6132 0
В просвет нефрона при КФ ежеминутно поступает более 100 мг глюкозы, но она полностью всасывается клетками проксимального канальца, поэтому обычно в моче глюкоза не обнаруживается, а ее суточная экскреция не превышает 130 мг. Реабсорбция глюкозы в кровь происходит против высокого концентрационного градиента, так как в канальцевой жидкости в конечном счете глюкозы не остается.
Процесс транспорта глюкозы относится к категории вторично-активного . Это обусловлено тем, что перенос глюкозы из просвета канальца через мембрану щеточной каемки происходит с помощью переносчика, требующего обязательного присутствия иона натрия. В мембране щеточной каемки не происходит активного транспорта ни глюкозы, ни натрия, необходимого для реабсорбции глюкозы. Клеточная энергия для этого процесса создается при работе натриевого насоса, удаляющего натрий из клетки и локализованного в плазматических мембранах боковых и базальной частей клетки, т. е. обращенных в сторону межклеточной жидкости и кровеносных капилляров.
В результате активного транспорта натрия из клетки в ее цитоплазме концентрация натрия снижается. Это служит предпосылкой для пассивного, по градиенту, входа натрия в клетку через мембрану щеточной каемки. Переносчик может транспортировать глюкозу из канальцевой жидкости в клетку только тогда, когда соединяется одновременно с глюкозой и натрием, что позволяет ему пересечь мембрану, а с внутренней стороны клетки освобождаются в цитоплазму глюкоза и натрий.
Таким образом, источником энергии служит натриевый насос базолатеральных мембран. Именно на транспорт натрия расходуется энергия ТФ, которая используется для одновременного сопряженного переноса глюкозы в клетку. Тем самым первично-активный перенос натрия обеспечивает вторично-активный сопряженный транспорт глюкозы в клетку. Эта система реабсорбции глюкозы локализована только в мембране щеточной каемки, т. е. в той части плазматической мембраны клетки, которая обращена в просвет канальца. В базальной и латеральных плазматических мембранах такого механизма переноса глюкозы нет. Поступившая в клетку глюкоза накапливается в транспортном фонде, где ее концентрация становится выше, чем во внеклеточной жидкости. Мембрана клетки в базальной части имеет низкую проницаемость для глюкозы; чтобы обеспечить реабсорбцию сахара, его перенос из клетки обусловливают специальные переносчики, транспортирующие глюкозу во внеклеточную жидкость по градиенту концентрации и без затраты энергии клеточного дыхания.
В клинике способность почки к реабсорбции глюкозы служит одним из важных показателей функционального состояния клеток проксимального канальца и количества эффективно работающих канальцев. Особенности реабсорбции глюкозы тесно связаны с механизмами глюкозурии. Из изложенных выше данных о сущности процесса реабсорбции глюкозы следует, что максимальное количество молекул глюкозы, реабсорбируемых из канальцевой жидкости в кровь, зависит от числа переносчиков глюкозы и скорости их оборота в мембране. Очевидно, что вся профильтровавшаяся глюкоза реабсорбируется до тех пор, пока количество переносчиков и скорость их движения в мембране обеспечивают перенос всех поступивших в просвет канальца молекул глюкозы.
Экскреция глюкозы с мочой начинается лишь тогда, когда ее концентрация в плазме возрастает столь значительно, что количество профильтровавшейся глюкозы превышает реабсорбционную способность канальцев (рис. 1). Количество глюкозы, реабсорбируемой при максимальной загрузке всех участвующих в ее транспорте мембранных переносчиков, служит при стандартных условиях исследования важным функциональным показателем деятельности проксимального канальца. Максимальный транспорт глюкозы (TmG) у мужчин paвен 375±79,7, а у женщин — 303±55,3 мг/мин при расчете на 1, 73 м² поверхности тела .
Рис. 1. Соотношение между концентрацией глюкозы в плазме крови, ее фильтрацией, реабсорбцией и экскрецией [Ваlint Р., 1969]. По оси ординат слева - количество фильтруемой, реабсорбируемой и экстрагируемой глюкозы, справа - очищение глюкозы; по оси абсцисс - концентрация глюкозы в плазме крови.
Исследования с введением глюкозы в кровь и измерением TmG в клинике дают представление о балансе между КФ и реабсорбцией в проксимальном канальце каждого из нефронов. При вливании гипертонического раствора глюкозы в кровь гипергликемия не вызывает глюкозурии, пока в каком-либо из канальцев не будет достигнут предел его способности реабсорбировать глюкозу. Если во всех нефронах имеется соответствие между объемом фильтруемой жидкости (а тем самым и глюкозы) и способностью к ее реабсорбции, то ТmG будет достигнут одновременно во всех нефронах и при дальнейшем повышении концентрации глюкозы в крови возникает глюкозурия.
Если же в двух нефронах фильтрация одинаковая, но состояние канальцев и способность к реабсорбции глюкозы разные, то TmG будет достигнут неодновременно. Чем больше различия между отдельными нефронами, чем более гетерогенны популяции нефронов, чем меньше соответствия между уровнем КФ глюкозы и ее реабсорбцией, тем значительнее расхождение между нефронами во времени наступления ТmG при постепенном увеличении концентрации глюкозы в плазме. В отдельных нефронах TmG достигается при концентрации глюкозы в плазме 11,1 ммоль/л, в других - 22,2 ммоль/л. Это явление названо расщеплением кривой титрования нефронов глюкозой; оно зависит от морфологической и функциональной гетерогенности популяций нефронов в почке.
ТmG увеличивается при акромегалии, после введения тироксина, а его снижение характерно для болезни Аддисона, сывороточной сенсибилизации, увеличения концентрации в фильтрате 1-лизина и 1-аланина . В процессе заболевания может изменяться соотношение между объемом КФ и канальцевой реабсорбции глюкозы. У больных сахарным диабетом в динамике заболевания может снижаться глюкозурия, несмотря на постоянно высокий уровень глюкозы и плазме, что обусловлено отложениями белково-мукополисахаридных комплексов в клубочковых капиллярах с образованием иптеркапиллярного гломерулосклероза у пожилых людей с длительным течением диабета. Это вызывает уменьшение КФ в отдельных нефронах, снижает загрузку канальцев глюкозой и они успевают реабсорбировать профильтровавшуюся глюкозу, что и приводит к снижению глюкозурии.
