Для яких речовин характерний механізм активної реабсорбції. Канальцева реабсорбція – процес зворотного всмоктування води, амінокислот, іонів металу, глюкози та інших необхідних речовин із ультрафільтрату та повернення їх у кров

Функціями канальцевого апарату нирки(що включає проксимальний каналець, петлю нефрона, дистальний каналець і збиральні трубочки) є:

- реабсорбція частини органічних і неорганічних речовин, що профільтрувалися в клубочку;

- секреція в просвіт канальця речовин, що містяться в крові або утворюються в клітинах канальців,

- Концентрування сечі.

Реабсорбція –це зворотне всмоктування різних речовин із просвіту канальців у плазму перитубулярних капілярів. Реабсорбція відбувається у всіх відділах канальців нефрону, у збірній трубочці та визначається особливостями будови канальцевого епітелію нирок. Поверхня клітин проксимального звивистого канальця, звернена в його просвіт, має вкриту глікокаліксом густу щіткову облямівку, яка в 40 разів збільшує площу контакту мембрани з канальцевою рідиною. Під щітковою облямівкою між клітинами є проникні щільні сполуки.

Апікальну частину плазмолеминазивають також люмінальною, вона має високу іонну проникність, містить різні білки-переносники і забезпечує переважно пасивний транспорт різних речовин.

Базолатеральна частина клітинизбільшена за рахунок складчастості мембрани та містить велику кількість мітохондрій, що визначає зосередженість у ній систем активного транспорту (іонних насосів).

Порогова реабсорбціявідбиває залежність всмоктування речовини від його концентрації у плазмі крові. Якщо концентрація речовини в плазмі не перевищує певний пороговий рівень, то ця речовина буде повністю реабсорбована в канальцях нефрону, якщо ж перевищує – то не повністю реабсорбується і з'являється в кінцевій сечі, що пов'язано з максимальним насиченням переносників.

Первинна сеча,проходячи канальцями і збиральних трубочках, перед тим як перетворитися на кінцеву сечу, зазнає значних змін. Різниця полягає не тільки в її кількості (із 180 л залишається 1-1,5 л), а й якості. Деякі речовини, потрібні організму, повністю зникають із сечі або їх стає набагато менше. Відбувається процес реабсорбції. Концентрація інших речовин у багато разів зростає: вони концентруються при реабсорбції води. Ще інші речовини, яких взагалі не було у первинній сечі,
з'являються у кінцевій. Це відбувається внаслідок їхньої секреції.

Процеси реабсорбції можуть бути активними чи пасивними.Для здійснення активного процесунеобхідно, щоб були специфічні транспортні системи та енергія. Пасивні процесивідбуваються, як правило, без витрати енергії за законами фізики та хімії.

Канальцева реабсорбціявідбувається у всіх відділах, та її механізм у різних частинах неоднакова. Умовно можна виділити З відділу: проксимальний звивистий каналець, петля нефрону та дистальний звивистий каналець З збиральною трубочкою.

У проксимальних звивистих канальцяхповністю реабсорбуються амінокислоти, глюкоза, вітаміни, білки, мікроелементи. У цьому відділі реабсорбується близько 2/3 води та неорганічних солей Na +, К + Са2 +, Mg2 +, Cl-, НС07, тобто. речовини, які потрібні організму щодо його діяльності. Механізм реабсорбції головним чином прямо чи опосередковано пов'язані з реабсорбцією Na+.

Реабсорбція натрію . Більшість Na + реабсорбується проти концентрації градієнта за рахунок енергії АТФ. Реабсорбція Na+ здійснюється у 3 етапи:перенесення іона через апікальну мембрану епітеліальних клітин канальців, транспортування до базальної або латеральної мембрани та перенесення через зазначені мембрани в міжклітинну рідину та кров. Основною рушійною силою реабсорбції є перенесення Na+ за допомогою Na+, К+-АТФ-ази через базолатеральну мембрану. Це забезпечує постійний відтік іонів. Внаслідок цього Na + за градієнтом концентрації за допомогою спеціальних утворень ендоплазматичного ретикулуму надходить до мембран, повернутих до міжклітинного середовища. Внаслідок цього постійно діючого конвеєра концентрація іонів усередині клітини і особливо поблизу апікальної мембрани стає набагато нижчою, ніж з іншого боку, це сприяє пасивному надходженню Na+ в клітину за іонним градієнтом. Таким чином,
2 етапи натрієвої реабсорбції клітинами канальців є пасивними і лише один, кінцевий, потребує витрат енергії. Крім того, частина Na + реабсорбується пасивно міжклітинних проміжках разом з водою.

Глюкоза. Глюкоза реабсорбується разом із транспортом Na+. В апікальній мембрані клітин є спеціальні транспортери.Це білки з молекулярною масою 320 000, які в початкових відділах проксимального канальця переносять один Na + та одну молекулу глюкози (поступове зменшення концентрації глюкози в сечі призводить до того, що в наступній області канальця для перенесення однієї молекули глюкози використовується вже два Na +). Рушійною силою цього процесу є також електрохімічний градієнт Na+. На протилежному боці клітини комплекс Na - глюкоза - переносник розпадається на три елементи. Внаслідок цього звільнений переносник повертається на своє колишнє місце і знову набуває здатності переносити нові комплекси Na+ та глюкози. У клітині концентрація глюкози збільшується, завдяки чому утворюється градієнт концентрації, який направляє його до базально-латеральних мембран клітини та забезпечує вихід у міжклітинну рідину. Звідси глюкоза надходить у кровоносні капіляри і повертається до загального кровообігу. Апікальна мембрана не пропускає глюкозу назад у просвіт канальця. Транспортні переносники глюкози містяться лише у проксимальному відділі канальців, тому глюкоза реабсорбується лише тут.

В норміпри звичайному рівні глюкози в крові, а отже, і концентрації її в первинній сечі, реабсорбується вся глюкоза. Однак при підвищенні рівня глюкози у крові понад 10 ммоль/л (близько 1,8 г/л) потужність транспортних систем стає недостатньою для реабсорбції. Перші сліди нереабсорбованої глюкозиу кінцевій сечі виявляються при перевищенні його концентрації у крові. Чим вище концентрація глюкози в крові, тим більша кількість нереабсорбованої глюкози. До концентрації 3,5 г/лце збільшення ще прямо пропорційно, оскільки у процес ще включається частина транспортерів. Але, починаючи з рівня 3,5 г/лВиведення глюкози з сечею стає прямо пропорційним концентрації її в крові. У чоловіківповне навантаження системи реабсорбції спостерігається при надходженні 2,08 ммоль/хв (375 мг/хв) глюкози, а у жінок- 1, 68 ммоль/хв (303 мг/хв) з розрахунку на 1,73 м2 поверхні тіла.

амінокислоти. Реабсорбція амінокислот відбувається за таким же механізмом, як і реабсорбція глюкози. Повна реабсорбція амінокислот відбувається в початкових відділах проксимальних канальців. Цей процес пов'язаний з активною реабсорбцією Na+ через апікальну мембрану клітин. Виявлено 4 типи транспортних систем:а) для основних; б) для кислих; в) для гідрофільних; г) для гідрофобних амінокислот. З клітини амінокислоти пасивно градієнтом концентрації проходять через базальну мембрану в міжклітинну рідину, а звідти - в кров. Поява амінокислот у сечі може бути наслідком порушення транспортних систем або дуже високої концентрації їх у крові. В останньому випадку може виявлятися ефект, який механізмом нагадує глюкозурію — перевантаження транспортних систем. Іноді спостерігається конкуренція кислот одного типу за загальний переносник.

Білки. Механізм реабсорбції білків значно відрізняється від механізму реабсорбції описаних сполук. Потрапляючи до первинної сечі, невелика кількість білків у нормі майже повністю реабсорбується шляхом піноцитозу. У цитоплазмі клітин проксимальних канальців білки розпадаються за участю лізосомальних ферментів. Амінокислоти, що утворюються, за градієнтом концентрації з клітини надходять у міжклітинну рідину, а звідти – у кровоносні капіляри. Таким шляхом може реабсорбуватися до 30 мг білка за 1 хв. При пошкодженні клубочків у фільтрат потрапляє більше білків і частина може надходити до сечі ( протеїнурія).

Канальцева секреція.У сучасній фізіологічній літературі, що стосується діяльності нирок, термін секреціямає два значення. Першеїх описує процес перенесення речовини через клітини з крові у просвіт канальця у постійному вигляді, що підвищує швидкість екскреції речовини ниркою. Друге- виділення з клітини в кров або просвіт канальця синтезованих у нирці фізіологічно активних речовин (наприклад, простагландини, брадикінін та ін) або екскретованих речовин (наприклад, гіппурова кислота).

Секреція органічних та неорганічних речовин- один із важливих процесів, що забезпечують процес сечоутворення. У риб деяких видів у нирці відсутні клубочки. У разі секреція грає провідну роль діяльності нирки. У нирках більшості інших класів хребетних, у тому числі і у ссавців, секреція забезпечує виділення з крові в просвіт канальців додаткових кількостей деяких речовин, які можуть фільтруватися і в ниркових клубочках.

Таким чином, секреція прискорюєвиділення ниркою деяких чужорідних речовин, кінцевих продуктів обміну, іонів. У нирці у ссавців секретуються органічні кислоти (пеніцилін, парааміногіппурова кислота – ПАГ, діодраст, сечова кислота), органічні основи (холін, гуанідин), неорганічні речовини (калій). Нирка гломерулярних та агломерулярних морських кісткових риб здатна до секреції іонів магнію, кальцію, сульфатів. Розрізняються місця секреції різних речовин. У нирці всіх хребетних місцем секреції органічних кислот і основ служать клітини проксимального сегмента нефрону, особливо його прямої частини, секреція калію переважно відбувається в клітинах дистального каналу звивистого і збірних трубок.

Механізм процесу секреції органічних кислот.Розглянемо цей процес з прикладу виділення ниркою ПАГ. Після введення в кров ПАГ її секреція ниркою наростає і очищення крові значно перевищує величину очищення крові від одночасно введеного інуліну. Це означає, що ПАГ не тільки фільтрується в клубочках, а й крім клубочків у просвіт нефрону надходять значні її кількості. Експериментально було показано, що такий процес обумовлений секрецією ПАГ із крові у просвіт проксимальних відділів канальців. У мембрані клітини цього канальця, зверненої до міжклітинної рідини, є переносник ( котранспортер),що володіє високою спорідненістю до ПАГ. У присутності ПАГ утворюється комплекс переносника з ПАГ, який переміщається в мембрані і її внутрішньої поверхні розпадається, вивільняючи ПАГ в цитоплазму, а переносник набуває знову здатність переміщатися до зовнішньої поверхні мембрани і з'єднуватися з новою молекулою ПАГ. Механізм секреціїорганічних кислот включає низку етапів. У базальній плазматичній мембрані є Na+, K+-АТФаза, яка видаляє з клітини іони Na+ та сприяє надходженню в клітину іонів К+. Нижча концентрація в цитоплазмі іонів Na+ дозволяє надходити всередину клітини іонам Na+ за градієнтом концентрації за участю натрієвих котранспортерів. Один із типівтакого котранспортера сприяє надходженню через базальну плазматичну мембрану α-кетоглутарату та Na+. У цій же мембрані є аніонний обмінник, який видаляє з цитоплазми α-кетоглутарат в обмін на парааміногіппурат (ПАГ), що надходить з міжклітинної рідини в клітину, діодраст або деякі інші органічні кислоти. Ця речовина рухається по клітині у бік люмінальної мембрани і через неї проходить у просвіт канальця за механізмом полегшеної дифузії.

Пригнічення диханняціанідами, роз'єднання дихання та окисного фосфорилювання динітрофенолом знижує та припиняє секрецію. У звичайних фізіологічних умовах рівень секреції залежить кількості переносників у мембрані. Секреція ПАГ зростає пропорційно до збільшення концентрації ПАГ у крові до тих пір, поки всі молекули переносника не наситяться ПАГ. Максимальна швидкість транспорту ПАГ досягається в той момент, коли кількість ПАГ, доступна для транспорту, дорівнює кількості молекул переносника, які можуть утворювати комплекс ПАГ. Ця величина визначається як максимальна здатність до транспорту ПАГ – Ттран. ПАГ, що надійшла в клітину, рухається по цитоплазмі до апікальної мембрани і через неї спеціальним механізмом виділяється в просвіт канальця.

