Соответственно

С_In = СКФ.

Относительно глюкозы, клиренс выглядит следующим образом. Glucose, как инулин свободно фильтруется в почечном тельце, пэтому вся glucose, содержащаяся в гломерулярном фильтрате, первично поступает из плазмы в канальцы. Но в отличие от инулина вся профильтровавшаяся glucose затем в норме реабсорбируется, т.е. она вся целиком возвращается в плазму. В итоге рассматриваемый объем плазмы не теряет глюкозу; таким образом, клиренс глюкозы равен нулю.

Если рассматривать пример с неорганическим фосфатом, то для удобства допустим, что фосфат плазмы Р_РО4 полностью фильтруется. Используем следующие физиологические величины:

СКФ = 180 л/сут.

Р_РО4 = 1 ммоль/сут.

U_PO4 V = 20 ммоль/сут.

Клиренс фосфата в данном случае : профильтровавшийся фосфат равен 180 ммоль/сут (180 л/сут _* 1 ммоль/сут). Но стоит обратить внимание на то, что клиренс фосфата не обозначает массу профильтровавшегося вещества, клиренс – это всегда объем в единицу времени. Клиренс фосфата определяется как объем плазмы, полностью очищенный от фосфата в единицу времени. Но в тоже время клиренс фосфата не равен скорости клубочковой фильтрации. Профильтровавшийся фосфат содержится в клубочковом фильтрате, он первоначально потерян плазмой, но большая часть его – в данном примере 160 ммоль/сут – реабсорбируется, и только 20 ммоль/сут экскретируется с мочой.

Клиренс фосфата определяется не как масса экскретированного вещества, но как объем плазмы, в котором содержится эта масса в единицу времени. Иначе говоря, клиренс фосфата – это объем плазмы, необходимый для экскреции 20 ммоль, т.е. того объема, который полностью очищается от фосфата.

Результаты исследований показали, что концентрация фосфата в плазме равна 1 ммоль/л. поэтому для того чтобы обеспечить выведение экскретируемого количества фосфата, необходимо:

20 ммоль/сут ₌ 20л/сут.

1 ммоль/л

величина клиренса показывает, какому объему полностью очищенной плазмы соответствует экскреция массы данного вещества. Соответственно С_РО4 = 20 л/сут.

Канальцевая реабсорбция и канальцевая секреция 1

Объем мочи и содержание растворенных веществ в окончательной моче, которая попадает в почечную лоханку, коренным образом отличается от состава гломерулярного фильтрата. Происходит это, поскольку по мере движения фильтрата из боуменовой капсулы через многочисленные сегменты канальца состав жидкости изменяется под влиянием двух основных процессов - канальцевой реабсорбции и канальцевой секреции. Все отделы канальца тесно связаны с перитубулярными капиллярами, эта взаимосвязь способствует переносу веществ между плазмой перитубулярных капилляров и просветом канальца. Когда перенос вещества направлен из просвета канальца в плазму перитубулярных капилляров, этот процесс называется канальцевой реабсорбцией. Движение в противоположном направлении, то есть из плазмы перитубулярных капилляров в просвет канальца, называется канальцевой секрецией.

Механизмы транспорта, участвующие в реабсорбции. 1

Есть два возможных пути для движения реабсорбируемого вещества из просвета в интерстициальное пространство. Первый – движение между клетками, то есть через плотное соединение двух соседних клеток. Этот путь получил название парацеллюлярный. Парацеллюлярная реабсорбция может осуществляться посредством диффузии или за счет переноса вещества вместе с растворителем. При диффузии направление электрохимического градиента вещества совпадает с направлением реабсорбции и плотное соединение должно быть проницаемо для данного вещества. Трансканальцевый потенциал – разность потенциалов между просветом канальца и интерстициальной жидкостью – это алгебраическая сумма индивидуальных потенциалов люминальной мембраны и базолатеральной мембраны. В толстой восходящей части петли Генле трансканальцевый потенциал со стороны просвета всегда характеризуется значительной положительной величиной, поэтому он является фактором, влияющим на парацеллюлярную реабсорбцию катионов –натрия, калия, кальция и пр. Трансканальцевый потенциал в большинстве более отдаленных сегментов нефрона имеет значительную электроотрицательность, и этот фактор приобретает значение для парацеллюлярной реабсорбции анионов, из которых самым важным является хлор.

Второй путь реабсорбции – трансцеллюлярный («через» клетку). В этом случае реабсорбируемое вещество должно преодолеть две плазматические мембраны на своем пути из просвета канальца к интерстициальной жидкости –люминальную (или апикальную) мембрану, отделяющую жидкость в просвете канальца от цитоплазмы клеток, и базолатеральную (или контрлюминальную) мембрану, отделяющую цитоплазму от интерстициальной жидкости.