Клиническая нефрология
под ред. Е.М. Тареева
Подробности
Реабсорбция – это транспорт веществ из просвета почечных канальцев в кровь , протекающую через околоканальцевые капилляры. Реабсорбируется 65% от объема первичной мочи (примерно 120 л/сутки. Было 170 л, выделилось 1.5): вода, минеральные соли, все необходимые органические компоненты, (глюкоза, аминокислоты). Транспорт пассивный (осмос, диффузия по электрохимическому градиенту) и активный (первично-активный и вторично-активный с участием белковых молекул-переносчиков). Транспортные системы такие же, как и в тонком кишечнике.
Пороговые вещества – обычно полностью реабсорбируются
(глюкоза, аминокислоты) и выделяются с мочой только если их концентрация в плазме крови превышает пороговую величину (так называемый «порог выведения»). Для глюкозы порог выведения 10 ммоль/л (при нормальной концентрации глюкозы в крови 4.4-6.6 ммоль/л).
Беспороговые вещества – всегда выводятся независимо от их концентрации в плазме крови . Они не реабсорбируются или реабсорбируются частично, например, мочевина и др. метаболиты.
Механизм работы различных отделов почечного фильтра.
1. В проксимальном канальце берет свое начало процесс концентрирования клубочкового фильтрата, причем наиболее важным моментом здесь является активное поглощение солей. С помощью активного транспорта из данного участка канальца обратно всасывается около 67% Na+. Почти пропорциональное количество воды и некоторых других растворенных веществ, например ионов хлора, следует за ионами натрия пассивно. Таким образом, прежде чем фильтрат достигнет петли Генле, из него реабсорбирустся около 75% веществ. В результате канальцевая жидкость становится изоосмотической по отношению к плазме крови и тканевым жидкостям.
Проксимальный каналец идеально приспособлен для интенсивной реабсорбции соли и воды . Многочисленные микроворсинки эпителия образуют так называемую щеточную кайму, покрывающую внутреннюю поверхность просвета почечного канальца. При таком устройстве абсорбирующей поверхности чрезвычайно увеличивается площадь клеточной мембраны и в результате облегчается диффузия соли и воды из просвета канальца в эпителиальные клетки.
2. Нисходящее колено петли Генле и часть восходящего колена , расположенная во внутреннем слое мозгового вещества , состоят из очень тонких клеток, у которых нет щеточной каймы, а число митохондрий мало. Морфология тонких участков нефрона свидетельствует об отсутствии здесь активного переноса растворенных веществ через стенку канальца. На данном участке нефрона NaCl очень плохо проникает сквозь стенку канальца, мочевина - несколько лучше, а вода проходит без затруднений.
3. Стенка тонкого участка восходящего колена петли Генле также неактивна в отношении транспорта соли. Тем не менее она обладает высокой проницаемостью для Na+ и Сl-, но малопроницаема для мочевины и почти непроницаема для воды.
4. Толстый участок восходящего колена петли Генле , расположенный в мозговом веществе почки, отличается от остальных участков указанной петли. Он осуществляет активный перенос Na+ и Cl- из просвета петли в интерстициальное пространство. Этот участок нефрона вместе с остальной частью восходящего колена чрезвычайно мало проницаем для воды. Из-за реабсорбции NaCl жидкость поступает в дистальный каналец несколько гипоосмотичной по сравнению с тканевой жидкостью
5. Движение воды через стенку дистального канальца - процесс сложный. Дистальный каналец имеет особое значение для транспорта К+, Н+ и NH3 из тканевой жидкости в просвет нефрона и транспорта Na+, Cl- и Н2О из просвета нефрона в тканевую жидкость. Поскольку соли активно "выкачиваются" из просвета канальца, вода следует за ними пассивно.
6. Собирательный проток проницаем для воды, что позволяет ей переходить из разбавленной мочи в более концентрированную тканевую жидкость мозгового вещества почки. В этом заключается конечная стадия образования гиперосмотической мочи. В протоке происходит также реабсорбция NaCl, но за счет активного переноса Na+ через стенку. Для солей собирательный проток непроницаем, в отношении воды его проницаемость меняется. Важной особенностью дистального участка собирательного протока, расположенного во внутреннем мозговом слое почек, является его высокая проницаемость для мочевины.
Механизм реабсорбции глюкозы.
Проксимальная (1/3) реабсорбция глюкозы осуществляется с помощью специальных переносчиков щеточной каемки апикальной мембраны эпителиальных клеток . Эти переносчики транспортируют глюкозу, только если одновременно связывают и переносят натрий. Пассивное перемещение натрия по градиенту концентрации внутрь клеток ведет к транспорту через мембрану и переносчика с глюкозой.
Для реализации этого процесса необходима низкая концентрация натрия в эпителиальной клетке, создающая градиент концентрации между внешней и внутриклеточной средой, что обеспечивается энергозависимой работой натрий-калиевого насоса базальной мембраны .
Такой вид транспорта называют вторично активным, или симпортом , т. е. совместным пассивным транспортом одного вещества (глюкоза) из-за активного транспорта другого (натрия) с помощью одного переносчика. При избытке глюкозы в первичной моче может произойти полная загрузка всех молекул переносчиков и глюкоза уже не сможет всасываться в кровь.
Эта ситуация характеризуется понятием «максимальный канальцевый транспорт вещества » (Тм глюкозы), которое отражает максимальную загрузку канальцевых переносчиков при определенной концентрации вещества в первичной моче и, соответственно, в крови. Эта величина составляет от 303 мг/мин у женщин до 375 мг/мин у мужчин. Величине максимального канальцевого транспорта соответствует понятие «почечный порог выведения».