Квиток 15

Попередня3456789101112131415161718Наступна

НИРКИ ТА ЇХ ФУНКЦІЇ

Канальцева реабсорбція

Початковий етап сечоутворення, що призводить до фільтрації всіх низькомолекулярних компонентів плазми крові, неминуче має поєднуватись із існуванням у нирці систем, що реабсорбують усі цінні для організму речовини. У звичайних умовах нирці людини за добу утворюється до 180 л фільтрату, а виділяється 1,0-1,5 л сечі, решта рідини всмоктується в канальцях. Роль клітин різних сегментів нефрону в реабсорбції неоднакова. Проведені на тваринах досліди із вилученням мікропіпеткою рідини з різних ділянок нефрону дозволили з'ясувати особливості реабсорбції різних речовин у різних частинах ниркових канальців (рис. 12.6). У проксимальному сегменті нефрону практично повністю реабсорбуються амінокислоти, глюкоза, вітаміни, білки, мікроелементи, значну кількість іонів Na+, СІ-НСОз. У подальших справах нефрона всмоктуються переважно електроліти і вода.

Реабсорбція натрію та хлору являє собою найбільш значний за обсягом та енергетичними витратами процес. У проксимальному канальці в результаті реабсорбції більшості речовин, що профільтрувалися, і води обсяг первинної сечі зменшується, і в початковий відділ петлі нефрону надходить близько '/з профільтрованої в клубочках рідини. З усієї кількості натрію, що надійшов у нефрон при фільтрації, в петлі нефрону всмоктується до 25%, у звивистому дистальному канальці - близько 9%, і менше 1% реабсорбується в збірних трубках або екскретується з сечею.

Реабсорбція в дистальному сегменті характеризується тим, що клітини переносять меншу, ніж у проксимальному канальці, кількість іонів, але проти більшого концентрації градієнта. Цей сегмент нефрону і збиральні трубки відіграють найважливішу роль у регуляції обсягу сечі, що виділяється, і концентрації в ній осмотично активних речовин (осмотична концентрація1). Б кінцевої сечі концентрація натрію може знижуватися до 1 ммоль/л порівняно з 140 ммоль/л у плазмі. У дистальному канальці калій як реабсорбується, а й секретується за його надлишку в організмі.

У проксимальному відділі нефрону реабсорбція натрію, калію, хлору та інших речовин відбувається через високопроникну для води мембрану стінки канальця. Навпаки, в товстому висхідному відділі петлі нефрону, дистальних звивистих канальцях і збірних трубках реабсорбція іонів і води відбувається через малопроникну для води стінку канальця; проникність мембрани для води в окремих ділянках нефрону та збиральних трубках може регулюватися, а величина проникності змінюється в залежності від функціонального стану організму (факультативна реабсорбція). Під впливом імпульсів, що надходять еферентним нервам, і при дії біологічно активних речовин реабсорбція натрію і хлору регулюється в проксимальному відділі нефрону. Це особливо виразно проявляється у разі збільшення об'єму крові та позаклітинної рідини, коли зменшення реабсорбції у проксимальному канальці сприяє посиленню екскреції іонів та води і тим самим – відновленню водно-сольової рівноваги. У проксимальному канальці завжди зберігається ізоосмія. Стінка канальця проникна для води, і об'єм води, що реабсорбується, визначається кількістю реабсорбованих осмотично активних речовин, за якими вода рухається по осмотичному градієнту. У кінцевих частинах дистального сегменту нефрону та збиральних трубках проникність стінки канальця для води регулюється вазопресином.

Факультативна реабсорбція води залежить від осмотичної проникності канальцевої стінки, величини осмотичного градієнта та швидкості руху рідини канальцем.

Для характеристики всмоктування різних речовин у ниркових канальцях важливе значення має уявлення про поріг виведення.

Непорогові речовини виділяються за будь-якої їх концентрації в плазмі крові (і відповідно в ультрафільтраті). Такими речовинами є інулін, манітол. Поріг виведення практично всіх фізіологічно важливих, цінних організму речовин різний. Так, виділення глюкози із сечею (глюкозурія) настає тоді, коли її концентрація у клубочковому фільтраті (і в плазмі крові) перевищує 10 ммоль/л. Фізіологічний зміст цього явища буде розкритий в описах механізму реабсорбції.

Механізми канальцевої реабсорбції. Зворотне всмоктування різних речовин у канальцях забезпечується активним та пасивним транспортом. Якщо речовина реабсорбується проти електрохімічного та концентраційного градієнтів, процес називається активним транспортом. Розрізняють два види активного транспорту - первинно-активний та вторинно-активний. Первинно-активним транспорт називається у разі, коли відбувається перенесення речовини проти електрохімічного градієнта з допомогою енергії клітинного метаболізму. Прикладом є транспорт іонів Na+, який відбувається за участю ферменту Na+, К+-АТФази, що використовує енергію АТФ. Вторично активним називається перенесення речовини проти концентраційного градієнта, але без витрати енергії клітини безпосередньо на цей процес; так реабсорбуються глюкоза, амінокислоти. З просвіту канальця ці органічні речовини надходять до клітин проксимального канальця за допомогою спеціального переносника, який обов'язково повинен приєднати іон Na+. Цей комплекс (переносник + органічна речовина + Na+) сприяє переміщенню речовини через мембрану щіткової облямівки та її надходження всередину клітини. Рушійною силою перенесення цих речовин через апікальну плазматичну мембрану є менша порівняно з просвітом канальця концентрація натрію в цитоплазмі клітини. Градієнт концентрації натрію обумовлений безперервним активним виведенням натрію з клітини у позаклітинну рідину за допомогою Na+, К+-АТФази, локалізованої в латеральних та базальних мембранах клітини.

Реабсорбція води, хлору та деяких інших іонів, сечовини здійснюється за допомогою пасивного транспорту - електрохімічним, концентраційним або осмотичним градієнтом. Прикладом пасивного транспорту є реабсорбція в звивистому дистальному канальці хлору по електрохімічному градієнту, створюваному активним транспортом натрію. По осмотичному градієнту транспортується вода, причому швидкість її всмоктування залежить від осмотичної проникності стінки канальця та різниці концентрації осмотично активних речовин з обох боків його стінки. У вмісті проксимального канальця внаслідок всмоктування води та розчинених у ній речовин зростає концентрація сечовини, невелика кількість якої за концентраційним градієнтом реабсорбується в кров.

Досягнення в галузі молекулярної біології дозволили встановити будову молекул іонних та водних каналів (аквапоринів) рецепторів, аутакоїдів та гормонів і тим самим проникнути в сутність деяких клітинних механізмів, що забезпечують транспорт речовин через стінку канальця. Різні властивості клітин різних відділів нефрону, неоднакові властивості цитоплазматичної мембрани у тому ж клітині. Апікальна мембрана клітини, звернена в просвіт канальця, має інші характеристики, ніж її базальна та бічні мембрани, що омиваються міжклітинною рідиною і стикаються з кровоносним капіляром. Внаслідок цього апікальна та базальна плазматичні мембрани беруть участь у транспорті речовин по-різному; специфічна і дія біологічно активних речовин на ту та іншу мембрани.

Клітинний механізм реабсорбції іонів розглянемо з прикладу Na+. У проксимальному канальці нефрону всмоктування Na+ в кров відбувається в результаті низки процесів, один з яких - активний транспорт Na+ з просвіту канальця, інший - пасивна реабсорбція Na+ слідом за активно транспортуються в кров іонами гідрокарбонату, так і С1-. При введенні одного мікроелектроду в просвіт канальців, а другого - навколоканальцеву рідину було виявлено, що різниця потенціалів між зовнішньою і внутрішньою поверхнею стінки проксимального канальця виявилася дуже невеликою - близько 1,3 мВ, в області дистального канальця вона може досягати - 60 мВ (рис .12.7). Просвіт обох канальців електронегативний, а крові (отже, і позаклітинної рідини), концентрація Na+ вище, ніж у рідини, що у просвіті цих канальців, тому реабсорбція Na+ здійснюється активно проти градієнта електрохімічного потенціалу. При цьому з просвіту канальця Na+ входить у клітину натрієвим каналом або за участю переносника. Внутрішня частина клітини запряжена негативно, і позитивно заряджений Na+ надходить у клітину по градієнту потенціалу, що рухається у бік базальної плазматичної мембрани, через яку натрієвим насосом викидається в міжклітинну рідину; градієнт потенціалу на цій мембрані досягає 70-90 мВ.

Є речовини, які можуть проводити окремі елементи системи реабсорбції Na+. Так, натрієвий канал у мембрані клітини дистального канальця та збірної трубки блокується амілоридом та тріамтереном, внаслідок чого Na+ не може увійти до каналу. У клітинах є кілька типів іонних насосів.

Канальцева реабсорбція та її регуляція

Один із них являє собою Na+, К+-АТФазу. Цей фермент знаходиться в базальній та латеральних мембранах клітини та забезпечує транспорт Na+ з клітини в кров та надходження з крові в клітину К+. Фермент пригнічується серцевими глікозидами, наприклад, строфантином, уабаїном. У реабсорбції гідрокарбонату важлива роль належить ферменту карбоангідразу, інгібітором якого є ацетазоламід - він припиняє реабсорбцію гідрокарбонату, що екскретується із сечею.

Глюкоза, що фільтрується, практично повністю реабсорбується клітинами проксимального канальця, і в нормі за добу з сечею виділяється незначна її кількість (не більше 130 мг). Процес зворотного всмоктування глюкози здійснюється проти високого концентраційного градієнта та є вторинно-активним. В апікальній (люмінальній) мембрані клітини глюкоза з'єднується з переносником, який повинен приєднати також Na+, після чого комплекс транспортується через апікальну мембрану, тобто в цитоплазму надходять глюкоза та Na+. Апікальна мембрана відрізняється високою селективністю та односторонньою проникністю і не пропускає ні глюкозу, ні Na+ назад із клітини у просвіт канальця. Ці речовини рухаються до основи клітини за градієнтом концентрації. Перенесення глюкози з клітини в кров через базальну плазматичну мембрану носить характер полегшеної дифузії, а Na+, як зазначалося вище, видаляється натрієвим насосом, що у цій мембрані.

Амінокислоти майже повністю реабсорбуються клітинами проксимального канальця. Є не менше 4 систем транспорту амінокислот із просвіту канальця в кров, що здійснюють реабсорбцію нейтральних, двоосновних, дикарбоксильних амінокислот та амінокислот. Кожна з цих систем забезпечує всмоктування низки амінокислот однієї групи. Так, система реабсорбції двоосновних амінокислот бере участь у всмоктуванні лізину, аргініну, орнітину та, можливо, цистину. При введенні в кров надлишку однієї з цих амінокислот починається посилена екскреція ниркою амінокислот цієї групи. Системи транспорту окремих груп амінокислот контролюються окремими генетичними механізмами. Описані спадкові захворювання, одним із проявів яких є збільшена екскреція певних груп амінокислот (аміноацидурія).

Виділення із сечею слабких кислот та основ залежить від їх клубочкової фільтрації, процесу реабсорбції або секреції. Процес виведення цих речовин багато в чому визначається «неіонною дифузією», вплив якої особливо позначається в дистальних канальцях та збиральних трубках. Слабкі кислоти та основи можуть існувати залежно від рН середовища у двох формах - неіонізованого та іонізованого. Клітинні мембрани більш проникні для неіонізованих речовин. Багато слабких кислот з більшою швидкістю екскретуються з лужною сечею, а слабкі підстави, навпаки, - з кислою. Ступінь іонізації основ збільшується в кислому середовищі, але зменшується в лужному. У неіонізованому стані ці речовини через ліпіди мембран проникають у клітини, а потім у плазму крові, тобто вони реабсорбуються. Якщо значення рН канальцевої рідини зсунуто в кислу сторону, то підстави іонізуються, погано всмоктуються та екскретуються із сечею. Нікотин – слабка основа, при рН 8,1 іонізується 50 %, у 3-4 рази швидше екскретується з кислою (рН близько 5), ніж із лужною (рН 7,8) сечею. Процес «неіонної дифузії» впливає на виділення нирками слабких основ та кислот, барбітуратів та інших лікарських речовин.

