2.1.2. Почки
      Функции. Основной функцией почек является очищение крови от продуктов 
жизнедеятельности, в основном от малых водорастворимых молекул. Функциональной единицей 
почки является нефрон, небольшая трубка, связанная с кровеносной системой,  для 
образования и выделения мочи.  Почка состоит приблизительно из миллиона нефронов (S-
образных трубок), которые совместно фильтруют около 180 литров плазмы в день, образуя 
около литра мочи. Нефрон начинается капсулой Боумена, покрытой сетью капилляров,  
образующих так называемый мальпигиев клубочек.  Из мальпигиева клубочка в верхние 
отделы почечного канальца фильтруется первичная моча, которая собирается при помощи 
гломерул, которые представляют собой воронки, препятствующие всасыванию белков с 
молекулярной массой более 60 кДа (например, альбумин). Малые молекулы (также как и 
небольшие белки) проходят через это сито, если только они не связаны с альбумином или 
другими белками большого размера, которые удерживаются в крови. Дополнительно к 
удалению  отходов жизнедеятельности, клетки окаймляющие трубку, должны восстанавливать 
существенные компоненты плазмы, такие как вода, глюкоза, соли  и аминокислоты. Малые 
белки реабсорбируются или деградируют до аминокислот, которые также всасываются назад в 
плазму. Позади гломерул располагается проксимальный каналец. Внутри канальца  из 
фильтрованной жидкости реабсорбируются  некоторые соединения, а также вода, что 
приводит к уменьшению объема жидкости на 80%. Здесь же происходит  обратный процесс – 
секреция органических кислот и оснований. Заметим, что органические кислоты типа 
гербицида 2, 4-D секретируются, тогда как аминокислоты (которые тоже являются 
органическими) реабсорбируются. Реабсорбция и секреция  являются энергозависимыми 
процессами.  Клетки проксимального канальца отличаются высоким содержанием  
митохондрий, для обеспечения требуемого количества АТФ. Кроме того, в почках, в 
основном в проксимальных канальцах,  наблюдается высокий уровень экспрессии цитохрома 
Р450, составляющий приблизительно  10-20%  от того количества, которое экспрессируется 
в печени.   Таким образом, этот орган также участвует в реакциях биотрансформации. Эти 
признаки помогают вычислить чувствительность проксимального канальца к токсическим 
эффектам. Дистальные канальцы, напротив, реже являются мишенью для токсических 
соединений. Однако существуют два хорошо известных соединения, которые воздействуют на 
них – это этанол и кофеин.  В результате их действия снижается реабсорбция воды и 
усиливается секреция мочи. Заметим, что объем жидкости, входящей в нефрон, к времени 
выхода из него снижается на 99%. Эта цифра существенна, поскольку почки являются 
мишенью для некоторых соединений. Например, антигрибковый препарат амфотерицин В имеет 
очень узкий диапазон концентраций, при которых он эффективен, но еще не токсичен для 
клеток животных. Этот препарат применяется лишь в случаях тяжелых инфекций, поскольку у 
80% пациентов после его применения развивается почечная токсичность.
       Аминогликозидные антибиотики.   Применение больших доз антибиотиков  при 
бактериальных инфекциях является обычной практикой.  Поскольку эти соединения могут 
накапливаться, почки подвергаются воздействию высоких  концентраций. Это может привести 
к серьезным побочным эффектам. По оценкам, антибиотики являются причиной приблизительно 
10% острых почечных нарушений. Токсический потенциал антибиотиков пропорционален 
содержанию аминогрупп.  Тогда наиболее нежелательным является неомицин, который 
содержит 6 аминогрупп. Следующим является гентамицин с 5 аминогруппами, каннамицин с 4 
и стрептомицин с 3. Предположительным объяснением токсического ответа  является то, что 
положительный заряд облегчает связывание антибиотиков с клеточной мембраной,  из-за 
присутствия фосфолипидов обладает отрицательным зарядом. Антибиотики поглощаются 
эндоцитозом и переносятся в лизосомы. Там они не только не деградируют, но и напротив, 
накапливаются, что ведет к утечке ферментов деградации из лизосом и в итоге к  
клеточной смерти. Другим возможным объяснением состоит в том, что мишенью антибиотиков 
являются бактериальные рибосомы. Несмотря на то, что в ходе эволюции митохондрии 
отделились от прокариотических организмов достаточно давно, их рибосомы могли сохранить 
остаточную чувствительность к антибиотикам. Таким образом, воздействие высоких 
концентраций антибиотиков на почки ведет к потере функций митохондрий, прекращению 
выработки энергии и нарушениях проходимости ионных каналов. Конечным результатом этого 
процесса  является некроз проксимальных канальцев.
