6132 0
Podczas mukowiscydozy do światła nefronu co minutę dostaje się ponad 100 mg glukozy, ale jest ona całkowicie wchłaniana przez komórki kanalika proksymalnego, więc glukoza zwykle nie jest wykrywana w moczu, a jej dobowe wydalanie nie przekracza 130 mg. Reabsorpcja glukozy do krwi następuje przy wysokim gradiencie stężeń, ponieważ ostatecznie w płynie kanalikowym nie pozostaje glukoza.
Proces transportu glukozy jest klasyfikowany jako wtórnie aktywny. Wynika to z faktu, że przeniesienie glukozy ze światła kanalika przez błonę rąbka szczoteczkowego odbywa się za pomocą nośnika, który wymaga obowiązkowej obecności jonu sodu. Błona rąbka szczoteczkowego nie transportuje aktywnie ani glukozy, ani sodu, co jest niezbędne do reabsorpcji glukozy. Energia komórkowa do tego procesu powstaje podczas działania pompy sodowej, która usuwa sód z komórki i jest zlokalizowana w błonach plazmatycznych części bocznej i podstawnej komórki, czyli zwróconej do płynu międzykomórkowego i naczyń włosowatych.
W wyniku aktywnego transportu sodu z komórki zmniejsza się stężenie sodu w jej cytoplazmie. Stanowi to warunek wstępny pasywnego, gradientowego wnikania sodu do komórki przez błonę rąbka szczoteczkowego. Nośnik może transportować glukozę z płynu kanalikowego do komórki tylko w połączeniu z glukozą i sodem, co pozwala jej przejść przez błonę, a z wnętrza komórki glukoza i sód są uwalniane do cytoplazmy.
W ten sposób pompa sodowa błon podstawno-bocznych służy jako źródło energii. To właśnie transport sodu zużywa energię TF, która jest wykorzystywana do jednoczesnego skoniugowanego transferu glukozy do komórki. Tak więc pierwotny-aktywny transfer sodu zapewnia wtórnie-aktywny sprzężony transport glukozy do komórki. Ten system reabsorpcji glukozy jest zlokalizowany tylko w błonie rąbka szczoteczkowego, to znaczy w tej części błony plazmatycznej komórki, która jest zwrócona do światła kanalika. Nie ma takiego mechanizmu transferu glukozy w podstawnej i bocznej błonie komórkowej. Wchodząca do komórki glukoza gromadzi się w fundamencie transportowym, gdzie jej stężenie staje się wyższe niż w płynie pozakomórkowym. Błona komórkowa w części podstawnej ma niską przepuszczalność dla glukozy; Aby zapewnić reabsorpcję cukru, jego transfer z komórki jest określany przez specjalne nośniki, które transportują glukozę do płynu pozakomórkowego zgodnie z gradientem stężenia i bez zużywania energii oddychania komórkowego.
W klinice zdolność nerek do reabsorpcji glukozy jest jednym z ważnych wskaźników stanu funkcjonalnego komórek kanalika proksymalnego oraz liczby sprawnie funkcjonujących kanalików. Cechy reabsorpcji glukozy są ściśle związane z mechanizmami glukozurii. Z powyższych danych dotyczących istoty procesu reabsorpcji glukozy wynika, że maksymalna liczba cząsteczek glukozy wchłoniętych z płynu kanalikowego do krwi zależy od liczby nośników glukozy i szybkości ich obrotu w błonie. Oczywiście cała przefiltrowana glukoza jest ponownie wchłaniana, dopóki liczba nośników i szybkość ich ruchu w błonie nie zapewni przeniesienia wszystkich cząsteczek glukozy, które dostały się do światła kanalika.
Wydalanie glukozy z moczem rozpoczyna się dopiero wtedy, gdy jej stężenie w osoczu wzrasta na tyle znacząco, że ilość przefiltrowanej glukozy przekracza zdolność reabsorpcji kanalików (ryc. 1). Ilość glukozy wchłoniętej przy maksymalnym obciążeniu wszystkich nośników błonowych biorących udział w jej transporcie służy w standardowych warunkach badawczych jako ważny wskaźnik funkcjonalny aktywności kanalika proksymalnego. Maksymalny transport glukozy (TmG) u mężczyzn wynosi 375 ± 79,7, a u kobiet 303 ± 55,3 mg/min na 1,73 m² powierzchni ciała.
Ryż. 1. Związek pomiędzy stężeniem glukozy w osoczu krwi, jej filtracją, reabsorpcją i wydalaniem [Valint R., 1969]. Na osi y po lewej - ilość przefiltrowanej, wchłoniętej i wyekstrahowanej glukozy, po prawej - klirens glukozy; na osi odciętych – stężenie glukozy w osoczu krwi.
Badania z wprowadzeniem glukozy do krwi i pomiarem TmG w klinice dają wyobrażenie o równowadze między mukowiscydozą a reabsorpcją w kanaliku proksymalnym każdego z nefronów. Gdy hipertoniczny roztwór glukozy jest podawany do krwi, hiperglikemia nie powoduje cukromoczu, dopóki w którymkolwiek z kanalików nie zostanie osiągnięta granica jego zdolności do reabsorpcji glukozy. Jeżeli we wszystkich nefronach istnieje zależność między objętością przefiltrowanego płynu (a więc i glukozy) a zdolnością do jego reabsorpcji, to TmG zostanie osiągnięta jednocześnie we wszystkich nefronach i przy dalszym wzroście stężenia glukozy we krwi, pojawia się glukozuria.
Jeżeli w dwóch nefronach filtracja jest taka sama, ale stan kanalików i zdolność do reabsorpcji glukozy są różne, to TmG nie zostanie osiągnięta jednocześnie. Im większe różnice między poszczególnymi nefronami, im bardziej niejednorodne populacje nefronów, im mniejsza zgodność między poziomem CF glukozy a jej reabsorpcją, tym większa rozbieżność między nefronami w momencie wystąpienia TmG ze stopniowym wzrostem stężenia glukozy w osoczu . W niektórych nefronach TmG osiąga się przy stężeniu glukozy w osoczu 11,1 mmol/l, w innych 22,2 mmol/l. Zjawisko to nazywa się rozszczepieniem krzywej miareczkowania nefronu z glukozą; zależy to od morfologicznej i funkcjonalnej niejednorodności populacji nefronów w nerkach.
TmG wzrasta wraz z akromegalią po podaniu tyroksyny, a jego spadek jest charakterystyczny dla choroby Addisona, uczulenia surowicy oraz wzrostu stężenia 1-lizyny i 1-alaniny w przesączu. W przebiegu choroby może ulec zmianie stosunek objętości CP do zwrotnego wchłaniania glukozy w kanalikach nerkowych. U pacjentów z cukrzycą cukromocz może się zmniejszać w przebiegu choroby, pomimo stałego wysoki poziom glukozy i osocza, co jest spowodowane odkładaniem się kompleksów białkowo-mukopolisacharydowych w naczyniach włosowatych kłębuszków nerkowych z powstawaniem stwardnienia kłębuszków włośniczkowych u osób starszych z przewlekłą cukrzycą. Powoduje to zmniejszenie CF w poszczególnych nefronach, zmniejsza obciążenie kanalików glukozą i mają czas na ponowne wchłonięcie przefiltrowanej glukozy, co prowadzi do zmniejszenia cukromoczu.
Nefrologia kliniczna
wyd. JEŚĆ. Tarejewa
Detale
Reabsorpcja to transport substancji ze światła kanalików nerkowych do krwi przepływający przez naczynia włosowate okołokanalikowe. Ponownie wchłonięty 65% pierwotnej objętości moczu(około 120 l / dzień. Było to 170 l, przydzielono 1,5): woda, sole mineralne, wszystkie niezbędne składniki organiczne (glukoza, aminokwasy). Transport bierny(osmoza, dyfuzja wzdłuż gradientu elektrochemicznego) i aktywny(pierwotna aktywna i wtórna aktywna z udziałem cząsteczek nośnika białka). Systemy transportowe są takie same jak w jelicie cienkim.
Substancje progowe - zwykle całkowicie reabsorbowane(glukoza, aminokwasy) i są wydalane z moczem tylko wtedy, gdy ich stężenie w osoczu krwi przekracza wartość progową (tzw. „próg eliminacji”). W przypadku glukozy próg eliminacji wynosi 10 mmol/l (przy normalnym stężeniu glukozy we krwi 4,4-6,6 mmol/l).
Substancje bezprogowe - wydalane zawsze niezależnie od ich stężenia w osoczu krwi. Nie są one wchłaniane ponownie lub wchłaniane są tylko częściowo, tak jak mocznik i inne metabolity.
Mechanizm działania różnych odcinków filtra nerkowego.
1. w kanaliku proksymalnym rozpoczyna się proces zagęszczania przesączu kłębuszkowego, a najważniejszą kwestią jest tutaj aktywne wchłanianie soli. Za pomocą aktywnego transportu około 67% Na+ jest reabsorbowane z tej części kanalika. Niemal proporcjonalna ilość wody i niektórych innych substancji rozpuszczonych, takich jak jony chlorkowe, biernie podąża za jonami sodu. Tak więc, zanim filtrat dotrze do pętli Henlego, około 75% substancji zostaje z niej ponownie wchłonięte. W rezultacie płyn kanalikowy staje się izosmotyczny w stosunku do osocza krwi i płynów tkankowych.
