3.2.2 Транспорт растворенных веществ

Транспорт растворенных веществ про­исходит на протяжении всей длины канальцевой системы нефрона. Различают актив­ный транспорт, облегченную диффузию, пиноцитоз и осмос. Активный транспорт протекает с затратой энергии и заключа­ется в переносе веществ через мембраны против электрохимического и концентра­ционного градиента. Облегченная, или опосредованная, диффузия осуществляет­ся с участием переносчиков, в частности ферментов (пермеаз), облегчающих диффузию ионов через цитоплазматическую мембрану для увеличения транспорта ионов по концентрационному градиенту. Натрий. Находится в плазме в связан­ном состоянии, главным образом в форме соединений NaCl, NaHCO3 и фосфатов. Однако вследствие значительной электро­литической диссоциации эти соединения в канальцах реабсорбируются как отдель­ные ионы. Поэтому следует говорить не о транспорте NaCl, а о транспорте ионов Na+ и Cl. Натрий свободно фильтруется в клубоч­ках, и его концентрация в клубочковом фильтрате идентична таковой в плазме крови. Реабсорбция натрия осуществля­ется на протяжении всей длины дисталь-ного нефрона, однако механизм реабсорб-ции в каждом из основных сегментов неф­рона различен.

Реабсорбция натрия является порого­вой. Интенсивность реабсорбции Na⁺ из­меняется в зависимости от его содержа­ния в плазме.

Транспорт натрия в проксимальном канальце. Около 75 % профильтрованно­го натрия реабсорбируется в проксималь­ных канальцах. Одновременно реабсорбируются связанные с ним анионы и вода, поэтому жидкость в просвете канальцев остается почти изотоничной относительно плазмы. Реабсорбция натрия в прокси­мальном канальце носит характер актив­ного транспорта, в основе которого лежит механизм так называемого натриевого на­соса (с участием Na⁺-, К⁺-АТФ-азы). В люминальной мембране канальцевых клеток локализованы натриевые каналы, а в ба-зально-латеральных мембранах, обра­щенных к интерстицию, находятся натри­евые насосы. Натрий поступает в клетку по электрохимическому градиенту, двига­ется по цитоплазме и достигает ионных насосов на базально-латеральных мембра­нах, где транспортируется в межклеточ­ное пространство против электрохимичес­кого градиента за счет энергии клеточно­го метаболизма.

Транспорт натрия в петле Генле. Даль­нейшая реабсорбция натрия происходит в толстом восходящем колене петли Генле. В этом сегменте всасывается около 25 % профильтровавшегося натрия. Однако в отличие от проксимального канальца ре­абсорбция солей в этом сегменте не связа­на с одновременным всасыванием воды. Эпителий восходящего колена петли Ген­ле непроницаем для воды. Реабсорбция NaCl в сочетании с непроницаемостью мембраны для воды обуславливает гипо-осмотичность люминальной жидкости по отношению к плазме, что, в свою очередь, способствует концентрированию и разве­дению мочи.

Транспорт натрия в дистальном ка­нальце. В начальной части дистального канальца реабсорбируется около 5 —8 % фильтруемого натрия. Этот сегмент ка­нальца так же, как и восходящее колено петли Генле, непроницаем для воды. По­этому продолжающаяся реабсорбция NaCl ведет к дальнейшему разведению мочи. Процесс реабсорбции натрия в этом сег­менте канальца является активным и за­ключается в обмене ионов натрия на ионы водорода и калия. Несмотря на то что в количественном отношении реабсорбция натрия в дистальном канальце значитель­но меньше по сравнению с проксималь­ным, она имеет решающее значение для сохранения натрия в организме.

Транспорт натрия в собирательных трубках. В собирательных трубках реаб­сорбируется около 5 % натрия. Так же, как в дистальном канальце, всасывание на­трия сопровождается противотранспортом ионов К⁺ и Н⁺. При нарушении реабсорб­ции Na⁺ и воды, а также секреции К⁺ и Н⁺ в собирательных трубках расположенных выше сегментов нефрона происходят ак­тивные процессы поддержания гидроион­ного гомеостаза, от их функции зависит окончательная осмотическая концентрация мочи. Следует отметить, что в отличие от двух предыдущих сегментов нефрона этот сегмент обладает свойством изменять про­ницаемость мембраны для воды в зависи­мости от концентрации антидиуретичес­кого гормона в крови.

