6132 0
Selama CF, lebih dari 100 mg glukosa memasuki lumen nefron setiap menit, tetapi sepenuhnya diserap oleh sel-sel tubulus proksimal, sehingga glukosa biasanya tidak terdeteksi dalam urin, dan ekskresi hariannya tidak melebihi 130 mg. Reabsorpsi glukosa ke dalam darah terjadi melawan gradien konsentrasi yang tinggi, karena tidak ada glukosa yang tersisa di cairan tubulus.
Proses transpor glukosa dikategorikan sebagai aktif sekunder. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa transfer glukosa dari lumen tubulus melalui membran brush border terjadi dengan bantuan pembawa yang membutuhkan kehadiran wajib ion natrium. Membran brush border tidak secara aktif mengangkut glukosa atau natrium, yang diperlukan untuk reabsorpsi glukosa. Energi seluler untuk proses ini dibuat selama pengoperasian pompa natrium, yang menghilangkan natrium dari sel dan terlokalisasi di membran plasma bagian lateral dan basal sel, yaitu menghadap cairan antar sel dan kapiler darah.
Sebagai hasil dari transpor aktif natrium dari sel, konsentrasi natrium dalam sitoplasma menurun. Ini berfungsi sebagai prasyarat untuk masuknya natrium secara bertahap dan pasif ke dalam sel melalui membran batas sikat. Pembawa dapat mengangkut glukosa dari cairan tubulus ke dalam sel hanya bila dikombinasikan dengan glukosa dan natrium, yang memungkinkan untuk melintasi membran, dan dari dalam sel, glukosa dan natrium dilepaskan ke dalam sitoplasma.
Dengan demikian, pompa natrium dari membran basolateral berfungsi sebagai sumber energi. Ini adalah pengangkutan natrium yang mengkonsumsi energi TF, yang digunakan untuk transfer glukosa terkonjugasi secara simultan ke dalam sel. Dengan demikian, transfer natrium aktif-primer menyediakan transpor glukosa yang digabungkan secara aktif-sekunder ke dalam sel. Sistem reabsorpsi glukosa ini hanya terlokalisasi di membran brush border, yaitu di bagian membran plasma sel yang menghadap lumen tubulus. Tidak ada mekanisme transfer glukosa seperti itu di membran plasma basal dan lateral. Glukosa yang masuk ke dalam sel terakumulasi dalam dana transpor, di mana konsentrasinya menjadi lebih tinggi daripada di cairan ekstraseluler. Membran sel di bagian basal memiliki permeabilitas yang rendah terhadap glukosa; untuk memastikan reabsorpsi gula, transfernya dari sel ditentukan oleh pembawa khusus yang mengangkut glukosa ke dalam cairan ekstraseluler sepanjang gradien konsentrasi dan tanpa mengeluarkan energi respirasi seluler.
Di klinik, kemampuan ginjal untuk menyerap kembali glukosa adalah salah satu indikator penting dari keadaan fungsional sel-sel tubulus proksimal dan jumlah tubulus yang berfungsi efektif. Fitur reabsorpsi glukosa terkait erat dengan mekanisme glukosuria. Dari data di atas tentang esensi proses reabsorpsi glukosa, dapat disimpulkan bahwa jumlah maksimum molekul glukosa yang direabsorbsi dari cairan tubulus ke dalam darah bergantung pada jumlah pembawa glukosa dan kecepatan pergantiannya di dalam membran. Jelas, semua glukosa yang disaring diserap kembali sampai jumlah pembawa dan kecepatan pergerakannya dalam membran memastikan transfer semua molekul glukosa yang telah memasuki lumen tubulus.
Ekskresi glukosa dalam urin dimulai hanya ketika konsentrasinya dalam plasma meningkat secara signifikan sehingga jumlah glukosa yang disaring melebihi kapasitas reabsorpsi tubulus (Gbr. 1). Jumlah glukosa yang direabsorbsi pada beban maksimum semua pembawa membran yang terlibat dalam transpornya berfungsi dalam kondisi penelitian standar sebagai indikator fungsional penting dari aktivitas tubulus proksimal. Transpor glukosa maksimum (TmG) pada pria adalah 375 ± 79,7, dan pada wanita - 303 ± 55,3 mg / menit per 1,73 m² permukaan tubuh.
Beras. 1. Hubungan antara konsentrasi glukosa dalam plasma darah, filtrasi, reabsorpsi dan ekskresinya [Valint R., 1969]. Pada sumbu y di sebelah kiri - jumlah glukosa yang disaring, diserap kembali, dan dapat diekstraksi, di sebelah kanan - pembersihan glukosa; pada sumbu absis - konsentrasi glukosa dalam plasma darah.
Studi dengan memasukkan glukosa ke dalam darah dan pengukuran TmG di klinik memberikan gambaran tentang keseimbangan antara CF dan reabsorpsi di tubulus proksimal dari masing-masing nefron. Ketika larutan glukosa hipertonik diinfuskan ke dalam darah, hiperglikemia tidak menyebabkan glukosuria sampai batas kemampuannya untuk menyerap kembali glukosa tercapai di salah satu tubulus. Jika di semua nefron ada kesesuaian antara volume cairan yang disaring (dan dengan demikian glukosa) dan kemampuan untuk menyerapnya kembali, maka TmG akan dicapai secara simultan di semua nefron, dan dengan peningkatan lebih lanjut konsentrasi glukosa dalam darah, terjadi glukosuria.
Jika dalam dua nefron filtrasinya sama, tetapi keadaan tubulus dan kemampuan menyerap kembali glukosa berbeda, maka TmG tidak akan tercapai secara bersamaan. Semakin besar perbedaan antara nefron individu, semakin heterogen populasi nefron, semakin sedikit korespondensi antara tingkat CF glukosa dan reabsorpsinya, semakin besar perbedaan antara nefron pada saat onset TmG dengan peningkatan bertahap konsentrasi glukosa plasma. . Dalam beberapa nefron, TmG dicapai pada konsentrasi glukosa plasma 11,1 mmol/l, di lain - 22,2 mmol/l. Fenomena ini disebut pemisahan kurva titrasi nefron dengan glukosa; itu tergantung pada heterogenitas morfologis dan fungsional populasi nefron di ginjal.
TmG meningkat dengan akromegali, setelah pemberian tiroksin, dan penurunannya adalah karakteristik penyakit Addison, sensitisasi serum, dan peningkatan konsentrasi 1-lisin dan 1-alanin dalam filtrat. Dalam perjalanan penyakit, rasio antara volume CP dan reabsorpsi glukosa tubular dapat berubah. Pada pasien dengan diabetes mellitus, glukosuria dapat menurun selama perjalanan penyakit, meskipun konstan level tinggi glukosa dan plasma, yang disebabkan oleh pengendapan kompleks protein-mukopolisakarida di kapiler glomerulus dengan pembentukan glomerulosklerosis ipterkapiler pada orang tua dengan perjalanan panjang diabetes. Hal ini menyebabkan penurunan CF pada masing-masing nefron, mengurangi pemuatan tubulus dengan glukosa, dan mereka memiliki waktu untuk menyerap kembali glukosa yang disaring, yang menyebabkan penurunan glukosuria.
Nefrologi Klinis
ed. MAKAN. Tareeva
rincian
Reabsorpsi adalah pengangkutan zat dari lumen tubulus ginjal ke dalam darah mengalir melalui kapiler peritubulus. diserap kembali 65% dari volume urin primer(sekitar 120 l / hari. Itu 170 l, 1,5 dialokasikan): air, garam mineral, semua komponen organik yang diperlukan (glukosa, asam amino). Mengangkut pasif(osmosis, difusi sepanjang gradien elektrokimia) dan aktif(aktif primer dan aktif sekunder dengan partisipasi molekul pembawa protein). Sistem transportasinya sama seperti di usus halus.
Zat ambang batas - biasanya diserap kembali sepenuhnya(glukosa, asam amino) dan diekskresikan dalam urin hanya jika konsentrasinya dalam plasma darah melebihi nilai ambang (yang disebut "ambang eliminasi"). Untuk glukosa, ambang eliminasi adalah 10 mmol/l (pada konsentrasi glukosa darah normal 4,4-6,6 mmol/l).
Zat non-ambang - selalu diekskresikan terlepas dari konsentrasinya dalam plasma darah. Mereka tidak diserap kembali atau hanya sebagian diserap, seperti urea dan metabolit lainnya.
Mekanisme operasi berbagai bagian filter ginjal.
1. di tubulus proksimal proses pemekatan filtrat glomerulus dimulai, dan poin terpenting di sini adalah penyerapan aktif garam. Dengan bantuan transpor aktif, sekitar 67% Na+ direabsorbsi dari bagian tubulus ini. Jumlah air yang hampir proporsional dan beberapa zat terlarut lainnya, seperti ion klorida, mengikuti ion natrium secara pasif. Jadi, sebelum filtrat mencapai lengkung Henle, sekitar 75% zat direabsorbsi darinya. Akibatnya, cairan tubulus menjadi isosmotik terhadap plasma darah dan cairan jaringan.