Невелика кількість білка, що профільтрувався в клубочках, реабсорбується клітинами проксимальних канальців. Виділення білків із сечею в нормі становить не більше 20-75 мг на добу, а при захворюваннях нирок воно може зростати до 50 г на добу. Збільшення виділення білків із сечею (протеїнурія) може бути обумовлено порушенням їхньої реабсорбції або збільшенням фільтрації.

На відміну від реабсорбції електролітів, глюкози та амінокислот, які, проникнувши через апікальну мембрану, у незміненому вигляді досягають базальної плазматичної мембрани та транспортуються в кров, реабсорбція білка забезпечується принципово іншим механізмом. Білок потрапляє у клітину з допомогою піноцитозу. Молекули білка, що профільтрувався, адсорбуються на поверхні апікальної мембрани клітини, при цьому мембрана бере участь в утворенні піноцитозної вакуолі. Ця вакуоля рухається у бік базальної частини клітини. У навколоядерній ділянці, де локалізований пластинчастий комплекс (апарат Гольджі), вакуолі можуть зливатися з лізосомами, що мають високу активність ряду ферментів. У лізосомах захоплені білки розщеплюються і амінокислоти, що утворилися, дипептиди видаляються в кров через базальну плазматичну мембрану. Слід, проте, наголосити, що не всі білки піддаються гідролізу в процесі транспорту і частина їх переноситься в кров у незміненому вигляді.

Визначення величини реабсорбції у канальцях нирки. Зворотне всмоктування речовин, або, іншими словами, їх транспорт (Т) з просвіту канальців в тканинну (міжклітинну) рідину і кров, при реабсорбції R (TRX) визначається по різниці між кількістю речовини X (F∙Px∙fx), що профільтрувався в клубочках, і кількістю речовини, виділеної із сечею (UX ∙ V).

TRX =F∙px.fx ─Ux∙V,

де F - обсяг клубочкової фільтрації, fx - фракція речовини X, не пов'язана з білками в плазмі по відношенню до його загальної концентрації в плазмі крові, Р - концентрація речовини в плазмі крові, U - концентрація речовини в сечі.

За наведеною формулою розраховують абсолютну кількість речовини, що реабсорбується. При обчисленні відносної реабсорбції (% R) визначають частку речовини, що зазнала зворотного всмоктування по відношенню до кількості речовини, що профільтрувався в клубочках:

% R= (1 – EFX)∙100.

Для оцінки реабсорбційної здатності клітин проксимальних канальців важливе значення має визначення максимальної величини транспортування глюкози (TmG). Цю величину вимірюють при повному насиченні глюкозою системи канальцевого транспорту (див. рис. 12.5). Для цього вливають у кров розчин глюкози і тим самим підвищують її концентрацію в клубочковому фільтраті доти, поки значна кількість глюкози не почне виділятися із сечею:

TmG=F∙PG-UG∙V,

де F – клубочкова фільтрація, РG – концентрація глюкози в плазмі крові, a UG – концентрація глюкози в сечі; Тт - максимальний канальцевий транспорт речовини, що вивчається. Розмір ТmG характеризує повне завантаження системи транспорту глюкози; у чоловіків ця величина дорівнює 375 мг/хв, а у жінок – 303 мг/хв при розрахунку на 1,73 м2 поверхні тіла.

Канальцева реабсорбція

Первинна сеча перетворюється на кінцеву завдяки процесам, що відбуваються в ниркових канальцях та збиральних бочках. У нирці людини за добу утворюється 150-180 л фільму, або первинної сечі, а виділяється 1,0-1,5 л сечі. Решта рідини всмоктується в канальцях та збиральних трубочках.

Канальцева реабсорбція - це процес зворотного всмоктування води і речовин з сечі, що міститься в просвіті канальців, в лімфу і кров. Основний сенс реабсорбції полягає в тому, щоб зберегти організму всі життєво важливі речовини у необхідних кількостях. Зворотне всмоктування відбувається у всіх відділах нефрону. Основна маса молекул реабсорбується у проксимальному відділі нефрону. Тут практично повністю абсорбуються амінокислоти, глюкоза, вітаміни, білки, мікроелементи, значна кількість іонів Na+, C1-, HCO3- та багато інших речовин.

Схема канальцевої реабсорбації

У петлі Генлі, дистальному відділі канальця та збиральних трубочках всмоктуються електроліти та вода. Раніше вважали, що реабсорбція в проксимальній частині канальця є обов'язковою та нерегульованою. Нині доведено, що вона регулюється як нервовими, і гуморальними чинниками.

Зворотне всмоктування різних речовин у канальцях може відбуватися пасивно та активно. Пасивний транспорт відбувається без витрати енергії з електрохімічного, концентраційного або осмотичного градієнтів. За допомогою пасивного транспорту здійснюється реабсорбція води, хлору, сечовини.

Активним транспортом називають перенесення речовин проти електрохімічного та концентраційного градієнтів. Причому розрізняють первинно-активний та вторинно-активний транспорт. Первинно-активний транспорт відбувається із витратою енергії клітини. Прикладом є перенесення іонів Na + за допомогою ферменту Na +, K + - АТФази, що використовує енергію АТФ. При вторинно-активному транспорті перенесення речовини здійснюється з допомогою енергії транспорту іншого речовини. Механізмом вторинно-активного транспорту реабсорбуються глюкоза та амінокислоти.

Глюкоза. Вона надходить із просвіту канальця в клітини проксимального канальця за допомогою спеціального переносника, який повинен обов'язково приєднати іон Ма4′. Переміщення цього комплексу всередину клітини здійснюється пасивно електрохімічним і концентраційним градієнтам для іонів Na +. Низька концентрація натрію в клітині, що створює градієнт його концентрації між зовнішнім та внутрішньоклітинним середовищем, забезпечується роботою натрій-калієвого насоса базальної мембрани.

У клітині цей комплекс розпадається на складові компоненти. Усередині ниркового епітелію створюється висока концентрація глюкози, тому надалі градієнт концентрації глюкоза переходить в інтерстиціальну тканину. Цей процес здійснюється за участю переносника за рахунок полегшеної дифузії. Далі глюкоза йде в кровотік. У нормі при звичайній концентрації глюкози в крові та, відповідно, у первинній сечі вся глюкоза реабсорбується. При надлишку глюкози у крові, отже, у первинної сечі може статися максимальне завантаження канальцевих систем транспорту, тобто. всіх молекул-переносників.

У цьому випадку глюкоза більше не зможе реабсорбуватись і з'явиться в кінцевій сечі (глюкозурія). Ця ситуація характеризується поняттям " максимальний канальцевий транспорт " (Тм). Величині максимального канальцевого транспорту відповідає старе поняття "нирковий поріг виведення". Для глюкози ця величина становить 10 ммоль/л.

Речовини, реабсорбція яких не залежить від їхньої концентрації в плазмі крові, називаються непороговими. До них відносяться речовини, які або взагалі не реабсорбуються (інулін, манітол) або мало реабсорбуються і виділяються із сечею пропорційно накопиченню їх у крові (сульфати).

амінокислоти. Реабсорбція амінокислот відбувається також за механізмом сполученого з Na+ транспорту. Амінокислоти, що профільтрувалися в клубочках, на 90% реабсорбуються клітинами проксимального канальця нирки. Цей процес здійснюється з допомогою вторинно-активного транспорту, тобто. енергія йде роботу натрієвого насоса. Виділяють не менше 4 транспортних систем для перенесення різних амінокислот (нейтральних, двоосновних, дикарбоксильних та амінокислот). Ці системи транспорту діють і в кишечнику для всмоктування амінокислот.

Канальцева реабсорбція

Описано генетичні дефекти, коли певні амінокислоти не реабсорбуються та не всмоктуються у кишечнику.

Білок. У нормі невелика кількість білка потрапляє у фільтрат та реабсорбується. Процес реабсорбції білка здійснюється за допомогою піноцитозу. Епітелій ниркового канальця активно захоплює білок. Увійшовши в клітину, білок піддається гідролізу з боку ферментів лізосом і перетворюється на амінокислоти. Не всі білки піддаються гідролізу, частина їх перетворюється на кров у незміненому вигляді. Цей процес активний і потребує енергії. За добу з кінцевою сечею йде не більше 20-75 мг білка. Поява білка в сечі зветься протеїнурії. Протеїнурія може бути і у фізіологічних умовах, наприклад, після тяжкої м'язової роботи. В основному протеїнурія має місце у патології при нефритах, нефропатіях, при мієломній хворобі.

Сечовина. Вона відіграє у механізмах концентрування сечі, вільно фільтрується в клубочках. У проксимальному канальці частина сечовини пасивно реабсорбується за рахунок концентрації градієнта, який виникає внаслідок концентрування сечі. Решта сечовини доходить до збірних трубочок. У збиральних трубочках під впливом АДГ відбувається реабсорбція води та концентрація сечовини підвищується. АДГ посилює проникність стінки і для сечовини, і вона перетворюється на мозкову речовину нирки, створюючи тут приблизно 50% осмотичного тиску.

З інтерстицію по концентраційному градієнту сечовина дифундує в петлю Генле і знову надходить у дистальні канальці та збиральні трубочки. Таким чином відбувається внутрішньонирковий кругообіг сечовини. У разі водного діурезу всмоктування води у дистальному відділі нефрону припиняється, а сечовини виводиться більше. Таким чином, її екскреція залежить від діурезу.

Слабкі органічні кислоти та основи. Реабсорбція слабких кислот та основ залежить від того, в якій формі вони знаходяться – в іонізованій чи неіонізованій. Слабкі основи та кислоти в іонізованому стані не реабсорбуються та виводяться із сечею. Ступінь іонізації основ збільшується в кислому середовищі, тому вони з більшою швидкістю екскретуються з кислою сечею, слабкі кислоти, навпаки, швидше виводяться із лужною сечею.

Це має велике значення, оскільки багато лікарських речовин є слабкими основами або слабкими кислотами. Тому при отруєнні ацетилсаліциловою кислотою або фенобарбіталом (слабкими кислотами) необхідно вводити лужні розчини (NaHCO3), щоб перевести ці кислоти в іонізований стан, тим самим сприяючи їх швидкому виведенню з організму. Для швидкої екскреції слабких основ необхідно вводити у кров кислі продукти закислення сечі.

Вода та електроліти. Вода реабсорбується у всіх відділах нефрону. У проксимальних звивистих канальцях реабсорбується близько 2/3 усієї води. Близько 15% реабсорбується в петлі Генлі і 15% - у дистальних звивистих канальцях та збиральних трубочках. Вода реабсорбується пасивно завдяки транспорту осмотично активних речовин: глюкози, амінокислот, білків, іонів натрію, калію, кальцію, хлору. При зниженні реабсорбції осмотично активних речовин зменшується реабсорбція води. Наявність глюкози в кінцевій сечі призводить до збільшення діурезу (поліурії).

Основним іоном, який забезпечує пасивне всмоктування води, є натрій. Натрій, як зазначалося вище, також необхідний транспорту глюкози і амінокислот. Крім того, він відіграє важливу роль у створенні осмотично активного середовища в інтерстиції мозкового шару нирки, завдяки чому відбувається концентрування сечі. Реабсорбція натрію відбувається у всіх відділах нефрону. Близько 65% іонів натрію реабсорбується у проксимальних канальцях, 25% - у петлі нефрону, 9% - у дистальному звивистому канальці і 1% - у збиральних трубочках.

Надходження натрію з первинної сечі через апікальну мембрану всередину клітини канальцевого епітелію відбувається пасивно електрохімічним і концентраційним градієнтам. Виведення натрію з клітин через базолатеральні мембрани здійснюється активно за допомогою Na +, K + - АТФази. Оскільки енергія клітинного метаболізму витрачається перенесення натрію, транспорт його є первинно-активним. Транспорт натрію у клітину може відбуватися з допомогою різних механізмів. Один з них - це обмін Na + на Н + (протиточний транспорт, або антипорт). У цьому випадку іон натрію переноситься усередину клітини, а іон водню – назовні.

Інший шлях перенесення натрію у клітину здійснюється за участю амінокислот, глюкози. Це так званий котранспорт, чи симпорт. Частково реабсорбція натрію пов'язана із секрецією калію.

