Механізми канальцевої реабсорбції
Зворотне всмоктування різних речовин у канальцях забезпечується активним і пасивним транспортом. Якщо речовина реабсорбується проти електрохімічного і концентраційного градієнтів, процес називається активним транспортом. Розрізняють два види активного транспорту — первинно-активний і вторинно-активний. Первинно-активним транспорт називається в тому випадку, коли відбувається перенесення речовини проти електрохімічного градієнта за рахунок енергії клітинного метаболізму. Прикладом служить транспорт іонів №+, що відбувається при участі ферменту №+, К+-АТФази, що використовує енергію АТФ. Вторинно-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 у клітини проксимального канальця за допомогою спеціального переносника, що обов'язково повинний приєднати іон №+. Цей комплекс (переносник + + органічна речовина+№+) сприяє переміщенню речовини через мембрану і надходженню його усередину клітини. Рушійної силою перенесення цих речовин через плазматичну мембрану служить менша в порівнянні з просвітом канальця концентрація натрію в цитоплазмі клітини. Ґрадієнт концентрації натрію обумовлений безперестанним активним виведенням натрію з клітини в позаклітинну рідину за допомогою №+, К+-АТФази, локалізованої в мембрані клітини. Мембрана клітин канальців, повернена в просвіт канальця, називається апікальною, а спрямована у бік міжклітинної речовини — базальною.
Реабсорбція води, хлору і деяких інших іонів, сечовини здійснюється за допомогою пасивного транспорту — по електрохімічному, концентраційному чи осмотичному градієнту. Прикладом пасивного транспорту є реабсорбція в дистальному звивистому канальці хлору по електрохімічному градієнту, створеному активним транспортом натрію. По осмотичному градієнту транспортується вода, причому швидкість її всмоктування залежить від осмотичної проникності стінки канальця і різниці концентрації осмотично активних речовин по обидва боки його стінки. У вмісті проксимального канальця внаслідок всмоктування води і розчинених у ній речовин росте концентрація сечовини, невелика кількість якої по концентраційному градієнту реабсорбується в кров.
Клітинний механізм реабсорбції іонів розглянемо на прикладі №+. У проксимальному канальці нефрона всмоктування №+ у кров відбувається в результаті ряду процесів, один із яких — активний транспорт №+ із просвіту канальця, інший — пасивна реабсорбція №+ слідом за іонами гідрокарбонату та СІ-, що транспортуються активно в кров. При введенні одного мікроелектрода в просвіт канальців, а другого в нав-колоканальцеву рідину було виявлено, що різниця потенціалів між зовнішньою і внутрішньою поверхнею стінки проксимального канальця
може досягати — 60 мВ. Просвіт обох канальців електронегативний, а в крові (отже, і в позаклітинній рідині) концентрація №+ вища, ніж у рідині, що знаходиться в просвіті канальців. Тому реабсорбція здійснюється активно проти градієнта електрохімічного потенціалу. При цьому з просвіту канальця входить у клітину по натрієвому каналу або за участю переносника. Внутрішня частина клітини заряджена негативно, і позитивно заряджений №+ надходить у клітину по градієнту потенціалу, рухається у бік базальної плазматичної мембрани, через яку натрієвим насосом викидається в міжклітинну рідину; градієнт потенціалу на цій мембрані досягає 70—90 мВ.
Фільтрована глюкоза практично цілком реабсорбується клітинами проксимального канальця, і в нормі за добу із сечею виділяється незначна її кількість (не більш 130 мг). Процес зворотного всмоктування глюкози здійснюється проти високого концентраційного градієнта і є вторинно-активним. В апікальній мембрані клітини глюкоза з'єднується з переносником, що повинний приєднати також №+, після чого комплекс транспортується через мембрану, тобто в цитоплазму надходять глюкоза і №+. Апікальна мембрана відрізняється високою селективністю й однобічною проникністю і не пропускає ні глюкозу, ні №+ назад із клітини в просвіт канальця. Перенесення глюкози з клітини в кров через базальну плазматичну мембрану носить характер полегшеної дифузії, а №+, як уже зазначалося вище, видаляється натрієвим насосом, що знаходиться в цій мембрані.
Амінокислоти майже цілком реабсорбуються клітинами проксимального канальця. Існує не менше чотирьох систем транспорту амінокислот із просвіту канальця в кров. Кожна з цих систем забезпечує всмоктування низки амінокислот однієї групи. Так, система реабсорбції двоосновних амінокислот бере участь у всмоктуванні лізину, аргініну, орнітину і, можливо, цистину. При введенні в кров надлишку однієї з цих амінокислот починається посилена екскреція ниркою амінокислот лише даної групи.
