Механізми реабсорбції у канальцях. Активний транспорт у нирках. Механізми канальцевої реабсорбції Реабсорбція води в канальцях становить близько

Канальцева реабсорбція - це процес зворотного всмоктування води і речовин з сечі, що міститься в просвіті канальців, в лімфу і кров.

Основна маса молекул реабсорбується у проксимальному відділі нефрону. Тут практично повністю абсорбуються амінокислоти, глюкоза, вітаміни, білки, мікроелементи, значна кількість іонів Na+, C1-, HCO3- та багато інших речовин.

У петлі Генлі, дистальному відділі канальця та збиральних трубочках всмоктуються електроліти та вода.

Альдостерон стимулює реабсорбцію Na+ та екскрецію K+ та H+ у ниркові канальці у дистальному відділі нефрону, у дистальному канальці та кортикальних збиральних трубочках.

Вазопресин сприяє реабсорбції води з дистальних звивистих канальців та збиральних трубок.

За допомогою пасивного транспорту здійснюється реабсорбція води, хлору, сечовини.

Активним транспортом називають перенесення речовин проти електрохімічного та концентраційного градієнтів. Причому розрізняють первинно-активний та вторинно-активний транспорт. Первинно-активний транспорт відбувається із витратою енергії клітини. Прикладом є перенесення іонів Na+ за допомогою ферменту Na+/K+-АТФази, що використовує енергію АТФ. При вторинно-активному транспорті перенесення речовини здійснюється з допомогою енергії транспорту іншого речовини. Механізмом вторинно-активного транспорту реабсорбуються глюкоза та амінокислоти.

Величині максимального канальцевого транспорту відповідає старе поняття "нирковий поріг виведення". Для глюкози ця величина становить 10 ммоль/л.

Речовини, реабсорбція яких не залежить від їхньої концентрації в плазмі крові, називаються непороговими. До них відносяться речовини, які або взагалі не реабсорбуються (інулін, манітол) або мало реабсорбуються і виділяються із сечею пропорційно накопиченню їх у крові (сульфати).

У нормі невелика кількість білка потрапляє у фільтрат та реабсорбується. Процес реабсорбції білка здійснюється за допомогою піноцитозу. Увійшовши в клітину, білок піддається гідролізу з боку ферментів лізосом і перетворюється на амінокислоти. Не всі білки піддаються гідролізу, частина їх перетворюється на кров у незміненому вигляді. Цей процес активний і потребує енергії. Поява білка в сечі зветься протеїнурії. Протеїнурія може бути і у фізіологічних умовах, наприклад, після тяжкої м'язової роботи. В основному протеїнурія має місце у патології при нефритах, нефропатіях, при мієломній хворобі.

Сечовина відіграє важливу роль у механізмах концентрування сечі, вільно фільтрується у клубочках. У проксимальному канальці частина сечовини пасивно реабсорбується за рахунок концентрації градієнта, який виникає внаслідок концентрування сечі. Решта сечовини доходить до збірних трубочок. У збиральних трубочках під впливом АДГ відбувається реабсорбція води та концентрація сечовини підвищується. АДГ посилює проникність стінки і для сечовини, і вона перетворюється на мозкову речовину нирки, створюючи тут приблизно 50% осмотичного тиску. З інтерстицію по концентраційному градієнту сечовина дифундує в петлю Генле і знову надходить у дистальні канальці та збиральні трубочки. Таким чином, відбувається внутрішньонирковий кругообіг сечовини. У разі водного діурезу всмоктування води у дистальному відділі нефрону припиняється, а сечовини виводиться більше. Таким чином, її екскреція залежить від діурезу.

Реабсорбція слабких кислот та основ залежить від того, в якій формі вони знаходяться – в іонізованій чи неіонізованій. Слабкі основи та кислоти в іонізованому стані не реабсорбуються та виводяться із сечею. Ступінь іонізації основ збільшується в кислому середовищі, тому вони з більшою швидкістю екскретуються з кислою сечею, слабкі кислоти, навпаки, швидше виводяться із лужною сечею. Це має велике значення, оскільки багато лікарських речовин є слабкими основами або слабкими кислотами. Тому при отруєнні ацетилсаліциловою кислотою або фенобарбіталом (слабкими кислотами) необхідно вводити лужні розчини (NaHCO3), щоб перевести ці кислоти в іонізований стан, тим самим сприяючи їх швидкому виведенню з організму. Для швидкої екскреції слабких основ необхідно вводити у кров кислі продукти закислення сечі.

Вода реабсорбується у всіх відділах нефрону пасивно за рахунок транспорту осмотично-активних речовин: глюкози, амінокислот, білків, іонів натрію, калію, кальцію, хлору. При зниженні реабсорбції осмотично активних речовин зменшується реабсорбція води. Наявність глюкози в кінцевій сечі призводить до збільшення діурезу (поліурії).

Основним іоном, який забезпечує пасивне всмоктування води, є натрій. Натрій, як зазначалося вище, також необхідний транспорту глюкози і амінокислот. Крім того, він відіграє важливу роль у створенні осмотично активного середовища в інтерстиції мозкового шару нирки, завдяки чому відбувається концентрація сечі.