Серцеві глікозиди (строфантин К, оубаїн) здатні пригнічувати фермент Na +, К + - АТФазу, що забезпечує перенесення натрію з клітини в кров та транспорт калію з крові в клітину.

Велике значення в механізмах реабсорбції води та іонів натрію, а також концентрування сечі має робота так званої поворотно-протиточної розмножувальної системи.

Поворотно-протиточна система представлена ​​паралельно розташованими колінами петлі Генле і збірною трубочкою, якими рідина рухається в різних напрямках (противідточно). Епітелій низхідного відділу петлі пропускає воду, а епітелій висхідного коліна непроникний для води, але здатний активно переносити іони натрію в тканинну рідину, а через неї назад у кров. У проксимальному відділі відбувається всмоктування натрію та води в еквівалентних кількостях та сеча тут ізотонічна плазмі крові.

У низхідному відділі петлі нефрону реабсорбується вода і сеча стає концентрованішою (гіпертонічною). Віддача води відбувається пасивно за рахунок того, що у висхідному відділі одночасно здійснюється активна реабсорбція іонів натрію. Вступаючи в тканинну рідину, іони натрію підвищують у ній осмотичний тиск, тим самим сприяючи притягуванню в тканинну рідину води з низхідного відділу. У той же час підвищення концентрації сечі у петлі нефрону за рахунок реабсорбції води полегшує перехід натрію із сечі у тканинну рідину. Так як у висхідному відділі петлі Генле реабсорбується натрій, сеча стає гіпотонічною.

Поступаючи далі в збірні трубочки, що є третім коліном протиточної системи, сеча може сильно концентруватися, якщо діє АДГ, що підвищує проникність стінок для води. В даному випадку в міру просування по збиральних трубочкам в глиб мозкової речовини все більше і більше води виходить в міжтканинну рідину, осмотичний тиск якої підвищено внаслідок вмісту в ній великої кількості Na" 1" та сечовини, і сеча стає все більш концентрованою.

При надходженні великих кількостей води до організму нирки, навпаки, виділяють великі обсяги гіпотонічної сечі.

Канальцева реабсорбція та секреція речовин у нефроні.

КАНАЛЬЦЕВА РЕАБСОРБЦІЯ або зворотне всмоктування в кров, що містяться у первинній сечі, воді, солях, органічних речовинах (глюкози, білки, амінокислоти, вітаміни).

Результатом є зменшення первинної сечі (на 70%), повне зворотне всмоктування в кров корисних для метаболізму речовин (амінокислот, глюкози, багатьох вітамінів), часткове всмоктування води та іонів Na, Cl, K, Ca, виділення з крові в сечі токсичних продуктів метаболізму (сечовини, сечової кислоти, аміаку, креатиніну, сульфатів, фосфатів).

Всмоктування основних речовин здійснюється за допомогою механізмів активного транспорту, дифузії та полегшеної дифузії.

Наприклад:

Головний іон, що визначає осмотичний тиск, і, отже, реабсорбцію води, Na+ входить до епітеліальних клітин пасивно, по градієнту концентрації, а потім викидається з іншого боку клітини Na+-К+-АТФ-азою.

Іони К+ активно реабсорбуються на апікальній мембрані і потім виходять в кров за рахунок дифузії.

У проксимальних звивистих канальцях реабсорбується 70% води та іонів.

Реабсорбція катіонів (Na+, K+, Ca2+, Mg2+) відбувається проти градієнта концентрацій, активно (з використанням енергії АТФ).

Негативно заряджені аніони притягуються позитивно зарядженими катіонами, і за рахунок електростатичних сил надходять із сечі в кров пасивно (Cl- і HCO3- слідом за Na+ і K+; SO42- і PO42- за Ca2+ і Mg2+), вода всмоктується пасивно після іон градієнту.

Механізми реабсорбції Ca2+, Mg2+, SO4-, PO4- подібні до механізмів реабсорбції Na+, K+ та Cl-.

Речовини можуть переноситися до цитоплазми ниркової епітеліальної клітини переносниками спільно з іонами Na+.

При цьому з епітеліальної клітини в кров вони надходять за допомогою дифузії за градієнтом концентрації.

При певній концентрації речовин крові (поріг виведення) ці речовини (порогові) не будуть повністю реабсорбуватися, і частина речовин, що профільтрувалися, виявиться в кінцевій сечі.

До граничних речовин відноситься глюкоза, яка в нормі (4,6-7,2 ммоль/л у крові) фільтрується, а потім повністю реабсорбується.

При збільшенні її концентрації в крові до 10,8 ммоль/л частина глюкози не встигатиме реабсорбуватися.

Вона виділяється із сечею з організму і виникає глюкозурія.

РЕАБСОРБЦІЯ у різних ділянках нефрону неоднакова.

У ПРОКСИМАЛЬНОМУ ВІДДІЛІ реабсорбуються 40-45 % води, натрію, бікарбонати, хлор, амінокислоти, глюкоза, вітаміни, білки, мікроелементи до кінця відділу - залишається 1/3 ультрафільтрату з таким же осмотичним тиском як у плазмі.

У ПЕТЛІ ГЕНЛЕ реабсорбується 25-28% води, до 25% натрію, а також іони хлору, калію, кальцію, магнію

У дистальному відділі - 10% води, близько 9% натрію, калію.

У Збиральних трубочках - 20% води, менше 1% натрію.

КАНАЛЬЦЕВА СЕКРЕЦІЯ проявляється ВИДІЛЕННЯМ з крові в ПРОСВІТ КАНАЛЬЦІВ продуктів обміну та чужорідних речовин

Канальцева секреція є результатом активної діяльності епітелію ниркових канальців.

Вона здійснюється проти концентраційного або електрохімічного градієнта і дозволяє швидко екскретувати органічні основи та іони, Епітеліальні клітини секретують з крові Холін, парааміногіппурову кислоту, видозмінені молекули лікарських речовин і поглинають з первинної сечі Глютамін.

За допомогою ферменту глютамінази розщеплюють глютамін на глютамінову кислоту і аміак.

АМІАК виділяється в сечу, що виноситься з організму у вигляді АМОНІЙНИХ СОЛІЙ.

Там же розщеплюється Вугільна кислота ферментом Карбоангідраза.

Як проходить процес реабсорбції у нирках

Іони HСО3-всмоктуються в кров (за рахунок електростатичного тяжіння їх Na + і К +).

Іони H+ секретуються в сечу, з якої видаляються.

Цим пояснюється кисла реакція кінцевої сечі (pH=4,5-6,5).

Цей механізм запобігає організму від ЗАКИСЛЕННЯ.

ЛОКАЛІЗАЦІЯ СЕКРЕЦІЇ РЕЧОВИН У НЕФРОНІ різна

У ПРОКСИМАЛЬНОМУ ВІДДІЛІ секретуються Іони водню та Аміак. Причому у звивистій частині секретуються органічні підстави:

Холін, Серотонін, Допамін, Хінін, морфін.

У прямій частині – органічні кислоти: парааміногіппурова, діодраст, пеніцилін, сечова кислота.

У ДИСТАЛЬНОМУ ВІДДІЛІ – парааміногіппурова кислота, Аміак, Іони H+ та К+.

ЛІКИ РЕЧОВИНИ виводяться з організму за допомогою КЛУБОЧКОВОЇ ФІЛЬТРАЦІЇ (левоміцетин, стрептоміцин, тетрациклін, неоміцин, канаміцин та ін антибіотики).

За допомогою канальцевої секреції виводиться пеніцилін (на 80-90%).

при ураженні різних відділів НЕФРОНУ ряд ЛІКАРСЬКИХ сполук довго циркулюють у крові і можуть не виділятися з організму.

У цих випадках НЕОБХІДНА зміна дозувань ЛІКАРСЬКИХ речовин.

2 етапомутворення сечі є реабсорбція -зворотне всмоктування води та розчинених у ній речовин. Це доведено в прямих дослідах з аналізом сечі, отриманої шляхом мікропункції з різних відділів нефрону.

На відміну від первинної сечі, яка є результатом фізико-хімічних процесів фільтрації, реабсорбція значною мірою здійснюється за рахунок біохімічних процесів клітин канальців нефрону, енергія для яких черпається з розпаду макроергів. Це підтверджується тим, що після отруєння речовинами, що блокують тканинне дихання (ціаніди), різко погіршується зворотне всмоктування натрію, а блокада фосфорилювання монойодацетоном різко пригнічує реабсорбцію глюкози. Реабсорбція погіршується також за зниження обміну речовин, у організмі. Наприклад, при охолодженні організму на морозі та діурез при цьому зростає.

Поряд з пасивнимипроцесами транспорту (дифузія, сили осмосу) у реабсорбції велику роль грають піноцитоз, електростатичні взаємодії між по-різному зарядженими іонами тощо. Розрізняють також 2 види активного транспорту:

первинно-активнийтранспорт здійснюється проти електрохімічного градієнта і при цьому транспорт відбувається за рахунок енергії АТФ,

вторинно-активнийтранспорт здійснюється проти концентраційного градієнта і у своїй енергія клітини не витрачається. З допомогою цього механізму реабсорбується глюкоза, амінокислоти. При цьому виді транспорту органічна речовина входить до клітини проксимального канальця за допомогою переносника, який обов'язково має приєднати іон натрію. Цей комплекс (переносник + органічна речовина + іон натрію) переміщається в мембрані щіткової облямівки, цей комплекс за рахунок різниці концентрацій Na + між просвітом канальця та цитоплазмою надходить у клітину, тобто. у канальці іонів натрію більше, ніж у цитоплазмі. Всередині клітини комплекс дисоціює та іони Na+ за рахунок Na-K насоса виводиться з клітини.

Реабсорбція здійснюється у всіх відділах нефрону, за винятком капсули Шумлянського-Боумена. Однак характер зворотного всмоктування та інтенсивність у різних відділах нефрону неоднакова. У проксимальнихвідділи нефрону реабсорбція йде дуже інтенсивно і мало залежить від водно-сольового обміну в організмі (обов'язкова, облігатна). У дистальнихвідділах нефрону реабсорбція дуже мінлива. Її називають факультативною реабсорбцією. Саме реабсорбція в дистальних канальцях і збиральних трубках більшою мірою, ніж у проксимальному відділі визначає функцію нирки як органу гомеостазу, що регулює сталість осмотичного тиску, рН, ізотонії та об'єму крові.

Реабсорбція у різних відділах нефрону

Реабсорбція ультрафільтрату відбувається кубоподібним епітелієм проксимального канальця. Тут мають велике значення мікроворсинки. У цьому відділі повністю реабсорбується глюкоза, амінокислоти, білки, вітаміни, мікроелементи, значна кількість Na + , Са + , бікарбонатів, фосфатів, Cl - , К + і H 2 О. У наступних відділах нефронах всмоктуються тільки іони та Н 2 О.

Механізм всмоктування цих речовин неоднаковий. Найзначнішим за обсягом та енергетичними витратами займає реабсорбція Na+. Вона забезпечується як пасивним, і активними механізмами і відбувається у всіх відділах канальців.

Активна реабсорбція Nа викликає пасивний вихід з канальців іонів Сl – які йдуть за Na+ внаслідок електростатичної взаємодії: позитивні іони захоплюють за собою негативно заряджений Сl – та ін аніони.

У проксимальних канальцях реабсорбується близько 65-70% води. Цей процес здійснюється за рахунок різниці осмотичного тиску – пасивно. Перехід води з первинної сечі вирівнює осмотичний тиск у проксимальних канальцях до рівня його тканинної рідини. З фільтрату реабсорбується також 60-70% кальцію та магнію. Подальша їх реабсорбція триває в петлі Генлі і дистальних канальцях і з сечею виділяється лише близько 1% кальцію, що профільтрувався, і 5-10% магнію. Реабсорбція кальцію та меншою мірою магнію регулюється паратгормоном. Паратгормон підвищує реабсорбцію кальцію та магнію та знижує реабсорбцію фосфору. Кальцитонін має протилежну дію.

Таким чином, у проксимальному звивистому канальці реабсорбуються всі білки, вся глюкоза, 100% амінокислот, 70-80% води, а, Сl, Mg, Ca. У петлі Генлі за рахунок виборчої проникності її відділів для натрію та води додатково ще реабсорбується 5% ультрафільтрату і в дистальну частину нефрону надходить 15% обсягу первинної сечі, яка активно обробляється у звивистих канальцях та збиральних трубках. Обсяг остаточної сечі завжди визначається водним та сольовим балансом організму і може коливатися від 25 л на добу (17 мл/хв) та до 300 мл (0,2 мл/хв).