Вещества с хорошей растворимостью в липидах могут преодолевать обе мембраны (и цитозоль) путем диффузии, при этом происходит чистая пассивная реабсорбция одновременно с парацеллюлярным вариантом транспорта вещества, когда для данного вещества имеет место благоприятствующий его движению трансканальцевый электрохимический градиент. Трансцеллюлярный перенос веществ со слабой растворимостью в липидах, напротив, процесс активный. Активная чистая трансцеллюлярная реабсорбция вещества подразумевает, что люминальные и базолатеральные мембраны ассиметричны для данного вещества, то есть содержат различные каналы и/или переносчики, и что для перемещения вещества из просвета канальца в клетку или из клетки в интерстициальную жидкость необходима энергия.

Движение веществ из интерстициального пространства в перитубулярные капилляры носит такой же характер, что и движение через стенку капилляров во всем организме. Перенос веществ в перитубулярные капилляры обеспечивается диффузией, но главным фактором является общий объемный ток интерстициальной жидкости, обусловленный разностью между гидростатическим и онкотическим давлением через стенку перитубулярных капилляров.

Активная проксимальная реабсорбция органических питательных веществ

Проксимальный каналец является основной частью нефрона, где реабсорбируется большое число органических питательных веществ, которые фильтруются каждый день в почечном тельце. Это – глюкоза, аминокислоты, ацетат, метаболиты цикла Кребса, некоторые водорастворимые витамины, лактат, ацетоацетат, -гидроксибарбитурат и др.

Глюкоза движется против градиента из просвета проксимального канальца через люминальную мембрану в цитоплазму посредством системы котранспорта с натрием. Это движение глюкозы опосредовано участием переносчика и является вторично активным транспортом, поскольку энергия, необходимая для осуществления движения глюкозы через люминальную мембрану, вырабатывается за счет движения натрия по его электрохимическому градиенту, то есть посредством котранспорта. Данный механизм котранспорта столь мощный, что позволяет полностью всасывать всю глюкозу из просвета канальца. После проникновения в клетку глюкоза должгна преодолеть базолатеральную мембрану, что происходит посредством независимой от участия натрия облегченной диффузии, это движение по градиенту поддерживается за счет высокой концентрации глюкозы, накапливающейся в клетке вследствие активности люминального процесса котранспорта.

Решающий фактор состоит в том, что весь процесс реабсорбции глюкозы зависит в конечном счете от первично активного транспорта натрия Na,K-АТФазой в базолатеральной мембране. Именно этот насос создает электрохимический градиент, необходимый для транспорта по градиенту натрия через люминальную мембрану, а его движение по градиенту обеспечивает поступление энергии для одновременного движения глюкозы против концентрационного градиента.

Реабсорбция белков и пептидов

Реабсорбция белка начинается с эндоцитоза на люминальной мембране. Этот энергозависимый процесс инициируется связыванием молекул профильтровавшегося белка со специфическими рецепторами на люминальной мембране. Поэтому скорость эндоцитоза увеличивается пропорционально концентрации белка в клубочковом фильтрате до тех пор, пока не достигается максимальная скорость образования пузырьков, то есть не достигается Т_m реабсорбируемого белка. Обособленные внутриклеточные пузырьки, появившиеся в ходе эндоцитоза, сливаются внутри клетки с лизосомами, чьи ферменты расщепляют белки до низкомолекулярных фрагментов, в большинстве случаев до отдельных аминокислот. Эти продукты расщепления затем покидают клетку через базолатеральную мембрану и попадают в интерстициальную жидкость, откуда они проникают в перитубулярный капилляр.

Данное описание процесса демонстрирует, что термин «реабсорбция» в применении к всасыванию белка не совсем точен, поскольку целые белковые молекулы per se фактически не попадают из просвета в перитубулярные капилляры, а расщепляются внутри канальцевых клеток. Фильтрующиеся белки не экскретируются с мочой и возникающие из них аминокислоты остаются в организме.

Реабсорбция мочевины

Мочевина – конечный продукт катаболизма белка – являет собой пример пассивной реабсорбции, зависящей от концентрационных градиентов через стенку канальца.