Надходження натрію з первинної сечі через апікальну мембрану всередину клітини канальцевого епітелію відбувається пасивно електрохімічним і концентраційним градієнтам. Виведення натрію з клітин через базолатеральні мембрани здійснюється активно за допомогою Na+/K+-АТФази. Оскільки енергія клітинного метаболізму витрачається перенесення натрію, транспорт його є первинно-активним. Транспорт натрію у клітину може відбуватися з допомогою різних механізмів. Один з них - це обмін Na + на Н + (протитечний транспорт, або антипорт). В цьому випадку іон натрію переноситься всередину клітини, а іон водню – назовні. Інший шлях перенесення натрію у клітину здійснюється за участю амінокислот, глюкози. Це так званий котранспорт, чи симпорт. Частково реабсорбція натрію пов'язана із секрецією калію.

Серцеві глікозиди (строфантин К, оубаїн) здатні пригнічувати фермент Na+/К+-АТФазу, що забезпечує перенесення натрію з клітини в кров та транспорт калію з крові в клітину.

Велике значення в механізмах реабсорбції води та іонів натрію, а також концентрування сечі має робота так званої поворотно-протиточної розмножувальної системи. Після проходження проксимального відрізка канальця ізотонічний фільтрат у зменшеному обсязі надходить у петлю Генле. У цьому ділянці інтенсивна реабсорбція натрію не супроводжується реабсорбцією води, оскільки стінки цього відрізка мало проникні води під впливом АДГ. У зв'язку з цим наступають розведення сечі у просвіті нефрону та концентрація натрію в інтерстиції. Розведена сеча в дистальному відділі канальця втрачає надлишок рідини, стаючи ізотонічною плазмою. Зменшений обсяг ізотонічної сечі надходить у збірну систему, що йде в мозковому шарі, високий осмотичний тиск в інтерстиції якого обумовлено підвищеною концентрацією натрію. У збиральних трубочках під впливом АДГ продовжується зворотне всмоктування води відповідно до концентраційного градієнта. Проходять в мозковому шарі vasa recta функціонують як протиточно-обмінні судини, що забирають на шляху до сосочків натрій і віддають його до повернення до кіркового шару. У глибині мозкового шару таким шляхом підтримується високий вміст натрію, що забезпечує резорбцію води зі збиральної системи та концентрацію сечі.

2 етапомутворення сечі є реабсорбція -зворотне всмоктування води та розчинених у ній речовин. Це доведено в прямих дослідах з аналізом сечі, отриманої шляхом мікропункції з різних відділів нефрону.

На відміну від первинної сечі, яка є результатом фізико-хімічних процесів фільтрації, реабсорбція значною мірою здійснюється за рахунок біохімічних процесів клітин канальців нефрону, енергія для яких черпається з розпаду макроергів. Це підтверджується тим, що після отруєння речовинами, що блокують тканинне дихання (ціаніди), різко погіршується зворотне всмоктування натрію, а блокада фосфорилювання монойодацетоном різко пригнічує реабсорбцію глюкози. Реабсорбція погіршується також за зниження обміну речовин, у організмі. Наприклад, при охолодженні організму на морозі та діурез при цьому зростає.

Поряд з пасивнимипроцесами транспорту (дифузія, сили осмосу) у реабсорбції велику роль грають піноцитоз, електростатичні взаємодії між по-різному зарядженими іонами тощо. Розрізняють також 2 види активного транспорту:

первинно-активнийтранспорт здійснюється проти електрохімічного градієнта і при цьому транспорт відбувається за рахунок енергії АТФ,

вторинно-активнийтранспорт здійснюється проти концентраційного градієнта і у своїй енергія клітини не витрачається. З допомогою цього механізму реабсорбується глюкоза, амінокислоти. При цьому виді транспорту органічна речовина входить до клітини проксимального канальця за допомогою переносника, який обов'язково має приєднати іон натрію. Цей комплекс (переносник + органічна речовина + іон натрію) переміщається в мембрані щіткової облямівки, цей комплекс за рахунок різниці концентрацій Na + між просвітом канальця та цитоплазмою надходить у клітину, тобто. у канальці іонів натрію більше, ніж у цитоплазмі. Всередині клітини комплекс дисоціює та іони Na+ за рахунок Na-K насоса виводиться з клітини.

Реабсорбція здійснюється у всіх відділах нефрону, за винятком капсули Шумлянського-Боумена. Однак характер зворотного всмоктування та інтенсивність у різних відділах нефрону неоднакова. У проксимальнихвідділи нефрону реабсорбція йде дуже інтенсивно і мало залежить від водно-сольового обміну в організмі (обов'язкова, облігатна). У дистальнихвідділах нефрону реабсорбція дуже мінлива. Її називають факультативною реабсорбцією. Саме реабсорбція в дистальних канальцях і збиральних трубках більшою мірою, ніж у проксимальному відділі визначає функцію нирки як органу гомеостазу, що регулює сталість осмотичного тиску, рН, ізотонії та об'єму крові.

Реабсорбція у різних відділах нефрону

Реабсорбція ультрафільтрату відбувається кубоподібним епітелієм проксимального канальця. Тут мають велике значення мікроворсинки. У цьому відділі повністю реабсорбується глюкоза, амінокислоти, білки, вітаміни, мікроелементи, значна кількість Na + , Са + , бікарбонатів, фосфатів, Cl - , К + і H 2 О. У наступних відділах нефронах всмоктуються тільки іони та Н 2 О.

