Диуретики являются одними из самых выписываемых лекарств. Эти ЛС используются в целях уменьшения патологического накопления избыточного количества жидкости в организме, что осуществляется путем удаления избыточного количества жидкости посредством увеличения объема выделяемой мочи. Органом, ответственным за образование мочи является почка. Неудивительно, что все диуретики действуют на почку. Следовательно, мы сконцентрируемся на том, как почки выделяют мочу. Диуретики же действуют, модулируя различные процессы, уменьшая реабсорбцию воды и натрия, в результате чего увеличивается экскреция воды. В этих двух лекциях я буду рассказывать, как диуретики могут уменьшить реабсорбцию воды и натрия в почках и каким образом, уменьшая реабсорбцию, диуретики увеличивают экскрецию мочи.
Имеются шесть различных классов диуретиков. Они отличаются друг от друга структурой, начиная с простых соединений, таких как глицерин, который является трикарбоновым соединением, до довольно сложных соединений, таких как спиринолактон, состоящий из пяти карбоновых колец. Почему же все эти различные соединения оказывают одинаковое мочегонное действие? Вот это и есть вопрос, на который мы бы хотели ответить в этих двух лекциях. Фармакология – это наука. Это не просто собрание лекарств. Фармакология это не просто чтение учебника и знание соответствующих дозировок или различных побочных эффектов препаратов. Фармакология — это понимание механизма действия лекарства. Мы хотим знать, почему конкретный препарат производит конкретный эффект. Понимание этого имеет крайне важное значение, поскольку может способствовать разработке нового и лучшего препарата. Простым ответом на вопрос, почему все эти различные соединения имеют диуретическое действие, является то, что все они воздействуют на различные мишени. Каждый класс этих препаратов действует на различный и конкретный механизм. Почему действие на различные механизмы приводит к диурезу? Для того чтобы ответить на такой вопрос, нам надо понять физиологию диуреза. Мы должны понять физиологические процессы, которые ответственны за выделение мочи и как, изменяя эти процессы, можно увеличить или уменьшить выделение мочи. Следовательно, в первой лекции мы остановимся на физиологических процессах, регулирующих уровень жидкости в организме, а в следующей лекции мы обсудим механизм действия этих шести классов мочегонных препаратов.
Во-первых, мы хотим знать, как организм задерживает жидкость. Когда мы говорим «организм накапливает избыточную жидкость», где он ее накапливает? Имеются три больших вместилища жидкости в организме. Вместилища крови, кроме того, могут быть разделены на артериальное и венозное вместилища. Около половины объема крови – это плазма, остальное – клетки крови. Весь объем воды плазмы составляет около 3.5л, что составляет около 5% массы тела. Самое большое вместилище жидкости в организме – это внутриклеточное пространство, общий объем которого составляет около 28л. и, соответственно, 40% массы тела. Между внутриклеточным пространством и кровью имеется межклеточное или интерстициальное пространство, куда также входит и лимфатические протоки. Весь объем этого пространства составляет около 10.5л. или 15% массы тела. Когда организм задерживает избыточное количество жидкости, то она скапливается, в основном, в интерстициальном пространстве. Диуретики очень эффективно уменьшают количество избыточной жидкости в крови и интерстициальном пространстве, путем стимуляции экскреции избыточной жидкости в виде мочи. В основном, вода может свободно перемещаться между этими пространствами. Две основные силы, управляющие движением воды – это разница осмолярности между этими пространствами и кровяное давление. Состав жидкости крови и интерстициального пространства практически одинаковый, а основной ионный компонент – NaCl. Состав жидкости во внутриклеточном пространстве, однако, отличный. Основной ионный компонент — K+. Когда избыточное количество жидкости скапливается в межклеточном пространстве, то развивается отек.
Следовательно, основное клиническое применение диуретиков – это уменьшение отеков. Диуретики используются в трех основных целях: во-первых, для уменьшения отеков (избыточного накопления интерстициальной жидкости, вследствие большой растяжимости экстрацеллюлярного пространства). Если это возникает в легких, развивается отек легких, который вызывает выраженные нарушения газообмена в легких. Диуретики также используются для лечения артериальной гипертензии. Выделение воды и натрия, вызванное диуретиками, уменьшает содержание воды и натрия в организме, что приводит к дилатации артериол и снижению артериального давления.
Другое применение диуретиков – это лечение застойной сердечной недостаточности. В норме кровь из правого желудочка поступает в легкие, где обогащается кислородом и возвращается к левым отделам сердца. Когда сократительная способность сердца снижена или когда один желудочек не может работать в той же степени, что и другой, возникает застой крови в венах. Повышение венозного давления способствует переходу жидкости из вен в интерстициальное пространство, вызывая развитие отека. Застой крови в желудочке сердца может настолько растянуть миокард, что их сократительная способность постепенно ухудшается, усиливается отек и начинается порочный круг, что может приводить к сердечной недостаточности. Опять таки, увеличивая экскрецию избыточной жидкости в виде мочи, диуретики могут уменьшить выраженность отеков и предупредить развитие фатального состояния при сердечной недостаточности. Следовательно, основной фактор, регулирующий перемещение жидкости – это кровяное давление.