Почечным порогом выведения называют ту концентрацию вещества в крови и, соответственно, в первичной моче, при которой оно уже не может быть полностью реабсорбировано в канальцах и появляется в конечной моче. Такие вещества, для которых может быть найден порог выведения, т. е. реабсорбирующиеся при низких концентрациях в крови полностью, а при повышенных концентрациях - не полностью, носят название пороговых. Примером является глюкоза, которая полностью всасывается из первичной мочи при концентрациях в плазме крови ниже 10 ммоль/л, но появляется в конечной моче, т. е. полностью не реабсорбируется, при содержании ее в плазме крови выше 10 ммоль/л. Следовательно, для глюкозы порог выведения составляет 10 ммоль/л .
Механизмы секреции в почечном фильтре.
Секреция - это транспорт веществ из крови , протекающей через околоканальцевые капилляры, в просвет почечных канальцев. Транспорт пассивный и активный. Секретируются ионы Н+, К+, аммиак, органические кислоты и основания (например, чужеродные вещества, в частности, лекарственные препараты: пенициллин и др). Секреция органических кислот и оснований происходит с помощью вторично-активного натрий-зависимого механизма.
Секреция йонов калия.
Большая часть легко фильтрующихся в клубочках ионов калия обычно реабсорбируется из фильтрата в проксимальных канальцах и петлях Генлe . Скорость активной реабсорбции в канальце и петле не снижается даже в том случае, когда концентрация К+ в крови и фильтрате сильно возрастает в ответ на избыточное потребление организмом этого иона.
Однако дистальные канальцы и собирательные протоки способны не только реабсорбировать, но и секретировать ионы калия . Секретируя калий, данные структуры стремятся достичь ионного гомеостаза в случае поступления в организм необычайно большого количества этого металла. Транспорт К+, по-видимому, зависит от его постуления в клетки канальцев из тканевой жидкости, обусловленного активностью обычного Nar+ - Ka+-насоса, с утечкой К+ из цитоплазмы в канальцевую жидкость. Калий может просто диффундировать по электрохимическому градиенту из клеток почечных канальцев в просвет, потому что канальцевая жидкость электроотрицательна по отношению к цитоплазме. Секреция К+ с помощью данных механизмов стимулируется адренокортикальным гормоном-альдостероном, который высвобождается в ответ на повышение содержания К+ в плазме крови.
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 H 2 О. В последующих отделах нефронах всасываются только ионы и Н 2 О.
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 .
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.
Канальцевая реабсорбция - это процесс обратного всасывания воды и веществ из содержащейся в просвете канальцев мочи в лимфу и кровь.
Основная масса молекул реабсорбируется в проксимальном отделе нефрона. Здесь практически полностью абсорбируются аминокислоты, глюкоза, витамины, белки, микроэлементы, значительное количество ионов Na+, C1-, HCO3- и многие другие вещества.
В петле Генле, дистальном отделе канальца и собирательных трубочках всасываются электролиты и вода.
Альдостерон стимулирует реабсорбцию Na+ и экскрецию K+ и H+ в почечные канальцы в дистальном отделе нефрона, в дистальном канальце и кортикальных собирательных трубочках .
Вазопрессин способствует реабсорбции воды из дистальных извитых канальцев и собирательных трубок.
С помощью пассивного транспорта осуществляется реабсорбция воды, хлора, мочевины.
Активным транспортом называют перенос веществ против электрохимического и концентрационного градиентов. Причем различают первично-активный и вторично-активный транспорт. Первично-активный транспорт происходит с затратой энергии клетки. Примером служит перенос ионов Na+ с помощью фермента Na+/K+-АТФазы, использующей энергию АТФ. При вторично-активном транспорте перенос вещества осуществляется за счет энергии транспорта другого вещества. Механизмом вторично-активного транспорта реабсорбируются глюкоза и аминокислоты.
Величине максимального канальцевого транспорта соответствует старое понятие "почечный порог выведения". Для глюкозы эта величина составляет 10 ммоль/л.
Вещества, реабсорбция которых не зависит от их концентрации в плазме крови, называются непороговыми. К ним относятся вещества, которые или вообще не реабсорбируются, (инулин, маннитол) или мало реабсорбируются и выделяются с мочой пропорционально накоплению их в крови (сульфаты).
В норме небольшое количество белка попадает в фильтрат и реабсорбируется. Процесс реабсорбции белка осуществляется с помощью пиноцитоза. Войдя в клетку, белок подвергается гидролизу со стороны ферментов лизосом и превращается в аминокислоты. Не все белки подвергаются гидролизу, часть их переходит в кровь в неизмененном виде. Этот процесс активный и требует энергии. Появление белка в моче носит название протеинурии. Протеинурия может быть и в физиологических условиях, пример, после тяжелой мышечной работы. В основном протеинурия имеет место в патологии при нефритах, нефропатиях, при миеломной болезни.
Мочевина играет важную роль в механизмах концентрирования мочи, свободно фильтруется в клубочках. В проксимальном канальце часть мочевины пассивно реабсорбируется за счет градиента концентрации, который возникает вследствие концентрирования мочи. Остальная часть мочевины доходит до собирательных трубочек. В собирательных трубочках под влиянием АДГ происходит реабсорбция воды и концентрация мочевины повышается. АДГ усиливает проницаемость стенки и для мочевины, и она переходит в мозговое вещество почки, создавая здесь примерно 50% осмотического давления. Из интерстиция по концентрационному градиенту мочевина диффундирует в петлю Генле и вновь поступает в дистальные канальцы и собирательные трубочки. Таким образом, совершается внутрипочечный круговорот мочевины. В случае водного диуреза всасывание воды в дистальном отделе нефрона прекращается, а мочевины выводится больше. Таким образом, ее экскреция зависит от диуреза.
