Пиноцитоз. Активно реабсорбируемые вещества в почках
Обновлено: 24.04.2024
2 этапом образования мочи является реабсорбция - обратное всасывание воды и растворенных в ней веществ. Это точно доказано в прямых опытах с анализом мочи, полученной путем микропункции из различных отделов нефрона.
В отличие от образования первичной мочи, которая является результатом физико-химических процессов фильтрации, реабсорбция в значительной степени осуществляется за счет биохимических процессов клеток канальцев нефрона, энергия для которых черпается из распада макроэргов. Это подтверждается тем, что после отравления веществами блокирующими тканевое дыхание (цианиды) резко ухудшается обратное всасывание натрия, а блокада фосфорилирования монойодацетоном резко угнетает реабсорбцию глюкозы. Реабсорбция ухудшается также при понижении обмена веществ в организме. Например, при охлаждении организма на морозе и диурез при этом возрастает.
Наряду с пассивными процессами транспорта (диффузия, силы осмоса) в реабсорбции большую роль играют пиноцитоз, электростатические взаимодействия между различно заряженными ионами и т.д. Различают также 2 вида активного транспорта:
первично-активный транспорт осуществляется против электрохимического градиента и при этом транспорт происходит за счет энергии АТФ,
вторично-активный транспорт осуществляется против концентрационного градиента и при этом энергия клетки не тратится. С помощью этого механизма реабсорбируется глюкоза, аминокислоты. При этом виде транспорта органическое вещество входит в клетку проксимального канальца с помощью переносчика, который обязательно должен присоединить ион натрия. Этот комплекс (переносчик + органическое вещество + ион натрия) перемещается в мембране щеточной каймы, этот комплекс за счет разности концентраций Na + между просветом канальца и цитоплазмой поступает в клетку, т.е. в канальце ионов натрия больше, чем в цитоплазме. Внутри клетки комплекс диссоциирует и ионы Na + за счет Na-K насоса выводится из клетки.
Реабсорбция осуществляется во всех отделах нефрона, за исключением капсулы Шумлянского-Боумена. Однако характер обратного всасывания и интенсивность в различных отделах нефрона неодинакова. В проксимальных отделах нефрона реабсорбция идет очень интенсивно и мало зависит от водно-солевого обмена в организме (обязательная, облигатная). В дистальных отделах нефрона реабсорбция очень изменчива. Ее называют факультативной реабсорбцией. Именно реабсорбция в дистальных канальцах и собирательных трубках в большей степени, чем в проксимальном отделе определяет функцию почки как органа гомеостаза, регулирующего постоянство осмотического давления, рН, изотонии и объема крови.
Реабсорбция в различных отделах нефрона
Реабсорбция ультрафильтрата происходит кубовидным эпителием проксимального канальца. Здесь имеют большое значение микроворсинки. В этом отделе полностью реабсорбируется глюкоза, аминокислоты, белки, витамины, микроэлементы, значительное количество Na + , Са + , бикарбонатов, фосфатов, Cl - ,К + и H2О. В последующих отделах нефронах всасываются только ионы и Н2О.
Механизм всасывания перечисленных веществ неодинаков. Самым значительным по объему и энергетическим затратам занимает реабсорбция Na + . Она обеспечивается как пассивным, так и активными механизмами и происходит во всех отделах канальцев.
Активная реабсорбция Nа вызывает пассивный выход из канальцев ионов Сl - которые следуют за Na + вследствие электростатического взаимодействия: положительные ионы увлекают за собой отрицательно заряженный Сl - и др. анионы.
В проксимальных канальцах реабсорбируется около 65 -70% воды. Этот процесс осуществляется за счет разности осмотического давления - пассивно. Переход воды из первичной мочи выравнивает осмотическое давление в проксимальных канальцах до уровня его в тканевой жидкости. Из фильтрата реабсорбируется также 60-70% кальция и магния. Дальнейшая их реабсорбция продолжается в петле Генли и дистальных канальцах и с мочой выделяется только около 1% профильтровавшегося кальция и 5-10% магния. Реабсорбция кальция и в меньшей степени магния регулируется паратгормоном. Паратгормон повышает реабсорбцию кальция и магния и снижает реабсорбцию фосфора. Кальцитонин оказывает противоположное действие.