Механізм всмоктування цих речовин неоднаковий. Найзначнішим за обсягом та енергетичними витратами займає реабсорбція Na+. Вона забезпечується як пасивним, і активними механізмами і відбувається у всіх відділах канальців.

Активна реабсорбція Nа викликає пасивний вихід з канальців іонів Сl – які йдуть за Na+ внаслідок електростатичної взаємодії: позитивні іони захоплюють за собою негативно заряджений Сl – та ін аніони.

У проксимальних канальцях реабсорбується близько 65-70% води. Цей процес здійснюється за рахунок різниці осмотичного тиску – пасивно. Перехід води з первинної сечі вирівнює осмотичний тиск у проксимальних канальцях до рівня його тканинної рідини. З фільтрату реабсорбується також 60-70% кальцію та магнію. Подальша їх реабсорбція триває в петлі Генлі і дистальних канальцях і з сечею виділяється лише близько 1% кальцію, що профільтрувався, і 5-10% магнію. Реабсорбція кальцію та меншою мірою магнію регулюється паратгормоном. Паратгормон підвищує реабсорбцію кальцію та магнію та знижує реабсорбцію фосфору. Кальцитонін має протилежну дію.

Таким чином, у проксимальному звивистому канальці реабсорбуються всі білки, вся глюкоза, 100% амінокислот, 70-80% води, а, Сl, Mg, Ca. У петлі Генлі за рахунок виборчої проникності її відділів для натрію та води додатково ще реабсорбується 5% ультрафільтрату і в дистальну частину нефрону надходить 15% обсягу первинної сечі, яка активно обробляється у звивистих канальцях та збиральних трубках. Обсяг остаточної сечі завжди визначається водним та сольовим балансом організму і може коливатися від 25 л на добу (17 мл/хв) та до 300 мл (0,2 мл/хв).

Реабсорбція в дистальних відділах нефрону та збиральних трубках забезпечує повернення в кров ідеальну в осмотичному та сольовому відношенні рідини, підтримуючи сталість осмотичного тиску, рН, водний баланс та стабільність концентрації іонів.

Зміст багатьох речовин у остаточній сечі у багато разів вище, ніж у плазмі та первинній сечі, тобто. проходячи канальцями нефрону, первинна сеча концентрується. Відношення концентрації речовини в кінцевій сечі до концентрації у плазмі називають концентраційним індексом. Цей індекс характеризує процеси, що відбуваються у системі канальців нефрону.

Реабсорбція глюкози

Концентрація глюкози в ультрафільтраті така сама, як і в плазмі, але в проксимальному відділі нефрону вона практично повністю реабсорбується. У нормальних умовах за добу із сечею виділяється не більше 130 мг. Зворотне всмоктування глюкози здійснюється проти високого градієнта концентрацій, тобто. реабсорбція глюкози відбувається активно, причому переноситься за допомогою механізму вторинно-активного транспорту. Апікальна мембрана клітини, тобто. мембрана, звернена у бік просвіту канальця, пропускає глюкозу лише одному напрямку - у клітину, а назад у просвіт канальця не пропускає.

В апікальній мембрані клітини проксимального канальця є спеціальний переносник глюкози, але глюкоза, перш ніж взаємодіяти з переносником, повинна перетворитися на глю-6 фосфат. У мембрані є фермент глюкокіназа, який забезпечує фосфорилювання глюкози. Глю-6-фосфат з'єднується з переносником апікальної мембрани одночасно з натрієм.

Цей комплекс за рахунок різниці концентрації натрію ( натрію у просвіті канальця більше, ніж у цитоплазмі) переміщається в мембрані щіткової облямівки та потрапляє всередину клітини. У клітині цей комплекс дисоціює. Переносник повертається за новими порціями глюкози, а цитоплазмі залишаються глю-6-фосфат і натрій. Глю-6-фосфат під впливом ферменту глю-6-фосфотази розпадається на глюкозу та фосфатну групу. Фосфатна група використовується для перетворення АДФ на АТФ. Глюкоза переміщається до базальної мембрани, де з'єднується з іншим переносником, який транспортує її через мембрану кров. Транспорт через базальну мембрану клітини має характер полегшеної дифузії і вимагає присутності натрію.

Реабсорбція глюкози залежить від її концентрації в крові. Глюкоза повністю всмоктується, якщо її концентрація у крові вбирається у 7-9 ммоль/л, у нормі її від 4,4 до 6,6 ммоль/л. Якщо вміст глюкози виявляється вищим, то частина її не реабсорбується і виділяється з остаточною сечею. спостерігається глюкозурія.

На цій підставі введемо поняття про порігвиведення. Порогом виведення(порогом реабсорбції) називають концентрацію речовини в крові, при якій вона не може повністю реабсорбуватися і потрапляє в кінцеву сечу . Для глюкози це понад 9 ммоль /л, т.к. при цьому потужність систем переносника виявляється недостатньою і цукор надходить у сечу. У здорових людей це може спостерігатися після надходження його великих кількостей (аліментарна (харчова) глюкозурія).

Реабсорбція амінокислот

Амінокислоти також повністю реабсорбуються клітинами проксимального канальця. Існує кілька спеціальних систем реабсорбції для нейтральних, двоосновних, дикарбонових амінокислот та імінокислот.

