Процесс мочеобразования

Образование конечной мочи является результатом трех после­довательных процессов.

I. В почечных клубочках происходит начальный этап мочеоб­разования — клубочковая, или гломерулярная, фильтрация, уль­трафильтрация безбелковой жидкости из плазмы крови в капсулу почечного клубочка, в результате чего образуется первичная моча.

II. Канальцевая реабсорбция — процесс обратного всасывания
профильтровавшихся веществ и воды.

III. Секреция. Клетки некоторых отделов канальца переносят
из внеклеточной жидкости в просвет нефрона (секретируют) ряд
органических и неорганических веществ либо выделяют в просвет
канальца молекулы, синтезированные в клетке канальца.

Скорость гломерулярной фильтрации, реабсорбции и секреции регулируется в зависимости от состояния организма при участии гормонов, эфферентных нервов или локально образующихся биоло­гически активных веществ — аутакоидов.

12.2.3.1. Клубочковая фильтрация

Мысль о фильтрации воды и растворенных веществ как пер­вом этапе мочеобразования была высказана в 1842 г. немецким физиологом К. Людвигом. В 20-х годах XX столетия американско­му физиологу А. Ричардсу в прямом эксперименте удалось под­твердить это предположение — с помощью микроманипулятора пунктировать микропипеткой клубочковую капсулу и извлечь из нее жидкость, действительно оказавшуюся ультрафильтратом плазмы крови.

Ультрафильтрация воды и низкомолекулярных компонентов из плазмы крови происходит через клубочковый фильтр. Этот филь­трационный барьер почти непроницаем для высокомолекулярных веществ. Процесс ультрафильтрации обусловлен разностью между гидростатическим давлением крови, гидростатическим давлением в капсуле клубочка и онкотическим давлением белков плазмы крови. Общая поверхность капилляров клубочка больше общей поверх­ности тела человека и достигает 1,5 м² на 100 г массы почки. Фильтрующая мембрана (фильтрационный барьер), че­рез которую проходит жидкость из просвета капилляра в полость капсулы клубочка, состоит из трех слоев: эндотелиальных клеток капилляров, базальной мембраны и эпителиальных клеток висце­рального (внутреннего) листка капсулы — подоцитов (рис. 12.4).

Клетки эндотелия, кроме области ядра, очень истончены, тол­щина цитоплазмы боковых частей клетки менее 50 нм; в цитоплаз­ме имеются круглые или овальные отверстия (поры) размером 50 —100 нм, которые занимают до 30 % поверхности клетки. При нормальном кровотоке наиболее крупные белковые молекулы обра­зуют барьерный слой на поверхности пор эндотелия и затрудняют движение через них альбуминов, ограничивая тем самым прохож­дение форменных элементов крови и белков через эндотелий. Дру­гие компоненты плазмы крови и вода могут свободно достигать базальной мембраны.

Базальная мембрана является одной из важнейших составных частей фильтрующей мембраны клубочка. У человека толщина ба­зальной мембраны 250—400 нм. Эта мембрана состоит из трех слоев — центрального и двух периферических. Поры в базальной

мембране препятствуют прохождению молекул диаметром больше 6 нм.

Наконец, важную роль в определении размера фильтруемых ве­ществ играют щелевые мембраны между «ножками» подоцитов. Эти эпителиальные клетки обращены в просвет капсулы почечного клубочка и имеют отростки — «ножки», которыми прикрепляются к базальной мембране. Базальная мембрана и щелевые мембраны между этими «ножками» ограничивают фильтрацию веществ, диаметр молекул которых больше 6,4 нм (т. е. не проходят веще­ства, радиус молекулы которых превышает 3,2 нм). Поэтому в просвет нефрона свободно проникает инулин (радиус молекулы 1,48 нм, молекулярная масса около 5200), может фильтроваться лишь 22 % яичного альбумина (радиус молекулы 2,85 нм, молеку­лярная масса 43 500), 3 % гемоглобина (радиус молекулы 3,25 нм, молекулярная масса 68 000 и меньше 1 % сывороточного альбумина (радиус молекулы 3,55 нм, молекулярная масса 69 000).

