Канальцевая реабсорбция. Проксимальная реабсорбция натрия

Начальный этап мочеобразования, приводящий к фильтрации всех низкомолекулярных компонентов плазмы крови, неизбежно должен сочетаться с существованием в почке систем, реабсорбирующих все ценные для организма вещества. В обычных условиях в почке человека за сутки образуется до 180 л фильтрата, а выделяется 1,0-1,5 л мочи, остальная жидкость всасывается в канальцах. Роль клеток различных сегментов нефрона в реабсорбции неодинакова. Проведенные на животных опыты с извлечением микропипеткой жидкости из различных участков нефрона позволили выяснить особенности реабсорбции различных веществ в разных частях почечных канальцев (рис. 12.6). В проксимальном сегменте нефрона практически полностью реабсорбируются аминокислоты, глюкоза, витамины, белки, микроэлементы, значительное количество ионов Na+, СГ, НСОз. В последующих от-

Рис. 12.6. Локализация реабсорбции и секреции веществ в почечных канальцах. Направление стрелок указывает на фильтрацию, реабсорбцию и секрецию веществ.

делах нефрона всасываются преимущественно электролиты и вода.
Реабсорбция натрия и хлора представляет собой наиболее значительный по объему и энергетическим тратам процесс. В проксимальном канальце в результате реабсорбции большинства профильтровавшихся веществ и воды объем первичной

мочи уменьшается, и в начальный отдел петли нефрона поступает около /з профильтровавшейся в клубочках жидкости. Из всего количества натрия, поступившего в нефрон при фильтрации, в петле нефрона всасывается цо 25 %, в дистальном извитом канальце - около 9 %, и менее 1 % реабсорбируется в собирательных трубках или экскретируется с мочой.
Реабсорбция в дистальном сегменте характеризуется тем, что клетки переносят меньшее, чем в проксимальном канальце, количество ионов, но против большего градиента концентрации. Этот сегмент нефрона и собирательные трубки играют важнейшую роль в регуляции объема выделяемой мочи и концентрации в ней осмотически активных веществ (осмотическая концентрация1). В конечной моче концентрация натрия может снижаться до 1 ммоль/л по сравнению со 140 ммоль/л в плазме крови. В дистальном канальце калий не только реабсорбируется, но и секре- тйруется при его избытке в организме.
В проксимальном отделе нефрона реабсорбция натрия, калия, хлора и других веществ происходит через высокопроницаемую для воды мембрану стенки канальца. Напротив, в толстом восходящем отделе петли нефрона, дистальных извитых канальцах и собирательных трубках реабсорбция ионов и воды происходит через малопроницаемую для воды стенку канальца; проницаемость мембраны для воды в отдельных участках нефрона и собирательных трубках может регулироваться, а.величина проницаемости изменяется в зависимости от функционального состояния организма (факультативная реабсорбция). Под влиянием импульсов, поступающих по эфферентным нервам, и при действии биологически активных веществ реабсорбция натрия и хлора регулируется в проксимальном отделе нефрона. Это особенно отчетливо проявляется в случае увеличения объема крови и внеклеточной жидкости, когда уменьшение реабсорбции в проксимальном канальце способствует усилению экскреции ионов и воды и тем самым - восстановлению водно-солевого равновесия. В проксимальном канальце всегда сохраняется изоосмия. Стенка канальца проницаема для воды, и объем реабсорбируемой воды определяется количеством реабсорбируемых осмотически активных веществ, за которыми вода движется по осмотическому градиенту. В конечных частях дистального сегмента нефрона и собирательных трубках проницаемость стенки канальца для воды регулируется вазопрес- сином.
Факультативная реабсорбция воды зависит от осмотической проницаемости канальцевой стенки, величины осмотического градиента и скорости движения жидкости по канальцу.
Для характеристики всасывания различных веществ в почечных канальцах существенное значение имеет представление о пороге выведения. Непороговые вещества выделяются при любой их концентрации в плазме крови (и соответственно в ультрафильтрате). Такими веществами являются инулин, маннитол. Порог выведения практически всех физиологически важных, ценных для организма веществ различен. Так, выделение глюкозы с мочой (глю- козурия) наступает тогда, когда ее концентрация в клубочковом фильтрате (и в плазме крови) превышает 10 ммоль/л. Физиологический смысл этого янления будет раскрыт при описании механизма реабсорбции.
Механизмы канальцевой реабсорбции. Обратное всасывание различных веществ в канальцах обеспечивается активным и пассивным транспортом. Если вещество реабсорбируется против электрохимического и концентрационного градиентов, процесс называется активным транспортом. Различают два вида активного транспорта - первично-активный и вторично-активный. Первично-активным транспорт называется в том случае, когда происходит перенос вещества против электрохимического градиента за счет энергии клеточного метаболизма. Примером служит транспорт ионов Na+, который происходит при участии фермента Na+, К+-АТФазы, использующей энергию АТФ. Вторично-активным называется перенос вещества против концентрационного градиента, но без затраты энергии клетки непосредственно на этот процесс; так реабсорбируются глюкоза, аминокислоты. Из просвета канальца эти органические вещества поступают в клетки проксимального канальца с помощью специального переносчика, который обязательно должен присоединить ион Na+. Этот комплекс (переносчик -)- органическое вещество -)- Na+) способствует перемещению вещества через мембрану щеточной каемки и его поступлению внутрь клетки. Движущей силой переноса этих веществ через апикальную плазматическую мембрану служит меньшая по сравнению с просветом канальца концентрация натрия в цитоплазме клетки. Градиент концентрации натрия обусловлен непрестанным активным выведением натрия из клетки во внеклеточную жидкость с помощью Na+, К+-АТФазы, локализованной в латеральных и базальной мембранах клетки.
Реабсорбция воды, хлора и некоторых других ионов, мочевины осуществляется с помощью пассивного транспорта - по электрохимическому, концентрационному или осмотическому градиенту. Примером пассивного транспорта является реабсорбция в дистальном извитом канальце хлора по электрохимическому градиенту, создаваемому активным транспортом натрия. По осмотическому градиенту транспортируется вода, причем скорость ее всасывания зависит от осмотической проницаемости стенки канальца и разности концентрации осмотически активных веществ по обеим сторонам его стенки. В содержимом проксимального канальца вследствие всасывания воды и растворенных в ней веществ растет концентрация мочевины, небольшое количество которой по концентрационному градиенту реабсорбируется в кровь.
Достижения в области молекулярной биологии позволили ус-