Канальцевый транспорт хлора. Око­ло 70 % всего количества профильтровав­шегося хлора реабсорбируется в прокси­мальном канальце, а остальная часть — в дистальных отделах нефрона. Реабсорб­ция хлора является в основном пассив­ным процессом. В проксимальном каналь­це реабсорбция С1~ совершается обычно в том же направлении, что и реабсорбция натрия. Однако оба эти иона переносятся не в виде соединения NaCl, а по отдельно­сти. Нельзя рассматривать СГ простым эквивалентом Na⁺.

В проксимальном отделе извитого ка­нальца реабсорбция хлора происходит при наличии ферментов, имеющих сульфгидрильные группы, очень чувствительные к ртутным диуретикам. При блокиро­вании ртутными диуретиками нормаль­ная реабсорбция хлора увеличивает диу­рез, поскольку часть воды не реабсорбируется.

Канальцевый транспорт калия. Калий преимущественно находится в клетках и лишь менее 2 % его обнаруживается в биологических жидкостях организма. Поч­ки не сохраняют калий так же эффек­тивно, как натрий. Если потребление ка­лия низкое, то происходит его потеря с мочой. С другой стороны, почки способны адаптироваться к большим его нагрузкам. При потреблении избытка солей калия ди-стальные извитые канальцы и собиратель­ные трубки интенсивно секретируют ка­лий, и его количество, выделенное с мочой, может превышать фильтруемое в клубоч­ках.

Выведение калия почками осуществля­ется тремя способами: фильтрацией, ре-абсорбцией и секрецией. Он свободно фильтруется в клубочках. Около 90 % профильтровавшегося калия подвергает­ся реабсорбции в проксимальном сегмен­те канальца. Часть ионов К⁺ реабсорби-руется в петле Генле. В дистальном сег­менте извитого канальца и собирательных трубках ионы К⁺ подвергаются секреции в просвет канальца в обмен на ионы Na⁺. На этот процесс влияют факторы, действу­ющие как с перитубулярной стороны (со стороны кровеносного русла), так и с лю-минальной стороны эпителия канальцев и собирательных трубок. Наиболее важным из факторов, действующих с перитубуляр­ной стороны, является альдостерон, увели­чивающий секрецию калия.

К факторам, влияющим на секрецию калия с люминальной стороны эпителия канальцев, относят разность потенциалов по обе стороны люминальной мембраны, а также скорость движения фильтрата по сегменту нефрона. Секреция калия увели­чивается при алкалозе и уменьшается при ацидозе. Некоторые вещества способны влиять на секрецию калия. Например, та­кой препарат, как амилорид, снижающий трансэпителиальную разность электричес­ких потенциалов, полностью подавляет секрецию калия. Он применяется как калийсберегающий препарат при лечении диуретиками.

Транспорт ионов Н⁺. Роль почек в под­держании рН исключительно велика, по­скольку они регулируют секрецию ионов Н⁺ и восполняют буферную емкость кро­ви. Нормальное протекание различных физиологических процессов зависит от строгого поддержания рН крови на сред­нем уровне 7,4.

Ионы Н⁺ секретируются в просвет про­ксимальных и дистальных канальцев. Большая часть ионов Н⁺ образуется при катализируемой или некатализируемой гидратации СО₂:

СО₂ + Н₂О <=>Н₂СО₃ <=> Н⁺ + НСО_з^-.

Следующим этапом является движение ионов Н⁺ через люминальную мембрану. В проксимальном канальце ионы Н⁺ об­мениваются на ионы Na⁺ одной из нахо­дящихся в моче натриевых солей. В ди­стальном сегменте нефрона секреция Н⁺ обеспечивается главным образом первич­ной Н⁺-АТФ-азой, расположенной в апи­кальной мембране вставочных клеток со­бирательных трубок коркового и мозгово­го слоев почки. Попадая в просвет нефрона, Н⁺ захватывается НСО3. В проксималь­ном канальце, где концентрация НСО3 относительно высока, эта реакция катали­зируется карбоангидразой, находящейся в щеточной каемке. Таким образом, секре­ция Н⁺ используется для возвращения профильтрованных гидрогенкарбонатов.

