РСТ - проксимальный извитой каналец. - дистальный извитой каналец. РSТ - проксимальный прямой каналец. ТАL - дистальный прямой каналец

Транспорт ионов магния

Почка в значительной мере принимает участие в балансе Mg²⁺, при этом выделение ионов контролируется гормонами. Паратиреоидный гормон снижает выведение Mg²⁺.

В плазме крови находится 0,7-1,2 ммоль Mg²⁺ (частично связанного с белками), а в клубочковом фильтрате - около 0,5-0,9 ммоль. Экскретируемая фракция составляет <5%, максимально - 20%. Она возрастает при увеличении объема внеклеточной жидкости, гипермагнезиемии и гиперкальциемии, а также под воздействием диуретиков, влияющих на транспортные системы петли Генле, тогда как уменьшение объема внеклеточной жидкости, недостаток Ca²⁺ и Mg²⁺, а также гормоны действующие через cAMP (паратиреоидный гормон, кальцитонин и др.) снижают выведение Mg²⁺.

В проксимальном канальце Mg²⁺ реабсорбируется значительно медленнее чем вода (и медленнее, чем Ca²⁺), поэтому концентрация Mg²⁺ в просвете канальца возрастает по отношению к концентрации (не связанного с белками) Mg²⁺ в плазме крови (с коэффициентом = 1,5), что вместе с положительным потенциалом жидкости в просвете канальца по отношению к плазме крови создает движущую силу для пассивной межклеточной реабсорбции Mg²⁺ в среднем и конечном отделах проксимального канальца (рис. 9-21 А). К концу проксимального канальца реабсорбируется около 15-20% Mg²⁺.

Дистальный прямой каналец (толстая восходящая часть петли Генле) берет на себя большую часть реабсорбции Mg²⁺ (около 70%, это значение изменяется за счет регуляции) (межклеточный пассивный транспорт) (рис. 9-21 Б). Поскольку в этом отделе канальца трансэпителиальный потенциал тесно связан с происходящей там реабсорбцией NaCl, то изменения этой реабсорбции (например, за счет диуретиков, действующих на транспортные системы этого отдела, или в результате усиленного тока мочи) значительно влияют на реабсорбцию Mg²⁺.

Наконец, дистальный извитой каналец реабсорбирует еще 2-8% профильтровавшегося количества Mg²⁺.

Многие гормоны (паратиреоидный гормон, кальцитонин и др.) регулируют как трансклеточную реабсорбцию Mg²⁺ в дистальном извитом канальце, так и межклеточную реабсорбцию в толстом восходящем сегменте петли Генле. На межклеточный пассивный перенос может быть оказано влияние как за счет изменений положительного потенциала жидкости в просвете канальца (= движущая сила), так и за счет регуляции проницаемости плотных контактов. (В последнем процессе ключевую роль, по всей видимости, играет белок клаудин). Контроль за уровнем концентрации Ca²⁺ и Mg²⁺ в плазме крови осуществляется с помощью специального экстраклеточного сенсора: Ca²⁺/Mg²⁺-сенсора (Casr =Ca²⁺/Mg²⁺- sensing receptor), локализованного в гормональных железах, на базолатеральной мембране дистального прямого канальца и дистального извитого канальца.

Рис. 9-21. Транспорт магния.

Mg²⁺ реабсорбируются в проксимальном канальце - А (Ca²⁺ > Mg²⁺) и в дистальном прямом канальце - Б (толстой восходящей части петли Генле) (Mg²⁺ > Ca²⁺, см. также рис. 9-20) пассивно через плотные межклеточные контакты. Движущей силой этого процесса является положительный в просвете канальца трансклеточный потенциал, т.е. жидкость канальца заряжена положительно по отношению к плазме крови. В дистальном прямом канальце дополнительно осуществляется активная трансклеточная реабсорбция (Б). ICT - начальный отдел собирательного протока. CCT - корковый собирательный проток. 0MCD - наружный мозговой собирательный проток. IMCD - внутренний мозговой собирательный проток

Транспорт ионов калия

Регуляция содержания К⁺ в организме осуществляется почками. Экскретируемая (выделяемая) фракция К⁺ составляет в среднем 5-15%, однако она изменяется в пределах между 1-3% при недостатке калия и 150-200% и при сильной гиперкалиемии.

Поскольку реабсорбируемая фракция в проксимальном извитом канальце и в петле Генле (нисходящий тонкий сегмент петли - тонкий нисходящий отдел петли Генле, восходящий тонкий сегмент петли - тонкий восходящий отдел петли Генле, дистальный прямой каналец - толстая восходящая часть петли Генле) постоянна и составляет 85-90%, изменение выделения K⁺ обеспечивается связующими канальцами и собирательными протоками.

