Физиология почек (стр. 26 )

Офщие положения

На основании материалов двух последних абзацев мы можем прийти к еще одному выводу, касающемуся процессов транспорта в базолатеральных мембра­нах с участием натрия, за исключением Ка, К-АТФазных насосов. (Функция еще одного показана на рис. 6-1 — Ка, НСО3 котранспортер в проксимальном каналь­це и в восходящей толстой части петли Генле — участвует в реабсорбции бикар­боната, что будет описано в главе 9)2.

Реабсорбция хлора

Поскольку рёабсорбция хлора зависит в основном от реабсорбции натрия, то канальцевые структуры, которые реабсорбируют хлор, сходны с теми, что реаб-сорбируют натрий; количество (%) реабсорбированного хлора в данных сегментах от профильтровавшегося тот же, что и натрия (см. предыдущий раздел).

На рис. 6-2 обобщены данные о путях, где сопряжена рёабсорбция натрия с реабсорбцией хлора, как парацеллюлярная, так и активная трансцеллюлярная, а на рис. 6-1 показано конкретно, в каких канальцевых сегментах происходят эти процессы.

Для того чтобы понять механизм активной трансклеточной реабсорбции хло­ра, необходимо осознать, что важнейшим моментом в транспорте хлора в каждом сегменте канальца является перенос его из просвета в клетку. 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 в отношении хлора ту же активную функ­цию, что Ка, К-АТФазные насосы в базолатеральной мембране в отношении на­трия. Повторим еще раз, что вы можете не трудиться запоминать типы процессов в базолатеральной мембране (как показано на рис. 6-1, они являются К, С1-ко-транспортерами и/или хлорными каналами) и сфокусировать свое внимание на процессах в люминальной мембране, в которых участвует хлор. Еще раз подчер­киваю, необходимо понять основные принципы, а рисунок использовать при не­обходимости для справок.

Посмотрите на схему люминальных мембран на рис. 6-1 и вы увидите, что су­ществует всего 4 процесса: (1) параллельные пути антипорта для Ка/Н и (Л/ос­нований, которые будут описаны ниже в этой главе; (2) Ка, К,2С1-котранспортер; (3) Ка, С1-котранспортер; (4) антипорт С1/бикарбонат. Нужно подчеркнуть, что первые три механизма зависят от движения натрия через мембрану, и поэтому они связаны с реабсорбцией натрия. Только С1/бикарбонатный антипорт функ­ционирует независимо от натрия; энергия для данного процесса извлекается вто­рично не при участии Ка, К-АТФазной активности, а с помощью Н-АТФазы, что показано на рис. 6-1.^Обратите внимание, что рёабсорбция натрия и рёабсорб­ция хлора в собирательной трубке протекают в клетках различных типов (см. рис. 6-1): натрий реабсорбируется в основных клетках^ а хлор — во вставочных клетках В-типа.

Рёабсорбция воды

Рёабсорбция воды происходит в проксимальном канальце (65 % профильтро­вавшейся воды), в нисходящей тонкой части петли Генле (10 %) и в системе со-

116

Основные почечные процессы, касающиеся транспорта натрия, хлора и воды

Общие положения

Рис 6-1

Очевидно, что наиболее важным из них является калий, который поступает в клетку посредст­вом №,К-АТФаз базолатеральной мембраны. Некоторое количество калия возвращается обрат­но через базолатеральную мембрану посредством диффузии через калиевые каналы, которые обнаружены почти во всех канапьцевых клетках (не показано на рисунке). Рис. 8-1 и 10-1 пока­жут, как основные клетки и клетки дистального извитого канальца секретируют часть калия, ко­торый входит в клетку. На рис. 4-3 показано, что происходит с органическими питательными ве­ществами, такими как глюкоза. Рисунки в главе 9 показывают судьбу и происхождение ионов бикарбоната и водорода. Перенос веществ при реабсорбции через плотные соединения проис­ходит посредством парацеллюлярной диффузии.

Рис 6-1

бирательных 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 дегидратации.

При сопоставлении значения этих сегментов канальца и величин реабсорбции натрия (табл. 6-3) очевидными становятся несколько важных положений: (1) ре-абсорбция натрия и водь? происходит в проксимальном канальце всегда в одном и том же соотношении; (2) оба эти вещества также реабсорбируются в петле Ген-ле, но каждое их них реабсорбируется особым механизмом, отличающимся в раз­ных участках петли, реабсорбция натрия в петле всегда больше, чем воды; (3) ре-абсорбция натрия и воды происходит в собирательной трубке; (4) при этом про­цент реабсорбируемой воды может широко варьировать в зависимости от водного баланса данного человека. Большая часть данной главы будет посвящена объяс­нению высказанных в этом абзаце положений.