Kanał proksymalny idealnie nadaje się do intensywna reabsorpcja soli i wody. Liczne mikrokosmki nabłonka tworzą tzw. rąbek szczoteczkowy pokrywający wewnętrzną powierzchnię światła kanalika nerkowego. Przy takim ułożeniu powierzchni chłonnej powierzchnia błony komórkowej jest niezwykle zwiększona, co ułatwia dyfuzję soli i wody ze światła kanalika do komórek nabłonka.
2. Kończyna zstępująca pętli Henlego i część kończyny wstępującej znajduje się w warstwie wewnętrznej rdzeń, składają się z bardzo cienkich komórek, które nie mają rąbka szczoteczkowego, a liczba mitochondriów jest niewielka. Morfologia cienkich odcinków nefronu wskazuje na brak aktywnego przenoszenia rozpuszczonych substancji przez ściankę kanalika. W tym obszarze nefronu NaCl bardzo słabo przenika przez ścianę kanalika, mocznik jest nieco lepszy, a woda przepływa bez trudności.
3. Ściana cienkiej części ramienia wstępującego pętli Henlego nieaktywna również w zakresie transportu soli. Niemniej jednak ma wysoką przepuszczalność dla Na+ i Cl-, ale jest słabo przepuszczalny dla mocznika i prawie nieprzepuszczalny dla wody.
4. Gruba część ramienia wstępującego pętli Henlego, znajdujący się w rdzeniu nerki, różni się od reszty określonej pętli. Przeprowadza aktywny transfer Na + i Cl - ze światła pętli do przestrzeni śródmiąższowej. Ta część nefronu, wraz z resztą wznoszącego się kolana, jest wyjątkowo słabo przepuszczalna dla wody. Z powodu reabsorpcji NaCl płyn dostaje się do kanalika dystalnego nieco hipoosmotycznie w porównaniu z płynem tkankowym.
5. Ruch wody przez ścianę kanalika dystalnego- proces jest złożony. Cewka dystalna ma szczególne znaczenie dla transportu K+, H+ i NH3 z płynu tkankowego do światła nefronu oraz transportu Na+, Cl- i H2O ze światła nefronu do płynu tkankowego. Ponieważ sole są aktywnie „wypompowywane” ze światła kanalika, woda podąża za nimi biernie.
6. kanał zbiorczy przepuszcza wodę, co pozwala jej przejść z rozcieńczonego moczu do bardziej stężonego płynu tkankowego rdzenia nerkowego. Jest to ostatni etap powstawania moczu hiperosmotycznego. Reabsorpcja NaCl również zachodzi w przewodzie, ale z powodu aktywnego przenoszenia Na+ przez ścianę. W przypadku soli kanał zbiorczy jest nieprzepuszczalny, w przypadku wody jego przepuszczalność jest różna. Ważną cechą dystalnej części przewodu zbiorczego, znajdującej się w rdzeniu wewnętrznym nerek, jest wysoka przepuszczalność mocznika.
Mechanizm reabsorpcji glukozy.
Proksymalna(1/3) reabsorpcja glukozy odbywa się za pomocą specjalne nośniki rąbka szczoteczkowego błony wierzchołkowej komórek nabłonka. Nośniki te transportują glukozę tylko wtedy, gdy zarówno wiążą, jak i transportują sód. Pasywny ruch sodu wzdłuż gradientu stężenia do komórek prowadzi do transportu przez błonę i nośnika z glukozą.
Do realizacji tego procesu wymagane jest niskie stężenie sodu w komórce nabłonka, co powoduje powstanie gradientu stężeń między środowiskiem zewnętrznym i wewnątrzkomórkowym, co zapewnia praca zależna od energii. membranowa pompa sodowo-potasowa.
Ten rodzaj transportu nazywa się wtórny aktywny lub symport, czyli wspólny transport pasywny jednej substancji (glukozy) w wyniku aktywnego transportu innej (sodu) za pomocą jednego nośnika. Przy nadmiarze glukozy w moczu pierwotnym może nastąpić całkowite naładowanie wszystkich cząsteczek nośnika i glukoza nie może być już wchłaniana do krwi.
Ta sytuacja charakteryzuje się: maksymalny transport rurowy materii» (Tm glukoza), która odzwierciedla maksymalne obciążenie transporterów kanalikowych przy określonym stężeniu substancji w moczu pierwotnym i odpowiednio we krwi. Wartość ta waha się od 303 mg/min u kobiet do 375 mg/min u mężczyzn. Wartość maksymalnego transportu kanalikowego odpowiada pojęciu „nerkowego progu wydalania”.
Nerkowy próg eliminacji zadzwoń tak stężenie substancji we krwi i odpowiednio w moczu pierwotnym, w którym nie może być już całkowicie wchłonięty w kanalikach i pojawia się w końcowym moczu. Takie substancje, dla których można znaleźć próg eliminacji, tj. całkowicie ponownie wchłonięte przy niskich stężeniach we krwi, a nie całkowicie przy podwyższonych stężeniach, nazywa się progiem. Przykładem jest glukoza, która jest całkowicie wchłaniana z moczu pierwotnego przy stężeniach w osoczu poniżej 10 mmol/l, ale pojawia się w moczu końcowym, tj. nie jest całkowicie wchłaniana ponownie, gdy jej zawartość w osoczu krwi przekracza 10 mmol/l. Stąd, dla glukozy próg eliminacji wynosi 10 mmol/l.
Mechanizmy wydzielania w filtrze nerkowym.
Wydzielanie to transport substancji z krwi przepływający przez naczynia włosowate okołokanalikowe do światła kanalików nerkowych. Transport jest pasywny i aktywny. Wydzielane są jony H +, K +, amoniak, kwasy organiczne i zasady (na przykład obce substancje, w szczególności, leki: penicylina itp.). Wydzielanie kwasów organicznych i zasad odbywa się poprzez wtórnie aktywny mechanizm zależny od sodu.
wydzielanie jonów potasu.
Większość łatwo filtrowanych jonów potasu w kłębuszku to zazwyczaj reabsorbowany z filtratu w proksymalnych kanalikach i pętlach Henle. Tempo aktywnego reabsorpcji w kanaliku i pętli nie zmniejsza się nawet wtedy, gdy stężenie K+ we krwi i filtracie silnie wzrasta w odpowiedzi na nadmierne spożycie tego jonu przez organizm.
Jednak kanaliki dystalne i przewody zbiorcze są zdolne nie tylko do reabsorbowania, ale także wydzielania jonów potasu. Poprzez wydzielanie potasu struktury te mają tendencję do osiągania homeostazy jonowej w przypadku dostania się do organizmu niezwykle dużej ilości tego metalu. Transport K+ wydaje się zależeć od jego wejścia do komórek kanalika z płynu tkankowego, w wyniku działania zwykłej pompy Nar+-Ka+, z przeciekiem K+ z cytoplazmy do płynu kanalikowego. Potas może po prostu dyfundować wzdłuż gradientu elektrochemicznego z komórek kanalików nerkowych do światła, ponieważ płyn kanalikowy jest elektroujemny w stosunku do cytoplazmy. Wydzielanie K+ poprzez te mechanizmy jest stymulowane przez hormon kory nadnerczy aldosteron, który jest uwalniany w odpowiedzi na wzrost zawartości K+ w osoczu krwi.
2 etap tworzenie moczu jest reabsorpcja - reabsorpcja wody i rozpuszczonych w niej substancji. Zostało to dokładnie udowodnione w bezpośrednich eksperymentach z analizą moczu uzyskanego przez mikronakłucie z różnych części nefronu.
W przeciwieństwie do powstawania moczu pierwotnego, który jest wynikiem procesów filtracji fizykochemicznej, reabsorpcja jest w dużej mierze prowadzona w wyniku procesów biochemicznych komórek kanalików nerkowych, do których energia jest pobierana z rozpadu makroergów. Potwierdza to fakt, że po zatruciu substancjami blokującymi oddychanie tkanek (cyjanki) gwałtownie pogarsza się reabsorpcja sodu, a blokada fosforylacji przez monojodoaceton gwałtownie hamuje reabsorpcję glukozy. Reabsorpcja pogarsza się również wraz ze spadkiem metabolizmu w organizmie. Na przykład, gdy ciało jest schładzane na zimno, zwiększa się również diureza.
Jak również bierny Istotną rolę odgrywają procesy transportu (dyfuzja, siły osmotyczne) w reabsorpcji, pinocytoza, oddziaływania elektrostatyczne między różnie naładowanymi jonami itp. Istnieją również 2 rodzaje transport aktywny:
podstawowy aktywny transport odbywa się wbrew gradientowi elektrochemicznemu, a jednocześnie transport odbywa się dzięki energii ATP,
wtórny aktywny transport odbywa się wbrew gradientowi stężeń, a energia komórki nie jest marnowana. Za pomocą tego mechanizmu wchłania się ponownie glukoza, aminokwasy. Przy tego rodzaju transporcie materia organiczna wchodzi do komórki kanalika proksymalnego za pomocą nośnika, który musi koniecznie dołączyć jon sodu. Kompleks ten (nośnik + materia organiczna + jon sodu) porusza się w błonie rąbka szczoteczkowego, wnikając do komórki w wyniku różnicy stężeń Na+ między światłem kanalika a cytoplazmą; w kanaliku jest więcej jonów sodu niż w cytoplazmie. Wewnątrz komórki kompleks dysocjuje, a jony Na+ są usuwane z komórki dzięki pompie Na-K.