Реабсорбция слабых кислот и оснований зависит от того, в какой форме они находятся - в ионизированной или неионизированной. Слабые основания и кислоты в ионизированном состоянии не реабсорбируются и выводятся с мочой. Степень ионизации оснований увеличивается в кислой среде, поэтому они с большей скоростью экскретируются с кислой мочой, слабые кислоты, напротив, быстрее выводятся с щелочной мочой. Это имеет большое значение, так как многие лекарственные вещества являются слабыми основаниями или слабыми кислотами. Поэтому при отравлении ацетилсалициловой кислотой или фенобарбиталом (слабыми кислотами) необходимо вводить щелочные растворы (NaHCO3), для того чтобы перевести эти кислоты в ионизированное состояние, тем самым способствуя их быстрому выведению из организма. Для быстрой экскреции слабых оснований необходимо вводить в кровь кислые продукты для закисления мочи.
Вода реабсорбируется во всех отделах нефрона пассивно за счет транспорта осмотически активных веществ: глюкозы, аминокислот, белков, ионов натрия, калия, кальция, хлора. При снижении реабсорбции осмотически активных веществ уменьшается и реабсорбция воды. Наличие глюкозы в конечной моче ведет к увеличению диуреза (полиурии).
Основным ионом, обеспечивающим пассивное всасывание воды, является натрий. Натрий, как указывалось выше, также необходим для транспорта глюкозы и аминокислот. Кроме того, он играет важную роль в создании осмотически активной среды в интерстиции мозгового слоя почки, благодаря чему происходит концентрирование мочи.
Поступление натрия из первичной мочи через апикальную мембрану внутрь клетки канальцевого эпителия происходит пассивно по электрохимическому и концентрационному градиентам. Выведение натрия из клетки через базолатеральные мембраны осуществляется активно с помощью Na+/K+-АТФазы. Так как энергия клеточного метаболизма расходуется на перенос натрия, транспорт его является первично-активным. Транспорт натрия в клетку может происходить за счет разных механизмов. Один из них - это обмен Na+ на Н+ (противоточный транспорт, или антипорт). В этом случае ион натрия переносится внутрь клетки, а ион водорода - наружу. Другой путь переноса натрия в клетку осуществляется с участием аминокислот, глюкозы. Это так называемый котранспорт, или симпорт. Частично реабсорбция натрия связана с секрецией калия.
Сердечные гликозиды (строфантин К, оубаин) способны угнетать фермент Na+/К+-АТФазу, обеспечивающую перенос натрия из клетки в кровь и транспорт калия из крови в клетку.
Большое значение в механизмах реабсорбции воды и ионов натрия, а также концентрирования мочи имеет работа так называемой поворотно-противоточной множительной системы. После прохождения проксимального отрезка канальца изотоничный фильтрат в уменьшенном объеме поступает в петлю Генле. В этом участке интенсивная реабсорбция натрия не сопровождается реабсорбцией воды, так как стенки этого отрезка мало проницаемы для воды даже под воздействием АДГ. В связи с этим наступают разведение мочи в просвете нефрона и концентрация натрия в интерстиции. Разведенная моча в дистальном отделе канальца теряет избыток жидкости, становясь изотоничной плазме. Уменьшенный объем изотоничной мочи поступает в собирательную систему, идущую в мозговом слое, высокое осмотическое давление в интерстиции которого обусловлено повышенной концентрацией натрия. В собирательных трубочках под влиянием АДГ продолжается обратное всасывание воды в соответствии с концентрационным градиентом. Проходящие в мозговом слое vasa recta функционируют как противоточно-обменные сосуды, забирающие по пути к сосочкам натрий и отдающие его до возвращения к корковому слою. В глубине мозгового слоя таким путем поддерживается высокое содержание натрия, обеспечивающее резорбцию воды из собирательной системы и концентрацию мочи.
Формирование состава конечной мочи осуществляется в ходе трех процессов — , реабсорбции и секреции в канальцах, трубочках и протоках. Оно представлено следующей формулой:
Выделение = (Фильтрация — Реабсорбция) + Секреция.
Интенсивность выделения многих веществ из организма определяется в большей степени реабсорбцией, а некоторых веществ — секрецией.
Реабсорбция (обратное всасывание) - это возврат необходимых организму веществ из просвета канальцев, трубочек и протоков в интерстиций и кровь (рис. 1).
Реабсорбция характеризуется двумя особенностями.
Во-первых, канальцевая реабсорбция жидкости (воды), как и , является значительным в количественном отношении процессом. Это означает, что потенциальный эффект от малого изменения реабсорбции может оказаться очень существенным для объема выделяемой мочи. Например, снижение реабсорбция всего на 5% (со 178,5 до 169,5 л/сут) увеличит объем конечной мочи с 1,5 л до 10,5 л/сут (в 7 раз, или на 600%) при прежнем уровне фильтрации в клубочках.
Во-вторых, канальцевая реабсорбция отличается высокой селективностью (избирательностью). Некоторые вещества (аминокислоты, глюкоза) почти полностью (более чем на 99%) реабсорбируются, а вода и электролиты (натрий, калий, хлор, бикарбонаты) в очень значительных количествах подвергаются реабсорбции, но их реабсорбция может существенно изменяться в зависимости от потребностей организма, что сказывается на содержании этих веществ в конечной моче. Другие вещества (например, мочевина) реабсорбируются значительно хуже и выделяются в больших количествах с мочой. Многие вещества после фильтрации не подвергаются реабсорбции и полностью экскретируются при любой их концентрации в крови (например, креатинин, инулин). Благодаря избирательной реабсорбции веществ в почках осуществляется точный контроль состава жидких сред организма.
Рис. 1. Локализация транспортных процессов (секреции и реабсорбцин в нефроне)
Вещества в зависимости от механизмов и степени их реабсорбции делят на пороговые и беспороговые.