Другим фактором, регулирующим перемещение жидкости между внутриклеточным и интерстициальным пространствами, является разность осмотического давления. Вне клетки [Na+]o = 140 mM , а [K+]o = 5 mM. Внутри клетки [Na+]c = 5 mM , а [K+]c = 140 mM. Таким образом, осмолярность внеклеточной жидкости определяется в основном концентрацией Na+. Если Na+ концентрация Na+значительно повышается выше нормальных значений 140 mM, вода выйдет из клеток, что приведет к их обезвоживанию. С другой стороны, если концентрация натрия понизится, то соответственно понизится и осмолярность внеклеточной жидкости, в результате чего вода перейдет во внутриклеточное пространство и произойдет набухание клеток. К тому же, если концентрация натрия слишком низкая относительно нормальных значений, то возникает лизис клеток. Таким образом, вполне очевидно, что поддержание концентрации Na+ в пределах нормальных значений имеет решающее значение для нормального функционирования организма. Патологическое накопление Na+ в интерстициальном пространстве может привести к экстракции воды из внутриклеточного пространства, которая, скапливаясь в интестициальном пространстве, приводит к развитию отеков. Если такое возникает в легких, развивается отек легких и значительно нарушается газообмен. Следовательно, очевидно, что при поддержании осмолярности межклеточной жидкости на относительно одинаковом уровне значительного перемещения жидкости между этими двумя средами не будет.
Механизмы регулирования уровня натрия и воды в почках.
органом, ответственным за поддержание баланса натрия и воды является почка. Для того, чтобы понять механизм действия диуретиков, сперва важно понять каким образом почки регулируют уровень натрия и воды. Основными функциями почки являются поддержание ионного баланса (натрия, калия и т.д.), уровня жидкости в организме и выделение избыточного и ненужного количества воды в виде мочи.
Почки осуществляются эти важные функции, в основном действуя как очень эффективный фильтр. При прохождении крови через почки, часть свободной от белков плазмы фильтруется в почки. Клетки крови и протеины удерживаются, а фильтруются только маленькие молекулы. В почке состав фильтрата изменяется. Полезные субстанции, такие как вода, ионы и питательные вещества, как например глюкоза, доставляются обратно в кровь. Отходы, такие как мочевая кислота, концентрируются и выделяются в виде мочи.
для того чтобы почки функционировали эффективно, большой объем крови должен циркулировать через них. В самом деле, вес почек составляет только 0.5% от массы тела, в то время как они получают 20-25% сердечного выброса. У здорового человека СВ составляет 6 литров в минуту, из которых 20-25% отходит к почкам, что значит, что каждую минуту через почки проходит 1.2-1.5 литров крови. Весь объем крови в организме составляет около 6 литров. Это значит, что весь объем крови проходит через почки за 5 мин. или 300 раз в день. При каждом прохождении, часть свободной от белков плазмы фильтруется, а часть электролитов реабсорбируется. Вот как по существу работают почки.
Как быстро свободная от белков плазма фильтруется через почки? Это можно очень легко подсчитать. Около 45% объема крови составляют клетки крови, а остальные 55% процентов – плазма. Таким образом, ток плазмы через почки = ток крови через почки x 55% = 1200мл/мин. x 55% = 660мл/мин. Из всего этого объема плазмы, проходящей через почки, фильтруется только 20%. Умножая 660 мл/мин. (объем плазмы, проходящий через почки) на 20%, получаем 130л/мин., что соответствует 180литрам в сутки. Это называется Скоростью Клубочковой Фильтрации( Glomerular Filtration Rate (GFR). ). Весь объем плазмы составляет около 3л. Если разделить объем плазмы(3000мл) на СКФ (130мл/мин) то получаем 23мин. Значение СКФ необходимо запомнить, т.к. оно дает нам понятие о magnitude и важности функции почек. Что же происходит со всем этим объемом, фильтрующимся через почки? Весь объем плазмы был бы потерян за 23 мин. если бы почки не реабсорбировали его. В самом деле, для всех полезных субстанций, процесс реабсорбции происходит так же быстро, как и фильтрация.
В целом, Скорость Выделения = Скорость Фильтрации – Скорость Реабсорбции + Скорость Секреции. Секреции воды и натрия не происходит. Происходит только фильтрация и реабсорбция. Если скорость реабсорбции воды и натрия выше скорости фильтрации, то в моче они не обнаружатся. Скорость фильтрации воды это СКФ = 180л/сут. и около 99% фильтрующейся воды, что значит, что около 178л подвергается обратному всасыванию почками и доставляется обратно в кровь. Разница между фильтрацией и реабсорбцией – это скорость экскреции или скорость образования мочи, которая составляет около 1.5л/сут.