Реабсорбція в дистальних відділах нефрону та збиральних трубках забезпечує повернення в кров ідеальну в осмотичному та сольовому відношенні рідини, підтримуючи сталість осмотичного тиску, рН, водний баланс та стабільність концентрації іонів.

Зміст багатьох речовин у остаточній сечі у багато разів вище, ніж у плазмі та первинній сечі, тобто. проходячи канальцями нефрону, первинна сеча концентрується. Відношення концентрації речовини в кінцевій сечі до концентрації у плазмі називають концентраційним індексом. Цей індекс характеризує процеси, що відбуваються у системі канальців нефрону.

Реабсорбція глюкози

Концентрація глюкози в ультрафільтраті така сама, як і в плазмі, але в проксимальному відділі нефрону вона практично повністю реабсорбується. У нормальних умовах за добу із сечею виділяється не більше 130 мг. Зворотне всмоктування глюкози здійснюється проти високого градієнта концентрацій, тобто. реабсорбція глюкози відбувається активно, причому переноситься за допомогою механізму вторинно-активного транспорту. Апікальна мембрана клітини, тобто. мембрана, звернена у бік просвіту канальця, пропускає глюкозу лише одному напрямку - у клітину, а назад у просвіт канальця не пропускає.

В апікальній мембрані клітини проксимального канальця є спеціальний переносник глюкози, але глюкоза, перш ніж взаємодіяти з переносником, повинна перетворитися на глю-6 фосфат. У мембрані є фермент глюкокіназа, який забезпечує фосфорилювання глюкози. Глю-6-фосфат з'єднується з переносником апікальної мембрани одночасно з натрієм.

Цей комплекс за рахунок різниці концентрації натрію ( натрію у просвіті канальця більше, ніж у цитоплазмі) переміщається в мембрані щіткової облямівки та потрапляє всередину клітини. У клітині цей комплекс дисоціює. Переносник повертається за новими порціями глюкози, а цитоплазмі залишаються глю-6-фосфат і натрій. Глю-6-фосфат під впливом ферменту глю-6-фосфотази розпадається на глюкозу та фосфатну групу. Фосфатна група використовується для перетворення АДФ на АТФ. Глюкоза переміщається до базальної мембрани, де з'єднується з іншим переносником, який транспортує її через мембрану кров. Транспорт через базальну мембрану клітини має характер полегшеної дифузії і вимагає присутності натрію.

Реабсорбція глюкози залежить від її концентрації в крові. Глюкоза повністю всмоктується, якщо її концентрація у крові вбирається у 7-9 ммоль/л, у нормі її від 4,4 до 6,6 ммоль/л. Якщо вміст глюкози виявляється вищим, то частина її не реабсорбується і виділяється з остаточною сечею. спостерігається глюкозурія.

На цій підставі введемо поняття про порігвиведення. Порогом виведення(порогом реабсорбції) називають концентрацію речовини в крові, при якій вона не може повністю реабсорбуватися і потрапляє в кінцеву сечу . Для глюкози це понад 9 ммоль /л, т.к. при цьому потужність систем переносника виявляється недостатньою і цукор надходить у сечу. У здорових людей це може спостерігатися після надходження його великих кількостей (аліментарна (харчова) глюкозурія).

Реабсорбція амінокислот

Амінокислоти також повністю реабсорбуються клітинами проксимального канальця. Існує кілька спеціальних систем реабсорбції для нейтральних, двоосновних, дикарбонових амінокислот та імінокислот.

Кожна з цих систем забезпечує реабсорбцію кількох амінокислот однієї групи:

1 група-гліцин, пролін, оксипролін, аланін, глютамінова кислота, креатин;

2 група-двоосновні-лізин, аргінін, орнітин, гістидин, цистин;

3 група-лейцин, ізолейцин.

4 група - Імінокислоти-органічні кислоти, що містять у молекулі двовалентну іміногрупу (= NH), гетероциклічні імінокислоти пролін та оксипролін входять до складу білків і зазвичай розглядаються як амінокислоти.

У межах кожної системи є конкурентні відносини між перенесенням окремих амінокислот, що входять до цієї групи. Тому коли однієї амінокислоти багато в крові, то переносник не встигає транспортувати всі амінокислоти цього ряду - вони виділяються з сечею. Транспорт амінокислот відбувається як і, як і глюкози, тобто. за механізмом вторинно-активного транспорту.

Реабсорбція білків

За добу у фільтрат надходить 30-50 г білка. Майже весь білок повністю реабсорбується в канальцях проксимального відділу нефрону, і у здорової людини у сечі лише його сліди. Білки, на відміну інших речовин, реабсорбируясь потрапляють у клітини з допомогою піноцитозу. (Молекули білка, що профільтрувався, адсорбуються на поверхневій мембрані клітини з утворенням, в кінцевому рахунку, піноцитозної вакуолі. Ці вакуолі зливаються з лізосомою, де під впливом протеолітичних ферментів білки розщеплюються і їх фрагменти переносяться в кров через базальну цитоплазматичну мембрану). При захворюванні нирок кількість білка в сечі зростає. протеїнурія.Вона може бути пов'язана або з порушенням реабсорбції або зі збільшенням фільтрації білка. Може виникати після фізичного навантаження.

Продукти обміну речовин, що виводяться з організму, шкідливі для організму, активної реабсорбції не піддаються. Ті сполуки, які не здатні проникнути в клітину шляхом дифузії, зовсім не повертаються до крові та виділяються із сечею у максимально концентрованому вигляді. Це сульфати та креатинін, їх концентрація в остаточній сечі у 90-100 разів більша, ніж у плазмі – це безпорогові речовини. Кінцеві продукти азотистого обміну (сечовина та сечова кислота) можуть дифундувати в епітелій канальців, тому вони частково реабсорбуються, та їх концентраційний індекс нижче, ніж сульфатів та креатиніну.

З проксимального звивистого канальця ізотонічна сеча потрапляє в петлю Генле. Сюди надходить приблизно 20-30% фільтрату. Відомо, що в основі роботи петлі Генле, дистальних звивистих канальців та збиральних трубочок лежить механізм протиточно-розмножувальної канальцевої системи.

Сеча рухається у цих канальцях у протилежних напрямах (чому систему назвали протиточною), а процеси транспорту речовин у одному коліні системи посилюються (“множуються”) з допомогою діяльності іншого коліна.

Принцип протиточної системи широко поширений у природі та техніці. Це технічний термін, яким визначають рух двох потоків рідини або газів у протилежних напрямках, що створюють вигідні умови обміну між ними. Наприклад, у кінцівках арктичних тварин артеріальні та венозні судини розташовуються близько, кров тече в паралельно розташованих артеріях та венах. Тому артеріальна кров зігріває охолоджену венозну кров, що рухається до серця. Контакт між ними виявляється біологічно вигідним.

Приблизно так влаштована і працює петля Генле та інші відділи нефрону, а механізм протиточно-розмножувальної системи існує між колінами петлі Генле та збірними трубками.

Розглянемо, як працює зашморг Генлі. Східний відділ розташовується в мозковому шарі і тягнеться до вершини ниркового сосочка, де згинається на 180 і переходить у висхідний відділ, розташований паралельно до низхідного. Функціональне значення різних відділів петлі неоднакове. Східний відділ петлі добре проникний для води, а висхідний водонепроникний, але активно реабсорбує натрій, який підвищує осмолярність тканини. Це призводить до ще більшого виходу води з низхідної частини петлі Генле по осмотичному градієнту (пасивно).

У низхідне коліно надходить ізотонічна сеча, а на вершині петлі концентрація сечі збільшується в 6-7 разів за рахунок виходу води, тому у висхідне коліно надходить концентрована сеча. Тут у висхідному коліні відбувається активна реабсорбція натрію і всмоктування хлору, вода залишається в просвіті канальця і ​​дистальний каналець надходить гіпотонічна рідина (200 осмоль/л). Між сегментами коліна петлі Генле постійно існує осмотичний градієнт 200 міліосмолів (1 осмоль = 1000 міліосмоль - кількість речовини, яка розвиває в 1 літрі води осмотичний тиск 22,4 атм). По всій довжині петлі сумарна відмінність осмотичного тиску (осмотичний градієнт або перепад) дорівнює 200 міліосмолів.

Сечовина також циркулює в поворотно-протиточній системі нирки та бере участь у збереженні високої осмолярності в мозковій речовині нирки. Сечовина виходить із збірної трубки (при русі кінцевої сечі в балію). Потрапляє до інтерстицій. Потім секретується у висхідне коліно петлі нефрону. Далі надходить у дистальний звивистий каналець (зі струмом сечі), і знову виявляється в збірній трубці. Т.ч., циркуляція у мозковому шарі є механізмом збереження високого осмотичного тиску, що створює петля нефрону.

У петлі Генле додатково реабсорбується ще 5% від вихідного об'єму фільтрату і з висхідного відділу петлі Генле до звивистих дистальних канальців надходить близько 15% обсягу первинної сечі.

Важливу роль збереженні високого осмотичного тиску нирці грають прямі ниркові судини, які, як і петля Генле, утворюють поворотно-противоточную систему. Східні та висхідні судини йдуть паралельно петлі нефрону. Кров, що рухається по судинах, проходячи через шари з осмолярністю, що поступово знижується, віддає міжклітинної рідини солі і сечовину і захоплює воду. Т.о. протиточна система судин є шунтом для води, завдяки чому створюються умови для дифузії розчинених речовин.

Обробка первинної сечі в петлі Генле закінчує проксимальну реабсорбцію сечі, за рахунок якої зі 120 мл/хв первинної сечі в кров повертається 100-105 мл/хв, а 17 мл йде далі.

