Рис. 14.7. Почечные процессы, обеспечивающие поддержание баланса натрия

Прямые стрелки и цифры — реабсорбция и экскреция натрия в разных отделах нефрона, СКФ — скорость клубочковой фильтрации. При поступлени в сутки 155 ммоль натрия в организм, фильтруется в мочу за сутки 25 200 ммоль, из которых реабсорбируется 25 050 ммоль, в Том числе ²/₃ (67 %) в проксимальном отделе канальцев, а ‘/₃ (33 %) — в дистальном отделе. В результате за сутки с мочой выделяется 150 ммоль натрия. Оставшиеся 5 ммоль от поступившего количества натрия экскретируются из организма с калом и потом.

ных веществ. Благодаря этому содержимое проксимального отдела остается изоосмотичным плазме крови.

Реабсорбция ионов натрия в проксимальном отделе осуществляется несколькими механизмами активного и пассивного транспорта (рис. 14.9). Во-первых, реабсорбция натрия осуществляется первично активным транспортом. Ионы натрия входит в клетки эпителия через апикальную мембрану пассивно через натриевые каналы по концентрационному градиенту, его выведение через базолатеральные мембраны эпителиальных клеток происходит активно с помощью натрий-калиевых насосов, использующих энергию АТФ. Именно деятельность этих насосов обеспечивает градиент концентрации ионов натрия между внутриканальцевой и внутриклеточной средами. Во-вторых, на апикальной мембране имеется электронейтраль- ный переносчик, обеспечивающий активный обмен Na⁺ и Н⁺, при этом ион натрия поступает в клетку в обмен на удаляемый из клетки Н-ион. Такой механизм транспорта носит название антипорта. Этот переносчик обеспечивает и всасывание бикарбонатного аниона. Профильтровавшийся бикарбонатный анион вместе с Н-ионом образуют угольную кислоту: HCOj + Н⁺ = Н₂СО₃. Располагающаяся на щеточной каемке эпителия канальца карбоангидраза катализирует разложение в канальцевой жидкости угольной кислоты: Н₂СО₃ о Н₂О 4- СО₂, после чего СО₂ диффундирует в клетку по градиенту концентрации. В клетке под влинием цитоплазменной

Конечная моча

Рис. 14.8. Локализация в нефроне и участие в транспорте воды через эпителий почечных канальцев аквапоринов (водных каналов) разных типов (AQP 1—4),

AQP1 — водные каналы, постоянно локализованные в проксимальных извитых канальцах и нисходящем отделе петли Генле, обеспечивают трансэпителиальный транспорт воды из просвета канальцев, т. е. проксимальную реабсорбцию воды.

AQP2 — вазопрессинозависимый тип аквапоринов. Эти водные каналы встраиваются в люминальную мембрану главных клеток собирательных трубочек только при наличии вазопрессина, обеспечивая зависимую от вазопрессина дистальную реабсорбцию воды и концентрирование мочи.

AQP3 и AQP4— водные каналы, постоянно локализованные в базолатеральных мембранах главных клеток эпителия собирательных трубочек, обеспечивают транспорт воды из эпителиальных клеток в интерстиций мозгового вещества.

карбоангидразы протекает обратная реакция: СО₂ + Н₂О <-> Н₂СО₃, угольная кислота диссоциирует: Н₂СО₃ <-> Н⁺ + HCOj. Бикарбонатный анион (HCOJ) пассивно переносится в перитубулярную жидкость по электрохимическому градиенту, создаваемому активным переносом натрия через базолатеральную мембрану, а Н-ион через апикальную мембрану с помощью антипорта Na⁺-H⁺ выводится в просвет канальца. Таким образом, сопровождающим всасывающийся ион натрия в начальных отделах проксимального канальца анионом является бикарбонат. Анионы хлора всасываются в начальных отделах плохо из-за низкой проницаемости стенки. Объем мочи в канальце уменьшается из-за пассивной реабсорбции воды, и концентрация хлоридов в его содержимом растет. В конечных участках проксимальных канальцев межклеточные контакты уже проницаемы для хлоридов (концентрация которых повысилась) и они пассивно по градиенту концентрации всасываются из мочи путем парацеллюлярной диффузии, создавая электрохимический градиент для натрия. В-третьих, ион натрия реабсор-

Просвет канальца Na⁺ Аминокислоты

Интерстиций

Na⁺ Глюкоза

Рис. 14.9.Основные системы транспорта натрия в проксимальном канальце нефрона.