Анатомия почки
Какие части почек ответственны за фильтрацию и реабсорбцию? Почка – это орган бобовидной формы. Состоит из двух частей. Наружная часть называется корковой, а внутренняя – медуллярной. Кровь поступает в почки через почечную артерию, которая через срединную часть почки. Часть крови фильтруется в почки. Полезные вещества возвращаются обратно в кровь, которая выходит из почки через почечную вену. Ненужные продукты, такие как мочевая кислота, выделяются через мочеточники и мочевой пузырь в виду мочи. Если посмотреть на срез почки под микроскопом, то мы обнаружим, что почки состоят из большого числа отдельных единиц, называемых нефронами. Нефроны имеют тубулярную структуру, т.е. состоят из канальцев. В каждой почке насчитывается около миллиона нефронов. Каждый из этих нефронов функционирует одинаково, а функция всей почки, фактически, складывается из работы всех этих отдельных нефронов. Кровь поставляется через почечную артерию. Почечная артерия дает многочисленные ответвления до очень мелких артериол.
Артериолы тесно контактируют с нефроном в месте, называемом клубочком или гломерулой. Артериола, входящая гломерулу, называется афферентной или приносящей, а выходящая – эфферентной или выносящей. Эфферентная артериола в свою очередь разветвляется на сеть капилляров, которые окружают остальную часть трубочек нефрона. Затем каппиляры переходят в венулы, а венулы в вены, а вены в почечную вену. Фильтрация происходит при прохождении крови через гломерулярные капилляры. Свободная от белков плазма попадает в капсулу Боумена, которая имеет шаровидную форму и окружает гломерулярные капилляры. Затем фильтрат попадает в проксимальный каналец. Сегмент нефрона, примыкающий к проксимальному канальцу, называется тонким нисходящим коленом петли Генле. Диаметр нисходящего колена меньше диаметра проксимального канальца. Затем каналец нефрона делает U-образный поворот, отрезок нефрона идущего по направлению к кортикальной части называется толстым восходящим коленом. Сегмент, соединяющий нефрон с собирательной трубочкой, называется дистальным канальцем. Наконец, многочисленные нефроны соединяются к общей собирательной трубочке, которая проходит на всем протяжении от коры до медуллы. Различные сегменты нефрона называются по-разному не только из-за их структурных различий, но и потому, что они осуществляют различные функции. Каждый из шести классов диуретиков действует на различные отделы канальцев, и модулируют конкретную функцию. Различные классы диуретиков имеют различную структуру, т.к. они воздействуют на различные отделы нефрона.
Капсула Боумена представляет собой тонкий слой клеток, окружающих капилляры клубочка. Диаметр клубочка у человека составляет около 200 μ. Фильтрат попадает из капилляров в капсулу Боумена. Пространство между ними является фильтрационным барьером. Он состоит из трех частей: эндотелиальных клеток капилляров; базальной мембраны, представляющей собой толстый белковый каркас и слоя специализированных клеток, называемых подоцитами. Функция фильтрационного барьера – задержать клетки крови и белки в капиллярах и разрешить маленькие молекулы, такие как воды, электролиты и т.д. пройти в канальцы.
Реабсорбция воды
- Основная функции клубочка — фильтрация. Из клубочков жидкость проникает в почки. Процесс реабсорбции происходит в остальной части нефрона. Фильтрат попадает из капсулы Боумена в проксимальный каналец. В процессе прохождения через проксимальный каналец вода и натрий подвергаются реабсорбции. Обе стороны эпителиальных клеток имеют функциональные различия. Поверхность, направленная в сторону просвета канальца называется апикальной. Na+ пассивно проходит через апикальную мембрану в проксимальный каналец. Другая поверхность клетки называется базолатеральной мембраной. На этой поверхности имеется фермент под названием АТФаза. Этот фермент использует химическую энергию АТФ для транспортировки Na+ из клетки в обмен на К+, поступающий внутрь клетки. Этот фермент также называется натриевым насосом, потому что его функция заключается в активном выкачивании Na+ из клетки. Этим объясняется асимметричность эпителиальных клеток, т.е. обе стороны клеток имеют различные функции. Эпителиальные клетки связаны между собой специальными белковыми молекулами, которые формируют структуру, называемой tight-junction (крепкое соединение). Это соединение также обусловливает асимметрию клетки. Таким образом, весь процесс транспорта Na+сквозь эпителий проксимального канальца является активным процессом, поскольку натриевый насос требует непосредственного использования метаболической энергии. В связи с активным транспортом Na+ осмолярность области просвета канальца, примыкающей к апикальной поверхности клеток, понижается, в то время как локальная концентрация Na+ в области, окружающей базолатеральную мембрану клеток повышается. Мембрана клеток в целом высоко проницаема для воды и потому вода перемещается из области с низкой осмолярностью (просвет канальца) в область с более высокой осмолярностью (базолатеральная мембрана). В результате гидростатическое давление в этой области повышается, выталкивая воду и NaCl из этого региона, т.е. в капилляры. Следовательно, вода перемещается пассивно. Она просто движется из области с высокой осмолярностью, которая обусловлена активным транспортом Na+. Почечная реабсорбция воды, таким образом, регулируется активным транспортом Na+. Важно знать, что движения воды и Na+ тесно связаны. Любая терапия, нарушающая почечный транспорт Na+ также угнетает реабсорбцию воды. В самом деле, большинство диуретиков являются ингибиторами почечного транспорта Na+.
