонатов в крови ниже 28 ммоль/л практически все НСО3– ультрафильтрата реабсорбируются и с мочой выводится ничтожное их количество. При концентрации бикарбонатов в крови свыше 28 ммоль/л реабсорбируется относительно постоянное их количество. Не реабсорбированные анионы выделяются с мочой. Выведение бикарбонатов с мочой в значительной мере коррелирует с величиной ее рН. Выведение бикарбонатов возрастает при алкалозе и снижается при ацидозе. Также бикарбонаты накапливаются в моче при поражении канальцев (тубулопатиях) вследствие нарушения реабсорбции ионов НСО3–. При этом возможно развитие почечного ацидоза, так как ионы HCO3– связывают натрий и препятствуют его реабсорбции в обмен на ионы Н+.

Главными фосфатами мочи являются Н2РО4–, концентрация ионов НРО42– существенно ниже. Количество фосфатов, выделяемых с мочой, зависит от характера питания. Обычно с мочой удаляется менее 50% фосфатов, выводимых из организма. Перешедшие в ультрафильтрат ионы НРО42– и Н2РО4– подвергаются активной реабсорбции. Реабсорбция фосфатов активируется витамином D и ингибируется паратгормоном. На реабсорбцию фосфатов влияют ионы К+, поскольку при снижении содержания К+ в крови реабсорбция фосфатов нарушается. Выделение фосфора возрастает при ускорении катаболических процессов в организме – голодание,  гипертиреоз, менингит, диабет, лейкоз, нарушение функции почек, при ацидозе и алкалозе, первичном и вторичном гиперпаратиреоидизме, витамин D резистентном рахите и интоксикации витамином D. Снижение концентрации в моче отмечается при туберкулезе, гипофункции паращитовидных желез, характерно для первичного и вторичного гипопаратиреоидизма.

Органические компоненты мочи

Мочевина попадает в первичную мочу из плазмы крови в результате клубочковой фильтрации и в дальнейшем в процессе формирования конечной мочи не подвергается активной реабсорбции и не секретируется в мочу клетками почечных канальцев. В то же время, при прохождении первичной мочи по различным участкам нефрона, значительная часть мочевины возвращается в кровь путем пассивной реабсорбции. Процесс выделения мочевины является саморегулируемым и зависит от содержания мочевины в плазме крови и величины клубочковой фильтрации. Повышение количества мочевины в моче связано с употреблением пищи с высоким содержанием белков, с гипертиреозом, сахарным диабетом, злокачественной анемией, лихорадкой, при отравлении фосфором, в послеоперационном периоде. Снижение наблюдается у больных с нефритом и другими заболеваниями почек, уремией, паренхиматозной желтухой, циррозом или дистрофией печени, также у здоровых растущих детей и при низкобелковой диете.

Креатинин является конечным продуктом азотистого обмена. Образуется в мышечной ткани из креатинфосфата. Креатинин попадает в мочу преимущественно путем клубочковой фильтрации и в крайне небольшом количестве за счет активной канальцевой секреции. Выводимое количество мало зависит от содержания белков в диете, а связано с объемом мышечной ткани и ее активностью. Увеличение концентрации креатинина может быть связано с повышенной физической активностью, с лихорадочными состояниями, отмечается при выраженной недостаточности функции печени, при сахарном диабете, инфекциях. Снижение обнаруживается при голодании, у больных с мышечной атрофией, с дегенерацией и амилоидозом почек, лейкемией.

Креатин - Образуется в последовательных реакциях в почках и печени и далее доставляется в скелетные мышцы, миокард и нервную ткань. Здесь он фосфорилируется и выполняет роль резервного макроэрга. В первые годы жизни ребенка возможна физиологическая креатинурия, что объясняется его усиленным синтезом, опережающим рост мускулатуры. Креатинурия возможна и в пожилом возрасте как следствие атрофии мышц и снижения использования образующегося в печени креатина. У взрослых увеличение содержания креатина в крови свыше 0,12 ммоль/л сопровождается появлением его в моче. Выделение креатина возрастает при беременности и в раннем послеродовом периоде. Накопление в моче отмечается при поражениях мышечной системы (миопатии, мышечная дистрофия), при сахарном диабете, эндокринных расстройствах (гипертиреоз, аддисонова болезнь, акромегалия), инфекционных заболеваниях, системной красной волчанке, переломах костей, ожогах, белковом голодании, недостатке витамина Е.

Мочевая кислота – конечный продукт обмена пуриновых оснований. Количество выделяемой с мочой мочевой кислоты зависит от ее содержания в крови и определяется соотношением процессов клубочковой фильтрации, реабсорбции и секреции в канальцах. Реабсорбции подвергается 90‑95% мочевой кислоты, присутствующей в ультрафильтрате. Причиной повышенного выведения мочевой кислоты является ее гиперпродукция в организме вследствие усиленного распада пуриновых оснований или генетических нарушений активности отдельных ферментов. Увеличение содержания мочевой кислоты в моче выявляется при употреблении диеты с высоким содержанием нуклеопротеинов, при подагре, лейкозах, вирусном гепатите, серповидноклеточной анемии, лейкемии, болезни Вильсона‑Коновалова, при лечении аспирином и кортикостероидами. Вследствие незначительной растворимости в воде и особенно при закислении мочи, мочевая кислота и ее соли могут выпадать в осадок и образовывать камни в нижних отделах мочевых путей. Снижение отмечается при ксантурии, дефиците фолиевой кислоты, свинцовой интоксикации.

