41 :: 42 :: 43 :: 44 :: Содержание
12.3.4. Канальцевая реабсорбция
Клубочковая фильтрация - это только начальная стадия образования мочи. По мере продвижения фильтрата по нефрону его исходный состав быстро меняется в результате реабсорбции в кровь некоторых веществ и секреции ряда веществ в полученную первичную мочу. Ярким примером канальцевой реабсорбции из фильтрата мочи служит реабсорбция глюкозы.
Клиренс глюкозы в плазме (дополнение 12-1) у здоровых млекопитающих равен нулю. Другими словами, молекулы глюкозы, несмотря на их небольшие размеры и свободную в связи с этим фильтрацию в клубочке, полностью реабсорбируются (это справедливо до определенной концентрации клюкозы в крови) эпителием почечных канальцев (рис. 12 - 12). Полная реабсорбция глюкозы имеет определенный смысл, поскольку потеря ее с мочой означала бы серьезную потерю источника химической энергии для организма. Появление глюкозы в моче обычно отражает избыточное содержание этого вещества в плазме крови, а следовательно, и в клубочковом фильтрате. Таким образом, присутствие глюкозы в моче больных сахарным диабетом - результат полной загрузки переносчиков,
41
Рис. 12-12.
Зависимость между концентрациями глюкозы в моче и в крови. Уровень глюкозы в клубочковом фильтрате (пунктир) пропорционлен уровню глюкозы в плазме крови. Почечные канальцы способны реабсорбировать глюкозу путем активного
транспорта со скоростью, достигающей 375 мг·мин-1 (Тmax G). Если скорость
поступления глюкозы в фильтрат превышает эту величину, избыток ее будет обязательно выводиться из организма с мочой. (Pins, 1974.)
ответственных за транспорт глюкозы эпителиальными клетками нефрона из просвета почечного канальца. На рис. 12-12 показано наличие предельной скорости (в мг·мин-1) удаления глюкозы из канальцевой мочи посредством реабсорбции. Эту величину называют максимальным транспортом глюкозы (Тmax G). У человека она равна примерно 375 мг × мин-1. При концентрации в плазме крови ниже 200 мг % вся глюкоза, появившаяся в клубочковом фильтрате, реабсорбируется. При концентрации в плазме около 400 мг %
механизм переноса моносахарида полностью загружен, и любое дополнительное количество глюкозы, которое поступит в фильтрат, "проскочит" в конечную мочу. Благодаря существованию обратной эндокринной связи с участием инсулина концентрация глюкозы в плазме артериальной крови человека обычно поддерживается на уровне примерно 100 мг %. Поскольку данный уровень намного ниже величины Тm, то глюкоза в нормальной моче практически отсутствует (рис. 12-12).
Почки человека продуцируют в сутки около 200 л фильтрата, но окончательный объем мочи составляет лишь около 1,5 л. Таким образом, более 99% воды всасывается обратно в кровь. В норме в первичный фильтрат поступает 1800 г NaCl, но только 10 г (менее 1 %) соли уходит из организма вместе с конечной мочой (это относится к людям, потребляющим 10 г NaCl в сутки). Из просвета почечного канальца реабсорбируются в различных количествах многие другие растворенные вещества первичного фильтрата.
Особенности канальцевой функции почек варьируют у разных видов животных. Те данные об изменениях состава мочи в процессе ее передвижения по различным участкам нефрона, которыми мы располагаем, получены в основном с помощью метода микропунктуры, разработанного в 1920-х годах Ричардсом (Abfred Richards, 1935) с сотрудниками. Чтобы взять мельчайшую пробу канальцевой жидкости из полости нефрона, используют стеклянную капиллярную микропипeтку. Затем, определяя точку замерзания взятой пробы, вычисляют концентрацию в ней осмотически активных веществ в миллиосмолях на литр. Чем ниже точка замерзания, тем выше осмотическая концентрация исследуемой пробы. Последующие модификации данного метода включают в себя такие приемы, как введение растительного масла в просвет канальца для изоляции и последующего изучения функции интересующего участка нефрона в ответ на инъекцию в него определенных растворов (рис. 12-13). Сегодня для
Рис. 12 - 13.
