Почки. И водносолевого обмена
 Скачать 4.04 Mb.
|
|
Апикальный транспорт. Вход Nа + в клетку через апикальную мембрану представляет собой пассивный процесс. Он происходит по электрохимическому и концентрационному градиенту. Эти градиен- ты создаются благодаря активному транспорту натрия из клетки че- рез базальные и базолатеральные мембраны. В апикальной мембране клеток имеются Nа + -каналы и Nа + -переносчики, облегчающие пас- сивный вход Nа + . Дело в том, что липидная основа мембраны непро- ницаема для гидрофильного иона Nа + даже при наличии большого электрохимического градиента и отрицательного заряда на внутрен- ней поверхности клеточной мембраны. Чтобы ионы Nа + могли про- никнуть через клеточную мембрану, в ней имеются гидрофильные белки — облегчители (пермеазы), образующие каналы, по которым проходит Nа + . Схема транспорта Nа + в клетках проксимальных ка- нальцев представлена на рис.8. 18 Рис. 8. Схема транспорта натрия в клетках проксимального канальца Следующая группа механизмов апикального поступления Nа + осуществляется с помощью вторично-активного транспорта. Котран- спортер (переносчик) может переносить Nа + и какое-либо второе вещество в одном направлении по механизму симпорта. Примером такого вида транспорта является совместный перенос Nа + с глюкозой и Nа + с аминокислотами. По другому варианту вещество, например Н + , может выходить из клетки в обмен на ион Nа + , который движется в клетку: этот механизм называется противотранспорт или антипорт. Транспорт Na + может быть сопряжен с транспортом бикарбоната и фосфатов. Вошедший в клетку Nа + не смешивается с общим Nа + клетки, а продвигается к местам эвакуации по специальной транс- портной системе каналов, не нарушая клеточную внутреннюю среду. Базальный транспорт. Через базальную и базолатеральную мембраны Nа + транспортируется активно против электрохимическо- го и концентрационного градиента с помощью Nа + –К + насосов. При 19 этом ион Nа + обменивается на ион К + . Главная роль в работе насосов принадлежит ферменту Nа + /К + — АТФазе, которая вызывает распад молекулы АТФ, что и дает энергию, необходимую для реабсорбции. Такой вид транспорта называется первично-активным. То обстоя- тельство, что Nа + постоянно откачивается из клетки, весьма важно, т.к. благодаря этому концентрация Nа + в клетке остается низкой, что и обеспечивает совместно с электрохимическим потенциалом посту- пление в клетку новых порций натрия. Мы рассмотрели, как Nа + реабсорбируется через клетку (транс- целлюлярно), но некоторое количество Nа + может проходить через зоны плотных контактов (парацеллюлярно) совместно с ионами Cl – Вслед за электролитами пассивно по осмотическому градиен- ту из канальцев устремляется вода, она переносится частично через зоны клеточных контактов, частично через клетку по специальным водным каналам. Двигаясь, вода захватывает и уносит в своем по- токе растворенные в канальцевой жидкости вещества (главным об- разом Nа + , Cl – и мочевину). Этот механизм переноса называется «следование за растворителем» или «перенос веществ вместе с рас- творителем». Рис. 9. Механизм реабсорбции глюкозы в проксимальном канальце В проксимальном канальце реабсорбируется большая часть профильтровавшегося Nа + (65–80%) и 80% воды. Отличительной особенностью реабсорбции в проксимальном канальце является то, 20 что вслед за Nа + и другими осмотически активными веществами в эквивалентных количествах реабсорбируется вода, поэтому жид- кость в проксимальном канальце остается изоосмотичной плазме крови и ее осмотическая концентрация составляет 300 мосм/л. Реабсорбция глюкозы. Через апикальную мембрану глюкоза поступает посредством системы симпорта с Nа + . Движение глюкозы опосредованно участием переносчика и является вторично-активным транспортом, поскольку энергия, необходимая для переноса глюкозы через апикальную мембрану, вырабатывается за счет транспортирую- щих Nа + насосов. Через базальную мембрану глюкоза покидает клет- ку путем облегченной диффузии (рис. 9). При нормальной концентрации глюкозы в крови (3,3–5,5 ммоль/л) вся фильтрируемая глюкоза практически полностью (100%) реабсорбируется клетками проксимальных канальцев и в оконча- тельной моче она отсутствует. При повышении содержания глюкозы в крови с 5 до 10 ммоль/л глюкоза появляется в моче (глюкозурия). В этом случае оказывается превышен почечный порог — количество профильтровавшейся глюкозы превышает реабсорционную способ- ность канальцев, транспортные системы максимально насыщаются, и избыток глюкозы выводится с мочой. Реабсорбционная способ- ность канальцев определяется по глюкозе с использованием клирен- сового метода (метод очищения, описание метода