Проксимальный извитой каналец

В проксимальных извитых канальцах обратному всасыванию подвергается 65-75 % воды и натрия, которые содержатся в протекающем по ним фильт­рате. Отметим, что реабсорбируется изотоничес­кая жидкость, т. е. содержащая пропорциональное

 

Рис. 31-1. Схема строения нефрона. (Из: Ganong W. F. Review of Medical Physiology, 14th ed. Appleton & Lange, 1989; с разрешения.)

количество воды и натрия (рис. 31-2). В процессе реабсорбции большинство веществ проникают вначале через люминальную (т. е. обращенную в просвет канальца) поверхность клеточной мемб­раны, затем через базолатеральную поверхность перемещаются в почечный интерстиций и уже от­туда поступают в околоканальцевый капилляр. Главная функция проксималъного канальца состо­ит в реабсорбции натрия. При участии мембрано-связанной НаУЮ-зависимой АТФ-азы натрий ак­тивно перемещается из клеток проксимального канальца в почечный интерстиций к околоканаль-

цевым капиллярам (рис. 31-3). Внутриклеточная концентрация натрия снижается, и он начинает пассивно поступать по градиенту концентрации из канальцевой жидкости в эпителиальные клетки. В наиболее проксимальном отделе извитого ка­нальца реабсорбция натрия усиливается под воз­действием ангиотензина II и норадреналина. До-фамин, напротив, уменьшает реабсорбцию натрия в проксимальных отделах.

Реабсорбция Na⁺ сопряжена с реабсорбцией других растворенных веществ и секрецией H⁺ (рис. 31-3). Специфический белок-переносчик

ТАБЛИЦА 31 -1. Функциональное подразделение нефрона^

Отдел нефрона	Функция
Клубочек	Фильтрация крови
Проксимальный извитой каналец	Реабсорбция Натрия^2 хлорид Вода Бикарбонат Глюкоза, белок, аминокислоты Калий, магний, кальций Фосфаты^3, мочевая кислота, мочевина
	Секреция Органические анионы Органические катионы Образование аммиака
Петля Генле	Реабсорбция
	Натрий, хлориды Вода Калий, кальций, магний Противоточное умножение
Дистальный извитой каналец	Реабсорбция Натрия^4 хлорид Вода Калий Кальций^5Бикарбонат
	Секреция
	Ион водорода^4Калий^4Кальций
Собирательная трубочка	Реабсорбция Натрия^4'^7 хлорид Вода^6'^7Калий^4Бикарбонат
	Секреция
	Калий Ион водорода^4Образование аммиака
Юкстагломеруляр-ный аппарат	Секреция ренина

¹ С изменениями. Из: Rose В. D. Clinical Physiology of Acide Base and Electrolite Disordsers, 3rd ed. McGraw-Hill,1989.

² Частично увеличивается под действием ангиотензина II.

³ Угнетается паратиреоидным гормоном.

⁴ Частично опосредовано альдостероном.

⁵ Усиливается паратиреоидным гормоном.

⁶ Опосредовано антидиуретическим гормоном.

⁷ Угнетается предсердным натрийуретическим пептидом.

при посредстве низкой внутриклеточной концент­рации Na^ осуществляет транспорт фосфатов, глюкозы и аминокислот. В результате активности №⁺/К⁺-зависимой АТФ-азы (обменивающей 3 Na^ на-2 K⁺) уменьшается внутриклеточный положи­тельный заряд, что облегчает реабсорбцию других катионов (K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺). Именно так Ка⁺/К⁺-за-висимая АТФ-аза, расположенная на базолате-ральной поверхности эпителиальной клетки ка­нальца, играет роль источника энергии для реабсорбции большинства растворенных в фильт­рате веществ. Реабсорбция Na⁺ на люминальной поверхности клеточной мембраны сопряжена с секрецией H⁺. За счет работы этого механизма реабсорбируется до 90 % фильтруемых в клубоч­ках ионов бикарбоната (рис. 30-2). В отличие от других растворенных веществ, хлориды способны проходить через узкие щели между эпителиаль­ными клетками канальцев. Поэтому их реабсорб-ция осуществляется пассивно по градиенту концентрации. Кроме того, за счет функциониро­вания КуСГ-транспортера, который перемещает оба иона на капиллярную поверхность клеточной мембраны (рис. 31-3), происходит и активный ме­ханизм реабсорбции хлоридов.