Пороговые вещества в нормальных условиях реабсорбируются из первичной мочи почти полностью при участии механизмов облегченного транспорта. Эти вещества появляются в значительных количествах в конечной моче, когда их концентрация в плазме крови (и тем самым в первичной моче) увеличится и превысит «порог выведения», или «почечный порог». Величина этого порога определяется возможностями белков-переносчиков в мембране эпителиальных клеток обеспечивать перенос профильтровавщихся веществ через стенку канальцев. При исчерпании (перенасыщении) возможностей транспорта, когда в переносе задействованы все белки-переносчики, часть вещества не может реабсорбироваться в кровь, и оно появляется в конечной моче. Так, например, порог выведения для глюкозы составляет 10 ммоль/л (1,8 г/л) и почти в 2 раза превышает ее нормальное содержание в крови (3,33-5,55 ммоль/л). Это означает, что если концентрация глюкозы в плазме крови превышает 10 ммоль/л, то наблюдается глюкозурия — выделение глюкозы с мочой (в количествах более 100 мг/суг). Интенсивность глюкозурии возрастает пропорционально увеличению содержания глюкозы в плазме крови, что является важным диагностическим признаком тяжести сахарного диабета. В норме уровень глюкозы в плазме крови (и первичной моче) даже после еды почти никогда не превышает величины (10 ммоль/л), необходимой для ее появления в конечной моче.
Беспороговые вещества не имеют порога выведения и удаляются из организма при любой их концентрации в плазме крови. Такими веществами обычно являются продукты метаболизма, подлежащие удалению из организма (креатинин), и другие органические вещества (например, инулин). Эти вещества используются для исследования функций почек.
Одни из удаляемых веществ могут частично реабсорбироваться (мочевина, мочевая кислота) и выводятся не полностью (табл. 1), другие практически не реабсорбируются (креатинин, сульфаты, инулин).
Таблица 1. Фильтрация, реабсорбции и выделение почками различных веществ
Реабсорбция — многоэтапный процесс , включающий переход воды и растворенных в ней веществ сначала из первичной мочи в межклеточную жидкость, а затем через стенки перитубулярных капилляров в кровь. Переносимые вещества могут проникать в межклеточную жидкость из первичной мочи двумя путями: трансцеллюлярно (через клетки канальцевого эпителия) либо парацеллюлярно (по межклеточным пространствам). Реабсорбция макромолекул при этом осуществляется за счет эндоцитоза, а минеральных и низкомолекулярных органических веществ — за счет активного и пассивного транспорта, воды — через аквапорины пассивно, путем осмоса. Из межклеточных пространств в перитубулярные капилляры растворенные вещества реабсорбируются под действием разницы сил между давлением крови в капиллярах (8-15 мм рт. ст.) и ее коллоидно-осмотическим (онкотическим) давлением (28-32 мм рт. ст.).
Процесс реабсорбции ионов Na+ из просвета канальцев в кровь состоит как минимум из грех этапов. На 1-м этапе ионы Na+ поступают из первичной мочи в клетку эпителия канальца через апикальную мембрану пассивно путем облегченной диффузии с помощью белков-переносчиков по концентрационному и электрическому градиентам, создаваемым работой Na+/K+ насоса базолатеральной поверхности эпителиальной клетки. Поступление ионов Na+ в клетку часто сопряжено с совместным транспортом глюкозы (белок-переносчик (SGLUT-1) или аминокислот (в проксимальном канальце), ионов К+ и CI+ (в петле Генле) в клетку (котранспорт, симпорт) или с контртранспортом (антипортом) ионов Н+ , NH3+ из клетки в первичную мочу. На 2-м этапе транспорт ионов Na+ через базолагеральную мембрану в межклеточную жидкость осуществляется первично-активным транспортом против электрического и концентрационного градиентов с помощью Na+/К+ насоса (АТФазы). Реабсорбция ионов Na+ способствует обратному всасыванию воды (путем осмоса), вслед за которой пассивно всасываются ионы CI-, НС0 3 -, частично мочевина. На 3-м этапе реабсорбция ионов Na+, воды и других веществ из межклеточной жидкости в капилляры происходит под действием сил градиентов гидростатического и .
Глюкоза, аминокислоты, витамины реабсорбируются из первичной мочи путем вторично-активного транспорта (симпорта совместно с ионом Na+). Белок-переносчик апикальной мембраны эпителиальной клетки канальца связывает ион Na+ и молекулу органического вещества (глюкозу SGLUT-1 или аминокислоту) и перемещает их внутрь клетки, причем движущей силой является диффузия Na+ в клетку по электрохимическому градиенту. Из клетки через базолагеральную мембрану глюкоза (с участием белка-переносчика GLUT-2) и аминокислоты выходят пассивно путем облегченной диффузии по концентрационному градиенту.
Белки молекулярной массой менее 70 кД, фильтрующиеся из крови в первичную мочу, реабсорбируются в проксимальных канальцах путем пиноцитоза, частично расщепляются в эпителии лизосомными ферментами, и низкомолекулярные компоненты и аминокислоты возвращаются в кровь. Появление белка в моче обозначается термином «протеинурия» (чаще альбуминурия). Кратковременная протеинурия до 1 г/л может развиться у здоровых лиц после интенсивной продолжительной физической работы. Наличие постоянной и более высокой протеинурии — признак нарушения механизмов клубочковой фильтрации и (или) канальцевой реабсорбции в почках. Клубочковая (гломерулярная) протеинурия обычно развивается при повышении проницаемости клубочкового фильтра. В результате белок поступает в полость капсулы Шумлянского-Боумена и проксимальные канальцы в количествах, превышающих возможности его ребсорбции механизмами канальцев — развивается умеренная протеинурия. Канальцевая (тубулярная) протеинурия связана с нарушением реабсорбции белка вследствие повреждения эпителия канальцев или нарушения лимфооттока. При одновременном повреждении клубочковых и канальцевых механизмов развивается высокая протеинурия.
Реабсорбция веществ в почках тесно связана с процессом секреции. Термин «секреция» для описания работы почек используется в двух значениях. Во-первых, секреция в почках рассматривается как процесс (механизм) транспорта веществ, подлежащих удалению в просвет канальцев не через клубочки, а из интерстиция почки или непосредственно из клеток почечного эпителия. При этом выполняется экскреторная функция почки. Секреция веществ в мочу осуществляется активно и (или) пассивно и часто сопряжена с процессами образования этих веществ в эпителиоцитах канальцев почек. Секреция дает возможность быстро удалить из организма ионы К+, Н+, NН3+, а также некоторые другие органические и лекарственные вещества. Во-вторых, термин «секреция» используется для описания синтеза в почках и высвобождения ими в кровь гормонов эритропоэтина и кальцитриола, фермента ренина и других веществ. В почках активно идут процессы глюконеогенеза, и образующаяся при этом глюкоза также транспортируется (секретируется) в кровь.