Tubulus proksimal cocok untuk reabsorpsi intensif garam dan air. Banyak mikrovili epitel membentuk apa yang disebut batas sikat yang menutupi permukaan bagian dalam lumen tubulus ginjal. Dengan pengaturan permukaan penyerap seperti itu, area membran sel sangat meningkat dan, sebagai akibatnya, difusi garam dan air dari lumen tubulus ke dalam sel epitel difasilitasi.
2. Tungkai turun dari lengkung Henle dan bagian dari tungkai naik terletak di lapisan dalam sumsum belakang, terdiri dari sel-sel yang sangat tipis yang tidak memiliki batas kuas, dan jumlah mitokondria sedikit. Morfologi bagian tipis nefron menunjukkan tidak adanya transfer aktif zat terlarut melalui dinding tubulus. Di area nefron ini, penetrasi NaCl sangat buruk melalui dinding tubulus, urea agak lebih baik, dan air mengalir tanpa kesulitan.
3. Dinding bagian tipis dari ekstremitas asendens lengkung Henle juga tidak aktif sehubungan dengan transportasi garam. Namun demikian, ia memiliki permeabilitas yang tinggi terhadap Na+ dan Cl-, tetapi sedikit permeabel terhadap urea dan hampir tidak permeabel terhadap air.
4. Bagian tebal dari ekstremitas asendens lengkung Henle, terletak di medula ginjal, berbeda dari sisa loop yang ditentukan. Ini melakukan transfer aktif Na + dan Cl - dari lumen loop ke ruang interstisial. Bagian nefron ini, bersama dengan lutut asendens lainnya, sangat sedikit permeabel terhadap air. Karena reabsorpsi NaCl, cairan memasuki tubulus distal agak hipoosmotik dibandingkan dengan cairan jaringan.
5. Pergerakan air melalui dinding tubulus distal- prosesnya rumit. Tubulus distal sangat penting untuk pengangkutan K+, H+ dan NH3 dari cairan jaringan ke dalam lumen nefron dan pengangkutan Na+, Cl- dan H2O dari lumen nefron ke dalam cairan jaringan. Karena garam secara aktif "dipompa keluar" dari lumen tubulus, air mengikutinya secara pasif.
6. duktus pengumpul permeabel terhadap air, memungkinkannya mengalir dari urin encer ke cairan jaringan medula ginjal yang lebih pekat. Ini adalah tahap akhir dalam pembentukan urin hiperosmotik. Reabsorpsi NaCl juga terjadi di saluran, tetapi karena transfer aktif Na+ melalui dinding. Untuk garam, saluran pengumpul tidak permeabel; untuk air, permeabilitasnya bervariasi. Gambaran penting dari bagian distal duktus kolektivus, yang terletak di medula bagian dalam ginjal, adalah permeabilitasnya yang tinggi terhadap urea.
Mekanisme reabsorpsi glukosa.
Proksimal(1/3) reabsorpsi glukosa dilakukan dengan bantuan pembawa khusus dari batas sikat membran apikal sel epitel. Pembawa ini mengangkut glukosa hanya jika keduanya mengikat dan mengangkut natrium. Pergerakan pasif natrium sepanjang gradien konsentrasi ke dalam sel menyebabkan transportasi melintasi membran dan pembawa dengan glukosa.
Untuk menerapkan proses ini, diperlukan konsentrasi natrium yang rendah dalam sel epitel, yang menciptakan gradien konsentrasi antara lingkungan eksternal dan intraseluler, yang dijamin oleh kerja yang bergantung pada energi. pompa natrium-kalium membran dasar.
Jenis transportasi ini disebut aktif sekunder, atau symport, yaitu, transpor pasif bersama dari satu zat (glukosa) karena transpor aktif yang lain (natrium) menggunakan satu pembawa. Dengan kelebihan glukosa dalam urin primer, pemuatan lengkap semua molekul pembawa dapat terjadi dan glukosa tidak dapat lagi diserap ke dalam darah.
Keadaan ini ditandai dengan transportasi tubular maksimum materi» (Tm glukosa), yang mencerminkan beban maksimum pengangkut tubular pada konsentrasi zat tertentu dalam urin primer dan, karenanya, dalam darah. Nilai ini berkisar dari 303 mg / menit pada wanita hingga 375 mg / menit pada pria. Nilai transpor tubular maksimum sesuai dengan konsep "ambang ekskresi ginjal".
Ambang eliminasi ginjal sebut itu konsentrasi suatu zat dalam darah dan, karenanya, dalam urin primer, di mana ia tidak lagi dapat sepenuhnya diserap kembali di tubulus dan muncul dalam urin akhir. Zat-zat yang ambang eliminasinya dapat ditemukan, yaitu, diserap kembali sepenuhnya pada konsentrasi rendah dalam darah, dan tidak sepenuhnya pada konsentrasi tinggi, disebut ambang. Contohnya adalah glukosa, yang sepenuhnya diserap dari urin primer pada konsentrasi plasma di bawah 10 mmol/l, tetapi muncul dalam urin akhir, yaitu, tidak sepenuhnya direabsorbsi, bila kandungannya dalam plasma darah di atas 10 mmol/l. Akibatnya, untuk glukosa, ambang eliminasi adalah 10 mmol/l.
Mekanisme sekresi pada filter ginjal.
Sekresi adalah pengangkutan zat dari darah mengalir melalui kapiler peritubular ke dalam lumen tubulus ginjal. Transportasi bersifat pasif dan aktif. Ion H +, K +, amonia, asam dan basa organik disekresikan (misalnya, zat asing, khususnya, obat-obatan: penisilin, dll). Sekresi asam dan basa organik terjadi melalui mekanisme aktif sekunder yang bergantung pada natrium.
sekresi ion kalium.
Sebagian besar ion kalium yang mudah disaring di glomerulus biasanya direabsorbsi dari filtrat di tubulus proksimal dan lengkung Henle. Laju reabsorbsi aktif dalam tubulus dan lengkung tidak menurun bahkan ketika konsentrasi K+ dalam darah dan filtrat meningkat tajam sebagai respons terhadap konsumsi ion ini secara berlebihan oleh tubuh.
Namun, tubulus distal dan duktus pengumpul tidak hanya mampu mereabsorbsi tetapi juga mensekresi ion kalium. Dengan mensekresi kalium, struktur ini cenderung mencapai homeostasis ion jika logam ini masuk ke dalam tubuh dalam jumlah yang luar biasa besar. Pengangkutan K+ tampaknya bergantung pada masuknya K+ ke dalam sel tubulus dari cairan jaringan, karena aktivitas pompa Nar+-Ka+ biasa, dengan kebocoran K+ dari sitoplasma ke dalam cairan tubulus. Kalium dapat dengan mudah berdifusi sepanjang gradien elektrokimia dari sel-sel tubulus ginjal ke dalam lumen, karena cairan tubulus bersifat elektronegatif terhadap sitoplasma. Sekresi K+ melalui mekanisme ini dirangsang oleh hormon adrenokortikal aldosteron, yang dilepaskan sebagai respons terhadap peningkatan kandungan K+ dalam plasma darah.
2 tahap pembentukan urin adalah reabsorpsi - reabsorpsi air dan zat terlarut di dalamnya. Ini telah dibuktikan secara akurat dalam eksperimen langsung dengan analisis urin yang diperoleh dengan tusukan mikro dari berbagai bagian nefron.
Tidak seperti pembentukan urin primer, yang merupakan hasil dari proses filtrasi fisikokimia, reabsorpsi sebagian besar dilakukan karena proses biokimia sel-sel tubulus nefron, energi yang diambil dari pemecahan makroerg. Ini dikonfirmasi oleh fakta bahwa setelah keracunan dengan zat yang menghalangi respirasi jaringan (sianida), reabsorpsi natrium memburuk secara tajam, dan blokade fosforilasi oleh monoiodoaseton secara tajam menghambat reabsorpsi glukosa. Reabsorpsi juga memburuk dengan penurunan metabolisme dalam tubuh. Misalnya, ketika tubuh didinginkan dalam cuaca dingin, diuresis juga meningkat.
