Регуляция канальцевой реабсорбции. Регуляция реабсорбции воды в дистальных канальцах
Еще в 1842 г немецкий физиолог К. Людвиг предполагал, что мочеобразование состоит из 3-х процессов. В 20-х годах ХХ столетия американский физиолог А. Ричардс подтвердил это предположение.
Образование конечной мочи является результатом трех последовательных процессов:
I. В почечных клубочках происходит начальный этап мочеобразования - клубочковая, или гломерулярная ультрофильтрация безбелковой жидкости из плазмы крови в капсулу почечного клубочка, в результате чего образуется первичная моча.
II. Канальцевая реабсорбция - процесс обратного всасывания профильтровавшихся веществ и воды.
III. Секреция . Клетки некоторых отделов канальца переносят из внеклеточной жидкости в просвет нефрона (секретируют) ряд органических и неорганических веществ либо выделяют в просвет канальца молекулы, синтезированные в клетке канальца.
I .ГЛОМЕРУЛЯРНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ
Образование мочи начинается с клубочковой фильтрации, т.е. переноса жидкости от гломерулярных капилляров в боуменову капсулу, при этом жидкость проходит через клубочковый фильтр.
Фильтрующая мембрана . Фильтрационный барьер в почечном тельце состоит из трех слоев: эндотелий гломерулярных капилляров, базальная мембрана и однорядный слой эпителиальных клеток, выстилающих капсулу Боумена. Первый слой, эндотелиальные клетки капилляров, перфорирован множеством отверствий ("окон" или "фенестров")(d пор 40 – 100 нм). Базальная мембрана это гелеподобное, бесклеточное ячеистое образование, состоящее из гликопротеинов и протеогликанов. Клетки эпителия капсулы, которые покоятся на базальной мембране, носят название подоцитов. У подоцитов необычное осьминогоподобное строение, в результате чего они имеют множество пальцевидных отростков, вдавленных в базальную мембрану. Щелевидные пространства между расположенными рядом пальцевидными отростками представляют собой проходы, по которым фильтрат, пройдя эндотелиальные клетки и базальную мембрану, проникает в боуменово пространство(d щелей между педикулами подоцитов 24-30 нм)
В базальной мембране имеются поры(d пор 2,9 – 3,7 нм) , которые ограничивают прохождение форменных элементов крови, а также крупных молекул более 5-6 мм (молекул. вес больше 70000 Да: фильтруются молекулы, имеющие м.м. менее 70 000 Да: все минеральные вещества, органические соединения (за исключением крупномолекулярных белков, липоидов)
Поэтому крупные белки, такие как глобулины (мол.вес 160000) и казеины (мол. вес 100000) в фильтрат не поступают. Альбумины плазмы крови (мол.вес около 70000) проходят в фильтрат в ничтожном количестве. В просвет капсулы нефрона проникает инулин около 22% яичного альбумина, 3% гемоглобина и менее 0,01 % сывороточного альбумина (в случае гемолиза) таким образом, происходит фильтрация. Свободному прохождению белков через гломерулярный фильтр препятствует отрицательно заряженные молекулы в веществе базальной мембраны и выстилке, лежащей на поверхности подоцитов, поскольку подавляющее число белков плазмы несет почти только отрицательные электрические заряды. При определенной форме патологии почки, когда на мембранах исчезает отрицательный заряд, становятся "проницаемыми" по отношению к белкам.
Проницаемость гломерулярного фильтра определяется минимальным размером молекул, которые способны фильтроваться и зависит от:1) размера пор;2) заряда пор (базальная мембрана – анионит);3) гемодинамических условий; 4) работы педикул подоцитов(в них имеются актомиозиновые нити) и мезангиальных клеток.
По своему составу ультрафильтрат - первичная моча изотонична плазме крови. Неорганические соли и низкомолекулярные органические соединения (мочевина, мочевая кислота, глюкоза, аминокислоты, креатинин) - свободно проходят через клубочковый фильтр и поступают в полость капсулы Боумена. Основной силой, обеспечивающей возможность ультрафильтрации в почечных клубочках, является гидростатическое давление крови в сосудах. Его величина обусловлена тем, что приносящая артериола - больше по диаметру, чем выносящая, а также тем, что почечные артерии отходят от брюшного отдела аорты.
Площадь фильтрации в двух почках составляет 1,5 м 2 на 100 г ткани (т.е.почти равна поверхности тела.-S тела 1,73 м 2). Зависит от : 1) площади поверхности капилляров; 2) количества пор (больше, чем в любом другом органе; на их долю приходится до 30% поверхности эндотелиальных клеток);3) количества функционирующих нефронов.
Эффективное фильтрационное давление (ЭФД) , от которого зависит скорость клубочковой фильтрации, определяется разностью между ГДК (гидростатическое давление крови) в капиллярах клубочка (у человека от 60-90 мм.рт.ст.) и противодействующими ему факторами - онкотическим давлением белков плазмы крови (ОДК равно 30 мм.рт.ст.) и гидростатическим давлением жидкости (или ультрафильтрата) или в капсуле клубочка около 20 мм.рт.ст.
ЭФД= ГДК- (ОДК+ ГДУ)
ЭФД = 70 мм.рт.ст. - (30 мм.рт.ст.+ 20 мм.рт.ст.) = 20мм.рт.ст .
ЭФД может варьировать от 20 до 30 мм.рт.ст. Фильтрация происходит только в том случае, если давление крови в капиллярах клубочков превышает сумму онкотического давления белков в плазме и давления жидкости в капсуле клубочка. При повышении фильтрационного давления диурез увеличивается, при понижении - уменьшается. Давление крови в капиллярах клубочков и кровоток через них почти не изменяются, так как при повышении системного артериального давления тонус приносящей артериолы возрастает, а при понижении системного давления ее тонус уменьшается (эффект Остроумова - Бейлиса).
Факторы определяющие фильтрацию
Почечные факторы
К-во функционирующих клубочков
Диаметр приносящего и выносящего сосудов
Давление фильтрата в капсуле
Внепочечные факторы
Общее функциональное состояние системы кровообращения, к-во циркулирующей крови, величина АД и скорость кровотока
Степень гидратации организма. Осмотическое и онкотическое давление.
Функционирование других механизмов выведения мочи(потовые железы)
Количество первичной мочи - 150-180 л/сутки . Через почки в сутки протекает 1700 литров крови. Скорость клубочковой фильтрации 125 мл/мин у мужчин и 110мл/мин у женщин. Таким образом, около 180 литров в сутки. Средний общий объем плазмы в организме человека составляет примерно 3 л, это означает, что вся плазма фильтруется в почках около 60 раз в сутки. Способность почек фильтровать такой огромный объем плазмы дает возможность им экскретировать значительное количество конечных продуктов обмена веществ и очень точно регулировать элементный состав жидкостей внутренней среды организма.