Реабсорбция и секреция веществ в различных отделах нефрона
Осмотическое разведение и концентрирование мочи
Проксимальные канальцы обеспечивают реабсорбцию большей части воды из первичной мочи (примерно 2/3 объема клубочкового фильтрата), значительное количество ионов Na + , К+, Са 2+ , СI-, НСО 3 -. Практически все органические вещества (аминокислоты, белки, глюкоза, витамины), микроэлементы и другие необходимые организму вещества реабсорбируются в проксимальных канальцах (рис. 6.2). В других отделах нефрона осуществляется только реабсорбция воды, ионов и мочевины. Столь высокая реабсорбционная способность проксимального канальца обусловлена рядом структурных и функциональных особенностей его эпителиальных клеток. Они оснащены хорошо развитой щеточной каемкой на апикальной мембране, а также широким лабиринтом межклеточных пространств и каналов на базальной стороне клеток, что существенно увеличивает площадь всасывания (в 60 раз) и ускоряет транспорт веществ через них. В эпителиоцитах проксимальных канальцев очень много митохондрий, и интенсивность метаболизма в них в 2 раза превосходит таковую в нейронах. Это обеспечивает возможность получения достаточного количества АТФ для осуществления активного транспорта веществ. Важная особенность реабсорбции в проксимальной части канальцев заключается в том, что вода и растворенные в ней вещества реабсорбируются здесь в эквивалентных количествах, что обеспечивает изоосмолярность мочи проксимальных канальцев и ее изоосмотичность с плазмой крови (280-300 мосмоль/л).
В проксимальных канальцах нефрона происходит первично-активная и вторично-активная секреция веществ в просвет канальцев с помощью различных белков-переносчиков. Секреция выводимых веществ осуществляется как из крови перитубулярных капилляров, так и химических соединений, образующихся непосредственно в клетках канальцевого эпителия. Из плазмы крови в мочу секретируются многие органические кислоты и основания (например, парааминогиппуровая кислота (ПАГ), холин, тиамин, серотонин, гуанидин и др.), ионы (Н+, NH3+, К+), лекарственные вещества (пенициллин и др.). Для ряда ксенобиотиков органического происхождения, поступивших в организм (антибиотики, красители, рентгено- контрастные вещества), скорость их выделения из крови путем канальцевой секреции значительно превышает их выведение путем клубочковой фильтрации. Секреция ПАГ в проксимальных канальцах идет столь интенсивно, что кровь очищается от нее уже за одно прохождение через перитубулярные капилляры коркового вещества (следовательно, определяя клиренс ПАГ, можно рассчитать объем эффективного, участвующего в моче- образовании почечного плазмотока). В клетках канальцевого эпителия при дезаминировании аминокислоты глутамина образуется аммиак (NH 3), который секретируется в просвет канальца и поступает в мочу. В ней аммиак связывается с ионами Н+ с образованием иона аммония NH 4 + (NH 3 + Н+ -> NH4+). Секретируя NH 3 , и ионы Н + , почки принимают участие в регуляции кислотно-основного состояния крови (организма).
В петле Генле реабсорбция воды и ионов пространственно разделены, что обусловлено особенностями строения и функций ее эпителия, а также гиперосмотичностью мозгового вещества почек. Нисходящая часть петли Генле высокопроницаема для воды и только умеренно проницаема для растворенных в ней веществ (включая натрий, мочевину и др.). В нисходящей части петли Генле происходит реабсорбция 20% воды (под действием высокого осмотического давления в окружающей каналец среде), а осмотически активные вещества остаются в канальцевой моче. Это обусловлено высоким содержанием хлорида натрия и мочевины в гиперосмотичной межклеточной жидкости мозгового слоя почки. Осмотичность мочи по мере ее продвижения к вершине петли Генле (вглубь мозгового слоя почки) возрастает (за счет реабсорбции воды и поступления хлорида натрия и мочевины по концентрационному градиенту), а объем — уменьшается (за счет реабсорбции воды). Данный процесс называется осмотическим концентрированием мочи. Максимальная осмотичность канальцевой мочи (1200-1500 мосмоль/л) достигается на вершине петли Генле юкстамедуллярных нефронов.
Далее моча поступает в восходящее колено петли Генле, эпителий которого не проницаем для воды, но проницаем для ионов, растворенных в ней. Этот отдел обеспечивает реабсорбцию 25% ионов (Na + , K+, СI-) от их общего количества, поступившего в первичную мочу. Эпителий толстой восходящей части петли Генле имеет мощную ферментную систему активного транспорта ионов Na+ и К+ в виде Na+/К+ насосов, встроенных в базальные мембраны эпителиальных клеток.
В апикальных мембранах эпителия имеется котранспортный белок, одновременно переносящий из мочи в цитоплазму один ион Na+ два иона СI- и один ион К+. Источником движущей силы для этого котранспортера является энергия, с которой ионы Na+ по градиенту концентрации устремляются в клетку, ее достаточно и для перемещения ионов К против градиента концентрации. Ионы Na+ могут поступать в клетку и в обмен на ионы Н с помощью Na+/Н+ котранспортера. Выход (секреция) К+ и Н+ в просвет канальца создает в нем избыточный положительный заряд (до +8 мВ), который способствует диффузии катионов (Na+, К+, Са 2+ , Mg 2+) парацеллюлярно, через межклеточные контакты.
Вторично-активный и первично-активный транспорт ионов из восходящего колена петли Генле в окружающее каналец пространство является важнейшим механизмом создания высокого осмотического давления в интерстиции мозгового слоя почки. В восходящем отделе петли Генле вода не реабсорбируется, а концентрация осмотически активных веществ (прежде всего ионов Na+ и СI+) в канальцевой жидкости снижается вследствие их реабсорбции. Поэтому на выходе из петли Генле в канальцах всегда находится гипотоничная моча с концентрацией осмотически активных веществ ниже 200 мосмоль/л. Такое явление называют осмотическим разведением мочи , а восходящую часть петли Генле — разводящим сегментом нефрона.