Reabsorpcja odbywa się we wszystkich częściach nefronu, z wyjątkiem kapsuły Shumlyansky-Bowman. Jednak charakter reabsorpcji i intensywność w różne działy nefron to nie to samo. W proksymalnym oddziałach nefronu, reabsorpcja jest bardzo intensywna i w niewielkim stopniu zależy od metabolizmu wodno-solnego w organizmie (obowiązkowe, obowiązkowe). W dystalnej części działy reabsorpcji nefronu są bardzo zróżnicowane. Nazywa się to reabsorpcją fakultatywną. To właśnie reabsorpcja w kanalikach dystalnych i przewodach zbiorczych w większym stopniu niż w odcinku proksymalnym determinuje funkcję nerki jako narządu homeostatycznego regulującego stałość ciśnienia osmotycznego, pH, izotoniczność i objętość krwi.
Reabsorpcja w różnych częściach nefronu
Reabsorpcja ultrafiltratu zachodzi w nabłonku sześciennym kanalika proksymalnego. Mikrokosmki mają tutaj ogromne znaczenie. W tej sekcji glukoza, aminokwasy, białka, witaminy, mikroelementy, znaczna ilość Na+, Ca+, wodorowęglany, fosforany, Cl -, K + i H 2 O są całkowicie reabsorbowane. absorbowane są tylko jony i H 2 O.
Mechanizm wchłaniania tych substancji nie jest taki sam. Najważniejszym pod względem objętości i kosztów energii jest reabsorpcja Na+. Zapewniają go zarówno mechanizmy bierne, jak i czynne i występuje we wszystkich częściach kanalików.
Aktywna reabsorpcja Na powoduje bierne uwalnianie jonów Cl - z kanalików - które następują po Na + w wyniku oddziaływania elektrostatycznego: jony dodatnie przenoszą ujemnie naładowane Cl - i inne aniony.
Około 65-70% wody jest ponownie wchłaniane w kanalikach proksymalnych. Proces ten odbywa się ze względu na różnicę ciśnienia osmotycznego - pasywnie. Przejście wody z moczu pierwotnego wyrównuje ciśnienie osmotyczne w kanalikach proksymalnych do jej poziomu w płynie tkankowym. 60-70% wapnia i magnezu jest również resorbowane z filtratu. Ich dalsze wchłanianie następuje w pętli Henleya i kanalikach dystalnych, a tylko około 1% przefiltrowanego wapnia i 5-10% magnezu jest wydalane z moczem. Reabsorpcja wapnia i, w mniejszym stopniu, magnezu jest regulowana przez parathormon. Hormon przytarczyc zwiększa wchłanianie zwrotne wapnia i magnezu oraz zmniejsza wchłanianie zwrotne fosforu. Kalcytonina ma odwrotny skutek.
W ten sposób wszystkie białka, cała glukoza, 100% aminokwasów, 70-80% wody, α, Cl, Mg, Ca są ponownie wchłaniane w proksymalnym kanaliku krętym. W pętli Henley, ze względu na selektywną przepuszczalność swoich działów dla sodu i wody, dodatkowe 5% ultrafiltratu jest ponownie wchłaniane, a 15% pierwotnej objętości moczu wchodzi do dalszej części nefronu, która jest aktywnie przetwarzana w zwinięte kanaliki i kanały zbiorcze. Objętość ostatecznego moczu jest zawsze określana na podstawie bilansu wody i soli w organizmie i może wynosić od 25 litrów dziennie (17 ml/min) do 300 ml (0,2 ml/min).
Reabsorpcja w dystalnych odcinkach nefronu i przewodach zbiorczych zapewnia powrót do krwi idealnego płynu osmotycznego i słonego, przy zachowaniu stałego ciśnienia osmotycznego, pH, bilansu wodnego i stabilności stężenia jonów.
Zawartość wielu substancji w ostatecznym moczu jest wielokrotnie wyższa niż w osoczu i moczu pierwotnym; przechodząc przez kanaliki nefronu, pierwotny mocz jest skoncentrowany. Nazywa się stosunek stężenia substancji w ostatecznym moczu do stężenia w osoczu wskaźnik koncentracji. Wskaźnik ten charakteryzuje procesy zachodzące w układzie kanalików nefronowych.
Reabsorpcja glukozy
Stężenie glukozy w ultrafiltracie jest takie samo jak w osoczu, ale w proksymalnym nefronie jest prawie całkowicie reabsorbowane. W normalnych warunkach nie więcej niż 130 mg jest wydalane z moczem dziennie. Reabsorpcja glukozy zachodzi przy wysokim gradiencie stężeń, tj. Reabsorpcja glukozy zachodzi aktywnie i jest przenoszona za pomocą mechanizmu wtórnego transportu aktywnego. Wierzchołkowa błona komórki, tj. błona skierowana do światła kanalika umożliwia przechodzenie glukozy tylko w jednym kierunku - do komórki i nie wraca do światła kanalika.
Wierzchołkowa błona komórki kanalika proksymalnego ma dedykowany transporter glukozy, ale glukoza musi zostać przekształcona w glu-6-fosforan, zanim będzie mogła wchodzić w interakcje z transporterem. Membrana zawiera enzym glukokinazę, który zapewnia fosforylację glukozy. Glu-6-fosforan wiąże się z transporterem błony wierzchołkowej wraz z sodem.
Ten kompleks ze względu na różnicę w stężeniu sodu ( więcej sodu w świetle kanalika niż w cytoplazmie) porusza się w błonie rąbka szczoteczkowego i wchodzi do komórki. W komórce ten kompleks dysocjuje. Nośnik powraca po nowe porcje glukozy, a glu-6-fosforan i sód pozostają w cytoplazmie. Glu-6-fosforan jest rozkładany przez enzym glu-6-fosfatazę na glukozę i grupę fosforanową. Grupa fosforanowa służy do konwersji ADP do ATP. Glukoza wędruje do błony podstawnej, gdzie łączy się z innym nośnikiem, który transportuje ją przez błonę do krwi. Transport przez błonę podstawną komórki jest ułatwiony przez dyfuzję i nie wymaga obecności sodu.
Reabsorpcja glukozy zależy od jej stężenia we krwi. Glukoza jest całkowicie wchłaniana, jeśli jej stężenie we krwi nie przekracza 7-9 mmol / l, zwykle wynosi od 4,4 do 6,6 mmol / l. Jeśli zawartość glukozy jest wyższa, to jej część nie jest ponownie wchłaniana i jest wydalana z ostatecznym moczem - obserwuje się glukozurię.
Na tej podstawie wprowadzamy pojęcie o progu wydalanie. Próg eliminacji(próg reabsorpcji) to stężenie substancji we krwi, przy którym nie może zostać całkowicie wchłonięta i dostaje się do końcowego moczu . W przypadku glukozy jest to więcej niż 9 mmol / l, ponieważ. jednocześnie moc systemów nośnych jest niewystarczająca i cukier dostaje się do moczu. U osób zdrowych można to zaobserwować po spożyciu dużych ilości (glukozuria pokarmowa).
Reabsorpcja aminokwasów
Aminokwasy są również całkowicie wchłaniane przez komórki kanalika proksymalnego. Istnieje kilka specyficznych systemów reabsorpcji dla aminokwasów obojętnych, dwuzasadowych, dwukarboksylowych i iminokwasów.
Każdy z tych systemów zapewnia reabsorpcję kilku aminokwasów z tej samej grupy:
1 grupa-glicyna, prolina, hydroksyprolina, alanina, kwas glutaminowy, kreatyna;
grupa 2 - dwuzasadowa - lizyna, arginina, ornityna, histydyna, cystyna;
Grupa 3 – leucyna, izoleucyna.
Grupa 4 - Organiczne iminokwasy zawierające dwuwartościową grupę imino (= NH) w cząsteczce, heterocykliczne iminokwasy prolina i hydroksyprolina są częścią białek i są zwykle uważane za aminokwasy.
W obrębie każdego systemu istnieje konkurencyjna zależność pomiędzy transferem poszczególnych aminokwasów należących do tej grupy. Dlatego też, gdy we krwi jest dużo jednego aminokwasu, nosiciel nie ma czasu na przetransportowanie wszystkich aminokwasów z tej serii – są one wydalane z moczem. Transport aminokwasów odbywa się w taki sam sposób jak glukoza, czyli przez mechanizm wtórnego transportu aktywnego.