Таким образом, в проксимальном извитом канальце реабсорбируются все белки, вся глюкоза, 100% аминокислот, 70-80% воды, а, Сl, Mg, Ca. В петле Генли за счет избирательной проницаемости ее отделов для натрия и воды дополнительно еще реабсорбируется 5% ультрафильтрата и в дистальную часть нефрона поступает 15% объема первичной мочи, которая активно обрабатывается в извитых канальцах и собирательных трубках. Объем окончательной мочи всегда определяется водным и солевым балансом организма и может колебаться от 25 л в сутки (17 мл/мин) и до 300 мл (0,2 мл/мин).
Реабсорбция в дистальных отделах нефрона и собирательных трубках обеспечивает возвращение в кровь идеальную в осмотическом и солевом отношении жидкости, поддерживая постоянство осмотического давления, рН, водный баланс и стабильность концентрации ионов.
Содержание многих веществ в окончательной моче во много раз выше, чем в плазме и первичной моче, т.е. проходя по канальцам нефрона, первичная моча концентрируется. Отношение концентрации вещества в конечной моче к концентрации в плазме называют концентрационным индексом. Этот индекс характеризует процессы, которые происходят в системе канальцев нефрона.
Реабсорбция глюкозы
Концентрация глюкозы в ультрафильтрате такая же, как и в плазме,но в проксимальном отделе нефрона она практически полностью реабсорбируется. В нормальных условиях за сутки с мочой выделяется не более 130 мг. Обратное всасывание глюкозы осуществляется против высокого концентрационного градиента, т.е. реабсорбция глюкозы происходит активно, причем она переносится с помощью механизма вторично-активного транспорта. Апикальная мембрана клетки, т.е. мембрана, обращенная в сторону просвета канальца, пропускает глюкозу только в одном направлении - в клетку, а обратно в просвет канальца не пропускает.
В апикальной мембране клетки проксимального канальца имеется специальный переносчик глюкозы, но глюкоза, прежде чем взаимодействовать с переносчиком, должна превратиться в глю-6 фосфат. В мембране имеется фермент глюкокиназа, который обеспечивает фосфорилирование глюкозы. Глю-6-фосфат соединяется с переносчиком апикальной мембраны одновременно с натрием.
Просвет канальца
Этот комплекс за счет разности концентрации натрия (натрия в просвете канальца больше, чем в цитоплазме) перемещается в мембране щеточной каймы и попадает внутрь клетки. В клетке этот комплекс диссоциирует. Переносчик возвращается за новыми порциями глюкозы, а в цитоплазме остаются глю-6-фосфат и натрий. Глю-6-фосфат под влиянием фермента глю-6-фосфотазы распадается на глюкозу и фосфатную группу. Фосфатная группа используется для превращения АДФ в АТФ. Глюкоза перемещается к базальной мембране, где соединяется с другим переносчиком, который транспортирует ее через мембрану в кровь. Транспорт через базальную мембрану клетки носит характер облегченной диффузии и не требует присутствия натрия.
Реабсорбция глюкозы находится в зависимости от ее концентрации в крови. Глюкоза полностью всасывается, если ее концентрация в крови не превышает 7-9 ммоль/л, в норме ее от 4,4 до 6,6 ммоль/л. Если содержание глюкозы оказывается выше, то часть ее не реабсорбируется и выделяется с окончательной мочой - наблюдается глюкозурия.
На этом основании введем понятие о пороге выведения. Порогом выведения (порогом реабсорбции) называют концентрацию вещества в крови, при которой оно не может полностью реабсорбироваться и попадает в конечную мочу. Для глюкозы это составляет более 9 ммоль /л, т.к. при этом мощность систем переносчика оказывается недостаточной и сахар поступает в мочу. У здоровых людей это может наблюдаться после поступления больших его количеств (алиментарная (пищевая) глюкозурия).
Реабсорбция аминокислот
Аминокислоты также полностью реабсорбируются клетками проксимального канальца. Существует несколько специальных систем реабсорбции для нейтральных, двухосновных, дикарбоновых аминокислот и иминокислот.
Каждая из этих систем обеспечивает реабсорбцию нескольких аминокислот одной группы:
1 группа-глицин, пролин, оксипролин, аланин, глютаминовая кислота, креатин;
2 группа-двухосновные-лизин, аргинин, орнитин, гистидин, цистин;
3 группа-лейцин, изолейцин.
4 группа - Иминокислоты-органические кислоты, содержащие в молекуле двухвалентную иминогруппу (= NH), гетероциклические иминокислоты пролин и оксипролин входят в состав белков и обычно рассматриваются как аминокислоты.
