Механізми підтримання нормальної осмолярності позаклітинної рідини

Ефективні осмотично активні речовини як головна рушійна сила переміщення води між водними компартментами

Всі осмотично активні речовини поділяються також на ефективні та неефективні. Ефективними речовинами є такі, що не можуть вільно перетинати межу між двома водними компартментами, а тому утримують воду в одному з них. На межі між кров¢ю та інтерстицієм ефективними осмотично активними речовинами є лише білки плазми, оскільки солі, глюкоза та сечовина вільно проходять крізь стінку капіляра. Тиск, що створюється білками плазми (альбумінами, a₁-глобулінами), називається онкотичним. Його доля в загальному осмотичному тиску крові незначна, всього 2 мосмоль/л, але саме його зміна спричинює переміщення води між судинним руслом і тканинами.

Крізь плазматичну мембрану клітин вільно проходить сечовина, алкоголь і при наявності достатньої кількості переносників – глюкоза, а солі та надлишок глюкози – ні. Тому на межі між позаклітинною та внутрішньоклітинною рідиною ефективними осмотичними речовинами є іони солей і глюкоза.

Зміна осмоляльності позаклітинної рідини як причина зміни об¢єму клітин

Збільшення осмолярності позаклітинної рідини при гіпернатріємії або гіперглікемії призводить до пасивного виходу води з клітин за осмотичним градієнтом, що веде до зморщування клітин, а зменшення осмолярності позаклітинної рідини – до набухання клітин. Це особливо небезпечно для функціонування клітин мозку і може призвести до розвитку коми. Тому для забезпечення оптимальних умов існування клітин організм в першу чергу підтримує сталість осмолярності, а не об¢єму позаклітинної рідини.

Збільшення осмолярності позаклітинної рідини лише на 2% активує осморецептори гіпоталамуса, що призводить до активації секреції антидіуретичного гормону (АДГ) нейронами супраоптичного та паравентрикулярного ядер через задню долю гіпофізу. Під впливом АДГ у люменальну мембрану нефроцитів збиральних трубок вбудовується трансмембранний білок аквапорин-2, що збільшує проникність цього відділу нефрону для води і активує її реабсорбцію. При цьому АДГ, стимулюючи синтез в нирках простагландинів, викликає і натрійуретичний ефект, що прискорює ліквідацію гіперосмії. Гіперосмолярність також через центральні осморецептори викликає відчуття спраги, яке змушує людину приймати воду per os. Крім того, збільшення концентрації Na⁺ і Cl^- у канальцевій рідині в зоні macula densa (щільна пляма) викликає гальмування продукції реніну, що зменшує синтез ангіотензину ІІ і альдостерону, а це в свою чергу зменшує реабсорбцію і збільшує екскрецію Na⁺.

Зменшення осмолярності позаклітинної рідини, навпаки, призводить до блокади секреції АДГ, зникнення відчуття спраги і до активації ренін-ангіотензин-альдостеронової системи (РААС). Все це, в свою чергу, спричинює прискорене виведення з організму води, затримку натрію і, як результат, підвищення осмолярності позаклітинної рідини до норми.

Механізми підтримання сталості об¢єму і тиску крові

Іншими стимулами для збільшення спраги і секреції АДГ є зменшення об¢єму циркулюючої крові (ОЦК) або зниження артеріального тиску. Інформацію про зміни об¢єму і тиску крові сприймають барорецептори, розташовані в стінках аорти та сонних артерій, у передсердях, шлуночках і коронарних судинах серця та у легеневих венах. Ці рецептори являють собою механорецептори, що реагують на розтягнення стінок судин чи серця. Для механізмів регуляції об¢єму рідини, імовірно, найважливішими є серцево-легеневі барорецептори, які реагують на зміну центрального венозного тиску і об¢єму крові, а тому називаються волюморецепторами. Зниження об¢єму крові чи артеріального тиску не менш як на 10% зменшує інтенсивність імпульсів, які надходять від волюморецепторів у гіпоталамус, а від барорецепторів у судиноруховий центр довгастого мозку, що збільшує спрагу, секрецію АДГ і активність симпато-адреналової системи. Посилення активності симпато-адреналової системи через a-адренорецептори збільшує тонус судин, через b₁-адренорецептори гранулярних клітин юкстагломерулярного апарату нирок стимулює секрецію реніну і, впливаючи переважно через a₁-адренорецептори на Na⁺/H⁺ антипорт (протипереносник), безпосередньо стимулює реабсорбцію натрію в проксимальному канальці нефрону. Крім того, гранулярні клітини, що секретують ренін, самі діють як барорецептори і збільшують секрецію при падінні артеріального тиску. Активація РААС збільшує реабсорбцію Na⁺, що підвищує осмолярність крові, а це, в свою чергу, ще більше стимулює секрецію АДГ і, відповідно, збільшує реабсорбцію води. Крім того, активована симпато-адреналова система, АДГ і ангіотензин ІІ зменшують клубочкову фільтрацію і, відповідно, екскрецію натрію та води. Ангіотензин ІІ, до того ж, є потужним стимулятором нейронів гіпоталамуса, які відповідають за відчуття спраги.

При збільшенні об¢єму позаклітинної рідини реакції організму будуть, навпаки, направлені на виведення з сечею натрію та води. Крім гальмування РААС і зменшення секреції АДГ, розтягнення передсердь при збільшенні об¢єму крові викликає секрецію кардіоміоцитами передсердного натрійуретичного пептиду (ПНП, передсердний натрійуретичний фактор, атріопептин), який знижує реабсорбцію натрію канальцями нефрону, гальмує синтез реніну, альдостерону і АДГ та збільшує клубочкову фільтрацію. Крім того, натрійуретичну дію мають простагландини Е₂ і І₂ та NO, які утворюються в нирках при збільшенні артеріального тиску.