2 курс / Нормальная физиология / Основы_физиологии_человека_Том_2_Агаджанян_Н_А_ред_2014

вода и мочевая кислота, в толстом канальце восходящего отдела – Na+, Cl-, К+, Са2+, Mg2+. В дистальном извитом каналь-

це всасываются вода, Na+, Cl-, Са2+; в собирательной трубке – вода, мочевина, Na+, Cl-, К+.

Остановимся более подробно на особенностях реабсорбции некоторых веществ.

Глюкоза реабсорбируется в проксимальном извитом канальце с помощью механизма вторично-активного транспорта. Она поступает из просвета канальца в клетки с помощью переносчика ионов Na+. Этот переносчик одновременно переносит ион натрия и глюкозу (однонаправленный транспорт, или котранспорт, или симпорт) в соотношении 1:1. В конце прямой части проксимального канальца на апикальной мембране обнаружен еще один белок-переносчик, который на 1 молекулу глюкозы переносит 2 иона натрия. В клетке этот комплекс распадается на составные компоненты. Внутри почечного эпителия создается высокая концентрация глюкозы, поэтому в дальнейшем по градиенту концентрации глюкоза через базолатеральную мембрану переходит в интерстициальную ткань, а далее в кровь околоканальцевых капилляров. Этот процесс осуществляется с участием специального переносчика, независимого от ионов, за счет облегченной диффузии. Этот белок-переносчик также может переносить галактозу и фруктозу из клетки в интерстиций и кровь. Из просвета канальца в клетку галактоза переносится в результате вторично-активного транспорта с помощью переносчика натрия, находящегося на апикальной мембране в прямой части проксимального канальца; фруктоза – пассивно с помощью специального иононезависимого переносчика.

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 характе-

181

ризуется понятием «максимальный канальцевый транспорт»

(Тмах). Величине максимального канальцевого транспорта соответствует устаревшее понятие «почечный порог выведения». Для глюкозы эта величина составляет 10 ммоль/л. Такая глюкозурия не связана с патологией нефрона и встречается чаще всего при сахарном диабете. Почечная глюкозурия может быть в случае дефекта переносчика (врожденная) или нарушения функции канальца.

Вещества, реабсорбция которых зависит от их концентрации в плазме крови, называются пороговыми (глюкоза, фосфаты). 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. Большинство профильтровавшихся в клубочках аминокислот более чем на 98% реабсорбируются клетками проксимального канальца почки. Этот процесс осуществляется механизмом вторично-активного транспорта с помощью белков-переносчиков, обеспечивающих сопряженный перенос ионов натрия и аминокислот (симпорт). Эти переносчики транспортируют аминокислоты в клетку, в результате чего их внутриклеточные концентрации увеличиваются во много раз по сравнению с концентрацией в плазме крови. Выход аминокислот из клетки в интерстициальное пространство и далее в кровь может осуществляться пассивно за счет облегченной диффузии с помощью специальных переносчиков, не связанных с ионами, а также путем вторич- но-активного транспорта совместно с натрием. Выделяют не менее 4 транспортных систем для переноса различных аминокислот (нейтральных, двуосновных, дикарбоксильных и иминокислот). Аминокислоты одного типа переносятся одним и тем же переносчиком. Поэтому одна аминокислота может тормозить реабсорбцию другой. Переносчики аминокислот в основном стереоспецифичны и транспортируют лишь L-изомеры. Эти же системы транспорта действуют и в

182

кишечнике для всасывания аминокислот. Описаны генетические дефекты, когда определенные аминокислоты не реабсорбируются в канальцах и не всасываются в кишечнике.

Белок. В норме небольшое количество белка попадает в фильтрат и затем реабсорбируется. Процесс реабсорбции белка осуществляется с помощью пиноцитоза. Эпителий почечного канальца активно захватывает белок. Войдя в клетку, белок подвергается гидролизу ферментами лизосом и превращается в аминокислоты. Этот процесс активный и требует энергии. Далее через базолатеральную мембрану аминокислоты реабсорбируются с помощью облегченной диффузии. Для белков с короткими пептидными цепочками существует еще одна форма реабсорбции. В щеточной каемке проксимального канальца обнаружены ферменты, которые действуют в просвете нефрона. Они способны очень быстро расщеплять белки в просвете канальца до аминокислот, которые затем здесь же и реабсорбируются. Некоторые ди- и трипептиды устойчивы по отношению к действию этих пептидаз. Они транспортируются в клетки канальцев через щеточную каемку с помощью переносчиков в апикальной мембране проксимального канальца, которые обеспечивают перенос пептида и ионов Н+ путем вторично-активного транспорта. Такие пептиды расщепляются до аминокислот внутриклеточно. В норме 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, например, после тяжелой мышечной работы. В основном протеинурия имеет место в патологии при нефритах, нефропатиях, при миеломной болезни.