В проксимальных канальцах секретируются органические катионы и анионы. Ряд органических веществ-катионов (креатинин, циметидин и хини-дин), конкурируя за один и тот же насосный меха­низм переноса, способны препятствовать экскре­ции друг друга. Доказано, что общие механизмы секреции имеют такие органические анионы, как ураты, кетоновые кислоты, пенициллины, цефа-лоспорины, диуретики, салицилаты и большая часть рентгеноконтрастных препаратов. Оба насо­са, вероятно, играют основную роль в элиминации различных циркулирующих токсинов. Фильтруе­мые низкомолекулярные белки в норме реабсорби-руются клетками проксимальных канальцев и под­вергаются в них метаболической деградации.

Петля Генле

Петля Генле состоит из нисходящей и восходящей частей. Тонкий сегмент нисходящей части является продолжением проксимального канальца и опус­кается из коркового вещества почки в мозговое. В мозговом веществе тонкий сегмент загибается, делая U-образный разворот, и поднимается в кор­ковое вещество уже как восходящая часть петли Генле. В восходящей части выделяют различаю­щиеся в функциональном отношении тонкий сег­мент, толстый медуллярный сегмент и толстый кортикальный сегмент (рис. 31-1). У нефронов, клубочки которых расположенные вблизи мозго-

 

Рис. 31-2. Реабсорбция натрия в нефроне. Указанное количество реабсорбированного натрия в каждом отделе нефро-на соответствует проценту от профильтровавшейся натриевой нагрузки. (Из: Cogan M. G. Fluid and Electrolytes: Physiology and Pathophysiology, 14th ed. Appleton & Lange, 1991; с разрешения.)

вого вещества (юкстамедуллярные нефроны), пет­ля Генле более длинная, чем у нефронов, клубочки которых лежат ближе к наружной поверхности почки (корковые нефроны). У корковых нефронов с короткой петлей отсутствует тонкий сегмент вос­ходящей части. Корковых нефронов в 7 раз боль­ше, чем юкстамедуллярных. Петля Генле поддер­живает гипертоничность интерстициальной жидкости мозгового вещества, а также опосредо­ванно обеспечивает процесс концентрирования мочи в собирательных трубочках.

В норме до 25-35 % фильтрата, образующегося в капсуле Боумена, достигает петли Генле. В ней реабсорбируется 15-20% фильтруемого натрия. За исключением толстого сегмента восходящей ча­сти, реабсорбция растворенных веществ и воды в петле Генле происходит пассивно — по градиенту концентрации и осмотическому градиенту соот­ветственно. В толстом сегменте восходящей части Na" и СГ реабсорбируются в большей степени, чем вода; более того, в этой части нефрона реабсорбция Na" непосредственно сопряжена с реабсорбцией K⁺ и СГ (рис. 31-4), и концентрация СГ в канальцевой жидкости является фактором, ограничивающим

скорость реабсорбции. Активная реабсорбция Na⁺ осуществляется Ка"УК⁺-зависимой АТФ-азой ка­пиллярной поверхности эпителиальных клеток.

В отличие от нисходящей части и тонкого сег­мента восходящей части петли Генле, толстый сег­мент восходящей части непроницаем для воды. Поэтому оттекающая из петли Генле канальцевая жидкость гипотонична (100-200 мОсм/л), а окру­жающая петлю Генле интерстициальная жидкость гипертонична. Механизм противоточного умноже­ния работает таким образом, что гипертонич-ностъ каналъцевой жидкости и окружающего uh-терстиция значительно нарастает по мере углубления в мозговое вещество почки (рис. 31-5). Концентрация мочевины в мозговом веществе ста­новится высокой, что существенно влияет на его гипертоничность. Структуры механизма противо­точного умножения включают петлю Генле, корти­кальные и медуллярные собирательные трубочки и сопровождающие их капилляры (vasa recta),

Толстый сегмент восходящей части петли Ген­ле играет важную роль в реабсорбции Ca²⁺ и Mg²⁺. В этом участке нефрона паратиреоидный гормон может увеличивать реабсорбцию кальция.

Дистальный извитой каналец

В дистальный извитой каналец поступает гипото-ничная жидкость из петли Генле. Как правило, со­став и объем канальцевой жидкости в этом отделе нефрона изменяется значительно. В отличие от бо­лее проксимальных отделов нефрона, клетки эпи­телия дистальных канальцев плотно прилежат друг к другу, что делает их относительно непрони­цаемыми для воды и натрия, за счет чего поддер­живаются градиенты концентраций, сформиро­ванные петлей Генле. В дистальных канальцах реабсорбируется 5 % фильтруемого в клубочках натрия. Реабсорбция натрия обеспечивается за счет функционирования КауК⁺-зависимой АТФ-азы на обращенной к капилляру поверхности кле­ток, а на люминальной мембране осуществляется Na^/СГ-переносчиком. Реабсорбция натрия в дис­тальном канальце прямо пропорциональна его поступлению. Дистальные канальцы — основное место реабсорбции кальция; этот процесс регули­руется паратиреоидным гормоном и витамином D.

