Функции канальцевого аппарата нефрона. Механизмы реабсорбции солей, моносахаридов, аминокислот, белков. Механизмы секреции.

Функциями канальцевого аппарата почки (включающего в себя проксимальный каналец, петлю нефрона, дистальный каналец и собирательные трубочки) являются:

- реабсорбция части профильтровавшихся в клубочке органических и неорганических веществ;

- секреция в просвет канальца веществ, содержащихся в крови или образующихся в клетках канальцев,

- концентрирование мочи.

Реабсорбция – это обратное всасывание различных веществ из просвета канальцев в плазму перитубулярных капилляров. Реабсорбция происходит во всех отделах канальцев нефрона, в собирательной трубочке и определяется особенностями строения канальцевого эпителия почек. Поверхность клеток проксимального извитого канальца, обращенная в его просвет имеет покрытую гликокаликсом густую щеточную каемку, которая в 40 раз увеличивает площадь контакта мембраны с канальцевой жидкостью. Под щеточной каемкой между клетками имеются проницаемые плотные соединения.

Апикальную часть плазмолеммы называют также люминальной, она обладает высокой ионной проницаемостью, содержит различные белки-переносчики и обеспечивает преимущественно пассивный транспорт различных веществ.

Базолатеральная часть клетки увеличена за счет складчатости мембраны и содержит большое число митохондрий, что определяет сосредоточенность в ней систем активного транспорта (ионных насосов).

Пороговая реабсорбция отражает зависимость всасывания вещества от его концентрации в плазме крови. Если концентрация вещества в плазме не превышает определенный пороговый уровень, то это вещество будет полностью реабсорбировано в канальцах нефрона, если же превышает – то реабсорбируется не полностью и появляется в конечной моче, что связано с максимальным насыщением переносчиков.

Первичная моча, проходя по канальцах и уборочных трубочках, перед тем как превратиться в конечную мочу, претерпевает значительные изменения. Разница состоит не только в ее количестве (с 180 л остается 1-1,5 л), но и качества. Некоторые вещества, нужные организму, полностью исчезают из мочи или их становится гораздо меньше. Происходит процесс реабсорбции. Концентрация других веществ во много раз увеличивается: они концентрируются при реабсорбции воды. Еще другие вещества, которых вообще не было в первичной мочи,
появляются в конечной. Это происходит в результате их секреции.

Процессы реабсорбции могут быть активными или пассивными. Для осуществления активного процесса необходимо, чтобы были специфические транспортные системы и энергия. Пассивные процессы происходят, как правило, без затраты энергии по законам физики и химии.

Канальцевая реабсорбция происходит во всех отделах, но ее механизм в разных частях неодинакова. Условно можно выделить С отделы: проксимальный извитой каналец, петля нефрона и дистальный извитой каналец С уборочной трубочкой.

В проксимальных извитых канальцах полностью реабсорбируются аминокислоты, глюкоза, витамины, белки, микроэлементы. В этом же отделе реабсорбируется около 2/3 воды и неорганических солей Na +, К + Са2 +, Mg2 +, Cl-, НС07, т.е. вещества, которые нужны организму для его деятельности. Механизм реабсорбции главным образом прямо или косвенно связан с реабсорбцией Na+.

Реабсорбция натрия. Большая часть Na + реабсорбируется против градиента концентрации за счет энергии АТФ. Реабсорбция Na + осуществляется в 3 этапа: перенос иона через апикальную мембрану эпителиальных клеток канальцев, транспортировки в базальной или латеральной мембраны и перенос через указанные мембраны в межклеточную жидкость и в кровь. Основной движущей силой реабсорбции является перенос Na + с помощью Na +, К +-АТФ-азы через базолатерального мембрану. Это обеспечивает постоянное отток ионов. Вследствие этого Na + по градиенту концентрации с помощью специальных образований эндоплазматического ретикулума поступает к мембранам, возвращенных в межклеточной среды. Вследствие этого постоянно действующего конвейера концентрация ионов внутри клетки и особенно вблизи апикальной мембраны становится гораздо ниже, чем с другой ее стороны, это способствует пассивному поступлению Na+ в клетку по ионному градиенту. Таким образом,
2 этапа натриевой реабсорбции клетками канальцев являются пассивными и только один, конечный, требует затрат энергии. Кроме того, часть Na + реабсорбируется пассивно по межклеточных промежутках вместе с водой.