II.КАНАЛЬЦЕВАЯ РЕАБСОРБЦИЯ
В почках человека за одни сутки образуется до 170 л фильтрата, а выделяется 1-1,5л конечной мочи, остальная жидкость всасывается в канальцах. Первичная моча изотонична плазме крови (т.е. это плазма крови без белков) Обратное всасывание веществ в канальцах состоит в том, чтобы вернуть все жизненно-важные вещества и в необходимых количествах из первичной мочи.
Объем реабсорбции = объем ультрафильтрата – объем конечной мочи.
Молекулярные механизмы, участвующие в осуществлении процессов реабсорбции те же, что и механизмы, действующие при переносе молекул через плазматические мембраны в других частях организма это диффузия, активный и пассивный транспорт, эндоцитоз и пр.
Есть два пути для движения реабсорбируемого вещества из просвета в интерстициальное пространство.
Первый - движение между клетками, т.е. через плотное соединение двух соседних клеток - это парацеллюлярный путь . Парацеллюлярная реабсорбция может осуществляться посредством диффузии или за счет переноса вещества вместе с растворителем. Второй путь реабсорбции - транцеллюлярный ("через" клетку). В этом случае реабсорбируемое вещество должно преодолеть две плазматические мембраны на своем пути из просвета канальца к интерстициальной жидкости - люминальную (или апекальную) мембрану, отделяющую жидкость в просвете канальца от цитоплазмы клеток, и базолатеральную (или контрлюминальную) мембрану, отделяющую цитоплазму от интерстициальной жидкости. Трансцеллюлярный транспорт определяется термином активный , для краткости, хотя пересечение, по меньшей мере, одной из двух мембран осуществляется посредством первично или вторично активного процесса. Если вещество реабсорбируется против электрохимического и концентрационного градиентов, процесс называется активным транспортом. Различают два вида 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. Этот транспорт обеспечивается энергией получаемой непосредственно при расщеплении молекул АТФ. Примером служит транспорт ионов Na, который происходит при участии Na + ,К + АТФазы, использующей энергию АТФ. В настоящее время известны следующие системы первично активного транспорта: Na + , K + - АТФаза; Н + -АТФаза; Н + ,К + -АТФаза и Са + АТФаза.
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 поступление 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 непосредственным активным выведением натрия из клетки во внеклеточную жидкость с помощью Na + , К + -АТФазы, локализованной в латеральных и базальных мембранах клетки. Реабсорбция Nа + Cl - представляет наиболее значительный по объему и энергетическим затратам процесс.
Различные отделы почечных канальцев отличаются по способности всасывать вещества. С помощью анализа жидкостей из различных частей нефрона были установлены состав жидкости и особенности работы всех отделов нефрона.
Проксимальный каналец. Реабсорбция в проксимальном сегменте – облигатная (обязательная).В проксимальных извитых канальцах - реабсорбируется большая часть компонентов первичной мочи с эквивалентным количеством воды (объем первичной мочи уменьшается примерно на 2/3). В проксимальном отделе нефрона полностью реабсорбируются аминокислоты, глюкоза, витамины, необходимое количество белка, микроэлементы, значительное количество Na + , K + , Ca + , Mg + , Cl _ , HCO 2 . Проксимальный каналец играет главную роль в возвращении всех этих профильтровавшихся веществ в кровь с помощью эффективной реабсорбции. Фильтруемая глюкоза практически полностью реабсорбируется клетками проксимального канальца, и в норме за сутки с мочой может выделяться незначительное ее количество (не более 130 мг). Глюкоза движется против градиента из просвета канальца через люминальную мембрану в цитоплазму посредством системы котранспорта с натрием. Это движение глюкозы опосредовано участием переносчика и является вторично активным транспортом, поскольку энергия, необходимая для осуществления движения глюкозы через люминальную мембрану, вырабатывается за счет движения натрия по его электрохимическому градиенту, т.е. посредством котранспорта. Данный механизм котранспорта столь мощный, что позволяет полностью всасывать всю глюкозу из просвета канальца. После проникновения в клетку глюкоза должна преодолеть базолатеральную мембрану, что происходит посредством независимой от участия натрия облегченной диффузии, это движение по градиенту поддерживается за счет высокой концентрации глюкозы, накапливающейся в клетке, вследствие активности люминального процесса котранспорта. Чтобы обеспечить активную трансцеллюлярную реабсорбцию, функционирует система: с наличием 2 мембран, которые асиметричны по отношению к присутствию переносчиков глюкозы; энергия выделяется только при преодолении одной мембраны, в данном случае люминальной. Решающий фактор, состоит в том, что весь процесс реабсорбции глюкозы зависит в конечном счете от первично активного транспорта натрия. Вторично активной реабсорбции при котранспорте с натрием через люминальную мембрану, тем же способом что и глюкоза реабсорбируются аминокислоты , неорганический фосфат, сульфат и некоторые органические питательные вещества. Низкомолекулярные белки реабсорбируются путем пиноцитоза в проксимальном сегменте. Реабсорбция белка начинается с эндоцитоза (пиноцитоза) на люминальной мембране. Этот энергозависимый процесс инициируется связыванием молекул профильтровавшегося белка со специфическими рецепторами на люминальной мембране. Обособленные внутриклеточные пузырьки, появившиеся в ходе эндоцитоза, сливаются внутри клетки с лизосомами, чьи ферменты расщепляют белки до низкомолекулярных фрагментов - дипептидов и аминокислот, которые удаляются в кровь через базолатеральную мембрану. Выделение белков с мочой в норме составляет не более 20 - 75 мг в сутки, а при заболевании почек оно может возрастать до 50 г в сутки (протеинурия).
Увеличение выделения белков мочой (протеинурия) может быть обусловлено нарушением их реабсорбции либо фильтрации.
Неионная диффузия - слабые органические кислоты и основания плохо диссоциируют. Растворяются в липидном матриксе мембран и реабсорбируются по концентрационному градиенту. Степень их диссоциации зависит от рН в канальцах: при его снижении диссоциация кислотуменьшается , оснований повышается . Реабсорбция кислот увеличивается , оснований – уменьшается . При возрастании рН – наоборот. Это используют в клинике для ускорения выведения ядовитых веществ – при отравлении барбитуратами защелачивают кровь. Это увеличивает их содержание в моче.