ЖКГ Аминокислоты,
глюкоза

Жирной стрелкой выделено поступление натрия в клетку через натриевый канал по концентрационному градиенту (пассивный транпорт путем простой диффузии). На люминальной мембране черными кружками обозначены переносчики, осуществляющие вторично активный котранспорт путем облегченной диффузии (Na⁺ и глюкоза, Na⁺ и аминокислоты), либо пассивный котранспорт (Na⁺ и фосфат), либо антипорт (Na⁺ и Н⁺). На базолатеральной мембране расположены насосы, обеспечивающие активный транспорт натрия из клетки (Na⁺-K⁺-насос). Черный квадрат — основное вещество плотного межклеточного соединения, при деполимеризации которого возможен пассивный межклеточный транспорт Na.

бируется пассивно, по электрохимическому градиенту, вслед за анионом хлора. Такой пассивный транспорт одного иона (натрия) вместе с пассивным транспортом другого (хлорида) носит название копгранспорта. В-четвертых, на апикальной мембране расположены переносчики-котранспор- теры натрия и органических веществ (глюкозы, аминокислот), натрия и фосфата или сульфата.

Проксимальная реабсорбция глюкозы и аминокислот осуществляется с помощью специальных переносчиков щеточной каемки апикальной мембраны эпителиальных клеток. Эти переносчики транспортируют глюкозу или аминокислоту, только если одновременно связывают и переносят натрий. Пассивное перемещение натрия по градиенту концентрации внутрь клеток ведет к транспорту через мембрану и переносчика с глюкозой или аминокислотой. Для реализации этого процесса необходима низкая концентрация натрия в эпителиальной клетке, создающая градиент концентрации между внешней и внутриклеточной средой, что обеспечивается энергозависимой работой натрий-калиевого насоса базальной мембраны. Поскольку перенос глюкозы или аминокислоты связан с натрием, а его транспорт определяется активным удалением натрия из клетки, такой вид транспорта называют вторично активным, или симпортом, т. е. совместным пассивным транспортом одного вещества (глюкоза) из-за активного транспорта другого (натрия) с помощью одного переносчика.

Ввиду того что для реабсорбции глюкозы необходимо связывание каждой ее молекулы с молекулой переносчика, при избытке глюкозы в первичной моче может произойти полная загрузка всех молекул переносчиков и глюкоза уже не сможет всасываться в кровь. Эта ситуация характеризуется понятием «максимальный канальцевый транспорт вещества» (Т_м глюкозы), которое отражает максимальную загрузку канальцевых переносчиков при определенной концентрации вещества в первичной моче и, соответственно, в крови. Эта величина составляет от 303 мг/мин у женщин до 375 мг/мин у мужчин. Величине максимального канальцевого транспорта соответствует понятие «почечный порог выведения».

Почечным порогом выведения называют ту концентрацию вещества в крови и, соответственно, в первичной моче, при которой оно уже не может быть полностью реабсорбировано в канальцах и появляется в конечной моче. Такие вещества, для которых может быть найден порог выведения, т. е. реабсорбирующиеся при низких концентрациях в крови полностью, а при повышенных концентрациях — не полностью, носят название пороговых. Примером является глюкоза, которая полностью всасывается из первичной мочи при концентрациях в плазме крови ниже 10 ммоль/л, но появляется в конечной моче, т. е. полностью не реабсорбируется, при содержании ее в плазме крови выше 10 ммоль/л. Следовательно, для глюкозы порог выведения составляет 10 ммоль/л.

Вещества, которые вообще не реабсорбируются в канальцах (инулин, маннитол) или мало реабсорбируются и выделяются пропорционально накоплению в крови (мочевина, сульфаты и др.), называются непороговыми, так как для них порога выведения не существует.

Переносчики апикальной мембраны для симпорта натрия и аминокислот лишь относительно специфичны, каждый из них способен транспортировать несколько видов аминокислот. Так, для глутамата и аспартата существует один вид переносчика, для аргинина, лизина — другой.

Реабсорбция пептидов и белков осуществляется практически полностью в проксимальных канальцах. Количество профильтровавшегося белка относительно невелико и составляет около 1,8 г в сутки. Некоторую его часть составляют альбумины, но фильтрационный барьер клубочков проходят и полипептиды меньшего размера, и в первичную мочу фильтруются, например, соматотропин, а также лизоцим и др. В конечную мочу поступает не более 0,15 г белка в сутки (рис. 14.10). Молекулы альбуминов после связывания с рецепторами на люминальной мембране клеток эпителия канальцев подвергаются эндоцитозу, внутриклеточные пузырьки поглощенного белка сливаются с лизосомами и белковые молекулы гидролизуются пептидазами (аналог внутриклеточного пищеварения). Продукты гидролиза, в основном аминокислоты, выводятся в интерстициальную жидкость и поступают в перитубулярные капилляры. Пептиды, особенно с короткой цепью, подвергаются гидролизу ферментами щеточной каемки (аналог мембранного пищеварения), образующиеся аминокислоты реабсорбируются из просвета канальцев.