Поскольку мочевина свободно фильтруется в почечном тельце, ее концентрация в капсуле Боумена такая же, как в плазме перитубулярных капилляров. По мере продвижения жидкости вдоль проксимального извитого канальца происходит реабсорбция воды с увеличением концентрации любого растворенного во внутриканальцевой жидкости вещества, например, мочевины, не подвергающегося активной реабсорбции. В результате концентрация мочевины в просвете канальца становится выше, чем в плазме перитубулярных капилляров. Такой концентрационный градиент вызывает результирующую диффузию мочевины из просвета канальца в интерстициальную жидкость и затем в перитубулярные капилляры. Таким образом, реабсорбция мочевины полностью зависит от реабсорбции воды, что создает концентрационный градиент. Примерно 50% профильтровавшейся мочевины реабсорбируется в проксимальном извитом канальце.

Практически вся нереабсорбированная мочевина задерживается в канальце по мере того, как жидкость протекает в петле Генле, дистальному извитому канальцу, собирательной трубке мозгового вещества, поскольку все эти сегменты относительно непроницаемы для мочевины. Реабсорбция воды в этих сегментах вызывает прогрессирующее увеличение концентрации мочевины в просвете канальца. Затем во внутренних отделах мозгового вещества высокая концентрация мочевины в просвете канальца создает условия для реабсорбции мочевины из просвета собирательной трубки в интерстициальную жидкость мозгового вещества. Эта реабсорбция происходит с помощью переносчиков, осуществляющих облегченную диффузию мочевины и через апикальную, и через базолатеральную мембраны. Еще около 10% фильтруемой мочевины реабсорбируется именно таким образом. Таким образом получается, что 60% профильтровавшейся мочевины реабсорбируется на протяжении всего канальца.

Реабсорбция натрия

У человека, потребляющего обычную норму соли в сутки, в проксимальном канальце реабсорбируется 65% профильтровавшегося натрия, в тонкой и толстой восходящей части петли Генле – 25%, дистальный извитой каналец и система собирательных трубок всасывают большую часть оставшихся 10%, поэтому в моче содержится менее 1% общего количества профильтровавшегося натрия.

Необходимо подчеркнуть, что во всех сегментах ведущую роль в активной трансцеллюлярной реабсорбции натрия играет первично активный транспорт натрия из клетки в интерстициальную жидкость с помощью Na,K-АТФазных насосов, локализованных в базолатеральной мембране. Эти насосы поддерживают внутриклеточную концентрацию натрия на очень низком уровне. Они обуславливают отрицательный заряд по отношению к просвету канальца. Это способствует пассивному входу ионов натрия из просвета канальца по электрохимическому градиенту в клетку.

Реабсорбция воды

Реабсорбция воды происходит в проксимальном канальце (65% профильтровавшейся воды), в нисходящей тонкой части петли Генле (10%) и в системе собирательных трубок (от нескольких процентов до более чем 24%). В первом случае речь идет о работе системы собирательных трубок у субъекта с максимальной водной нагрузкой, а во втором случае – у человека при дегидротации.

Реабсорбция натрия и воды происходит в проксимальном канальце всегда в одном и том же соотношении. Оба эти вещества также реабсорбируются в петле Генле, но каждое из них реабсорбируется особым механизмом, отличающимся в разных участках петли, реабсорбция натрия в петле всегда больше, чем воды. Реабсорбция натрия и воды происходит в собирательной трубке, при этом процент реабсорбируемой воды может широко варьировать в зависимости от водного баланса данного человека.

Реабсорбция воды осуществляется посредством простой диффузии через двойной слой липидов и/или через водные каналы в плазматических мембранах клеток канальцев и в плотных соединениях между клетками. Итоговый поток вызван разницей в осмолярности жидкости в просвете канальца и интерстициальной жидкости, которая возникает в результате реабсорбции растворенных веществ. Осмолярность – это величина, обратная концентрации воды – чем выше осмолярность, тем ниже концентрация воды. Таким образом, результирующая диффузия воды через водопроницаемую мембрану осуществляется из области с низкой осмолярностью в область с высокой осмолярностью.

По проницаемости для воды сегменты канальца можно разделить на 3 группы:

1. Эпителий проксимального канальца и эпителий нисходящей части петли Генле обладают высокой водопроницаемостью.

2. Эпителий восходящей части петли Генле и дистального извитого канальца всегда относительно водонепроницаемы.

3. Деятельность эпителия системы собирательной трубки регулируется таким образом, что его проницаемость для воды или очень высокая, или очень низкая.

Такая разница в проницаемости для воды объясняет особенности локализации различных по величине проницаемости участков реабсорбции воды. Разница в водной проницаемости сегментов, находящихся за пределами проксимального отдела, позволяет почкам реабсорбировать воду отдельно от растворенных веществ, то есть реабсорбировать относительно меньшее по сравнению с растворенными веществами количество воды или наоборот. В результате осмолярность мочи (показатель общей концентрации растворенных молекул в растворе) может существенно различаться – от очень гипоосмотичной (разбавленной) до очень гиперосмотичной (концентрированной) по сравнению с плазмой.