Прохождению белков через клубочковый фильтр препятствуют отрицательно заряженные молекулы — полианионы, входящие в состав вещества базальной мембраны, и сиалогликопротеиды в выстилке, лежащей на поверхности подоцитов и между их «нож­ками». Ограничение для фильтрации белков, имеющих отрицатель­ный заряд, обусловлено размером пор клубочкового фильтра и их электронегативностью. Таким образом, состав клубочкового фильтрата зависит от свойств эпителиального барьера и базальной мембраны. Естественно, размер и свойства пор фильтрационного барьера вариабельны, поэтому в обычных условиях в ультрафиль­трате обнаруживаются лишь следы белковых фракций, характер­ных для плазмы крови. Прохождение достаточно крупных молекул через поры зависит не только от их размера, но и конфигурации молекулы, ее пространственного соответствия форме поры.

Уровень клубочковой фильтрации зависит от разности между гидростатическим давлением крови (около 44—47 мм рт. ст. в ка­пиллярах клубочка), онкотическим давлением белков плазмы крови (около 25 мм рт. ст.) и гидростатическим давлением в кап­суле клубочка (около 10 мм рт. ст.). Эффективное фильтрацион­ное давление, определяющее скорость клубочковой фильтрации, составляет 10—15 мм рт. ст. [47 мм рт. ст.— (25 мм рт. ст.+ + 10 мм рт. ст.) = 12 мм рт. ст.]. Фильтрация происходит только в том случае, если давление крови в капиллярах клубочков превы-

шает сумму онкотического давления белков в плазме и давления жидкости в капсуле клубочка.

Ультрафильтрат, извлеченный микропипеткой из полости клу­бочка, практически не содержит белков, но подобен плазме по общей концентрации осмотически активных веществ, глюкозы, мо­чевины, мочевой кислоты, креатинина и др. Небольшое различие концентрации ряда ионов по обеим сторонам клубочковой мембра­ны обусловлено равновесием Доннана — наличием в плазме крови анионов, не диффундирующих через мембрану и удерживающих часть катионов. Следовательно, для расчета количества фильтруе­мых веществ в клубочках необходимо учитывать, какая их часть может проходить из плазмы в просвет нефрона через гломеруляр-ный фильтр.

Для внесения поправки на связывание некоторых ионов белка­ми плазмы крови вводится понятие об улътрафилътруемой фрак­ции (f) — той части вещества от общей его концентрации в плазме крови, которая не связана с белком и свободно проходит через клубочковый фильтр. Ультрафильтруемая фракция для кальция составляет 0,6, для магния — 0,75. Эти величины свидетельствуют о том, что около 40 % кальция плазмы связано с белком и не фильтруется в клубочках. Однако в профильтровавшейся жидкости кальций (и магний) также состоит из двух фракций: одна из них — ионизированный кальций (магний), другая — кальций (магний), связанный с низкомолекулярными соединениями, прохо­дящими через клубочковый фильтр.

В ультрафильтрате обнаруживаются следы белка. Различие размера пор в клубочках даже у здорового человека обусловливает проникновение небольшого количества особенно измененных бел­ков; из нормальной мочи удалось выделить в следовых количествах белковые фракции, характерные для плазмы крови.

Измерение скорости клубочковой фильтрации. Для расчета объема жидкости, фильтруемой в 1 мин в почечных клубочках (скорость клубочковой фильтрации), и ряда других показателей процесса мочеобразования используют методы и формулы, осно­ванные на принципе очищения (иногда их называют «клиренсовые методы», от английского слова clearance — очищение). Для измере­ния величины клубочковой фильтрации используют физиологи­чески инертные вещества, не токсичные и не связывающиеся с белком в плазме крови, свободно проникающие через поры мем­браны клубочкового фильтра из просвета капилляров вместе с без­белковой частью плазмы. Следовательно, концентрация этих ве­ществ в клубочковой жидкости будет такой же, как в плазме кро­ви. Это вещества не должны реабсорбироваться и секретироваться в почечных канальцах, тем самым с мочой будет выделяться все количество данного вещества, поступившего в просвет нефрона с ультрафильтратом в клубочках. К веществам, используемым для измерения скорости клубочковой фильтрации, относятся полимер фруктозы инулин, маннитол, полиэтиленгликоль-400, креатинин.

