Зондування кишечника споживання калію та його роль у гомеостазі калію
Jang H. Youn
Доцент, кафедра фізіології та біофізики, Університет Південної Каліфорнії, Медичний факультет Кека, Лос-Анджелес, Каліфорнія, США та міжнародний стипендіат, Департамент біохімії та молекулярної біології, Медичний факультет Університету Кюнг Хі, Сеул, Корея, Південний університет Каліфорнійська медична школа
Анотація
Позаклітинний гомеостаз K + пояснюється механізмами зворотного зв’язку, при яких зміни концентрації позаклітинного K + прямо чи опосередковано виводять ниркову екскрецію K + через стимулювання секреції альдостерону. Однак це не може пояснити каліурез, спричинений їжею, який часто трапляється без збільшення концентрації К + у плазмі крові або альдостерону. Недавні дослідження показали докази, що підтверджують прямий контроль, при якому зондування з кишечником дієтичного К + збільшує виведення К + з нирками (і надниркове поглинання К +) незалежно від концентрації К + у плазмі крові, а саме "фактор кишечника". Цей огляд фокусується на цих нових висновках та обговорює роль кишкового фактора у гострій та хронічній регуляції позаклітинного К +, а також у сприятливих наслідках високого споживання К + на серцево-судинну систему.
ВСТУП
ГОСТЕ РЕГУЛЮВАННЯ ПОЗАКЛІТИННОГО КАЛІЮ
Виклики гомеостазу K +
Порівняно з іншими основними електролітами, K + має більш високе співвідношення споживання їжі до величини позаклітинного басейну (тобто обороту), що представляє значну гомеостатичну проблему. Частково це пов’язано з невеликим позаклітинним пулом К +; лише 2% від загальної кількості тіла K + розподіляється в ECF, а переважна частина в ICF. Отже, їжа, збагачена K +, суттєво збільшила б позаклітинний [K +] за відсутності відповідного регулювання, викликаючи ризик гіперкаліємії. Для вирішення цієї проблеми гомеостатична система К + дуже ефективно очищає К + від плазми під час дієтичного споживання К +. Нирки збільшують виведення К + зі збільшенням споживання К +. Однак протягом перших 4–6 год після гострого навантаження K + у сечі з’являється лише половина введеної дози, що свідчить про те, що позаниркові тканини також відіграють важливу роль у усуненні гострого позаклітинного навантаження K + (10). Беручи до уваги виклики гомеостазу K +, можливо, випадково інсулін, який виділяється поживними поживними речовинами після їжі (тобто при поглинанні дієтичного K +), сприяє засвоєнню K + наднирковими тканинами і тим самим запобігає надмірному підвищенню плазми [K +].
Контроль зворотного зв'язку гомеостазу K +
Відповідно до традиційного погляду, позаклітинний [K +] є головним фактором регуляції ниркової екскреції K + (11, 12). Позаклітинний [K +] збільшується під час вживання K + з їжею, і це збільшення стимулює виведення K + з нирками (рис. 1), безпосередньо впливаючи на секрецію K + у збірній протоці (11). Крім того, підвищений позаклітинний [K +] стимулює секрецію альдостерону, додатково стимулюючи ниркову секрецію і екскрецію K +. Посилена екскреція K + через нирки, як правило, відновлює позаклітинні [K +]. І навпаки, під час обмеження K +, зниження плазми [K +] зменшує ниркову екскрецію K +, що потім буде служити для підтримання позаклітинного [K +] в межах норми. Таким чином, підтримка гомеостазу K + традиційно розуміється на основі концепції контролю негативного зворотного зв'язку.
Принципова діаграма, що ілюструє зворотній зв'язок проти прямого контролю гомеостазу K +.