Виділення із сечею слабких кислот і основ залежить від їхньої клу-бочкової фільтрації, процесу реабсорбції чи секреції. Процес виведення цих речовин багато в чому визначається «неіонною дифузією», вплив якої особливо виявляється в дистальних канальцях і збірних трубках.
Невелика кількість білка, що профільтрувався в клубочках, реабсорбується клітинами проксимальних канальців. Виділення білків із сечею в нормі складає не більше 20—75 мг на добу, а при захворюваннях нирок воно може зростати до 50 м на добу. Збільшення виділення білків із сечею (протеінурія) може бути обумовлена порушенням їхньої реабсорбції або збільшенням фільтрації.
На відміну від реабсорбції електролітів, глюкози й амінокислот, які, проникнувши через апікальну мембрану, у незміненому виді досягають базальної плазматичної мембрани і транспортуються в кров, реабсорбція білка забезпечується принципово іншим механізмом: білок попадає в клітину за допомогою піноцитозу. Молекули білка, що профільтрувався, адсорбуються на поверхні апікальної мембрани клітини, при цьому мембрана бере участь в утворенні піноцитозного пухирця. Цей пухирець рухається у бік базальної частини клітини. В навколоядерній області, де локалізований пластинчастий комплекс (апарат Гольджі), пухирці зливаються з лізосомами, що мають високу ферментативну активність. У лізосомах захоплені білки розщеплюються й амінокислоти, що утворилися, відходять в кров через базальну плазматичну мембрану. Варто підкреслити, що не усі білки піддаються гідролізу в процесі транспорту і частина їх переноситься в кров у незміненому вигляді.
Сечовина. У людини і більшості хребетних азот, що утворюється при розпаді білків, екскретирується в основному як сечовина. Ця дрібна електронейтральна молекула вільно фільтрується, але одночасно так легко дифундує, що в проксимальному канальці близько 1/3 сечовини повертається в кров. У дистальній частині нефрона й у кінцевому відділі збірної трубочки дифузійна проникність для сечовини низька, але тут вона може реабсорбуватися по механізму проходження за розчинником. Тому, якщо в дистальних відділах всмоктується велика кількість води й утворюється сеча із високою осмотичною концентрацією, разом з водою повертається в кров майже третина відфільтрованої сечовини. У випадку водяного діурезу всмоктування води в дистальному канальці припиняється, і сечовини відповідно виводиться більше. Таким чином, її екскреція залежить від діурезу. Через фільтр вона проходить з такою ж швидкістю, як індикаторна речовина інулін. Однак її кліренс завжди менший, принаймні, на 1/3, оскільки саме ця частка реабсорбується в проксимальному канальці незалежно від діурезу. Ще 1/3 може реабсорбуватися в дистальних відділах нефрона.
Сечова кислота. У вигляді сечової кислоти в людини виводиться тільки 5 \% азоту. Однак ця сполука має велике клінічне значення, оскільки пов'язана з виникненням подагри й утворенням ниркових каменів — захворюваннями, що набувають в останні десятиліття все більшого поширення. Сечова кислота—кінцевий продукт обміну пуринів.
Сечова кислота вільно фільтрується. Як й інші органічні кислоти, вона також дістається з навколоканальцевої крові клітинами проксимальних канальців і секретирується в канальцеву рідину. Проте одночасно вона тут же реабсорбується, тому наприкінці цього відділу її приблизно стільки ж, скільки початково відфільтрувалось. У низхідному коліні петлі Генле переважає реабсорбція, і до вершини цієї структури доходить лише близько 10 \% сечової кислоти. Саме ця кількість виділяється із сечею, тому що вона пройде через відділи нефрона, розташовані в нирковому сосочку, важливо з двох причин: її розчинність у воді, по-перше, обмежена, а по-друге, залежить від рН. рКа сечової кислоти дорівнює 5,8, тому при нормальному рН крові (7,4) вона майже цілком дисоційована до урат-аніона.
Дисоційована до урату, сечова кислота в 20 разів більш розчинна, ніж у недисоційованій формі. Проте канальцева рідина, проходячи через дистальний відділ нефрона, зменшується в об'ємі і продовжує підкислюватися, тому концентрація сечової кислоти зростає, а її дисоціація пригнічується. У збірній трубочці, де рН дорівнює 5,8, вона на 50 \% не дисоційована; при рН 4,5 ця частка зростає до 95 \%.