Глюкоза. Глюкоза реабсорбируется вместе с транспортом Na+. В апикальной мембране клеток есть специальные транспортеры. Это белки с молекулярной массой 320 000, которые в начальных отделах проксимального канальца переносят друг Na + и одну молекулу глюкозы (постепенное уменьшение концентрации глюкозы в моче приводит к тому, что в следующей области канальца для переноса одной молекулы глюкозы используется уже два Na +). Движущей силой этого процесса является также электрохимический градиент Na+. На противоположной стороне клетки комплекс Na - глюкоза - переносчик распадается на три элемента. Вследствие этого освобожден переносчик возвращается на свое прежнее место и снова приобретает способность переносить новые комплексы Na + и глюкозы. В клетке концентрация глюкозы увеличивается, благодаря чему образуется градиент концентрации, который направляет его в базально-латеральных мембран клетки и обеспечивает выход в межклеточную жидкость. Отсюда глюкоза поступает в кровеносные капилляры и возвращается в общий кровоток. Апикальная мембрана не пропускает глюкозу обратно в просвет канальца. Транспортные переносчики глюкозы содержатся лишь в проксимальном отделе канальцев, поэтому глюкоза реабсорбируется только здесь.

В норме при обычном уровне глюкозы в крови, а следовательно и концентрации ее в первичной мочи, реабсорбируется вся глюкоза. Однако при повышении уровня глюкозы в крови более 10 ммоль/л (около 1,8 г/л) мощность транспортных систем становится недостаточной для реабсорбции. Первые следы нереабсорбованои глюкозы в конечной моче обнаруживаются при превышении его концентрации в крови. Чем выше концентрация глюкозы в крови, тем большее количество нереабсорбованои глюкозы. До концентрации ее 3,5 г/л это увеличение еще не прямо пропорционально, поскольку в процесс еще не включается часть транспортеров. Но, начиная с уровня 3,5 г/л, выведение глюкозы с мочой становится прямо пропорционален концентрации ее в крови. У мужчин полная нагрузка системы реабсорбции наблюдается при поступлении 2,08 ммоль/мин (375 мг/мин) глюкозы, а у женщин - 1, 68 ммоль/мин (303 мг/мин) из расчета на 1,73 м2 поверхности тела.

Аминокислоты. Реабсорбция аминокислот происходит по такому же механизму, как и реабсорбция глюкозы. Полная реабсорбция аминокислот происходит уже в начальных отделах проксимальных канальцев. Этот процесс связан с активной реабсорбцией Na + через апикальную мембрану клеток. Выявлено 4 типа транспортных систем: а) для основных б) для кислых в) для гидрофильных г) для гидрофобных аминокислот. С клетки аминокислоты пассивно по градиенту концентрации проходят через базальную мембрану в межклеточную жидкость, а оттуда - в кровь. Появление аминокислот в моче может быть следствием нарушения транспортных систем или очень высокой концентрации его в крови. В последнем случае может проявляться эффект, который по механизму напоминает глюкозурию - перегрузка транспортных систем. Иногда наблюдается конкуренция кислот одного типа за общий переносчик.

Белки. Механизм реабсорбции белков значительно отличается от механизма реабсорбции описанных соединений. Попадая в первичную мочу, небольшое количество белков в норме почти полностью реабсорбируется путем пиноцитоза. В цитоплазме клеток проксимальных канальцев белки распадаются при участии лизосомальных ферментов. Аминокислоты, которые образуются, по градиенту концентрации из клетки поступают в межклеточную жидкость, а оттуда - в кровеносные капилляры. Таким путем может реабсорбуватися до ЗО мг белка за 1 мин. При повреждении клубочков в фильтрат попадает больше белков и часть может поступать в мочу (протеинурия).