В пределах каждой системы имеются конкурентные отношения между переносом отдельных аминокислот входящих в данную группу. Поэтому, когда одной аминокислоты много в крови, то переносчик не успевает транспортировать все аминокислоты этого ряда - они выделяются с мочой. Транспорт аминокислот происходит так же, как и глюкозы, т.е. по механизму вторично-активного транспорта.
Реабсорбция белков
За сутки в фильтрат поступает 30-50 г белка. Почти весь белок полностью реабсорбируется в канальцах проксимального отдела нефрона, и у здорового человека в моче только его следы. Белки, в отличие от других веществ, реабсорбируясь попадают в клетки с помощью пиноцитоза. (Молекулы профильтровавшегося белка адсорбируются на поверхностной мембране клетки с образованием, в конечном счете, пиноцитозной вакуоли. Эти вакуоли сливаются с лизосомой, где под влиянием протеолитических ферментов белки расщепляются и их фрагменты переносятся в кровь через базальную цитоплазматическую мембрану). При заболевании почек количество белка в моче возрастает - протеинурия. Она может быть связана либо с нарушением реабсорбции, либо с увеличением фильтрации белка. Может возникать после физической нагрузки.
Выводимые из организма продукты обмена веществ, вредные для организма, активной реабсорбции не подвергаются. Те соединения, которые не способны проникнуть в клетку путем диффузии, совершенно не возвращаются в кровь и выделяются с мочой в максимально концентрированном виде. Это сульфаты и креатинин, их концентрация в окончательной моче в 90-100 раз больше, чем в плазме - это беспороговые вещества. Конечные продукты азотистого обмена (мочевина и мочевая кислота) могут диффундировать в эпителий канальцев, поэтому они частично реабсорбируются, и их концентрационный индекс ниже, чем сульфатов и креатинина.
Из проксимального извитого канальца изотоничная моча попадает в петлю Генле. Сюда поступает примерно 20-30% фильтрата. Известно, что в основе работы петли Генле, дистальных извитых канальцев и собирательных трубочек лежит механизм противоточно-множительной канальцевой системы.
Моча двигается в этих канальцах в противоположных направлениях (почему систему и назвали противоточной), а процессы транспорта веществ в одном колене системы усиливаются (“умножаются”) за счет деятельности другого колена.
Принцип противоточной системы широко распространен в природе и технике. Это технический термин, которым определяют движение двух потоков жидкости или газов в противоположных направлениях, создающие выгодные условия для обмена между ними. Например, в конечностях арктических животных артериальные и венозные сосуды располагаются близко, кровь течет в параллельно расположенных артериях и венах. Поэтому артериальная кровь согревает охлажденную венозную кровь, движущуюся к сердцу. Контакт между ними оказывается биологически выгодным.
Примерно так устроена и работает петля Генле и остальные отделы нефрона, а механизм противоточно - множительной системы существует между коленами петли Генле и собирательными трубками.
Рассмотрим, как работает петля Генле. Нисходящий отдел располагается в мозговом слое и тянется до вершины почечного сосочка, где изгибается на 180и переходит в восходящий отдел, расположенный параллельно нисходящему. Функциональное значение различных отделов петли неодинаково. Нисходящий отдел петли хорошо проницаем для воды, а восходящий водонепроницаем, но активно реабсорбирует натрий, который повышает осмолярность ткани. Это приводит к еще большему выходу воды из нисходящей части петли Генле по осмотическому градиенту (пассивно).
В нисходящее колено поступает изотоничная моча, а на вершине петли концентрация мочи увеличивается в 6-7 раз за счет выхода воды, поэтому в восходящее колено поступает концентрированная моча. Здесь в восходящем колене происходит активная реабсорбция натрия и всасывание хлора, вода остается в просвете канальца и в дистальный каналец поступает гипотоническая жидкость (200 осмоль/л). Между сегментами колена петли Генле постоянно существует осмотический градиент в 200 миллиосмолей (1 осмоль = 1000 миллиосмоль - количество вещества, которое развивает в 1 литре воды осмотическое давление в 22,4 атм). По всей длине петли суммарное различие осмотического давления (осмотический градиент или перепад) равен 200 миллиосмолей.