Кожна з цих систем забезпечує реабсорбцію кількох амінокислот однієї групи:

1 група-гліцин, пролін, оксипролін, аланін, глютамінова кислота, креатин;

2 група-двоосновні-лізин, аргінін, орнітин, гістидин, цистин;

3 група-лейцин, ізолейцин.

4 група - Імінокислоти-органічні кислоти, що містять у молекулі двовалентну іміногрупу (= NH), гетероциклічні імінокислоти пролін та оксипролін входять до складу білків і зазвичай розглядаються як амінокислоти.

У межах кожної системи є конкурентні відносини між перенесенням окремих амінокислот, що входять до цієї групи. Тому коли однієї амінокислоти багато в крові, то переносник не встигає транспортувати всі амінокислоти цього ряду - вони виділяються з сечею. Транспорт амінокислот відбувається як і, як і глюкози, тобто. за механізмом вторинно-активного транспорту.

Реабсорбція білків

За добу у фільтрат надходить 30-50 г білка. Майже весь білок повністю реабсорбується в канальцях проксимального відділу нефрону, і у здорової людини у сечі лише його сліди. Білки, на відміну інших речовин, реабсорбируясь потрапляють у клітини з допомогою піноцитозу. (Молекули білка, що профільтрувався, адсорбуються на поверхневій мембрані клітини з утворенням, зрештою, піноцитозної вакуолі. Ці вакуолі зливаються з лізосомою, де під впливом протеолітичних ферментів білки розщеплюються і їх фрагменти переносяться в кров через базальну цитоплазматичну мембрану). При захворюванні нирок кількість білка в сечі зростає. протеїнурія.Вона може бути пов'язана або з порушенням реабсорбції або зі збільшенням фільтрації білка. Може виникати після фізичного навантаження.

Продукти обміну речовин, що виводяться з організму, шкідливі для організму, активної реабсорбції не піддаються. Ті сполуки, які не здатні проникнути в клітину шляхом дифузії, зовсім не повертаються до крові та виділяються із сечею у максимально концентрованому вигляді. Це сульфати та креатинін, їх концентрація в остаточній сечі у 90-100 разів більша, ніж у плазмі – це безпорогові речовини. Кінцеві продукти азотистого обміну (сечовина та сечова кислота) можуть дифундувати в епітелій канальців, тому вони частково реабсорбуються, та їх концентраційний індекс нижче, ніж сульфатів та креатиніну.

З проксимального звивистого канальця ізотонічна сеча потрапляє в петлю Генле. Сюди надходить приблизно 20-30% фільтрату. Відомо, що в основі роботи петлі Генле, дистальних звивистих канальців та збиральних трубочок лежить механізм протиточно-розмножувальної канальцевої системи.

Сеча рухається у цих канальцях у протилежних напрямах (чому систему назвали протиточною), а процеси транспорту речовин у одному коліні системи посилюються (“множуються”) з допомогою діяльності іншого коліна.

Принцип протиточної системи широко поширений у природі та техніці. Це технічний термін, яким визначають рух двох потоків рідини або газів у протилежних напрямках, що створюють вигідні умови обміну між ними. Наприклад, у кінцівках арктичних тварин артеріальні та венозні судини розташовуються близько, кров тече в паралельно розташованих артеріях та венах. Тому артеріальна кров зігріває охолоджену венозну кров, що рухається до серця. Контакт між ними виявляється біологічно вигідним.

Приблизно так влаштована і працює петля Генле та інші відділи нефрону, а механізм протиточно-розмножувальної системи існує між колінами петлі Генле та збірними трубками.

Розглянемо, як працює зашморг Генлі. Східний відділ розташовується в мозковому шарі і тягнеться до вершини ниркового сосочка, де згинається на 180 і переходить у висхідний відділ, розташований паралельно до низхідного. Функціональне значення різних відділів петлі неоднакове. Східний відділ петлі добре проникний для води, а висхідний водонепроникний, але активно реабсорбує натрій, який підвищує осмолярність тканини. Це призводить до ще більшого виходу води з низхідної частини петлі Генле по осмотичному градієнту (пасивно).

У низхідне коліно надходить ізотонічна сеча, а на вершині петлі концентрація сечі збільшується в 6-7 разів за рахунок виходу води, тому у висхідне коліно надходить концентрована сеча. Тут у висхідному коліні відбувається активна реабсорбція натрію і всмоктування хлору, вода залишається в просвіті канальця і ​​дистальний каналець надходить гіпотонічна рідина (200 осмоль/л). Між сегментами коліна петлі Генле постійно існує осмотичний градієнт 200 міліосмолів (1 осмоль = 1000 міліосмоль - кількість речовини, яка розвиває в 1 літрі води осмотичний тиск 22,4 атм). По всій довжині петлі сумарна відмінність осмотичного тиску (осмотичний градієнт або перепад) дорівнює 200 міліосмолів.

Сечовина також циркулює в поворотно-протиточній системі нирки та бере участь у збереженні високої осмолярності в мозковій речовині нирки. Сечовина виходить із збірної трубки (при русі кінцевої сечі в балію). Потрапляє до інтерстицій. Потім секретується у висхідне коліно петлі нефрону. Далі надходить у дистальний звивистий каналець (зі струмом сечі), і знову виявляється в збірній трубці. Т.ч., циркуляція у мозковому шарі є механізмом збереження високого осмотичного тиску, що створює петля нефрону.