Петля Генле . В петле Генле в целом всегда реабсорбируется больше натрия и хлора (около 25% фильтруемого количества), чем воды (10% объема профильтровавшейся воды). Это является важным отличием петли Генле от проксимального канальца, где вода и натрий реабсорбируются практически в равных пропорциях. Нисходящая часть петли не реабсорбирует натрий или хлор, но она обладает весьма высокой проницаемостью для воды и реабсорбирует ее. Восходящая же часть(как тонкий, так и толстый ее участок) реабсорбирует натрий и хлор и практически не реабсорбирует воду, поскольку она совершенно не проницаема для нее. Реабсорбция хлорида натрия восходящей частью петли отвечает за реабсорбцию воды в нисходящей ее части, т.е. переход хлорида натрия из восходящей части петли в интерстициальную жидкость увеличивает осмолярность этой жидкости, а это влечет за собой большую реабсорбцию воды посредством диффузии из водопроницаемой нисходящей части петли. Поэтому этот участок канальца получил название разводящий сегмент. В результате жидкость будучи уже гипоосмотичной в восходящей толстой части петли Генле(вследствие выхода натрия), поступает в дистальный извитой каналец, где продолжается процесс разведения и она становится еще более гипоосмотичной, так как в последующих отделах нефрона органические вещества не всасываются в них реабсорбируются только ионы и Н 2 О. Таким образом, можно утверждать, что дистальный извитой каналец и восходящая часть петли Генле функционируют как сегменты, где происходит разведение мочи. По мере продвижения по собирательной трубке мозгового вещества канальцевая жидкость становится все более и более гиперосмотичной, т.к. реабсорбция натрия и воды продолжается и в собирательных трубках, в них происходит формирование конечной мочи (концентрированной, за счет регулируемой реабсорбции воды и мочевины. Н 2 О переходит в интерстициальное вещество согласно законам осмоса, т.к. там более высокая концентрация веществ. Процент реабсорбции воды может широко варьировать в зависимости от водного баланса данного организма.
Дистальная реабсорбция. Факультативная, регулируемая.
Особенности :
1. Стенки дистального сегмента плохо проницаемы для воды.
2. Здесь активно реабсорбируется натрий.
3. Проницаемость стенок регулируется : для воды - антидиуретическим гормоном, для натрия - альдостероном.
4.Происходит процесс секреции неорганических веществ.
До 80% профильтровавшегося натрия реабсорбируется в проксимальных сегментах канальцев, тогда как в дистальных сегментах и собирательных трубках его всасывается около 8 — 10%.
В проксимальном сегменте натрий всасывается с эквивалентным количеством воды, поэтому содержимое канальца остается изоосмотичным. В проксимальных отделах высока проницаемость и для натрия, и для воды. Через апикальную мембрану натрий входит в цитоплазму пассивно по градиенту электрохимического потенциала. Далее натрий движется по цитоплазме к базальной части клетки, где находятся натриевые насосы (Na-K-АТФаза, зависимая от Mg).
Пассивная реабсорбция ионов хлора происходит в зонах клеточных контактов, которые проницаемы не только для хлора, но и для воды. Проницаемость межклеточных промежутков не является строго постоянной величиной, она может меняться при физиологических и патологических состояниях.
В нисходящей части петли Генле натрий и хлор практически не всасываются.
В восходящей части петли Генле функционирует иной механизм всасывания натрия и хлора. На апикальной поверхности расположена система переноса в клетку ионов натрия, калия и двух ионов хлора. На базальной поверхности также имеются Na-K-насосы.
В дистальном сегменте ведущим механизмом реабсорбции солей является Na-насос, который обеспечивает реабсорбцию натрия против высокого концентрационного градиента. Здесь всасывается около 10% натрия. Реабсорбция хлора происходит независимо от натрия и пассивно.
В собирательных трубках транспорт натрия регулируется альдостероном. Натрий входит по натриевому каналу, движется к базальной мембране и переносится во внеклеточную жидкость Na-K-АТФазой.
Альдостерон действует на дистальные извитые канальцы и начальные отделы собирательных трубок.
Транспорт калия
В проксимальных сегментах всасывается 90-95% профильтровавшегося калия. Часть калия всасывается в петле Генле. Выделение калия с мочой зависит от его секреции клетками дистального канальца и собирательных трубок. При избыточном поступлении калия в организм его реабсорбция в проксимальных канальцах не снижается, но резко увеличивается секреция в дистальных канальцах.
При всех патологических процессах, сопровождающихся снижением фильтрационной функции, отмечается значительное увеличение секреции калия в канальцах почек.
В одной и той же клетке дистального канальца и собирательных трубок существуют системы реабсорбции и секреции калия. При дефиците калия они обеспечивают максимальное извлечение калия из мочи, а при избытке — его секрецию.
Секреция калия через клетки в просвет канальца является пассивным процессом, происходящим по концентрационному градиенту, а реабсорбция — активным. Усиление секреции калия под влиянием альдостерона связано не только с действием последнего на проницаемость калия, но и с увеличением поступления калия в клетку вследствие усиления работы Na-K-насоса.
Другим важным фактором регуляции транспорта калия в канальцах является инсулин, уменьшающий экскрецию калия. Большое влияние на уровень выделения калия оказывает состояние кислотно-щелочного равновесия. Алкалоз сопровождается увеличением выделения калия почкой, а ацидоз приводит к уменьшению калийуреза.
Транспорт кальция
Почки и кости играют главную роль в поддержании стабильного уровня кальция в крови. В сутки потребление кальция составляет около 1 г. Кишечником выделяется 0,8, почками — 0,1-0,3 г/сут. В клубочках фильтруется ионизированный кальций и находящийся в виде низкомолекулярных комплексов. В проксимальных канальцах реабсорбируется 50% профильтровавшегося кальция, в восходящем колене петли Генле — 20-25%, в дистальных канальцах — 5-10, в собирательных трубках — 0,5-1,0%.
Секреции кальция у человека не происходит.
В клетку кальций поступает по градиенту концентрации и сосредоточивается в эндоплазматическом ретикулуме и в митохондриях. Из клетки кальций выводится двумя путями: с помощью кальциевого насоса (Са-АТФаза) и Na/Ca обменника.
В клетке почечного канальца должна быть особенно эффективная система стабилизации уровня кальция, так как он непрерывно поступает через апикальную мембрану, а ослабление транспорта в кровь нарушило бы не только баланс кальция в организме, но и повлекло бы патологические изменения в самой клетке нефрона.
- Паратгормон
- Тирокальцитонин
- Соматотропный гормон
Гормоны, регулирующие транспорт кальция в почке:
Среди гормонов, регулирующих транспорт кальция в почке, наибольшее значение имеет паратгормон. Он уменьшает реабсорбцию кальция в проксимальном канальце, однако при этом снижается его экскреция почкой вследствие стимуляции всасывания кальция в дистальном сегменте нефрона и собирательных трубках.
В противоположность паратгормону тирокальцитонин вызывает увеличение экскреции кальция почкой. Активная форма витамина D3 увеличивает реабсорбцию кальция в проксимальном сегменте канальца. Соматотропный гормон способствует усилению кальцийуреза, именно поэтому у больных с акромегалией часто развивается мочекаменная болезнь.
Транспорт магния
Здоровый взрослый человек с мочой за сутки выделяет 60-120 мг магния. До 60% профильтровавшегося магния реабсорбируется в проксимальных канальцах. Большое количество магния реабсорбируется в восходящем колене петли Генле. Реабсорбция магния является активным процессом и ограничена величиной максимального канальцевого транспорта. Гипермагниемия приводит к усилению экскреции магния почкой и может сопровождаться преходящей гиперкальциурией.
При нормальном уровне клубочковой фильтрации почка быстро и эффективно справляется с повышением уровня магния в крови, предотвращая гипермагниемию, поэтому клиницисту чаще приходится встречаться с проявлениями гипомагниемии. Магний, как и кальций, не секретируется в канальцах почек.