Таблица №1. Реабсорбция натрия и воды в почечном канальце

	Реабсорбция от профильтровавшейся нагрузки, в %
Сегмент канальца	натрий	вода
Проксимальный каналец	65	65
Нисходящая тонкая часть петли Генле	--	10
Восходящая тонкая и толстая части петли Генле	25	--
Дистальный извитой каналец	5	--
Система собирательных трубок	4-5	5 (при водной нагрузке) 24 (при дегидратации)

Реабсорбция хлора

Поскольку реабсорбция хлора зависит в основном от реабсорбции натрия, то канальцевые структуры, которые реабсорбируют хлор, сходны с теми, что реабсорбируют натрий, и количество (%) реабсорбированного хлора в данных сегментах от профильтровавшегося то же, что и натрия.

Процесс перехода ионов хлора через люминальную мембрану способствует образованию достаточно высокой концентрации хлора для того, чтобы вызвать движение хлора по градиенту из клетки через базолатеральную мембрану. Таким образом, переносчики в люминальной мембране выполняют для хлора ту же активную функцию, что Na-K-АТФазные насосы в базолатеральной мембране в отношении натрия.

Реабсорбция кальция

Почки участвуют в обмене кальция посредством фильтрации и реабсорбции. Около 60% кальция плазмы фильтруется, остальное количество связано с белком. Наибольшая реабсорбция кальция происходит в проксимальном канальце (около 60%), а остальная часть реабсорбируется в толстой восходящей части петли Генле, дистальном извитом канальце и в системе собирательных трубок. В целом реабсорбция в норме составляет от 97 до 99%.

Реабсорбция кальция в проксимальном канальце и толстой восходящей части петли Генле является преимущественно пассивной и парацеллюлярной, а электрохимические силы, управляющие ею прямо или косвенно, зависят от реабсорбции натрия. В противоположность этому реабсорбция натрия в более дистальных отделах является активной и трансцеллюлярной. Это то место, где осуществляется гомеостатическая регуляция реабсорбции кальция.

Реабсорбция бикарбоната

Реабсорбция бикарбоната является активным процессом, но она не совершается в традиционной форме, просто за счет люминальной или базолатеральной мембраны. Более того, механизм, посредством которого реабсорбируется бикарбонат, подразумевает канальцевую секрецию ионов водорода.

Секреция ионов водорода происходит в основном в проксимальном канальце, толстой восходящей части петли Генле и в системе собирательной трубки. В противоположной ситуации, связанной с натрием, водой и калием, клетки собирательной трубки, которые секретируют ион водорода, являются вставочными клетками А-типа, а не главными клетками.

Основной процесс, который происходит во всех сегментах канальца, один и тот же (хотя конкретные переносчики в некоторой степени отличаются) и отражен на рис.№1. Внутри клеток ион водорода и гидроксильный ион образуются из воды. Ион водорода активно секретируется в просвет канальца. В реакции, катализируемой карбоангидразой, гидроксильный ион, оставшийся внутри клетки, соединяется с СО₂ с образованием бикарбоната. Бикарбонат передвигается «по градиенту» через базолатеральную мембрану в интерстициальную жидкость и затем в кровь перитубулярных капилляров. Конечный результат таков, что на каждый ион водорода, секретируемый в просвет канальца, в кровь перитубулярных капилляров поступает ион бикарбоната.

Рисунок №1. Секреция ионов водорода.

Просвет Клетка почечного Интерстициальное

Канальца канальца пространство

H⁺ H⁺

H₂O

карбоангидраза

OH^

HCO₃^ HCO₃^

CO₂

В просвете канальца секретируемый ион водорода соединяется с профильтровавшимся бикарбонатом для образования угольной кислоты. Последняя разлагается до воды и углекислоты, которая диффундирует в клетку (и может быть использована клеткой для другого цикла). Общий результат таков, что бикарбонат, фильтруемый из крови в почечное тельце, исчезает, но его место в крови занимается бикарбонатом, продуцируемым внутри клетки, и поэтому не происходит результирующего изменения в концентрации бикарбоната плазмы.

Посредством секреции ионов водорода в проксимальном канальце реабсорбируется примерно 80% профильтровавшихся бикарбонатов. В толстой восходящей части петли Генле реабсорбируются прочие 10-15%, и почти весь оставшийся бикарбонат в норме реабсорбируется в дистальном извитом канальце и системе собирательной трубки.