Микроперфузионный метод остановленного потока. А. Микропипетку вставляют в боуменову капсулу (слева) и вводят растительное масло до тех пор, пока оно не войдет в проксимальный каналец. Б. Перфузионную жидкость вводят через
другую пипетку в середину масляного столбика, заставляя переднюю капельку масла, полученную в результате разрыва столбика, двигаться вперед. В. Каналец будет заполнен в тот момент, когда масляная капелька достигнет его дальнего конца. Г. Спустя примерно 20 мин жидкость изгоняют из канальца для микроанализа путем введения другой жидкости позади столбика масла,
оставшегося около клубочка. (Arthur, К. Solomon. Pumps in the Liwing Cell, Copyright © 1962, Scientific American. Inc. Авторские права соблюдены.)
42
Рис. 12-14.
Перфузия участка почечного канальца, заключенного между двумя канюлями. Для определения потоков ионов через стенку канальца перфузат подвергают химическому и радиоизотопному (методом меченых атомов) анализу.
определения в пробе концентрации отдельных ионов используют микрохимические методы анализа. Недавно были разработаны приемы исследования, с помощью которых конкретный участок канальца можно выделить из почки, перфузировать in vitro, а затем подвергнуть анализу перфузат (рис. 12-14). Перечислим основные результаты, отображенные на рис. 12-15, касающиеся переноса веществ через стенку канальцев.
1. В проксимальном канальце берет свое начало процесс концентрирования клубочкового фильтрата, причем наиболее важным моментом здесь является активное поглощение солей. С помощью активного транспорта из данного участка канальца обратно всасывается около 67% Na+. Почти пропорциональное количество воды и некоторых других растворенных веществ, например ионов хлора, следует за ионами натрия пассивно. Таким образом, прежде чем фильтрат достигнет петли Генле, из него реабсорбирустся около 75% веществ. В результате канальцевая жидкость становится изоосмотической по отношению к плазме крови и тканевым жидкостям.
Используя метод остановленного потока перфузии (рис. 12 - 13). Соломон (Artur К. Solomon) с сотрудниками установил, что, когда концентрация NaCl в просвете канальца падает, движение воды также замедляется. Полученные результаты прямо противоположны тем, которые следовало ожидать, если бы выход воды из канальца происходил по закону простой осмотической диффузии, и указывают на то, что транспорт воды сопряжен с активным транспортом натрия. Такое сопряжение, по-видимому, является следствием работы механизма стационарного градиента (см. рис. 4 - 48). Истинная "перекачка" ионов Na+ происходит на серозной поверхности клеток эпителия, расположенных в проксимальном канальце, причем точно таким же образом, как это наблюдается в эпителии кожи и желчного пузыря лягушки. У земноводных подобный активный перенос ионов вызывает в просвете канальца отрицательный (по отношению к
Рис. 12-15.
Обобщенная схема потоков ионов и воды через стенку нефрона у млекопитающих.
Цифрами обозначена осмотическая концентрация (мосмоль-л-1). Точками выделена зона собирательной трубочки, чувствительная к антидиуретическому гормону. (Pitts. 1959.)
жидкости, окружающей нефрон) электрический потенциал, примерно равный 20 мВ. Данную разность потенциалов, по-видимому, можно объяснить пассивной результирующей диффузией из проксимального канальца, противоположных натрию
43
хлорид-ионов. В наиболее дистальной части проксимального канальца (там, где он соединен с тонким нисходящим коленом петли Генле) объем клубочкового фильтрата уменьшается до 1/4 своей первоначальной величины. Из-за уменьшения объема канальцевой жидкости веществ, которые не подверглись активному переносу и пассивной диффузии через стенку нефрона, в конце проксимального канальца приобретают концентрацию в 4 раза большую, чем в первичном фильтрате. Несмотря на это, канальцевая жидкость здесь изоосмотична по отношению к жидкости, окружающей нефрон. Ее осмотическая концентрация около 300 мосмоль-л-1. Интересно отметить, что сам по себе активный транспорт NaCl вызывает сильные изменения объема жидкости во время ее движения по проксимальному канальцу и увеличение концентрации мочевины и многих других веществ фильтрата.