У петлі Генле додатково реабсорбується ще 5% від вихідного об'єму фільтрату і з висхідного відділу петлі Генле до звивистих дистальних канальців надходить близько 15% обсягу первинної сечі.

Важливу роль збереженні високого осмотичного тиску нирці грають прямі ниркові судини, які, як і петля Генле, утворюють поворотно-противоточную систему. Східні та висхідні судини йдуть паралельно петлі нефрону. Кров, що рухається по судинах, проходячи через шари з осмолярністю, що поступово знижується, віддає міжклітинної рідини солі і сечовину і захоплює воду. Т.о. протиточна система судин є шунтом для води, завдяки чому створюються умови для дифузії розчинених речовин.

Обробка первинної сечі в петлі Генле закінчує проксимальну реабсорбцію сечі, за рахунок якої зі 120 мл/хв первинної сечі в кров повертається 100-105 мл/хв, а 17 мл йде далі.

8606 0

Білок

У процесі клубочкової фільтрації утворюється практично безбілкова рідина, проте через фільтруючу мембрану в нефрон проникає все ж таки невелика кількість різних білків. Вони всмоктуються клітинами проксимальних канальців; екскреція білка в нормі не перевищує 20-75 мг на добу, хоча при деяких патологічних станах протеїнурія може досягати 50 г на добу. Реабсорбція білка відбувається за допомогою процесу, який називається піноцитозом.

Збільшення екскреції білка ниркою може бути обумовлено зростанням фільтрації білка в клубочках, що перевищує здатність канальців до його реабсорбції, та порушенням зворотного всмоктування білків. Існують роздільні системи реабсорбції різних білків, оскільки виявлено Тm для гемоглобіну, альбуміну. Протеїнурія в клініці може виявлятися не тільки при патологічних, але і при низці фізіологічних станів - великому фізичному навантаженні (маршева альбумінурія), переході у вертикальне положення (ортостатична альбумінурія), підвищенні венозного тиску та ін.

Натрій та хлор

Іони натрію та хлору переважають у позаклітинній рідині; вони визначають осмотичну концентрацію плазми крові, від їх виведення чи утримання ниркою залежить регуляція об'єму позаклітинної рідини. Так як склад ультрафільтрату дуже близький до позаклітинної рідини, в первинній сечі у найбільшій кількості містяться іони натрію і хлору, реабсорбція яких у молярному вираженні перевищує зворотне всмоктування всіх інших речовин, що профільтрувалися, разом узятих.

Реабсорбція натрію та хлору в дистальному сегменті нефрону та збиральних трубках забезпечує участь в осмотичному гомеостазі. Не менш важливо і те, що система транспорту натрію пов'язана з трансмембранним перенесенням великої групи органічних та неорганічних речовин. В останні роки істотно змінилися уявлення про механізми, транспортування іонів клітинами нефрону [Лебедєв А. А., 1972; Наточин Ю. Ст, 1972; Vogel Н., Ullrich До., 1978]. Якщо раніше вважали активним лише транспорт натрію, то в даний час переконливо продемонстровано здатність клітин одного з відділів нефрону до активного транспорту іонів хлору; . Сильно змінилися уявлення про механізм реабсорбції рідини у проксимальному канальці. Нижче узагальнено сучасні дані про реабсорбцію натрію та хлору в ниркових канальцях та регулювання цього процесу.

У проксимальному сегменті нефрону, що включає звивистий і прямий канальці, реабсорбується близько 2/3 натрію, що профільтрувався, і води, але концентрація натрію в канальцевій рідині залишається такою ж, як у плазмі крові. Особливість проксимальної реабсорбції полягає в тому, що натрій та інші речовини, що реабсорбуються, всмоктуються з осмотично еквівалентним об'ємом води і вміст канальця завжди залишається ізоосмотичним плазмі крові. Це зумовлено високою проникністю для води стінки проксимального канальця.

Клітини цього канальця активно реабсорбують натрій. У початкових відділах канальця головним аніоном, що супроводжує натрій, є бікарбонат; стінка цієї частини нефрону для хлоридів менш проникна, що призводить до поступового збільшення концентрації хлоридів, що зростає у 1,4 рази порівняно з плазмою крові. У початкових частинах проксимального канальця інтенсивно реабсорбуються глюкоза, амінокислоти та деякі інші органічні компоненти ультрафільтрату. Таким чином, до кінцевих частин проксимального звивистого канальця склад з осмотичної рідини істотно змінюється - з неї всмоктуються основна маса бікарбонату, багато органічних речовин, але стає вищою концентрація хлоридів (рис. 1).

Виявилося, що міжклітинні контакти в цій частині канальця є високопроникними для хлоридів. Так як їх концентрація у просвіті вища, ніж у навколоканальцевій рідині та крові, вони пасивно реабсорбуються з канальця, захоплюючи за собою натрій та воду. У прямому відділі проксимального канальця продовжується реабсорбція натрію та хлоридів. У цьому відділі відбуваються як активний транспорт натрію, так і пасивна реабсорбція хлоридів і рух частини натрію разом з ними міжклітинними проміжками, добре проникним для хлоридів.

Мал. 1. Локалізація реабсорбції та секреції електролітів та неелектролітів у нефроні. Стрілка, звернена з просвіту канальця, - реабсорбція речовини, просвіт канальця - секреція.