Рассмотрим принцип очищения на примере измерения объема

клубочковой фильтрации с помощью инулина (рис. 12.5). Количество профильтровавшегося в клубочках инулина (In) равно произведению объема фильтрата (С,_п) на концентрацию в нем инулина (она равна его концентрации в плазме крови, Р,_п). Выде­лившееся за то же время с мочой количество инулина равно про­изведению объема экскретированной мочи (V) на концентрацию в ней инулина (U_In).

Так как инулин не реабсорбируется и не секретируется, то ко­личество профильтровавшегося инулина (С,_п * Р_/п), равно коли­честву выделившегося (V* U,_n), откуда:

Эта формула является основной для расчета скорости клубоч­ковой фильтрации. При использовании других веществ для измере­ния скорости клубочковой фильтрации инулин в формуле заменя­ют на анализируемое вещество и рассчитывают скорость клубочко­вой фильтрации данного вещества. Скорость фильтрации жидкости вычисляют в мл/мин; для сопоставления величины клубочковой фильтрации у людей различных массы тела и роста ее относят к стандартной поверхности тела человека (1,73 м). В норме у муж­чин в обеих почках скорость клубочковой фильтрации на 1,73 м² составляет около 125 мл/мин, у женщин — приблизительно 110 мл/мин.

Измеренная с помощью инулина величина фильтрации в клу­бочках, называемая также коэффициентом очищения от инулина (или инулиновым клиренсом), показывает, какой объем плазмы крови освобожден от инулина за это время. Для измерения очи­щения от инулина необходимо непрерывно вливать в вену раствор инулина, чтобы в течение всего исследования поддерживать по­стоянной его концентрацию в крови. Очевидно, что это весьма сложно и в клинике не всегда осуществимо, поэтому чаще исполь­зуют креатинин — естественный компонент плазмы, по очи­щению от которого можно было бы судить о скорости клубочковой фильтрации, хотя с его помощью скорость клубочковой фильтра­ции измеряется менее точно, чем при инфузии инулина. При не­которых физиологических и особенно патологических состояниях креатинин может реабсорбироваться и секретироваться, тем самым очищение от креатинина может не отражать истинной величины клубочковой фильтрации.

У здорового человека вода попадает в просвет нефрона в ре­зультате фильтрации в клубочках, реабсорбируется в канальцах, и вследствие этого концентрация инулина растет. Концентрацион­ный показатель инулина U_ln/P,_n указывает, во сколько раз умень­шается объем фильтрата при его прохождении по канальцам. Эта величина имеет важное значение для суждения об особенностях обработки любого вещества в канальцах, для ответа на вопрос о том, подвергается ли вещество реабсорбции или секретируется клетками канальцев. Если концентрационный показатель данного вещества X U_x/P_x меньше, чем одновременно измеренная вели­чина и_1п/Р,_п, то это указывает на реабсорбцию вещества X в ка­нальцах, если Ux/Px больше, чем UIn/P_In, то это указывает на его секрецию. Отношение концентрационных показателей вещества X и инулина Ux/Px: UI_n/PI_n носит название экскретируемой фрак­ции (EF).

12.2.3.2. Канальцевая реабсорбция

Начальный этап мочеобразования, приводящий к фильтрации всех низкомолекулярных компонентов плазмы крови, неизбежно должен сочетаться с существованием в почке систем, реабсорби-рующих все ценные для организма вещества. В обычных условиях в почке человека за сутки образуется до 180 л фильтрата, а выде­ляется 1,0—1,5 л мочи, остальная жидкость всасывается в ка­нальцах. Роль клеток различных сегментов нефрона в реабсорб­ции неодинакова. Проведенные на животных опыты с извлечением микропипеткой жидкости из различных участков нефрона позво­лили выяснить особенности реабсорбции различных веществ в раз­ных частях почечных канальцев (рис. 12.6). В проксимальном сегменте нефрона практически полностью реабсорбируются ами­нокислоты, глюкоза, витамины, белки, микроэлементы, значи­тельное количество ионов Na⁺, Cl~, HCOj. В последующих от-

делах нефрона всасываются преимущественно электролиты и Вода.