Мочевина также циркулирует в поворотно-противоточной системе почки и участвует в сохранении высокой осмолярности в мозговом веществе почки. Мочевина выходит из собирательной трубки (при движении конечной мочи в лоханку). Попадает в интерстиций. Затем секретируется в восходящее колено петли нефрона. Далее поступает в дистальный извитой каналец (с током мочи), и снова оказывается в собирательной трубке. Т.о., циркуляция в мозговом слое является механизмом сохранения высокого осмотического давления, которое создает петля нефрона.
В петле Генле дополнительно реабсорбируется еще 5% от исходного объема фильтрата и из восходящего отдела петли Генле в извитые дистальные канальцы поступает около 15% объема первичной мочи.
Важную роль в сохранении высокого осмотического давления в почке играют прямые почечные сосуды, которые, как и петля Генле, образуют поворотно-противоточную систему. Нисходящие и восходящие сосуды идут параллельно петле нефрона. Кровь, движущаяся по сосудам, проходя через слои с постепенно понижающейся осмолярностью, отдает межклеточной жидкости соли и мочевину и захватывает воду. Т.о. противоточная система сосудов представляет шунт для воды, благодаря чему создаются условия для диффузии растворенных веществ.
Обработка первичной мочи в петле Генле заканчивает проксимальную реабсорбцию мочи, за счет которой из 120 мл/мин первичной мочи в кровь возвращается 100-105 мл/мин, а 17 мл идет дальше.
Пиноцитоз. Активно реабсорбируемые вещества в почках
Реабсорбция и секреция в нефронах. Реабсорбция в проксимальном канальце
В предшествующих статьях мы обсудили основные механизмы, благодаря которым вода и растворенные в ней вещества перемещаются через мембрану канальцев. Используя эти сведения, теперь можно обсудить другие особенности различных сегментов канальцевой системы, позволяющие им выполнять специфические выделительные функции. При этом особое внимание уделим только тем из них, которые характеризуют реабсорбцию ионов Na+, Сl- и воды количественно. Реабсорбцию и секрецию других веществ в различных частях канальцевой системы нефрона рассмотрим в следующих главах.
а) Реабсорбция в проксимальном канальце. Перед тем как первичная моча достигнет петли Генле проксимальный каналец реабсорбирует в норме около 65% прошедших через почечный фильтр воды и натрия, а также в чуть меньшем количестве — ионов Сl-. Данные показатели могут изменяться при различных физиологических условиях. Этот вопрос будет обсужден далее.
Ультраструктура клетки и главные особенности транспорта в проксимальном канальце. Проксимальные канальцы реабсорбируют около 65% натрия, хлора, бикарбонатов, калия, а также почти всю глюкозу и аминокислоты, попавшие в первичную мочу. Здесь также происходит секреция в просвет канальцев органических кислот, оснований и протонов
Проксимальные канальцы обладают способностью к значительной реабсорбции благодаря активным и пассивным механизмам. Высокая способность проксимальных канальцев к реабсорбции обусловлена определенными структурными особенностями эпителиальных клеток (для облегчения понимания просим изучить рисунок выше). В эпителиоцитах — высокий уровень метаболизма, они содержат большое число митохондрий, необходимых для возможного осуществления активного транспорта. Кроме того, клетки канальцев оснащены хорошо развитой щеточной каемкой на апикальной стороне мембраны, а также широким лабиринтом межклеточных пространств и каналов на базальной стороне клеток. Все это вместе увеличивает площадь поверхности на апикальной и базолатеральных сторонах клеток, что способствует быстрому транспорту ионов Na + и других веществ.
Большая площадь поверхности мембраны эпителия в области щеточной каемки изобилует множеством транспортных белков, на долю которых приходится транспорт из просвета канальцев значительного количества ионов Na+ и связанных с ними посредством котранспорта многочисленных органических питательных веществ, например аминокислот и глюкозы. Оставшиеся в просвете канальца ионы Na+ перемещаются из канальцев в клетку с помощью контртранспорта в обмен на другие вещества, в особенности на протоны. Канальцевая секреция протонов является важным этапом удаления бикарбонатов из просвета канальцев путем химического объединения Н + с НСО3 2 и формирования Н2СО3, диссоциирующей затем на Н2О и СО2.
Несмотря на то, что основную движущую силу для реабсорбции ионов натрия, хлора и воды в проксимальном канальце создает АТФ-аза Na+/K+-Hacoca, механизмы транспорта для этих ионов в начальных и более удаленных от клубочка частей проксимального канальца несколько отличаются.
