Канальцевая реабсорбция

В канальцах почки происходят два следующих этапа мочеобразования – процессы реабсорбции и секреции. Реабсорбция – процесс обратного всасывания веществ из просвета канальцев в кровь, при этом их выделение с мочой уменьшается. Секреция – процесс, обратный реабсорбции, в результате которого продукты, подлежащие выведению (экскреции), транспортируются в просвет канальцев; при этом их выделение с мочой увеличивается. Локализация важнейших транспортных процессов представлена на рис. 6.

В основе реабсорбции и секреции лежат процессы мембранного транспорта через стенки канальцев. Они универсальны, и не отличаются от тех, что обеспечивают перенос веществ через другие плазматические мембраны (при всасывании в кишечнике, транспорте в капиллярах).

Рисунок 6 Реабсорбция и секреция в почечных канальцах.

Направление стрелок указывает на направленность процесса.

По многообразию транспортных процессов, их интенсивности, специфичности, избирательности - почки можно назвать уникальным органом.

Проксимальная реабсорбция

Образовавшийся в клубочках ультрафильтрат далее поступает в проксимальные канальцы. Эпителиальные клетки, образующие стенки проксимальных канальцев, как и все клетки, способные транспортировать вещества, имеют асимметричное строение, то есть характеризуются направленностью процессов от апикальной к базальной поверхности клетки. Апикальная мембрана клетки, обращенная в просвет канальца, имеет щеточную каемку, почти в 40 раз увеличивающую поверхность всасывания и обладающую большой сорбционной способностью. Базальная мембрана клеток образует складки, пространство между которыми называется базальным лабиринтом. Именно туда и поступает реабсорбированная жидкость, прежде чем попасть в перитубулярные капилляры. Между собой клетки соединяются так называемыми плотными контактами или плотными соединениями. На всем остальном протяжении они разделены довольно широким межклеточным пространством - базолатеральным лабиринтом.

Рисунок 7 Схема строения эпителия проксимальных канальцев

Из рисунка.7 видно, что для реабсорбции растворённых веществ и воды из просвета канальца в базальный лабиринт и далее в кровь, есть два пути: под номером 1 показан первый путь - трансцеллюлярный – через клетку. В этом случае вещество на своем пути должно преодолеть две плазматические мембраны (апикальную и базальную) и цитоплазму клетки. Второй путь реабсорбции - парацеллюлярный, между клетками - показан под номером 2. Он проходит через зоны плотных контактов. При таком транспорте могут быть использованы механизмы диффузии, осмоса и перенос вещества вместе с растворителем.

Рассмотрение реабсорбции в проксимальном канальце следует начать с механизмов реабсорбции Nа, поскольку именно с Nа прямо или косвенно связана реабсорбция других веществ. Процесс реабсорбции натрия можно разделить на 3 этапа: прохождение через апикальную мембрану, движение через клетку к базальной мембране и эвакуация из клетки через базальную мембрану в межклеточное пространство.

Рассмотрим их поэтапно.

Апикальный транспорт. Вход Nа⁺ в клетку через апикальную мембрану представляет собой пассивный процесс. Он происходит по электрохимическому и концентрационному градиенту. Эти градиенты создаются благодаря активному транспорту натрия из клетки через базальные и базолатеральные мембраны. В апикальной мембране клеток имеются Nа⁺-каналы и Nа⁺-переносчики, облегчающие пассивный вход Nа⁺. Дело в том, что липидная основа мембраны непроницаема для гидрофильного иона Nа⁺ даже при наличии большого электрохимического градиента и отрицательного заряда на внутренней поверхности клеточной мембраны. Чтобы ионы Nа⁺ могли проникнуть через клеточную мембрану, в ней имеются гидрофильные белки - облегчители (пермеазы), образующие каналы, по которым проходит Nа⁺. Схема транспорта Nа⁺ в клетках проксимальных канальцев представлена на рис.8.

Следующая группа механизмов апикального поступления Nа⁺ осуществляется с помощью вторично-активного транспорта. Котранспортёр (переносчик) может переносить Nа⁺ и какое-либо второе вещество в одном направлении по механизму симпорта. Примером такого вида транспорта является совместный перенос Nа⁺ с глюкозой и Nа⁺ с аминокислотами. По другому варианту вещество, например Н⁺, может выходить из клетки в обмен на ион Nа⁺, который движется в клетку: этот механизм называется противотранспорт или антипорт. Транспорт Na⁺ может быть сопряжён с транспортом бикарбоната и фосфатов. Вошедший в клетку Nа⁺ не смешивается с общим Nа⁺ клетки, а продвигается к местам эвакуации по специальной транспортной системе каналов, не нарушая клеточную внутреннюю среду.

Базальный транспорт. Через базальную и базолатеральную мембраны Nа⁺ транспортируется активно против электрохимического и концентрационного градиента с помощью Nа⁺–К⁺насосов. При этом ион Nа⁺ обменивается на ион К⁺. Главная роль в работе насосов принадлежит ферменту Nа⁺/К⁺ - АТФазе, которая вызывает распад молекулы АТФ, что и дает энергию, необходимую для реабсорбции. Такой вид транспорта называется первично-активный. То обстоятельство, что Nа⁺ постоянно откачивается из клетки, весьма важно, т.к. благодаря этому концентрация Nа⁺ в клетке остается низкой, что и обеспечивает совместно с электрохимическим потенциалом поступление в клетку новых порций натрия. Мы рассмотрели как Nа⁺ реабсорбируется через клетку (трансцеллюлярно), но некоторое количество Nа⁺ может проходить через зоны плотных контактов (парацеллюлярно) совместно с ионами Cl^-.