Reabsorpcja białka
W ciągu dnia do filtratu dostaje się 30-50 g białka. Prawie całe białko jest całkowicie wchłonięte w kanalikach proksymalnego nefronu, au zdrowej osoby tylko jego śladowe ilości znajdują się w moczu. Białka, w przeciwieństwie do innych substancji, są ponownie wchłaniane do komórek przez pinocytozę. (Cząsteczki przefiltrowanego białka adsorbują się na błonie powierzchniowej komórki, tworząc ostatecznie wakuolę pinocytową. Wakuole te łączą się z lizosomem, gdzie pod wpływem enzymów proteolitycznych białka ulegają rozszczepieniu, a ich fragmenty przedostają się do krwi podstawna błona cytoplazmatyczna). W przypadku choroby nerek wzrasta ilość białka w moczu - białkomocz. Może to być związane albo z naruszeniem reabsorpcji, albo ze wzrostem filtracji białek. Może wystąpić po treningu.
Produkty metaboliczne wydalane z organizmu, szkodliwe dla organizmu, nie są aktywnie wchłaniane. Te związki, które nie są w stanie przeniknąć do komórki przez dyfuzję, w ogóle nie wracają do krwi i są wydalane z moczem w najbardziej stężonej postaci. Są to siarczany i kreatynina, ich stężenie w ostatecznym moczu jest 90-100 razy wyższe niż w osoczu – to jest bezprogowe Substancje. produkty końcowe metabolizmu azotu (mocznik i kwas moczowy) mogą dyfundować do nabłonka kanalików, przez co ulegają częściowej resorbcji, a ich wskaźnik stężenia jest niższy niż siarczan i kreatynina.
Z proksymalnego kanalika krętego do pętli Henlego dostaje się izotoniczny mocz. Wchodzi tu około 20-30% filtratu. Wiadomo, że pętla Henlego, dystalne kanaliki kręte i kanały zbiorcze oparte są na mechanizmie układ rurowy przeciwprądowy powielacz.
Mocz porusza się w tych kanalikach w przeciwnych kierunkach (dlatego układ nazwano przeciwprądem), a procesy transportu substancji w jednym kolanie układu ulegają wzmocnieniu („zwielokrotnieniu”) dzięki aktywności drugiego kolana.
Zasada systemu przeciwprądowego jest szeroko rozpowszechniona w przyrodzie i technologii. Jest to termin techniczny, który określa ruch dwóch strumieni cieczy lub gazów w przeciwnych kierunkach, stwarzając dogodne warunki do wymiany między nimi. Na przykład w kończynach zwierząt arktycznych naczynia tętnicze i żylne są blisko siebie, krew płynie w równoległych tętnicach i żyłach. Dlatego krew tętnicza ogrzewa schłodzoną krew żylną poruszającą się w kierunku serca. Kontakt między nimi jest korzystny biologicznie.
Tak układa się i działa pętla Henlego i inne części nefronu, a mechanizm przeciwprądowego układu powielacza istnieje między kolanami pętli Henlego a przewodami zbiorczymi.
Zastanów się, jak działa pętla Henle. Odcinek zstępujący znajduje się w rdzeniu i rozciąga się do szczytu brodawki nerkowej, gdzie zagina się o 180° i przechodzi do odcinka wznoszącego, położonego równolegle do zstępującego. Funkcjonalne znaczenie różnych działów pętli nie jest takie samo. Zstępująca część pętli jest dobrze przepuszczalna dla wody, a wznosząca się część jest wodoodporna, ale aktywnie wchłania sód, co zwiększa osmolarność tkanki. Prowadzi to do jeszcze większej ilości wody opuszczającej zstępującą część pętli Henlego wzdłuż gradientu osmotycznego (pasywna).
Izotoniczny mocz dostaje się do schodzącego kolana, a w górnej części pętli stężenie moczu wzrasta 6-7 razy z powodu uwolnienia wody, więc stężony mocz dostaje się do rosnąco. Tutaj w kolanie wstępującym zachodzi aktywna reabsorpcja sodu i absorpcja chloru, woda pozostaje w świetle kanalika, a płyn hipotoniczny (200 osmol/l) dostaje się do kanalika dystalnego. Pomiędzy segmentami kolanowymi pętli Henlego stale istnieje gradient osmotyczny 200 miliosmoli (1 osmol \u003d 1000 miliosmoli - ilość substancji, która wytwarza ciśnienie osmotyczne 22,4 atm w 1 litrze wody). Na całej długości pętli całkowita różnica ciśnienia osmotycznego (gradient lub spadek osmotyczny) wynosi 200 miliosmoli.
Mocznik krąży również w nerkowym układzie przeciwprądowym i bierze udział w utrzymaniu wysokiej osmolarności w rdzeniu nerki. Mocznik opuszcza przewód zbiorczy (gdy ostateczny mocz przemieści się do miednicy). Wchodzi do tkanki śródmiąższowej. Następnie jest wydzielany do odnogi wstępującej pętli nefronu. Następnie wchodzi do dalszego kanalika krętego (z przepływem moczu) i ponownie trafia do przewodu zbiorczego. Zatem krążenie w rdzeniu jest mechanizmem utrzymywania wysokiego ciśnienia osmotycznego wytwarzanego przez pętlę nefronową.
W pętli Henlego dodatkowe 5% początkowej objętości filtratu jest ponownie wchłaniane, a około 15% objętości moczu pierwotnego dostaje się do zawiłych kanalików dystalnych ze wstępującej pętli Henlego.
Ważną rolę w utrzymaniu wysokiego ciśnienia osmotycznego w nerce odgrywają naczynia nerkowe bezpośrednie, które podobnie jak pętla Henlego tworzą układ przeciwprądowy. Zstępujące i wznoszące się naczynia biegną równolegle do pętli nefronowej. Krew przepływająca przez naczynia, przechodząca przez warstwy o stopniowo zmniejszającej się osmolarności, oddaje sól i mocznik do płynu międzykomórkowego i wychwytuje wodę. To. Przeciwprądowy system naczyń jest bocznikiem dla wody, co stwarza warunki do dyfuzji rozpuszczonych substancji.
Obróbka moczu pierwotnego w pętli Henlego kończy proksymalną reabsorpcję moczu, dzięki czemu 100-105 ml/min moczu pierwotnego powraca do krwi od 120 ml/min, a 17 ml idzie dalej.
Reabsorpcja kanalikowa to proces reabsorpcji wody i substancji z moczu zawartych w świetle kanalików do limfy i krwi.
Większość cząsteczek jest ponownie absorbowana w proksymalnym nefronie. Tutaj prawie całkowicie wchłaniane są aminokwasy, glukoza, witaminy, białka, mikroelementy, znaczna ilość jonów Na+, C1-, HCO3- i wiele innych.
Elektrolity i woda są wchłaniane w pętli Henlego, kanaliku dystalnym i przewodach zbiorczych.
Aldosteron stymuluje reabsorpcję Na+ oraz wydalanie K+ i H+ do kanalików nerkowych w dystalnym nefronie, w dystalnym kanaliku i korowych przewodach zbiorczych.
Wazopresyna wspomaga reabsorpcję wody z dystalnych kanalików krętych i przewodów zbiorczych.
Za pomocą transportu pasywnego woda, chlor i mocznik są ponownie wchłaniane.
Transport aktywny to przenoszenie substancji wbrew gradientom elektrochemicznym i stężeń. Ponadto wyróżnia się transport pierwotno-aktywny i wtórnie-aktywny. Pierwotny transport aktywny następuje wraz z wydatkowaniem energii komórkowej. Przykładem jest transfer jonów Na+ przez enzym Na+/K+-ATPaza, który wykorzystuje energię ATP. We wtórnym transporcie aktywnym przenoszenie substancji odbywa się kosztem energii transportu innej substancji. Glukoza i aminokwasy są ponownie wchłaniane przez mechanizm wtórnego transportu aktywnego.
Wartość maksymalnego transportu kanalikowego odpowiada staremu pojęciu „nerkowego progu wydalania”. W przypadku glukozy wartość ta wynosi 10 mmol/l.
Substancje, których reabsorpcja nie zależy od ich stężenia w osoczu krwi, nazywane są bezprogowymi. Należą do nich substancje, które w ogóle nie są wchłaniane ponownie (inulina, mannitol) lub są wchłaniane w niewielkim stopniu i są wydalane z moczem proporcjonalnie do ich nagromadzenia we krwi (siarczany).
Zwykle niewielka ilość białka dostaje się do filtratu i jest ponownie wchłaniana. Proces reabsorpcji białek odbywa się za pomocą pinocytozy. Po wejściu do komórki białko jest hydrolizowane przez enzymy lizosomalne i przekształcane w aminokwasy. Nie wszystkie białka ulegają hydrolizie, niektóre z nich przechodzą do krwi w niezmienionej postaci. Ten proces jest aktywny i wymaga energii. Pojawienie się białka w moczu nazywa się białkomoczem. Proteinuria może również wystąpić w warunkach fizjologicznych, na przykład po ciężkiej pracy mięśniowej. Zasadniczo białkomocz występuje w patologii zapalenia nerek, nefropatii i szpiczaka mnogiego.