Рис. 12.7. Механизм реабсорбции натрия а клетке дистального канальца нефрона. Объяснение а тексте.
тановить строение молекул ионных и водных каналов (аквапори- нов) рецепторов, аутакоидов и гормонов и тем самым проникнуть в сущность некоторых клеточных механизмов, обеспечивающих транспорт веществ через стенку канальца. Различны свойства клеток разных отделов нефрона, неодинаковы свойства цитоплазматической мембраны в одной и той же клетке. Апикальная мембрана клетки, обращенная в просвет канальца, имеет иные характеристики, чем ее базальная и боковые мембраны, омываемые межклеточной жидкостью и соприкасающиеся с кровеносным капилляром. Вследствие этого апикальная и базальная плазматические мембраны участвуют в транспорте веществ по-разному; специфично и действие биологически активных веществ на ту и другую мембраны.
Клеточный механизм реабсорбции ионов рассмотрим на примере Na+. В проксимальном канальце нефрона всасывание Na+ в кровь происходит в результате ряда процессов, один из которых - активный транспорт Na+ из просвета канальца, другой - пассивная реабсорбция Na+ вслед за активно транспортируемыми в кровь как ионами гидрокарбоната, так и СГ~. При введении одного микроэлектрода в просвет канальцев, а второго - в околока- нальцевую жидкость было выявлено, что разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностью стенки проксимального канальца оказалась очень небольшой - около 1,3 мВ, в области дистального канальца она может достигать - 60 мВ (рис. 12.7). Просвет обоих канальцев электроотрицателен, а в крови (следовательно, и во внеклеточной жидкости), концентрация Na+ выше, чем в жидкости, находящейся в просвете этих канальцев, поэтому реабсорбция Na+ осуществляется активно против градиента электрохимического потенциала. При этом из просвета канальца Na+ входит в клетку по натриевому каналу или при участии переносчика. Внутренняя часть клетки запряжена отрицательно, и положительно заряженный Na+ поступает в клетку по градиенту потенциала, движется в сторону базальной плазматической мембраны, через которую натриевым насосом выбрасывается в межклеточную жидкость; градиент потенциала на этой мембране достигает 70-90 мВ.
Имеются вещества, которые могут влиять на отдельные эле
менты системы реабсорбции Na+. Так, натриевый канал в мембране клетки дистального канальца и собирательной трубки блокируется амилоридом и триамтереном, в результате чего Na+ не может войти в канал. В клетках имеется несколько типов ионных насосов. Один из них представляет собой Na+, К+-АТФазу. Этот фермент находится в базальной и латеральных мембранах клетки и обеспечивает транспорт Na+ из клетки в кровь и поступление из крови в клетку К+. Фермент угнетается сердечными гликозидами, например строфантином, уабаином. В реабсорбции гидрокарбоната важная роль принадлежит ферменту карбоангидразе, ингибитором которого является ацетазоламид - он прекращает реабсорбцию гидрокарбоната, который экскретируется с мочой.
Фильтруемая глюкоза практически полностью реабсорбируется клетками проксимального канальца, и в норме за сутки с мочой выделяется незначительное ее количество (не более 130 мг). Процесс обратного всасывания глюкозы осуществляется против высокого концентрационного градиента и является вторично-активным. В апикальной (люминальной) мембране клетки глюкоза соединяется с переносчиком, который должен присоединить также Na+, после чего комплекс транспортируется через апикальную мембрану, т. е. в цитоплазму поступают глюкоза и Na+. Апикальная мембрана отличается высокой селективностью и односторонней проницаемостью и не пропускает ни глюкозу, ни Na+ обратно из клетки в просвет канальца. Эти вещества движутся к основанию клетки по градиенту концентрации. Перенос глюкозы из клетки в кровь через базальную плазматическую мембрану носит характер облегченной диффузии, a Na+, как уже отмечалось выше, удаляется натриевым насосом, находящимся в этой мембране.
Аминокислоты почти полностью реабсорбируются клетками проксимального канальца. Имеется не менее 4 систем транспорта аминокислот из просвета канальца в кровь, осуществляющих реабсорбцию нейтральных, двуосновных, дикарбоксильных аминокислот и иминокислот. Каждая из этих систем обеспечивает всасывание ряда аминокислот одной группы. Так, система реабсорбции двуосновных аминокислот участвует во всасывании лизина, аргинина, орнитина и, возможно, цистина. При введении в кровь избытка одной из этих аминокислот начинается усиленная экскреция почкой аминокислот только данной группы. Системы транспорта отдельных групп аминокислот контролируются раздельными генетическими механизмами. Описаны наследственные заболевания, одним из проявлений которых служит увеличенная экскреция определенных групп аминокислот (аминоацидурия).
Выделение с мочой слабых кислот и оснований зависит от их клубочковой фильтрации, процесса реабсорбции или секреции. Процесс выведения этих веществ во многом определяется «неионной диффузией», влияние которой особенно сказывается в дистальных канальцах и собирательных трубках. Слабые кислоты и основания могут существовать в зависимости от pH среды в двух формах - неионизированной и ионизированной. Клеточные мембраны