Гиппуровая кислота представляет собой продукт соединения бензойной кислоты и глицина, осуществляемого преимущественно клетками печени. Повышенное выделение с мочой гиппуровой кислоты отмечается при употреблении преимущественно растительной пищи, богатой бензойной кислотой или ее предшественниками (фрукты, ягоды). При поражении печени нарушается конъюгация бензойной кислоты с глицином и количество гиппуровой кислоты в моче уменьшается.

Органические кислоты - В моче здорового человека идентифицированы десятки органических кислот, главными из которых являются щавелевая, молочная, лимонная, масляная, валериановая, янтарная,b‑оксимасляная, ацетоуксусная. В физиологических условиях содержание каждой из этих кислот в суточном объеме мочи исчисляется миллиграммами, поэтому обычными лабораторными методами отдельные органические кислоты в моче не определяются. Однако в отдельных случаях выведение некоторых кислот может резко усиливаться, и они легко обнаруживаются в моче. При усиленной мышечной работе в моче определяется молочная кислота, при сахарном диабете – ацетоуксусная и b-гидроксимасляная кислоты, при алкалозе – лимонная и янтарная кислоты. У больных желудочно-кишечными заболеваниями в результате активации микрофлоры кишечника происходит усиленное образование органических кислот из аминокислот пищевых белков. В частности, образуется индоксил, который выводится с мочой в виде калиевой соли индоксилсульфата ("животный индикан"), а также различные производные фенола и салициловой кислоты.

Главным пигментом мочи, придающим моче янтарный цвет, являются уробилин. В очень незначительных количествах в мочу здорового человека попадает стеркобилиноген, всасывающийся из кишечника по системе геморроидальных вен. Увеличение уробилиноидов в моче при гепатитах и циррозах, полное отсутствие говорит о нарушении поступления желчи в кишечник. Повышенное выведение этих веществ с мочой встречается при различных формах порфирий, отравлениях солями тяжелых металлов, апластической анемии, циррозах печени, остром полиомиелите, пеллагре, интоксикациях алкоголем, жаропонижающими лекарственными средствами, барбитуратами, сульфаниламидами, органическими соединениями мышьяка. При интоксикации свинцом в моче возрастает содержание d-аминолевулиновой кислоты.

Патологические компоненты мочи

Кроме указанных выше пигментов, в моче при патологиях может обнаруживаться еще пигмент – продукт распада гема билирубин. Билирубинурия может развиться при инфекционных заболеваниях, диффузном токсическом зобе. При заболеваниях печени он появляется в моче в виде билирубина глюкуронида (прямой билирубин) – паренхиматозные желтухи при вирусных гепатитах или нарушение оттока желчи при механических желтухах. Для гемолитических желтух билирубинурия не характерна, т.к. непрямой билирубин не проходит через почечный фильтр.

В норме белок в моче практически отсутствует. Появление белка в моче называется протеинурией. По степени потери белка различают от 0,003 до 1 г/сут, от 1 до 3 г/сут, от 3 г/сут и более. Самая большая потеря белка происходит при поражении гломерулярного аппарата. Почечная протеинурия возникает при поражении почек: поражение почечного фильтра – повышение проницаемости гломерул (нарушение эндотелия, базальной мембраны, дефект подоцитов); снижение кровотока в почках (замедление, уменьшение объема крови).

Внепочечные протеинурии: данный вид протеинурия возникает при воспалении в мочеточниках, мочевом пузыре, уретре, предстательной железе.

Функциональная почечная протеинурия (временная) – при стрессах, отрицательных эмоциях, при длительной физической нагрузке (маршевая), при длительном нахождении в положении стоя (чаще у детей), холодовая.

Глюкоза - Моча здорового человека содержит минимальное количество глюкозы, которое обычными лабораторными пробами не обнаруживается. Появление глюкозы в моче называется глюкозурия. Для более достоверной оценки исследуют мочу, собранную за сутки. Существуют две основные причины, обуславливающие появление глюкозы в моче: гипергликемия, при которой концентрация глюкозы в ультрафильтрате превышает способность почек к ее реабсорбции (сахарный и стероидный диабет, тиреотоксикоз); нарушение канальцевой реабсорбции, при которой даже низкие количества глюкозы не реабсорбируются (нефроз, нефрит, нефротический синдром, ренальный диабет).

Физиологическая глюкозурия наблюдается при употреблении большого количества сладостей (только при наличии нарушений в почках или инсулярного аппарата), при стрессе, после приема лекарств (кофеин, кортикостероидные гормоны).

Наличие кетоновых тел в моче называют кетонурией. Чаще всего наблюдают при тяжелом сахарном диабете, диабетической коме, голодании, тяжелых токсикозах. Определение кетонов в моче может использоваться для оценки эффективности диеты при снижении веса.