Bersama pasif proses transportasi (difusi, gaya osmotik) dalam reabsorpsi, pinositosis, interaksi elektrostatik antara ion bermuatan berbeda, dll memainkan peran penting. Ada juga 2 jenis transportasi aktif:
aktif utama transpor dilakukan melawan gradien elektrokimia dan pada saat yang sama transpor terjadi karena energi ATP,
aktif sekunder transpor dilakukan melawan gradien konsentrasi dan energi sel tidak terbuang percuma. Dengan bantuan mekanisme ini, glukosa, asam amino diserap kembali. Dalam jenis transportasi ini, bahan organik memasuki sel tubulus proksimal dengan bantuan pembawa, yang tentu harus melampirkan ion natrium. Kompleks ini (pembawa + bahan organik + ion natrium) bergerak dalam membran brush border, kompleks ini memasuki sel karena perbedaan konsentrasi Na + antara lumen tubulus dan sitoplasma; ada lebih banyak ion natrium di tubulus daripada di sitoplasma. Di dalam sel, kompleks terdisosiasi dan ion Na + dikeluarkan dari sel karena pompa Na-K.
Reabsorpsi dilakukan di semua bagian nefron, kecuali kapsul Shumlyansky-Bowman. Namun, sifat reabsorpsi dan intensitas dalam berbagai departemen nefron tidak sama. Di bagian proksimal departemen nefron, reabsorpsi sangat intensif dan sedikit bergantung pada metabolisme air-garam dalam tubuh (wajib, wajib). Di distal departemen reabsorpsi nefron sangat bervariasi. Ini disebut reabsorpsi fakultatif. Reabsorbsi di tubulus distal dan duktus kolektivus, pada tingkat yang lebih besar daripada di bagian proksimal, yang menentukan fungsi ginjal sebagai organ homeostatis yang mengatur kestabilan tekanan osmotik, pH, isotonisitas, dan volume darah.
Reabsorpsi di berbagai bagian nefron
Reabsorpsi ultrafiltrat terjadi di epitel kuboid tubulus proksimal. Mikrovili sangat penting di sini. Pada bagian ini, glukosa, asam amino, protein, vitamin, mikroelemen, sejumlah besar Na +, Ca +, bikarbonat, fosfat, Cl -, K + dan H 2 O direabsorbsi secara sempurna. hanya ion dan H2O yang diserap.
Mekanisme penyerapan zat-zat ini tidak sama. Yang paling signifikan dalam hal volume dan biaya energi adalah reabsorpsi Na +. Ini disediakan oleh mekanisme pasif dan aktif dan terjadi di semua bagian tubulus.
Reabsorpsi aktif Na menyebabkan pelepasan pasif ion Cl - dari tubulus - yang mengikuti Na + karena interaksi elektrostatik: ion positif membawa Cl - dan anion lain yang bermuatan negatif.
Sekitar 65-70% air direabsorbsi di tubulus proksimal. Proses ini dilakukan karena perbedaan tekanan osmotik - secara pasif. Transisi air dari urin primer menyamakan tekanan osmotik di tubulus proksimal ke levelnya dalam cairan jaringan. 60-70% kalsium dan magnesium juga direabsorbsi dari filtrat. Reabsorpsi selanjutnya berlanjut di lengkung Henley dan tubulus distal, dan hanya sekitar 1% kalsium yang disaring dan 5-10% magnesium yang diekskresikan dalam urin. Reabsorpsi kalsium dan, pada tingkat lebih rendah, magnesium diatur oleh hormon paratiroid. Hormon paratiroid meningkatkan reabsorpsi kalsium dan magnesium dan mengurangi reabsorpsi fosfor. Kalsitonin memiliki efek sebaliknya.
Jadi, semua protein, semua glukosa, 100% asam amino, 70-80% air, , Cl, Mg, Ca direabsorbsi di tubulus kontortus proksimal. Dalam lengkung Henley, karena permeabilitas selektif departemennya untuk natrium dan air, tambahan 5% ultrafiltrasi direabsorbsi, dan 15% volume urin primer memasuki bagian distal nefron, yang secara aktif diproses di tubulus berbelit-belit dan saluran pengumpul. Volume urin akhir selalu ditentukan oleh keseimbangan air dan garam tubuh dan dapat berkisar dari 25 liter per hari (17 ml/menit) hingga 300 ml (0,2 ml/menit).
Reabsorpsi di bagian distal nefron dan saluran pengumpul memastikan kembalinya cairan osmotik dan garam yang ideal ke darah, mempertahankan tekanan osmotik konstan, pH, keseimbangan air dan stabilitas konsentrasi ion.
Kandungan banyak zat dalam urin akhir berkali-kali lebih tinggi daripada dalam plasma dan urin primer; melewati tubulus nefron, urin primer terkonsentrasi. Perbandingan konsentrasi zat dalam urin akhir dengan konsentrasi dalam plasma disebut indeks konsentrasi. Indeks ini mencirikan proses yang terjadi dalam sistem tubulus nefron.
Reabsorpsi glukosa
Konsentrasi glukosa di ultrafiltrat sama dengan di plasma, tetapi di nefron proksimal hampir seluruhnya direabsorbsi. Dalam kondisi normal, tidak lebih dari 130 mg diekskresikan dalam urin per hari. Reabsorpsi glukosa terjadi melawan gradien konsentrasi tinggi, yaitu Reabsorpsi glukosa terjadi secara aktif, dan ditransfer menggunakan mekanisme transpor aktif sekunder. Membran apikal sel, mis. membran yang menghadap lumen tubulus memungkinkan glukosa untuk lewat hanya dalam satu arah - ke dalam sel, dan tidak kembali ke lumen tubulus.
Membran apikal sel tubulus proksimal memiliki transporter glukosa khusus, tetapi glukosa harus diubah menjadi glu-6 fosfat sebelum dapat berinteraksi dengan transporter. Membran mengandung enzim glukokinase, yang menyediakan fosforilasi glukosa. Glu-6-fosfat berikatan dengan transporter membran apikal bersama dengan natrium.
Kompleks ini karena perbedaan konsentrasi natrium ( lebih banyak natrium di lumen tubulus daripada di sitoplasma) bergerak dalam membran brush border dan masuk ke dalam sel. Di dalam sel, kompleks ini berdisosiasi. Pembawa kembali untuk bagian baru glukosa, dan glu-6-fosfat dan natrium tetap berada di sitoplasma. Glu-6-fosfat dipecah oleh enzim glu-6-fosfatase menjadi glukosa dan gugus fosfat. Gugus fosfat digunakan untuk mengubah ADP menjadi ATP. Glukosa berjalan ke membran basal, di mana ia bergabung dengan pembawa lain yang mengangkutnya melintasi membran ke dalam darah. Transportasi melintasi membran basal sel difasilitasi oleh difusi dan tidak memerlukan kehadiran natrium.
Reabsorpsi glukosa tergantung pada konsentrasinya dalam darah. Glukosa diserap sepenuhnya jika konsentrasinya dalam darah tidak melebihi 7-9 mmol / l, biasanya dari 4,4 hingga 6,6 mmol / l. Jika kandungan glukosa lebih tinggi, maka sebagian tidak diserap kembali dan diekskresikan dalam urin terakhir - glukosuria diamati.
Atas dasar ini, kami memperkenalkan konsep tentang ambang batas pengeluaran. Ambang eliminasi(ambang reabsorbsi) adalah konsentrasi suatu zat dalam darah yang tidak dapat direabsorbsi secara sempurna dan memasuki urin akhir. . Untuk glukosa, ini lebih dari 9 mmol / l, karena. pada saat yang sama, kekuatan sistem pembawa tidak mencukupi dan gula memasuki urin. Pada orang sehat, ini dapat diamati setelah asupan glukosuria (makanan (makanan) dalam jumlah besar).
Reabsorbsi asam amino
Asam amino juga sepenuhnya diserap kembali oleh sel-sel tubulus proksimal. Ada beberapa sistem reabsorpsi spesifik untuk asam amino netral, dibasa, dikarboksilat, dan asam imino.
Masing-masing sistem ini menyediakan reabsorpsi beberapa asam amino dari kelompok yang sama:
1 kelompok-glisin, prolin, hidroksiprolin, alanin, asam glutamat, creatine;
kelompok 2 - dibasic - lisin, arginin, ornitin, histidin, sistin;
Grup 3 - leusin, isoleusin.
Grup 4 - Asam imino organik yang mengandung gugus imino divalen (= NH) dalam molekul, asam imino heterosiklik prolin dan hidroksiprolin adalah bagian dari protein dan biasanya dianggap sebagai asam amino.
Dalam setiap sistem ada hubungan kompetitif antara transfer asam amino individu yang termasuk dalam kelompok ini. Oleh karena itu, ketika ada banyak satu asam amino dalam darah, pembawa tidak punya waktu untuk mengangkut semua asam amino dari seri ini - mereka diekskresikan dalam urin. Pengangkutan asam amino terjadi dengan cara yang sama seperti glukosa, yaitu melalui mekanisme transpor aktif sekunder.