       Тяжелые металлы.   Ртуть, свинец, цинк, кадмий, золото, цис-платина 
(антираковое химиотерапевтическое соединение) и барий (используется в радиоконтрастной 
смеси  для рентгеновских лучей) являются примерами металлов, которые вызывают некроз 
почек. Тяжелые металлы атакуют сульфгидрильные группы белков и таким образом 
инактивируют ключевые ферменты и структурные белки. Это вызывает повреждения как в 
поверхностных клеточных мембранах (включая конститутивные ионные каналы), так и во 
внутриклеточных структурах, таких как митохондрии, приводя к нарушениям в транспорте 
электронов и образовании энергии. Свободные сульфгидрильные группы, например 
глутатиона, являются защищенными. Известен белок, металлотионин, который парадоксальным 
образом усиливает токсическое действие тяжелых металлов на почки. Это небольшой белок 
размером около 10кДа, индуцируется в печени под действием некоторых металлов, таких как 
кадмий и цинк. Белок секретируется в кровь, где и взаимодействует с металлами, 
уменьшая  их воздействие на клетки. Однако из-за малого размера белок свободно проходит 
сквозь гломерулы и поступает в проксимальный каналец. Там он всасывается эндоцитозом и 
деградирует в лизосомах, высвобождая связанные ионы металлов, которые повреждают клетку.
        Углеводороды нефти.   Стратегии, направленные на оптимизацию тестов на 
токсичность,  часто фокусируются на соединениях, под воздействие которых человек 
попадает особенно часто. Множество людей подвергаются воздействию углеводородов, 
поэтому с начала 1970-х г. для нефтеперерабатывающей промышленности  разрабатывались и 
внедрялись тестирующие программы. В середине 1970-х существовало множество 
краткосрочных тестов, с применением различных видов животных, и эти тесты давали разные 
результаты. Однако в конце 1970-х  результаты тестирований на канцерогенез у мышей и 
крыс показали, что бензин вызывает рак почек у самцов крыс. Этот эффект не был 
обнаружен у самок крыс и мышей обоих полов.  В состав бензина входит более чем 200 
углеводородов (алканы, парафины, нафталены, ароматика и т.д.). Оказалось, что 
насыщенные алканы, особенно изооктановые, оказывают вредное воздействие.  Начальные 
симптомы воздействия изооктанов на почки самцов крыс включали накопление белковых 
глобул (так называемых гиалиновых капель) в клетках проксимальных канальцев, некроз,  
отшелушивание и регенерацию клеток. Оказалось, что критическую роль в этом ответе 
играет небольшой белок, секретируемый печенью, α2-микроглобулин.  Синтез этого 
белка стимулируется андрогенами, поэтому его концентрация в крови самцов много выше, 
чем у самок.  Этот белок имеет размер около 20кДа  и легко входит в гломерулы, после 
чего реабсорбируется в проксимальном канальце и обычно деградирует с высвобождением 
аминокислот, которые могут быть использованы вновь. При экспозиции самцов крыс 
бензином, белок, по-видимому, связывается с изооктанами в крови и становится устойчивым 
к деградации в лизосомах клеток проксимальных канальцев. Это ведет к накоплению 
гиалиновых капель,  нарушениям  функций лизосом и гибели клеток.  Если при экспозиции 
самок крыс бензином ввести α2-микроглобулин,  то в клетках проксимальных канальцев 
у них начнут накапливаться гиалиновые капли, что ведет к аналогичным последствиям.   