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 интерстици-альной жидкости, которая возникает в результате реабсорбции растворенных веществ. Напомню, что 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.

Термин «водопроницаемый» в последнем предложении очень важен: даже значительная разница в осмолярности по обеим сторонам мембраны не может вы­звать перемещение воды, если мембрана для воды непроницаема. По проницае­мости для воды сегменты канальца можно разделить на три группы3: (1) эпите­лий проксимального канальца и эпителий нисходящей части петли Генле облада­ет высокой водопроницаемостью; (2) эпителий восходящей части петли Генле (тонкая и толстая части; вспомните главу 1 — только длинные петли имеют тон­кие восходящие части) 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, описанных в первом параграфе данного раздела, а также широкие колебания объе­ма реабсорбированной воды, наблюдающиеся в системе собирательных трубок.

118

Основные почечные процессы,

I натрия, хлора и воды

Рассмотрим еще один очень важный момент. Разница в водной проницаемо­сти сегментов, находящихся за пределами проксимального отдела, позволяет по­чкам реабсорбировать воду отдельно от растворенных веществ, т. е. реабсорбиро-вать 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 пшеросмотичной (кон­центрированной) по сравнению с плазмой.

Способность почек продуцировать гиперосмотическую мочу является важным показателем способности субъекта выживать без воды. Почка человека может со­здать максимальную концентрацию мочи в 1400 мосм/л, что почти в 5 раз боль­ше, чем в плазме. Количество мочевины, сульфата, фосфата, других конечных продуктов обмена и небольшое количество ионов (которые не являются конечны­ми продуктами метаболизма), экскретируемое ежедневно, в норме составляет примерно 600 моем. Минимальный объем воды, в котором может раствориться такое количество веществ, составляет

Этот объем мочи называется обязательной (облигатной) потерей воды. Это не фиксированный объем, он меняется в зависимости от физиологического состоя­ния субъекта. Например, при повышенном катаболизме тканей (во время голода­ния или травмы) освобождается много растворенных веществ, в результате этого обязательные потери воды возрастают.

119

Величина обязательной потери воды влияет на состояние гидратации челове­ка, если он лишен воды. Например, если бы человек мог выделять мочу с осмо-лярностью 6000 моем/'л, то обязательная потеря воды составила бы только 100 мл, в этом случае человек мог бы значительно дольше обходиться без воды. Почка грызунов, обитающих в пустыне, крыс, кенгуру обладает такой способностью. Эти животные порой вовсе не пьют воду, потому что количества воды, поступаю­щей с твердой пищей, и воды, продуцируемой при окислений веществ в организ­ме, оказываются достаточными для удовлетворения потребности их организма.

Следует повторить, что процесс реабсорбции воды зависит от разности осмо-лярносга жидкости по обеим сторонам эпителия водопроницаемых сегментов ка­нальца. Наша главная задача при описании характеристик отдельных сегментов канальца объяснить, как возникает эта трансканальцевая разница величины осмо-лярности. Позже мы также объясним, каким образом можно отделить реабсорб-цию воды от реабсорбции растворенных веществ в процессе образования гипоос-молярной или гиперосмолярной мочи.

Отдельные канальцевые сегменты

В этом отделе не только рассмотрим свойства отдельных сегментов канальца, но охарактеризуем самое важное, каким образом реабсорбция натрия, хлора и во­ды интегрирована в единый процесс.

Проксимальный каналец

На рис. 6-1 показано, что имеется ряд начальных этапов поступления натрия через люминальную мембрану, которые вовлекаются в активную трансцеллюляр-ную реабсорбцию натрия в проксимальном канальце4. В начальной части каналь­ца большая часть профильтровавшегося натрия поступает в клетку через люми­нальную мембрану посредством котранспорта вместе с органическими питатель­ными веществами и фосфатом, в результате в жидкости просвета канальца концентрация этих веществ быстро снижается (рис. 6-3). Оставшийся натрий переносится из просвета канальца в клетку в начальной части проксимального участка преимущественно посредством антипорта с донами водорода. В главе 9 будет описано, как ионы водорода (источником которых является углекислота, образующаяся из двуокиси углерода) вызывают вторично активную реабсорбцию профильтровавшегося бикарбоната, поэтому концентрация бикарбоната в просве­те канальца значительно снижается, поскольку в начальном участке проксималь­ного канальца бикарбонат является основным анионом, реабсорбируемым с на­трием (рис. 6-3). Чуть позже мы обсудим особенности реабсорбции натрия на более отдаленном участке проксимального канальца.