Reabsorbsi protein
Pada siang hari, 30-50 g protein memasuki filtrat. Hampir semua protein direabsorbsi secara sempurna di tubulus nefron proksimal, dan pada orang sehat hanya ada sedikit di urin. Protein, tidak seperti zat lain, diserap kembali ke dalam sel melalui pinositosis. (Molekul protein yang disaring diadsorpsi pada membran permukaan sel, akhirnya membentuk vakuola pinositik. Vakuola ini menyatu dengan lisosom, di mana, di bawah pengaruh enzim proteolitik, protein dibelah dan fragmennya dipindahkan ke dalam darah melalui membran sitoplasma basal). Dengan penyakit ginjal, jumlah protein dalam urin meningkat - proteinuria. Ini dapat dikaitkan baik dengan pelanggaran reabsorpsi, atau dengan peningkatan filtrasi protein. Dapat terjadi setelah berolahraga.
Produk metabolisme yang dikeluarkan dari tubuh, berbahaya bagi tubuh, tidak diserap kembali secara aktif. Senyawa-senyawa yang tidak mampu menembus sel melalui difusi tidak kembali ke darah sama sekali dan diekskresikan dalam urin dalam bentuk yang paling pekat. Ini adalah sulfat dan kreatinin, konsentrasinya dalam urin akhir 90-100 kali lebih tinggi daripada di plasma - ini adalah bukan ambang batas zat. produk akhir metabolisme nitrogen (urea dan asam urat) dapat berdifusi ke dalam epitel tubulus, sehingga sebagian diserap kembali, dan indeks konsentrasinya lebih rendah daripada sulfat dan kreatinin.
Dari tubulus kontortus proksimal, urin isotonik memasuki lengkung Henle. Sekitar 20-30% filtrat masuk ke sini. Diketahui bahwa lengkung Henle, tubulus kontortus distal dan duktus pengumpul didasarkan pada mekanisme sistem tubular pengganda arus balik.
Urine bergerak di tubulus ini dalam arah yang berlawanan (mengapa sistem ini disebut arus balik), dan proses pengangkutan zat di satu lutut sistem ditingkatkan ("dikalikan") karena aktivitas lutut lainnya.
Prinsip sistem countercurrent tersebar luas di alam dan teknologi. Ini adalah istilah teknis yang mendefinisikan pergerakan dua aliran cairan atau gas dalam arah yang berlawanan, menciptakan kondisi yang menguntungkan untuk pertukaran di antara keduanya. Misalnya, pada tungkai hewan Arktik, pembuluh arteri dan vena dekat, darah mengalir di arteri dan vena paralel. Oleh karena itu, darah arteri menghangatkan darah vena yang didinginkan bergerak menuju jantung. Kontak di antara mereka secara biologis menguntungkan.
Beginilah cara lengkung Henle dan bagian lain dari nefron diatur dan bekerja, dan mekanisme sistem pengganda arus berlawanan ada di antara lutut lengkung Henle dan duktus pengumpul.
Pertimbangkan cara kerja lengkung Henle. Bagian turun terletak di medula dan membentang ke atas papila ginjal, di mana ia menekuk 180 ° dan masuk ke bagian menaik, terletak sejajar dengan yang turun. Signifikansi fungsional dari berbagai departemen loop tidak sama. Bagian turun dari loop permeabel dengan baik terhadap air, dan bagian yang naik tahan air, tetapi secara aktif menyerap kembali natrium, yang meningkatkan osmolaritas jaringan. Hal ini menyebabkan lebih banyak air keluar dari bagian menurun lengkung Henle sepanjang gradien osmotik (pasif).
Urin isotonik memasuki lutut desenden, dan di puncak loop, konsentrasi urin meningkat 6-7 kali karena pelepasan air, sehingga urin pekat memasuki lutut asenden. Di sini, di lutut menaik, reabsorpsi aktif natrium dan penyerapan klorin terjadi, air tetap berada di lumen tubulus, dan cairan hipotonik (200 osmol / l) memasuki tubulus distal. Gradien osmotik 200 miliosmol terus-menerus ada di antara segmen lutut loop Henle (1 osmol \u003d 1000 miliosmol - jumlah zat yang mengembangkan tekanan osmotik 22,4 atm dalam 1 liter air). Selama seluruh panjang loop, perbedaan total tekanan osmotik (gradien atau penurunan osmotik) adalah 200 miliosmol.
Urea juga bersirkulasi dalam sistem aliran balik ginjal dan terlibat dalam mempertahankan osmolaritas tinggi di medula ginjal. Urea meninggalkan saluran pengumpul (ketika urin terakhir bergerak ke panggul). Memasuki interstitium. Ini kemudian disekresikan ke dalam cabang menaik dari loop nefron. Kemudian memasuki tubulus kontortus distal (dengan aliran urin), dan kembali berakhir di saluran pengumpul. Dengan demikian, sirkulasi di medula adalah mekanisme untuk mempertahankan tekanan osmotik tinggi yang diciptakan oleh loop nefron.
Di lengkung Henle, tambahan 5% dari volume awal filtrat direabsorbsi, dan sekitar 15% dari volume urin primer memasuki tubulus distal yang berbelit-belit dari lengkung Henle yang asendens.
Peran penting dalam mempertahankan tekanan osmotik tinggi di ginjal dimainkan oleh pembuluh darah ginjal langsung, yang, seperti lengkung Henle, membentuk sistem arus balik-berlawanan. Pembuluh desendens dan asendens berjalan sejajar dengan lengkung nefron. Darah bergerak melalui pembuluh, melewati lapisan dengan penurunan osmolaritas secara bertahap, memberikan garam dan urea ke cairan antar sel dan menangkap air. Itu. sistem kapal arus berlawanan mewakili shunt untuk air, karena itu kondisi diciptakan untuk difusi zat terlarut.
Pemrosesan urin primer dalam lengkung Henle melengkapi reabsorpsi urin proksimal, yang menyebabkan 100-105 ml/menit urin primer kembali ke darah dari 120 ml/menit, dan 17 ml lebih jauh.
Reabsorbsi tubulus adalah proses reabsorbsi air dan zat-zat dari urin yang terdapat dalam lumen tubulus ke dalam limfe dan darah.
Sebagian besar molekul diserap kembali di nefron proksimal. Di sini, asam amino, glukosa, vitamin, protein, unsur mikro, sejumlah besar ion Na +, C1-, HCO3- dan banyak zat lain hampir sepenuhnya diserap.
Elektrolit dan air diserap di lengkung Henle, tubulus distal, dan saluran pengumpul.
Aldosteron merangsang reabsorpsi Na+ dan ekskresi K+ dan H+ ke dalam tubulus ginjal di nefron distal, di tubulus distal dan duktus pengumpul kortikal.
Vasopresin meningkatkan reabsorpsi air dari tubulus kontortus distal dan duktus kolektivus.
Dengan bantuan transpor pasif, air, klorin, dan urea diserap kembali.
Transpor aktif adalah transfer zat melawan elektrokimia dan gradien konsentrasi. Selain itu, transpor aktif primer dan aktif sekunder dibedakan. Transpor aktif primer terjadi dengan pengeluaran energi sel. Contohnya adalah transfer ion Na+ oleh enzim Na+/K+-ATPase, yang menggunakan energi ATP. Dalam transpor aktif sekunder, transfer suatu zat dilakukan dengan mengorbankan energi transpor zat lain. Glukosa dan asam amino direabsorbsi melalui mekanisme transpor aktif sekunder.
Nilai transpor tubular maksimum sesuai dengan konsep lama "ambang ekskresi ginjal". Untuk glukosa, nilai ini adalah 10 mmol/l.
Zat, yang reabsorpsinya tidak bergantung pada konsentrasinya dalam plasma darah, disebut non-ambang. Ini termasuk zat yang tidak direabsorbsi sama sekali (inulin, manitol) atau sedikit direabsorbsi dan diekskresikan dalam urin sebanding dengan akumulasinya dalam darah (sulfat).
Biasanya, sejumlah kecil protein memasuki filtrat dan diserap kembali. Proses reabsorpsi protein dilakukan dengan bantuan pinositosis. Setelah memasuki sel, protein dihidrolisis oleh enzim lisosom dan diubah menjadi asam amino. Tidak semua protein mengalami hidrolisis, beberapa di antaranya masuk ke dalam darah tidak berubah. Proses ini aktif dan membutuhkan energi. Munculnya protein dalam urin disebut proteinuria. Proteinuria juga dapat terjadi dalam kondisi fisiologis, misalnya, setelah kerja otot yang berat. Pada dasarnya, proteinuria terjadi pada patologi nefritis, nefropati, dan multiple myeloma.