Одновременно ионы Н⁺ участвуют в образовании титруемых кислот:

Н⁺ + НРО₄ <=± 2Н⁺ + РО4 ; Н⁺+Л"^±НЛ,

где НЛ является слабой органической кис­лотой.

Гидроген-ионы фосфатов и неионизиро-ванные слабые кислоты в дальнейшем экс-кретируются с мочой.

В экскреции ионов Н⁺ участвует и дру­гая буферная система, обладающая боль­шой емкостью. В проксимальном и ди­стальном канальцах из глутамина при учас­тии фермента глутаминазы непрерывно об­разуется аммиак, диффундирующий в кровь и канальцевую жидкость. В просве­те канальцев аммиак (NH₃) связывается с Н⁺, образуя ион аммония (NHp, кото­рый экскретируется с мочой.

При нормальном функционировании почек общее количество экскретированных Н⁺ равно примерно 50—100 мэкв/сут. При гидрогенкарбонатной нагрузке (на­пример, прием с пищей фруктовых соков, содержащих цитроны, инфузия больших количеств гидрогенкарбоната) экскреция Н⁺ снижается или полностью прекраща­ется, а титруемая кислотность приближа­ется к нулю.

В регуляции экскреции Н⁺ принимает участие альдостерон, стимулирующий сек­рецию Н⁺ и К⁺ в дистальном отделе неф-рона. Избыток альдостерона приводит к развитию метаболического алкалоза, а его дефицит — к метаболическому ацидозу.

Транспорт кальция и магния. Кальций находится в плазме в трех формах: иони­зированной, неионизированной (в виде комплексных соединений) и соединения с белком. В норме ионизированный каль­ций составляет менее половины общего ко­личества (1,136 — 0,126 ммоль/л). Комп­лексы с ним составляют главным образом три аниона: НСО3, фосфат и цитрат. В поч­ке в сутки фильтруется около 270 ммоль кальция. Суточная его экскреция колеб­лется от 1,5 до 15 ммоль.

В клубочках фильтруется только иони­зированный и неионизированный кальций, поэтому его концентрация в ультрафиль­трате составляет около 65 % от общей кон­центрации в плазме.

Реабсорбция кальция во многих отде­лах нефрона происходит одновременно с реабсорбцией натрия. Поэтому экскреция кальция с мочой изменяется в зависимос­ти от экскреции натрия.

Около 60 % профильтровавшегося каль­ция реабсорбируется в проксимальном извитом канальце, 20 —25 % — в петле Генле, 10 % — в дистальном извитом ка­нальце и около 5 % — в собирательных трубках. Терминальный отдел нефрона, где реабсорбируется лишь 5 — 8 % всего про­фильтровавшегося кальция, является основ­ной зоной окончательной регуляции его экскреции. Реабсорбция кальция в дистальной части осуществляется под воздействием паратиреоидного гормона (паратгормона), который увеличивает реабсорбцию каль­ция в толстом восходящем колене петли Генле и собирательной трубке.

В регуляции обмена кальция кроме па­ратгормона принимают также участие ак­тивная форма витамина D и кальцитонин. Когда больной получает диету с низким содержанием этого макроэлемента, разви­тие легкой, преходящей гипокальциемии вызывает высвобождение паратгормона, увеличивающего превращение в корковом веществе почки 25-оксихолекальциферо-ла в 1,25-диоксихолекальциферол (вита­мин D₃). Этот метаболит витамина D по­вышает всасывание кальция в кишках и увеличивает его реабсорбцию в прокси­мальных канальцах.

Кальцитонин, секретируемый главным образом клетками щитовидной железы, вы­зывает натрийурез и увеличивает выведение кальция. Он продуцируется в ответ на уве­личение содержания кальция в плазме.

Подобно кальцию часть магния в плазме связана с белком, при этом соотношение фильтруемого магния к общей концен­трации Mg²⁺ в плазме составляет прибли­зительно 0,75. 20 — 30 % фильтруемо­го Mg²⁺ реабсорбируется в проксималь­ном канальце, большая же его часть (50 — 60 %) — в толстом восходящем колене петли Генле под влиянием паратгормона. В дистальном нефроне реабсорбируется около 2 —10 % фильтруемого магния вне зависимости от действия паратгормона.