В начальных отделах канальца происходит реабсорбция натрия благодаря котранспорту вместе с глюкозой, аминокислотами и другими растворенными веществами. Однако в удаленной от клубочка части остается лишь небольшое количество перечисленных соединений. Здесь натрий реабсорбируется главным образом с ионами Сl-. Поскольку в начальном сегменте реабсорбция натрия происходит преимущественно с глюкозой, бикарбонатом и другими органическими ионами, содержание хлора по мере продвижения жидкости по канальцу возрастает со 105 мэкв/л до 140 мэкв/л во второй его половине, поэтому в данном сегменте под действием градиента концентрации происходит перемещение ионов Сl- в межклеточную жидкость через межклеточные соединения.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Пассивная реабсорбция воды в почке. Пассивная реабсорбция ионов хлора, мочевины почками
а) Пассивная реабсорбция воды с помощью осмоса в основном зависит от реабсорбции натрия. При реабсорбции растворенных веществ из канальца с помощью первично или вторично активного транспорта содержание их в просвете уменьшается, а в межклеточном пространстве возрастает. Это создает градиент концентрации, благодаря которому вода движется в том же направлении, что и соединения: из канальцев в межклеточное пространство почки. Некоторые отделы канальцевой системы, особенно проксимальные, высокопроницаемы для воды, ее реабсорбция происходит настолько быстро, что градиент концентрации для растворенных веществ по обе стороны мембраны становится небольшим.
В результате осмоса большая часть воды перемещается через область плотных контактов между клетками, а также непосредственно через мембраны эпителиоцитов. Как уже обсуждалось ранее, плотность контактов между клетками относительна, поскольку они позволяют воде и небольшого размера ионам в значительном количестве диффундировать в клетку. Особенно это касается проксимальных канальцев, которые высокопроницаемы для воды и в несколько меньшей (но все же в значительной) степени проницаемы для большинства ионов, таких как натрий, хлор, калий, кальций и магний.
Поскольку вода движется через плотные контакты с помощью осмоса, вместе с ней могут перемещаться и частицы некоторых растворенных веществ. Этот процесс называют перетягиванием вещества. Кроме того, изменения реаб-сорбции натрия влияют на транспорт воды и многих растворенных веществ, поскольку с натрием сопряжена реабсорбция воды, органических молекул и других ионов.
В более дистальных отделах нефрона, начиная с петли Генле, плотные контакты становятся все менее проницаемыми для воды и растворенных веществ, площадь поверхности мембран эпителиальных клеток значительно уменьшается, поэтому вода не может путем осмоса беспрепятственно перемещаться через мембрану канальцев. Проницаемость дистальных отделов нефрона для воды, однако, возрастает в результате действия антидиуретического гормона.
Таким образом, осмос через эпителий канальца может осуществляться лишь при условии, что мембрана проницаема для воды независимо от величины осмотического градиента. В проксимальных канальцах проницаемость для воды всегда высока, поэтому она реабсорбируется так же быстро, как и растворенные вещества. В восходящем отделе петли Генле проницаемость для воды всегда низка, поэтому она здесь почти не реабсорбируется, несмотря на значительный осмотический градиент. Проницаемость дистальных канальцев, собирательных трубочек и протоков может значительно изменяться в зависимости от наличия или отсутствия АДГ.
Механизмы реабсорбции ионов Na+ совместно с водой, ионами Cl- и мочевиной
Пассивная реабсорбция ионов хлора, мочевины и других растворенных веществ путем диффузии
При реабсорбции натрия через мембрану эпителиоцитов вместе с ними (из-за электростатических взаимодействий) переносятся отрицательно заряженные ионы, например хлора. Транспорт положительно заряженных ионов Na+ из канальцев делает просвет канальца по сравнению с межклеточной жидкостью более электроотрицательным. Это приводит к пассивной диффузии ионов Сl- парацеллюлярным способом. Реабсорбция воды вследствие осмоса увеличивает содержание хлора в просвете канальца, благодаря чему создаются условия для их дополнительной реабсорбции (для улучшения понимания просим посмотреть рисунок выше). Таким образом, активная реабсорбция натрия тесно сопряжена с диффузией ионов СГ благодаря электрическим и концентрационным взаимодействиям.
Реабсорбция ионов Сl- может также осуществляться вторично активным транспортом. Наиболее важным процессом здесь является перенос их через мембрану канальцев вместе с натрием.