Urea memainkan peran penting dalam mekanisme konsentrasi urin, disaring secara bebas di glomeruli. Di tubulus proksimal, sebagian urea direabsorbsi secara pasif oleh gradien konsentrasi yang terjadi akibat konsentrasi urin. Sisa urea mencapai saluran pengumpul. Di saluran pengumpul, di bawah pengaruh ADH, air diserap kembali dan konsentrasi urea meningkat. ADH meningkatkan permeabilitas dinding untuk urea, dan melewati medula ginjal, menciptakan di sini sekitar 50% dari tekanan osmotik. Dari interstitium, urea berdifusi sepanjang gradien konsentrasi ke dalam ansa Henle dan kembali memasuki tubulus distal dan duktus pengumpul. Dengan demikian, sirkulasi urea intrarenal terjadi. Dalam kasus diuresis air, penyerapan air di nefron distal berhenti, dan lebih banyak urea diekskresikan. Jadi, ekskresinya tergantung pada diuresis.
Reabsorpsi asam dan basa lemah tergantung pada apakah mereka dalam bentuk terionisasi atau tidak terionisasi. Basa lemah dan asam dalam keadaan terionisasi tidak diserap kembali dan diekskresikan dalam urin. Tingkat ionisasi basa meningkat dalam lingkungan asam, sehingga mereka diekskresikan lebih cepat dengan urin asam, asam lemah, sebaliknya, lebih cepat diekskresikan dengan urin basa. Ini sangat penting, karena banyak zat obat adalah basa lemah atau asam lemah. Oleh karena itu, dalam kasus keracunan dengan asam asetilsalisilat atau fenobarbital (asam lemah), perlu untuk memberikan larutan alkali (NaHCO3) untuk mentransfer asam ini ke keadaan terionisasi, sehingga memfasilitasi penghapusan cepat mereka dari tubuh. Untuk ekskresi basa lemah yang cepat, perlu untuk memasukkan produk asam ke dalam darah untuk mengasamkan urin.
Air diserap kembali di semua bagian nefron secara pasif karena diangkut secara osmotik zat aktif: glukosa, asam amino, protein, natrium, kalium, kalsium, ion klorin. Dengan penurunan reabsorpsi zat aktif osmotik, reabsorpsi air juga menurun. Adanya glukosa dalam urin akhir menyebabkan peningkatan diuresis (poliuria).
Natrium adalah ion utama yang bertanggung jawab untuk penyerapan pasif air. Natrium, seperti disebutkan di atas, juga diperlukan untuk pengangkutan glukosa dan asam amino. Selain itu, ia memainkan peran penting dalam menciptakan lingkungan yang aktif secara osmotik di interstitium medula ginjal, sehingga memekatkan urin.
Aliran natrium dari urin primer melalui membran apikal ke dalam sel epitel tubulus terjadi secara pasif sepanjang gradien elektrokimia dan konsentrasi. Ekskresi natrium dari sel melalui membran basolateral dilakukan secara aktif dengan bantuan Na+/K+-ATPase. Karena energi metabolisme sel digunakan untuk transfer natrium, transpornya bersifat primer aktif. Transportasi natrium ke dalam sel dapat terjadi melalui mekanisme yang berbeda. Salah satunya adalah pertukaran Na+ dengan H+ (countercurrent transport, atau antiport). Dalam hal ini, ion natrium ditransfer ke dalam sel, dan ion hidrogen ditransfer ke luar. Cara lain untuk mentransfer natrium ke dalam sel dilakukan dengan partisipasi asam amino, glukosa. Inilah yang disebut cotransport, atau symport. Sebagian, reabsorpsi natrium dikaitkan dengan sekresi kalium.
Glikosida jantung (strophanthin K, oubain) mampu menghambat enzim Na + / K + -ATPase, yang memastikan transfer natrium dari sel ke darah dan pengangkutan kalium dari darah ke sel.
Yang sangat penting dalam mekanisme reabsorpsi air dan ion natrium, serta konsentrasi urin, adalah pekerjaan yang disebut sistem pengali arus-berputar. Setelah melewati segmen proksimal tubulus, filtrat isotonik dalam volume yang dikurangi memasuki lengkung Henle. Pada bagian ini, reabsorpsi natrium yang intens tidak disertai dengan reabsorpsi air, karena dinding segmen ini kurang permeabel terhadap air bahkan di bawah pengaruh ADH. Dalam hal ini, terjadi pengenceran urin di lumen nefron dan konsentrasi natrium di interstitium. Urin encer di tubulus distal kehilangan kelebihan cairan, menjadi isotonik dengan plasma. Volume urin isotonik yang berkurang memasuki sistem pengumpulan yang berjalan di medula, tekanan osmotik yang tinggi di interstitium yang disebabkan oleh peningkatan konsentrasi natrium. Di duktus pengumpul, di bawah pengaruh ADH, reabsorpsi air berlanjut sesuai dengan gradien konsentrasi. Vasa rekta di medula berfungsi sebagai pembuluh pertukaran arus balik, membawa natrium sepanjang jalan ke papila dan melepaskannya sebelum kembali ke lapisan kortikal. Di kedalaman medula, kandungan natrium yang tinggi dipertahankan dengan cara ini, yang memastikan resorpsi air dari sistem pengumpulan dan konsentrasi urin.
Pembentukan komposisi urin akhir dilakukan dalam tiga proses - reabsorpsi dan sekresi di tubulus, tubulus, dan saluran. Itu diwakili oleh rumus berikut:
Ekskresi = (Filtrasi - Reabsorpsi) + Sekresi.
Intensitas pelepasan banyak zat dari tubuh sebagian besar ditentukan oleh reabsorpsi, dan beberapa zat - oleh sekresi.
Reabsorpsi (penyerapan terbalik) - ini adalah pengembalian zat yang diperlukan tubuh dari lumen tubulus, tubulus, dan saluran ke interstitium dan darah (Gbr. 1).
Reabsorpsi ditandai oleh dua fitur.
Pertama, reabsorpsi tubular cairan (air), seperti , adalah proses yang signifikan secara kuantitatif. Ini berarti bahwa efek potensial dari perubahan kecil dalam reabsorpsi dapat menjadi sangat signifikan untuk keluaran urin. Misalnya, penurunan reabsorpsi hanya 5% (dari 178,5 menjadi 169,5 l / hari) akan meningkatkan volume urin akhir dari 1,5 l menjadi 10,5 l / hari (7 kali, atau 600%) pada tingkat filtrasi yang sama di glomerulus.
Kedua, reabsorpsi tubulus sangat selektif (selektivitas). Beberapa zat (asam amino, glukosa) hampir sepenuhnya (lebih dari 99%) diserap kembali, dan air dan elektrolit (natrium, kalium, klorin, bikarbonat) diserap kembali dalam jumlah yang sangat signifikan, tetapi reabsorpsinya dapat bervariasi secara signifikan tergantung pada kebutuhan. tubuh, yang mempengaruhi kandungan zat ini dalam urin akhir. Zat lain (misalnya, urea) diserap kembali jauh lebih buruk dan diekskresikan dalam jumlah besar dalam urin. Banyak zat setelah filtrasi tidak diserap kembali dan diekskresikan sepenuhnya pada konsentrasi berapa pun dalam darah (misalnya, kreatinin, inulin). Karena reabsorpsi selektif zat di ginjal, kontrol komposisi yang tepat dilakukan media cair organisme.
Beras. 1. Lokalisasi proses transpor (sekresi dan reabsorpsi di nefron)
Zat, tergantung pada mekanisme dan tingkat reabsorpsinya, dibagi menjadi ambang dan non-ambang.
zat ambang batas dalam kondisi normal, mereka hampir sepenuhnya diserap kembali dari urin primer dengan partisipasi mekanisme transportasi yang difasilitasi. Zat-zat ini muncul dalam jumlah yang signifikan dalam urin akhir ketika konsentrasi mereka dalam plasma darah (dan dengan demikian dalam urin primer) meningkat dan melebihi "ambang ekskresi", atau "ambang ginjal". Nilai ambang batas ini ditentukan oleh kemampuan protein pembawa di membran sel epitel untuk memastikan transfer zat yang disaring melalui dinding tubulus. Ketika kemungkinan transportasi habis (oversaturasi), ketika semua protein pembawa terlibat dalam transfer, sebagian zat tidak dapat diserap kembali ke dalam darah, dan muncul dalam urin akhir. Jadi, misalnya, ambang ekskresi glukosa adalah 10 mmol / l (1,8 g / l) dan hampir 2 kali lebih tinggi dari kandungan normalnya dalam darah (3,33-5,55 mmol / l). Artinya jika konsentrasi glukosa dalam plasma darah melebihi 10 mmol/l, maka terjadi glikosuria- Ekskresi glukosa dalam urin (dalam jumlah lebih dari 100 mg/hari). Intensitas glukosuria meningkat sebanding dengan peningkatan glukosa plasma, yang penting tanda diagnostik gravitasi diabetes. Biasanya, kadar glukosa dalam plasma darah (dan urin primer), bahkan setelah makan, hampir tidak pernah melebihi nilai (10 mmol / l) yang diperlukan untuk kemunculannya dalam urin akhir.