Первинна сеча, проходячи канальцями і збиральних трубочках, перед тим як перетворитися на кінцеву сечу, зазнає значних змін. Різниця полягає не тільки в її кількості (із 180 л залишається 1-1,5 л), а й якості. Деякі речовини, потрібні організму, повністю зникають із сечі або їх стає набагато менше. Відбувається процес реабсорбції. Концентрація інших речовин у багато разів зростає: вони концентруються при реабсорбції води. Ще інші речовини, яких взагалі не було у первинній сечі,
з'являються у кінцевій. Це відбувається внаслідок їхньої секреції.
Процеси реабсорбції можуть бути активними чи пасивними. Для здійснення активного процесу необхідно, щоб були специфічні транспортні системи та енергія. Пасивні процеси відбуваються, як правило, без витрати енергії за законами фізики та хімії.
Канальцева реабсорбція відбувається у всіх відділах, але її механізм у різних частинах неоднакова. Умовно можна виділити З відділи: проксимальний звивистий каналець, петля нефрона і дистальний звивистий каналець З збиральною трубочкою.
У проксимальних звивистих канальцях повністю реабсорбуються амінокислоти, глюкоза, вітаміни, білки, мікроелементи. У цьому відділі реабсорбується близько 2/3 води та неорганічних солей Na +, К + Са2 +, Mg2 +, Cl-, НС07, тобто. речовини, які потрібні організму щодо його діяльності. Механізм реабсорбції головним чином прямо чи опосередковано пов'язаний із реабсорбцією Na+.
Реабсорбція натрію.Більшість Na + реабсорбується проти концентрації градієнта за рахунок енергії АТФ. Реабсорбція Na + здійснюється в 3 етапи: перенесення іона через апікальну мембрану епітеліальних клітин канальців, транспортування до базальної або латеральної мембрани та перенесення через зазначені мембрани в міжклітинну рідину та кров. Основною рушійною силою реабсорбції є перенесення Na+ за допомогою Na+, К+-АТФ-ази
через базолатеральну мембрану. Це забезпечує постійний відтік іонів з кдитин. Внаслідок цього Na + за градієнтом концентрації за допомогою спеціальних утворень ендоплазматичного ретикулуму надходить до мембран, повернутих до міжклітинного середовища.
Внаслідок цього постійно діючого конвеєра концентрація іонів усередині клітини і особливо поблизу апікальної мембрани стає набагато нижчою, ніж з іншого боку, це сприяє пасивному надходженню Na + в клітину за іонним градієнтом. Таким чином,
2 етапи натрієвої реабсорбції клітинами канальців є пасивними і лише один, кінцевий, потребує витрат енергії. Крім того, частина Na + реабсорбується пасивно міжклітинних проміжках разом з водою.
Глюкоза.Глюкоза реабсорбується разом із транспортом Na+ В апікальній мембрані клітин є спеціальні транспортери. Це білки
3 молекулярною масою 320 000, які в початкових відділах проксимального канальця переносять один Na + та одну молекулу глюкози (поступове зменшення концентрації глюкози в сечі призводить до того, що в наступній області канальця для перенесення однієї молекули глюкози використовується вже два Na +). Рушійною силою цього процесу є електрохімічний градієнт Na + На протилежній стороні клітини комплекс Na - глюкоза - переносник розпадається на три елементи. Внаслідок цього звільнений переносник повертається на своє колишнє місце і знову набуває здатності переносити нові комплекси Na+ та глюкози. У клітині концентрація глюкози збільшується, завдяки чому утворюється градієнт концентрації, який направляє його до базально-латеральних мембран клітини та забезпечує вихід у міжклітинну рідину. Звідси глюкоза надходить у кровоносні капіляри і повертається до загального кровообігу. Апікальна мембрана не пропускає глюкозу назад у просвіт канальця. Транспортні переносники глюкози містяться лише у проксимальному відділі канальців, тому глюкоза реабсорбується лише тут.
У нормі при звичайному рівні глюкози в крові, а отже, і концентрації її в первинній сечі реабсорбується вся глюкоза. Однак при підвищенні рівня глюкози в крові понад 10 ммоль/л (близько 1,8 г/л) потужність транспортних систем стає недостатньою для реабсорбції.
Перші сліди нереабсорбованої глюкози у кінцевій сечі виявляються при перевищенні його концентрації у крові. Чим вище концентрація глюкози в крові, тим більша кількість нереабсорбованої глюкози.
До концентрації її 3,5 г/л це збільшення ще не прямо пропорційне, оскільки до процесу ще не включається частина транспортерів. Але, починаючи з рівня 3,5 г/л, виведення глюкози з сечею стає гранично пропорційним концентрації її в крові. У чоловіків повне навантаження системи реабсорбції спостерігається при надходженні 2,08 ммоль/хв (375 мг/хв) глюкози, а у жінок-1,68 ммоль/хв (303 мг/хв) з розрахунку на 1,73 м2 поверхні тіла.
При неушкодження? Їх нирки поява глюкози в сечі, наприклад при цукровому діабеті, є наслідком перевищення порогової концентрації (10 ммоль/л) глюкози в крові.
амінокислоти.Реабсорбція амінокислот відбувається за таким же механізмом, як і реабсорбція глюкози. Повна реабсорбція амінокислот відбувається в початкових відділах проксимальних канальців. Цей процес також пов'язаний з активною реабсорбцією Na + через апікальну мембрану клітин. Виявлено 4 типи транспортних систем: а) для основних; б) для кислих; в) для гідрофільних; г) для гідрофобних амінокислот. З клітини амінокислоти пасивно градієнтом концентрації проходять через базальну мембрану в міжклітинну рідину, а звідти - в кров. Поява амінокислот у сечі може бути наслідком порушення транспортних систем або дуже високої концентрації їх у крові. В останньому випадку може виявлятись ефект, який за механізмом нагадує глюкозурію – перевантаження транспортних систем. Іноді спостерігається конкуренція кислот одного типу за загальний переносник.
Білки.Механізм реабсорбції білків значно відрізняється від механізму реабсорбції описаних сполук. Потрапляючи в первинну 0 ечу, невелика кількість білків в нормі майже повністю реабсорбується шляхом піноцитозу. У цитоплазмі клітин проксимальних канальців білки розпадаються за участю лізосомальних ферментів. Амінокислоти, що утворюються, за градієнтом концентрації з клітини надходять у міжклітинну рідину, а звідти – у кровоносні капіляри. Таким шляхом може реабсорбуватися до 30 мг білка за 1 хв. При пошкодженні клубочків у фільтрат потрапляє більше білків і частина може надходити до сечі (протеїнурія).
Реабсорбція води.Процеси реабсорбції води відбувається у всіх відділах нефрону. Але механізми реабсорбції у різних відділах різні. У проксимальних звивистих канальцях реабсорбується близько % води. Близько 15% первинної сечі реабсорбується в петлі нефрону і 15%-в дистальних звивистих канальцях і збиральних трубочках. У кінцевій сечі, як правило, залишається лише 1% води первинного фільтрату. Причому в перших двох відділах кількість реабсорбованої води мало залежить від водного навантаження організму і майже не регулюється. У дистальних відділах реабсорбція регулюється залежно від потреби організму: вода, яка потрапила сюди, може затримуватись в організмі або виводитись із сечею.
В основі реабсорбції води у проксимальних канальцях лежать процеси осмосу. Вода реабсорбується за іонами. Основним іоном, що забезпечує пасивне всмоктування води, є Na+. Реабсорбція інших речовин (вуглеводів, амінокислот та ін.), яка здійснюється в цих відділах нефрону, також сприяє всмоктуванню води.
Реабсорбція води та електролітів у петлі нефрону (поворотно-протипотоковий механізм).Внаслідок зазначених змін до петлі нефрону надходить сеча, яка є ізотонічним за навколишньою міжклітинною рідиною. Механізм реабсорбції води та Na + та Сl-в даній ділянці нефрону істотно відрізняється від такого в інших відділах. Тут вода реабсорбується згідно з механізмом поворотно-протипоточної системи. У її основі лежать особливості розташування висхідних і низхідних частин у безпосередній близькості друг від друга. Паралельно з цим углиб мозкової речовини йдуть збиральні трубочки та кровоносні капіляри.
Поворотно-протипоточний механізм визначається наступними функціональними характеристиками нирок: а) глибше в мозкову речовину опускається петля нефрону, тим вище стає осмотичний тиск навколишньої міжклітинної рідини (з 300 мосм/л у кірковій речовині нирки в 1200-1450 мосм/л на верхівці ) висхідний відділ мало проникаємо для води в) епітелій висхідного відділу активно, з допомогою транспортних систем, завантажує Na + і Си-г
Активне викачування NaCl епітелію висхідного відділу зумовлює підвищення осмотичного тиску міжклітинної рідини. Завдяки цьому вода дифундує сюди низхідного відділу петлі нефрону. До початкового відділу низхідної частини надходить фільтрат, який має низький осмотичний тиск порівняно з навколишньою речовиною. Сеча у міру спуску по низхідному відділу, віддаючи воду, має постійний осмотичний градієнт між фільтратом та міжклітинною рідиною. Тому вода залишає фільтрат в області низхідного коліна, чим забезпечується реабсорбція тут близько 15% обсягу первинної сечі. Крім того, у формуванні осмолярності фільтрату петлі нефрону певне значення належить сечі, яка може потрапити сюди при підвищенні його концентрації в паренхімі нирки.
У зв'язку з виходом води осмотичний тиск сечі поступово зростає та досягає свого максимуму в області повороту петлі нефрону. Гіперосмотична сеча піднімається по висхідному відділу, де, як зазначалося вище, втрачає Na+ та С1-, які виводяться завдяки активному функціонуванню транспортних систем. Тому в дистальні звивисті канальці фільтрат надходить навіть гіпоосмотичні (близько 100-200 мосм/л). Таким чином, у низхідному коліні відбувається процес концентрування сечі, а у висхідному - її розведення.
Особливості функціонування окремих нефронів багато в чому залежать від довжини петлі нефрону та вираженості низхідного та висхідного відділів. Чим довше петля (юкстамедулярні нефрони), то більш виражені процеси концентрації сечі.
У дистальні звивисті канальці та збірні трубочки частіше надходить близько 15% обсягу первинного фільтрату. Але в кінцевій сечі зазвичай залишається лише 1% первинного фільтрату. У перших двох відділах кількість реабсорбованої води мало залежить від водного навантаження організму і майже не регулюється (облігатна реабсорбція). У дистальних відділах реабсорбція регулюється з урахуванням потреб організму: вода, що надійшла сюди, може затримуватися в організмі або виводитися із сечею (факультативна реабсорбція). Регулюєтеся вона гормонами, освіта яких залежить від водного та іонного стану організму.

До 80% натрію, що профільтрувався, реабсорбується в проксимальних сегментах канальців, тоді як у дистальних сегментах і збірних трубках його всмоктується близько 8 - 10%.

У проксимальному сегменті натрій всмоктується з еквівалентною кількістю води, тому вміст канальця залишається ізоосмотичним. У проксимальних відділах висока проникність і натрію, і води. Через апікальну мембрану натрій входить до цитоплазми пасивно за градієнтом електрохімічного потенціалу. Далі натрій рухається цитоплазмою до базальної частини клітини, де знаходяться натрієві насоси (Na-K-АТФаза, залежна від Mg).

Пасивна реабсорбція іонів хлору відбувається у зонах клітинних контактів, які проникні як для хлору, але й води. Проникність міжклітинних проміжків перестав бути суворо постійної величиною, може змінюватися при фізіологічних і патологічних станах.

У низхідній частині петлі Генле натрій та хлор практично не всмоктуються.

У висхідній частині петлі Генле функціонує інший механізм всмоктування натрію та хлору. На апікальній поверхні розташована система перенесення в клітину іонів натрію, калію та двох іонів хлору. На базальній поверхні також є Na-K-насоси.

У дистальному сегменті провідним механізмом реабсорбції солей є Na-насос, що забезпечує реабсорбцію натрію проти високого концентраційного градієнта. Тут всмоктується близько 10% натрію. Реабсорбція хлору відбувається незалежно від натрію та пасивно.

У збиральних трубках транспорт натрію регулюється альдостероном. Натрій входить натрієвим каналом, рухається до базальної мембрани і переноситься в позаклітинну рідину Na-K-АТФазою.

Альдостерон діє на дистальні звивисті канальці та початкові відділи збірних трубок.

Транспорт калію

У проксимальних сегментах всмоктується 90-95% калію, що профільтрувався. Частина калію всмоктується у петлі Генлі. Виділення калію із сечею залежить від його секреції клітинами дистального канальця та збиральних трубок. При надмірному надходженні калію в організм його реабсорбція у проксимальних канальцях не знижується, але різко збільшується секреція у дистальних канальцях.

При всіх патологічних процесах, що супроводжуються зниженням функції фільтрації, відзначається значне збільшення секреції калію в канальцях нирок.

В одній і тій же клітині дистального канальця та збиральних трубок існують системи реабсорбції та секреції калію. При дефіцит калію вони забезпечують максимальне вилучення калію з сечі, а при надлишку - його секрецію.

Секреція калію через клітини в просвіт канальця є пасивним процесом, що відбувається за концентраційним градієнтом, а реабсорбція - активним. Посилення секреції калію під впливом альдостерону пов'язане не тільки з дією останнього на проникність калію, а й зі збільшенням надходження калію в клітину внаслідок посилення роботи Na-K-насосу.

Іншим важливим фактором регулювання транспорту калію в канальцях є інсулін, що зменшує екскрецію калію. Великий вплив на рівень виділення калію має стан кислотно-лужної рівноваги. Алкалоз супроводжується збільшенням виділення калію ниркою, а ацидоз призводить до зменшення каліюрезу.

Транспорт кальцію

Нирки та кістки відіграють головну роль у підтримці стабільного рівня кальцію в крові. За добу споживання кальцію становить близько 1 г. Кишечником виділяється 0,8, нирками - 0,1-0,3 г/добу. У клубочках фільтрується іонізований кальцій, який знаходиться у вигляді низькомолекулярних комплексів. У проксимальних канальцях реабсорбується 50% кальцію, що профільтрувався, у висхідному коліні петлі Генле - 20-25%, у дистальних канальцях - 5-10, у збірних трубках - 0,5-1,0%.

Секреції кальцію в людини немає.

У клітину кальцій надходить за градієнтом концентрації і зосереджується в ендоплазматичному ретикулумі та в мітохондріях. З клітини кальцій виводиться двома шляхами: з допомогою кальцієвого насоса (Са-АТФаза) та Na/Ca обмінника.