На протяжении канальца внутриклеточная карбоангидраза участвует в реакциях образования ионов водорода и бикарбоната. В проксимальном канальце карбоангидраза также локализована на люминальных мембранах клеток, и эта карбоангидраза катализирует разложение в просвете канальца очень больших количеств угольной кислоты, образующихся в данном канальцевом сегменте.

Реабсорбция кальция

Почки участвуют в обмене кальция посредством фильтрации и реабсорбции. Около 60% кальция плазмы фильтруется, остальное количество связано с белком. Наибольшая реабсорбция кальция происходит в проксимальном канальце (около 60%), а остальная часть реабсорбируется в толстой восходящей части петли Генле, дистальном извитом канальце и в системе собирательных трубок. В целом реабсорбция в норме составляет от 97 до 99%.

Реабсорбция кальция в проксимальном канальце и толстой восходящей части петли Генле является преимущественно пассивной и парацеллюлярной, а электрохимические силы, управляющие ею прямо или косвенно, зависят от реабсорбции натрия. В противоположность этому реабсорбция натрия в более дистальных отделах является активной и трансцеллюлярной. Это то место, где осуществляется гомеостатическая регуляция реабсорбции кальция.

Механизмы транспорта, участвующие в канальцевой секреции 1

В ходе канальцевой секреции вещества транспортируются через канальцевый эпителий в просвет (канальца), то есть в направлении, противоположному процессу канальцевой реабсорбции, и тем самым создают второй путь поступления веществ в просвет канальца (первым путем является клубочковая фильтрация). Термин «канальцевая секреция» показывает только направление транспорта. Специфические механизмы мембранного транспорта, посредством которых осуществляется канальцевая секреция, остаются теми же.

Секреторный процесс для любого данного вещества начинается с его диффузии из перитубулярных капилляров в интерстициальную жидкость, откуда вещество движется в просвет канальца, пересекая или плотное соединение – парацеллюлярный путь – или, в ином варианте, базолатеральную или люминальную мембрану клетки – трансцеллюлярный путь.

Пассивная секреция – парацеллюлярная или трансцеллюлярная – может осуществляться посредством диффузии или наличии благоприятного электрохимического градиента для веществ между интерстициальной жидкостью и просветом канальца, если плазматические мембраны и/или плотные соединения проницаемы для этих веществ.

При активной секреции, которая всегда является трансцеллюлярной, условия те же, что и при активной реабсорбции, только направление движения обратное. В большинстве случаев секретируемое вещество активно переносится через базолатеральную мембрану посредством первично или вторично активного процесса, возникающая в результате высокая концентрация вещества внутри клетки является причиной его движения по градиенту через люминальную мембрану или по каналам посредством облегченной диффузии. В других случаях активный этап осуществляется в люминальной мембране, а движение по градиенту – через базолатеральную мембрану.

Секреция бикарбоната

Как уже описывалось ранее, вставочные клетки типа А системы собирательной трубки реабсорбируют бикарбонат. В противоположность этому вставочные клетки типа В, которые обнаруживаются только в корковой собирательной трубке, секретируют бикарбонат. Бикарбонат переносится «по градиенту» в просвет канальца, в то время как ион водорода активно извлекается из клетки и поступает в кровь, где он может связаться с бикарбонатным ионом. Таким образом, в результате общего процесса достигается удаление бикарбоната из плазмы крови, экскреция бикарбоната с мочой с результирующим подкислением плазмы и ощелачиванием мочи.

У человека, в сравнении с большинством видов животных, в корковой собирательной трубке вставочных клеток типа В очень мало, и поэтому значение секреции бикарбоната может быть минимальным.

Помимо способности сохранить весь профильтровавшийся бикарбонат почки могут также добавить новое количество бикарбоната в кровь, так что масса бикарбоната, покидающего почки через почечные вены, превышает то количество вещества, которое поступает в почки через почечные артерии. Влияние на организм прибавления нового количества бикарбоната приводит к ощелачиванию среды, и это является компенсаторным действием почек при ацидозе.

Существуют два механизма, посредством которых почки добавляют новое количество бикарбоната в организм:

1. Секреция ионов водорода, которые вместо того, чтобы вызвать реабсорбцию бикарбоната, экскретируются с мочой, соединяясь с небикарбонатным буфером, поставляемым процессом фильтрации.

2. Катаболизм глутамина для образования аммония (NH₄⁺) с последующей экскрециейNH₄⁺с мочой.

Секреция ионов водорода

В случае реабсорбции бикарбоната секретированный ион водорода соединяется с профильтровавшимся бикарбонатом и затем входит в состав молекулы воды. В противоположность этому, в случае добавления нового количества бикарбоната в кровь, секретированный ион водорода соединяется с небикарбонатными буферами в просвете канальца (или гораздо в меньшей степени остается в свободном состоянии в растворе) и экскретируется. В норме наиболее важным из этих профильтровавшихся буферов является фосфат, более точно НРО₄^2-.