более проницаемы для неионизированных веществ. Многие слабые кислоты с большей скоростью экскретируются с щелочной мочой, а слабые основания, напротив, - с кислой. Степень ионизации оснований увеличивается в кислой среде, но уменьшается в щелочной. В неионизированном состоянии эти вещества через липиды мембран проникают в клетки, а затем в плазму крови, т. е. они реабсороируются. Если значение pH канальцевой жидкости сдвинуто в кислую сторону, то основания ионизируются, плохо всасываются и экскретируются с мочой. Никотин - слабое основание, при pH 8,1 ионизируется 50 %, в 3-4 раза быстрее экскретирует- ся с кислой (pH около 5), чем с щелочной (pH 7,8) мочой. Процесс «неионной диффузии» влияет на выделение почками слабых оснований и кислот, барбитуратов и других лекарственных веществ.
Небольшое количество профильтровавшегося в клубочках белка реабсорбируется клетками проксимальных канальцев. Выделение белков с мочой в норме составляет не более 20-75 мг в сутки, а при заболеваниях почек оно может возрастать до 50 г в сутки. Увеличение выделения белков с мочой (протеинурия) может быть обусловлено нарушением их реабсорбции либо увеличением фильтрации.
В отличие от реабсорбции электролитов, глюкозы и аминокислот, которые, проникнув через апикальную мембрану, в неизмененном виде достигают базальной плазматической мембраны и транспортируются в кровь, реабсорбция белка обеспечивается принципиально иным механизмом. Белок попадает в клетку с помощью пиноцитоза. Молекулы профильтровавшегося белка адсорбируются на поверхности апикальной мембраны клетки, при этом мембрана участвует в образовании пиноцитозной вакуоли. Эта вакуоль движется в сторону базальной части клетки. В около- ядерной области, где локализован пластинчатый комплекс (аппарат Гольджи), вакуоли могут сливаться с лизосомами, обладающими высокой активностью ряда ферментов. В лизосомах захваченные белки расщепляются и образовавшиеся аминокислоты, дипептиды удаляются в кровь через базальную плазматическую мембрану. Следует, однако, подчеркнуть, что не все белки подвергаются гидролизу в процессе транспорта и часть их переносится в кровь в неизмененном виде.
Определение величины реабсорбции в канальцах почки. Обратное всасывание веществ, или, иными словами, их транспорт (Т) из просвета канальцев в тканевую (межклеточную) жидкость и в кровь, при реабсорбцииопределяется по разности между
количеством вещества, профильтровавшегося в клу
бочках, и количеством вещества, выделенного с мочой

где F - объем клубочковой фильтрации,- фракция вещества X, не связанная с белками в плазме по отношению к его обив

щей концентрации в плазме крови, Р - концентрация вещества в плазме крови, U - концентрация вещества в моче.
По приведенной формуле рассчитывают абсолютное количество реабсорбируемого вещества. При вычислении относительной реабсорбции (% R) определяют долю вещества, подвергшуюся обратному всасыванию по отношению к количеству вещества, профильтровавшегося в клубочках:
Для оценки реабсорбционной способности клеток проксимальных канальцев важное значение имеет определение максимальной величины транспорта глюкозы (Ттс). Эту величину измеряют при полном насыщении глюкозой системы ее канальцевого транспорта (см. рис. 12.5). Для этого вливают в кровь раствор глюкозы и тем самым повышают ее концентрацию в клубочковом фильтрате до тех пор, пока значительное количество глюкозы не начнет выделяться с мочой:

где F - клубочковая фильтрация,- концентрация глюкозы в плазме крови, а- концентрация глюкозы в моче; Тт - максимальный канальцевый транспорт изучаемого вещества. Величина Ттс характеризует полную загрузку системы транспорта глюкозы; у мужчин эта величина равна 375 мг/мин, а у женщин - 303 мг/мин при расчете на 1,73 м2 поверхности тела.

Канальцевая реабсорбция - это процесс всасывания клетками канальцев и транспорт в клетками жидкость и капилляры почек необходимых для организма веществ с первичной мочи.

В проксимальном канальцев реабсорбируется 80% веществ: вся глюкоза, все витамины, гормоны, микроэлементы; около 85% NaCl и Н2О, а также около 50% мочевины, которые поступают в капилляры канальцев и возвращаются в общую систему кровообращения.

Для процесса реабсорбции существенное значение имеет понятие о порог вывода. Порог вывода - это концентрация вещества в крови, при которой она не может быть реабсорбована полностью. Практически все биологически важные для организма вещества имеют порог вывода. Например выделение с мочой глюкозы (глюкозурия) наступает тогда, когда ее концентрация в крови превышает 10 ммоль / л. При глюкозурии растет осмотическое давление мочи, что приводит к увеличению количества мочи (полиурии). Существуют также непорогови вещества, которые выделяются при любой концентрации их в плазме и ультрафильтрате.

Механизм реабсорбции включая пути: сначала вещества попадают из фильтрата в клетки канальца, далее переносятся транспортными системами мембраны в межклеточное пространство; из межклеточных пространств диффундируют в высокопроницаемых биляканальцеви капилляры.

Транспортировка может быть активным и пассивным. Активная реабсорбция происходит при участии специальных ферментативных систем с затратой энергии против электрохимического градиента. Активно реабсорбируются фофаты, Na +. За счет активной реабсорбции возможно повторное всасывание из мочи в кровь веществ, даже в том случае, когда их концентрация в крови равна концентрации в жидкости канальцев или выше.

Сопряженное транспортировки глюкозы и аминокислот. Из полости канальцев в клетки вещества транспортируются с помощью переносчика, который обязательно дополнительно присоединяет Na +. Внутри клетки комплекс распадается. Концентрация глюкозы возрастает, и по концентрационным градиентом она покидает клетку.