У клітині ниркового канальця має бути особливо ефективна система стабілізації рівня кальцію, оскільки він безперервно надходить через апікальну мембрану, а ослаблення транспорту в кров порушило б не тільки баланс кальцію в організмі, але й спричинило б патологічні зміни в самій клітині нефрону.

Гормони, що регулюють транспорт кальцію у нирці:

• Паратгормон
• Тирокальцітонін
• Соматотропний гормон

Серед гормонів, що регулюють транспорт кальцію у нирці, найбільше значення має паратгормон. Він зменшує реабсорбцію кальцію в проксимальному канальці, проте при цьому знижується його екскреція ниркою внаслідок стимуляції всмоктування кальцію в дистальному сегменті нефрону та збиральних трубках.

На противагу паратгормону тирокальцитонін викликає збільшення екскреції кальцію ниркою. Активна форма вітаміну D3 збільшує реабсорбцію кальцію у проксимальному сегменті канальця. Соматотропний гормон сприяє посиленню кальцію, саме тому у хворих з акромегалією часто розвивається сечокам'яна хвороба.

Транспорт магнію

Здорова доросла людина із сечею за добу виділяє 60-120 мг магнію. До 60% магнію, що профільтрувався, реабсорбується в проксимальних канальцях. Велика кількість магнію реабсорбується у висхідному коліні петлі Генлі. Реабсорбція магнію є активним процесом та обмежена величиною максимального канальцевого транспорту. Гіпермагніємія призводить до посилення екскреції магнію ниркою і може супроводжуватися скороминущою гіперкальціурією.

При нормальному рівні клубочкової фільтрації нирка швидко та ефективно справляється з підвищенням рівня магнію в крові, запобігаючи гіпермагніємії, тому клініцисту частіше доводиться зустрічатися з проявами гіпомагніємії. Магній, як і кальцій, не секретується у канальцях нирок.

Швидкість екскреції магнію зростає при гострому збільшенні обсягу позаклітинної рідини, при збільшенні тирокальцитоніну та АДГ. Паратгормон зменшує виділення магнію. Однак гіперпаратироїдизм супроводжується гіпомагніємією. Це, ймовірно, пов'язане з гіперкальціємією, яка збільшує екскрецію як кальцію, а й магнію в нирках.

Транспорт фосфору

Нирки відіграють ключову роль у підтримці сталості фосфатів у рідинах внутрішнього середовища. У плазмі крові фосфати представлені у вигляді вільних (близько 80%) та пов'язаних з білками іонів. За добу через нирки виділяється близько 400–800 мг неорганічного фосфору. 60-70% фосфатів, що фільтруються, всмоктується в проксимальних канальцях, 5-10% - в петлі Генлі і 10-25% - в дистальних канальцях і збиральних трубках. Якщо різко знижено транспортну систему проксимальних канальців, то починає використовуватися велика потужність дистального сегмента нефрону, який може запобігти фосфатурії.

У регуляції канальцевого транспорту фосфатів основна роль належить гормону паращитовидних залоз, який пригнічує реабсорбцію у проксимальних сегментах нефрону, вітаміну D3, соматотропному гормону, які стимулюють реабсорбцію фосфатів.

Транспорт глюкози

Глюкоза, що пройшла через клубочковий фільтр практично повністю реабсорбується в проксимальних сегментах канальців. За добу може виділятись до 150 мг глюкози. Реабсорбція глюкози здійснюється активно за участю ферментів, витратою енергії та споживанням кисню. Глюкоза проходить через мембрану разом із натрієм проти високого концентраційного градієнта.

У клітині відбуваються накопичення глюкози, фосфорилювання її до глюкозо-6-фосфату та пасивне перенесення в навколоканальцеву рідину.

Повна реабсорбція глюкози відбувається лише в тих випадках, коли кількість переносників та швидкість їх руху через клітинну мембрану забезпечують перенесення всіх молекул глюкози, що надійшли у просвіток проксимальних відділів канальців з ниркових тілець. Максимальна кількість глюкози, яка може реабсорбуватися в канальцях при повному завантаженні всіх переносників, у нормі у чоловіків становить 375 ± 80, у жінок — 303 ± 55 мг/хв.

Рівень глюкози у крові, у якому вона у сечі, дорівнює 8-10 ммоль/л.

Транспорт білка

У нормі білок, що профільтрувався в клубочках (до 17-20 г/добу), практично весь реабсорбується в проксимальних сегментах канальців і в добовій сечі виявляється в незначній кількості - від 10 до 100 мг. Канальцевий транспорт білка - процес активний, у ньому беруть участь протеолітичні ферменти. Реабсорбція білка здійснюється шляхом піноцитоз у проксимальних сегментах канальців.

Під впливом протеолітичних ферментів, які у лізосомах, білок піддається гідролізу з утворенням амінокислот. Проникаючи через базальну мембрану, амінокислоти надходять у навколо- канальцеву позаклітинну рідину.

Транспорт амінокислот

У клубочковому фільтраті концентрація амінокислот така сама, як і в плазмі крові, - 2,5-3,5 ммоль/л. У нормі зворотного всмоктування піддається близько 99% амінокислот, причому цей процес відбувається в основному в початкових відділах проксимального звивистого канальця. Механізм реабсорбції амінокислот подібний до описаного вище для глюкози. Є обмежена кількість переносників, і коли всі вони з'єднуються з відповідними амінокислотами, надлишок останніх залишається в канальцевій рідині та виводиться із сечею.

У нормі сеча містить лише сліди амінокислот.

Причинами аміноацидурії є:

• збільшення концентрації амінокислот у плазмі при підвищеному надходженні в організм та при порушенні їх метаболізму, що призводить до перевантаження транспортної системи канальців нирок та аміноацидурії
• дефект переносника, що забезпечує реабсорбцію амінокислоти
• дефект апікальної мембрани клітин канальців, що призводить до збільшення проникності щіткової облямівки та зони міжклітинних контактів. В результаті відзначається зворотний струм амінокислот у каналець
• порушення метаболізму клітин проксимального канальця

text_fields

text_fields

arrow_upward

Порівняння складу та кількості первинної та кінцевої сечі показує, що в канальцях нефрону відбувається процес зворотного всмоктування води та речовин, що профільтрувалися у клубочках. Цей процес називається канальцевою реабсорбцією

Залежно від відділу канальців, де відбувається, розрізняють реабсорбцію проксимальнуідистальну.

Реабсорбція являє собою транспорт речовин із сечі в лімфу та кров.та залежно від механізму транспорту виділяють пасивну, первинно та вдруге активну реабсорбцію.

Проксимальна реабсорбція

text_fields

text_fields

arrow_upward

Проксимальна реабсорбція забезпечує повне всмоктування низки речовин первинної сечі – глюкози, білка, амінокислот та вітамінів. У проксимальних відділах всмоктується 2/3 води, що профільтрувалися, і натрію, великі кількості калію, двовалентних катіонів, хлору, бікарбонату, фосфату, а також сечова кислота і сечовина. До кінця проксимального відділу в його просвіті залишається лише 1/3 об'єму ультрафільтрату, і, хоча його склад вже істотно відрізняється від плазми, осмотичний тиск первинної сечі залишається таким же, як у плазмі.

Всмоктування водивідбувається пасивно, за градієнтом осмотичного тиску та залежить від реабсорбції натрію та хлориду. Реабсорбція натріюу проксимальному відділі здійснюється як активним, і пасивним транспортом. У початковій ділянці канальців це активний процес. Хоча натрій входить у клітини епітелію через апікальну мембрану пасивно через натрієві канали по концентраційному та електрохімічному градієнту, його виведення через базолатеральні мембрани епітеліальних клітин відбувається активно за допомогою натрій-калієвих насосів, що використовують енергію АТФ. Супроводжуючим аніоном, що всмоктується натрій, є тут бікарбонат,а хлоридивсмоктуються погано. Об'єм сечі в канальці зменшується через пасивну реабсорбцію води, і концентрація хлоридів у його вмісті зростає. У кінцевих ділянках проксимальних канальців міжклітинні контакти високо проникні для хлоридів (концентрація яких підвищилася) і пасивно по градієнту вони всмоктуються з сечі. Разом з ними пасивно реабсорбуються натрій та вода. Такий пасивний транспорт одного іону (натрію) разом із пасивним транспортом іншого (хлориду) носить назву котранспорту.

Таким чином, у проксимальному відділі нефрону існують два механізми всмоктування води та іонів:

1) активний транспорт натрію з пасивною реабсорбцією бікарбонату та води,
2) пасивний транспорт хлоридів з пасивною реабсорбцією натрію та води.

Оскільки натрій та інші електроліти завжди всмоктуються у проксимальних канальцях з осмотично еквівалентною кількістю води, сеча у проксимальних відділах нефрону залишається ізоосмотичною плазмою.

Проксимальна реабсорбція глюкозиі амінокислотздійснюється за допомогою спеціальних переносників щіткової облямівки апікальної мембрани епітеліальних клітин. Ці переносники транспортують глюкозу або амінокислоту, тільки якщо одночасно зв'язують і переносять натрій. Пасивне переміщення натрію градієнтом всередину клітин веде до проходження через мембрану і переносника з глюкозою або амінокислотою. Для реалізації цього процесу необхідна низька концентрація в клітині натрію, що створює градієнт концентрації між зовнішнім та внутрішньоклітинним середовищем, що забезпечується енергозалежною роботою натрій-калієвого насоса базальної мембрани. Оскільки перенесення глюкози чи амінокислоти пов'язані з натрієм, яке транспорт визначається активним видаленням натрію з клітини, такий вид транспорту називають вдруге активнимабо сімпортом,тобто. спільним пасивним транспортом однієї речовини (глюкоза) через активний транспорт іншого (натрію) за допомогою одного переносника.

Оскільки для реабсорбції глюкози необхідне зв'язування кожної молекули з молекулою переносника, очевидно, що при надлишку глюкози може відбутися повне завантаження всіх молекул переносників і глюкоза вже не зможе всмоктуватися в кров. Ця ситуація характеризується поняттям «максимальний канальцевий транспорт речовини»,яке відображає максимальне завантаження канальцевих переносників при певній концентрації речовини у первинній сечі та, відповідно, у крові. Поступово підвищуючи вміст глюкози в крові і тим самим у первинній сечі, можна легко виявити ту величину її концентрації, при якій глюкоза з'являється в кінцевій сечі і коли її екскреція починає залежати від приросту рівня в крові. Ця концентрація глюкози в крові і, відповідно, ультрафільтрат свідчить про те, що всі канальцеві переносники досягли межі функціональних можливостей і повністю завантажені. У цей час реабсорбція глюкози максимальна і становить від 303 мг/хв у жінок та до 375 мг/хв у чоловіків. Величині максимального канальцевого транспорту відповідає більш старе поняття «нирковийпоріг виведення».

Нирковим порогом виведення називають ту концентрацію речовини в крові та в первинній сечі, при якій вона вже не може бути повністю реабсорбована в канальцях і з'являється в кінцевій сечі.

Такі речовини, котрим можна знайти поріг виведення, тобто. реабсорбуються при низьких концентраціях у крові повністю, а при підвищених концентраціях - не повністю, звуться порогових.Типовим прикладом є глюкоза, яка повністю всмоктується з первинної сечі при концентраціях у плазмі нижче 10 моль/л, але з'являється в кінцевій сечі, тобто. повністю не реабсорбується, при вмісті її в плазмі вище 10 моль/л. Отже, для глюкози поріг виведення становить 10 моль/л.

Речовини, які взагалі не реабсорбуються в канальцях (інулін, манітол) або мало реабсорбуються та виділяються пропорційно накопиченню в крові (сечовина, сульфати та ін.), називаються непороговими,т.к. їм порога виведення немає.

Малі кількості профільтрованого білкапрактично повністю реабсорбуються у проксимальних канальцях за допомогою піноцитозу. Дрібні білкові молекули абсорбуються на поверхні апікальної мембрани епітеліальних клітин та поглинаються ними з утворенням вакуолей, які, пересуваючись, зливаються з лізосомами. Протеолітичні ферменти лізосом розщеплюють поглинений білок, після чого низькомолекулярні фрагменти та амінокислоти переносяться в кров через базолатеральну мембрану клітин.