Жизненно важно поддерживать концентрацию К⁺ в плазме крови в узких границах (обычно в пределах 4,1 +/- 0,6 моль/л). Поскольку почка в основном отвечает за выделение К⁺ в широком диапазоне, она должна реагировать на изменения концентрации К⁺ в крови (гипер- и гипокалиемия). Рассмотрим транспорт К⁺ в разных отделах нефрона.

Экскретируемая фракция К⁺ составляет в среднем 5-15%, однако при недостатке К⁺ экскретируемая фракция К⁺ может быть уменьшена до значений 1-3%, при очень высоком потреблении или высвобождении К⁺ экскретируемая фракция может увеличиваться до 150-200%. К⁺ может полностью реабсорбироваться, а также полностью

выводиться из организма с мочой. Эта приспособляемость реабсорбции К⁺ обеспечивается дистальным прямым канальцем (толстой восходящей части петли Генле) и собирательными протоками, поскольку, вне зависимости от потребностей К+-баланса, в проксимальных канальцах и в петле Генле (нисходящий тонкий сегмент петли - тонкий нисходящий отдел петли Генле, восходящий тонкий сегмент петли - тонкий восходящий отдел петли Генле, дистальный прямой каналец - толстая восходящая часть петли Генле) вместе взятых реабсорбируется постоянно 85-90% профильтровавшегося количества К⁺.

Деполяризация апикальной мембраны главных клеток эпителия связующего отдела и собирательной трубочки стимулирует секрецию К⁺ этими клетками. Поскольку деполяризация мембраны зависит от регулируемой альдостероном электрогенной реабсорбции Na⁺, то секреция K+ тесно связана с реабсорбцией Na⁺ и зависит от концентрации альдостерона. Кроме того, сдвиг внутриклеточного значения pH в кислую сторону увеличивает проницаемость апикальной мембраны для К⁺ и следовательно секреция К⁺ увеличивается.

За реабсорбцию K+ при его недостатке отвечают, по всей видимости, вставочные клетки эпителия связующих канальцев и собирательных протоков, в апикальной мембране которых, как и у обкладочных клеток желудка, локализована H⁺/К⁺-АТФаза, которая реабсорбирует К⁺ и секретирует в просвет собирательной трубочки ионы H⁺.

Рис. 9-22. Транспорт K⁺ в корковых (кортикальных) нефронах.

Невзирая ни на какие условия, в нефронах (А или Б), осуществляется реабсорбция и секреция K+. На рисунках представлены профильтровавшиеся фракции K+, реабсорбирующегося из просвета канальцев в интерстициальную жидкость (оранжевые заливки), и фракции K⁺, секретирующегося из интерстициальной жидкости в просвет канальца K⁺ (зеленые заливки). В проксимальных канальцах и в дистальном прямом канальце (толстой восходящей части петли Генле) постоянно реабсорбируется до 90% профильтровавшегося K⁺. Реабсорбция K⁺ осуществляется в этих отделах нефрона большей частью пассивно по межклеточному пути. Связующие канальцы, начальные отделы собирательных протоков и собирательные протоки имеют механизмы, обеспечивающие гомеостаз K⁺. При повышении содержания K⁺ (и потому высоком выделении альдостерона в кровь) главные клетки связующих канальцев и собирательные протоки могут секретировать большие количества K⁺, а при недостатке K⁺ (нет выделения альдостерона) вставочные клетки типа β этих отделов нефрона могут реабсорбировать K⁺

Клеточные механизмы транспорта K+

В проксимальных канальцах (рис. 9-23 А) в апикальной мембране с одной стороны происходит минимальная секреция K⁺ из клетки в просвет канальца через K⁺ -каналы, движущей силой чего является пассивная диффузия ионов. С другой стороны наблюдается реабсорбция в виде межклеточной диффузии или межклеточного перехода K+ вслед за водой. Это происходит большей частью за счет пассивного, межклеточного транспорта. В базолатеральной мембране Na⁺/K⁺ -АТФаза, потребляя АТФ, снижает внутриклеточную концентрацию Na⁺ и повышает внутриклеточную концентрацию K+ (первично-активный транспорт). K+ затем диффундирует из клетки через K⁺-каналы, локализованные в базолатеральной мембране (а не только в апикальной), что приводит к поляризации мембраны. Кроме того, на базолатеральной мембране расположен К⁺-С1^--котранспортер, который переводит из клетки ионы K⁺ в интерстициальное пространство.