Наиболее дистальный отдел канальца называ­ют соединяющим сегментом. В этом участке, как и в более проксимальных, происходит опосредо­ванная гормонами реабсорбция кальция, но в от­личие от них здесь имеет место еще и регулируе­мая альдостероном реабсорбция натрия.

Собирательная трубочка

В собирательной трубочке реабсорбируется 5-7 % фильтруемого в клубочках натрия, в ней выделяют кортикальную и медуллярную части.

А. Кортикальная часть собирательной трубоч­ки. Этот сегмент нефрона состоит из двух типов клеток: 1) главных клеток, секретирующих калий и участвующих в опосредованной альдостероном реабсорбции натрия; 2) вставочных клеток, ответ­ственных за регуляцию кислотно-основного рав­новесия. Главные клетки реабсорбируют натрий с помощью электрогенной помпы, поэтому для поддержания электронейтральности должна про­исходить либо реабсорбция СГ, либо секреция K⁺.

 

Рис. 31-3. Реабсорбция фосфатов, глюкозы, аминокис­лот и электролитов в проксимальном извитом канальце. Отметим, что №⁺/К^т-зависимая АТФ-аза, поддерживая низкую концентрацию натрия внутри клеток канальце-вого эпителия, обеспечивает энергетические потребнос­ти для реабсорбции катионов

Рис. 31-4. Реабсорбция натрия и хлора в толстом сегмен­те восходящей части петли Генле. Белок-переносчик (расположенный на люминальной поверхности клетки петли Генле) функционирует, только если заняты все че­тыре места связывания. Концентрация хлора в канальце­вой жидкости является фактором, ограничивающем ско­рость реабсорбции

 

Рис. 31-5. Механизм противоточного умножения, обу слов лен ный различиями в проницаемости и трансмембранном транспорте, которые существуют между нисходящей и восходящей частями петли Генле. Нисходящая часть и тонкий сегмент восходящей части петли Генле проницаемы для воды, Na⁺, Cl и мочевины. Толстый сегмент восходящей части петли Генле непроницаем для воды и мочевины, в нем активно реабсорбируется Na⁺ и Cl. Эти факторы приводят к возникновению осмотического градиента. На рисунке представлен осмотический градиент между нисходящей и вос­ходящей частями петли Генле, постепенно увеличивающийся от О до 200 мОсм/кг. Заметим, что в петле Генле по ходу тока канальцевой жидкости градиент не изменяется, в то время как осмоляльность увеличивается по мере приближе­ния к точке перегиба. (По: Pitts R. F. Physiology of the Kidney and Body Fluids, 3rd ed. Year Book, 1974.)

Увеличение концентрации внутриклеточного ка­лия способствует его секреции. В данном отделе нефрона альдостерон повышает активность NaV К⁺-зависимой АТФ-азы, увеличивая количество открытых K⁺- и Na^-каналов в люминальной мемб­ране. Альдостерон также повышает активность ГГ-секретирующей АТФ-азы на люминальной поверхности вставочных клеток (рис. 31-6). Кроме того, во вставочных клетках люминальная Ю/Н⁺-зависимая АТФ-аза реабсорбирует K⁺ и секрети-рует ГГ. Некоторые вставочные клетки способны секретировать бикарбонат при большой щелочной нагрузке.

Б. Медуллярная часть собирательной трубоч­ки — основная мишень антидиуретического гор­мона (АДГ, синоним — аргинин-вазопрессин). АД Г активирует аденилатциклазу через У₂-рецеп-торы (активация V₁-рецепторов повышает сосуди­стое сопротивление за счет усиления метаболизма фосфатидилинозитола). Проницаемость люми­нальной мембраны для воды полностью зависит от присутствия АДГ (гл. 28). Дегидратация при­водит к повышению секреции АДГ, в результате

действия которого люминальная мембрана стано­вится проницаемой для воды. По осмотическому градиенту вода удаляется из канальцевой жидко­сти, и образуется концентрированная моча (до 1400 мОсм/л). Напротив, адекватная гидратация подавляет секрецию АДГ; в этом случае осмоляль­ность канальцевой жидкости в медуллярной час­ти собирательных трубочек не изменяется, и она остается гипотоничной (100-200 мОсм/л). В стен­ке медуллярной части собирательных трубочек содержатся основные и вставочные клетки, при­чем последние преобладают. Кроме того, эта часть нефрона отвечает за подкисление мочи; образую­щиеся в этих клетках ионы водорода выделяются в виде титруемых кислот (фосфаты) и ионов ам­мония (гл. 30). Предсердный натрийуретический пептид способен снижать реабсорбцию Na" в со­бирательных трубочках.