Создание гиперосмотичности в мозговом веществе почки рассматривается как главная функция петли нефрона. Выделяют несколько механизмов ее создания:
- активная работа поворотно-противоточной системы канальцев (восходящего и нисходящего) петли нефрона и мозговых собирательных протоков. Движение жидкости в петле нефрона в противоположных направлениях навстречу друг другу вызывает суммацию небольших поперечных градиентов и формирует большой продольный корково-мозговой градиент осмоляльности (от 300 мосмоль/л в корковом веществе до 1500 мосмоль/л возле вершины пирамид в мозговом веществе). Механизм работы петли Генле получил название поворотно-противоточной множительной системы нефрона. Петля Генле юкстамедуллярных нефронов, пронизывающая насквозь все мозговое вещество почки, играет основную роль в этом механизме;
- циркуляция двух главных осмотически активных соединений — натрия хлорида и мочевины. Эти вещества вносят основной вклад в создание гиперосмотичности интерстиция мозгового вещества почек. Их циркуляция зависит от избирательной проницаемости мембраны восходящего колена петли нсфрона для электролитов (но не для воды), а также регулируемой АДГ проницаемости стенок мозговых собирательных протоков для воды и мочевины. Натрия хлорид циркулирует в петле нефрона (в восходящем колене ионы активно реабсорбируются в интерстиций мозгового вещества, а из него согласно законам диффузии поступают в нисходящее колено и снова поднимаются в восходящее колено и т.д.). Мочевина циркулирует в системе собирательный проток мозгового вещества — интерстиций мозгового вещества -тонкая часть петли Генле — собирательный проток мозгового вещества;
- пассивная поворотно-противоточная система прямых кровеносных сосудов мозгового вещества почек берег начало от выносящих сосудов юкстамедуллярных нефронов и идет параллельно петле Генле. Кровь движется по нисходящему прямому колену капилляра в область с возрастающей осмолярностью, а затем после поворота на 180° — в обратном направлении. При этом ионы и мочевина, а также вода (в противоположном ионам и мочевине направлении) совершают челночные перемещения между нисходящими и восходящими частями прямых капилляров, что обеспечивает поддержание высокой осмоляльности мозгового вещества почки. Этому способствует также низкая объемная скорость кровотока через прямые капилляры.
Из петли Генле моча попадает в дистальный извитой каналец, далее — в соединительный каналец, затем — в собирательную трубочку и собирательный проток коркового вещества почек. Все указанные структуры расположены в корковом веществе почки.
В дистальных и соединительных канальцах нефрона и собирательных трубочках реабсорбция ионов Na+ и воды зависит от состояния водно-электролитного баланса организма и находится под контролем антидиуретического гормона, альдостерона, натрийуретического пептида.
Первая половина дистального канальца является продолжением толстого сегмента восходящей части петли Генле и сохраняет ее свойства — проницаемость для воды и мочевины практически равна нулю, но здесь активно реабсорбируются ионы Na+ и СI- (5% от объема их фильтрации в клубочках) путем симпорта с помощью Na+/CI- котранспортера. Моча в ней становится еще более разбавленной (гипоосмотичной).
По этой причине первую половину дистального канальца, как и восходящую часть петли нефрона, относят к разводящему мочу сегменту.
Вторая половина дистального канальца, соединительный каналец, собирательные трубочки и протоки коркового вещества имеют схожее строение и схожие функциональные характеристики. Среди клеток их стенок выделяют два основных типа — главные и вставочные клетки. Главные клетки реабсорбируют ионы Na+ и воду и секретируют в просвет канальца ионы К+. Проницаемость главных клеток для воды (почти полностью) регулируется АДГ. Этот механизм предоставляет организму возможность управлять объемом выделенной мочи и ее осмолярностыо. Здесь начинается концентрирование вторичной мочи — от гипотоничной до изотоничной (). Вставочные клетки реабсорбируют ионы К+, карбонаты и секретируют в просвет ионы Н+. Секреция протонов идет первично-активно за счет работы Н+ транспортирующих АТФаз против значительного градиента концентрации, превышающего 1000:1. Вставочные клетки играют ключевую роль в регуляции кислотно-основного равновесия в организме. Оба типа клеток практически непроницаемы для мочевины. Поэтому мочевина остается в моче в той же концентрации от начала толстой части восходящего колена петли Генле до собирательных протоков мозгового вещества почки.
Собирательные протоки мозгового вещества почки представляют собой отдел, в котором состав мочи формируется окончательно. Клетки этого отдела играют чрезвычайно важную роль в определении содержания воды и растворенных веществ в выделяемой (конечной) моче. Здесь реабсорбируется до 8% всей профильтровавшейся воды и только 1% ионов Na+ и СI-, и реабсорбция воды играет главную роль в концентрировании конечной мочи. В отличие от вышележащих отделов нефрона стенки собирательных протоков, располагающиеся в мозговом веществе почки, проницаемы для мочевины. Реабсорбция мочевины способствует поддержанию высокой осмолярности интерстиция глубоких слоев мозгового вещества почки и формированию концентрированной мочи. Проницаемость собирательных протоков для мочевины и воды регулируется АДГ, для ионов Na+ и СI- альдостероном. Клетки собирательных протоков способны реабсорбировать бикарбонаты и секретировать протоны, преодолевая высокий градиент концентрации.
Методы исследования экскреторной функции ночек
Определение почечного клиренса для разных веществ позволяет исследовать интенсивность протекания всех трех процессов (фильтрации, реабсорбции и секреции), определяющих выделительную функцию почек. Почечный клиренс вещества — это объем плазмы крови (мл), который с помощью почек освобождается от вещества за единицу времени (мин). Клиренс описывается формулой
К в * ПК в = М в * О м,
где К в — клиренс вещества; ПК В — концентрация вещества в плазме крови; М в — концентрация вещества в моче; О м — объем выделенной мочи.