Мочевина является конечным продуктом обмена белков. Она играет важную роль в создании высокого осмотического давления во внутреннем мозговом слое почки. Мочевина свободно фильтруется в клубочках. Ее дальнейшая судьба зависит от проницаемости для нее различных отделов канальцев и собирательной трубки. Проксимальный каналец, нисходящая часть петли Генле и нижний отдел (медуллярный) собирательной трубки проницаемы для мочевины. Тол-

183

стый восходящий отдел петли, дистальный извитой каналец и часть собирательной трубки до ее медуллярного отдела не проницаемы для мочевины. Около половины профильтровавшейся мочевины до конца проксимального канальца реабсорбируется путем диффузии по градиенту концентрации, который возникает вследствие концентрирования мочи. Остальная часть мочевины доходит до собирательных трубок. В собирательных трубках под влиянием АДГ происходит реабсорбция воды и концентрация мочевины повышается. АДГ усиливает проницаемость стенки нижних отделов собирательной трубки и для мочевины, которая переходит с помощью переносчика в мозговое вещество почки, создавая здесь примерно 50% осмотического давления. Из интерстиция по концентрационному градиенту мочевина диффундирует в петлю Генле и вновь поступает в дистальный каналец и собирательную трубку. Таким образом, происходит циркуляция мочевины между петлей Генле и медуллярным отделом собирательной трубки (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. Реабсорб-

ция 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), чтобы перевести эти кислоты в ионизированное состояние, тем самым способствуя их быстрому выведению из организма. Для бы-

184

строй экскреции слабых оснований необходимо вводить в

кровь кислые продукты для закисления мочи.

Электролиты и вода. Ионы натрия. Механизм реаб-

сорбции большинства указанных выше веществ, включая воду, прямо или косвенно связан с реабсорбцией ионов Na+. Кроме того, он играет важную роль в создании осмотически активной среды в интерстиции мозгового слоя почки, благодаря чему происходит концентрирование мочи. Реабсорбция натрия (99,4% профильтровавшегося) совершается во всех отделах нефрона. Около 65% ионов натрия реабсорбируется

впроксимальных канальцах, 25% – в петле нефрона (восходящей тонкой и толстой частях), 9% – в дистальном извитом канальце и 1% – в собирательных трубках. Реабсорбция натрия состоит из нескольких этапов: перенос иона из просвета канальца через апикальную мембрану в эпителиальные клетки канальца, транспорт к базолатеральной мембране, перенос через базолатеральную мембрану в межклеточную жидкость, а затем в кровь околоканальцевых капилляров. Реабсорбция натрия является преимущественно активным процессом. Ос-

новной движущей силой реабсорбции ионов натрия служит перенос его с помощью Na+/ К+-АТФазы через базолатеральную мембрану. Потребляя энергию АТФ, Na+/К+-АТФаза активно выкачивает ион натрия из клетки (первично-активный транспорт), тем самым снижая его внутриклеточную концентрацию и обусловливая отрицательный заряд внутренней части клетки по отношению к просвету канальца. Это способствует пассивному поступлению положительно заряженного иона натрия из первичной мочи через апикальную мембрану внутрь клетки по электрохимическому и концентрационному градиентам.