Различия в процессах всасывания каль­ция и магния на всем протяжении нефро­на были уточнены при изучении эффекта диуретиков на экскрецию ионов. Так, тиа-зидовые диуретики снижают экскрецию кальция, но увеличивают экскрецию маг­ния. «Петлевой диуретик» фуросемид увеличивает экскрецию обоих ионов, тог­да как действующие на дистальную часть нефрона калийсберегающие диуретики типа спиронолактона, амилорида и три-амтерен снижают экскрецию кальция и магния.

Транспорт фосфатов. Фосфаты при­надлежат к наиболее эффективным буфе­рам мочи. В нормальных условиях в моче содержатся лишь неорганические фосфатные соединения (Н₂РС>4, НРОр. За сутки с мочой выделяется около 1 г фосфатов. Неорганические фосфаты свободно фильтруются в клубочках и подвергаются обратному всасыванию в канальцевой системе. Предполагается, что 60 — 70% профильтровавшихся фосфатов реабсорбируется в проксимальном канальце, а также в дистальном.

Паратгормон играет важную роль в регуляции уровня фосфатов в различных сегментах нефрона. Этот пептид связывает рецепторы на контралюминальной стороне проксимального канальца и активи­ зирует систему аденилатциклазы, вследствие этого увеличивается количество циклического АМФ и реабсорбция фосфатов снижается. То же самое происходит и в дистальной части нефрона. Таким образом,при наличии избытка паратиреоидного гормона экскреция фосфатов может повыситься на 20 — 30 %, т. е. развивается значительная фосфатурия. Кальцитонин и глюкокортикоиды уменьшают количество реабсорбированных фосфатов, в то время как , гормон роста повышает их реабсорбцию.

Транспорт сульфатов. Концентрация сульфатов в плазме крови колеблется от 0,19 до 2,4 моль/л. Неорганические сульфаты плазмы образуются в результате расщепления аминокислот. В клубочках они свободно фильтруются и подвергаются реабсорбции в извитых канальцах. Реабсорбция сульфатов происходит еледующим образом: активный сульфат связывается с АТФ (2 АТФ + SO4") и путем транссульфурирования превращается в «переносчик» с низкой молекулярной маcсой, от которого в интерстициальном пространстве отделяется сульфат-ион. При нормальной концентрации сульфатов в плазме почти все количество профильтровавшихся ионов подвергается реабсорбции. Повышение концентрации сульфатов вызывает быстро наступающее насыщение канальцевого транспорта и по достижении максимума увеличивается выведение их с мочой. Поэтому сульфаты можно отнести к пороговым веществам. Ряд гормонов оказывает влияние на реабсорбцию сульфатов. Так, она возрастает после введения гормона роста и глюкокортикоидов. Реабсорбция сульфатов ингибируется тиосульфатом, а также глю­козой или аминокислотами в высоких кон­центрациях.

Транспорт пороговых веществ. К по­роговым относятся такие вещества, реаб­сорбция которых происходит до тех пор, пока их концентрация в плазме крови не превысит определенную пороговую вели­чину, после чего их реабсорбция прекра­щается и они появляются в моче. К таким веществам относятся глюкоза, хлориды, аминокислоты.

Глюкоза. В обычных условиях в просвет нефрона с ультрафильтратом ежеминут­но поступает более 100 мг глюкозы, кото­рая практически полностью реабсорбиру-ется клетками проксимального канальца. Реабсорбция глюкозы является типичным примером выделения веществ путем филь­трации и реабсорбции без секреции. Су­точное количество экскретируемой глюко­зы не превышает 130 мг. Процесс реаб­сорбции протекает с затратой энергии АТФ путем энзиматического фосфорили-рования. Под влиянием гексокиназы глю­коза превращается в глюкозо-6-фосфат, из которого под действием фосфатазы снова образуется глюкоза, а фосфорный ради­кал присоединяется к АДФ с образовани­ем АТФ. Этот процесс требует достаточ­ного количества О₂.