Далее мы покажем как вода и Na+ реабсорбируются в остальных частях нефрона. Фильтрация происходит к клубочках. Состав фильтрата тот же, что и у плазмы, с тем лишь отличием, что фильтрат не содержит белков. Вначале фильтрат попадает в капсулу Боумена. В капсуле Боумена реабсорбции не происходит. Из капсулы Боумена фильтрат попадает в проксимальный каналец. Na+ посредством активного транспорта переносится из просвета канальца в интерстициальное пространство, вода пассивно движется вслед за Na+. Состав фильтрата, выходящего из проксимального канальца все еще в основном тот же, что и состав плазмы. Осмолярность составляет около 300 mOs, такая же, как и у плазмы. Ситуация полностью меняется когда фильтрат проходит через остальную часть нефрона. Состав фильтрата сильно изменяет. Практически весь Na+ и вся вода реабсорбиуется, а шлаки концентрируются.
Одним из важнейших факторов, управляющим реабсорбцией воды и Na+ в остальной части нефрона – это наличие медуллярного осмотического градиента. Оказывается, что осмолярность жидкости в части почки, которая окружает нефрон, неодинакова. В кортикальном отделе осмолярность около 300 mOs, что равно осмолярности плазмы. В глубоких отделах медуллярного сегмента, осмолярность интерстициальной жидкости 1,200 mOs.
Из проксимального канальца фильтрат попадает в нисходящее колено петли Генле. В этом отделе проницаемость Na+ нулевая, а активный транспорт отсутствует. Проницаемость же для воды высокая. При прохождении фильтрата по нисходящему колену вода выходит из канальца в связи с тем, что осмолярность фильтрата меньше, чем осмолярность интерстициальной жидкости, окружающей каналец(1,200 mOs). Из нисходящего колена фильтрат переходит в тонкий сегмент восходящего колена петли Генле, где имеется высокая проницаемость для Na+ , но активный транспорт отсутствует. Уровень NaCl высок в фильтрате, но низок в интерстициальной жидкости. Так, что NaCl пассивно реабсорбируется из канальца. Проницаемость для воды нулевая, поэтому наблюдается очень небольшая реабсорбция воды.
Из тонкого сегмента восходящего колена петли Генле фильтрат попадает в толстый сегмент восходящего колена. В толстом сегменте имеется активный транспорт, который выкачивает практически всю NaCl, оставшуюся в фильтрате. Проницаемость для воды нулевая, следовательно, перемещения воды не происходит. Активный транспорт Na+ очень мощный и на его счет приходится около 25% всей реабсорбции Na+ , фильтрующегося в нефрон. Выкачиваемый Na+повышает осмолярность интерстициальной жидкости, окружающей нефрон и является ответственным за создание и поддержание осмотического градиента между кортикальной и медуллярной областями. Следовательно, толстый сегмент восходящего колена петли Генле чрезмерно важен для реабсорбции воды. Самые мощные диуретики – это те, которые действуют именно на этот сегмент нефрона. Если заблокировать транспорт Na+ в толстом сегменте восходящего колена, то произойдет реабсорбция воды, и вся воды, фильтрующаяся в почки будет потеряна в виде мочи.
Собирательная трубочка в норме высоко проницаема для воды. Осмолярность фильтрата низкая, а в интерстициальной жидкости — высокая(1,200 mOs). Вода пассивно перемещается из собирательной трубочки в интерстициальное пространство. В конце собирательной трубочки объем фильтрата уменьшается в 180 раз, а вплоть до 99% Na+ и воды реабсорбируется. Следовательно, геометрия нефрона играет очень важную роль в реабсорбции воды и Na+ . Фильтрат проходит от кортикальной части к медуллярной дважды и каждый раз воды из него реабсорбируется. Это обусловлено тем, что в медуллярной части осмолярность выше, чем в кортикальной. При прохождении фильтрата в обратном направлении, от медуллярной части к кортикальной, Na+ активно выкачивается в основном в толстом сегменте восходящего колена, а также в собирательной трубочке.
Наконец, различная проницаемость в различных сегментах нефрона также является важным фактором, обеспечивающим реабсорбцию воды и Na+ . Нисходящее колено и собирательные трубочки имеют высокую проницаемость для воды, что позволяет воде выходить из канальца.
Суммируя все важные факторы, обеспечивающие почечную реабсорбцию, мы приходит к следующим выводам:
- первичной движущей силой является активный транспорт Na+. Вода просто пассивно перемещается вслед за Na+. Таким образом, любая терапия, действующая на активный транспорт Na+, также ингибирует реабсорбцию воды;
- вторым важным фактором является медуллярный осмотический градиент. Этот градиент позволяет реабсорбировать воду каждый раз как фильтрат проникает в медуллярную область. Осмолярность создается и поддерживается активным транспортом Na+ в толстом сегменте восходящего колена;
- U-образная геометрия также важна. Она позволяет фильтрату проходить в медуллярный отдел, позволяя дважды выкачивать воды из канальца.