Проникність стінки канальців для іонів і води визначається властивостями як мембран клітин, а й зони щільного з'єднання, де клітини контактують друг з одним. Обидва ці елементи суттєво відрізняються у різних відділах нефрону. Через апікальну мембрану клітини натрій входить у цитоплазму пасивно за градієнтом електрохімічного потенціалу, оскільки внутрішня поверхня клітини електронегативна по відношенню до канальцевої рідини.

Далі натрій рухається цитоплазмою до базальної і бічних частин клітини, де знаходяться натрієві насоси. У цих клітинах інтегральною частиною натрієвого насоса служить активована іонами Na+ і К+ залежна від Mg2+ аденозинтрифосфатаза (Na+, К+-АТФ-аза). Цей фермент, використовуючи енергію АТФ, забезпечує перенесення з клітини іонів натрію та надходження до неї іонів калію. Інгібіторами цього ферменту служать серцеві глікозиди (наприклад, уабаїн, строфантин К та ін), що повністю припиняють активну реабсорбцію натрію клітинами проксимального канальця.

Найважливіше значення у функціональній здатності проксимального канальця має високопроникна для деяких іонів та води зона клітинних контактів. Через неї відбуваються пасивна реабсорбція хлоридів та рух води по осмотичному градієнту. Вважають, що швидкість всмоктування рідини по міжклітинних проміжках регулюється під впливом таких фізичних сил, як співвідношення між рівнем гідростатичного тиску в ниркових артеріях, венах і сечоводі, величина онкотичного тиску в околоканальцевих капілярах і ін. Проникність міжклітинних проміжків низку фізіологічних станів. Навіть невелике збільшення осмотичного градієнта, що викликається сечовиною, оборотно збільшує міжклітинну проникність у ниркових канальцях.

У тонкому низхідному відділі петлі Генле не відбувається скільки-небудь істотної реабсорбції натрію та хлору. Особливістю цього канальця в порівнянні з тонким і товстим висхідним відділом петлі Генле є висока проникність для води. Тонкий низхідний відділ петлі характер називається низькою проникністю для натрію, а висхідний навпаки - високою. Пройшовши тонким відділом петлі Генле, рідина надходить в товстий висхідний відділ петлі. Стінка цього канальця має низьку проникність для води. Особливість клітин цього канальця полягає в тому, що в них функціонує хлорний насос, що активно реабсорбує хлор з просвіту канальця, натрій пасивно пасує по градієнту. Неясно, чи відбувається у цьому канальці лише пасивна реабсорбція натрію чи частково функціонує і натрієвий насос.

З клінічної погляду важливо, що відкриття хлорного насоса збіглося з з'ясуванням механізму дії низки найефективніших сучасних діуретиків. Виявилося, що тільки при введенні у просвіт товстого висхідного відділу петлі фуросемід та етакринова кислота повністю пригнічують реабсорбцію хлору. Вони зв'язуються з мембранними елементами клітин зсередини канальця, перешкоджають надходженню хлору в клітину, тому неефективні при додаванні до позаклітинної рідини (рис. 2). Ці діуретики надходять у просвіт нефрона при фільтрації та секреції в проксимальному канальці, зі струмом сечі досягають висхідного відділу петлі Генле, припиняють реабсорбцію хлору і тим самим перешкоджають тут всмоктування натрію.

Мал. 2. Схема регуляції транспорту натрію та хлоридів у нирці та механізму дії діуретиків [Наточин Ю. В., 1977]. Суцільною стрілкою показаний активний транспорт, пунктирний пасивний.

Товстий висхідний відділ петлі Генле переходить у пряму частину дистального канальця, що досягає області macula densa, за якою слідує дистальний звивистий каналець. Цей відділ нефрону також малопроникний для води. Провідним механізмом реабсорбції солей у цьому канальці є натрієвий насос, що забезпечує реабсорбцію натрію проти високого електрохімічного градієнта. Особливість реабсорбції натрію в цьому відділі полягає в тому, що хоча тут може всмоктатися лише 10% натрію, що профільтрувався, і швидкість реабсорбції менше, ніж у проксимальному канальці, але створюється більший концентраційний градієнт, концентрація натрію і хлору в просвіті може знижуватися до 30-40 ммоль / л. На відміну від натрію, реабсорбція хлору відбувається в основному пасивно.

Сполучний відділ з'єднує дистальний сегмент нефрону з початковими відділами збірних трубок. Ці канальці раніше вважалися пасивними провідниками сечі в сечовивідну систему, є найважливішими структурами нирки, які тонко і точно реагують на дію гормонів і пристосовують роботу нирки до потреб організму. У цих канальцях основою реабсорбції є натрієвий насос, хлориди реабсорбуються пасивно. Стінка канальців може бути не тільки водонепроникною, а й високопроникною для води в присутності АДГ. Саме в цьому відділі канальців (а не в дистальному сегменті, як вважалося раніше) діє АДГ.

Транспорт натрію у цих клітинах регулюється альдостероном. Зміна характеру іонного транспорту і цим властивостей переносників і насосів відбивається і особливостях хімічної структури діуретиків, які ефективні у цьому відділі нефрона. У цих канальцях діють верошпірон, амілорид, тріамтерен. Верошпірон знижує реабсорбцію натрію, конкурентно зменшуючи дію альдостерону. Зовсім інший механізм дії у амілориду та тріамтерену. Ці препарати діють лише після того, як потраплять у просвіт нефрону. Вони зв'язуються з хімічними компонентами апікальної мембрани, які забезпечують вхід натрію в клітину; натрій не може реабсорбуватися та екскретується із сечею.