Подальший контроль гомеостазу K +
Зворотній зв'язок проти контролю прямого пересилання
Контроль прямого надходження в гомеостатичну систему глюкози
КЕРУВАННЯ ПЕРЕДАЧЕЮ КОРМУ В ГОМЕОСТАЗІ КАЛІЮ
Подальший контроль за допомогою інсуліну
Контроль прямого руху, активований дієтичним К +
Дослідження Лі та співавт. (8) надав значне розуміння гострої регуляції гомеостазу К +. У стані голодування системне вливання K + збільшувало плазму [K +], збільшувало виведення нирок K +, а також, можливо, клітинне поглинання K +. Ці ефекти плазми [K +] були б важливими для обмеження підвищення плазми [K +] під час прийому K + та нормалізації плазми [K +], коли припиняється споживання K + (рис. 2). Однак збільшення плазми [K +] під час інфузії K + було великим (тобто 1,3 мМ зі швидкістю інфузії 100 мг/кг/год) у стані голодування. Під час прийому їжі (тобто дієтичного споживання K +) інсулін допомагає запобігти надмірному підвищенню плазми [K +], стимулюючи надниркове поглинання K + (1, 28): підвищення плазми [K +] за допомогою системної інфузії K + під час їжі було зменшено до
0,6 мМ, що вказує на прийом їжі та/або інсуліну. Нарешті, коли K + вводили внутрішньошлунково під час їжі, існували дані про фактор (кишки) кишечника, який додатково збільшує кліренс K + у плазмі, що призводить до незначного підвищення плазми [K +].
Схематичний малюнок, що ілюструє вплив плазми [K +] на один сейсулін та гіпотетичний кишковий фактор на підвищення плазми [K +] під час прийому K +.
Кишкове зондування K + стимулює каліурез після їжі
Харчовий прийом K + може збільшити виведення K + з нирками або за рахунок збільшення плазми [K +] (традиційний вигляд), або за рахунок активації механізму, незалежного від плазми [K +], або за допомогою обох механізмів. О та ін. (9) оцінили ці механізми під час нормального споживання їжі K + у щурів. Після нічного голодування щурів годували невеликою кількістю (
15% щоденного споживання) дієти, що містить або 0%, або нормальний 1% K +, а також вимірювали екскрецію K + із плазмою [K +] та нирками. У третій групі щурів годували дієтою 0% K +, а KCl вводили, щоб відповідати плазмовому [K +] профілю та 1% -ної групи K +. Годування 1% K + суттєво збільшило виведення нирків K +, пов'язане з незначним збільшенням плазми [K +] (
0,2 мМ). У групі з дієтичним введенням KCl 0% K + екскреція K + через нирки була значно меншою, ніж у групі 1% K +, незважаючи на відповідні профілі плазми [K +]. Це дослідження вказує на те, що збільшення кількості виведення К + нирками після їжі не може бути повністю пояснено змінами в плазмі [К +], і зондування кишечника дієтичного К + було основним компонентом регуляції виведення К + через нирки. Рівень альдостерону в плазмі крові не змінювався ні вживанням їжі, ні вмістом К + в їжі. Таким чином, спостерігалося збільшення ниркової екскреції К + під час вживання К + з їжею, незалежно від рівня К + або альдостерону в плазмі, два фактори, які розглядались як класичні регулятори виведення нирок К +. Ці висновки узгоджуються з концепцією впливу кишкового фактора або прямим контролем позаклітинного гомеостазу K +.
МЕХАНІЗМИ ВПЛИВУ ФУКТОРУ КУШКИ
Чи беруть участь кишкові пептиди?
Точні механізми, що лежать в основі дії кишкового фактора, невідомі. Одна проста ідея полягає в тому, що кишечник може збільшувати (або зменшувати) секрецію гуморального фактора при виявленні дієтичного К +, щоб збільшити ниркову екскрецію К +. Існує безліч доказів взаємодії між шлунково-кишковим трактом та нирками; існує багато кишкових пептидів та гормонів, що виділяються у відповідь на надходження харчових поживних речовин та іонів, що впливають на функції нирок (29). Недавні дослідження показали, що кишково-ниркова вісь регулює ниркову екскрецію фосфату (30, 31). Як і K +, фосфат - це електроліт з високим співвідношенням споживання їжі до розміру позаклітинного басейну (тобто великої швидкості обороту). Хоча рівень фосфату в плазмі не настільки жорстко контролюється, як [K +] після їжі, є дані про те, що в кишечнику існує фосфатурна речовина, яка може виділятися для збільшення екскреції фосфатів із нирками під час вживання фосфатів з їжею (30). Таким чином, аналогічні механізми можуть брати участь у регуляції обох цих двох основних електролітів з високим оборотом (і гомеостатичним викликом).