Реабсорбция натрия и хлора представляет собой наиболее значительный по объему и энергетическим тратам про­цесс. В проксимальном канальце в результате реабсорбции боль­шинства профильтровавшихся веществ и воды объем первичной

мочи уменьшается, и в начальный отдел петли нефрона поступает около 1/3 профильтровавшейся в клубочках жидкости. Из всего количества натрия, поступившего в нефрон при фильтрации, в пет­ле нефрона всасывается до 25 %, в дистальном извитом каналь­це — около 9 %, и менее 1 % реабсорбируется в собирательных трубках или экскретируется с мочой.

Реабсорбция в дистальном сегменте характеризуется тем, что клетки переносят меньшее, чем в проксимальном канальце, коли­чество ионов, но против большего градиента концентрации. Этот сегмент нефрона и собирательные трубки играют важнейшую роль в регуляции объема выделяемой мочи и концентрации в ней осмотически активных веществ (осмотическая концентрация'). В конечной моче концентрация натрия может снижаться до 1 ммоль/л по сравнению со 140 ммоль/л в плазме крови. В дис­тальном канальце калий не только реабсорбируется, но и секре-тируется при его избытке в организме.

В проксимальном отделе нефрона реабсорбция натрия, калия, хлора и других веществ происходит через высокопроницаемую для воды мембрану стенки канальца. Напротив, в толстом восхо­дящем отделе петли нефрона, дистальных извитых канальцах и собирательных трубках реабсорбция ионов и воды происходит че­рез малопроницаемую для воды стенку канальца; проницаемость мембраны для воды в отдельных участках нефрона и собиратель­ных трубках может регулироваться, а величина проницаемости изменяется в зависимости от функционального состояния организ­ма (факультативная реабсорбция). Под влиянием импульсов, по­ступающих по эфферентным нервам, и при действии биологически активных веществ реабсорбция натрия и хлора регулируется в проксимальном отделе нефрона. Это особенно отчетливо проявля­ется в случае увеличения объема крови и внеклеточной жидкости, когда уменьшение реабсорбции в проксимальном канальце спо­собствует усилению экскреции ионов и воды и тем самым — вос­становлению водно-солевого равновесия. В проксимальном каналь­це всегда сохраняется изоосмия. Стенка канальца проницаема для воды, и объем реабсорбируемой воды определяется количест­вом реабсорбируемых осмотически активных веществ, за которыми вода движется по осмотическому градиенту. В конечных частях дистального сегмента нефрона и собирательных трубках про­ницаемость стенки канальца для воды регулируется вазопрес-сином.

Факультативная реабсорбция воды зависит от осмотической про­ницаемости канальцевой стенки, величины осмотического градиен­та и скорости движения жидкости по канальцу.

Для характеристики всасывания различных веществ в почеч­ных канальцах существенное значение имеет представление о по-

роге выведения. Непороговые вещества выделяются при любой их концентрации в плазме крови (и соответственно в ультрафильтра­те). Такими веществами являются инулин, маннитол. Порог выве­дения практически всех физиологически важных, ценных для ор­ганизма веществ различен. Так, выделение глюкозы с мочой (глю-козурия) наступает тогда, когда ее концентрация в клубочковом фильтрате (и в плазме крови) превышает 10 ммоль/л. Физиологи­ческий смысл этого явления будет раскрыт при описании механиз­ма реабсорбции.

Механизмы канальцевой реабсорбции. Обратное всасывание различных веществ в канальцах обеспечивается активным и пас­сивным транспортом. Если вещество реабсорбируется против электрохимического и концентрационного градиентов, процесс называется активным транспортом. Различают два ви­да активного транспорта — первично-активный и вторично-актив­ный. Первично-активным транспорт называется в том случае, ког­да происходит перенос вещества против электрохимического гра­диента за счет энергии клеточного метаболизма. Примером служит транспорт ионов Na⁺, который происходит при участии фермента Na⁺, К⁺-АТФазы, использующей энергию АТФ. Вторично-актив­ным называется перенос вещества против концентрационного гра­диента, но без затраты энергии клетки непосредственно на этот процесс; так реабсорбируются глюкоза, аминокислоты. Из просве­та канальца эти органические вещества поступают в клетки прок­симального канальца с помощью специального переносчика, кото­рый обязательно должен присоединить ион Na⁺. Этот комплекс (переносчик + органическое вещество + Na⁺) способствует пере­мещению вещества через мембрану щеточной каемки и его поступ­лению внутрь клетки. Движущей силой переноса этих веществ через апикальную плазматическую мембрану служит меньшая по сравнению с просветом канальца концентрация натрия в цито­плазме клетки. Градиент концентрации натрия обусловлен непре­станным активным выведением натрия из клетки во внеклеточную жидкость с помощью Na⁺, К⁺-АТФазы, локализованной в лате­ральных и базальной мембранах клетки.