В дистальном прямом канальце (толстая восходящая часть петли Генле) (рис. 9-23 Б) в апикальной мембране, обращенной в просвет канальца, имеется белок-переносчик (BSC1), который осуществляет одновременную реабсорбцию ионов Na+, K+ и 2C1^-(механизм вторичного активного транспорта, котранспорт), при этом движущей силой является градиент Na+ опять создаваемый Na⁺/K⁺-ATФазой, расположенной на базолатеральной мембране (первичный активный транспорт). Однако на апикальной мембране наблюдается секреция K⁺ из клетки в просвет канальца через K⁺-каналы, движущей силой чего является пассивная диффузия ионов. Иначе говоря, поступающий в клетку с двух сторон K+ (переносчик BSC1 и Na⁺/K⁺-ATФаза) покидает клетку через опять же двусторонне локализованные K⁺-каналы. На базолатеральной мембране помимо Na⁺/K⁺-ATФазы и K⁺-каналов имеются C1^- каналы, которые выводят из клетки в интерстициальное пространство избыток ионов C1^-, закаченных переносчиком BSC1. Помимо всего прочего положительный в просвете канальца трансэпителиальный потенциал обеспечивает пассивную межклеточную реабсорбцию ионов Na⁺ и K⁺. Движущими силами этой межклеточной реабсорбции являются установившиеся в результате реабсорбции воды химические градиенты, положительный в просвете канальца трансэпителиальный потенциал - жидкость в просвете нефрона заряжена положительно по отношению к интерстициуму.

Корковый собирательный проток (рис. 9-23 В, Г). Ультраструктурные особенности плотных контактов между клетками эпителия указывают на то, что в данном отделе нефрона мы имеем дело с относительно плотным эпителием. В этом отделе присутствуют, так называемые, вставочные клетки (intercalated cells), которые поодиночке разбросаны между многочисленными главными клетками (principal cells). Вставочные клетки находятся в корковом веществе почки и начальном отделе медуллярной собирательной трубочки. Они могут находиться в двух функциональных состояниях: их люминальная мембрана, обладающая большой поверхностью и снабженная микроворсинками, может быть либо выпячена в просвет канальца, (функциональный тип А), либо сокращена до небольшой поверхности (функциональный тип Б). Тип А секретирует ионы Н⁺ в просвет канальца, тогда как тип Б секретирует HCO₃^-. «Переключение» из А в Б подразумевает в том числе «обратное» встраивание транспортных протеинов для Н+ и HCO₃^-. Это демонстрирует, что регуляция транспортных свойств может включать в себя даже морфологическую перестройку клеток эпителия.

В этой области плотные контакты собирательного протока сравнительно непроницаемы для катионов. Только C1^- реабсорбируется в этом отделе нефрона межклеточным путем.

В корковом собирательном протоке во вставочных клетках α -типа (рис. 9-23 В) в апикальной мембране осуществляется секреция в просвет канальца Н+ (Н⁺/K⁺-АТФаза) и переход во вставочную клетку К⁺. Кроме того в просвет канальца Н⁺ выкачивает Н+-АТФаза. В базолатеральной мембране находится белок-переносчик AE1 (антипорт HCO₃^-/C1^-). Одновременно работает Na⁺/K⁺-ATФаза, закачивая во вставочную клетку К⁺. Однако эти ионы поступают в интерстициальное пространство по K⁺-каналам.

В корковом собирательном протоке в главных клетках (рис. 9-23 Г) C1^- реабсорбируется межклеточным путем. На апикальной мембране секреция К⁺ в просвет канальца зависит от реабсорбции Na⁺ по ENaC-каналам в клетку и потому от альдостерона и т.д. На люминальной мембране находятся K⁺-каналы и К+-С1-котранспортер, и обе эти системы секретируют K⁺ в просвет канальца. На базолатеральной мембране Na⁺/K⁺-ATФаза закачивает K⁺ в клетку, но его избыток уходит не только через K⁺-каналы люминальной мембраны, но и через K⁺-каналы базолатеральной мембраны.

Рис. 9-23. Клеточные модели К⁺ транспорта.