Канальцевая секреция. В современной физиологической литературе, касающейся деятельности почек, термин секреция имеет два значения. Первое из них описывает процесс переноса вещества через клетки из крови в просвет канальца в неизменном виде, что увеличивает скорость экскреции вещества почкой. Второе — выделение из клетки в кровь или в просвет канальца синтезированных в почке физиологически активных веществ (например, простагландины, брадикинин и др.) или экскретируемых веществ (например, гиппуровая кислота).

Секреция органических и неорганических веществ — один из важных процессов, обеспечивающих процесс мочеобразования. У рыб некоторых видов в почке отсутствуют клубочки. В таких случаях секреция играет ведущую роль в деятельности почки. В почках большинства других классов позвоночных, в том числе и у млекопитающих, секреция обеспечивает выделение из крови в просвет канальцев дополнительных количеств некоторых веществ, которые могут фильтроваться ив почечных клубочках.

Таким образом, секреция ускоряет выделение почкой некоторых чужеродных веществ, конечных продуктов обмена, ионов. В почке у млекопитающих секретируются органические кислоты (пенициллин, парааминогиппуровая кислота — ПАГ, диодраст, мочевая кислота), органические основания (холин, гуанидин), неорганические вещества (калий). Почка гломерулярных и агломерулярных морских костистых рыб способна к секреции ионов магния, кальция, сульфатов. Различаются места секреции разных веществ. В почке всех позвоночных местом секреции органических кислот и оснований служат клетки проксимального сегмента нефрона, особенно его прямой части, секреция калия преимущественно происходит в клетках дистального извитого канальца и собирательных трубок.

Механизм процесса секреции органических кислот. Рассмотрим этот процесс на примере выделения почкой ПАГ. После введения в кровь ПАГ ее секреция почкой нарастает и очищение от нее крови значительно превышает величину очищения крови от одновременно введенного инулина. Это означает, что ПАГ не только фильтруется в клубочках, но и помимо клубочков в просвет нефрона поступают значительные ее количества. Экспериментально было показано, что такой процесс обусловлен секрецией ПАГ из крови в просвет проксимальных отделов канальцев. В мембране клетки этого канальца, обращенной к межклеточной жидкости, имеется переносчик (котранспортер), обладающий высоким сродством к ПАГ. В присутствии ПАГ образуется комплекс переносчика с ПАГ, который перемещается в мембране и на ее внутренней поверхности распадается, высвобождая ПАГ в цитоплазму, а переносчик приобретает снова способность перемещаться к внешней поверхности мембраны и соединяться с новой молекулой ПАГ. Механизм секреции органических кислот включает ряд этапов. В базальной плазматической мембране имеется Na⁺, K⁺—АТФаза, которая удаляет из клетки ионы Na⁺ и способствует поступлению в клетку ионов К⁺. Более низкая концентрация в цитоплазме ионов Na⁺ позволяет поступать внутрь клетки ионам Na⁺ по градиенту концентрации при участии натриевых котранспортеров. Один из типов такого котранспортера способствует поступлению через базальную плазматическую мембрану α—кетоглутарата и Na⁺. В этой же мембране имеется анионный обменник, который удаляет из цитоплазмы α—кетоглутарат в обмен на поступающий из межклеточной жидкости в клетку парааминогиппурат (ПАГ), диодраст или некоторые иные органические кислоты. Это вещество движется по клетке в сторону люминальной мембраны и через нее проходит в просвет канальца по механизму облегченной диффузии.

Угнетение дыхания цианидами, разобщение дыхания и окислительного фосфорилирования динитрофенолом снижает и прекращает секрецию. В обычных физиологических условиях уровень секреции зависит от числа переносчиков в мембране. Секреция ПАГ возрастает пропорционально увеличению концентрации ПАГ в крови до тех пор, пока все молекулы переносчика не насытятся ПАГ. Максимальная скорость транспорта ПАГ достигается в тот момент, когда количество ПАГ, доступное для транспорта, равно количеству молекул переносчика, которые могут образовывать комплекс с ПАГ. Эта величина определяется как максимальная способность к транспорту ПАГ — Тт_ран. Поступившая в клетку ПАГ движется по цитоплазме к апикальной мембране и через нее специальным механизмом выделяется в просвет канальца.

Билет 15