Реабсорбция воды, хлора и некоторых других ионов, мочевины осуществляется с помощью пассивного транспорта — по электрохимическому, концентрационному или осмотическому градиенту. Примером пассивного транспорта является реабсорбция в дистальном извитом канальце хлора по электрохимическому гра­диенту, создаваемому активным транспортом натрия. По осмоти­ческому градиенту транспортируется вода, причем скорость ее всасывания зависит от осмотической проницаемости стенки ка­нальца и разности концентрации осмотически активных веществ по обеим сторонам его стенки. В содержимом проксимального канальца вследствие всасывания воды и растворенных в ней ве­ществ растет концентрация мочевины, небольшое количество ко­торой по концентрационному градиенту реабсорбируется в кровь.

Достижения в области молекулярной биологии позволили ус-

тановить строение молекул ионных и водных каналов (аквапори-нов) рецепторов, аутакоидов и гормонов и тем самым проник­нуть в сущность некоторых клеточных механизмов, обеспечиваю­щих транспорт веществ через стенку канальца. Различны свойства клеток разных отделов нефрона, неодинаковы свойства цитоплаз-матической мембраны в одной и той же клетке. Апикальная мем­брана клетки, обращенная в просвет канальца, имеет иные харак­теристики, чем ее базальная и боковые мембраны, омываемые межклеточной жидкостью и соприкасающиеся с кровеносным ка­пилляром. Вследствие этого апикальная и базальная плазматичес­кие мембраны участвуют в транспорте веществ по-разному; спе­цифично и действие биологически активных веществ на ту и дру­гую мембраны.

Клеточный механизм реабсорбции ионов рассмотрим на при­мере Na⁺. В проксимальном канальце нефрона всасывание Na⁺ в кровь происходит в результате ряда процессов, один из кото­рых — активный транспорт Na⁺ из просвета канальца, другой — пассивная реабсорбция Na⁺ вслед за активно транспортируемыми в кровь как ионами гидрокарбоната, так и Сl. При введении одно­го микроэлектрода в просвет канальцев, а второго — в околока-нальцевую жидкость было выявлено, что разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностью стенки проксимально­го канальца оказалась очень небольшой — около 1,3 мВ, в области дистального канальца она может достигать — 60 мВ (рис. 12.7). Просвет обоих канальцев электроотрицателен, а в крови (следова­тельно, и во внеклеточной жидкости), концентрация Na⁺ выше, чем в жидкости, находящейся в просвете этих канальцев, поэтому реаб­сорбция Na⁺ осуществляется активно против градиента электрохи­мического потенциала. При этом из просвета канальца Na⁺ входит в клетку по натриевому каналу или при участии переносчика. Внутрен­няя часть клетки запряжена отрицательно, и положительно заря­женный Na⁺ поступает в клетку по градиенту потенциала, движется в сторону базальной плазматической мембраны, через которую натриевым насосом выбрасывается в межклеточную жидкость; гра­диент потенциала на этой мембране достигает 70—90 мВ.

Имеются вещества, которые могут влиять на отдельные эле-

менты системы реабсорбции Na⁺. Так, натриевый канал в мембра­не клетки дистального канальца и собирательной трубки блоки­руется амилоридом и триамтереном, в результате чего Na⁺ не может войти в канал. В клетках имеется несколько типов ионных насосов. Один из них представляет собой Na⁺, К⁺-АТФазу. Этот фермент находится в базальной и латеральных мембранах клетки и обеспечивает транспорт Na⁺ из клетки в кровь и поступление из крови в клетку К⁺. Фермент угнетается сердечными гликозидами, например строфантином, уабаином. В реабсорбции гидрокарбоната важная роль принадлежит ферменту карбоангидразе, ингибитором которого является ацетазоламид — он прекращает реабсорбцию гидрокарбоната, который экскретируется с мочой.

