Общая схема трансэпителиального переноса

Перенос между просветом канальца и интерстицием

Поскольку составы фильтрата и плазмы одинаковы (за исключением белков), а состав интерстиция, как и любой другой межклеточной жидкости, также примерно соответствует составу безбелковой плазмы, между всеми этими жидкостями изначально не существует концентрационных или электрохимических градиентов, по которым могли бы переноситься вещества. Следовательно, перенос любых веществ между канальцевой жидкостью и интерстицием требует затрат энергии. Основным источником этой энергии служит электрохимический градиент для Na+, создаваемый Na+, K±АТФазой (Na+/K±насосом) базолатеральной мембраны и направленный от просвета канальца к внутриклеточной жидкости эпителиальных клеток. Переход Na+ по этому градиенту обеспечивает энергию для транспорта всех остальных веществ двумя способами:

вещества могут переноситься вместе с Na+ по механизму вторичного активного транспорта;

поток Na+ прямо или косвенно создает концентрационные, электрические и осмотические градиенты для пассивного переноса других веществ.

Таким образом, основные механизмы трансэпителиального переноса являются натрийзависимыми.

Приведем несколько примеров натрийзависимого переноса.

• 1. Вместе с Na+ через апикальную мембрану могут переноситься другие вещества против их концентрационных градиентов — в клетку по механизму вторичного активного котранспорта (например, глюкоза и аминокислоты) или в канальцевую жидкость по механизму вторичного активного контртранспорта (например, ионы H+). В случае котранспорта будет происходить реабсорбция веществ, в случае контртранспорта — секреция.
• 2. В результате работы Na+, K±АТФазы в клетке создается высокий концентрационный градиент для K+. Если в мембране будут калиевые каналы, то K+ будет выходить из клетки точно так же, как в нервах и мышцах. Если такие каналы будут в апикальной мембране, то будет происходить секреция K+, если в базолатеральной — реабсорбция.
• 3. В случае, если калиевые каналы будут в апикальной мембране, то выход в канальцевую жидкость K+ приведет к тому, что эта жидкость станет заряжена положительно по отношению к интерстицию, то есть сформируется электрический градиент, или так называемый трансэпителиальный потенциал. В направлении этого градиента будут переноситься из канальцев в интерстиций (в частности, межклеточным путем) катионы — в частности Ca2+ и Mg2+.
• 4. Если же калиевые каналы будут в базолатеральной мембране, то K+ будет выходить в интерстиций; поскольку туда же Na+, K±АТФазой перекачивается Na+, осмотическое давление в интерстиции вырастет, то есть создастся осмотический градиент между канальцевой жидкостью и интерстицием. По этому градиенту из канальцев в интерстиций будет выходить вода.
• 5. Выход воды в интерстиций по градиенту осмотического давления приведет к возрастанию концентраций растворенных веществ, остающихся в канальцевой жидкости. Если для таких веществ будут соответствующие каналы или переносчики либо для них будут проницаемы межклеточные контакты, они по концентрационному градиенту перейдут в интерстиций.

Итак, Na+, K±АТФаза базолатеральной мембраны может создавать движущие силы для переноса различных веществ как прямо (для Na+ и K+), так и косвенно (например, перенос Na+ и K+ в интерстиций приводит к созданию осмотического градиента; переход воды по осмотическому градиенту ведет к возникновению концентрационных градиентов для растворенных веществ, и т. д.).

Из приведенных примеров видна следующая закономерность канальцевого транспорта: Na+, K±АТФаза базолатеральной мембраны прямо или косвенно создает движущие силы для переноса почти всех компонентов канальцевой жидкости, но будет ли идти этот перенос, и если да — то в каком направлении, зависит от следующих факторов: 1) какие имеются каналы и переносчики; 2) располагаются ли они в апикальной или базолатеральной мембране; 3) для чего проницаемы плотные контакты.

Следовательно, все особенности транспорта в разных сегментах нефрона объясняются наличием и локализацией в этих сегментах тех или иных переносчиков и каналов и проницаемостью их плотных контактов.