Скорость экскреции магния возрастает при остром увеличении объема внеклеточной жидкости, при увеличении тирокальцитонина и АДГ. Паратгормон уменьшает выделение магния. Однако гиперпаратиреоидизм сопровождается гипомагниемией. Это, вероятно, связано с гиперкальциемией, которая увеличивает экскрецию не только кальция, но и магния в почках.
Транспорт фосфора
Почки играют ключевую роль в поддержании постоянства фосфатов в жидкостях внутренней среды. В плазме крови фосфаты представлены в виде свободных (около 80%) и связанных с белками ионов. За сутки через почки выделяется около 400-800 мг неорганического фосфора. 60-70% фильтруемых фосфатов всасывается в проксимальных канальцах, 5-10% — в петле Генле и 10-25% — в дистальных канальцах и собирательных трубках. Если резко снижена транспортная система проксимальных канальцев, то начинает использоваться большая мощность дистального сегмента нефрона, который может предотвратить фосфатурию.
В регуляции канальцевого транспорта фосфатов основная роль принадлежит гормону паращитовидных желез, который угнетает реабсорбцию в проксимальных сегментах нефрона, витамину D3, соматотропному гормону, которые стимулируют реабсорбцию фосфатов.
Транспорт глюкозы
Глюкоза, прошедшая через клубочковый фильтр, практически полностью реабсорбируется в проксимальных сегментах канальцев. За сутки может выделяться до 150 мг глюкозы. Реабсорбция глюкозы осуществляется активно с участием ферментов, затратой энергии и потреблением кислорода. Глюкоза проходит через мембрану вместе с натрием против высокого концентрационного градиента.
В клетке происходят накопление глюкозы, фосфорилирование ее до глюкозо-6-фосфата и пассивный перенос в околоканальцевую жидкость.
Полная реабсорбция глюкозы происходит лишь в тех случаях, когда количество переносчиков и скорость их движения через клеточную мембрану обеспечивают перенос всех молекул глюкозы, поступивших в просвет проксимальных отделов канальцев из почечных телец. Максимальное количество глюкозы, которое в состоянии реабсорбироваться в канальцах при полной загрузке всех переносчиков, в норме у мужчин составляет 375 ± 80, у женщин — 303 ± 55 мг/мин.
Уровень глюкозы в крови, при котором она появляется в моче, равен 8-10 ммоль/л.
Транспорт белка
В норме профильтровавшийся в клубочках белок (до 17-20 г/сут) практически весь реабсорбируется в проксимальных сегментах канальцев и в суточной моче обнаруживается в незначительном количестве — от 10 до 100 мг. Канальцевый транспорт белка — процесс активный, в нем принимают участие протеолитические ферменты. Реабсорбция белка осуществляется путем пиноцитоза в проксимальных сегментах канальцев.
Под воздействием протеолитических ферментов, содержащихся в лизосомах, белок подвергается гидролизу с образованием аминокислот. Проникая через базальную мембрану, аминокислоты поступают в около- канальцевую внеклеточную жидкость.
Транспорт аминокислот
В клубочковом фильтрате концентрация аминокислот такая же, как и в плазме крови, — 2,5-3,5 ммоль/л. В норме обратному всасыванию подвергается около 99% аминокислот, причем этот процесс происходит в основном в начальных отделах прокси-мального извитого канальца. Механизм реабсорбции аминокислот подобен описанному выше для глюкозы. Имеется ограниченное количество переносчиков, и когда все они соединяются с соответствующими аминокислотами, избыток последних остается в канальцевой жидкости и выводится с мочой.
В норме моча содержит лишь следы аминокислот.
- увеличение концентрации аминокислот в плазме при повышенном поступлении в организм и при нарушении их метаболизма, что приводит к перегрузке транспортной системы канальцев почек и аминоацидурии
- дефект переносчика, обеспечивающего реабсорбцию аминокислоты
- дефект апикальной мембраны клеток канальцев, что приводит к увеличению проницаемости щеточной каемки и зоны межклеточных контактов. В результате отмечается обратный ток аминокислот в каналец
- нарушение метаболизма клеток проксимального канальца
Причинами аминоацидурии являются:
Функциями канальцевого аппарата почки (включающего в себя проксимальный каналец, петлю нефрона, дистальный каналец и собирательные трубочки) являются:
— реабсорбция части профильтровавшихся в клубочке органических и неорганических веществ;
— секреция в просвет канальца веществ, содержащихся в крови или образующихся в клетках канальцев,
— концентрирование мочи.
Реабсорбция – это обратное всасывание различных веществ из просвета канальцев в плазму перитубулярных капилляров. Реабсорбция происходит во всех отделах канальцев нефрона, в собирательной трубочке и определяется особенностями строения канальцевого эпителия почек. Поверхность клеток проксимального извитого канальца, обращенная в его просвет имеет покрытую гликокаликсом густую щеточную каемку, которая в 40 раз увеличивает площадь контакта мембраны с канальцевой жидкостью. Под щеточной каемкой между клетками имеются проницаемые плотные соединения.
Апикальную часть плазмолеммы называют также люминальной, она обладает высокой ионной проницаемостью, содержит различные белки-переносчики и обеспечивает преимущественно пассивный транспорт различных веществ.
Базолатеральная часть клетки увеличена за счет складчатости мембраны и содержит большое число митохондрий, что определяет сосредоточенность в ней систем активного транспорта (ионных насосов).
Пороговая реабсорбция отражает зависимость всасывания вещества от его концентрации в плазме крови. Если концентрация вещества в плазме не превышает определенный пороговый уровень, то это вещество будет полностью реабсорбировано в канальцах нефрона, если же превышает – то реабсорбируется не полностью и появляется в конечной моче, что связано с максимальным насыщением переносчиков.
Первичная моча,
проходя по канальцах и уборочных трубочках, перед тем как превратиться в конечную мочу, претерпевает значительные изменения. Разница состоит не только в ее количестве (с 180 л остается 1-1,5 л), но и качества. Некоторые вещества, нужные организму, полностью исчезают из мочи или их становится гораздо меньше. Происходит процесс реабсорбции
. Концентрация других веществ во много раз увеличивается: они концентрируются при реабсорбции воды. Еще другие вещества, которых вообще не было в первичной мочи,
появляются в конечной. Это происходит в результате их секреции.
Процессы реабсорбции могут быть активными или пассивными. Для осуществления активного процесса необходимо, чтобы были специфические транспортные системы и энергия. Пассивные процессы происходят, как правило, без затраты энергии по законам физики и химии.
Канальцевая реабсорбция происходит во всех отделах, но ее механизм в разных частях неодинакова. Условно можно выделить С отделы : проксимальный извитой каналец, петля нефрона и дистальный извитой каналец С уборочной трубочкой.
В проксимальных извитых канальцах полностью реабсорбируются аминокислоты, глюкоза, витамины, белки, микроэлементы. В этом же отделе реабсорбируется около 2/3 воды и неорганических солей Na +, К + Са2 +, Mg2 +, Cl-, НС07, т.е. вещества, которые нужны организму для его деятельности. Механизм реабсорбции главным образом прямо или косвенно связан с реабсорбцией Na+.
