0. Удалении из организма ионов водорода;

1. Реабсорбции бикарбоната из канальцевой жидкости;

2. Синтезе бикарбоната при его недостатке и удалении – при избытке.

В табл. 1 представлено количество фильтруемого, реабсорбируемого и выделяемого бикарбоната и удаляемых через почки ионов водорода в форме кислот и ионов аммония.

Таблица 1

Количество фильтруемого, реабсорбируемого, выделяемого через почки бикарбоната и удаляемых ионов водорода в форме кислых эквивалентов и ионов аммония

Кислота или основание	ммоль/сут
Фильтруемый НСО3-	4150
Канальцевая реабсорбция НСО3-	4145
Выделение НСО3- с мочой	5
Суммарная экскреция титруемых кислот и аммония	80

• Обмен бикарбоната в почках

В течение суток организм человека теряет около 4500 ммоль бикарбоната, расходуемого на нейтрализацию ионов водорода. Ионы водорода образуются при диссоциации органических и минеральных кислот, которые являются промежуточными и/или конечными продуктами различных метаболических процессов. В плазме крови ионы водорода связываются с бикарбонатом, образуя угольную кислоту, которая в свою очередь распадается на углекислый газ и воду:

HА + НСО₃^  А^ + Н₂СО₃  СО₂+Н₂О

Углекислый газ проникает в эритроциты, трансформируется в свою транспортную форму бикарбонат, благодаря щелочному резерву гемоглобинового буфера. В легких процессы газообмена приводят к трансформации бикарбоната в углекислый газ и его последующему выделению из организма (рис. 5 и 6). Количество образующихся кислых продуктов при употреблении смешанной пищи с освобождением энергии, эквивалентной 3000 ккал, требует 4500 ммоль бикарбоната. Расходуемый бикарбонат плазмы крови восполняется за счет его синтеза в клетках почечного эпителия, а также в результате реабсорбции в канальцевой системе.

Бикарбонат свободно фильтруется в клубочках, его концентрация в первичной моче соответствует содержанию в крови. Способность канальцев к реабсорбции бикарбоната обеспечивает при сбалансированном метаболизме и нормальной функции почек задержку более 99 % его фильтруемого количества, из которых 90 % реабсорбируется из канальцевой жидкости в проксимальном канальце. Энергетические потребности процесса реабсорбции бикарбоната обеспечиваются за счет энергии АТФ, освобождаемой при реабсорбции натрия (Na⁺). В частности, Na⁺,К⁺-АТФаза базолатеральной мембраны нефроцита освобождает энергию АТФ для обмена трёх внутриклеточных ионов натрия на два иона калия из интерстициального пространства. Подобный характер обмена приводит к формированию электрохимического и концентрационного градиентов натрия и калия между канальцевай жидкостью  цитозолем нефроцита  интерстицием. Электрохимический и концентрационный градиенты в свою очередь используются различными транспортерами для сопряжения ионных потоков. Сопряжение транспортов бикарбоната и натрия, водорода и натрия обеспечивает определённую последовательность реакций цикла извлечения бикарбоната из канальцевой жидкости, структуру которого проанализируем, начиная с реакции в клетках эпителия канальцев:

Н₂О+ СО₂ ^{Карбоангидраза} Н₂СО₃ (реакция в нефроцитах)

Образующаяся в этой реакции угольная кислота (Н₂СО₃) быстро диссоциирует на ионы водорода и бикарбоната:

Н₂СО₃  НСО₃^- + Н⁺(реакция в нефроцитах)

Бикарбонат выводится из клетки через базолатеральную мембрану в интерстициальное пространство системой котранспорта с Na^ в соотношении 3:1 (сопряженный транспорт НСО₃^ и Na^), Н⁺ перемещается из цитозоля нефроцитов через Na⁺,H⁺-антипорт в канальцевую жидкость в обмен на натрий (сопряженный транспорт Н⁺ и Na^). Секретируемый Н⁺ взаимодействует с профильтрованным из крови в канальцевую жидкость бикарбонатом с образованием угольной кислоты, которая разлагается карбоангидразой щеточной каемки проксимального канальца на углекислый газ и воду:

НСО₃^- + Н⁺  Н₂СО₃ ^{Карбоангидраза} Н₂О+ СО₂(реакция в канальцевой жидкости)

Углекислый газ диффундирует в клетки канальцевого эпителия, вступает в реакцию с водой и образует угольную кислоту в карбоангидразной реакции, завершая/начиная цикл реабсорбции бикарбоната (рис.7).

