Механизмы канальцевой реабсорбции

Обратное всасывание различных веществ в канальцах обеспечивается активным и пассивным транспортом. Если вещество реабсорбируется против электрохимического и концентрационного градиента, процесс называется активным транспортом. Различают два вида активного транспорта — первично-активный и вторично-активный. Первично-активным транспорт называется в том случае, когда происходит перенос вещества против электрохимического градиента за счет энергии клеточного метаболизма. Наиболее ярким примером является транспорт ионов Nа⁺, который происходит при участии фермента На⁴", К^-АТФ-азы, использующей энергию АТФ. Вторично-активным называется перенос вещества против концентрационного градиента, но без затраты энергии клетки непосредственно на этот процесс. С помощью такого механизма реабсорбируются глюко­за, аминокислоты. Из просвета канальца эти органические вещества входят в клетку стенки проксимального канальца с помощью специального переносчика, который обяза­тельно должен присоединить ион Ма^ Этот комплекс (переносчик + органическое веще­ство + ион Nа⁺) перемещается в мембране щеточной каймы и внутри клетки диссони­рует. Фактором переноса этих веществ через апикальную плазматическую мембрану служит меньшая по сравнению с просветом канальца концентрация натрия в цитоплазме клетки, связанная с непрестанным активным выведением натрия из клетки с помощью Ма+, К^-АТФ-азы.

Реабсорбция воды, углекислого газа, некоторых ионов, мочевины происходит по механизму пассивного транспорта. Он характеризуется тем, что перенос вещества проис­ходит по электрохимическому, концентрационному или осмотическому градиенту. При­мером пассивного транспорта является реабсорбция в дистальном извитом канальце ионов С1~ по электрохимическому градиенту, создаваемому активным транспортом ионов Ма⁴". По осмотическому градиенту транспортируется лишь вода, скорость ее всасы­вания зависит от осмотической проницаемости стенки канальца и разности концентрации осмотически активных веществ по обеим сторонам ее стенки.

Вследствие всасывания воды и растворенных в ней веществ в содержимом прокси­мального канальца растет концентрация мочевины, небольшие количества которой по концентрационному градиенту реабсорбируются в кровь.

Достижения в области молекулярной биологии позволили проникнуть в сущность некоторых клеточных механизмов, обеспечивающих транспорт веществ через стенку канальца. Свойства клеток отделов нефрона различны. Неодинаковы и свойства ци-топлазматической мембраны в одной и той же клетке. Апикальная мембрана, обращен--ная в просвет канальца, имеет иные характеристики, чем базальная и боковые мембраны клетки, омываемые межклеточной жидкостью и соприкасающиеся с кровеносным капил­ляром. Вследствие этого апикальная и базальная плазматические мембраны участвуют в транспорте веществ по-разному.

Рассмотрим клеточные механизмы реабсорбции ионов на примере натрия. При вве­дении одного из микроэлектродов в просвет канальца, а второго — в околоканальцевую жидкость было найдено, что разность потенциалов стенки проксимального канальца оказалась небольшой (около 1,3 мВ), в дистальном же канальце она высокая и может достигать 60 мВ. Концентрация натрия в крови выше, чем в цитоплазме клеток каналь-цев, поэтому реабсорбция натрия обусловлена активным транспортом — переносом его против градиента электрохимического потенциала. При реабсорбции натрий вначале входит в клетку эпителия канальца пассивно по натриевому каналу мембраны, обращенной в сторону просвета канальца. Внутренняя часть клетки заряжена отрица­тельно и поэтому положительно заряженный ион Nа⁺ входит в клетку по градиенту потенциала. Далее натрий движется в сторону базальной плазматической мембраны, в которой имеется ионная помпа. Обязательным компонентом натриевой помпы является Ма"^, К^ -АТФ-аза. Этот фермент обеспечивает транспорт натрия из клетки в кровь и одновременное поступление в клетку калия. Ионообменный натриево-калиевый меха­низм угнетается сердечными гликозидами, например уабаином.