На рисунке №2 показана последовательность событий, которую влечет за собой экскреция ионов водорода, воздействуя на фосфат, и добавление нового количества бикарбоната в кровь. Процесс секреции ионов водорода в данной последовательности является тем же самым, что был описан ранее (рис.1), но общий результирующий эффект иной просто потому, что секретированный ион взаимодействует с профильтровавшимся фосфатом в большей степени, чем с профильтровавшимся бикарбонатом. Поэтому бикарбонат, образовавшийся в канальцевой клетке и поступающий в плазму, представляет собой результирующую прибавку бикарбоната в кровь, а не просто замену профильтровавшегося бикарбоната. Таким образом, когда секретированный ион водорода соединяется в просвете канальца с профильтровавшимися буферами помимо бикарбоната, то общий результат заключается не только в сохранении бикарбоната, но скорее в добавлении в кровь нового количества бикарбоната, что увеличивает концентрацию бикарбоната в крови и ощелачивает ее.

На рисунке №2 также показан другой важный момент, а именно, что вклад со стороны почек нового количества бикарбоната в кровь сопровождается экскрецией с мочой эквивалентного количества ионов водорода в соединении с буфером. В данном случае, в отличие от реабсорбции бикарбоната, секретированный ион водорода остается в канальцевой жидкости, связанный здесь буфером, и выделяется с мочой. Сказанное подкрепляет концепцию, что когда почки добавляют новое количество бикарбоната в кровь, то в действительности они экскретируют ионы водорода из организма, тем самым подщелачивая его внутреннюю среду. Следует подчеркнуть, что клубочковая фильтрация ионов водорода не создает существенного вклада в экскрецию ионов водорода, поскольку концентрация свободного иона водорода при рН=7,4, рН гломерулярного фильтрата составляет величину менее 10^-7М. Даже умножая эту величину на 180л/сут, получается результат менее 0,1 ммоль профильтровавшегося количества иона водорода в сутки.

Рисунок №2. Взаимодействие секретированного иона водорода с профильтровавшимся фосфатом.

Просвет Клетка почечного интерстициальное

Канальца канальца пространство

НРО₄^2-

(профильтровалось)

НРО₄^2-+ Н⁺ Н⁺НСО₃^-НСО₃

Н₂РО₄Н₂СО₃

карбоангидраза

окончательная моча Н₂О + СО₂

Регуляция канальцевой секреции ионов водорода

Поскольку канальцевая секреция ионов водорода необходима и для реабсорбции бикарбоната, и для образования нового бикарбоната, что связано с продукцией титруемых кислот, то скорость секреции ионов водорода является важной величиной. Существует много импульсов, которые стимулируют или тормозят секрецию Н⁺, в том числе изменения Рсо₂, рН, объем, ионный состав плазмы, а также симпатические нервы почек и ряд гормонов. Влияние этих факторов в целом направлено на изменение активности и/или числа мембранных переносчиков ионов водорода и бикарбоната в одном или в нескольких сегментах канальца, где секретируются ионы водорода.

Когда кислотно-основное равновесие в норме, то канальцы должны секретировать достаточное количество водородных ионов, чтобы происходила полная реабсорбция всего профильтровавшегося бикарбоната. Достаточное их количество должно оставаться в организме, для образования титруемых кислот, тем самым внося новый бикарбонат в кровь (пищевые продукты в обычном рационе служат источником определенного количества ионов водорода, которые должны быть компенсированы новым бикарбонатом, образующимся в почках). При алкалозе канальцевая секреция должна быть весьма незначительной, чтобы не происходила полная реабсорбция профильтрованного бикарбоната, а бикарбонат мог быть выведен с мочой. Титруемые кислоты не образуются вовсе, поскольку нет дополнительного количества секретируемых ионов водорода, способных соединяться с небикарбонатными буферами и новый бикарбонат в кровь не поступает. Во время ацидоза канальцевая секреция ионов водорода должна быть достаточно выраженной для реабсорбции всего профильтровавшегося бикарбоната и должно оставаться достаточное количество ионов водорода для образования увеличенного количества титруемых кислот, тем самым внося больше нового бикарбоната в кровь. Этот процесс ограничен доступностью буферов.