в руководстве к лабораторным работам). Подобно глюкозе, в проксимальных канальцах почти полно- стью реабсорбируются аминокислоты. Реабсорбция аминокислот осуществляется путем вторично-активного транспорта, совместно с Nа + . Однако для аминокислот в апикальной мембране имеется не один переносчик, как для глюкозы, а 5–7 видов переносчиков, специ- фичных для различных групп аминокислот. В проксимальных канальцах реабсорбируются низкомолеку- лярные белки, которые в небольшом количестве (примерно 1,8 г/сут.) фильтруются и поступают в проксимальные канальцы. Фактически весь профильтровавшийся белок реабсорбируется, и экскреция его с мочой ничтожно мала (до 100 мг/сут.). При заболевании почек коли- чество белков в моче может возрастать до 50,0 г/сут. (протеинурия). Реабсорбция белка происходит путем эндоцитоза. Молекула белка адсорбируется на апикальной мембране, мембрана впячивается, об- разуя вакуоли. Эти вакуоли отщепляются от мембраны клетки, слива- ются в клетке с лизосомами, где под действием лизосомальных фер- 21 ментов белок расщепляется до аминокислот. Продукты расщепления затем покидают клетку. В ПК также реабсорбируются бикарбонат, калий, фосфаты, витамины. Nа + и другие реабсорбированные вещества, пройдя через стен- ку ПК, поступают в базальный и базолатеральный лабиринты. Затем жидкость эвакуируется в кровь перитубулярных капилляров, но ме- ханизм этот не совсем ясен. Существует гипотеза, согласно которой онкотическое давление в этих капиллярах значительно превышает онкотическое давление крови, поступившей в клубочки, поскольку в процессе фильтрации кровь теряет часть плазмы, и оттекающая от клубочка кровь, несколько сгущается. Другая гипотеза главное значе- ние придает гидростатическому давлению, возникшему в базальном лабиринте из-за скопления в нем большого объема жидкости. Воз- можно, справедливы обе гипотезы. В клетках проксимальных канальцев реабсорбируется 100% глюкозы и аминокислот, белки, 80% Nа + , 80% воды, 80% бикарбо- ната, витамины и другие вещества. Но при всей сложности и много- образии транспортных процессов в проксимальных канальцах они являют собой чудо экономичности и эффективности. Оособенности проксимальной реабсорбции: 1) Большой объем (из 120 мл профильтровавшейся за 1 минуту жидкости на выходе из ПК остается 20 мл). 2) Возвращает в кровь биологически ценные органические и минеральные вещества. 3) Ведущим в реабсорбции является ион Nа + , с которым сопря- жена реабсорбция других веществ. 4) Реабсорбция в проксимальных канальцах называется изо- осмотическая, т. к. вода и Nа реабсорбируются взаимосвязанно. В результате химический состав канальцевой жидкости меняется, а осмотическая концентрация не изменяется (300мосм/л). Осмотическое концентрирование и разведение мочи Итак, после прохождения через проксимальные каналь- цы канальцевая жидкость поступает в петлю Генле и дистальный сег- мент нефрона. С их участием связана одна из важнейших гомеоста- тических функций почки — осмотическое концентрирование мочи. Дело в том, что почки человека в нормальных условиях, как правило, 22 производят гиперосмотическую по отношению к плазме крови мочу, т.е. работают в режиме концентрирования: осмолярность окончатель- ной мочи колеблется от 600 до 900 мосм/л, т. е. в 3 раза может пре- вышать осмолярность плазмы. Способность почки концентрировать мочу и экономить тем самым воду, возникла в эволюции с выходом животных на сушу, что позволило им перейти из водной среды оби- тания к наземному образу жизни и продолжить путь эволюционного развития в новом более перспективном направлении. Рис. 10. Взаимодействие петли Генле и собирательной трубки при образовании концентрированной мочи В процессе осмотического концентрирования мочи принима- ют участие: петля Генле, дистальный каналец, собирательная трубка, сосуды и интерстиций мозгового вещества, которые функционируют как единая поворотно-противоточно-множительная система. В кон- центрировании мочи участвуют юкстамедуллярные нефроны с длин- ными петлями Генле, которые, как и собирательные трубки, глубоко проникают в мозговой слой почки. 