Физиология почек (стр. 21 )

В проксимальном канальце существует также несколько активных секретор­ных систем для органических анионов и катионов (глава, 5).

Двунаправленный транспорт

В предыдущих разделах прилагательное результирующий или использовалось при описании канальцевой реабсорбции и секреции, или подразумевалось, даже если оно отсутствовало в тексте. Дело в том, что ситуации, при которых какое-ни­будь транспортируемое вещество переносится лишь в одном направлении из ка­нальца и полностью отсутствует его движение в противоположном направлении, очень редки, если вообще бывают.

94

Основные I

[реабсорбции и секреции

Одно важное соображение в пользу существшавввж двунаправленного транс­порта станет очевидным, если мы снова обратимся к рассмотрению рис. 4-4. Об­ратите внимание, что в целом при активном секретавишм процессе достигается более высокая концентрация ПАГ в просвете, чем в вжгерстмпиалъной жидкости. Эта разница, конечно, благоприятствует резуль I ици ••• ыу движению ПАГ в на­правлении реабсорбции посредством парацеллюляриов диффузии, так что если плотные соединения в какой-то степени проницаемы дли ПАГ, то такой транс­порт возможен. Аналогичным образом процессы •• 1инмм реабсорбции стремят­ся установить более низкую концентрацию (вещества) в просвете канальца по сравнению с интерстициальной жидкостью; эта раядц» концентраций благопри­ятствует пассивной парацеллюлярной секреции4.

Таким образом, мы имеем дело с так называемыми системами -«насос-утеч­ка»-, в которых активная транспортная система («насос») создает диффузионный градиент, снижающийся благодаря возможности обратное диффузии. Поскольку данная обратная диффузия существует изолированна как непрямое следствие де-

ятельности насоса, и поскольку результирующий поток жидкости будет вследст­вие этого направлен в сторону деятельности насоса, мы не станем учитывать об­ратную диффузию, именуя ее реабсорбцией или сежренкеи. Иными словами, по­ступление ПАГ обусловлено секрецией, и мы не будем касаться пассивного обратного потока, способствующего реабсорбции ПАГ (см. рис. 4-4). Глядя на рис. 4-2, мы можем просто сказать, что натрий реабсорбвруется, и не будем ис­пользовать термин секреция, именуя им любой пассивный обратный поток на­трия в просвет канальца.

Утечка веществ через стенку эпителиев является, тем не менее, чрезвычайно важным факторой при создании максимальных концентрационных градиентов, которые могут установиться через эпителиальный слой. Обратимся снова к рис. 4-2, чтобы констатировать, что чем более проницаем эпителий для натрия, тем сложнее будет активному механизму реабсорбции снизить люминальную концентрацию натрия ниже ее величины в интерстициальной жидкости. Анало­гично, активный секреторный механизм в меньшей степени способен повысить люминальную концентрацию транспортируемого вещества до уровня, превышаю­щего его концентрацию в интерстициальной жидкости, когда проницаемость эпи­телиального слоя, а потому и утечка данного вещества очень высоки.

Для большинства неорганических ионов и многих органических молекул ос­новным путем для утечки в этих системах является парацеллюлярный путь. На основе относительных значений проницаемости плотных соединений, что нахо­дит выражение в величине их электрического сопротивления, различные типы эпителия классифицируются как проницаемые или плотные. Проницаемый эпи­телий характерен для проксимальных канальцев (так же, как и для тонкой кишки и желчного пузыря). Плотный эпителий образует выстилку в дистальных изви­тых канальцах и собирательных трубках.

Повторим, проницаемый эпителий не способен создать значительный ионный концентрационный градиент между просветом и интерстициальной жидкостью. Кроме того, только относительно низкие значения разности электрических потен­циалов существуют между просветом канальца и межклеточной жидкостью (по­скольку пассивная проницаемость обусловливает «короткое замыкание» разно­сти потенциалов), для таких эпителиев характерна высокая проницаемость воды. Плотный эпителий, напротив, может создать очень высокую разность концентра-

Двунаправленный транспорт

95

Пример активно секретируемого вещества — органический анион р-аминогиппурат (ПАГ)- Про­цесс происходит в проксимальном канальце. Начальный этап представлен на рисунке справа. ПАГ который дифсрундировал из перитубулярных капилляров, подвергается вторично активно­му транспорту в клетку через базолатеральную мембрану посредством котранспорта с другим органическим анионом, Х~ (обычно это а-кетоглютарат). Энергообеспечение данного этапа осу­ществляется за счет движения X" по градиенту из клетки в интерстициальную жидкость. Люми-нальный этап выхода ПАГ является движением по градиенту и одновременно котранспортом с одним из органических анионов (обозначен V"). Если мы попытаемся это обосновать, то увидим, что процесс в целом косвенно зависит от участия базолатеральных насосов Ма, К-АТФазы: (1) эти насосы обычно создают концентрационный градиент для натрия по обеим сторонам ба-золатеральной мембраны; (2) этот градиент обусловливает движение натрия в клетку при учас­тии котранспортера, который использует энергию этого процесса и одновременно способствует движению Х~ против градиента в клетку, т, е. Х~ подвергается вторично активному транспорту; (3) как описано выше, Х~, двигаясь обратно по градиенту через базолатеральную мембрану, снабжает энергией транспорт ПАГ активно в клетку. Таким образом, X". просто повторно перено­сится через базолатеральную мембрану. Должно быть ясно также, почему транспорт ПАГ явля­ется примером того, что называется «третично» активным транспортом. Секреция ПАГ типична для значительного числа органических анионов (см. в главе 5), хотя детали могут отличаться в зависимости от свойств конкретного вещества.