Увеличение артериального Рсо₂, как отмечается при дыхательном ацидозе, вызывает повышение секреции ионов водорода. Снижение артериального Рсо₂, как имеет место при дыхательном алкалозе, вызывает снижение секреции. Это воздействие осуществляется не благодаря молекулам СО₂perse, а вследствие влияния измененного артериального Рсо₂на величину внутриклеточного рН в тканях почек. Таким образом, поскольку канальцевые мембраны легкопроницаемы для СО₂, то увеличение артериального Рсо₂вызывает эквивалентное увеличение Рсо₂в клетках канальцев. Это, в свою очередь, вызывает по закону действующих масс увеличение концентрации ионов водорода внутри клеток, и именно это изменение, благодаря последовательности внутриклеточных событий, ведет к увеличению секреции ионов водорода. Так, возможно, происходит в большинстве, если не во всех, канальцевых сегментах, где секретируются ионы водорода.

Второй сигнал, который гомеостатически воздействует на секрецию ионов водорода, - это изменение величины рН внутри клеток независимо от Рсо₂. Смысл процесса заключается в том, что уменьшение внеклеточного рН воздействует непосредственно на клетки канальцев, по крайней мере частично за счет изменения величины внутриклеточного рН, чтобы стимулировать секрецию ионов водорода. Повышенная величина внеклеточного рН оказывает противоположный эффект. Как и в случае с Рсо₂, данное влияние распространяется, возможно, на большинство, если не на все, сегменты канальцев, где секретируются ионы водорода.

Таблица №2. Участие почек в выделении нового бикарбоната в кровь при различных состояниях кислотно-основного равновесия.

	алкалоз	Нормальное состояние	ацидоз
Титруемые Кислоты (ммоль/сут)	0	20	40
Плюс экскретируемый NH4+(ммоль/сут)	0	40	160
Минус экскретируемый НСО3-(ммоль/сут)	80	1	0
Итого (ммоль/сут)	-80 (потеряно из организма)	59 (поступило в организм)	200 (поступило в организм)
РН мочи	8,0	6,0	4,6

Катаболизм глутамина

Клетки проксимального канальца (и, в гораздо меньшей степени, других канальцевых сегментов) извлекают глутамин как из клубочкового фильтрата, так и из крови перитубулярных капилляров и гидролизуют их до иона глутамата и NH₄⁺. Затем большая часть глутамата метаболизируется до-кетоглутарата, с освобождением еще одного ионаNH₄⁺. Последующий метаболизм-кетоглутарата или до глюкозы или до СО₂и воды дает две молекулы бикарбоната. Таким образом, общая продукцияNH₄⁺из глутамина и бикарбоната может быть записана следующим образом:

1 глутамин 2NH₄⁺+ 2НСО₃^-

NH₄⁺активно секретируется в просвет канальца и экскретируется, в то время как бикарбонат переносится в перитубулярные капилляры, и организм приобретает новое количество бикарбоната.

Очень важно, что NH₄⁺, образующийся из глутамина, экскретируется в большей степени, чем поступает в кровь, поскольку бикарбонат, перешедший в кровь, представляет собой добавление бикарбоната в организм. ЕслиNH₄⁺поступает в кровь вместе с бикарбонатом, то два вещества быстро входят в состав мочевины или глутамина в печени в связи с исчезновением бикарбоната из крови.

Рисунок №3. Образование и секреция аммония клетками проксимального канальца.

Просвет Клетка проксимального Интерстициальное

Канальца канальца пространство

глютамин глютамин глютамин

(профильтровавшийся)

Na⁺Na⁺

NH₄⁺NH₄⁺HCO₃^-HCO₃^-

окончательная моча

Общий результат – вклад нового бикарбоната почек в кровь – тот же самый, независимо от того, достигается ли это секрецией иона водорода в кровь и его экскрецией с буферами (рис.2) или посредством метаболизма глутамина с экскрецией NH₄⁺(рис.3).

Регуляция метаболизма глутамина в почке и экскреции NH₄⁺

Существует несколько механизмов, регулирующих в интересах гомеостаза образование и канальцевый транспорт ионов NH₄⁺. Во-первых, метаболизм глутамина в почке – это объект физиологической регуляции при участии рН внеклеточной жидкости. Снижение рН во внеклеточной жидкости стимулирует окисление глутамина в проксимальном канальце почки, в то время как увеличение рН оказывает прямо противоположный эффект. Таким образом, ацидоз посредством стимуляции окисления глутамина в почке подталкивает этот орган к образованию большого дополнительного количества нового бикарбоната в кровь, тем самым компенсируя ацидоз. Эта реакция на рН возрастает в течение первых дней существования в организме ацидоза и позволяет активироваться механизму глутамин-NH₄⁺, способствовать образованию нового бикарбоната в почках, что противостоит ацидозу. Соответственно, наоборот, алкалоз тормозит метаболизм глутамина, что ведет к минимальному образованию бикарбоната.