Zat non-ambang batas tidak memiliki ambang ekskresi dan dikeluarkan dari tubuh pada konsentrasi berapa pun dalam plasma darah. Zat tersebut biasanya merupakan produk metabolisme yang akan dikeluarkan dari tubuh (kreatinin) dan zat organik lainnya (misalnya inulin). Zat ini digunakan untuk mempelajari fungsi ginjal.
Beberapa zat yang dikeluarkan dapat diserap kembali sebagian (urea, asam urat) dan tidak sepenuhnya dihilangkan (Tabel 1), yang lain praktis tidak diserap kembali (kreatinin, sulfat, inulin).
Tabel 1. Filtrasi, reabsorpsi, dan ekskresi berbagai zat oleh ginjal
Reabsorpsi - proses multi-langkah, termasuk transisi air dan zat terlarut di dalamnya, pertama dari urin primer ke dalam cairan antar sel, dan kemudian melalui dinding kapiler peritubulus ke dalam darah. Zat-zat yang dibawa dapat menembus ke dalam cairan interstisial dari urin primer dengan dua cara: transelular (melalui sel epitel tubulus) atau paraselular (melalui ruang interselular). Reabsorpsi makromolekul dalam hal ini dilakukan karena endositosis, dan mineral dan zat organik dengan berat molekul rendah - karena transpor aktif dan pasif, air - melalui aquaporin secara pasif, secara osmosis. Zat terlarut diserap kembali dari ruang antar sel ke dalam kapiler peritubulus di bawah pengaruh perbedaan gaya antara tekanan darah di kapiler (8-15 mm Hg) dan tekanan koloid osmotik (onkotik) (28-32 mm Hg).
Proses reabsorpsi ion Na+ dari lumen tubulus ke dalam darah setidaknya terdiri dari tiga tahap. Pada tahap 1, ion Na+ masuk dari urin primer ke dalam sel epitel tubulus melalui membran apikal secara pasif melalui difusi terfasilitasi dengan bantuan protein pembawa sepanjang konsentrasi dan gradien listrik yang diciptakan oleh pengoperasian pompa Na+/K+ di basolateral. permukaan sel epitel. Masuknya ion Na+ ke dalam sel sering dikaitkan dengan transpor bersama glukosa (protein pembawa (SGLUT-1) atau asam amino (dalam tubulus proksimal), ion K+ dan CI+ (dalam lengkung Henle) ke dalam sel. sel (cotransport, symport) atau dengan countertransport (antiport ) ion H+, NH3+ dari sel ke dalam urin primer. transpor melawan gradien listrik dan konsentrasi menggunakan pompa Na+/K+ (ATPase).Reabsorpsi ion Na+ meningkatkan reabsorpsi air (melalui osmosis), diikuti oleh penyerapan pasif ion CI-, HCO3 -, sebagian urea.Pada tahap ketiga Pada tahap ini, reabsorpsi ion Na +, air dan zat lain dari cairan interstisial ke dalam kapiler terjadi di bawah aksi gaya gradien hidrostatik dan .
Glukosa, asam amino, vitamin direabsorbsi dari urin primer melalui transpor aktif sekunder (bersama dengan ion Na+). Protein transporter membran apikal sel epitel tubulus mengikat ion Na+ dan molekul organik (glukosa SGLUT-1 atau asam amino) dan memindahkannya ke dalam sel, dengan difusi Na+ ke dalam sel sepanjang gradien elektrokimia sebagai penggeraknya. memaksa. Glukosa (dengan partisipasi protein pembawa GLUT-2) dan asam amino lewat secara pasif keluar dari sel melalui membran basolgermal dengan difusi terfasilitasi sepanjang gradien konsentrasi.
Protein dengan berat molekul kurang dari 70 kD, disaring dari darah ke dalam urin primer, direabsorbsi di tubulus proksimal oleh pinositosis, sebagian dipecah di epitel oleh enzim lisosom, dan komponen dengan berat molekul rendah dan asam amino dikembalikan ke darah. Munculnya protein dalam urin dilambangkan dengan istilah "proteinuria" (biasanya albuminuria). Proteinuria jangka pendek hingga 1 g / l dapat berkembang pada individu yang sehat setelah pekerjaan fisik yang lama dan intens. Kehadiran proteinuria yang konstan dan lebih tinggi adalah tanda pelanggaran mekanisme filtrasi glomerulus dan (atau) reabsorpsi tubular di ginjal. Proteinuria glomerulus (glomerulus) biasanya berkembang dengan peningkatan permeabilitas filter glomerulus. Akibatnya, protein memasuki rongga kapsul Shumlyansky-Bowman dan tubulus proksimal dalam jumlah yang melebihi kemungkinan resorpsinya oleh mekanisme tubulus - proteinuria sedang berkembang. Proteinuria tubular (tubular) dikaitkan dengan pelanggaran reabsorpsi protein karena kerusakan epitel tubulus atau gangguan aliran getah bening. Dengan kerusakan simultan pada mekanisme glomerulus dan tubulus, proteinuria tinggi berkembang.
Reabsorbsi zat di ginjal erat kaitannya dengan proses sekresi. Istilah "sekresi" untuk menggambarkan kerja ginjal digunakan dalam dua pengertian. Pertama, sekresi di ginjal dianggap sebagai proses (mekanisme) transportasi zat untuk dikeluarkan ke dalam lumen tubulus tidak melalui glomerulus, tetapi dari interstitium ginjal atau langsung dari sel-sel epitel ginjal. Dalam hal ini, fungsi ekskresi ginjal dilakukan. Sekresi zat ke dalam urin dilakukan secara aktif dan (atau) pasif dan sering dikaitkan dengan pembentukan zat ini di sel epitel tubulus ginjal. Sekresi memungkinkan untuk dengan cepat menghilangkan ion K +, H +, NH3 + dari tubuh, serta beberapa zat organik dan obat lainnya. Kedua, istilah "sekresi" digunakan untuk menggambarkan sintesis di ginjal dan pelepasannya ke dalam darah dari hormon eritropoietin dan kalsitriol, enzim renin dan zat lainnya. Proses glukoneogenesis secara aktif terjadi di ginjal, dan glukosa yang dihasilkan juga diangkut (disekresi) ke dalam darah.
Reabsorpsi dan sekresi zat di berbagai bagian nefron
Pengenceran osmotik dan konsentrasi urin
Tubulus proksimal memberikan reabsorpsi sebagian besar air dari urin primer (sekitar 2/3 volume filtrat glomerulus), sejumlah besar ion Na +, K +, Ca 2+, CI-, HCO 3 -. Hampir semua zat organik (asam amino, protein, glukosa, vitamin), elemen pelacak dan zat lain yang diperlukan tubuh direabsorbsi di tubulus proksimal (Gbr. 6.2). Di bagian lain nefron, hanya reabsorpsi air, ion, dan urea yang dilakukan. Kapasitas reabsorpsi yang tinggi dari tubulus proksimal disebabkan oleh sejumlah struktur dan fitur fungsional sel epitelnya. Mereka dilengkapi dengan batas kuas yang berkembang dengan baik pada membran apikal, serta labirin luas ruang antar sel dan saluran di sisi basal sel, yang secara signifikan meningkatkan area penyerapan (60 kali) dan mempercepat pengangkutan zat. melalui mereka. Di sel epitel tubulus proksimal, ada banyak mitokondria, dan intensitas metabolisme di dalamnya 2 kali lebih tinggi daripada di neuron. Ini memungkinkan untuk memperoleh jumlah ATP yang cukup untuk implementasi transpor aktif zat. Fitur penting dari reabsorpsi di tubulus proksimal adalah bahwa air dan zat terlarut di dalamnya diserap kembali di sini dalam jumlah yang setara, yang memastikan isoosmolaritas urin tubulus proksimal dan isosmotisitasnya dengan plasma darah (280-300 mosmol / l).
Di tubulus proksimal nefron, sekresi zat aktif primer dan sekunder ke dalam lumen tubulus terjadi dengan bantuan berbagai protein pembawa. Sekresi zat yang diekskresikan dilakukan baik dari darah kapiler peritubulus maupun dari senyawa kimia yang terbentuk langsung di sel epitel tubulus. Banyak asam dan basa organik disekresikan dari plasma darah ke dalam urin (misalnya, asam para-aminohipurat (PAG), kolin, tiamin, serotonin, guanidin, dll.), ion (H+, NH3+, K+), zat obat ( penisilin, dll). Untuk sejumlah xenobiotik asal organik yang telah masuk ke dalam tubuh (antibiotik, pewarna, zat kontras sinar-X), kecepatan ekskresinya dari darah melalui sekresi tubulus secara signifikan melebihi ekskresinya melalui filtrasi glomerulus. Sekresi PAH di tubulus proksimal begitu kuat sehingga darah dibersihkan darinya sudah dalam satu bagian melalui kapiler peritubulus zat kortikal (oleh karena itu, dengan menentukan pembersihan PAH, dimungkinkan untuk menghitung volume efektif aliran plasma ginjal yang terlibat dalam pembentukan urin). Dalam sel epitel tubulus, ketika asam amino glutamin dideaminasi, amonia (NH 3) terbentuk, yang disekresikan ke dalam lumen tubulus dan masuk ke urin. Di dalamnya, amonia berikatan dengan ion H + membentuk ion amonium NH 4 + (NH 3 + H + -> NH4 +). Dengan mensekresi ion NH3 dan H+, ginjal mengambil bagian dalam pengaturan keadaan asam basa darah (tubuh).