Реабсорбция натрия.
Большая часть Na + реабсорбируется против градиента концентрации за счет энергии АТФ. Реабсорбция Na + осуществляется в 3 этапа:
перенос иона через апикальную мембрану эпителиальных клеток канальцев, транспортировки в базальной или латеральной мембраны и перенос через указанные мембраны в межклеточную жидкость и в кровь. Основной движущей силой реабсорбции является перенос Na + с помощью Na +, К +-АТФ-азы через базолатерального мембрану. Это обеспечивает постоянное отток ионов. Вследствие этого Na + по градиенту концентрации с помощью специальных образований эндоплазматического ретикулума поступает к мембранам, возвращенных в межклеточной среды. Вследствие этого постоянно действующего конвейера концентрация ионов внутри клетки и особенно вблизи апикальной мембраны становится гораздо ниже, чем с другой ее стороны, это способствует пассивному поступлению Na+ в клетку по ионному градиенту. Таким образом,
2 этапа натриевой реабсорбции клетками канальцев являются пассивными и только один, конечный, требует затрат энергии. Кроме того, часть Na + реабсорбируется пассивно по межклеточных промежутках вместе с водой.
Глюкоза. Глюкоза реабсорбируется вместе с транспортом Na+. В апикальной мембране клеток есть специальные транспортеры. Это белки с молекулярной массой 320 000, которые в начальных отделах проксимального канальца переносят друг Na + и одну молекулу глюкозы (постепенное уменьшение концентрации глюкозы в моче приводит к тому, что в следующей области канальца для переноса одной молекулы глюкозы используется уже два Na +). Движущей силой этого процесса является также электрохимический градиент Na+. На противоположной стороне клетки комплекс Na — глюкоза — переносчик распадается на три элемента . Вследствие этого освобожден переносчик возвращается на свое прежнее место и снова приобретает способность переносить новые комплексы Na + и глюкозы. В клетке концентрация глюкозы увеличивается, благодаря чему образуется градиент концентрации, который направляет его в базально-латеральных мембран клетки и обеспечивает выход в межклеточную жидкость. Отсюда глюкоза поступает в кровеносные капилляры и возвращается в общий кровоток. Апикальная мембрана не пропускает глюкозу обратно в просвет канальца. Транспортные переносчики глюкозы содержатся лишь в проксимальном отделе канальцев, поэтому глюкоза реабсорбируется только здесь.
В норме при обычном уровне глюкозы в крови, а следовательно и концентрации ее в первичной мочи, реабсорбируется вся глюкоза. Однако при повышении уровня глюкозы в крови более 10 ммоль/л (около 1,8 г/л) мощность транспортных систем становится недостаточной для реабсорбции. Первые следы нереабсорбованои глюкозы в конечной моче обнаруживаются при превышении его концентрации в крови. Чем выше концентрация глюкозы в крови, тем большее количество нереабсорбованои глюкозы. До концентрации ее 3,5 г/л это увеличение еще не прямо пропорционально, поскольку в процесс еще не включается часть транспортеров. Но, начиная с уровня 3,5 г/л , выведение глюкозы с мочой становится прямо пропорционален концентрации ее в крови. У мужчин полная нагрузка системы реабсорбции наблюдается при поступлении 2,08 ммоль/мин (375 мг/мин) глюкозы, а у женщин — 1, 68 ммоль/мин (303 мг/мин) из расчета на 1,73 м2 поверхности тела.
Аминокислоты. Реабсорбция аминокислот происходит по такому же механизму, как и реабсорбция глюкозы. Полная реабсорбция аминокислот происходит уже в начальных отделах проксимальных канальцев. Этот процесс связан с активной реабсорбцией Na + через апикальную мембрану клеток. Выявлено 4 типа транспортных систем: а) для основных б) для кислых в) для гидрофильных г) для гидрофобных аминокислот. С клетки аминокислоты пассивно по градиенту концентрации проходят через базальную мембрану в межклеточную жидкость, а оттуда — в кровь. Появление аминокислот в моче может быть следствием нарушения транспортных систем или очень высокой концентрации его в крови. В последнем случае может проявляться эффект, который по механизму напоминает глюкозурию — перегрузка транспортных систем. Иногда наблюдается конкуренция кислот одного типа за общий переносчик.
Белки. Механизм реабсорбции белков значительно отличается от механизма реабсорбции описанных соединений. Попадая в первичную мочу, небольшое количество белков в норме почти полностью реабсорбируется путем пиноцитоза. В цитоплазме клеток проксимальных канальцев белки распадаются при участии лизосомальных ферментов. Аминокислоты, которые образуются, по градиенту концентрации из клетки поступают в межклеточную жидкость, а оттуда — в кровеносные капилляры. Таким путем может реабсорбуватися до ЗО мг белка за 1 мин. При повреждении клубочков в фильтрат попадает больше белков и часть может поступать в мочу (протеинурия).
Канальцевая секреция. В современной физиологической литературе, касающейся деятельности почек, термин секреция имеет два значения. Первое из них описывает процесс переноса вещества через клетки из крови в просвет канальца в неизменном виде, что увеличивает скорость экскреции вещества почкой. Второе - выделение из клетки в кровь или в просвет канальца синтезированных в почке физиологически активных веществ (например, простагландины, брадикинин и др.) или экскретируемых веществ (например, гиппуровая кислота).
Секреция органических и неорганических веществ - один из важных процессов, обеспечивающих процесс мочеобразования. У рыб некоторых видов в почке отсутствуют клубочки. В таких случаях секреция играет ведущую роль в деятельности почки. В почках большинства других классов позвоночных, в том числе и у млекопитающих, секреция обеспечивает выделение из крови в просвет канальцев дополнительных количеств некоторых веществ, которые могут фильтроваться ив почечных клубочках.
Таким образом, секреция ускоряет выделение почкой некоторых чужеродных веществ, конечных продуктов обмена, ионов. В почке у млекопитающих секретируются органические кислоты (пенициллин, парааминогиппуровая кислота - ПАГ, диодраст, мочевая кислота), органические основания (холин, гуанидин), неорганические вещества (калий). Почка гломерулярных и агломерулярных морских костистых рыб способна к секреции ионов магния, кальция, сульфатов. Различаются места секреции разных веществ. В почке всех позвоночных местом секреции органических кислот и оснований служат клетки проксимального сегмента нефрона, особенно его прямой части, секреция калия преимущественно происходит в клетках дистального извитого канальца и собирательных трубок.