- Наконец, важным фактором является различная проницаемость для воды и Na+в разных сегментах нефрона.
Сумма этих трех процессов определяет образование мочи. Первый процесс – это фильтрация. Фильтрация происходит в клубочках со скоростью 180л/сут. Движущей силой является давление крови в капиллярах клубочков. Состав фильтрата практически тот же, что у состав плазмы (300 mOs), который, в основном, состоит из NaCl. Имеется только одно различие – отсутствие белка в фильтрате.
Практически все 180л фильтрата, проникающего в почки, реабсорбируется и доставляется обратно в кровь. Следовательно, вторым важным процессом является реабсорбция. Она происходит на всем протяжении канальцев нефрона. Na+ активно транспортируется с помощью натриевого насоса из канальцев и реабсорбируется. Вода пассивно следует за осмотическим градиентом, создаваемым транспортом Na+ . Более 99% Na+ и воды реабсорбируется из фильтрата. Оставшаяся часть выделяется в виде мочи, что составляет 1.5л/сут. Осмолярность мочи (1200 mOs) в четыре раза выше, чем у плазмы и около половины раствора мочи составляет мочевина (urea).
Механизм действия диуретиков
Теперь, когда мы знаем физиологию почек и то, как образуется моча, мы можем понять специфические механизмы действия различных диуретиков. Диуретики можно разделить на 6 различных классов в зависимости от механизма действия. Все они воздействуют на почечную реабсорбцию натрия на разных сегментах нефрона. Первый класс диуретиков – это ингибиторы карбоангидразы, фермента в проксимальном канальце. Диуретики второго класса называются осмотическими и их первичное место действия – это петля Генле. Третий класс – ингибиторы Na+/K+ насоса (Na+/K+/2Cl- симпорта) в толстом сегменте восходящего колена. Толстый сегмент восходящего колена – это основное место, где происходит реабсорбция, а также сегмент, ответственный за образование и сохранение медуллярного осмотического градиента. Этот класс является самым мощным классом диуретиков, т.е. воздействует на транспорт Na+ в толстом сегменте восходящего колена. Четвертый класс – это ингибиторы Na+ /Cl— симпорта в дистальном канальце. Пятый класс – ингибиторы натриевых каналов в конечной части дистального канальца. Последний класс – антагонисты альдостероновых рецепторов в собирательных трубочках. Альдостерон – это гормон, который участвует в транспорте Na+ в собирательных трубочках. Становится ясно, что диуретики воздействуют на различные механизмы транспорта Na+ . Как вы помните, различные классы диуретиков имеют совершенно разную структуру. Это обусловлено тем, что имеются различные классы протеинов, ответственных за транспорт Na+ . Следовательно, нам нужно более детально понять, как же происходит транспорт Na+ .
Ионный транспорт можно разделить на два класса. Активный транспорт – это перемещение веществ против их электрохимического градиента. Такой тип транспорта требует энергетических затрат. Второй класс – это пассивный транспорт. В этом случае движение происходит за счет или вслед за электрохимическим градиентом, и, значит, не требует энергетических затрат. Активный транспорт, в свою очередь, подразделяется на первичный и вторичный активные транспорты. Примером первичного активного транспорта – это Na+ -евый насос. Концентрация Na+ вне клетки в норме составляет около 1400mM, а внутри клетки – около 5mM. Движение Na+ во внутрь клетки через Na+ евые каналы является пассивным процессом, т.е. Na+ движется по своему концентрационному градиенту. Концентрационный градиент также называется химическим градиентом. Движение Na+ во внутрь клетки также происходит за счет электрического градиента, так как мембранный потенциал у большинства клеток внутри клетки более негативный, чем снаружи. Na+ — позитивно заряженный ион, поэтому ему «нравится» двигаться по направлению к отрицательно-заряженным регионам (противоположности притягиваются). Другими словами, движение Na+ во внутрь клетки происходит за счет его электрохимического градиента, и поэтому не требует энергетических затрат.
Движение Na+ из клетки, как мы уже поняли, происходит против его электрохимического градиента и требует энергетических затрат. Na+ насос гидролизирует АТФ на АДФ и фосфат. Химическая энергия, полученная при гидролизе, используется для выкачивания 3 Na+ из клетки в обмен на 2 K+. Это пример первичного активного транспорта, так как движение ионов прямым образом связано с использованием химической энергии АТФ.