PADA lingkaran Henle reabsorpsi air dan ion dipisahkan secara spasial, yang disebabkan oleh kekhasan struktur dan fungsi epitelnya, serta hiperosmosis medula ginjal. Bagian menurun dari lengkung Henle sangat permeabel terhadap air dan hanya cukup permeabel terhadap zat terlarut di dalamnya (termasuk natrium, urea, dll.). Pada bagian desendens lengkung Henle, 20% air direabsorbsi (di bawah pengaruh tekanan osmotik tinggi dalam media yang mengelilingi tubulus), dan zat aktif osmotik tetap berada dalam urin tubulus. Ini karena konten tinggi natrium klorida dan urea dalam cairan interseluler hiperosmotik medula ginjal. Osmosisitas urin saat bergerak ke atas lengkung Henle (jauh ke dalam medula ginjal) meningkat (karena reabsorpsi air dan aliran natrium klorida dan urea sepanjang gradien konsentrasi), dan volume menurun (karena reabsorpsi air). Proses ini disebut konsentrasi osmotik urin. Osmosisitas maksimum urin tubular (1200-1500 mosmol/l) dicapai di bagian atas lengkung Henle dari nefron juxtamedullary.
Selanjutnya, urin memasuki lutut menaik dari lengkung Henle, yang epitelnya tidak permeabel terhadap air, tetapi permeabel terhadap ion yang terlarut di dalamnya. Departemen ini menyediakan reabsorpsi 25% ion (Na +, K +, CI-) dari jumlah totalnya yang masuk ke urin primer. Epitel bagian menaik yang tebal dari lengkung Henle memiliki sistem enzimatik yang kuat untuk transpor aktif ion Na + dan K + dalam bentuk pompa Na + / K + yang dibangun ke dalam membran basal sel epitel.
Pada membran apikal epitel, terdapat protein kotranspor yang secara simultan mengangkut satu ion Na+, dua ion CI-, dan satu ion K+ dari urin ke dalam sitoplasma. Sumber kekuatan pendorong untuk kotransporter ini adalah energi yang dengannya ion Na + masuk ke dalam sel sepanjang gradien konsentrasi; itu juga cukup untuk memindahkan ion K melawan gradien konsentrasi. Ion Na+ juga dapat masuk ke dalam sel untuk ditukar dengan ion H menggunakan kotransporter Na+/H+. Pelepasan (sekresi) K+ dan H+ ke dalam lumen tubulus menciptakan muatan positif berlebih di dalamnya (hingga +8 mV), yang mendorong difusi kation (Na+, K+, Ca 2+ , Mg 2+) secara paraseluler , melalui kontak antar sel.
Transpor aktif sekunder dan transpor aktif primer ion dari cabang menaik lengkung Henle ke ruang yang mengelilingi tubulus adalah mekanisme yang paling penting untuk menciptakan tekanan osmotik tinggi di interstitium medula ginjal. Pada lengkung Henle asendens, air tidak direabsorbsi, dan konsentrasi zat aktif osmotik (terutama ion Na + dan CI +) dalam cairan tubulus menurun karena reabsorpsinya. Oleh karena itu, di outlet lengkung Henle di tubulus, selalu ada urin hipotonik dengan konsentrasi zat aktif osmotik di bawah 200 mosmol / l. Fenomena seperti itu disebut pengenceran osmotik urin, dan bagian menaik dari lengkung Henle - segmen distribusi nefron.
Penciptaan hyperosmoticity di medula ginjal dianggap sebagai fungsi utama dari loop nefron. Ada beberapa mekanisme untuk pembuatannya:
- kerja aktif dari sistem tubulus putar-berlawanan (naik dan turun) dari loop nefron dan saluran pengumpul serebral. Pergerakan cairan dalam lengkung nefron dalam arah yang berlawanan satu sama lain menyebabkan penjumlahan gradien transversal kecil dan membentuk gradien osmolalitas kortikal-meduler longitudinal yang besar (dari 300 mosmol/L di korteks hingga 1500 mosmol/L di dekat bagian atas piramida di medula). Mekanisme lengkung Henle disebut sistem perkalian putaran-berlawanan dari nefron. Lengkung Henle dari nefron juxtamedullary, menembus seluruh medula ginjal, memainkan peran utama dalam mekanisme ini;
- sirkulasi dua senyawa aktif osmotik utama - natrium klorida dan urea. Zat-zat ini memberikan kontribusi utama pada penciptaan hiperosmotisitas interstitium medula ginjal. Sirkulasi mereka tergantung pada permeabilitas selektif membran lutut menaik dari loop nsphron untuk elektrolit (tetapi tidak untuk air), serta permeabilitas yang dikendalikan ADH dari dinding saluran pengumpul serebral untuk air dan urea. Natrium klorida bersirkulasi di loop nefron (di lutut menaik, ion secara aktif diserap kembali ke interstitium medula, dan darinya, menurut hukum difusi, masuk ke lutut turun dan naik lagi ke lutut menaik, dll.) . Urea bersirkulasi dalam sistem duktus pengumpul medula - interstitium medula - bagian tipis lengkung Henle - duktus pengumpul medula;
- sistem garis lurus putar-berlawanan pasif pembuluh darah Medula ginjal berasal dari pembuluh eferen nefron juxtamedullary dan berjalan sejajar dengan lengkung Henle. Darah bergerak di sepanjang kaki lurus kapiler yang menurun ke area dengan peningkatan osmolaritas, dan kemudian, setelah berputar 180 °, ke arah yang berlawanan. Pada saat yang sama, ion dan urea, serta air (berlawanan dengan ion dan urea) bergerak antara bagian menurun dan naik dari kapiler lurus, yang mempertahankan osmolalitas tinggi medula ginjal. Ini juga difasilitasi oleh kecepatan volumetrik rendah aliran darah melalui kapiler lurus.
Dari lengkung Henle, urin memasuki tubulus kontortus distal, kemudian ke tubulus penghubung, kemudian ke duktus kolektivus dan duktus kolektivus di korteks ginjal. Semua struktur ini terletak di korteks ginjal.
Di tubulus distal dan penghubung nefron dan saluran pengumpul, reabsorpsi ion Na+ dan air tergantung pada keadaan keseimbangan air dan elektrolit tubuh dan berada di bawah kendali. hormon antidiuretik, aldosteron, peptida natriuretik.
Paruh pertama tubulus distal merupakan kelanjutan dari segmen tebal bagian menaik dari loop Henle dan mempertahankan sifatnya - permeabilitas untuk air dan urea hampir nol, tetapi ion Na + dan CI- secara aktif diserap kembali di sini ( 5% dari volume filtrasinya di glomeruli) dengan disinkronkan dengan Na + /CI- cotransporter. Air seni di dalamnya pun menjadi lebih encer (hipoosmotik).
Untuk alasan ini, paruh pertama tubulus distal, serta bagian menaik dari loop nefron, disebut sebagai segmen yang mengencerkan urin.
Paruh kedua tubulus distal, tubulus penghubung, saluran pengumpul dan saluran kortikal memiliki struktur dan karakteristik fungsional yang serupa. Di antara sel-sel dindingnya, dua jenis utama dibedakan - sel utama dan sel interkalar. Sel chief mereabsorbsi ion Na+ dan air dan mensekresi ion K+ ke dalam lumen tubulus. Permeabilitas sel kepala terhadap air (hampir sepenuhnya) diatur oleh ADH. Mekanisme ini memberikan tubuh kemampuan untuk mengontrol jumlah urin yang dikeluarkan dan osmolaritasnya. Di sini dimulai konsentrasi urin sekunder - dari hipotonik ke isotonik (). Sel interkalasi menyerap kembali ion K+, karbonat dan mensekresi ion H+ ke dalam lumen. Sekresi proton terutama aktif karena kerja H+ yang mengangkut ATPase melawan gradien konsentrasi yang signifikan melebihi 1000:1. Sel interkalar memainkan peran kunci dalam pengaturan keseimbangan asam-basa dalam tubuh. Kedua jenis sel ini praktis tidak permeabel terhadap urea. Oleh karena itu, urea tetap berada dalam urin pada konsentrasi yang sama dari awal bagian tebal dari cabang asendens lengkung Henle ke duktus kolektivus medula ginjal.