Если вещество свободно фильтруется, но не реабсорбируется и не секретируется, тогда интенсивность его выделения с мочой (М в. О м) будет равна скорости фильтрации вещества в клубочках (СКФ. ПК в). Отсюда можно вычислить путем определения клиренса вещества:
СКФ = М в. О м /ПК в
Таким веществом, удовлетворяющим перечисленным выше критериям, является инулин, клиренс которого составляет в среднем у мужчин 125 мл/мин, у женщин 110 мл/мин. Значит, количество плазмы крови, проходящей через сосуды почек и профильтрованной в клубочках для доставки такого количества инулина в конечную мочу, должно составить 125 мл у мужчин и 110 мл у женщин. Таким образом, объем образования первичной мочи составляет у мужчин 180 л/сут (125 мл/мин. 60 мин. 24 ч), у женщин 150 л/сут (110 мл/мин. 60 мин. 24 ч).
Учитывая, что полисахарид инулин отсутствует в организме человека и его требуется вводить внутривенно, в клинике для определения СКФ чаще используется другое вещество — креатинин.
Определив клиренс других веществ и сравнив его с клиренсом инулина, можно оценить процессы реабсорбции и секреции этих веществ в почечных канальцах. Если клиренсы вещества и инулина совпадают, то данное вещество выделяется только с помощью фильтрации; если клиренс вещества больше, чем у инулина, то вещество дополнительно секретируется в просвет канальцев; если клиренс вещества меньше, чем у инулина, то оно, по-видимому, частично реабсорбируется. Зная интенсивность выделения вещества с мочой (М в. О м), можно рассчитать интенсивность процессов реабсорбции (реабсорбция = Фильтрация — Выделение = СКФ. ПК в — М в. О м) и секреции (Секреция = Выделение — Фильтрация = М в. О м — СКФ. ПК).
С помощью клиренса некоторых веществ можно оценивать величину почечного плазмотока и кровотока. Для этого используют вещества, которые высвобождаются в мочу путем фильтрации и секреции и при этом не реабсорбируются. Клиренс таких веществ теоретически будет равен общему плазма- току в почке. Подобных веществ практически нет, тем не менее от некоторых веществ кровь очищается при одном прохождении через ночки почти на 90%. Одним из таких естественных веществ является парааминогиппуровая кислота, клиренс которой составляет 585 мл/мин, что позволяет оценить величину почечного плазмотока в 650 мл/мин (585: 0,9) с учетом коэффициента ее извлечения из крови 90%. При гематокрите, равном 45%, и почечном плазмотоке 650 мл/мин, кровоток в обеих почках составит 1182 мл/мин, т.е. 650 / (1-0,45).
Регуляция канальцевой реабсорбции и секреции
Регуляция канальцевой реабсорбции и секреции осуществляется, главным образом, в дистальных отделах нефрона с помощью гуморальных механизмов, т.е. находится под контролем различных гормонов.
Проксимальная реабсорбция в отличие процессов переноса веществ в дистальных канальцах и собирательных трубочках не подвергается такому тщательному контролю со стороны организма, поэтому ее часто называют облигатной реабсорбцией. В настоящее время установлено, что интенсивность облигатной реабсорбции может изменяться под влиянием некоторых нервных и гуморальных воздействий. Так, возбуждение симпатической нервной системы ведет к увеличению реабсорбции ионов Na + , фосфатов, глюкозы, воды клетками эпителия проксимальных канальцев нефрона. Ангиотензин-Н также способен вызывать увеличение скорости проксимальной реабсорбции ионов Na + .
Интенсивность проксимальной реабсорбции зависит от величины клубочковой фильтрации и возрастает с увеличением скорости клубочковой фильтрации, что носит название клубочково-канальцевое равновесие. Механизмы сохранения этого равновесия до конца не изучены, однако известно, что они относятся к внутрипочечным регуляторным механизмам и их осуществление не требует дополнительных нервных и гуморальных влияний со стороны организма.
В дистальных канальцах и собирательных трубочках почки осуществляется, главным образом, реабсорбция воды и ионов, выраженность которой зависит от водно-электролитного баланса организма. Дистальная реабсорбция воды и ионов называется факультативной и контролируется антидиуретическим гормоном, альдостероном, Предсердным натрийуретическим гормоном.
Образование антидиуретического гормона (вазопрессина) в гипоталамусе и выброс его в кровь из гипофиза увеличивается при уменьшении содержания воды в организме (дегидратации), снижении артериального давления крови (гипотензии), а также при повышении осмотического давления крови (гиперосмии). Этот гормон действует на эпителий дистальных канальцев и собирательных трубочек почки и вызывает повышение его проницаемости для воды вследствие формирования в цитоплазме эпителиальных клеток особых белков (аквапоринов), которые встраиваются в мембраны и формируют каналы для тока воды. Под влиянием антидиуретичсского гормона происходит увеличение реабсорбции воды, снижение диуреза и повышение концентрации образующейся мочи. Таким образом, антидиуретический гормон способствует сохранению воды в организме.
При снижении выработки антидиуретического гормона (травма, опухоль гипоталамуса) образуется большое количество гипотоничной мочи (несахарный диабет); потеря жидкости с мочой может привести к обезвоживанию организма.
Альдостерон вырабатывается в клубочковой зоне коры надпочечников, действует на эпителиальные клетки дистальных отделов нефрона и собирательных трубочек, вызывает увеличение реабсорбции ионов Na+, воды и повышение секреции ионов К+ (или ионов Н+ при их избыточном содержании в организме). Альдостерон является частью ренин-ангиотензии-альдостероновой системы (функции которой рассмотрены ранее).
Предсердный натрийуретический гормон образуется миоцитами предсердий при их растяжении избыточным объемом крови, то есть при гиперволемии. Под влиянием этого гормона происходит увеличение клубочковой фильтрации и уменьшение реабсорбции ионов Na + и воды в дистальных отделах нефрона, вследствие чего происходит усиление процесса мочеобразования и выведение из организма избытка воды. Кроме того, этот гормон снижает продукцию ренина и альдостерона, что дополнительно тормозит дистальную реабсорбцию ионов Na + и воды.