Рассматриваются четыре примера. А - проксимальный каналец. Б - дистальный прямой каналец (толстая восходящая часть петли Генле). В - вставочная клетка α-типа коркового собирательного протока. Г - главная клетка коркового собирательного протока

Функция концентрированной мочи

В зависимости от количества воды, поступающей в организм, почки могут или выделять небольшое количество концентрированной мочи (0,3% клубочкового фильтрата; скорость образования мочи - 0,35 мл/мин; антидиурез (рис. 9-24 А); осмоляльность мочи около 1300 мосм/кг H₂O) или большое количество гипотоничной мочи (20% клубочкового фильтрата; скорость образования мочи - 25 мл/мин; водный диурез (рис. 9-24 Б); 50 мосм/кг H₂O).

Для концентрирования мочи необходимы: (1) корково-медуллярный осмотический градиент, который устанавливается в результате реабсорбции NaCl в толстой восходящей части петли Генле и поддерживается противоточно-множительной системой мозгового вещества почек; (2) противоточный обмен в прямых сосудах (Vasa recta); (3) рециркуляция мочевины: медуллярная собирательная трубочка (проницаема для мочевины) - тонкая нисходящая часть петли Генле (проницаемы для мочевины) - толстый восходящий отдел петли Генле (непроницаем для мочевины) - дистальный извитой каналец (не-проницаем для мочевины) - медуллярная собирательная трубочка (проницаема для мочевины); (4) проницаемость собирательной трубочки для воды (вызванная антидиуретическим гормоном).

Без антидиуретического гормона (АДГ) дистальный извитой каналец и собирательная трубочка непроницаемы для воды, поэтому гипотоничная моча, выходящая из толстого восходящего отдела петли Генле, за счет реабсорбции NaCl в последующих отделах нефрона становится еще более гипотоничной: водный диурез. Осмотический диурез вызывается нереабсорбируемыми профильтровавшимися веществами,

тогда как диуретики тормозят реабсорбцию Na⁺ в различных отделах нефрона.

Скорость образования мочи составляет у мужчин в среднем 1,35 и 1,15 л/сут у женщин, при этом наблюдается разброс индивидуальных значений в диапазоне от 0,5 до 2,0 л/сут. Если наблюдаемая скорость образования мочи соответствует значениям около нижней границы разброса (высококонцентрированная моча), то такое состояние называется антидиурезом, а при значениях около верхней границы разброса - диурезом. При количествах мочи больше 2,0 л/сут говорят о полиурии, при количествах меньше 0,5 или 1,0 л/сут об олигоурии и, соответственно, анурии. Кроме того, существует выраженная дневная периодичность, в ходе которой количество мочи рано утром на 40% ниже индивидуального среднесуточного значения, а в полдень - на 40% выше.

Водный диурез. При переизбытке воды в организме прекращается выделение АДГ в кровь, и собирательная трубочка, как и дистальный извитой каналец, становятся непроницаемыми для воды, а проницаемость для мочевины уменьшается. В результате моча остается такой же гипотоничной, как и при переходе из петли Генле в дистальный каналец, а в дистальном канальце и собирательной трубочке она становится еще более гипотоничной за счет активной реабсорбции NaCl (минимально около 50 мосм/кг H₂O). Подобное разбавление мочи обеспечивает выведение большого количества воды без одновременной потери NaCl и других веществ. При водном диурезе говорят о выведении «свободной» воды. Под этим подразумевается количество воды, которое может быть удалено из мочи, до тех пор пока ее осмоляльность не сравняется с осмоляльностью плазмы крови (P_осм = осмоляльность плазмы крови = 290 мосм/кг H₂O). Относительная доля свободной воды в объеме мочи вычисляется из 1 - (U/P), при этом U - осмоляльность мочи. Если последняя составляет, например, 145 мосм/кг H₂O, то доля свободной воды составляет 0,5 или 50%.

Рис. 9-24. Осмолярность интерстициальной жидкости.

А - ограничение воды (антидиурез). Б - высокое потребление воды (водный диурез)

Роль почек в поддержании рН крови

На рис. 9-25 А представлен один из путей НСО₃^- в

начальных отделах проксимального канальца. Его количество составляет 90% от профильтровавшегося. Механизм реабсорбции связан с секрецией ионов Н⁺ в просвет канальца (рис. 9-25 А), вступающих в реакцию с профильтровавшимся HCO₃^- с образованием CO₂, который диффундирует в клетку. Превращение HCO₃^- в CO₂ (и наоборот) катализируют мембранная (CA IV) и соответственно цитоплазматическая (CA II) карбоангидраза клеток канальца. Там CO₂ вступает в реакцию, ведущую к образованию HCO₃^-, который частично вступает в реакцию с OH^- с образованием CO₃^2- и H₂O, таким образом, в клетке содержатся вновь образованные HCO₃^-, CO₃^2-и H₂O. В конечном итоге HCO₃^-, CO₃^2- и Na⁺ (в соотношении 1:1:1) или альтернативно (не изображено) HCO₃^- вместе с 1Na+ покидают клетку через базолатеральную мембрану с участием общего переносчика NBC-1. В дополнение HCO₃^- выходит из клетки через базолатеральную мембрану в обмен на C1^- (антипорт, не изображен). При этом OH^- и Н⁺ взаимодействуют друг с другом в просвете канальца, превращаясь в воду.