Перенос между интерстицием и кровью

Второй этап трансэпителиального переноса — между интерстицием и кровью — представляет собой неизбирательный конвекционный транспорт. Механизмы его те же, что и клубочковой фильтрации, однако он идет в противоположном направлении (из канальца в кровь):

перенос осуществляется через крупные межклеточные поры;

через эти поры проходит вода с растворенными в ней веществами, перешедшими в интерстиций на первом этапе трансэпителиального переноса; следовательно, этот вид транспорта неизбирательный (вместе с током воды проходят все вещества, размеры которых меньше пор);

движущей силой этого переноса служит разница между онкотическим и гидростатическим давлением в перитубулярных капиллярах. При прохождении крови через клубочковые капилляры ее гидростатическое давление падает, а онкотическое возрастает (жидкость отфильтровывается, а белки остаются в крови). Поэтому в перитубулярных капиллярах, в которые кровь поступает после клубочковых капилляров, онкотическое давление выше гидростатического, и суммарная движущая сила направлена из интерстиция в кровь.

Пороговые вещества

Любые виды транспорта, требующие переносчиков (первичный активный, вторичный активный, облегченная диффузия) характеризуются насыщением. Это означает, что при относительно низких концентрациях некоторых веществ в крови (а следовательно, и в фильтрате) переносчики успевают полностью реабсорбировать такие вещества, и в окончательной моче их нет. При превышении же некоторой критической, или пороговой, концентрации переносчики становятся полностью занятыми (насыщаются), вещество уже не может реабсорбироваться полностью и появляется в моче. Такие вещества называются пороговыми. К важнейшим из пороговых веществ относятся:

глюкоза;

аминокислоты;

бикарбонат;

фосфат.

Для многих пороговых веществ (в частности, глюкозы и аминокислот) пороговая концентрация выше нормальной концентрации в крови. В норме такие вещества с мочой не выводятся, но при возрастании их концентрации в крови выше пороговой они появляются в моче.

Проксимальный отдел нефрона

Проксимальный отдел нефрона должен поставлять в последующие отделы канальцевую жидкость в постоянном (и сравнительно небольшом) объеме и с постоянным (и близким к составу плазмы) электролитным составом. Постоянство состава оттекающей от проксимального отдела жидкости обеспечивается особенностями механизмов транспорта в этом отделе. Постоянство же объема этой жидкости обеспечивается поддержанием постоянства трех основных показателей: почечного кровотока, скорости клубочковой фильтрации (СКФ) и относительного объема проксимальной реабсорбции.

Требования

Как уже говорилось, требования, предъявляемые к проксимальному отделу нефрона, следующие:

должен отфильтровываться очень большой объем плазмы с последующей реабсорбцией большей части фильтрата;

должны реабсорбироваться все полезные органические субстраты;

по возможности должны дополнительно секретироваться ксенобиотики;

проксимальный отдел должен поставлять в дистальный отдел небольшой и постоянный объем жидкости;

концентрации основных электролитов (Na+, K+, Clи Ca2+) в этой жидкости также должны быть постоянными и такими же, как в плазме;

Количественные характеристики

Транспорт в проксимальном отделе нефрона включает три процесса:

почечный кровоток;

клубочковая фильтрация;

проксимальный транспорт (преимущественно реабсорбция, но также секреция).

Эти три процесса характеризуются соответственно тремя показателями.

Почечный кровоток: нормальное значение — около 1 л/мин (для обеих почек взрослого человека среднего веса).

Скорость клубочковой фильтрации СКФ (один из основных параметров функции почек) — 125 мл/мин (то есть, как уже говорилось, 180 л/сут).

Относительный объем проксимальной реабсорбции — около 2/3 (65%) от СКФ («правило двух третей»).

Поскольку состав оттекающей от проксимального канальца жидкости должен быть близок к составу плазмы, процент реабсорбции воды и основных электролитов одинаков. Значит, «правило двух третей» касается и основных электролитов; исключение составляют бикарбонат, фосфат, магний и некоторые другие. Таким образом, относительный объем проксимальной реабсорбции воды и электролитов составляет:

H2O — 65%;

Na+ — 65%;

Cl- — 65%;

K+ — 65%;

Ca2+ — 65%;

HCO3- — 80—100%;

PO42- — 80—100%;

Mg2+ — 25%.