Концентрация первичной мочи. Транспорт воды и растворенных веществ в петле Генле
а) Концентрация растворенных в первичной моче веществ по ходу проксимального канальца. На рисунке ниже приведена динамика изменений концентрации различных растворенных веществ по ходу проксимального канальца. Хотя общее количество ионов Na+ в первичной моче существенно снижается по мере продвижения жидкости по канальцу, концентрация натрия (и общая осмолярность) между тем остается на относительно стабильном уровне, поскольку проницаемость стенок канальцев для воды соразмерна скорости его реабсорбции.
Изменение концентраций различных веществ по ходу проксимального извитого канальца относительно содержания этих же веществ в плазме и первичной моче. Состояние, при котором содержание вещества в плазме и первичной моче одинаково, принимают за единицу. Значение ниже единицы означает, что вещество реабсорбируется интенсивнее по сравнению с водой; величина выше единицы определяет, что реабсорбция вещества идет менее активно, чем воды, или оно секретируется в просвет канальца
Растворы определенных органических веществ, например глюкозы, аминокислот и бикарбонатов, реабсорбируются интенсивнее воды, поэтому для них заметны значительные изменения концентрации по ходу канальца. Для других органических веществ, таких как, например, креатинин, для которых канальцы менее проницаемы и отсутствуют активные механизмы реабсорбции, характерно увеличение концентрации по мере продвижения мочи по канальцу. Общая концентрация растворенных веществ, выражаемая осмолярностью, по существу остается прежней из-за высокой проницаемости этой части нефрона для воды.
б) Секреция органических кислот и оснований в проксимальном канальце. Проксимальный каналец является также важной областью, в которой происходит секреция органических кислот и оснований, таких как соли желчных кислот, оксалаты, ураты и катехоламины. Многие их них являются конечными продуктами метаболизма и должны быть быстро удалены из организма. Секреция этих веществ в проксимальный каналец, а также фильтрация в клубочках при практически полном отсутствии реабсорбции в совокупности способствуют быстрому выделению их с мочой.
В дополнение к метаболитам почки выделяют многие лекарственные препараты или токсины путем непосредственной секреции в просвет канальцев, таким образом быстро очищая кровь. Для некоторых препаратов, например пенициллина и салицилатов, такое интенсивное выведение создает проблему поддержания терапевтически эффективной концентраций препарата в крови.
Другое соединение, быстро выделяемое проксимальным канальцем, — парааминогиппуровая кислота. Вещество секретируется настолько интенсивно, что в среднем около 90% ПАГ, содержащейся в плазме и проходящей через почки, попадает в мочу, поэтому для оценки почечного плазмотока можно использовать показатель очищения (клиренс) плазмы от ПАГ.
Транспорт воды и растворенных веществ в петле Генле
Петля Генле состоит из трех отличающихся по функции сегментов: тонкого нисходящего, тонкого и толстого восходящего. Клетки эпителия тонкого нисходящего и тонкого восходящего сегментов лишены щеточной каемки, бедны митохондриями и обладают минимальным уровнем метаболической активности (для облегчения понимания темы просим изучить рисунок ниже).
Ультраструктура и особенности транспорта в тонком сегменте нисходящего отдела петли Генле (вверху) и толстом сегменте восходящего отдела петли Генле (внизу). Нисходящая часть тонкого сегмента петли Генле высокопроницаема для воды и умеренно проницаема для большинства растворенных веществ, однако бедна митохондриями, поэтому активная реабсорбция здесь очень слаба или вообще отсутствует. В толстом сегменте восходящего отдела петли Генле реабсорбируется около 25% попавших в первичную мочу ионов Na+, Cl- и К+, а также большое количество ионов Са2+, НCO3- и Mg2+. Для этого сегмента также характерна секреция протонов в просвет канальца
Нисходящая часть тонкого сегмента высокопроницаема для воды и умеренно проницаема для большинства растворенных веществ, включая мочевину и натрий. Это позволяет веществам путем простой диффузии проникать через стенки. Здесь также реабсорбируется около 20% воды. Обе восходящие части (тонкая и толстая) фактически непроницаема для воды, что важно для процесса концентрирования мочи.