Дистальна реабсорбція

text_fields

text_fields

arrow_upward

Дистальна реабсорбція іонів і води за обсягом значно менша за проксимальну. Однак, суттєво змінюючись під впливом регулюючих впливів, вона визначає склад кінцевої сечі та здатність нирки виділяти або концентровану або розведену сечу (залежно від водного балансу організму). У дистальному відділі нефрону відбувається активна реабсорбція натрію.Хоча тут всмоктується всього 10% від кількості катіону, що профільтрувався, цей процес забезпечує виражене зменшення його концентрації в сечі і, навпаки, підвищення концентрації в інтерстиціальній рідині, що створює значний градієнт осмотичного тиску між сечею і інтерстицієм. Хлорвсмоктується переважно пасивно за натрієм. Здатність епітелію дистальних канальців секретувати в сечу Н-іони пов'язана з реабсорбцією іонів натрію, цей вид транспорту у вигляді обміну натрію на протон отримав назву "антипорт".Активно всмоктується у дистальному відділі канальців калій, кальційі фосфа ти.У збиральних трубочках, головним чином юкстамедулярних нефронів, під впливом вазопресину підвищується проникність стінки. сечовиниі вона, завдяки високій концентрації у просвіті канальця, пасивно дифундує в навколишнє інтерстиціальний простір, збільшуючи його осмолярність. Під впливом вазопресину стінка дистальних звивистих канальців і збірних трубочок стає проникною і для води,в результаті чого відбувається її реабсорбція по осмотичному градієнту в гіперосмолярних інтерстиціях мозкової речовини і далі в кров.

Здатність нирки утворювати концентровану або розведену сечу забезпечується діяльністю протиточно-множинітельної канальцевої системинирки, що представлена ​​паралельно розташованими колінами петлі Генле та збірними трубочками (рис.12.2).

Цифрами позначені величини осмотичного тиску інтерстиціальної рідини та сечі. У збірній трубочці цифрами в дужках позначено осмотичний тиск сечі без вазопресину (розведення сечі), цифрами без дужок - осмотичний тиск сечі в умовах дії вазопресину (концентрування сечі).

Сеча рухається в цих канальцях у протилежних напрямках (чому систему назвали протиточною), а процеси транспорту речовин в одному коліні системи посилюються («множуються») за рахунок діяльності іншого коліна. Визначальну роль у роботі протиточного механізму грає висхідне коліно петлі Генле, стінка якого непроникна для води, але активно реабсорбує в навколишній інтерстиціальний простір іони натрію. В результаті інтерстиціальна рідина стає гіперосмотичною по відношенню до вмісту низхідного коліна петлі і у напрямку до вершини петлі осмотичний тиск у навколишній тканині зростає. Стінка ж низхідного коліна проникна для води, яка пасивно йде з просвіту в гіперосмотичні інтерстиції. Отже, в низхідному коліні сеча через всмоктування води стає дедалі більше гиперосмотичной, тобто. встановлюється осмотична рівновага з інтерстиціальною рідиною. У висхідному коліні, через всмоктування натрію, сеча стає все менш осмотичною і в корковий відділ дистального канальця сходить вже гіпотонічна сеча. Однак її кількість через всмоктування води та солей у петлі Генлі суттєво зменшилася.

Збиральна трубочка, в яку потім надходить сеча, теж утворює з висхідним коліном петлі Генле протиточну систему. Стінка збірної трубочки стає проникною для води тільки в присутності вазопресину.У цьому випадку, у міру просування сечі по збиральних трубочках вглиб мозкової речовини, в якому наростає осмотичний тиск через всмоктування натрію у висхідному коліні петлі Генле, все більше води пасивно йде в гіперосмотичні інтерстиції і сеча стає все більш концентрованою.

Під впливом вазопресину реалізується ще один важливий для концентрування сечі механізм - пасивний вихід сечовини із збиральних трубочок в навколишній інтерстиції. Всмоктування води у верхніх відділах збірних трубочок веде до наростання концентрації сечовини в сечі, а в нижніх їх відділах, розташованих у глибині мозкової речовини, вазопресин підвищує проникність для сечовини і вона пасивно дифундує в інтерстиції, різко підвищуючи його осмотичний тиск. Таким чином, інтерстицій мозкової речовини стає найбільш високо осмотичним в області вершини ниркових пірамід, де відбувається збільшення всмоктування води з просвіту канальців в інтерстицій і концентрування сечі.

Сечовина інтерстиціальної рідини по концентраційному градієнту дифундує в просвіт тонкої висхідної частини петлі Генле і знову надходить із струмом сечі в дистальні канальці та збиральні трубочки. Так здійснюється кругообіг сечовини в канальцях, що зберігають високий рівень її концентрації у мозковій речовині. Описані процеси протікають в основному в юкстамедулярних нефронах, що мають найбільш довгі петлі Генле, що глибоко спускаються всередину мозкової речовини нирки.

У мозковій речовині нирки є й інша - судинна противоточна система,утворена кровоносними капілярами. Оскільки кровоносна мережа юкстамедулярних нефронів утворює довгі паралельні прямі низхідні і висхідні капілярні судини (рис. 12.1), що спускаються вглиб мозкової речовини, що рухається по низхідній прямій капілярній судині, кров поступово віддає воду в навколишнє інтерстиціальне збагачується натрієм та сечовиною, згущується та уповільнює свій рух. У висхідній капілярній судині по мірі руху крові в тканини з осмотичним тиском, що поступово знижується, відбуваються зворотні процеси - натрій і сечовина по концентраційному градієнту дифундують назад в тканину, а вода всмоктується в кров. Таким чином, і ця протиточна система сприяє підтримці високого осмотичного тиску в глибоких шарах тканини мозкової речовини, забезпечуючи видалення води та утримання натрію та сечовини в інтерстиції.

Діяльність описаних протиточних систем багато в чому залежить від швидкості руху рідин, що знаходяться в них (сечі або крові). Чим швидше рухатиметься сеча по трубках протиточної системи канальців, тим менші кількості натрію, сечовини та води встигнуть реабсорбуватися в інтерстицій і більші кількості менш концентрованої сечі виділятимуться ниркою. Чим вищою буде швидкість кровотоку по прямих капілярних судинах мозкової речовини нирки, тим більше натрію та сечовини забере кров із ниркового інтерстицію, т.к. вони не встигнуть дифундувати з крові назад у тканину. Цей ефект називають «вимиванням»осмотично активних речовин з інтерстицію, в результаті його осмолярність падає, концентрування сечі зменшується і ниркою виділяється більше сечі низької питомої ваги(Розведення сечі). Чим повільніше відбувається рух сечі або крові в мозковій речовині нирок, тим більше осмотично активних речовин накопичується в інтерстиції та вища здатність нирки. концентруватисечу.

Регуляція канальцевої реабсорбції

text_fields

text_fields

arrow_upward

Регуляція канальцевої реабсорбціїздійснюється як нервовим, так і, більшою мірою, гуморальнимшляхом.

Нервові впливи переважно реалізуються симпатичними провідниками та медіаторами через бета-адренорецептори мембран клітин проксимальних та дистальних канальців. Симпатичні ефекти проявляються у вигляді активації процесів реабсорбції глюкози, натрію, води та фосфатів та реалізуються через систему вторинних посередників (аденілатциклаза – цАМФ). У регуляції процесів метаболізму ниркової тканини важливу роль відіграють трофічні впливи симпатичної нервової системи. Нервова регуляція кровообігу в мозковій речовині нирки збільшує або зменшує ефективність судинної протиточної системи та концентрування сечі.

Судинні ефекти нервової регуляції можуть опосередковуватися через внутрішньониркові системи гуморальних регуляторів - ренін-ангіотензинну, кінінову, простагландини та ін. Основним фактором регуляції реабсорбції водиу дистальних відділах нефрону є гормон вазопресин,називався раніше антидіуретичним гормоном.Цей гормон утворюється в супраоптичному та паравентрикулярних ядрах гіпоталамуса і надходить у кров з нейрогіпофіза. Вплив вазопресину на проникність епітелію канальців обумовлений наявністю рецепторів до гормону, що належать до V-2 типу, на поверхні базолатеральної мембрани клітин епітелію. Утворення гормон-рецепторного комплексу (глава 3), тягне за собою за допомогою GS-білка та гуанілового нуклеотиду активацію аденілатциклази та утворення цАМФ у базолатеральної мембрани (рис. 12.3).

Мал. 12.3. Механізм дії вазопресину на проникність збиральних трубочок для води.

Мал. 12.3. Механізм дії вазопресину на проникність збиральних трубочок для води.
Б-л мембрана - базолатеральна мембрана клітин,
А мембрана – апікальна мембрана,
ГН – гуанідиновий нуклеотид, АЦ – аденілатциклаза.

Після цього цАМФ перетинає клітину епітелію і, досягнувши апікальної мембрани, активує цАМФ-залежні протеїнкінази. Під впливом цих ферментів відбувається фосфорилювання мембранних білків, що призводить до підвищення проникності води та збільшення поверхні мембрани. Перебудова ультраструктур клітини веде до утворення спеціалізованих вакуолей, що переносять великі потоки води по осмотичному градієнту від апікальної до базолатеральної мембрани, не дозволяючи набухати самій клітині. Такий транспорт води через клітини епітелію реалізується вазопресином у збиральних трубочках. Крім того, у дистальних канальцях вазопресин обумовлює активацію та вихід з клітин гіалуронідаз, що викликають розщеплення глікозаміногліканів основної міжклітинної речовини та міжклітинний пасивний транспорт води по осмотичному градієнту.

Канальцева реабсорбція води

text_fields

text_fields

arrow_upward

Канальцева реабсорбція води регулюється іншими гормонами.

З урахуванням механізмів дії всі гормони, що регулюють реабсорбцію води, можна подати у вигляді шести груп:

1) підвищують проникність мембран дистальних відділів нефрону для води (вазопресин, пролактин, хоріонічний гонадотропін);

2) змінюють чутливість клітинних рецепторів до вазопресину (паратирин, кальцитонін, кальцитріол, простагландини, альдостерон);

3) мінливі осмотичний градієнт інтерстиція мозкового шару нирки і, відповідно, пасивний осмотичний транспорт води (паратирин, кальцитріол, тиреоїдні гормони, інсулін, вазопресин);

4) змінюють активний транспорт натрію і хлориду, а за рахунок цього і пасивний транспорт води (альдостерон, вазопресин, атріопептид, прогестерон, глюкагон, кальцитонін, простагландини);

5) підвищують осмотичний тиск канальцевої сечі за рахунок нереабсорбованих осмотично активних речовин, наприклад, глюкози (контринсулярні гормони);

6) міняючі кровотік по прямих судинах мозкового.речовини і, тим самим, накопичення або «вимивання» осмотично активних речовин з інтерстицію (ангіотензин-II, кінін, простагландини, паратирин, вазопресин, атріопептид).

Канальцева реабсорбція електролітів

text_fields

text_fields

arrow_upward

Канальцева реабсорбція електролітів, як і води, регулюється переважно гормональними, а чи не нервовими впливами.

Реабсорбція натріюв проксимальних канальцях активується альдостероном і пригнічується паратирином, в товстій частині висхідного калена петлі Генле реабсорбція натрію активується вазопресином, глюкагоном, кальцитоніном, а пригнічується простагландинами Е. пригнічення) .

Регуляція канальцевого транспорту кальцію,фосфатута частково магніюзабезпечується, переважно, кальцій-регулюючими гормонами. Паратирин має в канальцевому апараті нирки кілька ділянок дії. У проксимальних канальцях (прямий відділ) всмоктування кальцію відбувається паралельно з транспортом натрію та води. Пригнічення реабсорбції натрію у цьому відділі під впливом паратирину супроводжується паралельним зниженням реабсорбції кальцію. За межами проксимального канальця паратирин вибірково посилює реабсорбцію кальцію, особливо в дистальному звивистому канальці та корковій частині збірних трубочок. Реабсорбція кальцію активується також кальцитріолом, а пригнічується кальцитоніном. Всмоктування фосфату в канальцях нирки пригнічується паратирином (проксимальна реабсорбція), кальцитоніном (дистальна реабсорбція), а посилюється кальцитріолом і соматотропіном. Паратирин активує реабсорбцію магнію в корковій частині висхідного коліна петлі Генле та гальмує проксимальну реабсорбцію бікарбонату.