Дистальная реабсорбция ионов и воды по объему значительно меньше

Альбумины, лизоцим, уромукоид и др.

<0,15

Основные белки мочи

Экскреция белка (г/сут)

Рис. 14.10. Фильтрация белка и его реабсорбция в проксимальном отделе канальцев.

Гломерулярный фильтр пропускает в первичную мочу лишь мелкие молекулы белков и пептидов. В проксимальных канальцах эти молекулы поглощаются клетками эпителия и гидролизуются. Аминокислоты и мелкие пептиды реабсорбируются далее в кровь. С конечной мочой из организма выделяется не более 0,15г белка в сутки.

проксимальной. Однако, существенно меняясь под влиянием регулирующих ее, преимущественно гормональных, воздействий, она определяет состав конечной мочи и способность почки выделять либо концентрированную, либо разведенную мочу (в зависимости от водного баланса организма). В дистальном отделе нефрона происходит активная реабсорбция ионов натрия. Хотя здесь всасывается всего 10 % от профильтровавшегося количества катиона, этот процесс обеспечивает выраженное уменьшение его концентрации в моче и, напротив, повышение концентрации в интерстициальной жидкости, что создает значительный градиент осмотического давления между мочой и интерстицием, необходимый для всасывания из мочи воды. Анион хлора всасывается в толстой восходящей части петли Генле благодаря наличию в апикальной мембране клеток эпителия пере- носчика-котранспортера ионов хлора, натрия и калия, а в дистальных извитых канальцах и собирательных трубочках анион хлора реабсорбируется пассивно по электрохимическому градиенту вслед за активным транспортом натрия. Способность эпителия дистальных канальцев секретировать в мочу Н-ионы связана с реабсорбцией ионов натрия, этот вид транспорта в виде обмена натрия на протон получил название «антипорт». Активно всасывается в дистальном отделе канальцев ионы калия, кальция и фосфатов. Стенка дистального извитого канальца из-за отсутствия аквапоринов имеет низкую проницаемость для воды и, несмотря на реабсорбцию здесь ионов натрия и хлорида, вода почти не всасывается и в собирательные трубки поступает гипотоническая моча.

Способность почки образовывать концентрированную или разведенную мочу обеспечивается деятельностью противоточно-множительной канальцевой системы почки, которая представлена параллельно расположенными коленами петли Генле и собирательными трубочками (рис. 14.11). Моча двигается в этих канальцах в противоположных направлениях (почему система и названа противоточной), а процессы транспорта веществ в одном колене системы усиливаются («умножаются») за счет деятельности другого колена. Определяющую роль в работе противоточного механизма играет восходящее колено петли Генле. Его эпителий активно реабсорбирует в окружающее интерстициальное пространство ионы натрия, поддерживая гиперосмолярность интерстициальной жидкости. Транспорт натрия сопряжен с транспортом калия и хлора (Na, К, 2С1-котранспорт) и антипортом с ионами водорода, осуществляется посредством соответствующих переносчиков. Проницаемость для воды здесь очень низкая из-за отсутствия аквапоринов. В результате интерстициальная жидкость становится гиперосмо- тичной по отношению к содержимому нисходящего колена петли и по направлению к вершине петли осмотическое давление в окружающей ткани растет. Клетки эпителия нисходящего колена, содержащие в апикальной мембране аквапорины 1-го типа (см. рис. 14.8), проницаемы для воды, которая пассивно уходит из просвета в гиперосмотический интерстиций. Таким образом, в нисходящем колене моча из-за всасывания воды становится все более и более гиперосмотичной, т. е. устанавливается осмотическое равновесие с интерстициальной жидкостью. В восходящем колене из-за всасывания натрия моча становится все менее осмотичной и в корковый отдел дистального канальца восходит уже гипотоничная моча. Однако ее количество из-за всасывания воды и солей в петле Генле существенно уменьшилось.

Собирательная трубочка, в которую затем поступает моча, тоже образует с восходящим коленом петли Генле противоточную систему. Если в собирательных трубочках вода всасывается мало, а натрий, хлориды, мочевина продолжают реабсорбироваться, то нефрон выделяет большие количества гипотоничной слабо концентрированной мочи. Этот процесс носит название разведения мочи. Он реализуется при необходимости выделения избытка воды из внутренней среды.

Стенка собирательной трубочки становится проницаемой для воды только в присутствии вазопрессина. Этот эффект вазопрессина обусловлен тем, что гормон вазопрессин обеспечивает встраивание в апикальную мембрану эпителия собирательных клеток молекул аквапорина 2-го типа (см. рис. 14.8), образующих водные каналы, а в отсутствии вазопрессина аква- порины-2 путем эндоцитоза поглощаются внутрь клеток, что носит назва-