Впроксимальном канальце реабсорбция ионов натрия происходит против небольшого градиента. Транспорт натрия

вклетку в начальной части проксимального канальца может

происходить разными способами. Один из них – посредством Na+/Н+-обмена. В этом случае ион натрия переносится внутрь клетки, а ион водорода – в просвет канальца (противоточный транспорт, или антипорт). Другой путь переноса

185

натрия в клетку осуществляется с участием целого ряда переносчиков ионов натрия, которые кроме натрия присоединяют и переносят в клетку глюкозу, аминокислоты и другие вещества (симпорт, или однонаправленный транспорт). В отличие от проксимального отдела в дистальном сегменте нефрона и собирательной трубке реабсорбция ионов натрия происходит против высоких концентрационного и электрохимического градиентов. Отличаются и клеточные механизмы реабсорбции. В клетки толстого восходящего отдела петли Генле ион натрия поступает через апикальную мембрану вместе с ионом калия и двумя ионами хлора. В дистальном извитом канальце ионы натрия проходят в основном по натриевым каналам. Независимо от механизма поступления ионов натрия в клетку, из клетки они удаляются Na+/К+- АТФазой, локализованной в базолатеральной мембране.

Сердечные гликозиды (строфантин К, оубаин) способны угнетать фермент Na+/К+-АТФазу.

Реабсорбция ионов хлора (более 99% профильтровавшихся) зависит в основном от реабсорбции ионов натрия и протекает параллельно. Количество реабсорбированного хлора в соответствующих сегментах такое же, как и натрия. Стенка начального отдела проксимального канальца непроницаема для ионов хлора. Здесь ионы натрия всасываются вместе с НСО3-. В результате концентрация ионов хлора возрастает, и в нижележащих участках проксимального канальца, проницаемых для ионов хлора, они по концентрационному градиенту поступают в межклеточную жидкость и затем в кровь. В толстом восходящем отделе петли Генле ионы хлора транспортируются вместе с ионами натрия и калия. В дистальном извитом канальце и собирательной трубке активно транспортируются через клетки ионы натрия, за ними по электрохимическому градиенту следуют ионы хлора. Часть ионов хлора диффундирует через плотные межклеточные контакты.

Ионы калия реабсорбируются в проксимальном канальце (около 55% от профильтровавшегося количества) и в толстой восходящей части петли Генле (около 30%) вне зависи-

186

мости от потребностей организма в калии. Реабсорбция калия в обоих отделах в конечном итоге связана с реабсорбцией натрия. Дальнейшая судьба калия зависит от баланса калия в организме. Если человек получает диету с низким содержанием калия, то калий продолжает реабсорбироваться в дистальном канальце. В итоге с мочой выделяется небольшое количество калия. Если в организм поступает нормальное или избыточное количество калия, то происходит его секреция в дистальном извитом канальце и собирательной трубке (см. далее). В этом случае калия экскретируется больше, чем фильтруется. Таким образом, приспособление реабсорбции и секреции калия к балансу его в организме осуществляется за счет дистального канальца и собирательной трубки.

Реабсорбция ионов кальция происходит в основном в проксимальном канальце (около 60% профильтровавшегося кальция); остальная часть реабсорбируется в толстой восходящей части петли Генле, дистальном извитом канальце и собирательной трубке. В целом реабсорбируется 97–99% профильтровавшегося кальция. Через апикальную мембрану и межклеточно ионы кальция реабсорбируются пассивно по химическому и/или электрическому градиенту; через базола-

теральную мембрану – с помощью кальциевого насоса (Са2+- АТФазы) и 3 Na+/Са2+-обменника.

Реабсорбция ионов магния (94% профильтровавшегося количества) происходит в проксимальных канальцах, но в основном в толстой восходящей части петли Генле.

Вода, так же как и ион натрия, реабсорбируется во всех отделах нефрона. В проксимальных извитых канальцах реабсорбируется около 65% всей воды, около 10% – в петле Генле (нисходящей части). В дистальных извитых канальцах и собирательных трубках реабсорбируется от нескольких процентов воды у человека с максимальной водной нагрузкой и до 25% – при дегидратации. Вода реабсорбируется пассивно (осмос). В проксимальном канальце реабсорбция осуществляется за счет транспорта осмотически активных веществ: глюкозы, аминокислот, белков, ионов натрия, калия, кальция, хлора. Основным ионом, обеспечивающим пассивное

187

всасывание воды, является натрий. При снижении реабсорбции осмотически активных веществ уменьшается и реабсорбция воды. Например, наличие глюкозы в конечной моче ведет к увеличению диуреза – полиурии (осмотический диурез). В нисходящем отделе петли Генле и в собирательных трубках вода реабсорбируется по высокому осмотическому градиенту, создаваемому ионами натрия, хлора и мочевины. В дистальном извитом канальце и собирательной трубке реабсорбция воды зависит от АДГ.