Вторичный активный транспорт включает различные типы переносчиков или транспортеров. Например, Na+/H+ антипорт. Транспортер переносит Na+ в обмен на H+ . H+ является позитивным ионом, и его движение из клетки происходит против электрического градиента, так как наружная сторона мембраны заряжена более позитивно, чем внутренняя. Движение происходит также против химического градиента, так как снаружи клеток среда более кислая, чем внутри. Таким образом, движение H+ является активным процессом, требующим энергии. Энергия для этого процесса служит движение Na+ во внутрь клетки за счет его электрохимического градиента. Это т.н. «downhill movement» — движение вниз с горы. Так как в этом случае энергия АТФ не используется, то этот процесс обозначается как вторичный активный транспорт. Другим примером вторичного активного транспорта является Na+/Cl— симпорт. Этот переносчик транспортирует Na+ и Cl— в одну и ту же сторону, во внутрь клетки. Движение Cl— во внутрь клетки является активным процессом, а энергией для этого служит все тот же «downhill movement» Na+. Еще одним примером симпорта является Na+/K+/Cl— симпорт. Он переносит все три иона в одном направлении, во внутрь клетки. Все эти различные механизмы транспорта вовлечены в процесс реабсорбции Na+ в почках, и каждый диуретик нацелен на различные механизмы.
1. Ингибиторы карбоангидразы
Место действия – проксимальный каналец. Карбоангидраза представляет собой фермент, катализирующий взаимопревращения CO2 и углекислоты. CO2 является газом и имеет ограниченную растворимость в воде. В норме реакция между CO2 и водой протекает медленно, но карбоангидраза обратимо ускоряет эту реакцию в несколько тысяч раз. Этот фермент превращает ограниченное количество CO2 , растворенной в воде в углекислоту (H2C03), которая хорошо растворима в воде. Таким путем CO2 может постоянно растворяться в воде. Фермент катализирует реакцию в двух направлениях. Если углекислоты становится слишком много, фермент конвертирует излишек в CO2 .
Имеются два представителя этого класса: ацетазоламид и дихлофенамид. Последний в 30 раз мощный, чем первый. Ацетазоламид в основном принимают перорально и он хорошо абсорбируется. Период полужизни =6-9 часов. Элиминация, в основном, происходит почечным путем.
апоминаем, как происходит реабсорбция Na+ и воды в проксимальном канальце. Na+проникает в клетку пассивно через апикальную мембрану из просвета канальца. Затем он активно выкачивается в область базолатеральной мембраны. In the proximal tubule, the energy in the Na+ gradient is established by the Na+- pump in the basolateral surface. Вода пассивно следует за Na+ . Каким же образом Na+ проникает в клетку? Ведь Na+ — ион. Он не может сам перейти через мембрану.
Na+ переносится Na+/H+ антипортом, который имеется на апикальной поверхности клеток проксимального канальца. Движение H+ из клетки — вторичный активный процесс. Энергия берется из «downhill movement» Na+ . В просвете канальца H+ вступает в реакцию с профильтровавшимся HCO3— и образуется H2C03, которая быстро распадается на CO2 и воду. Эта реакция катализируется карбоангидразой на апикальной мембране клетки. CO2 – липофильное соединение и быстро проникает или диффундирует через базальную мембрану во внутрь клетки. В цитозоле клетки имеется цитозольная карбоангидраза, которая превращает CO2 в H2C03. H2C03спонтанно ионизируется на H+ бикарбонат. Это повышает концентрацию бикарбоната в клетке. Движение бикарбоната из клетки происходит по его концентрационному, а также электрическому градиенту, так как он является отрицательно заряженным ионом и он притягивается положительными потенциалами внеклеточного пространства. Его движение наружу осуществляется Na+/-HCO3— симпортом, расположенным на базолатеральной мембране. The net effect этого процесса – это перенос NaHCO3 из просвета канальца в интерстициальное пространство, за которым следует переход воды (изотоническая реабсорбция). Ингибиторы карбоангидразы мощно ингибируют и связанную с мембраной, и цитоплазматическую формы карбоангидразы и тормозит взаимопревращение CO2 и углекислоты. Результат – почти полное прекращение реабсорбции NaHCO3 в проксимальном канальце.
Суммируя механизм действия ингибиторов карбоангидразы, можно сделать следующие выводы: этот класс диуретиков также называют диуретиками проксимального канальца, в связи с местом с их действия; они действуют путем ингибирования карбоангидразы, что ограничивает взаимопревращение CO2 и углекислоты, которая спонтанно ионизируется в бикарбонат. В результате реабсорбция бикарбоната натрия в проксимальном канальце ингибируется. Весь непрямой переход бикарбоната натрия из просвета канальца в кровь требует наличия различный транспортеров на апикальной поверхности, также как и на базолатеральной мембране. Эта функциональная асимметрия поддерживается тесными межклеточными связями. Перемещение Na+ во внутрь клетки посредством Na+/H+ антипорта – пассивный процесс, а переход из базолатеральной мембраны с помощью натриевого насоса – активный.
2. Осмотические диуретики
Два представителя: глицерин и маннитол. Первичное место действия – петля Генле. Глицерин хорошо адсорбируется при пероральном приеме, в отличие от маннитола. Последний обычно применяется внутривенно. Период полужизни =0.5-0.75 часов для глицерина и 0.25 – 1.7 часов для маннитола. Элиминация глицерина происходит через печень путем метаболизма, а маннитол выделяется почками.