23 Процесс окончательного концентрирования мочи происходит в собирательных трубках, а условия для этого создаются работой всей поворотно — противоточно — множительной системы. Эта систе- ма создает гиперосмолярность мозгового вещества и при действии антидиуретического гормона (АДГ) заставляет воду переходить из собирательной трубки в интерстиций, а затем в кровеносные сосуды мозгового вещества, в результате чего образуется концентрированная моча. Ключевым вопросом при осуществлении концентрирования мочи является вопрос о том, каким образом интерстициальная жид- кость мозгового вещества становится гиперосмолярной. Попытаемся ответить на него. Из рис.10 видно, что из проксимального каналь- ца жидкость, изоосмотическая плазме крови, с концентрацией 300 мосм/л ,поступает в тонкое нисходящее колено петли Генле и, про- двигаясь по нему, начинает терять воду; в результате ее осмотическая концентрация прогрессивно нарастает и на изгибе петли в сосочке достигает своего максимума (1400мосм/л). Затем она поворачивает и течет по восходящему колену в противоположном направлении (отсюда название поворотно-противоточная система). При этом про- исходит ее разбавление и уменьшение осмолярности до 100 мосм/л. Эти процессы обусловлены разными функциональными свойствами стенок этих участков петли: «маховиком» этой системы является тол- стый восходящий отдел петли, который совершенно непроницаем для воды, но активно реабсорбирует Nа + и Cl - . В апикальной мембра- не клеток этого отдела транспорт Nа + осуществляется одновременно с ионами К + и двумя ионами Cl - с помощью Nа + , К + ,2Cl -, котранспор- тера. Через базальную мембрану клеток Nа + переносится активно. NаCl поступает в интерстиций и обуславливает выход воды из нисходящего колена петли, стенки которого, напротив, обладают вы- сокой проницаемостью для воды, но не пропускает ионы Nа + . Таким образом, реабсорбция хлорида натрия восходящей частью петли “от- вечает” за реабсорбцию воды в нисходящей части. Разберем это на простой схеме (рис.11). Представим себе, что петля Генле заполнена неподвижной жидкостью, которая поступила из проксимального канальца, тогда осмотическая концентрация в любой части петли Генле равна 300 мосм/л. (1). Теперь допустим (2), что активная транспортная система в восходящей части петли осуществляет реабсорбцию хлорида на- трия в интерстициальное пространство до тех пор, пока не устано- вится предельный градиент (скажем 200 мосм/л) между жидкостью, 24 находящейся в восхо- дящем колене петли Генле и жидкостью ин- терстициального про- странства. (Стенки этой части петли непрони- цаемы для воды). Теперь суще- ствует разница в осмо- лярности между жид- костью в нисходящем колене (300 мосм/л) и окружающей каналец интерстициальной жид- костью (400 мосм/л). Поскольку стенки нис- ходящего колена петли хорошо проницаемы для воды, вода пассивно выходит из его просве- та в интерстициальное пространство, в кото- ром существует более высокая осмолярность, возникшая вследствие реабсорбции хлорида натрия в восходящем колене, и осмолярность жидкости в нисходящем колене увеличивается до 400 мосм/л. (3). Теперь усложним схему: пусть жидкость в петле не стоит на месте, а непрерывно движется, тогда по мере продвижения вниз по нисходящему колену из нее уходит все больше воды, концентра- ция внутриканальцевой жидкости все больше увеличивается и, по- скольку устанавливается осмотическое равновесие, концентрация интерстициальной жидкости увеличивается на ту же величину (200 мосм/л). Градиент в 200 мосм/л, так называемый поперечный или горизонтальный градиент, поддерживается на каждом из «этажей» мозгового вещества. Рис. 11. Схема взаимодействия нисходя- щего и восходящего колена в процессе концентрирования канальцевой жидкости 25 Таким образом, между соседними участками нисходящего и восходящего колена разность осмотической концентрации невелика. По ходу петли и по длине почечного сосочка — по вертикали — этот одиночный эффект нарастает, суммируется (умножается), и в резуль- тате формируется значительно больший перепад осмотического дав- ления — так называемый корково-сосочковый вертикальный осмоти- ческий градиент. 300 мосм/л кора 600 мосм/л 900 мосм/л 1200 мосм/л 1400 мосм/л сосочек Поэтому система называется еще и множительной. Таким об- разом, нисходящее и восходящее колено петли тесно соприкасаются друг с другом, расположены параллельно, оказывают друг на друга влияние и функционируют как единый сопряженный механизм — противоточно-поворотно-множительная система. Благодаря работе этой системы в интерстиции мозгового вещества создается корково- сосочковый осмотический градиент. Следует отметить, что осмолярность интерстиция создается не только ионами хлорида натрия. Примерно половина осмолярности обусловлена присутствием в нем мочевины. У мочевины имеется свой кругооборот в почке, в частности из собирательной трубки она пассивно диффундирует в интерстиций мозгового вещества и тем са- мым, увеличивает его осмолярность. Прямые сосуды мозгового вещества, подобно коленам петли Генле, тоже образуют поворотно-противоточную систему. Они рас- положены параллельно петлям Генле и в них происходят такие же изменения осмолярности, что и в петле. Это сохраняет продольный осмотический градиент в мозговом веществе, не позволяя ему вы- мываться. По мере того, как канальцевая жидкость двигалась по нисходя- щему колену, ее осмолярность нарастала и в районе изгиба достигала 1400 мосм/л, так же как и осмолярность интерстиция, но по мере дви- жения по восходящему колену она вновь разбавилась до 100 мосм/л. Далее в дистальном канальце происходит реабсорбция NаCl, воды и др. веществ и осмотическая концентрация вновь становится — 300 мосм/л, но по-прежнему канальцевая жидкость изоосмотична крови, т. е.