На рис. 9-25 Б на примере H₂PO₄^- показано выведение кислот. Неорганический фосфат (Pi) встречается в плазме (рН 7,4) в форме HPO₄^2- и H₂PO₄^- (в соотношении 4:1). Обе формы свободно фильтруются и в проксимальном канальце реабсорбируются посредством механизма вторичного активного транспорта (котранспорта с Na⁺). Экскретируемая фракция фосфата (обычно 10-20%), величина которой регулируется почками, увеличивается при возрастающей и уменьшается при снижающейся концентрации фосфата в плазме крови. Фосфат, реабсорбируется на две трети посредством вторично-активного транспорта в проксимальном канальце с помощью переносчика NaPj-3, расположенного на апикальной мембране эпителиальных клеток и осуществляющего сопряженный с Na⁺ перенос (котранспорт). Ацидоз уменьшает количество этих переносчиков в мембране, тогда как алкалоз увеличивает их число. В плазме крови и клубочковом фильтрате (рН 7,4) фосфат представлен на 80% в виде HPO₄^2- и только на 20% в виде H₂PO₄^- (pKa' = 6,8). По мере прохождения через канальцы и собирательную трубочку нереабсорбированный HPO₄^2- посредством секретируемых ионов Н+ титруется в H₂PO₄^-, что в значительной мере способствует почечному выведению ионов Н+.

В проксимальном канальце ионы Н+ в просвете канальца титруют профильтровавшийся в клубочке бикарбонат- и фосфат^2- (рис. 9-25 А, Б), поэтому рН-значение в просвете канальца снижается

до 6,4-6,8.

На рис. 9-24 В представлена секреция и выведение аммиака NH₃ и аммония NH₄⁺. В результате клеточного метаболизма образуется NH₄⁺ и ОН^-. NH₄⁺ диссоциирует в клетках канальца на NH₃ и Н⁺, которые с одной стороны независимо друг от друга попадают в просвет канальца (неионная диффузия и соответственно активная секреция Н+), и с другой стороны в недиссоциированном виде покидают клетку в направлении просвета канальца в качестве заряженных ионов NH₄⁺ с помощью Na⁺-H⁺- переносчика (вместо Н+) (на рисунке не показано). Итак, оба продукта - NH₃⁺ и Н⁺ попадают независимо друг от друга в просвет канальца, где они вновь образуют NH₄⁺. Хотя удаление NH₄⁺ с мочой само по себе не способствует выведения кислот, оно представляет собой косвенную количественную меру выведение кислот. Если образованный таким образом NH₄⁺ действительно покидает организм с мочой (а не возвращается обратно в печень и там при синтезе мочевины использует HCO₃^-), количество NH₄⁺ является косвенным показателем элиминации Н⁺. Итак, выведение NH⁴⁺ способствует удалению Н⁺, причем на каждый выведенный NH₄⁺ в печени для синтеза мочевины используется меньше на один анион HCO₃^-. Однако это происходит не потому что NH₃ после выделения Н⁺ связывает ионы Н⁺. (При рН около 9 приблизительно 97% NH₄⁺ (↔NH₃) находится в ионизированном виде). Этот способ «выведения» Н⁺ принципиально отличается от канальцевого титрования фосфата (см. выше) и поэтому не может рассматриваться как титруемая кислота.

Для регуляции кислотно-щелочного баланса важно, что при ацидозе образование и выведение NH₄⁺ в проксимальном канальце может возрасти в течение 1-2 дней в несколько раз по сравнению с нормальным значением. Это обеспечивается усиленным транспортом глутамина из печени в почку, так и активация в почке глутаминазы, а также глюконеогенеза. И наоборот, изменение кислотности мочи в собирательной трубочке (например, дефект Н⁺/АТФазы и/или переносчика, обеспечивающего обмен C1^-/HCO₃^-(антипорт)) приводит к недостаточному выведению NH₄⁺ и титруемых кислот, так что развивается дистальный почечный канальцевый ацидоз.

Рис. 9-25. Роль почек в поддержании кислотно-щелочного равновесия.

Дата добавления: 2015-08-13