Пассивная реабсорбция происходит без затрат энергии благодаря диффузии и осмоса. Большая роль в этом процессе принадлежит разницы гидростатического давления в капиллярах канальцев. За счет пассивной реабсорбции осуществляется повторное всасывание Н2О, хлоридов, мочевины.

Еще один механизм реабсорбции - пиноцитоз. Таким образом происходит всасывание белков.

В результате активного транспорта Na + и сопровождающих его анионов, осмотическое давление фильтрата снижается и в капилляры путем осмоса переходит эквивалентное количество воды. В результате в канальцы образуется фильтрат, изотонический крови капилляра. Этот фильтрат попадает в петлю Генле. Здесь проходит дальнейшая реабсорбция и концентрирование мочи за счет поворотно-противопоточному системы. Концентрирования мочи происходит следующим образом. В восходящей части петли нефрона, которая проходит в мозговом веществе, активно реабсорбируются Na, К, Са, Mg, Cl, мочевина, попадая в межклеточную жидкость, они повышают там осмотическое давление. Нисходящая часть петли Генле проходит в области высокого осмотического давления, поэтому с этой части петли выходит вода в межклеточное пространство по законам осмоса. Выход Н2О из нисходящей части петли приводит к тому, что моча становится более концентрированной относительно плазмы крови. Это способствует реабсорбции Na + в восходящей части петли, в свою очередь, вызывает выход Н2О в нисходящей части. Эти два процесса сопряжены, в результате моча теряет в петле Генле большое количество Н2О и Na +, и на выходе из петли моча снова становится изотонический.

Таким образом, роль петли Генле как протипоточного концентрирующего механизма определяют следующие факторы:

1) близко роташування восходящего и нисходящего колен;

2) проницаемость нисходящего колена для Н2О;

3) непроницаемость нисходящего колена для растворенных веществ;

4) проницаемость восходящего сегмента для Na +, K +, Са2 +, Mg2 +, СГ;

5) наличие механизмов активного транспорта в восходящем колене.

В дистальной части канальца происходит дальнейшая реабсорбция Na +, K +, Са2 +, Mg2 +, Н2О, которая зависит от концентрации этих веществ в крови - факультативная реабсорбция. Если их много, то они не реабсорбируются, если мало, то они возвращаются в кровь. Дистальный отдел регулирует и поддерживает постоянство концентрации ионов Na + и К + в организме. Проницаемость стенок дистальной части канальца для Н2О регулируется АДГ (АДГ) гипофиза (секреция которого зависит от осмотического давления крови). При повышении осмотического давления (то есть уменьшении количества Н2О), возбуждаются осморецепторы гипоталамуса, секркции АДГ увеличивается, увеличивается проницаемость стенок канальца для Н20 и она реабсорбируется в кровь, то есть задерживается в организме, и осмотическое давление уменьшается.

Аналогично регулируется реабсорбция воды в уборочной трубочке, которая также участвует в образовании гипертонической или гипотонической мочи, в зависимости от потребности организма в воде.

Величину канальцевой реабсорбации веществ определяют по разнице между количеством их в первичной и конечной мочи. Величину канальцевой реабсорбции воды (RH2O) определяют по разнице между скоростью клубочковой фильтрации (СИП) и количеством конечной мочи и выражают в процентах по отношению к СКФ. RH 2 O = Сип - V / Сип × 100%

В обычных условиях величина реабсорбции составляет 98-99%. Для оценки функции проксимальных канальцев определяют величину максимальной реабсорбции глюкозы (Tmg), увеличивая ее концентрацию в плазме крови до предела, что значительно превышает пороговую. Tmg = Сип × Pg - Ug × V , где Сип - СКФ; Рg - концентрация глюкозы в крови Ug - концентрация глюкозы в моче; V - количество выделенной за 1 мин мочи. Средняя величина Tmg у мужчин составляет 34,7 ммоль / л. В возрасте после 40 лет Tmg уменьшается на 7% за каждые 10 лет жизни.

Подробности

Реабсорбция – это транспорт веществ из просвета почечных канальцев в кровь , протекающую через околоканальцевые капилляры. Реабсорбируется 65% от объема первичной мочи (примерно 120 л/сутки. Было 170 л, выделилось 1.5): вода, минеральные соли, все необходимые органические компоненты, (глюкоза, аминокислоты). Транспорт пассивный (осмос, диффузия по электрохимическому градиенту) и активный (первично-активный и вторично-активный с участием белковых молекул-переносчиков). Транспортные системы такие же, как и в тонком кишечнике.

Пороговые вещества – обычно полностью реабсорбируются (глюкоза, аминокислоты) и выделяются с мочой только если их концентрация в плазме крови превышает пороговую величину (так называемый «порог выведения»). Для глюкозы порог выведения 10 ммоль/л (при нормальной концентрации глюкозы в крови 4.4-6.6 ммоль/л).

Беспороговые вещества – всегда выводятся независимо от их концентрации в плазме крови . Они не реабсорбируются или реабсорбируются частично, например, мочевина и др. метаболиты.

Механизм работы различных отделов почечного фильтра.

1. В проксимальном канальце берет свое начало процесс концентрирования клубочкового фильтрата, причем наиболее важным моментом здесь является активное поглощение солей. С помощью активного транспорта из данного участка канальца обратно всасывается около 67% Na+. Почти пропорциональное количество воды и некоторых других растворенных веществ, например ионов хлора, следует за ионами натрия пассивно. Таким образом, прежде чем фильтрат достигнет петли Генле, из него реабсорбирустся около 75% веществ. В результате канальцевая жидкость становится изоосмотической по отношению к плазме крови и тканевым жидкостям.

Проксимальный каналец идеально приспособлен для интенсивной реабсорбции соли и воды . Многочисленные микроворсинки эпителия образуют так называемую щеточную кайму, покрывающую внутреннюю поверхность просвета почечного канальца. При таком устройстве абсорбирующей поверхности чрезвычайно увеличивается площадь клеточной мембраны и в результате облегчается диффузия соли и воды из просвета канальца в эпителиальные клетки.