Механизм процесса секреции органических кислот. Рассмотрим этот процесс на примере выделения почкой ПАГ. После введения в кровь ПАГ ее секреция почкой нарастает и очищение от нее крови значительно превышает величину очищения крови от одновременно введенного инулина. Это означает, что ПАГ не только фильтруется в клубочках, но и помимо клубочков в просвет нефрона поступают значительные ее количества. Экспериментально было показано, что такой процесс обусловлен секрецией ПАГ из крови в просвет проксимальных отделов канальцев. В мембране клетки этого канальца, обращенной к межклеточной жидкости, имеется переносчик (котранспортер), обладающий высоким сродством к ПАГ. В присутствии ПАГ образуется комплекс переносчика с ПАГ, который перемещается в мембране и на ее внутренней поверхности распадается, высвобождая ПАГ в цитоплазму, а переносчик приобретает снова способность перемещаться к внешней поверхности мембраны и соединяться с новой молекулой ПАГ. Механизм секреции органических кислот включает ряд этапов. В базальной плазматической мембране имеется Na+, K+-АТФаза, которая удаляет из клетки ионы Na+ и способствует поступлению в клетку ионов К+. Более низкая концентрация в цитоплазме ионов Na+ позволяет поступать внутрь клетки ионам Na+ по градиенту концентрации при участии натриевых котранспортеров. Один из типов такого котранспортера способствует поступлению через базальную плазматическую мембрану α-кетоглутарата и Na+. В этой же мембране имеется анионный обменник, который удаляет из цитоплазмы α-кетоглутарат в обмен на поступающий из межклеточной жидкости в клетку парааминогиппурат (ПАГ), диодраст или некоторые иные органические кислоты. Это вещество движется по клетке в сторону люминальной мембраны и через нее проходит в просвет канальца по механизму облегченной диффузии.
Угнетение дыхания цианидами, разобщение дыхания и окислительного фосфорилирования динитрофенолом снижает и прекращает секрецию. В обычных физиологических условиях уровень секреции зависит от числа переносчиков в мембране. Секреция ПАГ возрастает пропорционально увеличению концентрации ПАГ в крови до тех пор, пока все молекулы переносчика не насытятся ПАГ. Максимальная скорость транспорта ПАГ достигается в тот момент, когда количество ПАГ, доступное для транспорта, равно количеству молекул переносчика, которые могут образовывать комплекс с ПАГ. Эта величина определяется как максимальная способность к транспорту ПАГ - Ттран. Поступившая в клетку ПАГ движется по цитоплазме к апикальной мембране и через нее специальным механизмом выделяется в просвет канальца.
Билет 15
Предыдущая3456789101112131415161718Следующая
ПОЧКИ И ИХ ФУНКЦИИ
Канальцевая реабсорбция
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+, СI-,НСОз. В последующих от 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 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 концентрация1). Б 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 секретируется 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 вазопрессином.
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 (глюкозурия) 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 (аквапоринов) 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 С1-. При введении одного микроэлектрода в просвет канальцев, а второго - в околоканальцевую 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. Б клетках имеется несколько типов ионных насосов.
Канальцевая реабсорбция и ее регуляция
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 липиды 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 экскретируется 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).
TRX =F∙px.fx ─Ux∙V,
где F - объем клубочковой фильтрации, fx - фракция вещества X, не связанная с белками в плазме по отношению к его об 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 реаб-сорбции (% R) определяют долю вещества, подвергшуюся обратному всасыванию по отношению к количеству вещества, профильтровавшегося в клубочках:
% R= (1 - EFX)∙100.
Для оценки реабсорбционной способности клеток проксимальных канальцев важное значение имеет определение максимальной величины транспорта глюкозы (TmG). 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:
TmG=F∙PG-UG∙ V,
где F - клубочковая фильтрация, РG - концентрация глюкозы в плазме крови, a UG - концентрация глюкозы в моче; Тт - максимальный канальцевый транспорт изучаемого вещества. Величина ТmG 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
Первичная моча превращается в конечную благодаря процессам, которые происходят в почечных канальцах и собирательных бочках. В почке человека за сутки образуется 150 — 180 л фильма, или первичной мочи, а выделяется 1,0-1,5 л мочи. Остальная жидкость всасывается в канальцах и собирательных трубочках.
Канальцевая реабсорбция — это процесс обратного всасывания воды и веществ из содержащейся в просвете канальцев мочи в лимфу и кровь. Основной смысл реабсорбции состоит в том, чтобы сохранить организму все жизненно важные вещества в необходимых количествах. Обратное всасывание происходит во всех отделах нефрона. 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.
Схема канальцевой реабсорбации
В петле Генле, дистальном отделе канальца и собирательных трубочках всасываются электролиты и вода. Ранее считали, что реабсорбция в проксимальной части канальца является обязательной и нерегулируемой. В настоящее время доказано, что она регулируется как нервными, так и гуморальными факторами.
Обратное всасывание различных веществ в канальцах может происходить пассивно и активно. Пассивный транспорт происходит без затраты энергии по электрохимическому, концентрационному или осмотическому градиентам. 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.
Глюкоза. Она поступает из просвета канальца в клетки проксимального канальца с помощью специального переносчика, который должен обязательно присоединить ион Ма4′. Перемещение этого комплекса внутрь клетки осуществляется пассивно по электрохимическому и концентрационному градиентам для ионов Na+. Низкая концентрация натрия в клетке, создающая градиент его концентрации между наружной и внутриклеточной средой, обеспечивается работой натрий-калиевого насоса базальной мембраны.
В клетке этот комплекс распадается на составные компоненты. Внутри почечного эпителия создается высокая концентрация глюкозы, поэтому в дальнейшем по градиенту концентрации глюкоза переходит в интерстициальную ткань. Этот процесс осуществляется с участием переносчика за счет облегченной диффузии. Далее глюкоза уходит в кровоток. В норме при обычной концентрации глюкозы в крови и, соответственно, в первичной моче вся глюкоза реабсорбируется. При избытке глюкозы в крови, а значит, в первичной моче может произойти максимальная загрузка канальцевых систем транспорта, т.е. всех молекул-переносчиков.
В этом случае глюкоза больше не сможет реабсорбироваться и появится в конечной моче (глюкозурия). Эта ситуация характеризуется понятием " максимальный канальцевый транспорт" (Тм). 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).
Аминокислоты. Реабсорбция аминокислот происходит также по механизму сопряженного с Na+ транспорта. Профильтровавшиеся в клубочках аминокислоты на 90% реабсорбируются клетками проксимального канальца почки. Этот процесс осуществляется с помощью вторично-активного транспорта, т.е. энергия идет на работу натриевого насоса. Выделяют не менее 4 транспортных систем для переноса различных аминокислот (нейтральных, двуосновных, дикарбоксильных и аминокислот). Эти же системы транспорта действуют и в кишечнике для всасывания аминокислот.
Канальцевая реабсорбция
Описаны генетические дефекты, когда определенные аминокислоты не реабсорбируются и не всасываются в кишечнике.
Белок. В норме небольшое количество белка попадает в фильтрат и реабсорбируется. Процесс реабсорбции белка осуществляется с помощью пиноцитоза. Эпителий почечного канальца активно захватывает белок. 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. За сутки с конечной мочой уходит не более 20-75 мг белка. 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. Она 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.