Mocznik odgrywa ważną rolę w mechanizmach koncentracji moczu, jest swobodnie filtrowany w kłębuszkach nerkowych. W kanaliku proksymalnym część mocznika jest biernie wchłaniana ponownie przez gradient stężeń wynikający ze stężenia moczu. Reszta mocznika trafia do przewodów zbiorczych. W przewodach zbiorczych pod wpływem ADH woda jest ponownie wchłaniana i wzrasta stężenie mocznika. ADH zwiększa przepuszczalność ścianki mocznika i przechodzi do rdzenia nerki, wytwarzając tu około 50% ciśnienia osmotycznego. Z tkanki śródmiąższowej mocznik dyfunduje wzdłuż gradientu stężenia do pętli Henlego i ponownie wchodzi do kanalików dystalnych i przewodów zbiorczych. W ten sposób zachodzi wewnątrznerkowe krążenie mocznika. W przypadku diurezy wodnej zatrzymuje się wchłanianie wody w dystalnym nefronie i wydalane jest więcej mocznika. Zatem jego wydalanie zależy od diurezy.
Reabsorpcja słabych kwasów i zasad zależy od tego, czy są one w formie zjonizowanej czy niezjonizowanej. Słabe zasady i kwasy w stanie zjonizowanym nie są wchłaniane ponownie i są wydalane z moczem. Stopień jonizacji zasad wzrasta w środowisku kwaśnym, więc są one szybciej wydalane z moczem kwaśnym, kwasy słabe, przeciwnie, szybciej wydalane z moczem zasadowym. Ma to ogromne znaczenie, ponieważ wiele substancji leczniczych to słabe zasady lub słabe kwasy. Dlatego w przypadku zatrucia kwasem acetylosalicylowym lub fenobarbitalem (kwasami słabymi) konieczne jest podanie roztworów alkalicznych (NaHCO3) w celu przeniesienia tych kwasów do stanu zjonizowanego, ułatwiając tym samym ich szybką eliminację z organizmu. Do szybkiego wydalania słabych zasad konieczne jest wprowadzenie do krwi kwaśnych produktów w celu zakwaszenia moczu.
Woda jest ponownie absorbowana we wszystkich częściach nefronu biernie dzięki transportowi osmotycznemu substancje czynne: glukoza, aminokwasy, białka, jony sodu, potasu, wapnia, chloru. Wraz ze spadkiem reabsorpcji substancji osmotycznie czynnych zmniejsza się również reabsorpcja wody. Obecność glukozy w ostatecznym moczu prowadzi do zwiększenia diurezy (wielomocz).
Głównym jonem odpowiedzialnym za bierne wchłanianie wody jest sód. Sód, jak wspomniano powyżej, jest również niezbędny do transportu glukozy i aminokwasów. Ponadto odgrywa ważną rolę w tworzeniu osmotycznie aktywnego środowiska w śródmiąższu rdzenia nerkowego, przez co koncentruje mocz.
Przepływ sodu z moczu pierwotnego przez błonę wierzchołkową do komórki nabłonka cewkowego zachodzi pasywnie wzdłuż gradientów elektrochemicznych i stężeń. Wydalanie sodu z komórki przez błony podstawno-boczne odbywa się aktywnie za pomocą Na+/K+-ATPazy. Ponieważ energia metabolizmu komórkowego jest zużywana na przenoszenie sodu, jego transport jest przede wszystkim aktywny. Transport sodu do komórki może odbywać się poprzez różne mechanizmy. Jednym z nich jest wymiana Na+ na H+ (transport przeciwprądowy, czyli antyport). W tym przypadku jon sodu jest przenoszony do wnętrza ogniwa, a jon wodorowy na zewnątrz. Inny sposób przenoszenia sodu do komórki odbywa się przy udziale aminokwasów, glukozy. Jest to tak zwany kotransport lub symport. Częściowo reabsorpcja sodu jest związana z wydzielaniem potasu.
Glikozydy nasercowe (strofantyna K, oubaina) są w stanie hamować enzym Na+/K+-ATPazę, który zapewnia transfer sodu z komórki do krwi oraz transport potasu z krwi do komórki.
Duże znaczenie w mechanizmach reabsorpcji wody i jonów sodu oraz zagęszczania moczu ma działanie tzw. układu zwielokrotniania rotacyjno-przeciwprądowego. Po przejściu przez proksymalny odcinek kanalika, izotoniczny filtrat w zmniejszonej objętości wchodzi do pętli Henlego. Na tym odcinku intensywnej reabsorpcji sodu nie towarzyszy reabsorpcja wody, gdyż ściany tego odcinka są słabo przepuszczalne dla wody nawet pod wpływem ADH. W związku z tym dochodzi do rozcieńczenia moczu w świetle nefronu i stężenia sodu w tkance śródmiąższowej. Rozcieńczony mocz w kanaliku dystalnym traci nadmiar płynu, stając się izotoniczny z osoczem. Zmniejszona objętość moczu izotonicznego dostaje się do układu zbiorczego przebiegającego w rdzeniu, którego wysokie ciśnienie osmotyczne w tkance śródmiąższowej spowodowane jest zwiększonym stężeniem sodu. W przewodach zbiorczych pod wpływem ADH następuje reabsorpcja wody zgodnie z gradientem stężeń. Naczynia odbytnicze w rdzeniu działają jak naczynia wymiany przeciwprądowej, zabierając sód po drodze do brodawek i uwalniając go przed powrotem do warstwy korowej. W głębokości rdzenia utrzymuje się w ten sposób wysoka zawartość sodu, co zapewnia resorpcję wody z układu zbiorczego i koncentrację moczu.
Tworzenie składu moczu końcowego odbywa się w trzech procesach - reabsorpcji i sekrecji w kanalikach, kanalikach i przewodach. Przedstawia go następujący wzór:
Wydalanie = (filtracja - reabsorpcja) + wydzielanie.
Intensywność uwalniania wielu substancji z organizmu zależy w większym stopniu od reabsorpcji, a niektórych od wydzielania.
Reabsorpcja (odwrotna absorpcja) - jest to powrót substancji niezbędnych dla organizmu ze światła kanalików, kanalików i przewodów do tkanki śródmiąższowej i krwi (ryc. 1).
Reabsorpcja charakteryzuje się dwiema cechami.
Po pierwsze, rurkowa reabsorpcja płynu (wody), takiego jak , jest ilościowo istotnym procesem. Oznacza to, że potencjalny wpływ niewielkiej zmiany wchłaniania zwrotnego może być bardzo istotny dla wydalania moczu. Na przykład zmniejszenie wchłaniania zwrotnego tylko o 5% (z 178,5 do 169,5 l/dobę) spowoduje zwiększenie objętości końcowego moczu z 1,5 l do 10,5 l/dobę (7 razy, czyli 600%) przy tym samym poziomie filtracji w kłębuszki.
Po drugie, reabsorpcja kanalikowa jest wysoce selektywna (selektywność). Niektóre substancje (aminokwasy, glukoza) są prawie całkowicie (ponad 99%) reabsorbowane, a woda i elektrolity (sód, potas, chlor, wodorowęglany) są reabsorbowane w bardzo znacznych ilościach, ale ich reabsorpcja może się znacznie różnić w zależności od potrzeb organizmu, co wpływa na zawartość tych substancji w końcowym moczu. Inne substancje (na przykład mocznik) są znacznie gorzej wchłaniane i wydalane w dużych ilościach z moczem. Wiele substancji po filtracji nie ulega ponownemu wchłonięciu i jest całkowicie wydalane w dowolnym stężeniu we krwi (np. kreatynina, inulina). Dzięki selektywnej reabsorpcji substancji w nerkach przeprowadzana jest dokładna kontrola składu media płynne organizm.
Ryż. 1. Lokalizacja procesów transportowych (sekrecja i reabsorpcja w nefronie)
Substancje w zależności od mechanizmów i stopnia ich reabsorpcji dzielą się na progowe i bezprogowe.
substancje progowe w normalnych warunkach są prawie całkowicie ponownie wchłaniane z moczu pierwotnego przy udziale mechanizmów transportu ułatwionego. Substancje te pojawiają się w znacznych ilościach w końcowym moczu, gdy ich stężenie w osoczu krwi (a więc w moczu pierwotnym) wzrasta i przekracza „próg wydalania” lub „próg nerkowy”. Wartość tego progu determinowana jest zdolnością białek nośnikowych w błonie komórek nabłonka do zapewnienia przenoszenia przefiltrowanych substancji przez ścianki kanalików. Gdy możliwości transportu są wyczerpane (przesycone), gdy w transfer zaangażowane są wszystkie białka nośnikowe, część substancji nie może zostać ponownie wchłonięta do krwi i pojawia się w końcowym moczu. Na przykład próg wydalania glukozy wynosi 10 mmol/l (1,8 g/l) i jest prawie 2 razy wyższy niż jej normalna zawartość we krwi (3,33-5,55 mmol/l). Oznacza to, że jeśli stężenie glukozy w osoczu krwi przekracza 10 mmol / l, to jest glikozuria- Wydalanie glukozy z moczem (w ilościach powyżej 100 mg/dobę). Intensywność glukozurii wzrasta proporcjonalnie do wzrostu stężenia glukozy w osoczu, co jest ważne znak diagnostyczny powaga cukrzyca. Normalnie poziom glukozy w osoczu krwi (i moczu pierwotnym), nawet po posiłku, prawie nigdy nie przekracza wartości (10 mmol/l) niezbędnej do jej pojawienia się w końcowym moczu.