2. Нисходящее колено петли Генле и часть восходящего колена , расположенная во внутреннем слое мозгового вещества , состоят из очень тонких клеток, у которых нет щеточной каймы, а число митохондрий мало. Морфология тонких участков нефрона свидетельствует об отсутствии здесь активного переноса растворенных веществ через стенку канальца. На данном участке нефрона NaCl очень плохо проникает сквозь стенку канальца, мочевина - несколько лучше, а вода проходит без затруднений.

3. Стенка тонкого участка восходящего колена петли Генле также неактивна в отношении транспорта соли. Тем не менее она обладает высокой проницаемостью для Na+ и Сl-, но малопроницаема для мочевины и почти непроницаема для воды.

4. Толстый участок восходящего колена петли Генле , расположенный в мозговом веществе почки, отличается от остальных участков указанной петли. Он осуществляет активный перенос Na+ и Cl- из просвета петли в интерстициальное пространство. Этот участок нефрона вместе с остальной частью восходящего колена чрезвычайно мало проницаем для воды. Из-за реабсорбции NaCl жидкость поступает в дистальный каналец несколько гипоосмотичной по сравнению с тканевой жидкостью

5. Движение воды через стенку дистального канальца - процесс сложный. Дистальный каналец имеет особое значение для транспорта К+, Н+ и NH3 из тканевой жидкости в просвет нефрона и транспорта Na+, Cl- и Н2О из просвета нефрона в тканевую жидкость. Поскольку соли активно "выкачиваются" из просвета канальца, вода следует за ними пассивно.

6. Собирательный проток проницаем для воды, что позволяет ей переходить из разбавленной мочи в более концентрированную тканевую жидкость мозгового вещества почки. В этом заключается конечная стадия образования гиперосмотической мочи. В протоке происходит также реабсорбция NaCl, но за счет активного переноса Na+ через стенку. Для солей собирательный проток непроницаем, в отношении воды его проницаемость меняется. Важной особенностью дистального участка собирательного протока, расположенного во внутреннем мозговом слое почек, является его высокая проницаемость для мочевины.

Механизм реабсорбции глюкозы.

Проксимальная (1/3) реабсорбция глюкозы осуществляется с помощью специальных переносчиков щеточной каемки апикальной мембраны эпителиальных клеток . Эти переносчики транспортируют глюкозу, только если одновременно связывают и переносят натрий. Пассивное перемещение натрия по градиенту концентрации внутрь клеток ведет к транспорту через мембрану и переносчика с глюкозой.

Для реализации этого процесса необходима низкая концентрация натрия в эпителиальной клетке, создающая градиент концентрации между внешней и внутриклеточной средой, что обеспечивается энергозависимой работой натрий-калиевого насоса базальной мембраны .

Такой вид транспорта называют вторично активным, или симпортом , т. е. совместным пассивным транспортом одного вещества (глюкоза) из-за активного транспорта другого (натрия) с помощью одного переносчика. При избытке глюкозы в первичной моче может произойти полная загрузка всех молекул переносчиков и глюкоза уже не сможет всасываться в кровь.

Эта ситуация характеризуется понятием «максимальный канальцевый транспорт вещества » (Тм глюкозы), которое отражает максимальную загрузку канальцевых переносчиков при определенной концентрации вещества в первичной моче и, соответственно, в крови. Эта величина составляет от 303 мг/мин у женщин до 375 мг/мин у мужчин. Величине максимального канальцевого транспорта соответствует понятие «почечный порог выведения».

Почечным порогом выведения называют ту концентрацию вещества в крови и, соответственно, в первичной моче, при которой оно уже не может быть полностью реабсорбировано в канальцах и появляется в конечной моче. Такие вещества, для которых может быть найден порог выведения, т. е. реабсорбирующиеся при низких концентрациях в крови полностью, а при повышенных концентрациях - не полностью, носят название пороговых. Примером является глюкоза, которая полностью всасывается из первичной мочи при концентрациях в плазме крови ниже 10 ммоль/л, но появляется в конечной моче, т. е. полностью не реабсорбируется, при содержании ее в плазме крови выше 10 ммоль/л. Следовательно, для глюкозы порог выведения составляет 10 ммоль/л .

Механизмы секреции в почечном фильтре.

Секреция - это транспорт веществ из крови , протекающей через околоканальцевые капилляры, в просвет почечных канальцев. Транспорт пассивный и активный. Секретируются ионы Н+, К+, аммиак, органические кислоты и основания (например, чужеродные вещества, в частности, лекарственные препараты: пенициллин и др). Секреция органических кислот и оснований происходит с помощью вторично-активного натрий-зависимого механизма.

Секреция йонов калия.

Большая часть легко фильтрующихся в клубочках ионов калия обычно реабсорбируется из фильтрата в проксимальных канальцах и петлях Генлe . Скорость активной реабсорбции в канальце и петле не снижается даже в том случае, когда концентрация К+ в крови и фильтрате сильно возрастает в ответ на избыточное потребление организмом этого иона.

Однако дистальные канальцы и собирательные протоки способны не только реабсорбировать, но и секретировать ионы калия . Секретируя калий, данные структуры стремятся достичь ионного гомеостаза в случае поступления в организм необычайно большого количества этого металла. Транспорт К+, по-видимому, зависит от его постуления в клетки канальцев из тканевой жидкости, обусловленного активностью обычного Nar+ - Ka+-насоса, с утечкой К+ из цитоплазмы в канальцевую жидкость. Калий может просто диффундировать по электрохимическому градиенту из клеток почечных канальцев в просвет, потому что канальцевая жидкость электроотрицательна по отношению к цитоплазме. Секреция К+ с помощью данных механизмов стимулируется адренокортикальным гормоном-альдостероном, который высвобождается в ответ на повышение содержания К+ в плазме крови.