Слабые органические кислоты и основания. 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 и электролиты. Вода реабсорбируется во всех отделах нефрона. В проксимальных извитых канальцах реабсорбируется около 2/3 всей воды. Около 15% реабсорбируется в петле Генле и 15% — в дистальных извитых канальцах и собирательных трубочках. Вода реабсорбируется 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. Реабсорбция натрия совершается во всех отделах нефрона. Около 65% ионов натрия реабсорбируется в проксимальных канальцах, 25% — в петле нефрона, 9% — в дистальном извитом канальце и 1% — в собирательных трубочках.
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.
Поворотно-противоточная система представлена параллельно расположенными коленами петли Генле и собирательной трубочкой, по которым жидкость движется в разных направлениях (противоточно). Эпителий нисходящего отдела петли пропускает воду, а эпителий восходящего колена непроницаем для воды, но способен активно переносить ионы натрия в тканевую жидкость, а через нее обратно в кровь. В проксимальном отделе происходит всасывание натрия и воды в эквивалентных количествах и моча здесь изотонична плазме крови.
В нисходящем отделе петли нефрона реабсорбируется вода и моча становится более концентрированной (гипертонической). Отдача воды происходит пассивно за счет того, что в восходящем отделе одновременно осуществляется активная реабсорбция ионов натрия. Поступая в тканевую жидкость, ионы натрия повышают в ней осмотическое давление, тем самым способствуя притягиванию в тканевую жидкость воды из нисходящего отдела. В то же время повышение концентрации мочи в петле нефрона за счет реабсорбции воды облегчает переход натрия из мочи в тканевую жидкость. Так как в восходящем отделе петли Генле реабсорбируется натрий, моча становится гипотоничной.
Поступая далее в собирательные трубочки, представляющие собой третье колено противоточной системы, моча может сильно концентрироваться, если действует АДГ, повышающий проницаемость стенок для воды. В данном случае по мере продвижения по собирательным трубочкам в глубь мозгового вещества все больше и больше воды выходит в межтканевую жидкость, осмотическое давление которой повышено вследствие содержания в ней большого количества Na" 1" и мочевины, и моча становится все более концентрированной.
При поступлении больших количеств воды в организм почки, наоборот, выделяют большие объемы гипотонической мочи.
Канальцевая реабсорбция и секреция веществ в нефроне.
КАНАЛЬЦЕВАЯ РЕАБСОРБЦИЯ или обратное всасывание в кровь, содержащихся в первичной моче, воды, солей, органических веществ (глюкозы, белка, аминокислот, витаминов).
Результатом является уменьшение первичной мочи (на 70%), полное обратное всасывание в кровь полезных для метаболизма веществ (аминокислот, глюкозы, многих витаминов), частичное всасывание воды и ионов Na, Cl, K, Ca, выделение из крови в мочу токсических продуктов метаболизма (мочевины, мочевой кислоты, аммиака, креатинина, сульфатов, фосфатов).
Всасывание основных веществ осуществляется при помощи механизмов активного транспорта, диффузии и облегченной диффузии.
Например:
Главный ион, определяющий осмотическое давление, и, следовательно, реабсорбцию воды, Na+ входит в эпителиальные клетки пассивно, по градиенту концентрации, а затем выбрасывается с другой стороны клетки Na+-К+-АТФ-азой.
Ионы К+ реабсорбируются активно на апикальной мембране и затем выходят в кровь за счет диффузии.
В проксимальных извитых канальцах реабсорбируется 70% воды и ионов.
Реабсорбция катионов (Na+, K+, Ca2+, Mg2+) происходит против градиента концентраций, активно (с использованием энергии АТФ).
Отрицательно заряженные анионы притягиваются положительно заряженными катионами, и за счет электростатических сил поступают из мочи в кровь пассивно (Cl- и HCO3- вслед за Na+ и K+; SO42- и PO42- за Ca2+ и Mg2+), вода всасывается пассивно вслед за ионами по осмотическому градиенту.
Механизмы реабсорбции Ca2+, Mg2+, SO4-, PO4- сходны с механизмами реабсорбции Na+, K+ и Cl-.
Вещества могут переносятся в цитоплазму почечной эпителиальной клетки переносчиками совместно с ионами Na+.
При этом из эпителиальной клетки в кровь они поступают с помощью диффузии по градиенту концентрации.
При определенной концентрации веществ крови (порог выведения) эти вещества (пороговые) не будут полностью реабсорбироваться, и часть профильтровавшихся веществ окажется в конечной моче.
К пороговым веществам относится глюкоза, которая в норме (4,6-7,2 ммоль/л в крови) фильтруется, а затем полностью реабсорбируется.
При увеличении ее концентрации в крови до 10,8 ммоль/л часть глюкозы не будет успевать реабсорбироваться.
Она выделяется с мочой из организма и возникает глюкозурия.
РЕАБСОРБЦИЯ в различных участках нефрона неодинакова.
В ПРОКСИМАЛЬНОМ ОТДЕЛЕ реабсорбируются 40-45 % воды, натрия, бикарбонаты, хлор, аминокислоты, глюкоза, витамины, белки, микроэлементы к концу отдела — остается 1/3 ультрафильтрата с таким же осмотическим давлением как в плазме.
В ПЕТЛЕ ГЕНЛЕ реабсорбируется 25-28% воды, до 25% натрия, а также ионы хлора, калия, кальция, магния
В ДИСТАЛЬНОМ ОТДЕЛЕ — 10% воды, около 9% натрия, калия.
В СОБИРАТЕЛЬНЫХ ТРУБОЧКАХ — 20% воды, менее 1% натрия.
КАНАЛЬЦЕВАЯ СЕКРЕЦИЯ проявляется ВЫДЕЛЕНИЕМ из крови в ПРОСВЕТ КАНАЛЬЦЕВ продуктов обмена и чужеродных веществ
Канальцевая секреция является результатом активной деятельности ЭПИТЕЛИЯ почечных канальцев.
Она осуществляется против концентрационного или электрохимического градиента и позволяет быстро экскретировать органические основания и ионы, ЭПИТЕЛИАЛЬНЫЕ КЛЕТКИ секретируют из КРОВИ Холин, парааминогиппуровую кислоту, Видоизмененные молекулы лекарственных веществ и поглощают из ПЕРВИЧНОЙ МОЧИ Глютамин.
С помощью фермента глютаминазы РАСЩЕПЛЯЮТ глютамин на ГЛЮТАМИНОВУЮ КИСЛОТУ и АММИАК.
АММИАК выделяется в мочу, который выносится из организма в виде АММОНИЙНЫХ СОЛЕЙ.
Там же расщепляется Угольная кислота ферментом КАРБОАНГИДРАЗОЙ.
Как проходит процесс реабсорбции в почках
Ионы HСО3- всасываются в кровь (за счет электростатического притяжения их Na+ и К+).
Ионы H+ секретируются в мочу, с которой удаляются.
Этим объясняется кислая реакция конечной мочи (pH=4,5-6,5).
Этот механизм ПРЕДОХРАНЯЕТ организм от ЗАКИСЛЕНИЯ.