Толстый сегмент петли Генле, который начинается примерно с половины восходящего отдела, в составе стенок содержит крупные эпителиоциты, которые обладают высокой метаболической активностью и способностью к активной реабсорбции ионов Na+, Сl- и К+. Около 25% их общего количества, поступившего в первичную мочу, реабсорбируется преимущественно в толстом сегменте петли Генле. Здесь также происходит реабсорбция значительного количества других ионов, например кальция, бикарбонатов и магния. Тонкий восходящий и нисходящий сегменты имеют значительно более низкую реорбтивную способность, поэтому данные отделы не играют существенной роли в транспорте ни одного из перечисленных растворенных веществ.
Механизмы транспорта ионов Na+, Cl- и К+ в толстом сегменте восходящего отдела петли Генле. Натрий-калиевая АТФ-аза на базолатеральной мембране поддерживает низкую внутриклеточную концентрацию натрия и отрицательный электрический потенциал в клетке. Переносчик, который путем котранспорта перемещает 3 вида ионов (1 ион Na+, 2 иона Cl- и 1 ион К+) из канальцев в клетку, использует в качестве движущей силы энергию, с которой ионы Na+ устремляются в клетку по электрохимическому градиенту. Положительный (около 8 мВ) по отношению к межклеточной жидкости заряд в просвете канальца приводит катионы, например Mg2+, Са2+, к диффузии через межклеточные промежутки
Важным компонентом реабсорбции растворенных веществ в толстом восходящем отделе является натрий-калиевая АТФ-аза, расположенная в области базолатеральной мембраны. Как и в проксимальном канальце, реабсорбция здесь тесно связана со способностью Na+/K+-Hacoca поддерживать низкую внутриклеточную концентрацию натрия, что, в свою очередь, создает благоприятные условия для перемещения натрия из просвета канальца в клетку. В толстом сегменте восходящего отдела перемещение натрия через апикальную мембрану определяется главным образом переносчиком, совместно транспортирующим 1 ион Na+, 2 иона Сl- и 1 ион К+ (для облегчения понимания просим изучить рисунок выше).
В качестве движущей силы этот ко-транспортный белок апикальной мембраны использует энергию, с которой ионы Na по градиенту концентрации устремляются в клетку, ее достаточно и для реабсорбции ионов К+ против градиента концентрации.
Толстый сегмент восходящего отдела петли Генле является точкой применения так называемых петлевых диуретиков — мочегонных лекарственных средств, таких как фуросемид, этакриновая кислота и буметанид, которые тормозят действие котранспортного белка. Подробнее об этих средствах написано в отдельной статье на сайте - просим пользоваться формой поиска выше.
В толстом восходящем отделе благодаря небольшому положительному заряду в просвете канальца относительно межклеточной жидкости через промежутки между эпителиоцитами осуществляется значительная реабсорбция таких катионов, как Mg2+, Ca2+, Na+, K+. Несмотря на то, что совместный транспорт 1 иона Na+, 2 ионов Сl- и 1 иона К+ в совокупности доставляет в клетку одинаковое количество катионов и анионов, в канальце создается небольшой положительный заряд (около 8 мВ), возникающий в результате небольшой утечки калия в просвет канальца. Положительный заряд способствует диффузии катионов, таких как Mg2+, Са2+, через промежутки между клетками и в межклеточную жидкость.
Апикальная мембрана клеток толстого сегмента также имеет систему контртранспорта ионов Na+ и Н+, благодаря которой натрий перемещается в клетку, а протоны секретируются в просвет канальца.
Толстый сегмент восходящего отдела петли Генле практически непроницаем для воды. Следовательно, молекулы воды, доставленные током жидкости в данный сегмент, остаются в его просвете, несмотря на реабсорбцию большого количества растворенных веществ. По мере продвижения к дистальному канальцу жидкость становится все более разведенной, это иллюстрирует важное свойство почек, позволяющее им в различных условиях вырабатывать разведенную или концентрированную мочу.