в петле концентрирование не произошло. Из дистального каналь- 26 ца жидкость поступает в собирательную трубку, где и будет происхо- дить формирование окончательной мочи и процесс ее концентриро- вания. Неслучайно собирательные трубки расположены параллельно петлям Генле и прямым сосудам. Они транзитом проходят через все зоны почки и на всем протяжении окружены интерстицием с прогрес- сивно нарастающим в направлении от коры к сосочку осмотическим давлением. Как видно из рисунка 10, осмолярность интерстициаль- ной жидкости на каждом уровне идентична этой величине в нисхо- дящем колене и СТ. Другими словами, вокруг СТ на каждом «этаже» мозгового вещества имеется горизонтальный осмотический градиент в 200 мосм/л, а по вертикали — мощный корково-сосочковый осмо- тический градиент, созданный поворотно — противочной системой петли Генле. Таким образом, можно сказать, что петля Генле «рабо- тает» на собирательную трубку, создавая в интерстиции мозгового вещества зону гиперосмии. Это и будет та сила, которая способна вытянуть воду из собирательной трубки и произвести концентриро- вание мочи. Когда канальцевая жидкость поступает в собирательную трубку, ее осмолярность находится на том же уровне, что и осмоляр- ность интерстициальной жидкости в этой зоне почки. В районе со- сочка величина осмолярности достигает максимума (у человека она равна 1400 мосм/л), поэтому максимальная осмотическая концентра- ция мочи у человека тоже может достигать 1400 мосм/л. Резюмируя вышеизложенное, можно представить следующую схему основных процессов, обеспечивающих осмотическое концен- трирование мочи. Основным элементарным актом в концентрирующей системе почки является создание поперечного (горизонтального) осмотиче- ского градиента между восходящим и нисходящим коленами петли Генле. В результате их взаимодействия, и за счет противоточного пе- ремещения канальцевой жидкости и крови, устанавливается опреде- ленная величина продольного (вертикального) осмотического гради- ента. Осмолярность окончательной мочи будет зависеть от проница- емости стенок собирательных трубок для воды, основным регулято- ром которой является АДГ. Если АДГ много, проницаемость стенок собирательной трубки для воды увеличивается и вода, подчиняясь осмотическому градиенту, существующему в интерстиции мозгово- го вещества, реабсорбируется и поступает в интерстиций и далее в кровь. Жидкость в собирательных трубках приходит в состояние рав- 27 новесия с окружающим гиперосмолярным интерстицием, выделяет- ся концентрированная моча. Если АДГ мало, стенки собирательных трубок становятся водонепроницаемыми, образуется гипотоническая моча, диурез увеличивается. Таким образом, окончательный объем и состав мочи обуслов- лены функцией СТ. Их роль в осмотическом концентрировании и раз- ведении мочи определяется как особенностями их анатомического расположения в почке, так и воздействием АДГ на проницаемость их стенок для воды. Другими словами, то, что произойдет с мочой в соби- рательной трубке, и определит окончательное ее концентрирование. В отличие от проксимального канальца, где Nа + и вода реабсор- бировались вместе, в дистальном канальце и собирательной трубке вода и Nа + реабсорбируются независимо. Именно это обстоятельство и позволяет дистальному отделу нефрона производить как концен- трированную, так и разбавленную мочу. Дистальная реабсорбция на- зывается факультативной (необязательной). Таким образом: 1. В процессе осмотического концентрирования мочи прини- мают участие петля Генле, дистальный каналец, собирательная труб- ка, сосуды и интерстиций мозгового вещества. Их объединение в единый концентрирующий аппарат почки обусловлено их взаимным расположением и общностью протекающих в них процессов. 2. Процесс окончательного концентрирования мочи проис- ходит в собирательной трубке за счет факультативной реабсорбции воды. 3. Условия для нее создает корково – сосочковый осмотический градиент мозгового вещества, созданный поворотно-противоточно- множительной системой петли Генле. 4. Факультативная реабсорбция воды в собирательной трубке регулируется АДГ. 5. В дистальном сегменте нефрона натрий и вода реабсорбиру- ются независимо. |