В. Роль собирательных трубочек в поддержа­нии гипертоничности мозгового вещества. Корти­кальная часть собирательных трубочек полностью проницаема для мочевины, тогда как медуллярная часть в норме для нее непроницаема. Этим разли-

Рис. 31-6. Кортикальная часть собирательной трубочки: секреция ионов водорода, реабсорбция бикарбоната и калия

чием в проницаемости практически наполовину обусловлена гипертоничность интерстициальной жидкости мозгового вещества. В присутствии АДГ значительно увеличивается проницаемость для мочевины наиболее дистальных отделов медул­лярной части собирательных трубочек. Таким об­разом, при секреции АДГ вода покидает собира­тельные трубочки, и моча становится более концентрированной. Затем мочевина диффунди­рует в интерстициальную жидкость мозгового ве­щества, увеличивая ее осмоляльность.

Юкстагломерулярный аппарат

Этот небольшой орган, имеющийся в каждом неф-роне, состоит из специализированного сегмента приносящей артериолы, в стенке которой содер­жатся юкстагломерулярные клетки, и конечной части толстого сегмента восходящей части петли Генле — плотного пятна (macula densa\ рис. 31-7). Юкстагломерулярные клетки содержат фермент ренин и иннервируются симпатическими нервны­ми волокнами. Факторы, влияющие на высвобож­дение ренина: 1) стимуляция fii-адренорецепто-ров; 2) давление в приносящей артериоле (гл. 28); и 3) концентрация ионов хлора в жидкости,

Рис. 31-7. Юкстагломерулярный аппарат. (С изменени­ями. Из: Ganong W. F. Review of Medical Physiology, 14th ed. Appleton & Lange, 1989.)

протекающей через плотное пятно. Высвобождае­мый в кровоток ренин воздействует на продуци­руемый печенью белок — ангиотензиноген, в результате чего образуется ангиотензин I. Под воздействием ангиотензинпревращающего фермента (АПФ) физиологически инертный декапептид ангиотензин I быстро превращается в октапептид ангиотензин II. Процесс идет глав­ным образом в сосудах легких. Ангиотензин II играет важную роль в регуляции АД (гл. 19) и секреции альдостерона (гл. 28). В клетках прокси-мальных канальцев содержатся АПФ, а также ре­цепторы ангиотензина IL Кроме того, внутрипо-чечное образование ангиотензина II увеличивает реабсорбцию натрия в проксимальных канальцах. Вне почек ренин и ангиотензин II вырабатывают­ся в эндотелии сосудов, в надпочечниках и в тка­ни головного мозга.

Почечное кровообращение

Функция почек находится в тесной зависимости от кровотока в них. Почки — это единственный орган, в котором потребление кислорода зависит от кро­вотока; в других органах такой зависимости нет. На почечный кровоток (в обеих почках) приходит­ся 20-25 % сердечного выброса. Кровь в почку по­ступает по почечной артерии, отходящей от аорты. В воротах почки почечная артерия разветвляется на междолевые артерии, от которых на границе коркового и мозгового вещества отходят дуговые

 

Рис. 31-8. Артерии почки. (С разрешения. Из: Leaf A., Cotran R. S. RenalPatophysiology. Oxford Univ. Press, 1976.)

артерии (рис. 31-8). Дуговые артерии делятся на междольковые артерии, которые отдают к каждому клубочку по одной приносящей артериоле. От каж­дого клубочка отходит единственная выносящая артериола, по которой осуществляется отток кро­ви. В свою очередь выносящие артериолы распада­ются на капилляры, оплетающие почечные каналь­цы. В отличие от капилляров клубочков, где происходит фильтрация, в околоканальцевых ка­пиллярах осуществляется реабсорбция. Венулы, собирающие кровь из околоканальцевого капил­лярного сплетения, через почечную вену возвраща­ют кровь в нижнюю полую вену.