Рис.7. Na⁺, H⁺ - обменник апикальной мембраны и бикарбонатная реабсорбция в клетке проксимального извитого канальца (KA1, KA2 – карбоангидраза мембран и карбоангидраза цитоплазмы почечного эпителия)

Процесс реабсорбции бикарбоната получил название карбоангидразного механизма. Особенностью структуры стенки проксимального канальца является наличие межклеточных шунтов, через которые часть бикарбоната (примерно вдвое меньше, чем количество поступающего в интерстиций Сι^) путем пассивной диффузии просачивается в канальцевую жидкость из интерстиция. Постоянный возврат бикарбоната в канальцевую жидкость и реабсорбция из нее воды способствуют поддержанию относительно стабильной концентрации НСО₃^ – 20ммоль/л в канальцевой жидкости. Постоянная концентрация НСО₃^ практически по всей длине проксимального канальца – необходимое условие высокой активности мембранно связанной карбоангидразы (КА1), обеспечивает физиологически оптимальную интенсивность процесса реабсорбции НСО₃^. Функционирование карбоангидразного механизма реабсорбции бикарбоната в проксимальном отделе канальца обеспечивает реабсорбцию 80% профильтровавшегося НСО₃^, его концентрация в канальцевой жидкости к концу проксимального канальца падает до 5 ммоль/л (в клубочковом фильтрате в норме концентрация бикарбоната соответствует его содержанию в плазме крови 24–26 ммоль/л). Около 8–10% фильтруемого в клубочках бикарбоната реабсорбируется в нисходящей части петли Генле. Остальное количество фильтруемого в клубочке бикарбоната реабсорбируется из канальцевой жидкости в последующих отделах канальца, включая и его дистальную извитую часть.

Скорость реабсорбции бикарбоната из канальцевой жидкости в проксимальном канальце зависит от рСО₂, рН, концентрации внеклеточного калия, объема клубочковой фильтрации, величины онкотического давления в перитубулярных капиллярах.

Стимулирующее влияние рСО₂ на интенсивность реабсорбции бикарбоната обусловлено тем, что для внутриклеточной карбоангидразной реакции синтеза угольной кислоты не имеет значения происхождение СО₂. При увеличении количества СО₂ в крови будет происходить возрастание его содержания во внутриклеточном пространстве, обусловленное способностью молекулы углекислого газа проникать через биологические мембраны, а значит поступать в клетки почечного эпителия проксимального канальца. Приток СО₂ в катализируемую цитоплазматической карбоагидразой реакцию будет стимулировать карбоангидразный механизм в целом, так как в сопряженных мембранно-транспортных и ферментативных процессах возрастают интенсивность ацидификации канальцевой жидкости и последующая трансформация бикарбоната канальцевой жидкости в бикарбонат, секретируемый в интерстициальное пространство (рис.7). Снижение рСО₂ приводит к угнетению функциональной активности карбоангидразного механизма, и, соответственно, падению количества бикарбоната, реабсорбируемого из канальцевой жидкоcти в проксимальном канальце. Ограниченные возможности по реабсорбции бикарбоната в других отделах канальцевой системы нефрона в сочетании с депрессией в них карбоангидразного механизма при снижении рСО₂ способствуют удалению НСОз^ из организма.

Калий влияет на реабсорбцию НСО₃^ в проксимальных канальцах, изменяя внутриклеточный рН. Уменьшение внеклеточной концентрации калия приводит к его выходу из клеток в обмен на ионы водорода, которые поступают в клетки, включая и клетки эпителия проксимального канальца, которые секретируют его в канальцевую жидкость, инициируя таким образом карбоангидразный механизм реабсорбции НСО₃^.

Количество бикарбоната, поступающего в кровь перитубулярных капилляров в области проксимального канальца, зависит от обьема интерстициальной жидкости в этой области и онкотического давления в капиллярных сосудах. Транспорт бикарбоната из клеток канальцевого эпителия осуществляется в интерстициальную жидкость, окружающую базолатеральную мембрану нефроцитов. Основная часть жидкости и растворенных в ней веществ, включая бикарбонат, из межклеточного пространства поступают в перитубулярные ка­пилляры. Движущей силой процесса является избыточное онкотическое давление в капиллярах по отношению к жидкости интерстициального пространства. Некоторое количество бикарбоната через межклеточные шунты возвращается в жидкость проксимального канальца.