Реабсорбция мочевины происходит также пассивно, однако в отличие от ионов Сl- — не столь интенсивно. Поскольку из канальцев реабсорбируется вода (осмос вызван реабсорбцией натрия), концентрация мочевины в просвете канальца увеличивается (для улучшения понимания просим посмотреть рисунок выше), создается градиент концентрации, способствующий ее реабсорбции. Однако так же легко, как вода, мочевина не способна проникать через стенку канальца. В некоторых отделах нефрона, особенно в глубине мозгового слоя, где расположены собирательные протоки, ее диффузия облегчается особыми переносчиками мочевины. В канальцах реабсорбируется только около половины всей мочевины, попавшей в первичную мочу. Оставшаяся часть мочевины переходит в конечную мочу, позволяя почкам выделять значительное количество этого метаболита.
Другой продукт жизнедеятельности — креатинин. Он имеет гораздо большую по сравнению с мочевиной молекулярную массу, благодаря чему мембрана канальцев для него практически непроницаема, поэтому почти весь прошедший через почечный фильтр креатинин выделяется с мочой.
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.
а) Пиноцитоз - активный механизм реабсорбции белка. Некоторые отделы канальцевой системы нефрона, особенно проксимальные, с помощью пиноцитоза реабсорбируют такие большие соединения, как молекулы белка. При этом белок прикрепляется к мембране щеточной каемки, мембрана в этом месте инвагинируется в клетку вплоть до смыкания краев и формирования пузырька, содержащего молекулу белка. Оказавшись внутри пространства, окруженного мембраной, молекула белка расщепляется до аминокислот, которые затем через базолатеральную мембрану попадают в межклеточную жидкость. Поскольку пиноцитоз требует затрат энергии, его относят к активному транспорту.
б) Максимальный транспорт для активно реабсорбируемых веществ. Для большинства веществ, которые активно реабсорбируются или секретируются, существует количественное ограничение — предел, называемый максимальным транспортом. Он объясняется полной загруженностью транспортных систем, вовлеченных в перенос вещества, когда его количество, попавшее в просвет канальца (называемое каналъцевой нагрузкой) превышает возможности транспортных белков и особых ферментов, принимающих участие в переносе.
Хорошим примером в данном случае является система транспорта глюкозы в проксимальном извитом канальце. В норме в моче глюкоза не определяется, поскольку практически вся она реабсорбируется в проксимальном канальце. Однако когда содержание глюкозы в первичной моче превышает возможности реабсорбции, глюкоза начинает выделяться с мочой.
У взрослого человека максимальный транспорт глюкозы составляет в среднем 375 мг/мин, тогда как фильтруется около 125 мг/мин (СКФ х Содержание глюкозы в плазме = 125 мл/мин х 1 мг/мл). При значительном увеличении СКФ и/или увеличении концентрации глюкозы в крови, когда канальцевая нагрузка составит более 375 мг/мин, избыток глюкозы появляется в моче.
Соотношения между канальцевой нагрузкой в результате фильтрации, интенсивностью реабсорбции в канальцах и выделением с мочой молекул глюкозы.
Максимальный транспорт -наибольшая интенсивность, с которой глюкоза реабсорбируется клетками эпителия канальцев.
Почечный порог определяется тем уровнем канальцевой нагрузки, при котором глюкоза начинает появляться в выделяемой моче.
На рисунке выше приведены соотношения между концентрацией глюкозы в плазме, канальцевой нагрузкой, максимальным транспортом глюкозы и интенсивностью выделения глюкозы с мочой. Отметим, что при содержании глюкозы в плазме 100 мг/дл канальцевая нагрузка составит 125 мг/мин, глюкоза в моче не появляется. Однако при увеличении концентрации глюкозы в плазме выше 200 мг/дл канальцевая нагрузка составит около 250 мг/мин, и глюкоза в небольшом количестве начинает появляться в моче. Момент появления глюкозы в моче называют почечным порогом для глюкозы. Отметим, что появление глюкозы в моче (почечный порог) наблюдается до достижения максимального транспорта. Одной из причин является неодинаковость величин максимального транспорта у разных нефронов: некоторые нефроны начинают выделять глюкозу прежде тех, в которых значение максимального транспорта еще не достигнуто. В среднем максимальная способность реабсорбировать глюкозу нефронами (максимальный транспорт) составляет около 375 мг/мин.