Substancje bezprogowe nie mają progu wydalania i są usuwane z organizmu w dowolnym stężeniu w osoczu krwi. Substancje te to zazwyczaj produkty przemiany materii przeznaczone do usunięcia z organizmu (kreatynina) oraz inne substancje organiczne (np. inulina). Substancje te są wykorzystywane do badania czynności nerek.
Niektóre z usuniętych substancji mogą być częściowo reabsorbowane (mocznik, kwas moczowy) i nie całkowicie (tab. 1), inne praktycznie nie są reabsorbowane (kreatynina, siarczany, inulina).
Tabela 1. Filtracja, reabsorpcja i wydalanie przez nerki różnych substancji
Reabsorpcja - wieloetapowy proces, w tym przejście wody i rozpuszczonych w niej substancji, najpierw z moczu pierwotnego do płynu międzykomórkowego, a następnie przez ściany naczyń włosowatych okołokanalikowych do krwi. Przenoszone substancje mogą przenikać do płynu śródmiąższowego z pierwotnego moczu na dwa sposoby: przez komórkę (przez komórki nabłonka kanalików) lub parakomórkowo (przez przestrzenie międzykomórkowe). Reabsorpcja makrocząsteczek odbywa się w tym przypadku na skutek endocytozy, a substancje organiczne mineralne i małocząsteczkowe - na skutek transportu czynnego i biernego, woda - przez akwaporyny biernie, na drodze osmozy. Rozpuszczone substancje są ponownie wchłaniane z przestrzeni międzykomórkowych do naczyń włosowatych okołokanalikowych pod wpływem różnicy sił między ciśnieniem krwi w naczyniach włosowatych (8-15 mm Hg) a jego koloidalno-osmotycznym (onkotycznym) ciśnieniem (28-32 mm Hg).
Proces reabsorpcji jonów Na + ze światła kanalików do krwi składa się z co najmniej trzech etapów. W pierwszym etapie jony Na+ przedostają się z moczu pierwotnego do komórki nabłonka cewkowego przez błonę wierzchołkową biernie, poprzez ułatwioną dyfuzję za pomocą białek nośnikowych wzdłuż gradientów stężenia i elektrycznych wytworzonych przez działanie pompy Na+/K+ na podstawno-bocznej powierzchnia komórki nabłonkowej. Wejście jonów Na+ do komórki jest często związane ze wspólnym transportem glukozy (białka nośnikowego (SGLUT-1) lub aminokwasów (w kanaliku proksymalnym), jonów K+ i CI+ (w pętli Henlego) do komórki (kotransport, symport) lub z przeciwtransportem (antyport ) jonów H+, NH3+ z komórki do moczu pierwotnego. W II etapie transport jonów Na+ przez błonę podstawną do płynu międzykomórkowego odbywa się transport wbrew gradientom elektrycznym i stężeń za pomocą pompy Na+/K+ (ATPaza). Reabsorpcja jonów Na+ sprzyja reabsorpcji wody (przez osmozę), a następnie biernej absorpcji jonów CI-, HCO 3 -, częściowo mocznika. etap, reabsorpcja jonów Na +, wody i innych substancji z płynu śródmiąższowego do naczyń włosowatych następuje pod działaniem sił gradientów hydrostatycznych i .
Glukoza, aminokwasy, witaminy są ponownie wchłaniane z moczu pierwotnego poprzez wtórny transport aktywny (symport razem z jonami Na+). Białko transportowe błony wierzchołkowej kanalikowej komórki nabłonkowej wiąże jon Na+ i cząsteczkę organiczną (glukozę SGLUT-1 lub aminokwas) i przenosi je do wnętrza komórki, przy czym siłą napędową jest dyfuzja Na+ do komórki wzdłuż gradientu elektrochemicznego . Glukoza (z udziałem białka nośnikowego GLUT-2) i aminokwasy przechodzą biernie z komórki przez błonę podstawno-germatyczną poprzez ułatwioną dyfuzję wzdłuż gradientu stężeń.
Białka o masie cząsteczkowej poniżej 70 kD, przefiltrowane z krwi do moczu pierwotnego, są ponownie wchłaniane w kanalikach proksymalnych przez pinocytozę, częściowo rozszczepiane w nabłonku przez enzymy lizosomalne, a składniki o niskiej masie cząsteczkowej i aminokwasy są zawracane do krew. Pojawienie się białka w moczu określa się terminem „białkomocz” (zwykle albuminuria). U osób zdrowych po intensywnej, długotrwałej pracy fizycznej może rozwinąć się krótkotrwała proteinuria do 1 g/l. Obecność stałego i wyższego białkomoczu jest oznaką naruszenia mechanizmów filtracji kłębuszkowej i (lub) reabsorpcji kanalikowej w nerkach. Białkomocz kłębuszkowy (kłębuszkowy) zwykle rozwija się wraz ze wzrostem przepuszczalności filtra kłębuszkowego. W rezultacie białko wchodzi do jamy torebki Shumlyansky-Bowmana i do kanalików proksymalnych w ilościach przekraczających możliwości jego resorpcji przez mechanizmy kanalików - rozwija się umiarkowana proteinuria. Białkomocz kanalikowy (kanalikowy) wiąże się z naruszeniem wchłaniania zwrotnego białek z powodu uszkodzenia nabłonka kanalików lub upośledzonego przepływu limfy. Przy jednoczesnym uszkodzeniu mechanizmów kłębuszkowych i kanalikowych rozwija się wysoka proteinuria.
Reabsorpcja substancji w nerkach jest ściśle związana z procesem wydzielania. Termin „wydzielina” do opisania pracy nerek jest używany w dwóch znaczeniach. Po pierwsze, wydzielanie w nerkach jest uważane za proces (mechanizm) transportu substancji, które mają być usunięte do światła kanalików nie przez kłębuszki, ale z tkanki śródmiąższowej nerki lub bezpośrednio z komórek nabłonka nerkowego. W takim przypadku wykonywana jest funkcja wydalnicza nerki. Wydzielanie substancji do moczu odbywa się aktywnie i (lub) biernie i często wiąże się z powstawaniem tych substancji w komórkach nabłonkowych kanalików nerkowych. Wydzielina umożliwia szybkie usunięcie z organizmu jonów K+, H+, NH3+, a także niektórych innych substancji organicznych i leczniczych. Po drugie, termin „wydzielanie” jest używany do opisania syntezy w nerkach i ich uwalniania do krwi hormonów erytropoetyny i kalcytriolu, enzymu reniny i innych substancji. W nerkach aktywnie zachodzą procesy glukoneogenezy, a powstała w ten sposób glukoza jest również transportowana (wydzielana) do krwi.
Reabsorpcja i sekrecja substancji w różnych częściach nefronu
Rozcieńczenie osmotyczne i stężenie moczu
Kanaliki proksymalne zapewniają reabsorpcję większości wody z moczu pierwotnego (około 2/3 objętości przesączu kłębuszkowego), znaczną ilość jonów Na +, K +, Ca 2+, CI-, HCO 3 -. Prawie wszystkie substancje organiczne (aminokwasy, białka, glukoza, witaminy), pierwiastki śladowe i inne substancje niezbędne dla organizmu są ponownie wchłaniane w kanalikach proksymalnych (ryc. 6.2). W innych działach nefronu przeprowadzana jest tylko reabsorpcja wody, jonów i mocznika. Tak wysoka zdolność reabsorpcji kanalika proksymalnego wynika z wielu strukturalnych i cechy funkcjonalne jego komórki nabłonkowe. Wyposażone są w dobrze rozwiniętą listwę szczoteczkową na błonie wierzchołkowej oraz szeroki labirynt przestrzeni międzykomórkowych i kanałów po stronie podstawnej komórek, co znacznie zwiększa powierzchnię wchłaniania (60 razy) i przyspiesza transport substancji przez nich. W komórkach nabłonkowych kanalików proksymalnych znajduje się dużo mitochondriów, a intensywność metabolizmu w nich jest 2 razy większa niż w neuronach. Umożliwia to uzyskanie wystarczającej ilości ATP do realizacji aktywnego transportu substancji. Ważną cechą reabsorpcji w kanalikach proksymalnych jest to, że woda i rozpuszczone w niej substancje są tu reabsorbowane w równoważnych ilościach, co zapewnia izoosmolarność moczu kanalików proksymalnych oraz jego izosmotyczność z osoczem krwi (280-300 mosmol/l).
W kanalikach proksymalnych nefronu następuje pierwotne i wtórne aktywne wydzielanie substancji do światła kanalików za pomocą różnych białek nośnikowych. Wydzielanie wydalanych substancji odbywa się zarówno z krwi naczyń włosowatych okołokanalikowych, jak i ze związków chemicznych powstających bezpośrednio w komórkach nabłonka kanalików. Wiele kwasów i zasad organicznych jest wydzielanych z osocza krwi do moczu (np. kwas para-aminohipurowy (PAG), cholina, tiamina, serotonina, guanidyna itp.), jony (H+, NH3+, K+), substancje lecznicze (penicylina itp. ). W przypadku wielu ksenobiotyków pochodzenia organicznego, które dostały się do organizmu (antybiotyki, barwniki, rentgenowskie środki kontrastowe), szybkość ich wydalania z krwi przez wydzielanie kanalikowe znacznie przewyższa ich wydalanie przez filtrację kłębuszkową. Wydzielanie WWA w kanalikach bliższych jest tak intensywne, że krew jest z niego usuwana już w jednym przejściu przez naczynia włosowate substancji korowej (dlatego określając klirens WWA można obliczyć objętość efektywnego nerkowy przepływ osocza biorący udział w tworzeniu moczu). W komórkach nabłonka kanalików, gdy aminokwas glutamina ulega dezaminacji, powstaje amoniak (NH 3), który jest wydzielany do światła kanalika i dostaje się do moczu. W nim amoniak wiąże się z jonami H +, tworząc jon amonowy NH 4 + (NH 3 + H + -> NH4 +). Wydzielając jony NH3 i H+, nerki biorą udział w regulacji stanu kwasowo-zasadowego krwi (organizmu).