Фильтруемая глюкоза практически полностью реабсорбируется клетками проксимального канальца, и в норме за сутки с мочой выделяется незначительное ее количество (не более 130 мг). Про­цесс обратного всасывания глюкозы осуществляется против высо­кого концентрационного градиента и является вторично-активным. В апикальной (люминальной) мембране клетки глюкоза соеди­няется с переносчиком, который должен присоединить также Na⁺, после чего комплекс транспортируется через апикальную мембра­ну, т. е. в цитоплазму поступают глюкоза и Na⁺. Апикальная мем­брана отличается высокой селективностью и односторонней про­ницаемостью и не пропускает ни глюкозу, ни Na⁺ обратно из клетки в просвет канальца. Эти вещества движутся к основанию клетки по градиенту концентрации. Перенос глюкозы из клетки в кровь через базальную плазматическую мембрану носит характер облегченной диффузии, a Na⁺, как уже отмечалось выше, удаляет­ся натриевым насосом, находящимся в этой мембране.

Аминокислоты почти полностью реабсорбируются клетками проксимального канальца. Имеется не менее 4 систем транспорта аминокислот из просвета канальца в кровь, осуществляющих реабсорбцию нейтральных, двуосновных, дикарбоксильных амино­кислот и иминокислот. Каждая из этих систем обеспечивает вса­сывание ряда аминокислот одной группы. Так, система реабсорб­ции двуосновных аминокислот участвует во всасывании лизина, аргинина, орнитина и, возможно, цистина. При введении в кровь избытка одной из этих аминокислот начинается усиленная экскре­ция почкой аминокислот только данной группы. Системы тран­спорта отдельных групп аминокислот контролируются раздельны­ми генетическими механизмами. Описаны наследственные заболе­вания, одним из проявлений которых служит увеличенная экскре­ция определенных групп аминокислот (аминоацидурия).

Выделение с мочой слабых кислот и оснований зависит от их клубочковой фильтрации, процесса реабсорбции или секреции. Процесс выведения этих веществ во многом определяется «неион­ной диффузией», влияние которой особенно сказывается в дисталь-ных канальцах и собирательных трубках. Слабые кислоты и осно­вания могут существовать в зависимости от рН среды в двух фор­мах — неионизированной и ионизированной. Клеточные мембраны

более проницаемы для неионизированных веществ. Многие слабые кислоты с большей скоростью экскретируются с щелочной мочой, а слабые основания, напротив, — с кислой. Степень ионизации оснований увеличивается в кислой среде, но уменьшается в ще­лочной. В неионизированном состоянии эти вещества через липи-ды мембран проникают в клетки, а затем в плазму крови, т. е. они реабсорбируются. Если значение рН канальцевой жидкости сдви­нуто в кислую сторону, то основания ионизируются, плохо всасы­ваются и экскретируются с мочой. Никотин — слабое основание, при рН 8,1 ионизируется 50 %, в 3—4 раза быстрее экскретирует-ся с кислой (рН около 5), чем с щелочной (рН 7,8) мочой. Про­цесс «неионной диффузии» влияет на выделение почками слабых оснований и кислот, барбитуратов и других лекарственных ве­ществ.

Небольшое количество профильтровавшегося в клубочках бел­ка реабсорбируется клетками проксимальных канальцев. Выделе­ние белков с мочой в норме составляет не более 20—75 мг в сутки, а при заболеваниях почек оно может возрастать до 50 г в сутки. Увеличение выделения белков с мочой (протеинурия) может быть обусловлено нарушением их реабсорбции либо увели­чением фильтрации.

В отличие от реабсорбции электролитов, глюкозы и аминокис­лот, которые, проникнув через апикальную мембрану, в неизме­ненном виде достигают базальной плазматической мембраны и транспортируются в кровь, реабсорбция белка обеспечивается принципиально иным механизмом. Белок попадает в клетку с по­мощью пиноцитоза. Молекулы профильтровавшегося белка ад­сорбируются на поверхности апикальной мембраны клетки, при этом мембрана участвует в образовании пиноцитозной вакуоли. Эта вакуоль движется в сторону базальной части клетки. В около­ядерной области, где локализован пластинчатый комплекс (аппа­рат Гольджи), вакуоли могут сливаться с лизосомами, обладаю­щими высокой активностью ряда ферментов. В лизосомах захва­ченные белки расщепляются и образовавшиеся аминокислоты, дипептиды удаляются в кровь через базальную плазматическую мембрану. Следует, однако, подчеркнуть, что не все белки подвер­гаются гидролизу в процессе транспорта и часть их переносится в кровь в неизмененном виде.