В норме уровень глюкозы в плазме, даже после еды, почти никогда не превышает величины, необходимой для появления ее в моче. Однако при нелеченном сахарном диабете концентрация глюкозы в плазме достигает высоких значений, увеличивая канальцевую нагрузку и приводя к выделению глюкозы с мочой. Значения максимального транспорта для веществ, активно реабсорбируемых в канальцах, следующие.
б) Максимальный транспорт для активно секретируемых веществ. Для активно секретируемых веществ также характерен максимальный транспорт.
Активно реабсорбируемые вещества, для которых максимальный транспорт не характерен. Частой причиной количественных ограничений в реабсорбции веществ перенасыщение системы переносчиков в связи с увеличением канальцевой нагрузки. Для пассивно реабсорбируемых веществ максимальный транспорт не характерен, т.к. интенсивность их переноса определяется другими факторами, такими как: (1) электрохимическим градиентом диффузии через мембрану; (2) проницаемостью мембраны для вещества; (3) временем нахождения растворенного вещества в просвете канальца. Такой транспорт называют градиент-время-зависимым, поскольку его интенсивность определяется электрохимическим градиентом и временем, в течение которого вещество находится в канальце, что, в свою очередь, зависит от объема жидкости, протекающей по канальцу. Транспорт некоторых активно реабсорбируемых веществ является градиент-время зависимым.
Рассмотрим, например, реабсорбцию натрия в проксимальном канальце. Основным аргументом в пользу того, что для его реабсорбции максимальный транспорт не характерен, является наличие других ограничивающих факторов, снижающих реабсорбцию.
Например, максимальная транспортная способность натрий-калиевой АТФ-азы, расположенной на базолатеральной поверхности мембран эпителиоцитов проксимальных канальцев, обычно гораздо выше реального объема реабсорбируемого натрия, поскольку значительное его количество, выделяемое насосом наружу, утекает через плотные контакты между клетками назад в просвет канальца. Интенсивность утечки зависит от ряда факторов: (1) проницаемости плотных контактов; (2) естественных сил, определяющих интенсивность массового перемещения вещества из межклеточной жидкости в перитубулярные капилляры. Транспорт натрия в проксимальных канальцах определяется скорее градиент-время-зависимыми причинами, чем закономерностями максимального транспорта. Это означает, что чем выше становится концентрация натрия в проксимальном канальце и чем меньше объемная скорость жидкости в его просвете, тем интенсивнее он реабсорбируется.
В более дистальных частях нефрона контакты между соседними эпителиоцитами становятся для натрия все менее проницаемыми. В этих областях реабсорбция ионов Na+ выражается максимальным транспортом, схожим с активным механизмом реабсорбции других веществ. Более того, этот максимальный транспорт может возрастать в ответ на влияние таких гормонов, как альдостерон.
Нарушение реабсорбции и секреции
При прохождении первичной мочи по канальцам и собирательным трубочкам нефрона одни вещества всасываются обратно, другие же поступают из крови в просвет канальцев. Интенсивность выделения большинства веществ из организма с мочой определяется, прежде всего, избирательной реабсорбцией, а не секрецией. Такие вещества как глюкоза и аминокислоты полностью реабсорбируются в проксимальных канальцах. Для ионов натрия, хлора, калия и бикарбоната интенсивность реабсорбции тоже высока, однако их интенсивность выделения с мочой зависит от потребностей организма. Мочевина, креатинин и сульфаты выводятся в большом количестве, поскольку они хуже или практически не реабсорбируются. Вода и анионы всасываются обратно в кровь в проксимальных канальцах пассивно, с помощью осмоса. Для перемещения глюкозы и аминокислот там же, а ионов натрия против градиента в дистальном канальце, требуются затраты энергии, сопряженные с работой К + /Na + -АТФ-азы. Важную роль в переносе глюкозы, аминокислот и натрия во многих частях канальцевой системы нефрона принадлежит специальным белкам-переносчикам, осуществляющих облегченную диффузию. Высокомолекулярные соединения, в частности белок, активно реабсорбируются в проксимальном отделе нефрона посредством пиноцитоза.
Нарушения реабсорбции воды и веществ в почках вызываются патологией транспортных систем канальцев нефронов (ренальные), но они могут быть опосредованы и внепочечными расстройствами гомеостаза (экстраренальные).
Почечные нарушения реабсорбции. Повышенное содержание в первичной моче веществ, превышающее возможности их реабсорбции ферментными системами канальцев, например, глюкозы у больных сахарным диабетом, приводит к выведению этих компонентов первичной мочи из организма. Момент появления сахара в моче называют почечным порогом для глюкозы. Блокада ферментных систем, ответственных за транспорт глюкозы, например, флоридзином, приводит к гликозурии при нормальном уровне глюкозы в крови.