Канальцевая реабсорбция - это процесс обратного всасывания воды и веществ из содержащейся в просвете канальцев мочи в лимфу и кровь.

Основная масса молекул реабсорбируется в проксимальном отделе нефрона. Здесь практически полностью абсорбируются аминокислоты, глюкоза, витамины, белки, микроэлементы, значительное количество ионов Na+, C1-, HCO3- и многие другие вещества.

В петле Генле, дистальном отделе канальца и собирательных трубочках всасываются электролиты и вода.

Альдостерон стимулирует реабсорбцию Na+ и экскрецию K+ и H+ в почечные канальцы в дистальном отделе нефрона, в дистальном канальце и кортикальных собирательных трубочках .

Вазопрессин способствует реабсорбции воды из дистальных извитых канальцев и собирательных трубок.

С помощью пассивного транспорта осуществляется реабсорбция воды, хлора, мочевины.

Активным транспортом называют перенос веществ против электрохимического и концентрационного градиентов. Причем различают первично-активный и вторично-активный транспорт. Первично-активный транспорт происходит с затратой энергии клетки. Примером служит перенос ионов Na+ с помощью фермента Na+/K+-АТФазы, использующей энергию АТФ. При вторично-активном транспорте перенос вещества осуществляется за счет энергии транспорта другого вещества. Механизмом вторично-активного транспорта реабсорбируются глюкоза и аминокислоты.

Величине максимального канальцевого транспорта соответствует старое понятие "почечный порог выведения". Для глюкозы эта величина составляет 10 ммоль/л.

Вещества, реабсорбция которых не зависит от их концентрации в плазме крови, называются непороговыми. К ним относятся вещества, которые или вообще не реабсорбируются, (инулин, маннитол) или мало реабсорбируются и выделяются с мочой пропорционально накоплению их в крови (сульфаты).

В норме небольшое количество белка попадает в фильтрат и реабсорбируется. Процесс реабсорбции белка осуществляется с помощью пиноцитоза. Войдя в клетку, белок подвергается гидролизу со стороны ферментов лизосом и превращается в аминокислоты. Не все белки подвергаются гидролизу, часть их переходит в кровь в неизмененном виде. Этот процесс активный и требует энергии. Появление белка в моче носит название протеинурии. Протеинурия может быть и в физиологических условиях, пример, после тяжелой мышечной работы. В основном протеинурия имеет место в патологии при нефритах, нефропатиях, при миеломной болезни.

Мочевина играет важную роль в механизмах концентрирования мочи, свободно фильтруется в клубочках. В проксимальном канальце часть мочевины пассивно реабсорбируется за счет градиента концентрации, который возникает вследствие концентрирования мочи. Остальная часть мочевины доходит до собирательных трубочек. В собирательных трубочках под влиянием АДГ происходит реабсорбция воды и концентрация мочевины повышается. АДГ усиливает проницаемость стенки и для мочевины, и она переходит в мозговое вещество почки, создавая здесь примерно 50% осмотического давления. Из интерстиция по концентрационному градиенту мочевина диффундирует в петлю Генле и вновь поступает в дистальные канальцы и собирательные трубочки. Таким образом, совершается внутрипочечный круговорот мочевины. В случае водного диуреза всасывание воды в дистальном отделе нефрона прекращается, а мочевины выводится больше. Таким образом, ее экскреция зависит от диуреза.

Реабсорбция слабых кислот и оснований зависит от того, в какой форме они находятся - в ионизированной или неионизированной. Слабые основания и кислоты в ионизированном состоянии не реабсорбируются и выводятся с мочой. Степень ионизации оснований увеличивается в кислой среде, поэтому они с большей скоростью экскретируются с кислой мочой, слабые кислоты, напротив, быстрее выводятся с щелочной мочой. Это имеет большое значение, так как многие лекарственные вещества являются слабыми основаниями или слабыми кислотами. Поэтому при отравлении ацетилсалициловой кислотой или фенобарбиталом (слабыми кислотами) необходимо вводить щелочные растворы (NaHCO3), для того чтобы перевести эти кислоты в ионизированное состояние, тем самым способствуя их быстрому выведению из организма. Для быстрой экскреции слабых оснований необходимо вводить в кровь кислые продукты для закисления мочи.

Вода реабсорбируется во всех отделах нефрона пассивно за счет транспорта осмотически активных веществ: глюкозы, аминокислот, белков, ионов натрия, калия, кальция, хлора. При снижении реабсорбции осмотически активных веществ уменьшается и реабсорбция воды. Наличие глюкозы в конечной моче ведет к увеличению диуреза (полиурии).

Основным ионом, обеспечивающим пассивное всасывание воды, является натрий. Натрий, как указывалось выше, также необходим для транспорта глюкозы и аминокислот. Кроме того, он играет важную роль в создании осмотически активной среды в интерстиции мозгового слоя почки, благодаря чему происходит концентрирование мочи.

Поступление натрия из первичной мочи через апикальную мембрану внутрь клетки канальцевого эпителия происходит пассивно по электрохимическому и концентрационному градиентам. Выведение натрия из клетки через базолатеральные мембраны осуществляется активно с помощью Na+/K+-АТФазы. Так как энергия клеточного метаболизма расходуется на перенос натрия, транспорт его является первично-активным. Транспорт натрия в клетку может происходить за счет разных механизмов. Один из них - это обмен Na+ на Н+ (противоточный транспорт, или антипорт). В этом случае ион натрия переносится внутрь клетки, а ион водорода - наружу. Другой путь переноса натрия в клетку осуществляется с участием аминокислот, глюкозы. Это так называемый котранспорт, или симпорт. Частично реабсорбция натрия связана с секрецией калия.

Сердечные гликозиды (строфантин К, оубаин) способны угнетать фермент Na+/К+-АТФазу, обеспечивающую перенос натрия из клетки в кровь и транспорт калия из крови в клетку.

Большое значение в механизмах реабсорбции воды и ионов натрия, а также концентрирования мочи имеет работа так называемой поворотно-противоточной множительной системы. После прохождения проксимального отрезка канальца изотоничный фильтрат в уменьшенном объеме поступает в петлю Генле. В этом участке интенсивная реабсорбция натрия не сопровождается реабсорбцией воды, так как стенки этого отрезка мало проницаемы для воды даже под воздействием АДГ. В связи с этим наступают разведение мочи в просвете нефрона и концентрация натрия в интерстиции. Разведенная моча в дистальном отделе канальца теряет избыток жидкости, становясь изотоничной плазме. Уменьшенный объем изотоничной мочи поступает в собирательную систему, идущую в мозговом слое, высокое осмотическое давление в интерстиции которого обусловлено повышенной концентрацией натрия. В собирательных трубочках под влиянием АДГ продолжается обратное всасывание воды в соответствии с концентрационным градиентом. Проходящие в мозговом слое vasa recta функционируют как противоточно-обменные сосуды, забирающие по пути к сосочкам натрий и отдающие его до возвращения к корковому слою. В глубине мозгового слоя таким путем поддерживается высокое содержание натрия, обеспечивающее резорбцию воды из собирательной системы и концентрацию мочи.

8606 0

Белок

В процессе клубочковой фильтрации образуется практически безбелковая жидкость, однако через фильтрующую мембрану в нефрон проникает все же небольшое количество различных белков. Они всасываются клетками проксимальных канальцев; экскреция белка в норме не превышает 20—75 мг/сут, хотя при некоторых патологических состояниях протеинурия может достигать 50 г/сут. Реабсорбция белка происходит с помощью процесса, называемого пиноцитозом.

Увеличение экскреции белка почкой может быть обусловлено возрастанием фильтрации белка в клубочках, превышающей способность канальцев к его реабсорбции, и нарушением обратного всасывания белков. Существуют раздельные системы реабсорбции различных белков, так как обнаружен Тm для гемоглобина, альбумина. Протеинурия в клинике может выявляться не только при патологических, но и при ряде физиологических состояний - большой физической нагрузке (маршевая альбуминурия), переходе в вертикальное положение (ортостатическая альбуминурия), повышении венозного давления и др.

Натрий и хлор

Ионы натрия и хлора преобладают во внеклеточной жидкости; они определяют осмотическую концентрацию плазмы крови, от их выведения или удержания почкой зависит регуляции объема внеклеточной жидкости. Так как состав ультрафильтрата весьма близок к внеклеточной жидкости, в первичной моче в наибольшем количестве содержатся ионы натрия и хлора, реабсорбция которых в молярном выражении превышает обратное всасывание всех остальных профильтровавшихся веществ, вместе взятых.

Реабсорбция натрия и хлора в дистальном сегменте нефрона и собирательных трубках обеспечивает участие в осмотическом гомеостазе. Не менее важно и то, что система транспорта натрия связана с трансмембранным переносом большой группы органических и неорганических веществ. В последние годы существенно изменились представления о механизмах, транспорта ионов клетками нефрона [Лебедев А. А., 1972; Наточин Ю. В., 1972; Vogel Н., Ullrich К., 1978]. Если раньше считали активным только транспорт натрия, то в настоящее время убедительно продемонстрирована способность клеток одного из отделов нефрона к активному транспорту ионов хлора; . Сильно изменились представления о механизме реабсорбции жидкости в проксимальном канальце. Ниже обобщены современные данные о реабсорбции натрия и хлора в почечных канальцах и регуляции этого процесса.

В проксимальном сегменте нефрона, включающем извитой и прямой канальцы, реабсорбируется около 2/3 профильтровавшегося натрия и воды, но концентрация натрия в канальцевой жидкости остается такой же, как в плазме крови. Особенность проксимальной реабсорбции заключается в том, что натрий и другие реабсорбируемые вещества всасываются с осмотически эквивалентным объемом воды и содержимое канальца всегда остается изоосмотичным плазме крови. Это обусловлено высокой проницаемостью для воды стенки проксимального канальца.

Клетки этого канальца активно реабсорбируют натрий. В начальных отделах канальца главным анионом, сопровождающим натрий, является бикарбонат; стенка этой части нефрона для хлоридов менее проницаема, что приводит к постепенному увеличению концентрации хлоридов, которая возрастает в 1,4 раза по сравнению с плазмой крови. В начальных частях проксимального канальца интенсивно реабсорбируются глюкоза, аминокислоты и некоторые другие органические компоненты ультрафильтрата. Таким образом, к конечным частям проксимального извитого канальца состав из осмотической жидкости существенно изменяется - из нее всасываются основная масса бикарбоната, многие органические вещества, но становится выше концентрация хлоридов (рис. 1).

Оказалось, что межклеточные контакты в этой части канальца высокопроницаемы для хлоридов. Так как их концентрация в просвете выше, чем в околоканальцевой жидкости и крови, они пассивно реабсорбируются из канальца, увлекая за собой натрий и воду. В прямом отделе проксимального канальца продолжается реабсорбция натрия и хлоридов. В этом отделе происходят как активный транспорт натрия, так и пассивная реабсорбция хлоридов и движение части натрия вместе с ними по межклеточным промежуткам, хорошо проницаемым для хлоридов.

Рис. 1. Локализация реабсорбции и секреции электролитов и неэлектролитов в нефроне. Стрелка, обращенная из просвета канальца, - реабсорбция вещества, в просвет канальца - секреция.

Проницаемость стенки канальцев для ионов и воды определяется свойствами не только мембран клеток, но и зоны плотного соединения, где клетки контактируют друг с другом. Оба этих элемента существенно отличаются в разных отделах нефрона. Через апикальную мембрану клетки натрий входит в цитоплазму пассивно по градиенту электрохимического потенциала, так как внутренняя поверхность клетки электроотрицательна по отношению к канальцевой жидкости.

Далее натрий движется по цитоплазме к базальной и боковым частям клетки, где находятся натриевые насосы. В этих клетках интегральной частью натриевого насоса служит активируемая ионами Na+ и К+ зависимая от Mg2+ аденозинтрифосфатаза (Na+, К+-АТФ-аза) . Этот фермент, используя энергию АТФ, обеспечивает перенос из клетки ионов натрия и поступление в нее ионов калия. Ингибиторами этого фермента служат сердечные гликозиды (например, уабаин, строфантин К и др.) полностью прекращающие активную реабсорбцию натрия клетками проксимального канальца.

Важнейшее значение в функциональной способности проксимального канальца имеет высокопроницаемая для некоторых ионов и воды зона клеточных контактов. Через нее происходят пассивная реабсорбция хлоридов и движение воды по осмотическому градиенту. Полагают, что скорость всасывания жидкости по межклеточным промежуткам регулируется под влиянием таких физических сил, как соотношение между уровнем гидростатического давления в почечных артериях, венах и мочеточнике, величина онкотического давления в околоканальцевых капиллярах и др. Проницаемость межклеточных промежутков не строго постоянна - она может меняться при ряде физиологических состояний. Даже небольшое увеличение осмотического градиента, вызываемое мочевиной, обратимо увеличивает межклеточную проницаемость в почечных канальцах.

В тонком нисходящем отделе петли Генле не происходит сколько-нибудь существенной реабсорбции натрия и хлора. Особенностью этого канальца по сравнению с тонким и толстым восходящим отделом петли Генле является высокая проницаемость для воды. Тонкий нисходящий отдел петли характер разуется низкой проницаемостью для натрия, а восходящий наоборот - высокой. Пройдя по тонкому отделу петли Генле, жидкость поступает в толстый восходящий отдел петли. Стенка этого канальца всегда имеет низкую проницаемость для воды. Особенность клеток этого канальца состоит в том, что в них функционирует хлорный насос, активно реабсорбирующий хлор из просвета канальца, натрий следует пассивно по градиенту. Неясно, происходит ли в этом канальце только пассивная реабсорбция натрия или частично функционирует и натриевый насос.

С клинической точки зрения важно, что открытие хлорного насоса совпало с выяснением механизма действия ряда наиболее эффективных современных диуретиков . Оказалось, что только при введении в просвет толстого восходящего отдела петли фуросемид и этакриновая кислота полностью угнетают реабсорбцию хлора. Они связываются с мембранными элементами клеток изнутри канальца, препятствуют поступлению хлора в клетку, а потому неэффективны при добавлении к внеклеточной жидкости (рис. 2). Эти диуретики поступают в просвет нефрона при фильтрации и секреции в проксимальном канальце, с током мочи достигают восходящего отдела петли Генле, прекращают реабсорбцию хлора и тем самым препятствуют здесь всасыванию натрия.

Рис. 2. Схема регуляции транспорта натрия и хлоридов в почке и механизма действия диуретиков [Наточин Ю. В., 1977]. Сплошной стрелкой показан активный транспорт, пунктирной - пассивный.

Толстый восходящий отдел петли Генле переходит в прямую часть дистального канальца, достигающую области macula densa, за которой следует дистальный извитой каналец. Этот отдел нефрона также малопроницаем для воды. Ведущим механизмом реабсорбции солей в этом канальце является натриевый насос, обеспечивающий реабсорбцию натрия против высокого электрохимического градиента. Особенность реабсорбции натрия в этом отделе состоит в том, что хотя здесь может всосаться лишь 10% профильтровавшегося натрия и скорость реабсорбции меньше, чем в проксимальном канальце, но создается больший концентрационный градиент, концентрация натрия и хлора в просвете может снижаться до 30-40 ммоль /л. В отличие от натрия реабсорбция хлора происходит в основном пассивно.

Связующий отдел соединяет дистальный сегмент нефрона с начальными отделами собирательных трубок. Эти канальцы раньше считавшиеся пассивными проводниками мочи в мочевыводящую систему, являются важнейшими структурами почки, тонко и точно реагирующими на действие гормонов и приспосабливающими работу почки к потребностям организма. В этих канальцах основой реабсорбции служит натриевый насос, хлориды реабсорбируются пассивно. Стенка канальцев может быть не только водонепроницаемой, но и высокопроницаемой для воды в присутствии АДГ. Именно в этом отделе канальцев (а не в дистальном сегменте, как полагали раньше) действует АДГ.

Транспорт натрия в этих клетках регулируется альдостероном. Изменение характера ионного транспорта и тем самым свойств переносчиков и насосов отражается и на особенностях химической структуры диуретиков, которые эффективны в этом отделе нефрона. В этих канальцах действуют верошпирон, амилорид, триамтерен. Верошпирон снижает реабсорбцию натрия, конкурентно уменьшая действие альдостерона. Совсем иной механизм действия у амилорида и триамтерена. Эти препараты действуют только после того, как попадут в просвет нефрона. Они связываются с теми химическими компонентами апикальной мембраны, которые обеспечивают вход натрия в клетку; натрий не может реабсорбироваться и экскретируется с мочой.

Кортикальные отделы собирательных трубок переходят в отделы, проходящие по мозговому веществу почки. Их функция отличается тем, что они способны активно реабсорбировать совсем небольшие количества натрия, но могут создавать очень высокий концентрационный градиент. Стенка этих канальцев малопроницаема для солей, а ее проницаемость для воды регулируется АДГ.

Клиническая нефрология

под ред. Е.М. Тареева