Физиология почек (стр. 18 )

Глава 4

Основные механизмы канальцевой реабсорбции и секреции

Цели

Студент понимает основные механизмы канальцевой реабсорбции и секреции, если он:

1  Может определить основные характеристики диффузии, об­
легченной диффузии, первично активного транспорта (вклю­
чая котранспорт и антипорт), эндоцитоза и переноса веществ
вместе с растворителем.

2  Может указать, каким образом механизмы, перечисленные в
п. 1, можно применить по отдельности и в комбинации для
осуществления активной трансцеллюлярной реабсорбции.

3  Может дать определение парацеллюлярной реабсорбции; на­
звать условия, необходимые для ее осуществления; указать
ориентацию трансканальцевой разности потенциалов в про­
ксимальном канальце, толстой восходящей части петли Генле
и в более дистапьных сегментах.

4  Может подробно описать те силы, которые определяют дви­
жение реабсорбируемой жидкости из интерстициального про­
странства в перитубулярные капилляры; указать, почему в пе-
ритубулярных капиллярах давление низкое, а онкотическое
давление высокое; указать роль фильтрационной фракции при
определении онкотического давления в перитубулярных ка­
пиллярах.

5  Может определить концепцию Тт (при реабсорбции или сек­
реции), приведя соответствующие данные; рассчитать Тт\ оп­
ределить почечный порог кривой титрования глюкозой; объяс-

82

Основные механизмы канальцевой реабсорбции и секреции

нить расщепление; указать на значение Тт для транспорта ве­ществ в большей, чем обычно, фильтруемой массе вещества.

6  Готов ответить, как могут быть скомбинированы механизмы,
перечисленные в п. 1, для достижения парацеллюлярной или
активной трансцеллюлярной секреции.

7  Может описать 3 процесса, которые происходят при двуна­
правленном транспорте вещества в отдельном сегменте ка­
нальца; указать на последствия деятельности системы «на­
сос-утечка».

8  Может отличить «плотный» эпителий от «проницаемого».

9  Может обобщить материал, касающийся традиционного «раз­
деления труда» между сегментами почечных канальцев.

В данной главе освещаются принципиальные вопросы канальцевой реабсорбции и секреции. Сформулированные положения будут в дальнейшем использованы при обсуждении реабсорбции и секреции отдельных веществ (главы 5—10).

Классификация механизмов транспорта

Молекулярные механизмы, участвующие в осуществлении процессов реаб­сорбции и секреции, в принципе те же, что и механизмы, действующие при пере­носе молекул через плазматические мембраны в других частях организма. Пере­нос одних веществ происходит посредством диффузии, в транспорте других уча­ствуют мембранные белки.

Диффузия

Этот процесс происходит хаотично благодаря движению молекул, чтобы про­исходил процесс направленного транспорта, необходим электрохимический гра­диент, так как диффузия всегда направлена по градиенту. Жирорастворимые ве­щества могут диффундировать через липидные участки плазматических мембран клеток, в то время как диффузия ионов в значительной степени ограничена на­полненными водой каналами, образованными белками плазматической мембра­ны. Эти каналы могут быть высокоспецифичными для определенных ионов, по­этому мы говорим о натриевых каналах иди калиевых каналах.

Облегчённая диффузия

Этот процесс, подобно диффузии, может обеспечить перенос вещества только по электрохимическому градиенту (отсюда термин диффузия). Однако в отличие от обычной диффузии, транспорт вещества зависит от его взаимодействия со спе­цифическими мембранными белками, называемыми транспортерами (или пере­носчиками), которые облегчают процесс переноса. Облегченная диффузия начи­нается со связывания вещества с переносчиком, вслед за чем происходит конфор-мационная перестройка переносчика, что вызывает транслокацию вещества через мембрану. После этого вещество отделяется от переносчика. Вследствие взаимо­действия вещества с мембранными белками облегченная диффузия обладает та­кими характеристиками, как специфичность, насыщение и конкуренция.

Классификация механизмов транспорта

83

Превично активный транспорт

При этом процессе транспортируемая молекула также взаимодействует с мем­бранными транспортерами и демонстрирует специфичность, насыщение и конку­ренцию. В отличие от облегченной диффузии первично активный транспорт осу­ществляет перенос вещества против градиента, т. е. в сторону, противоположную направлению электрохимического градиента. Этот транспорт обеспечивается энергией, получаемой непосредственно при расщеплении молекул АТФ. Данный вид транспорта назван не просто активным, но первично активным именно вслед­ствие того, что непосредственным источником энергии является химическая энергия, выделяющаяся в ходе обмена веществ для данного процесса. В этом слу­чае мембранно-связанные АТФазы не только расщепляют АТФ для снабжения энергией, но и являются составной частью реального механизма транспорта.