Осмотические диуретики имеют два основных механизмы действия. Они представляют собой маленькие молекулы и поэтому свободно фильтруются в клубочках. Они также довольно инертны, не реабсорбируются и не переносятся из просвета канальца. Возьмем, к примеру, маннитол. При однократном в/в введении он фильтруется в нефронах. Раз попав в нефрон, он там и остается. В проксимальном канальце Na+ активно реабсорбируется, а вода следует за ним. Реабсорбция воды приводит к уменьшению объема фильтрата. Маннитол не может выйти из канальца; следовательно, его концентрация в фильтрате повышается. Повышение концентрации маннитола приводит повышает осмолярность фильтрата. Движение воды регулируется разностью осмолярности фильтрата и интерстициальной жидкости. Разность уменьшается в связи с осмолярностью маннитола, находящегося в просвете канальца и не имеющего возможности выйти оттуда. В результате меньше воды подвергается реабсорбции и, соответственно, больше выделяется с мочой. Поэтому осмотические диуретики в основном применяются в достаточно больших дозах, чтобы значительно повысить осмолярность плазмы и канальцевой жидкости.
Второй важный эффект осмотических диуретиков, таких как маннитол, обусловлен повышением осмолярности плазмы. Повышенная осмолярность способствует переходу воды из интестициального пространства (отеки) в кровь. Это уменьшает вязкость крови и увеличивает почечный кровоток. Приток крови «смывает» медуллярный осмотический градиент, удаляя NaCl и мочевину из медуллярной части. Как было упомянуто выше, медуллярный осмотический градиент – это один из основных факторов, определяющих почечную реабсорбцию воды. Пониженный осмотических градиент уменьшает реабсорбцию воды, что в итоге приводит к диурезу.
Следовательно, действие осмотических диуретиков обусловлено повышением осмолярности плазмы, а также почечного фильтрата. Их действие не связано с ингибированием ферментов как в случае с диуретиками действующими на уровне проксимального канальца. К тому же, они представляет собой инертные вещества, которые воздействуют на движущую силу почечной реабсорбции воды, т.е на осмолярность.
3.Ингибиторы Na+-K+-2Cl— симпорта (петлевые диуретики, потолочечные диуретики, high celling diuretics)
Этот класс диуретиков также называется класс петлевых диуретиков или high celling diuretics. Место действия – толстый сегмент восходящего колена петли Генле. Двумя распространенными представителями являются фуросемид и буметанид. Последний в 40 раз мощнее первого. Оба применяются перорально и легко абсорбируются. Период полужизни находится в пределах часа или около того. Они частично выделяются через ЖКТ, метаболизируясь в печени, и частично почками.
Петлевые диуретики действуют непосредственно в толстом сегменте восходящего колена, где ток Na+, K+ и Cl— из просвета канальца в эпителиальные клетки опосредуется Na+-K+ -2Cl— симпортом. Этот симпорт использует энергию электрохимического градиента Na+ , создаваемую базолатеральным натриевым насосом, и обеспечивает перенос K+ и Cl— против концентрационного градиента во внутрь клетки, т.н. траснопрт «uphill», т.е. вверх по горе. Калиевый каналы на апикальной мембране обеспечивают проводящий путь для апикальной рециркуляции этого катиона, а базолатеральные каналы Cl— обеспечивают механизм базолатерального выхода для Cl—. К тому же, Na+— Cl— симпорт на базолатеральной мембране обеспечивает совместный перенос Cl— против его электрохимического градиента с совместным переносом Na+ против электрохимического градиента. Вся суть процесса заключается в переносе NaCl из просвета канальца в медуллярное пространство. Вот этот самый транспорт NaCl и ответственен за создание и поддержание медуллярного осмотического градиента. Ингибиторы Na+-K+-2Cl— симпорта связываются с Na+-K+-2Cl— симпортом в толстом сегменте восходящего колена петли Генле и блокирует его функцию, тем самым разрушая осмотический градиент, приводя транспорт солей в этом сегменте нефрона в некое равновесие и вызывая выраженное увеличение выделения Na+ и Cl— с мочой. Это может привести к ингибированию реабсорбции вплоть до 25% объема Na+ в фильтрате.
Эти диуретики также называются потолочечными или high celling диуретиками, в связи с их высокой эффективностью. Их высокая эффективность обусловлена следующими тремя факторами: активная реабсорбция Na+ в толстом сегменте восходящего колена обусловливает создание и поддержание медуллярного осмотического градиента, который имеет крайне важное значение для реабсорбции воды. В этом сегменте реабсорбируется около 25% отфильтрованного Na+ . Таким образом, при ингибировании толстого сегмента, Na+ сразу же попадает в мочу.
4. Ингибиторы Na+— Cl— симпорта (тиазидные и тиазидоподобные диуретики)
Место действия – дистальный каналец. Двумя распространенными представителями являются гидрохлортиазид и метолазон. Последний в 10 раз мощнее первого. Оба обычно принимаются перорально и хорошо всасываются в ЖКТ. Период полужизни находится в пределах 2-3 часов. Оба представителя выделяются почками.