ЛОКАЛИЗАЦИЯ СЕКРЕЦИИ ВЕЩЕСТВ В НЕФРОНЕ различна
В ПРОКСИМАЛЬНОМ ОТДЕЛЕ секретируются Ионы водорода и Аммиак. Причем в извитой части секретируются органические основания:
Холин, Серотонин, Допамин, Хинин, морфин.
В прямой части – органические кислоты: парааминогиппуровая, Диодраст, Пенициллин, Мочевая кислота.
В ДИСТАЛЬНОМ ОТДЕЛЕ – парааминогиппуровая кислота, Аммиак, Ионы H+ и К+.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА выводятся из организма с помощью КЛУБОЧКОВОЙ ФИЛЬТРАЦИИ (левомицетин, стрептомицин, тетрациклин, неомицин, канамицин и др. антибиотики).
С помощью КАНАЛЬЦЕВОЙ СЕКРЕЦИИ выводится пенициллин (на 80-90 %).
при ПОРАЖЕНИИ различных отделов НЕФРОНА ряд ЛЕКАРСТВЕННЫХ соединений длительно циркулируют в крови и могут не выделяться из организма.
В этих случаях НЕОБХОДИМО изменение дозировок ЛЕКАРСТВЕННЫХ веществ.
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.
Та же проба Реберга-Тареева предусматривает определение канальцевой реабсорбции.
КР=(СКФ - V мин)/СКФ×100%,
где КР - канальцевая реабсорбция; СКФ - скорость клубочковой фильтрации; V мин – минутный диурез.
В норме канальцевая реабсорбция составляет 98- 99%, однако при большой водной нагрузке даже у здоровых людей может уменьшаться до 94-92%. Снижение канальцевой реабсорбции рано наступает при пиелонефрите, гидронефрозе, поликистозе. В то же время при заболеваниях почек с преимущественным поражением клубочков канальцевая реабсорбция уменьшается позже, чем клубочковая фильтрация.
Проба Зимницкого дает возможность определить динамику количества отделяемой мочи и ее относительной плотности в течение суток.
В норме (при сохраненной способности почек к осмотическому разведению и концентрированию мочи)на протяжении суток отмечаются:
1. разница между максимальными и минимальными показателями должна составлять не менее 10 единиц (например, от 1006 до 1020 или от 1010 до 1026 и т. д.);
2. не менее чем двукратное преобладание дневного диуреза над ночным.
3. В молодом возрасте максимальная относительная плотность, характеризующая способность почек концентрировать мочу, должна быть не ниже 1,025, а у лиц старше 45–50 лет - не ниже 1,018.
4. Минимальная относительная плотность, у здорового человека должна быть ниже осмотической концентрации безбелковой плазмы, равной 1,010–1,012.
Причинами нарушения концентрационной способности почек являются:
- Уменьшение числа функционирующих нефронов у больных с хронической почечной недостаточностью (ХПН) .
- Воспалительный отек интерстициальной ткани мозгового слоя почек и утолщение стенок собирательных трубок (например, при хроническом пиелонефрите, тубулоинтерстициальном нефрите и др.
- Гемодинамический отек интерстициальной ткани почек, например при застойной недостаточности кровообращения.
- Несахарный диабет с угнетением секреции АДГ или взаимодействия АДГ с почечными рецепторами.
- Прием осмотических диуретиков (концентрированный раствор глюкозы, мочевина и др.).
Причинами нарушения способности почек к разведению являются:
- уменьшение потребления жидкости, погодные условия, способствующие усиленному потоотделению;
- патологические состояние, сопровождающиеся снижением почечной перфузии при сохраненной концентрационной способности почек (застойная сердечная недостаточность, начальные стадии острого гломерулонефрита) и др.;
- заболевания и синдромы, сопровождающиеся выраженной протеинурией (нефротический синдром);
- сахарный диабет, протекающий с выраженной глюкозурией;
- токсикоз беременных;
- состояния, сопровождающиеся внепочечными потерями воды (лихорадка, ожоговая болезнь, обильная рвота, диарея и.др.).
Изменения суточного диуреза.
У здорового человека в течение суток выводится примерно 70–80% выпитой жидкости. Увеличение диуреза больше 80% выпитой за сутки жидкости у больных с застойной недостаточностью кровообращения может свидетельствовать о начале схождения отеков, а уменьшение ниже 70% - об их нарастании.
Полиурия - это обильное отделение мочи (более 2000 мл за сутки). Полиурия может быть обусловлена многими причинами:
- Массивной водной нагрузкой (сопровождается гипостенурией).
- Применением осмотических диуретиков (маннитол, мочевина, 40% раствор глюкозы, альбумин и др.), такое состояние называется осмотическим диурезом .
- Приемом салуретиков (тиазидные производные, фуросемид, урегит), которые вызывают блокаду реабсорбции Na+ и вследствие этого угнетают пассивную реабсорбцию воды, также способствуя осмотическому диурезу.
- Тяжелыми нарушениями функции почек с резким уменьшением способности почек создавать в мозговом веществе достаточный концентрационный градиент (при начальных стадиях хронической почечной недостаточности).
- Другими заболеваниями, сопровождающимися нарушениями процесса концентрирования мочи:
а) несахарным диабетом, при котором снижение секреции АДГ приводит к резкому уменьшению факультативной реабсорбции воды в дистальных отделах канальцев и собирательных трубочках;
б) пиелонефритом с нарушением концентрационного градиента вследствие воспалительного поражения мозгового слоя почек и собирательных трубочек, что способствует уменьшению накопления осмотически активных веществ в мозговом веществе почек.
Олигурия – это уменьшение количества выделяемой за сутки мочи (менее 400-500 мл). Олигурия может быть обусловлена как внепочечными причинами (ограничение потребления жидкости, усиленное потоотделение, профузные поносы, неукротимая рвота, задержка жидкости в организме у больных с сердечной недостаточностью), так и нарушениями функции почек у пациентов с гломерулонефритом, пиелонефритом, уремией и т. п.).
Олигурия, обусловленная нарушениями функции почек , в большинстве случаев сочетается со снижением выделения с мочой осмотически активных веществ и уменьшением удельной плотности мочи.
Олигурия у пациентов с сохраненной функцией почек сопровождается отделением мочи с нормальной или повышенной удельной плотностью.
Анурия - это резкое уменьшение (до 100 мл в сутки и меньше) или полное прекращение выделения мочи. Различают два вида анурии.
- Секреторная анурия обусловлена выраженным нарушением клубочковой фильтрации, что может наблюдаться при шоке, острой кровопотере, уремии. В первых двух случаях нарушения клубочковой фильтрации связаны преимущественно с резким падением фильтрационного давления в клубочках, в последнем случае с гибелью более 70–80% нефронов.
- Экскреторная анурия (ишурия) связана с нарушением отделения мочи по мочевыводящим путям.
Никтурия - это равенство или даже преобладание ночного диуреза над дневным.
Таким образом, проба по Зимницкому является наиболее простым и необременительным для больного, но все же ориентировочным способом оценки функционального состояния почек. Зачастую изменения в пробе по Зимницкому являются наиболее ранними признаками почечной недостаточности.