Saluran pengumpul dari medula ginjal mewakili departemen di mana komposisi urin akhirnya terbentuk. Sel-sel departemen ini memainkan peran yang sangat penting dalam menentukan kandungan air dan zat terlarut dalam urin (akhir) yang dikeluarkan. Di sini, hingga 8% dari semua air yang disaring dan hanya 1% ion Na + dan CI- yang diserap kembali, dan reabsorpsi air memainkan peran utama dalam konsentrasi urin akhir. Berbeda dengan bagian atasnya dari nefron, dinding saluran pengumpul, yang terletak di medula ginjal, permeabel terhadap urea. Reabsorpsi urea berkontribusi untuk mempertahankan osmolaritas tinggi interstitium lapisan dalam medula ginjal dan pembentukan urin pekat. Permeabilitas duktus pengumpul untuk urea dan air diatur oleh ADH, untuk ion Na+ dan CI- oleh aldosteron. Mengumpulkan sel saluran mampu menyerap kembali bikarbonat dan mengeluarkan proton melintasi gradien konsentrasi tinggi.
Metode untuk mempelajari fungsi ekskresi malam
Penentuan klirens ginjal untuk berbagai zat memungkinkan kita untuk menyelidiki intensitas ketiga proses (filtrasi, reabsorpsi dan sekresi) yang menentukan fungsi ekskresi ginjal. Klirens ginjal suatu zat adalah volume plasma darah (ml) yang dilepaskan dari zat tersebut dengan bantuan ginjal per satuan waktu (menit). Izin dijelaskan oleh rumus
K in * PC in \u003d M in * O m,
di mana K di - pembersihan zat; PC B adalah konsentrasi zat dalam plasma darah; M in — konsentrasi zat dalam urin; Om adalah volume urin yang dikeluarkan.
Jika zat tersebut disaring secara bebas, tetapi tidak direabsorbsi atau disekresikan, maka intensitas ekskresinya dalam urin (M in. O m) akan sama dengan laju filtrasi zat di glomeruli (GFR. PC in). Dari sini dapat dihitung dengan menentukan clearance zat:
GFR \u003d M masuk. Tentang m / pc dalam
Zat yang memenuhi kriteria di atas adalah inulin, yang bersihannya rata-rata 125 ml/menit pada pria dan 110 ml/menit pada wanita. Ini berarti bahwa jumlah plasma darah yang melewati pembuluh ginjal dan disaring di glomeruli untuk mengantarkan sejumlah inulin ke urin akhir harus 125 ml pada pria dan 110 ml pada wanita. Jadi, volume pembentukan urin primer pada pria adalah 180 l / hari (125 ml / menit 60 menit 24 jam), pada wanita 150 l / hari (110 ml / menit 60 menit 24 jam).
Mengingat bahwa polisakarida inulin tidak ada dalam tubuh manusia dan harus diberikan secara intravena, zat lain, kreatinin, lebih sering digunakan di klinik untuk menentukan GFR.
Dengan menentukan pembersihan zat lain dan membandingkannya dengan pembersihan inulin, adalah mungkin untuk mengevaluasi proses reabsorpsi dan sekresi zat-zat ini di tubulus ginjal. Jika izin zat dan inulin sama, maka zat ini diisolasi hanya dengan penyaringan; jika pembersihan zat lebih besar daripada inulin, maka zat tersebut juga disekresikan ke dalam lumen tubulus; jika pembersihan zat kurang dari inulin, maka tampaknya sebagian diserap kembali. Mengetahui intensitas ekskresi suatu zat dalam urin (M in. O m), dimungkinkan untuk menghitung intensitas proses reabsorpsi (reabsorpsi \u003d Filtrasi - Isolasi \u003d GFR. PC in - M in. O m ) dan sekresi (Sekresi \u003d Isolasi - Filtrasi \u003d M in. O m - GFR. PC).
Dengan bantuan pembersihan beberapa zat, dimungkinkan untuk menilai besarnya aliran plasma ginjal dan aliran darah. Untuk ini, zat yang dilepaskan ke dalam urin melalui filtrasi dan sekresi digunakan dan tidak diserap kembali. Pembersihan zat tersebut secara teoritis akan sama dengan total aliran plasma di ginjal. Praktis tidak ada zat seperti itu, namun, darah dibersihkan dari beberapa zat hampir 90% selama satu perjalanan sepanjang malam. Salah satu zat alami ini adalah asam paraaminohipuric, pembersihannya adalah 585 ml / menit, yang memungkinkan kita untuk memperkirakan nilai aliran plasma ginjal pada 650 ml / menit (585: 0,9), dengan mempertimbangkan koefisien ekstraksinya. dari darah 90%. Dengan hematokrit 45% dan aliran plasma ginjal 650 ml/menit, aliran darah di kedua ginjal akan menjadi 1182 ml/menit, mis. 650 / (1-0,45).
Regulasi reabsorpsi dan sekresi tubulus
Pengaturan reabsorpsi dan sekresi tubulus dilakukan terutama di bagian distal nefron dengan bantuan mekanisme humoral, mis. berada di bawah kendali berbagai hormon.
Reabsorbsi proksimal, tidak seperti transpor zat di tubulus distal dan duktus kolektivus, tidak dikontrol secara hati-hati oleh tubuh, sehingga sering disebut reabsorbsi proksimal. reabsorpsi wajib. Sekarang telah ditetapkan bahwa intensitas reabsorpsi obligat dapat berubah di bawah pengaruh pengaruh saraf dan humoral tertentu. Jadi, kegembiraan simpatik sistem saraf menyebabkan peningkatan reabsorpsi ion Na +, fosfat, glukosa, air oleh sel-sel epitel tubulus proksimal nefron. Angiotensin-N juga mampu menyebabkan peningkatan laju reabsorbsi ion Na+ secara proksimal.
Intensitas reabsorpsi proksimal tergantung pada jumlah filtrasi glomerulus dan meningkat dengan peningkatan laju filtrasi glomerulus, yang disebut keseimbangan tubulus glomerulus. Mekanisme untuk menjaga keseimbangan ini tidak sepenuhnya dipahami, tetapi diketahui bahwa mereka adalah mekanisme pengaturan intrarenal dan implementasinya tidak memerlukan pengaruh saraf dan humoral tambahan dari tubuh.
Di tubulus distal dan saluran pengumpul ginjal, terutama reabsorpsi air dan ion dilakukan, tingkat keparahannya tergantung pada keseimbangan air dan elektrolit tubuh. Reabsorpsi distal air dan ion disebut fakultatif dan dikendalikan oleh hormon antidiuretik, aldosteron, hormon natriuretik atrium.
Pembentukan hormon antidiuretik (vasopresin) di hipotalamus dan pelepasannya ke dalam darah dari kelenjar hipofisis meningkat dengan penurunan kadar air dalam tubuh (dehidrasi), penurunan tekanan darah darah (hipotensi), serta dengan peningkatan tekanan osmotik darah (hiperosmia). Hormon ini bekerja pada epitel tubulus distal dan saluran pengumpul ginjal dan menyebabkan peningkatan permeabilitasnya terhadap air karena pembentukan protein khusus (aquaporin) dalam sitoplasma sel epitel, yang tertanam di membran dan membentuk saluran untuk aliran air. Di bawah pengaruh hormon antidiuretik, terjadi peningkatan reabsorpsi air, penurunan diuresis dan peningkatan konsentrasi urin yang terbentuk. Dengan demikian, hormon antidiuretik berkontribusi pada konservasi air dalam tubuh.
Dengan penurunan produksi hormon antidiuretik (trauma, tumor hipotalamus), sejumlah besar urin hipotonik terbentuk (diabetes insipidus); kehilangan cairan dalam urin dapat menyebabkan dehidrasi.
Aldosteron diproduksi di zona glomerulus korteks adrenal, bekerja pada sel epitel nefron distal dan saluran pengumpul, menyebabkan peningkatan reabsorpsi ion Na +, air dan peningkatan sekresi ion K + (atau H + ion jika berlebihan di dalam tubuh). Aldosteron adalah bagian dari sistem renin-angiotensi-aldosteron (fungsi yang telah dibahas sebelumnya).
Hormon natriuretik atrium diproduksi oleh miosit atrium ketika mereka diregangkan oleh kelebihan volume darah, yaitu dengan hipervolemia. Di bawah pengaruh hormon ini, terjadi peningkatan filtrasi glomerulus dan penurunan reabsorpsi ion Na + dan air di nefron distal, yang mengakibatkan peningkatan proses buang air kecil dan pembuangan kelebihan air dari tubuh. Selain itu, hormon ini mengurangi produksi renin dan aldosteron, yang juga menghambat reabsorpsi distal ion Na + dan air.