Концентрирование и осмотическое разведение мочи

Взависимости от водного баланса организма почки выделяют концентрированную или разведенную мочу, что обеспечивается работой противоточно-множительной системы (рис. 12.6). Эта система представлена параллельно расположенными коленами петли Генле и собирательной трубкой, по которым моча течет от коры почек в мозговое вещество и параллельно в обратном направлении (противоточно). Не существует поперечного осмотического градиента

внаправлении моча – интерстиций – кровь. Однако в направлении поворота петли происходит постепенное нарастание осмолярной концентрации. Если в коре почки осмолярная концентрация составляет около 290–300 мосмоль/кг, как и в плазме крови, то на кончике сосочка она может достигать 1300–1500 мосмоль /кг, что касается как интерстиция, так и мочи. Вертикальный кортикомедуллярный осмотический градиент играет большую роль в концентрировании мочи. Как это происходит?

Впроксимальных канальцах осмотически активные вещества и вода всасываются в эквивалентных количествах, поэтому моча здесь изотонична окружающей межклеточной жидкости и плазме крови и такая моча поступает в петлю Генле. Эпителий нисходящего отдела петли пропускает воду, а эпителий восходящего колена непроницаем для воды, но способен активно переносить ионы натрия и хлора в тканевую жидкость, а через нее обратно в кровь. В нисходящем

188

отделе петли нефрона реабсорбируется вода, моча становится более концентрированной (гипертонической), объем ее уменьшается. Всасывание воды из просвета канальца в интерстиций происходит пассивно по осмотическому градиенту за счет того, что в восходящем отделе одновременно осуществляется активная реабсорбция ионов натрия и хлора.

Рис. 12.6. Схема работы противоточно-множительной системы

(В.Б. Брин, 1999)

Так как восходящая часть петли Генле непроницаема для воды, она не может реабсорбироваться вслед за натрием. В результате этого осмолярность мочи в этом отделе нефрона уменьшается, а осмолярность интерстиция увеличивается, тем самым способствуя притягиванию в интерстиций воды из нисходящего отдела. Этот эффект умножается за счет того, что по ходу нисходящего отдела петли Генле осмолярность интерстициальной жидкости возрастает, а по ходу восходящего отдела снижается. Поэтому из мочи, текущей по нисходящему отделу, реабсорбируется все больше воды, а из мочи восходящего отдела петли может реабсорбироваться

189

все больше Na+ и Cl-. Это называется противоточным умножением. Таким образом, в начальном отделе дистального извитого канальца моча всегда гипотонична.

Из дистального извитого канальца через соединительный отдел она поступает в собирательную трубку, представляющую собой третье колено противоточной системы, в которой моча течет от коркового вещества почки в направлении сосочка. Если концентрация АДГ достаточная (в условиях дефицита воды), то увеличивается проницаемость стенок конечного отдела дистального канальца и собирательной трубки для воды. Моча в конце дистального канальца становится изоосмотичной. По мере продвижения мочи по собирательным трубкам в глубь мозгового вещества все больше воды выходит по осмотическому градиенту в интерстициальную жидкость, осмотическое давление которой повышено. Моча становится все более концентрированной, уравновешиваясь со всеповышающейся концентрацией осмотически активных веществ во внутреннем мозговом веществе почки. Высокая осмолярность наружного отдела мозгового вещества почки связана с большим содержанием в нем Na+ и Cl-. Повышение осмолярной концентрации внутреннего отдела мозгового вещества обеспечивается накоплением в нем Na+, Cl- и мочевины.

Определенную роль в осмотическом концентрировании играют прямые кровеносные капилляры мозгового вещества почки, которые, дублируя ход петли Генле, образуют сосудистую противоточную систему. Благодаря параллельному расположению прямых сосудов и петель Генле не происходит вымывания осмотически активных веществ, так как в крови этих сосудов наблюдаются такие же изменения осмотической концентрации, как и в тонком нисходящем отделе петли Генле. При движении крови по направлению к вершине почечного сосочка в ней постепенно возрастает осмотическая концентрация, а во время ее обратного движения к коре почки диффундирующие через сосудистую стенку соли и другие растворенные вещества переходят в межклеточную ткань. Таким образом, сосудистая петля функционирует как

190