Максимальная скорость, с которой мо­жет происходить реабсорбционный про­цесс, называется транспортным максиму­мом (Т_т). Он индивидуален для каждого растворенного вещества. Считается, что величину Т_т глюкозы (Т_т(}) ограничива­ет лишь число переносчиков, но не энер­госнабжение транспорта. Для количе­ственного определения этого показателя в кровь больного вводят глюкозу («сахар­ная нагрузка»). Когда количество про­фильтровавшейся глюкозы превысит ре-абсорбционную способность канальцев, т. е. будут заняты все мембранные пере­носчики глюкозы, ее избыток в канальцах приведет к глюкозурии. Количество глю­козы, реабсорбируемое при максимальной нагрузке всех ее мембранных переносчи­ков, является относительно стандартной величиной и соответствует у мужчин — 380, а у женщин — 310 мг/мин на 1,73 м² поверхности тела.

Если во всех канальцах количество фильтруемой в них глюкозы соответству­ет способности клеток к ее реабсорбции, ^т0 Т_Ш(} будет одновременно достигнут во всех нефронах. При этом глюкозурия бу­дет увеличиваться пропорционально уве­личению гипергликемии. Если же нефро-ны гетерогенны по способности реабсор-бировать глюкозу, то будет наблюдаться расхождение между ними по времени на­ступления глюкозурии — она будет появ­ляться при разном уровне гипергликемии. T_mG в разных нефронах будет достигаться при увеличении концентрации глюкозы в плазме крови от 9,99—11,10 ммоль/л до 22,20 ммоль/л. Это явление носит назва­ние расщепления кривой титрования не-фронов глюкозой и отражает степень мор­фологической и функциональной гетеро­генности нефронов.

Различают два вида увеличения экскре­ции сахара с мочой (глюкозурии): почеч­ную и экстраренальную. Первый вариант наблюдается при нормальной концентра­ции глюкозы в крови, второй — при гипер­гликемии, например, при сахарном диабете. Глюкозурия почечного происхождения яв­ляется редким заболеванием, чаще всего она служит одним из симптомов нарушения функции почек при синдроме Фанкони.

Специфическим ингибитором транспор­та глюкозы является флоридзин. Послед­ний блокирует процесс фосфорилирова-ния глюкозы и тормозит ее реабсорбцию в проксимальных канальцах.

Аминокислоты. Так же, как и глюкоза, аминокислоты полностью фильтруются в клубочках. Концентрация аминокислот в фильтрате соответствует их концентра­ции в плазме крови и колеблется от 2,5 до 3,5 ммоль/л.

В обычных условиях более 90 % про­фильтровавшихся аминокислот подверга­ется обратному всасыванию главным об­разом в начальной части проксимального канальца. Механизм трансцеллюлярного транспорта аминокислот подобен таково­му при реабсорбции глюкозы. Аминокислота связывается в мембране щеточной каемки со специфическим переносчиком, он присоединяет натрий, и весь комплекс пе­ремещается через мембрану в цитоплазму, где переносчик освобождается от амино­кислоты и натрия. Системы канальцевого транспорта аминокислот характеризуются насыщением, т.е. имеют ограниченное ко­личество переносчиков, и когда все они свя­зываются с соответствующими аминокис­лотами, избыток последних из канальцевой жидкости экскретируется с мочой.

Существует, по меньшей мере, четыре специфические активные транспортные системы, специфичные для определенных групп аминокислот и имеющие разное зна­чение Т_т. Разные группы аминокислот переносятся отдельными трансмиттерами.

I группа — аланин, гистидин, норвалин, норлейцин, метионин, а-аминомасляная кислота;

II группа — аргинин, цистеин, лизин, орнитин;

III группа — аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота;

IV группа — глицин, оксипролин, пролин.

Перенос аминокислот через мембрану щеточной каемки является стереоспецифи-ческим для их определенных групп, насы­щаемым и зависимым от уровня натрия. Процесс их реабсорбции косвенно зави­сит от потребления кислорода и эффек­тивности энергетического аппарата клет­ки. Поступившие в клетку аминокислоты перемещаются к латеральной и базальной плазматической мембранам, через которые посредством механизма облегченной диф­фузии попадают в интерстициальное про­странство.

Ряд факторов приводит к увеличению экскреции аминокислот (аминоацидурии), в частности отсутствие или низкая актив­ность в организме ферментов катаболиз­ма некоторых аминокислот; наследствен­ные или приобретенные нарушения одной или нескольких систем транспорта ами­нокислот в мембране щеточной каемки; дефект трансцеллюлярного механизма пе­реноса аминокислот через клетку прокси­мального канальца.