Определение величины реабсорбции в канальцах почки. Обрат­ное всасывание веществ, или, иными словами, их транспорт (Т) из просвета канальцев в тканевую (межклеточную) жидкость и в кровь, при реабсорбции R (T^R_X) определяется по разности между количеством вещества X (F*P_x*f_x), профильтровавшегося в клу­бочках, и количеством вещества, выделенного с мочой (U_X*V).

где F — объем клубочковой фильтрации, f_x — фракция веще­ства X, не связанная с белками в плазме по отношению к его об-

щей концентрации в плазме крови, Р — концентрация вещества в плазме крови, U — концентрация вещества в моче.

По приведенной формуле рассчитывают абсолютное количество реабсорбируемого вещества. При вычислении относительной реаб-сорбции (% R) определяют долю вещества, подвергшуюся обрат­ному всасыванию по отношению к количеству вещества, про­фильтровавшегося в клубочках:

Для оценки реабсорбционной способности клеток проксималь­ных канальцев важное значение имеет определение максимальной величины транспорта глюкозы (Т_та). Эту величину измеряют при полном насыщении глюкозой системы ее канальцевого тран­спорта (см. рис. 12.5). Для этого вливают в кровь раствор глюкозы и тем самым повышают ее концентрацию в клубочковом фильтрате до тех пор, пока значительное количество глюкозы не начнет вы­деляться с мочой:

где F — клубочковая фильтрация, P_G — концентрация глюкозы в плазме крови, a U_G — концентрация глюкозы в моче; Т_т — максимальный канальцевый транспорт изучаемого вещества. Вели­чина Т_тg характеризует полную загрузку системы транспорта глю­козы; у мужчин эта величина равна 375 мг/мин, а у женщин — 303 мг/мин при расчете на 1,73 м² поверхности тела.

12.2.3.3. Канальцевая секреция

В выделении продуктов обмена и чужеродных веществ имеет значение их секреция из крови в просвет канальца против кон­центрационного и электрохимического градиентов. Этот дополни­тельный механизм выделения ряда веществ, помимо их фильтра­ции в клубочках, позволяет быстро экскретировать некоторые ор­ганические кислоты и основания, а также некоторые ионы, напри­мер К⁺. Секреция органических кислот (феноловый красный, ПАГ, диодраст, пенициллин) и органических оснований (холин) происходит в проксимальном сегменте нефрона и обусловлена функционированием специальных систем транспорта. Калий секре-тируется в конечных частях дистального сегмента и собиратель­ных трубках.

Рассмотрим механизм процесса секреции органических кислот на примере выделения почкой ПАГ. При введении ПАГ в кровь че­ловека ее выделение с мочой зависит от фильтрации в клубочках и секреции клетками канальцев (см. рис. 12.5). Когда секреция ПАГ (РАН) достигает максимального уровня (Ттр_АН), она ста­новится постоянной и не зависит от содержания ПАГ в плазме крови. Принцип секреторного процесса при транспорте органиче­ских соединений состоит в том, что в мембране клетки прокси-

мального канальца, обращенной к интерстициальной жидкости, имеется переносчик А, обладающий высоким сродством к ПАГ. В присутствии ПАГ образуется комплекс А—ПАГ, который обе­спечивает перемещение ПАГ через мембрану, и на ее внутренней поверхности ПАГ освобождается в цитоплазму. При этом перенос­чик снова приобретает способность перемещаться к внешней поверхности мембраны и соединяться с новой молекулой ПАГ. Механизм транспорта состоит в том, что переносчик обменивает ПАГ на а-кетоглутарат на базальной плазматической мембране клетки проксимального канальца. Переносчик обеспечивает по­ступление ПАГ внутрь клетки. Угнетение дыхания цианидами, разобщение дыхания и окислительного фосфорилирования в при­сутствии динитрофенола снижают и прекращают секрецию. 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 насы­щаются ПАГ. Максимальная скорость транспорта ПАГ достигает­ся в тот момент, когда количество ПАГ, доступное для тран­спорта, становится равным количеству молекул переносчика А, которые могут образовывать комплекс А—ПАГ.