Фильтруемая глюкоза практически полностью реабсорбируется клетками прокси­мального отдела канальца. В нормальных условиях за сутки с мочой выделяются незна­чительные ее количества (не более 130 мг). Процесс обратного всасывания глюкозы осуществляется против высокого концентрационного градиента. В апикальной мембра­не клеток проксимального канальца глюкоза соединяется с переносчиком, который дол­жен одновременно присоединить ион Ма⁴'. В результате в цитоплазму клетки поступают и глюкоза, и натрий. Так как мембрана отличается высокой селективностью и односто­ронней проницаемостью, она не пропускает глюкозу обратно из клетки в просвет каналь­ца. Следующий этап — перенос глюкозы из клетки в кровь через базальную плазма­тическую мембрану — носит характер облегченной диффузии.

Аминокислоты почти полностью реабсорбируются клетками проксимального канальца. Имеется не менее 4 механизмов транспорта аминокислот из просвета канальца в кровь: специальные системы реабсорбции для нейтральных, двуосновных, дикарбок-сильных аминокислот и иминокислот. Каждая из этих систем обеспечивает всасывание ряда аминокислот одной группы. Так, например, система реабсорбции двуосновных аминокислот участвует во всасывании лизина, аргинина, орнитина и, возможно, цистина. При введении в кровь избытка одной из указанных аминокислот начинается усиленная экскреция остальных аминокислот соответствующей группы. Системы транспорта отдель­ных групп аминокислот контролируются раздельными внутриклеточными генетическими механизмами. Описаны наследственные заболевания, одним из проявлений которых служит увеличенная экскреция определенных групп аминокислот (аминоацидурия).

Выделение с мочой слабых кислот и оснований зависит от их фильтрации в клубоч­ках, реабсорбции и секреции в проксимальных канальцах, а также от «неионной диффузии», влияние которой особенно сказывается в дистальных канальцах и собира­тельных трубках. Эти соединения могут существовать в зависимости от рН среды в двух формах — неионизированной и ионизированной. Клеточные мембраны более проницаемы для неионизированных веществ. Многие слабые кислоты с большой скоростью экскретируются с щелочной мочой, а слабые основания, напротив—с кислой. Если. в канальцевой жидкости рН сдвинута в кислую сторону, основания ионизированы, они слабо реабсорбируются и преимущественно экскретируются с мочой. Никотин является слабым основанием, ионизированным на 50% при рН 8,1; он в 2—4 раза быстрее экскретируется с кислой (рН около 5), чем с более щелочной мочой (рН 7,8). Неионная диффузия влияет на выделение аммония, барбитуратов и др. веществ.

Небольшое количество профильтровавшегося в клубочках белка реабсорбируется клетками проксимальных канальцев. Выделение белков с мочой в норме составляет не более 20—75 мг в сутки. При заболеваниях почек оно может возрастать до 50 г в сутки. Выделение значительных количеств белка (протеинурия) может быть обусловлено либо нарушением реабсорбции, либо увеличением фильтрации белка.

В отличие от электролитов, глюкозы и аминокислот, которые, проникнув через апикальную мембрану, в неизменном виде достигают базальной плазматической мембра­ны и транспортируются в кровь, перенос белка обеспечивается принципиально иным механизмом. Белок попадает в клетку с помощью пиноцитоза. Молекулы профильтровав­шегося белка абсорбируются на поверхностной мембране клетки с образованием, в конеч­ном счете, пиноцитозной вакуоли. Эти вакуоли движутся в сторону базальной часчи клетки; в околоядерной области, где локализован пластинчатый комплекс (аппарат Гольджи), они могут сливаться с лизосомами, обладающими высокой активностью ряда протеолитических ферментов. В лизосомах захваченные молекулы белка при участии ферментов расщепляются и низкомолекулярные их фрагменты переносятся в кровь через базальную плазматическую мембрану. -Следует, однако, подчеркнуть, что не все белки в процессе транспорта подвергаются расщеплению, часть их попадает в кровь в неиз­менном виде.