Рис.4-4

ций между просветом канальца и интерстициальным пространством, большую разность трансцеллкшпшых потенциалов и низкую водную проницаемость. Эти характеристики следует помнить при обсуждении в последующих главах транс­порта ионов и воды в проксимальных (проницаемых) и более дисталышх (обра­зованных малопроницаемыми эпителиями) сегментах канальца.

96

Основные механизмы

реабсорбциии секреции

Система «насос-утечка» не является единственное формой двунаправленного транспорта в пределах одного канальцевого сегмента. Другая форма — канальце-вый сегмент может иметь противоположно направленные пути переноса форм, обусловленные свойствами клеток определенного типа в данном сегменте. (На­пример, в собирательной трубке коркового вещества клетки одного типа реабсор-бирует бикарбонат, а клетки другого — секретируют его.) Напротив, клетки опре­деленного типа могут содержать обратимые переносчики для вещества. В обоих случаях канальцевый сегмент может вследствие этого демонстрировать результи­рующую секрецию или результирующую реабсорбцию, в зависимости от физио­логических обстоятельств.

В конечном счете для многих веществ определенный сегмент канальца всегда осуществляет только результирующую реабсорбцию или только результирующую секрецию, но другие канальцевые сегменты могут выполнять прямо противопо­ложную функцию. Например, вещество может секретироваться в проксимальном канальце, но реабсорбироваться в собирательной трубке, В таких случаях относи­тельные величины противоположных процессов в различных канальцевых сег­ментах оцениваются по векторному эффекту, т. е. в зависимости от того, является ли общий эффект канальца в целом реарбсорбцией или секрецией.

Регуляция деятельности мембранных каналов и переносчиков

В этой главе ранее я указывал, что канальцевая реабсорбция и/или секреция многих веществ подвержена физиологической регуляции. Для большинства ве­ществ регуляция осуществляется посредством изменения состояния мембранных белков, участвующих в транспорте (каналы, переносчики), при участии гормонов, нейротрансмиттеров, паракринных и аутокринных агентов. Кроме того, каналы могут также реагировать на изменения локального мембранного потенциала, ме­ханических сил и внутриклеточных ионных концентраций. Реакция каналов и переносчиков (и тем самым клеток) на регуляторные воздействия является ре­зультатом множества возможных событий, суммированных в табл. 4-3.

97

Очень большое число исследований деятельности почек посвящено иденти­фикации специфических каналов и переносчиков в отдельных сегментах каналь­цев и выяснению молекулярных механизмов, посредством которых данные белки функционируют и регулируются. Подробный обзор этих механизмов, конечно, выходит за рамки данной книги.

«Разделение труда» в канальцах

Для лучшего усвоения материала необходимо всегда помнить несколько обоб­щений, касающихся реабсорбции и секреции отдельных веществ различными сег­ментами канальца. Из изложенного выше видно, что для полной экскреции ко­нечных продуктов обмена необходима очень высокая скорость клубочковой фильтрации. Тем не менее это означает, что фильтруемые количества всех ос­тальных низкомолекулярных веществ, растворенных в плазме, также довольно велики. Проксимальный каналец играет главную роль в возвращении всех этих профильтровавшихся веществ в кровь с помощью эффективной реабсорбции. Этот сегмент был назван местом наиболее массивной реабсорбции, поскольку ре-абсорбция каждого реабсорбируемого вещества в максимальной степени происхо­дит именно здесь (эта величина варьирует от 50 до 100 % профильтровавшегося количества) в зависимости от конкретного вещества. Соответственно прокси­мальный каналец является основным местом секреции растворенных веществ, за исключением калия.

Петля Генле, в особенности толстая восходящая ее часть, также реабсорбирует довольно большое количество главных ионов и в меньшей степени воду (15— 35 % профильтровавшегося количества). Вследствие выраженной реабсорбции растворенных веществ проксимальным канальцем и петлей Генле, масса раство­ренных веществ и объем воды, поступающей в более дистальные сегменты, отно­сительно малы. Сегменты канальца, располагающиеся за петлей Генле, очень хо­рошо приспособлены для тонкой регуляции транспорта большинства веществ, и именно они определяют путем изменения скорости реабсорбции и, в небольшом числе случаев, секреции, какими будут конечные количества веществ, экскрети-руемые с мочой. Поэтс|му не удивительно, что большинство (но не все) из меха­низмов, участвующих в гомеостазе, действуют в более дистальных отделах ка­нальца.