Поступившая в клетку ПАГ движется по цитоплазме к апи­кальной мембране и с помощью имеющегося в ней специального механизма выделяется в просвет канальца. Способность клеток почки к секреции органических кислот и оснований носит адап­тивный характер. Если в течение нескольких дней часто инъециро­вать ПАГ (или пенициллин), то интенсивность секреции возраста­ет. Это обусловлено тем, что в клетках проксимальных канальцев при участии систем белкового синтеза вырабатываются вещества, являющиеся необходимыми компонентами процесса переноса че­рез мембрану органических веществ.

Подобно секреции органических кислот, секреция органических оснований (например, холина) происходит в проксимальном сег­менте нефрона и характеризуется Т_т. Системы секреции органи­ческих кислот и оснований функционируют независимо друг от друга, при угнетении секреции органических кислот пробенецидом секреция оснований не нарушается.

Транспорт в нефроне К⁺ характеризуется тем, что К+ не только подвергается обратному всасыванию, но и секретируется клетками эпителия конечных отделов нефрона и собирательных трубок. При реабсорбции из просвета канальца К⁺ поступает в эпителиальную клетку, где концентрация К⁺ во много раз выше, чем в канальцевой жидкости, и К⁺ диффундирует из клетки через базальную плазматическую мембрану в тканевую интерстициаль-ную жидкость, а затем уносится кровью. При секреции К⁺ посту­пает в клетку в обмен на Na⁺ через эту же мембрану с помощью натрий-калиевого насоса, который удаляет Na⁺ из клетки; тем самым поддерживается высокая внутриклеточная концентрация К⁺. При избытке К⁺ в организме система регуляции стимулирует его секрецию клетками канальцев. Возрастает проницаемость для К⁺

мембраны клетки, обращенной в просвет канальца, появляются «каналы», по которым К⁺ по градиенту концентрации может вы­ходить из клетки. Скорость секреции К⁺ зависит от градиента электрохимического потенциала на этой мембране клетки: чем больше электроотрицательность апикальной мембраны, тем выше уровень секреции. При введении в кровь и поступлении в просвет канальца слабо реабсорбируемых анионов, например сульфатов, увеличивается секреция К⁺. Таким образом, секреция К⁺ зависит от его внутриклеточной концентрации, проницаемости для К⁺ апи­кальной мембраны клетки и градиента электрохимического потен­циала этой мембраны. При дефиците К⁺ в организме клетки ко­нечных отделов нефрона и собирательных трубок прекращают секрецию К⁺ и только реабсорбируют его из канальцевой жид­кости. В этом случае К⁺ из просвета канальца транспортируется через апикальную плазматическую мембрану внутрь клетки, дви­жется по цитоплазме в сторону основания клетки и через базаль-ную плазматическую мембрану поступает в тканевую жидкость, а затем в кровь. Приведенные данные указывают на высокую плас­тичность клеток этих отделов канальцев, способных под влиянием регуляторных факторов перестраивать свою деятельность, изменяя направление транспорта К⁺, осуществляя то его реабсорбцию, то секрецию.

Определение величины канальцевой секреции. Секреторную функцию проксимальных канальцев измеряют с помощью веществ, которые выделяются из организма главным образом посредством канальцевой секреции. В кровь вводят ПАГ (или диодраст) вме­сте с инулином, который служит для измерения клубочковой филь­трации. Величина транспорта (Г) органического вещества (Тр_АН) при секреции (5) его из крови в просвет канальца опре­деляется по разности между количеством этого вещества, выде­ленным почкой (U_PAH*-V), и количеством попавшего в мочу вслед­ствие фильтрации в (С_1п-Р_РАН):

Приведенная формула характеризует величину секреции вещест­ва почкой при любом уровне загрузки секреторной системы. В то же время мерой работы секреторного аппарата почки служит его мак­симальная загрузка.

При условии полного насыщения секреторного аппарата ПАГ определяется величина максимального канальцевого транспорта ПАГ (Тmран), которая является мерой количества функциони­рующих клеток проксимальных канальцев. У человека Тmpан со­ставляет 80 мг/мин на 1,73 м² поверхности тела.

Дата добавления: 2015-06-04