Исследование канцерогенеза почек на самцах крыс закономерно привело к возникновению 
вопроса, является ли реакция человека на экспозицию бензином фактором риска? Такая 
оценка требует внимательного рассмотрения механизмов канцерогенеза. В результате 
действия одних элементов этого процесса возникает  некроз, что приводит к усилению 
регенерации.  Этот процесс  можно рассматривать как общий для развития рака, поскольку  
он  ведет к значительному увеличению скорости клеточного цикла. Клетки большинства 
материнских тканей, таких как почечная ткань, в норме имеют низкую скорость роста. Но 
некроз и последующий рост выживших клеток увеличивают эту скорость. Чем быстрее клетки 
растут, особенно если это поврежденные клетки, тем выше вероятность ошибок  репликации 
ДНК, что является предрасположенностью к неопластическому росту. Действительно, у 
самцов крыс подвергавшиеся последовательному воздействию некоторых нитрозаминов, а 
затем бензина,  значительно увеличивались темпы развития рака почек. Таким образом, 
если почки человека (или теоретически другой ткани) отвечает на экспозицию бензином 
усилением некроза и регенерации, то это может быть фактором риска развития рака. Однако 
этого не наблюдается.  Мыши, морские свинки, собаки и обезьяны также обнаружили 
устойчивость к подобному исходу. Мы можем объяснить устойчивость у самок крыс более 
низким уровнем α2-микроглобулина, чем у самцов, но как объяснить это явление  у 
самцов других видов? Возможно, лишь у самцов крыс  уровень этого белка настолько высок, 
причем α2-микроглобулин у других видов обладает низкой аффинностью к изооктану, 
или же у других видов комплекс не является устойчивым к деградации.  В таком случае 
бензин является фактором риска развития рака почек только для самцов крыс.
        Подобное явление  касается риска развития рака мочевого пузыря под действием 
сахарина. Обнаружено, что самцы крыс являются чувствительными, а самки крыс и оба пола 
других видов резистентными. Дальнейшие эксперименты показали, что инъекции большой дозы 
натриевых (но не калиевых) солей сахарина ведет к формированию кристаллов с α2-
микроглобулином, которые высаливаются в моче. Эти кристаллы вызывают абразию эпителия 
мочевого пузыря, что в свою очередь провоцирует усиление клеточного роста. Таким 
образом, сахарин натрия действует как промотор опухолеобразования у самцов крыс.
       Анальгетики.  Обезболивающие средства, такие как ацетаминофен широко 
используются в медицинской практике и в норме являются безопасными. Однако иногда они 
назначаются в больших количествах в течение длительного срока (годы). В таких случаях 
может наблюдаться почечная токсичность и даже развиваться рак почек.  В ходе 
метаболизма обычно осуществляется конъюгация по фенол-гидроксильной группе, такие 
метаболиты легко выводятся. Существует минорный путь метаболизма,  это 
гидроксилирование  аминогруппы с последующим восстановлением. При этом образуется 
иминохинон, электрофильное соединение, способное формировать аддукты с ДНК или 
белками.  Таким образом, введение больших доз анальгетика может вызвать некроз, 
усиление регенерации и   спровоцировать  неоплазию.  Исследования показали, что 
повышенная  (по сравнению с крысами) чувствительность мышей к токсическим эффектам 
ацетаминофена может быть связана с двумя факторами. Во-первых, изофермент цитохрома 
Р450, ответственный за гидроксилирование аминогруппы, у мышей экспрессируется на более 
высоком уровне, что приводит к образованию большего количества иминохинона.  Во-
вторых,  клетки  крыс содержат большее количество глутатиона, который может реагировать 
по двойной углевод-углеводной связи, устраняя электрофильность  молекулы иминохинона. 
       β-лиаза.  Определенные углеводороды  могут стать причиной некроза 
почек в результате реакций биотрансформации, которые происходят  в этом органе 
(хроническая экспозиция может приводить к катаракте хрусталика, где также 
экспрессируется β-лиаза. Детали реакции зависят от специфики соединения и 
вовлекаемого атома галогена. Например, существует 2 пути метаболизма перхлорэтилена 
(рис.12). Слева – окислительный путь (формирование эпоксида), в результате  образуется 
ацилхлорид,  соединение способное формировать аддукты с нуклеофилами. Справа – тиол 
глутатиона замещает хлорид на  концевом углероде, образуя глутатионовый конъюгат, из 
которого глутаминовая кислота и глицин удаляются в результате пептидазной активности. 
Но не вся меркаптуровая кислота образуется при помощи ацетилирования. Неацетилированная 
форма реабсорбируется клетками проксимального канальца и служит субстратом для β-
лиазы. Этот фермент отрезает серу  от цистеина, давая молекулу перхлорэтилена,  кроме 
того, что хлорид замещен на сульфгидрильную группу (-SH). Результирующая молекула 
теряет HCl  образуя электрофил, способный к образованию аддуктов с макромолекулами. 
Ацетилированная меркаптуровая кислота активно секретируется в проксимальных канальцах, 
после чего деацетилируется и расщепляется β-лиазой. 




Рис. 12.  Метаболизм перхлорэтилена

Назад

Далее