Как и в остальных сегментах нефрона, транспорт осуществляется за счет натриевого насоса, расположенного на базолатеральной мембране. Энергия электрохимического градиента Na+ используется Na+— Cl— симпортом на апикальной мембране, который переносит Cl— во внутрь клетки против электрохимического градиента. Хоть и движение Cl— внутрь клетки происходит по его концентрационному градиенту, оно также и против его электрического градиента, поскольку мембранный потенциал внутри клетки заряжен отрицательно. В целом же движение Cl— является активным процессом. Затем Cl— пассивно выходит через базолатеральную мембрану посредством каналов Cl— . Как мы уже заметили, тема повторяется. Вход Na+ в апикальную часть осуществляется пассивно, в то время как выход через базолатеральную мембрану является первично-активным процессом, осуществляющимся с помощью натриевого насоса. Тиазидовые диуретики ингибиторуют Na+— Cl— симпорт, видимо, конкурируя за место связывания с хлором.
Как и ожидалось, согласно их механизму действия, эти диуретики понижают реабсорбцию Na+ и Cl— и, следовательно, увеличивают их экскрецию с мочой. Однако, тиазидовые диуретики имеют среднюю мощность действия (максимальная экскреция отфильтрованного натрия составляет 5%), поскольку около 90% отфильтрованного объема реабсорбируется не достигая дистального канальца.
5. Ингибиторы эпителиальных Na+ каналов (K+ сберегающие диуретики)
Место действия – конечная часть дистального канальца и собирательные трубочки. Представителями являются триамтерен и амилорид. Последний в 10 раз мощнее первого. Оба обычно применяются перорально, с умеренной всасываемостью из ЖКТ. Период полужизни в пределах 2-3 часов. Амилорид выделяется почками, трамтерен – через ЖКТ.
На апикальных мембранах эпителиальных клетках конечной части дистального канальца и собирательных трубочек имеются Na+ каналы, которые обеспечивают вход Na+ в клетки по его электрохимическому градиенту, создаваемым натриевым насосом на базолатеральной мембране. Входящий ток Na+ также обеспечивает важную движущую силу для секреции K+ в просвет канальца. Амилорид блокирует Na+ каналы на апикальной мембране и ингибирует реабсорбцию Na+ в этом сегменте. Блокада Na+ каналов также снижает электрическую движущую силу переноса K+ из клеток и предупреждает нежелательную потерю этого иона. Этот тип диуретиков не только ингибируют реабсорбцию Na+ , но и способствуют задержке K+и потому они и называются K+-сберегающими диуретиками. Амилорид, в более высоких концентрациях , чем необходимо для достижения его терапевтического эффекта, также блокирует Na+/H+ антипорт в проксимальном канальце и натриевый насос.
6. Антагонисты минералокортикоидных рецепторов (альдостерона)
Альдостерон – гормон, секретируемый в кортикальной части надпочечников. Эти диуретики также являются K+-сберегающими. Представителем является спиринолактон. Он хорошо всасывается при пероральном приеме. Период полужизни составляет 1.6 часов, выделяется через ЖКТ.
Эффекты альдостерона в почках заключается в увеличении реабсорбции Na+ . Эпителиальные клетки в конечной части дистального канальца и собирательных трубочек имеют цитоплазматические рецепторы для этого гормона. Альдостерон входит в эпителиальные клетки через базолатеральную мембрану и связывается со своим рецептором. Комплекс рецептор-алдостерон переносится к ядру, где он связывается со специфической последовательностью ДНК (гормон-ответственными элементами) и тем самым регулирует экспрессию генами многочисленных продуктов, называемых альдостерон-индуцированными протеинами (АИП). АИП могут активировать Na+ каналы и Na+ насос, которые до этого имелись на мембране клеток, но не функционировали. В результате чрезэпителиальный транспорт NaCl тормозится, а мембранный негативный трансэпителиальный вольтаж увеличивается. Дальнейший эффект увеличивает движущую силу секреции K+ в просвет канальца. Препараты как спиринолактон конкурируют с альдостероном за места связывания с рецепторами алдостерона, следовательно, они являются антагонистами альдостерона. В отличие от комплекса алдостерон-рецептор, комплекс рецептор-спиринолактон не способен индуцировать синтез АИП; в результате блокируются биологические эффекты альдостерона. Проявляя антагонизм по отношению к альдостерону, спиринолактон понижает реабсорбцию Na+ , а также предупреждает чрезмерную потерю K+. Выходит, что воздействие и эффекты диуретиков этого типа схожи с таковыми у ингибиторов Na+ каналов, описанных выше.
И ингибиторы Na+ каналов, и антагонисты альдостерона снижают активность Na+каналов, уменьшают потерю K+ и называются K+-сберегающими диуретиками. Оба класса диуретиков оказывают слабый диуретический эффект, увеличивая экскрецию NaCl на ~2% от отфильтрованного объема. Оба класса в основном используются в комбинации с петлевыми диуретиками (например, с фуросемидом) в целях уменьшения чрезмерной потери K+. Оба могут стать причиной угрожающего жизни состояния – гиперкалиемии.