Кортикальні відділи збірних трубок переходять у відділи, що проходять мозковою речовиною нирки. Їхня функція відрізняється тим, що вони здатні активно реабсорбувати зовсім невеликі кількості натрію, але можуть створювати дуже високий концентраційний градієнт. Стінка цих канальців малопроникна для солей, а її проникність для води регулюється АДГ.

Клінічна нефрологія

за ред. Є.М. Тарєєва

До 80% натрію, що профільтрувався, реабсорбується в проксимальних сегментах канальців, тоді як у дистальних сегментах і збірних трубках його всмоктується близько 8 - 10%.

У проксимальному сегменті натрій всмоктується з еквівалентною кількістю води, тому вміст канальця залишається ізоосмотичним. У проксимальних відділах висока проникність і натрію, і води. Через апікальну мембрану натрій входить до цитоплазми пасивно за градієнтом електрохімічного потенціалу. Далі натрій рухається цитоплазмою до базальної частини клітини, де знаходяться натрієві насоси (Na-K-АТФаза, залежна від Mg).

Пасивна реабсорбція іонів хлору відбувається у зонах клітинних контактів, які проникні як для хлору, але й води. Проникність міжклітинних проміжків перестав бути суворо постійної величиною, може змінюватися при фізіологічних і патологічних станах.

У низхідній частині петлі Генле натрій та хлор практично не всмоктуються.

У висхідній частині петлі Генле функціонує інший механізм всмоктування натрію та хлору. На апікальній поверхні розташована система перенесення в клітину іонів натрію, калію та двох іонів хлору. На базальній поверхні також є Na-K-насоси.

У дистальному сегменті провідним механізмом реабсорбції солей є Na-насос, що забезпечує реабсорбцію натрію проти високого концентраційного градієнта. Тут всмоктується близько 10% натрію. Реабсорбція хлору відбувається незалежно від натрію та пасивно.

У збиральних трубках транспорт натрію регулюється альдостероном. Натрій входить натрієвим каналом, рухається до базальної мембрани і переноситься в позаклітинну рідину Na-K-АТФазою.

Альдостерон діє на дистальні звивисті канальці та початкові відділи збірних трубок.

Транспорт калію

У проксимальних сегментах всмоктується 90-95% калію, що профільтрувався. Частина калію всмоктується у петлі Генлі. Виділення калію із сечею залежить від його секреції клітинами дистального канальця та збиральних трубок. При надмірному надходженні калію в організм його реабсорбція у проксимальних канальцях не знижується, але різко збільшується секреція у дистальних канальцях.

При всіх патологічних процесах, що супроводжуються зниженням функції фільтрації, відзначається значне збільшення секреції калію в канальцях нирок.

В одній і тій же клітині дистального канальця та збиральних трубок існують системи реабсорбції та секреції калію. При дефіцит калію вони забезпечують максимальне вилучення калію з сечі, а при надлишку - його секрецію.

Секреція калію через клітини в просвіт канальця є пасивним процесом, що відбувається за концентраційним градієнтом, а реабсорбція - активним. Посилення секреції калію під впливом альдостерону пов'язане не тільки з дією останнього на проникність калію, а й зі збільшенням надходження калію в клітину внаслідок посилення роботи Na-K-насосу.

Іншим важливим фактором регулювання транспорту калію в канальцях є інсулін, що зменшує екскрецію калію. Великий вплив на рівень виділення калію має стан кислотно-лужної рівноваги. Алкалоз супроводжується збільшенням виділення калію ниркою, а ацидоз призводить до зменшення каліюрезу.

Транспорт кальцію

Нирки та кістки відіграють головну роль у підтримці стабільного рівня кальцію в крові. За добу споживання кальцію становить близько 1 г. Кишечником виділяється 0,8, нирками - 0,1-0,3 г/добу. У клубочках фільтрується іонізований кальцій, який знаходиться у вигляді низькомолекулярних комплексів. У проксимальних канальцях реабсорбується 50% кальцію, що профільтрувався, у висхідному коліні петлі Генле - 20-25%, у дистальних канальцях - 5-10, у збірних трубках - 0,5-1,0%.

Секреції кальцію в людини немає.

У клітину кальцій надходить за градієнтом концентрації і зосереджується в ендоплазматичному ретикулумі та в мітохондріях. З клітини кальцій виводиться двома шляхами: з допомогою кальцієвого насоса (Са-АТФаза) та Na/Ca обмінника.

У клітині ниркового канальця має бути особливо ефективна система стабілізації рівня кальцію, оскільки він безперервно надходить через апікальну мембрану, а ослаблення транспорту в кров порушило б не тільки баланс кальцію в організмі, але й спричинило б патологічні зміни в самій клітині нефрону.

Гормони, що регулюють транспорт кальцію у нирці:

• Паратгормон
• Тирокальцітонін
• Соматотропний гормон

Серед гормонів, що регулюють транспорт кальцію у нирці, найбільше значення має паратгормон. Він зменшує реабсорбцію кальцію в проксимальному канальці, проте при цьому знижується його екскреція ниркою внаслідок стимуляції всмоктування кальцію в дистальному сегменті нефрону та збиральних трубках.