Проксимальный каналец идеально приспособлен для интенсивной
реабсорбции соли и воды. Многочисленные микроворсинки эпителия образуют так называемую щеточную кайму, покрывающую внутреннюю поверхность просвета почечного канальца (рис. 12-8). При таком устройстве абсорбирующей поверхности чрезвычайно увеличивается площадь клеточной мембраны и в результате облегчается диффузия соли и воды из просвета канальца в эпителиальные клетки.
2.Нисходящее колено петли Генле и часть восходящего колена, расположенная во внутреннем слое мозгового вещества, состоят из очень тонких клеток, у которых нет щеточной каймы, а число митохондрий мало. Морфология тонких участков нефрона свидетельствует об отсутствии здесь активного переноса растворенных веществ через стенку канальца. С целью определения изменений в жидкости во время продвижения перфузата по нефрону были изучены разные участки почечного канальца. Для этого использовали метод перфузии in vitro и радиоактивные метки. Такой методический подход позволил установить, что в нисходящем колене петли Генле активный транспорт соли через стенку канальца отсутствует. Более того, на данном участке нефрона NaCl очень плохо проникает сквозь стенку канальца, мочевина - несколько лучше, а вода проходит без затруднений. Столь различная проницаемость стенки для разных веществ, как мы увидим далее, играет важную роль в системе концентрирования мочи в почках.
3.Эксперименты с искусственной перфузией показали, что стенка тонкого участка восходящего колена петли Генле также неактивна в отношении
транспорта соли. Тем не менее она обладает высокой проницаемостью для Na+ и СР, но малопроницаема для мочевины и почти непроницаема для воды. И вновь подобное различие в степени проницаемости стенки данного участка нефрона для разных веществ играет ключевую роль в работе почечного механизма концентрирования мочи.
4. Толстый участок восходящего колена петли Генле, расположенный в мозговом веществе почки, отличается от остальных участков указанной петли. Он осуществляет активный перенос Na+ и Cl- из просвета петли в интерстициальное пространство. Этот участок нефрона вместе с остальной частью восходящего колена чрезвычайно мало проницаем для воды. Из-за реабсорбции NaCl жидкость поступает в дистальный каналец несколько гипоосмотичной по сравнению с тканевой жидкостью. Значение реабсорбции соли в восходящем отделе нефрона мы обсудим ниже, в разделе, посвященном противоточно-концентрирующему механизму.
5. Движение воды через стенку дистального канальца - процесс сложный. Дистальный каналец имеет особое значение для транспорта К+, Н+ и NH3 из
тканевой жидкости в просвет нефрона и транспорта Na+, Cl- и НСО - из просвета
3
нефрона в тканевую жидкость. Поскольку соли активно "выкачиваются" из просвета канальца, вода следует за ними пассивно. Активный транспорт солей через стенку канальца находится под контролем эндокринной системы и
регулируется в ответ на изменение осмотических условий.
6. Собирательный проток проницаем для воды, что позволяет ей переходить из разбавленной мочи в более концентрированную тканевую жидкость мозгового вещества почки. В этом заключается конечная стадия образования гиперосмотической мочи. В протоке происходит также реабсорбция NaCl, но за счет активного переноса Na+ через стенку. Для солей собирательный проток непроницаем, в отношении воды его проницаемость меняется. Важной особенностью дистального участка собирательного протока, расположенного во внутреннем мозговом слое почек, является его высокая проницаемость для мочевины. Смысл этого станет очевидным позже, когда мы рассмотрим противоточный механизм, концентрирующий мочу в собирательном протоке. Скорость, с которой вода реабсорбируется в собирательных протоках, регулируется тонким механизмом по принципу обратной связи через антидиуретический гормон (вазопрессин).
44
41 :: 42 :: 43 :: 44 :: Содержание