W pętla Henlego reabsorpcja wody i jonów są przestrzennie oddzielone, co wynika ze specyfiki budowy i funkcji nabłonka, a także hiperosmozy rdzenia nerkowego. Zstępująca część pętli Henlego jest wysoce przepuszczalna dla wody i tylko umiarkowanie przepuszczalna dla substancji w niej rozpuszczonych (m.in. sód, mocznik itp.). W zstępującej części pętli Henlego dochodzi do reabsorbcji 20% wody (pod wpływem wysokiego ciśnienia osmotycznego w ośrodku otaczającym kanalik), a substancje osmotycznie czynne pozostają w kanaliku moczowym. Jest to spowodowane wysoka zawartość chlorek sodu i mocznik w hiperosmotycznym płynie międzykomórkowym rdzenia nerkowego. Wzrasta osmotyczność moczu w miarę przemieszczania się w górę pętli Henlego (w głąb rdzenia nerki) (dzięki reabsorpcji wody i przepływowi chlorku sodu i mocznika wzdłuż gradientu stężenia), a objętość maleje (z powodu reabsorpcji wody). Ten proces nazywa się osmotyczne stężenie moczu. Maksymalną osmotyczność cewkowego moczu (1200-1500 mosmol/l) osiąga się na szczycie pętli Henlego nefronów przyszpikowych.
Następnie mocz dostaje się do wznoszącego się kolana pętli Henlego, której nabłonek nie przepuszcza wody, ale przepuszcza rozpuszczone w nim jony. Oddział ten zapewnia reabsorpcję 25% jonów (Na+, K+, CI-) ich całkowitej ilości, która dostała się do pierwotnego moczu. Nabłonek grubej części wstępującej pętli Henlego posiada potężny enzymatyczny system aktywnego transportu jonów Na+ i K+ w postaci pomp Na+/K+ wbudowanych w błony podstawne komórek nabłonkowych.
W błonach wierzchołkowych nabłonka znajduje się białko kotransportowe, które jednocześnie transportuje z moczu do cytoplazmy jeden jon Na+, dwa jony CI- i jeden jon K+. Źródłem siły napędowej tego kotransportera jest energia, z jaką jony Na+ wdzierają się do komórki wzdłuż gradientu stężeń, wystarcza również do przesunięcia jonów K wbrew gradientowi stężeń. Jony Na+ mogą również dostać się do komórki w zamian za jony H przy użyciu kotransportera Na+/H+. Uwalnianie (sekrecja) K+ i H+ do światła kanalika powoduje powstanie w nim nadmiaru ładunku dodatniego (do +8 mV), co sprzyja dyfuzji kationów (Na+, K+, Ca 2+ , Mg 2+) parakomórkowo , poprzez kontakty międzykomórkowe.
Wtórny aktywny i pierwotny aktywny transport jonów z odnogi wstępującej pętli Henlego do przestrzeni otaczającej kanalik jest najważniejszym mechanizmem wytwarzania wysokiego ciśnienia osmotycznego w śródmiąższu rdzenia nerkowego. W pętli wstępującej Henlego woda nie jest ponownie wchłaniana, a stężenie substancji osmotycznie czynnych (przede wszystkim jonów Na + i CI +) w płynie kanalikowym zmniejsza się z powodu ich ponownego wchłaniania. Dlatego na wylocie pętli Henlego w kanalikach zawsze znajduje się mocz hipotoniczny o stężeniu substancji osmotycznie czynnych poniżej 200 mosmol/l. Takie zjawisko nazywa się osmotyczne rozcieńczenie moczu, a wstępująca część pętli Henlego - segment rozprowadzający nefronu.
Za główną funkcję pętli nefronowej uważa się tworzenie hiperosmotyczności w rdzeniu nerki. Istnieje kilka mechanizmów jego tworzenia:
- aktywna praca układu rotacyjno-przeciwprądowego kanalików (wstępujących i opadających) pętli nefronowej i mózgowych przewodów zbiorczych. Ruch płynu w pętli nefronowej w przeciwnych kierunkach ku sobie powoduje sumowanie się małych gradientów poprzecznych i tworzy duży podłużny gradient osmolalności korowo-rdzeniowej (od 300 mosmol/l w korze do 1500 mosmol/l w górnej części piramidy w rdzeniu). Mechanizm pętli Henlego nazywa się rotacyjny przeciwprądowy układ zwielokrotniania nefronu. Główną rolę w tym mechanizmie odgrywa pętla Henlego nefronów przyszpikowych, przenikająca przez cały rdzeń nerki;
- obieg dwóch głównych związków osmotycznie czynnych – chlorku sodu i mocznika. Substancje te w największym stopniu przyczyniają się do powstania hiperosmotyczności śródmiąższowej warstwy rdzenia nerki. Ich krążenie zależy od selektywnej przepuszczalności błony odnogi wstępującej pętli nsfronowej dla elektrolitów (ale nie dla wody) oraz kontrolowanej przez ADH przepuszczalności ścianek mózgowych przewodów zbiorczych dla wody i mocznika. Chlorek sodu krąży w pętli nefronu (w kolanie wstępującym jony są aktywnie wchłaniane do śródmiąższu rdzenia, a z niego, zgodnie z prawami dyfuzji, wchodzą do zstępującego kolana i ponownie unoszą się do kolana wznoszącego itp.) . Mocznik krąży w systemie przewodu zbiorczego rdzenia - śródmiąższowe rdzenia - cienka część pętli Henlego - przewód zbiorczy rdzenia;
- pasywny układ liniowy rotacyjno-przeciwprądowy naczynia krwionośne Rdzeń nerek wywodzi się z naczyń odprowadzających nefronów przyszpikowych i przebiega równolegle do pętli Henlego. Krew przemieszcza się wzdłuż opadającej prostej odnogi kapilary do obszaru o narastającej osmolarności, a następnie po obróceniu o 180° w przeciwnym kierunku. Jednocześnie jony i mocznik oraz woda (w kierunku przeciwnym do jonów i mocznika) przemieszczają się pomiędzy zstępującą i wznoszącą się częścią prostych naczyń włosowatych, co utrzymuje wysoką osmolalność rdzenia nerkowego. Sprzyja temu również mała wolumetryczna prędkość przepływu krwi przez proste naczynia włosowate.
Z pętli Henlego mocz dostaje się do dalszego kanalika krętego, następnie do kanalika łączącego, a następnie do przewodu zbiorczego i przewodu zbiorczego kory nerkowej. Wszystkie te struktury zlokalizowane są w korze nerkowej.
W kanalikach dystalnych i łączących nefronu i przewodach zbiorczych reabsorpcja jonów Na+ i wody zależy od stanu równowagi wodno-elektrolitowej organizmu i jest pod kontrolą hormon antydiuretyczny, aldosteron, peptyd natriuretyczny.
Pierwsza połowa kanalika dystalnego jest kontynuacją grubego odcinka wznoszącej się części pętli Henlego i zachowuje swoje właściwości – przepuszczalność dla wody i mocznika jest prawie zerowa, ale jony Na+ i CI- są tu aktywnie wchłaniane ( 5% ich objętości filtracji w kłębuszkach) przez symport z kotransporterem Na+/CI-. Mocz w nim staje się jeszcze bardziej rozcieńczony (hiposmotyczny).
Z tego powodu pierwsza połowa kanalika dystalnego, a także wstępująca część pętli nefronowej, nazywana jest odcinkiem rozrzedzającym mocz.
Druga połowa kanalika dystalnego, kanalik łączący, kanały zbiorcze i kanały kory mają podobną budowę i podobne cechy funkcjonalne. Wśród komórek ich ścian rozróżnia się dwa główne typy - komórki główne i interkalarne. Główne komórki ponownie absorbują jony Na+ i wodę oraz wydzielają jony K+ do światła kanalika. Przepuszczalność głównych komórek dla wody jest (prawie całkowicie) regulowana przez ADH. Mechanizm ten zapewnia organizmowi możliwość kontrolowania ilości wydalanego moczu oraz jego osmolarności. Tutaj zaczyna się stężenie wtórnego moczu - od hipotonicznego do izotonicznego (). Interkalowane komórki ponownie absorbują jony K+, węglany i wydzielają jony H+ do światła. Wydzielanie protonów jest przede wszystkim aktywne dzięki działaniu ATPaz transportujących H+ przy znacznym gradiencie stężeń przekraczającym 1000:1. Komórki interkalarne odgrywają kluczową rolę w regulacji równowagi kwasowo-zasadowej w organizmie. Oba typy ogniw są praktycznie nieprzepuszczalne dla mocznika. Dlatego mocznik pozostaje w moczu w tym samym stężeniu od początku grubej części odnogi wstępującej pętli Henlego do przewodów zbiorczych rdzenia nerkowego.