На противагу паратгормону тирокальцитонін викликає збільшення екскреції кальцію ниркою. Активна форма вітаміну D3 збільшує реабсорбцію кальцію у проксимальному сегменті канальця. Соматотропний гормон сприяє посиленню кальцію, саме тому у хворих з акромегалією часто розвивається сечокам'яна хвороба.

Транспорт магнію

Здорова доросла людина із сечею за добу виділяє 60-120 мг магнію. До 60% магнію, що профільтрувався, реабсорбується в проксимальних канальцях. Велика кількість магнію реабсорбується у висхідному коліні петлі Генлі. Реабсорбція магнію є активним процесом та обмежена величиною максимального канальцевого транспорту. Гіпермагніємія призводить до посилення екскреції магнію ниркою і може супроводжуватися скороминущою гіперкальціурією.

При нормальному рівні клубочкової фільтрації нирка швидко та ефективно справляється з підвищенням рівня магнію в крові, запобігаючи гіпермагніємії, тому клініцисту частіше доводиться зустрічатися з проявами гіпомагніємії. Магній, як і кальцій, не секретується у канальцях нирок.

Швидкість екскреції магнію зростає при гострому збільшенні обсягу позаклітинної рідини, при збільшенні тирокальцитоніну та АДГ. Паратгормон зменшує виділення магнію. Однак гіперпаратироїдизм супроводжується гіпомагніємією. Це, ймовірно, пов'язане з гіперкальціємією, яка збільшує екскрецію як кальцію, а й магнію в нирках.

Транспорт фосфору

Нирки відіграють ключову роль у підтримці сталості фосфатів у рідинах внутрішнього середовища. У плазмі крові фосфати представлені у вигляді вільних (близько 80%) та пов'язаних з білками іонів. За добу через нирки виділяється близько 400–800 мг неорганічного фосфору. 60-70% фосфатів, що фільтруються, всмоктується в проксимальних канальцях, 5-10% - в петлі Генлі і 10-25% - в дистальних канальцях і збиральних трубках. Якщо різко знижено транспортну систему проксимальних канальців, то починає використовуватися велика потужність дистального сегмента нефрону, який може запобігти фосфатурії.

У регуляції канальцевого транспорту фосфатів основна роль належить гормону паращитовидних залоз, який пригнічує реабсорбцію у проксимальних сегментах нефрону, вітаміну D3, соматотропному гормону, які стимулюють реабсорбцію фосфатів.

Транспорт глюкози

Глюкоза, що пройшла через клубочковий фільтр практично повністю реабсорбується в проксимальних сегментах канальців. За добу може виділятись до 150 мг глюкози. Реабсорбція глюкози здійснюється активно за участю ферментів, витратою енергії та споживанням кисню. Глюкоза проходить через мембрану разом із натрієм проти високого концентраційного градієнта.

У клітині відбуваються накопичення глюкози, фосфорилювання її до глюкозо-6-фосфату та пасивне перенесення в навколоканальцеву рідину.

Повна реабсорбція глюкози відбувається лише в тих випадках, коли кількість переносників та швидкість їх руху через клітинну мембрану забезпечують перенесення всіх молекул глюкози, що надійшли у просвіток проксимальних відділів канальців з ниркових тілець. Максимальна кількість глюкози, яка може реабсорбуватися в канальцях при повному завантаженні всіх переносників, у нормі у чоловіків становить 375 ± 80, у жінок — 303 ± 55 мг/хв.

Рівень глюкози у крові, у якому вона у сечі, дорівнює 8-10 ммоль/л.

Транспорт білка

У нормі білок, що профільтрувався в клубочках (до 17-20 г/добу), практично весь реабсорбується в проксимальних сегментах канальців і в добовій сечі виявляється в незначній кількості - від 10 до 100 мг. Канальцевий транспорт білка - процес активний, у ньому беруть участь протеолітичні ферменти. Реабсорбція білка здійснюється шляхом піноцитоз у проксимальних сегментах канальців.

Під впливом протеолітичних ферментів, які у лізосомах, білок піддається гідролізу з утворенням амінокислот. Проникаючи через базальну мембрану, амінокислоти надходять у навколо- канальцеву позаклітинну рідину.

Транспорт амінокислот

У клубочковому фільтраті концентрація амінокислот така сама, як і в плазмі крові, - 2,5-3,5 ммоль/л. У нормі зворотного всмоктування піддається близько 99% амінокислот, причому цей процес відбувається в основному в початкових відділах проксимального звивистого канальця. Механізм реабсорбції амінокислот подібний до описаного вище для глюкози. Є обмежена кількість переносників, і коли всі вони з'єднуються з відповідними амінокислотами, надлишок останніх залишається в канальцевій рідині та виводиться із сечею.

У нормі сеча містить лише сліди амінокислот.

Причинами аміноацидурії є:

• збільшення концентрації амінокислот у плазмі при підвищеному надходженні в організм та при порушенні їх метаболізму, що призводить до перевантаження транспортної системи канальців нирок та аміноацидурії
• дефект переносника, що забезпечує реабсорбцію амінокислоти
• дефект апікальної мембрани клітин канальців, що призводить до збільшення проникності щіткової облямівки та зони міжклітинних контактів. В результаті відзначається зворотний струм амінокислот у каналець
• порушення метаболізму клітин проксимального канальця