Аналогичным образом функционирует механизм реабсорбции аминокислот. Повышение концентрации аминокислот в плазме крови (гипераминоацидемия) приводит к появлению этих органических соединений в моче (аминоацидурии). Нарушения реабсорбции аминокислот и моносахаридов проксимальными канальцами нефрона может быть обусловлены генетически. Они встречаются при аутосомно-рецессивных заболеваниях, вызванных мутацией генов транспортеров аминокислот в эпителии проксимальных канальцев. Например, данная мутация распространена среди населения Финляндии.
К + /Na + -АТФ-азой опосредованные нарушения пиноцитоза и, соответственно, реабсорбции белков возникают при тяжелой гипоксии, выраженных расстройствах почечного кровотока, а также вследствие дистрофии канальцевого эпителия. Они обнаруживают себя появлением в моче белка (неселективная протеинурия) и развитием нефротического синдрома. Избирательное подавление активности фермента реабсорбции натрия (К + /Na + -АТФ-азы) приводит к полиурии. Этот эффект используется в фармакотерапии для коррекции водно-электролитного баланса организма при различных видах патологии.
В процессе индивидуального развития в почках происходит дистрофия эпителия канальцев нефрона, утолщение базальной мембраны, а также увеличение объема интерстиция и коллагена. Нарушение работы транспортных систем с возрастом приводят к снижению способности почек концентрировать мочу и выводить лекарственные препараты у лиц пожилого и старческого возраста.
Внепочечные нарушения реабсорбции связаны с расстройствами нейроэндокринной регуляции реабсорбции воды и натрия в канальцах. Интегративным показателем нарушения реабсорбции является утрата почками способности эффективно концентрировать мочу. В норме концентрирование мочи обеспечивается поворотно-противоточной системой почки. Основная масса воды (до 85%) всасывается из первичной мочи в проксимальных канальцах путем осмоса, а остальная жидкость (15%) возвращается в организм при участии альдостерона и антидиуретического гормона (АДГ) в дистальном канальце. При заболеваниях, вызванных недостатком выработки вазопрессина (АДГ) и альдостерона реабсорбция воды в дистальных отделах канальцев и собирательных трубочках уменьшается. Диурез у таких больных может возрастать до 10-12 л в сутки, а удельный вес мочи снижаться до 1004-1014 (гипостенурия) и стабилизироваться на этом уровне (изостенурия). При избыточной продукции вазопрессина (синдром Пархона) диурез уменьшается, что приводит к задержке воды в организме.
Нарушения секреции и экскреции. Клетки эпителия в просвет канальцев секретирует органические соединения, К + , аммоний (NH4 + ), аммиак, лекарственные средства (пенициллин, сульфаниламиды), протоны водорода. В почечном эпителии происходит метаболизм глутамина, играющего важную роль в выведении из организма продуктов азотистого обмен и водорода. Нарушение секреции протонов водорода при разнообразных заболеваниях почек приводит к расстройствам кислотно-основного состояния крови.
Одновременно с секрецией происходит выведение из капилляров почек (экскреция) в канальцевую систему нефронов конечных продуктов обмена и чужеродных вещества (ксенобиотиков). В почках путем экскреции из крови выводится мочевина, мочевая кислота, креатинин, индол, фенолы и красители. Избирательные нарушения процессов секреции и экскреции встречаются редко, и, как правило, они являются следствием наследственных заболеваний. Нарушение секреции мочевой кислоты наблюдается при расстройствах азотистого обмена, проявляющихся подагрой. У детей встречаются патологические состояния, связанные с избыточным выведением бикарбонатов (бикарбонатный диабет) и нарушением кислотно-основного состояния крови (ацидоз).
Парциальная или тотальная недостаточность выделительной функции почек (фильтрации, реабсорбции, секреции и экскреции) приводит к накоплению в организме чужеродных веществ и продуктов метаболизма, расстройствам водно-электролитного обмена и кислотно-основного состояния крови. В различных сочетаниях эти нарушения становятся существенными факторами патогенеза жизнеугрожающих состояний при почечной недостаточности. Кроме того, они составляют основу многих синдромов, возникающих при заболеваниях почек – нефропатиях.
Читайте также: