12.2.3.2. Канальцевая реабсорбция

К оглавлению
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 
34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 
51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 
68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 
85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 
102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 
119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 
136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 
153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 

Начальный этап мочеобразования, приводящий к фильтрации всех низкомолекулярных компонентов плазмы крови, неизбежно должен сочетаться с существованием в почке систем, реабсорби-рующих 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+, Cl~, HCOj. В последующих отделах   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 1/3 профильтровавшейся в клубочках жидкости. Из всего количества натрия, поступившего в нефрон при фильтрации, в пет­ле нефрона всасывается до 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 концентрация'). 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-тируется 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 явления 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 установить 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 цитоплаз-матической 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 Сl. 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 элементы 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 рН 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 липи-ды мембран проникают в клетки, а затем в плазму крови, т. е. они реабсорбируются. Если значение рН канальцевой жидкости сдви­нуто в кислую сторону, то основания ионизируются, плохо всасы­ваются и экскретируются с мочой. Никотин — слабое основание, при рН 8,1 ионизируется 50 %, в 3—4 раза быстрее экскретирует-ся с кислой (рН около 5), чем с щелочной (рН 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 около­ядерной 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 реабсорбции R (TRX) определяется по разности между количеством вещества X (F*Px*fx), профильтровавшегося в клу­бочках, и количеством вещества, выделенного с мочой   (UX*V).

где   F — объем   клубочковой   фильтрации,   fx — фракция   веще­ства X, не связанная с белками в плазме по отношению к его общей 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 реаб-сорбции (% 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 (Тта). 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, PG — концентрация глюкозы в плазме крови, a UG — концентрация глюкозы в моче; Тт — максимальный канальцевый транспорт изучаемого вещества. Вели­чина Ттg 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.