Экскреция протонов и аммиака

Почки и легкие играют основную роль в поддержании рН (гомеостаза) межклеточной жидкости в организме, причем почки вносят вклад в регуляцию кислотно-основного равновесия, осуществляя активную экскрецию протонов.

А. Секреция протонов

Клетки дистального отдела нефрона (извитого канальца и собирательных почечных трубочек) переносят протоны (H⁺) из крови в просвет канальца (в мочу). Секреция идет против градиента концентрации, поскольку концентрация протонов в моче в 1000 раз превышает концентрацию в крови. При этом из крови в клетки почечных трубочек диффундирует диоксид углерода (СО₂), который в цитоплазме гидратируется при участии карбонат-дегидратазы (карбоангидразы) [1] с образованием Н₂СО₃, диссоциирующей на ион бикарбоната (НСО₃^-) и протон. Протон секретируется из цитоплазмы в просвет канальца мембранной транспортной АТФ-зависимой системой [2], а ион бикарбоната всасывается через базолатеральную мембрану обратно в кровь. Для сохранения электронейтральности из канальца в кровь за счет реабсорбции переносятся ионы Na⁺. Суммарный процесс состоит в переносе протонов из крови в обмен на ионы Na⁺. Тем самым почки принимают участие в поддержании стабильного рН плазмы крови (равновесия СО₂/НСО₃^-).

Ежедневно с мочой секретируется примерно 60 ммолей протонов. Однако в моче большая часть протонов нейтрализуется буферными системами, поэтому рН мочи лежит в слабокислой области (примерно до 4,8) Наиболее важной буферной системой является фосфатная (НРО₄^2- / Н₂РО₄^-). Определенный вклад в поддержание величины рН вносит аммиак за счет образования ионов аммония. В то время как экскреция фосфата зависит от количества фосфора, поступившего с пищей, выведение аммиака варьирует в широких пределах в зависимости от метаболических потребностей организма.

Б. Экскреция аммиака

Аммиак оказывает на клетки сильное токсическое действие. Основным путем обезвреживания аммиака в печени является образование мочевины (цикл мочевины, см. рис. 185). Главным источником аммиака в почках служит глутамин (уровень глутамина в крови составляет 0,5-0,7 мМ). Глутамин — один из конечных продуктов азотистого обмена, поступающий в кровь из мышц, головного мозга, печени и являющийся важнейшей транспортной формой аммиака в крови. В почках аммиак высвобождается из глутамина за счет гидролиза амидной группы [4] Вторая молекула аммиака образуется при окислительном дезаминировании глутамата с образованием 2-оксоглутаровой кислоты. Эта реакция катализируется глутаматдегидрогеназой [5] в присутствии НАД⁺ или HАДФ⁺ в качестве коферментов. Через 2-оксоглутарат этот процесс сопряжен с циклом лимонной кислоты. В качестве источника аммиака могут использоваться и другие аминокислоты, прежде всего аланин, а также серин, глицин и аспарагиновая кислота.

Аммиак диффундирует через клеточные мембраны в просвет канальца (в мочу), где соединяется с протонами, образуя соответствующую кислоту, ион аммония. В этой форме он уже не может реабсорбироваться мембранами клеток почечных трубочек и поэтому экскретируется в составе мочи. В сутки из организма выводится 30-50 ммолей аммиака.

При определенных изменениях обмена веществ выведение аммиака может быть полностью подавлено или существенно увеличено. Решающим фактором является величина рН крови, которая обычно составляет 7,4. Если рН сдвигается в кислую область (ацидоз), выведение ионов аммония (аммиак + протон) усиливается. Это происходит за счет индукции синтеза глутаминазы, активность которой при ацидозе возрастает. То же происходит, например, при закислении организма за счет образования кетоновых тел при голодании и диабете. При сдвиге рН в щелочную область (алкалоз ) выведение аммиака, напротив, подавляется.