Pobieranie przewodów rdzenia nerkowego reprezentują dział, w którym ostatecznie powstaje skład moczu. Komórki tego oddziału odgrywają niezwykle ważną rolę w określaniu zawartości wody i substancji rozpuszczonych w wydalanym (końcowym) moczu. Tutaj do 8% całej filtrowanej wody i tylko 1% jonów Na+ i CI- ulega reabsorbcji, a reabsorpcja wody odgrywa główną rolę w stężeniu ostatecznego moczu. W przeciwieństwie do leżących powyżej odcinków nefronu, ściany przewodów zbiorczych znajdujących się w rdzeniu nerki są przepuszczalne dla mocznika. Reabsorpcja mocznika przyczynia się do utrzymania wysokiej osmolarności tkanki śródmiąższowej głębokich warstw rdzenia nerkowego i tworzenia skoncentrowanego moczu. Przepuszczalność przewodów zbiorczych dla mocznika i wody jest regulowana przez ADH, dla jonów Na+ i CI- przez aldosteron. Kolekcjonujące komórki kanałowe są w stanie ponownie wchłonąć wodorowęglany i wydzielać protony w dużym gradiencie stężeń.
Metody badania funkcji wydalniczej nocy
Oznaczenie klirensu nerkowego dla różnych substancji pozwala zbadać intensywność wszystkich trzech procesów (filtracji, reabsorpcji i sekrecji), które determinują funkcję wydalniczą nerek. Klirens nerkowy substancji to objętość osocza krwi (ml) uwalniana z substancji za pomocą nerek w jednostce czasu (min). Prześwit jest opisany wzorem
K w * PC w \u003d M w * O m,
gdzie K w - klirens substancji; PC B to stężenie substancji w osoczu krwi; M in — stężenie substancji w moczu; Om to objętość wydalanego moczu.
Jeśli substancja jest swobodnie filtrowana, ale nie jest ponownie wchłaniana ani wydzielana, to intensywność jej wydalania z moczem (Min.Om) będzie równa szybkości filtracji substancji w kłębuszkach (GFR. PC in). Stąd można go obliczyć, określając klirens substancji:
GFR \u003d M in. O m/szt. w
Taką substancją spełniającą powyższe kryteria jest inulina, której klirens wynosi średnio 125 ml/min u mężczyzn i 110 ml/min u kobiet. Oznacza to, że ilość osocza krwi przechodzącego przez naczynia nerkowe i filtrowanego w kłębuszkach w celu dostarczenia takiej ilości inuliny do ostatecznego moczu powinna wynosić 125 ml u mężczyzn i 110 ml u kobiet. Tak więc objętość pierwotnego moczu wytwarzanego u mężczyzn wynosi 180 l/dobę (125 ml/min. 60 min. 24 h), u kobiet 150 l/dobę (110 ml/min. 60 min. 24 h).
Ponieważ polisacharydowa inulina jest nieobecna w organizmie człowieka i musi być podawana dożylnie, w klinice do oznaczania GFR częściej stosuje się inną substancję, kreatyninę.
Określając klirens innych substancji i porównując go z klirensem inuliny, można ocenić procesy reabsorpcji i wydzielania tych substancji w kanalikach nerkowych. Jeżeli klirens substancji i inuliny są takie same, to substancję tę izoluje się tylko przez filtrację; jeśli klirens substancji jest większy niż inuliny, to substancja jest dodatkowo wydzielana do światła kanalików; jeśli klirens substancji jest mniejszy niż inuliny, to najwyraźniej jest ona częściowo ponownie wchłonięta. Znając intensywność wydalania substancji z moczem (M in. O m), można obliczyć intensywność procesów reabsorpcji (reabsorpcja \u003d Filtracja - Izolacja \u003d GFR. PC w - M in. O m ) i wydzielanie (Wydzielanie \u003d Izolacja - Filtracja \u003d M cal. O m - GFR. PC).
Za pomocą klirensu niektórych substancji można ocenić wielkość przepływu osocza nerkowego i przepływu krwi. W tym celu stosuje się substancje, które są uwalniane do moczu przez filtrację i wydzielanie i nie są ponownie wchłaniane. Teoretycznie klirens takich substancji będzie równy całkowitemu przepływowi osocza w nerkach. Praktycznie nie ma takich substancji, niemniej jednak krew jest oczyszczana z niektórych substancji o prawie 90% podczas jednego przejścia przez noc. Jedną z tych naturalnych substancji jest kwas para-aminohipurowy, którego klirens wynosi 585 ml/min, co pozwala oszacować wartość nerkowego przepływu osocza na poziomie 650 ml/min (585:0,9) przy uwzględnieniu współczynnika jego ekstrakcja z krwi w 90%. Przy hematokrycie 45% i nerkowym przepływie osocza 650 ml/min, przepływ krwi w obu nerkach wyniesie 1182 ml/min, tj. 650 / (1-0,45).
Regulacja resorpcji i sekrecji kanalikowej
Regulacja reabsorpcji i sekrecji kanalikowej odbywa się głównie w dystalnych częściach nefronu za pomocą mechanizmów humoralnych, tj. jest pod kontrolą różnych hormonów.
Reabsorpcja proksymalna, w przeciwieństwie do transportu substancji w kanalikach dystalnych i przewodach zbiorczych, nie podlega tak dokładnej kontroli przez organizm, dlatego często nazywana jest obowiązkowa reabsorpcja. Obecnie ustalono, że intensywność obowiązkowej reabsorpcji może się zmieniać pod wpływem pewnych wpływów nerwowych i humoralnych. Tak więc podekscytowanie sympatycznego system nerwowy prowadzi do wzrostu reabsorpcji jonów Na+, fosforanów, glukozy, wody przez komórki nabłonka kanalików proksymalnych nefronu. Angiotensyna-N może również powodować wzrost szybkości reabsorpcji proksymalnej jonów Na+.
Intensywność reabsorpcji proksymalnej zależy od wielkości filtracji kłębuszkowej i wzrasta wraz ze wzrostem szybkości filtracji kłębuszkowej, czyli tzw. równowaga kanalików kłębuszkowych. Mechanizmy utrzymania tej równowagi nie są do końca poznane, ale wiadomo, że są to wewnątrznerkowe mechanizmy regulacyjne, a ich wdrożenie nie wymaga dodatkowych wpływów nerwowych i humoralnych ze strony organizmu.
W kanalikach dystalnych i przewodach zbiorczych nerki zachodzi głównie reabsorpcja wody i jonów, której nasilenie zależy od równowagi wodno-elektrolitowej organizmu. Dystalna reabsorpcja wody i jonów nazywana jest fakultatywną i jest kontrolowana przez hormon antydiuretyczny, aldosteron, przedsionkowy hormon natriuretyczny.
Powstawanie hormonu antydiuretycznego (wazopresyny) w podwzgórzu i jego uwalnianie do krwi z przysadki nasila się wraz ze spadkiem zawartości wody w organizmie (odwodnienie), zmniejszeniem ciśnienie krwi krwi (niedociśnienie), a także ze wzrostem ciśnienia osmotycznego krwi (hiperosmia). Hormon ten działa na nabłonek kanalików dystalnych i przewodów zbiorczych nerki i powoduje wzrost jego przepuszczalności dla wody dzięki tworzeniu się specjalnych białek (akwaporyn) w cytoplazmie komórek nabłonka, które są osadzone w błonach i tworzą kanały do przepływu wody. Pod wpływem hormonu antydiuretycznego następuje wzrost reabsorpcji wody, zmniejszenie diurezy oraz wzrost stężenia powstającego moczu. Tym samym hormon antydiuretyczny przyczynia się do zachowania wody w organizmie.
Wraz ze spadkiem produkcji hormonu antydiuretycznego (uraz, guz podwzgórza) powstaje duża ilość moczu hipotonicznego (moczówka prosta cukrzyca); utrata płynów z moczem może prowadzić do odwodnienia.
Aldosteron wytwarzany jest w strefie kłębuszkowej kory nadnerczy, działa na komórki nabłonka dystalnego nefronu i przewodów zbiorczych, powoduje wzrost reabsorpcji jonów Na+, wody oraz wzrost wydzielania jonów K+ (lub H + jony, jeśli są w nadmiarze w organizmie). Aldosteron jest częścią układu renina-angiotensja-aldosteron (którego funkcje zostały omówione wcześniej).
Przedsionkowy hormon natriuretyczny jest wytwarzany przez miocyty przedsionkowe, gdy są one rozciągane przez nadmierną objętość krwi, to znaczy przy hiperwolemii. Pod wpływem tego hormonu następuje wzrost filtracji kłębuszkowej oraz spadek reabsorpcji jonów Na+ i wody w nefronie dystalnym, co skutkuje zwiększeniem procesu oddawania moczu i usuwaniem nadmiaru wody z organizmu. Dodatkowo hormon ten ogranicza produkcję reniny i aldosteronu, co dodatkowo hamuje dystalną reabsorpcję jonów Na+ i wody.