Вслед за электролитами пассивно по осмотическому градиенту из канальцев устремляется вода, она переносится частично через зоны клеточных контактов, частичночерез клетку по специальным водным каналам.

Рисунок 8 Схема транспорта натрия

в клетках проксимального канальца

Двигаясь, вода захватывает и уносит в своем потоке растворенные в канальцевой жидкости вещества (главным образом Nа⁺, Cl^- и мочевину). Этот механизм переноса называется «следование за растворителем» или «перенос веществ вместе с растворителем».

В проксимальном канальце реабсорбируется большая часть профильтровавшегося Nа⁺ (65-80%) и 80% воды. Отличительной особенностью реабсорбции в проксимальном канальце является то, что вслед за Nа⁺ и другими осмотически активными веществами в эквивалентных количествах реабсорбируется вода, поэтому жидкость в проксимальном канальце остается изоосмотичной плазме крови и ее осмотическая концентрация составляет 300 мосм/л.

Реабсорбция глюкозы. Через апикальную мембрану глюкоза поступает посредством системы симпорта с Nа⁺. Движение глюкозы опосредованно участием переносчика и является вторично-активным транспортом, поскольку энергия, необходимая для переноса глюкозы через апикальную мембрану, вырабатывается за счет транспортирующих Nа⁺ насосов. Через базальную мембрану глюкоза покидает клетку путем облегченной диффузии (рис 9).

Рисунок 9 Механизм реабсорбции глюкозы в проксимальном канальце

При нормальной концентрации глюкозы в крови (3,3-5,5 ммоль/л) вся фильтрируемая глюкоза практически полностью (100%) реабсорбируется клетками проксимальных канальцев и в окончательной моче она отсутствует. При повышении содержания глюкозы в крови с 5 до 10 ммоль/л глюкоза появляется в моче (глюкозурия). В этом случае оказывается превышен почечный порог - количество профильтровавшейся глюкозы превышает реабсорционную способность канальцев, транспортные системы максимально насыщаются, и избыток глюкозы выводится с мочой. Реабсорбционная способность канальцев определяется по глюкозе с использованием клиренсового метода (метод очищения, описание метода в руководстве к лабораторным работам).

Подобно глюкозе в проксимальных канальцах почти полностью реабсорбируются аминокислоты. Реабсорбция аминокислот осуществляется путем вторично-активного транспорта, совместно с Nа⁺. Однако для аминокислот в апикальной мембране имеется не один переносчик, как для глюкозы, а 5-7 видов переносчиков, специфичных для различных групп аминокислот.

В проксимальных канальцах реабсорбируются низкомолекулярные белки, которые в небольшом количестве (примерно 1,8 г/сут.) фильтруются и поступают в проксимальные канальцы. Фактически весь профильтровавшийся белок реабсорбируется, и экскреция его с мочой ничтожно мала (до 100 мг/сут.). При заболевании почек количество белков в моче может возрастать до 50,0 г/сут. (протеинурия). Реабсорбция белка происходит путем эндоцитоза. Молекула белка адсорбируется на апикальной мембране, мембрана впячивается, образуя вакуоли. Эти вакуоли отщепляются от мембраны клетки, сливаются в клетке с лизосомами, где под действием лизосомальных ферментов белок расщепляется до аминокислот. Продукты расщепления затем покидают клетку. В ПК также реабсорбируются бикарбонат, калий, фосфаты, витамины.

Nа⁺ и другие реабсорбированные вещества, пройдя через стенку ПК, поступают в базальный и базолатеральный лабиринты. Затем жидкость эвакуируется в кровь перитубулярных капилляров, но механизм этот не совсем ясен. Существует гипотеза, согласно которой онкотическое давление в этих капиллярах значительно превышает онкотическое давление крови, поступившей в клубочки, поскольку в процессе фильтрации кровь теряет часть плазмы, и оттекающая от клубочка кровь, несколько сгущается. Другая гипотеза главное значение придает гидростатическому давлению, возникшему в базальном лабиринте из-за скопления в нем большого объема жидкости. Возможно, справедливы обе гипотезы.

В клетках проксимальных канальцев реабсорбируется 100% глюкозы и аминокислот, белки, 80% Nа⁺, 80% воды, 80% бикарбоната, витамины и другие вещества. Но при всей сложности и многообразии транспортных процессов в проксимальных канальцах они являют собой чудо экономичности и эффективности.

Оособенности проксимальной реабсорбции:

1. Большой объем (из 120 мл профильтровавшейся за 1 минуту жидкости на выходе их ПК остается 20 мл).

2. Возвращает в кровь биологически ценные органические и минеральные вещества.

3. Ведущим в реабсорбции является ион Nа, с которым сопряжена реабсорбция других веществ.

4. Реабсорбция в проксимальных канальцах называется изоосмотическая, т.к. вода и Nа реабсорбируются взаимосвязано. В результате химический состав канальцевой жидкости меняется, а осмотическая концентрация не изменяется (300мосм/л).