• Обмен аммония в почках, аммониогенез

Посредством фракции титруемых кислот удаляется не более трети образующихся в процессе метаболизма ионов водорода, остальное их количество выводится в составе ионов аммония. Образование ионов аммония (NH₄⁺) начинается в канальцевой жидкости проксимального канальца, где аммиак (NH₃) является практически единственной молекулой, способной связывать протоны водорода при рН выше 6 и рН клубочкового фильтрата в этой части канальцевой системы одинакова рН крови). Константа диссоциации иона аммония составляет 9,4, а это означает, что при физиологических рН 99% образующегося аммиака будет протонировано. Другое важное свойство иона аммония состоит в том, что он не способен проникать через биологические мембраны в отличие от аммиака. Таким образом, канальцевая жидкость при физиологических значениях рН аккумулирует аммиак в виде иона аммония.

Аммиак, необходимый для ацидификации, образуется как в проксимальных, так и в дистальных канальцах; предшественни­ками служат аминокислоты, в основном глутаминовая и ее амиды.

Ион аммония освобождается в клетках эпителия почечных канальцев из глутамина под действием митохондриальной глутаминазы. В этой реакции глутамин вначале превращается в глутаминовую, а затем в -кетоглутаровую кислоту.( рис.10).

Рис.10. Выделение почкой ионов водорода в процессе аммониогенеза. Каждый экскретируемый ион аммония обеспечивает поступление в щелочной резерв крови одного иона бикарбоната

На каждом из этапов, предшествующих образованию -кетоглутарата, отщепляется один ион аммония. Часть этих ионов, теряя протон, превращается в аммиак (NH₃), который, будучи нейтральным, легко диффундирует через апикальные клеточные мембраны в канальцевую жидкость, где вновь превращается в NH₄⁺, присоединяя ионы водорода. Ион водорода перемещается из цитозоля нефроцитов через Na⁺,H⁺-антипорт в канальцевую жидкость в обмен на натрий.

Приведенные реакции освобождения аммиака и его секреции в канальцевую жидкость отсутствуют в нисходящей части петли Генле. Однако в экскреции аммиака петля Генле играет важную роль.

Аммиак, образующийся в клетках проксимальных канальцев, диффундирует в жидкую среду этих канальцев, относительно кислую (7,0—6,6) из-за реабсорбции основной массы профиль­тровавшегося НСО₃^ .

В канальцевой жидкости нисходящей ветви петли Генле происходит концентрирование бикарбоната вследствие того, что здесь реабсорбируется только вода. Такое относительное защелачивание канальцевой жидкости смещает равновесие реакции NH₃  Н^ NH₄⁺ влево, т.е. в сторону образования NH₃. Анатомическая близость нисходящей ветви петли Генле и собирательных трубочек приводит к тому, что аммиак, который свободно диффундирует через мозговой слой, попадает в кислую жидкость собирательных трубочек, где и восстанавливается до NH₄⁺, выполняя функцию компонента аммонийного буфера для ионов водорода, секретируемых вставочными клетками дистальных канальцев. Таким образом, освобождение аммиака в клетках эпителия проксимальных канальцев определяет связывание ионов водорода в собирательных трубочках (рис.11).

Рис.11.Транспорт NH₄⁺ в почке.

Каждый экскретируемый ион аммония обеспечивает поступление в щелочной резерв крови одного иона бикарбоната.

Интенсивность экскреции аммиака зависит от концентрации ионов водорода и калия в плазме и внутри клетки. Низкая концентрация калия в плазме крови предопределяет его компенсаторную потерю клетками, включая клетки почечного эпителия, и замену их ионами водорода. В итоге повышается секреция из организма в канальцевую жидкость и их связывание с аммиаком. Схожим образом влияют ионы водорода при концентрации в крови ниже уровня физиологического оптимума. Клетки теряют калий в обмен на ионы водорода, которые секретируются в канальцевую жидкость, увеличивая фракцию ионов аммония. рН плазмы, колебания в ней концентрации калия количественно весьма существенны для протекания реакций аммониогенеза и могут приводить к 10-кратному изменению экскреции аммония с сопутствую­щим возрастанием или снижеием экскреции ионов водорода.

У здорового человека при обычном пищевом и физическом режиме буферные компоненты канальцевой жидкости, обеспечивающие активность механизмов ацидо- и аммониогенеза, способствуют удалению из организма 50 – 80 ммоль Н^ в сутки в 1.5 литрах мочи при физиологически приемлемом ее значении рН от 4.5 до 5.5 (рис. 12).

Рис.12. Изменения pH канальцевой жидкости на протяжении нефрона