В настоящее время известны следующие системы первично активного транс­порта: Ка, К-АТФаза; Н-АТФаза; Н, К-АТФаза и Са-АТФаза.

Вторично активный транспорт

В этом процессе два (а иногда и более) вещества взаимодействуют одновре­менно с одним и тем же специфическим мембранным переносчиком и оба транс­портируются через мембрану. Принципиальное отличие этого типа транспорта от уже описанных состоит в том, что в данном случае одно из веществ переносится по градиенту (вариант облегченной диффузии), а другое транспортируется про­тив градиента, в направлении, противоположном направлению электрохимиче­ского градиента. Отличие в данном варианте заключается в том, что в последнем случае процесс протекает без поступления энергии метаболизма непосредственно в транспортный механизм. Более того, основным видом энергии » данном случае является энергия, освобождаемая при одновременном движении по градиенту другого переносимого таким образом вещества. Иначе говоря, по мере продвиже­ния одного из веществ (чаще всего натрия) по его электрохимическому градиенту освобождается энергия, которая и используется при транспорте второго вещества против градиента, т. е. в направлении, противоположном направлению электро­химического градиента данного вещества. Вещество, переносимое против гради­ента, переносится посредством вторично активного транспорта, так как актив­ный транспорт в данном случае не связан непосредственно с гидролизом АТФ, что характерно для первично активного транспорта.

Термин «ко-транспорт»-1 определяет ситуацию, при которой два участвующих в процессе вещества движутся в одном направлении через мембрану, но одно по градиенту, а другое обычно против градиента. При антипорте энергия, выделяю­щаяся при движении по градиенту одного из веществ, расходуется на движение второго вещества против градиента и в противоположном направлении. Напри­мер, движение по градиенту натрия в клетку может обеспечить энергией перенос иона водорода из клетки против градиента.

Эндоцитоз

Этот процесс характеризуется инвагинацией части плазматической мембраны до тех пор, пока она оказывается полностью вдавленной внутрь клетки и образу­ется ограниченный мембраной внутриклеточный пузырек, наполненный внекле-

84

Основные механизмы канальцевой реабсорбций и секреции

точной жидкостью, проникшей внутрь во время его образования. Этот процесс является важным способом механизма поступления макромолекул в клетку, ко­торый может инициировать весь процесс путем связывания со специфическими мембранными рецепторами. Эндоцитоз, безусловно, также требует притока энер­гии, источником которой является расщепление молекул АТФ.

Перенос веществ вместе с растворителем

Если в мембране существуют достаточно большие поры, чтобы через них мог в процессе осмоса осуществляться ламинарный поток жидкости, то в этом случае движущаяся вода («растворитель») будет захватывать с собой любые растворен­ные вещества, размер которых позволяет им пройти через эти поры. Таким обра­зом, движение воды в результате различия концентрации воды по разным сторо­нам мембраны может неспецифически ускорить движение многих небольших растворенных веществ в том же направлении.

Механизмы транспорта, участвующие в реабсорбций

Мы начали обсуждение реабсорбций и секреции с утверждения, что в этих процессах участвуют те же основные механизмы транспорта веществ через плаз­матическую мембрану, что и в любых иных плазматических мембранах. Однако теперь надо обсудить дополнительную сложность, которая возникает вследствие того, что мы имеем дело с эпителиальным слоем, например почечным канальцем (или желудочно-кишечным эпителием, эпителием желчного пузыря и др.), а не с отдельной неэпителиальной клеткой (например, мышечная клетка или эритро­цит).

Посмотрите на рис. 4-1, и вы увидите, что есть два возможных пути для дви­жения реабсорбируемого вещества из просвета в интерстициальное пространство. Первый — движение между клетками, т. е. 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 реабсорбций и плотное соединение должно быть проницаемо для данного вещества. При переносе веществ вместе с растворителем поток воды движется через относительно проницаемое плотное соединение (см. ниже). В по­следующих главах я опишу, как у различных веществ возникают концентрацион­ные градиенты при прохождении через различные участки канальца, а также, как обеспечивается поток воды. Здесь я дам лишь краткое описание разности элект­рических потенциалов, которая существует между просветом канальца и интер-стициалъной жидкостью в различных сегментах канальца.