Помимо этой формы регуляции образования NH₄⁺посредством изменения рН один или больше комплексных транспортных процессов, которые ведут к экскреции образовавшегосяNH₄⁺, также испытывают адаптирующее воздействие рН внеклеточной жидкости. Таким образом, ацидоз воздействует на транспортNH₄⁺ для увеличения экскреции, в то время как алкалоз оказывает противоположный эффект.

Итак, ацидоз увеличивает синтез и экскрецию NH₄⁺ в почке, в то время как алкалоз оказывает обратное действие. Этим объясняется широкий диапазон изменений экскрецииNH₄⁺.

Активная проксимальная секреция органических анионов.

Проксимальный каналец активно секретирует знаительное число различных органических веществ, возникающих под действием как эндогенных, так и внешних процессов. Многие из этих органических анионов, секретируемых данной системой, фильтруются также в почечных тельцах. Это вызывает увеличение массы вещества, секретируемого в проксимальном канальце, которое проникает в него и во время гломерулярной фильтрации. Другие же вещества тесно связаны с белками плазмы и поэтому подвергаются клубочковой фильтрации только в небольшой степени. Из этого следует, что секреция в проксимальном канальце является для таких веществ единственным механизмом их экскреции.

Путь активной секреции для органических анионов в проксимальном канальце относительно низко специфичен, т. е. единственный переносчик (или, возможно, несколько тесно взаимосвязанных) ответственны за секрецию всех органических анионов. Особенности данной системы транспорта создают условия для удаления из организма многих лекарств и других чужеродных химических соединений, попадающих в организм извне.

Наиболее изученным органическим анионом, секретируемым таким образом, является пара-аминогиппуровая кислота (ПАГ), вещество, которое используется для измерения почечного плазмотока. ПАГ служит примером при описании канальцевой секреции, поскольку это вещество активно переносится в клетки проксимального канальца через базолатеральную мембрану и при этом возникающая высокая внутриклеточная концентрация создает градиент для облегченной диффузии ПАГ через люминальную мембрану в просвет канальца.

По мере того как в плазме концентрация аниона, секретируемого данной системой, возрастает, с той же интенсивностью увеличивается и скорость секреции (пока не будет достигнут Т_mданного вещества). Все это служит механизмом гомеостатической регуляции содержания эндогенных органических анионов, с помощью этого же механизма происходит экскреция чужеродных органических анионов.

ПАГ – типичное вещество, подобное многим органическим ионам, секретируемым в проксимальном отделе канальца. Эта кислота не выделяется в других отделах нефрона. Некоторые же органические анионы, секретируемые в проксимальном канальце, напротив, выделяются при участии и иных механизмов транспорта и в проксимальном канальце, и в более дистальных отделах. Наиболее важным механизмом при этом является пассивная канальцевая реабсорбция или секреция.

Таблица №3. Органические анионы, секретируемые активно в проксимальном канальце

Эндогенные вещества	лекарства
Соли желчных кислот Жирные кислоты Производные гиппуровой кислоты Производные гидроксибензойной кислоты Оксалаты Простагландины Ураты	Ацетазоламид Хлортиазид Этакриновая кислота Фуросемид Пенициллин Пробенецид Сахарин Салицилаты Сульфаниламиды

Активная проксимальная секреция органических катионов

В проксимальных канальцах существует активная транспортная система (или несколько связанных систем) для выделения органических катионов, которая аналогична той, что участвует в экскреции органических анионов. Эта система относительно неспецифична, поскольку она способна транспортировать значительное количество чужеродных и эндогенных веществ, которые конкурируют друг с другом в процессе транспорта, что проявляется в снижении Т_m.

Проксимальная секреция органических катионов, как и органических анионов, лимитирована в отношении экскреции тех веществ, которые тесно связаны с белками плазмы и не фильтруются в почечных тельцах. Тем не менее, как и органические анионы, многие органические катионы, секретируемые в проксимальных канальцах, не связаны с белками и поэтому подвергаются клубочковой фильтрации и канальцевой секреции. Хорошим примером может служить креатинин.

Наконец, как и органические анионы, некоторые органические катионы не только секретируются проксимальными канальцами, но и могут подвергаться в них пассивной реабсорбции или секреции.

Таблица №4. Органические катионы, активно секретируемые в проксимальном канальце

Эндогенные вещества	Лекарства
Ацетилхолин Холин Креатинин Допамин Адреналин Гуанидин Гистамин Серотонин Норадреналин Тиамин	Атропин Изопротеренол Циметидин Меперидин Морфин Прокаин Хинин Тетраэтиламмоний