II.Канальцевая реабсорбция

В почках человека за одни сутки образуется до 170 л фильтрата, а выделяется 1-1,5л конечной мочи, остальная жидкость всасывается в канальцах. Первичная моча изотонична плазме крови (т.е. это плазма крови без белков) Обратное всасывание веществ в канальцах состоит в том, чтобы вернуть все жизненно-важные вещества и в необходимых количествах из первичной мочи.

Объем реабсорбции = объем ультрафильтрата – объем конечной мочи.

Молекулярные механизмы, участвующие в осуществлении процессов реабсорбции те же, что и механизмы, действующие при переносе молекул через плазматические мембраны в других частях организма это диффузия, активный и пассивный транспорт, эндоцитоз и пр.

Есть два пути для движения реабсорбируемого вещества из просвета в интерстициальное пространство.

Первый - движение между клетками, т.е. через плотное соединение двух соседних клеток - это парацеллюлярный путь. Парацеллюлярная реабсорбция может осуществляться посредствомдиффузии или за счет переноса вещества вместе с растворителем.Второй путь реабсорбции- транцеллюлярный ("через" клетку).В этом случае реабсорбируемое вещество должно преодолеть две плазматические мембраны на своем пути из просвета канальца к интерстициальной жидкости - люминальную (или апекальную) мембрану, отделяющую жидкость в просвете канальца от цитоплазмы клеток, и базолатеральную (или контрлюминальную) мембрану, отделяющую цитоплазму от интерстициальной жидкости.Трансцеллюлярный транспортопределяется терминомактивный, для краткости, хотя пересечение, по меньшей мере, одной из двух мембран осуществляется посредством первично или вторично активного процесса.Если вещество реабсорбируется против электрохимического и концентрационного градиентов, процесс называется активным транспортом.Различают два вида транспорта-  первично-активный и вторично-активный. Первично-активным транспорт называется в том случае, когда происходит перенос вещества против электрохимического градиента за счет энергии клеточного метаболизма. Этот транспорт обеспечивается энергией получаемой непосредственно при расщеплении молекул АТФ. Примером служит транспорт ионов Na, который происходит при участии Na⁺,К⁺АТФазы, использующей энергию АТФ. В настоящее время известны следующие системы первично активного транспорта: Na⁺, K⁺- АТФаза; Н⁺-АТФаза; Н⁺,К⁺-АТФаза и Са⁺АТФаза.

Вторично-активнымназывается перенос вещества против концентрационного градиента, но без затраты энергии клетки непосредственно на этот процесс, так реабсорбируются глюкоза, аминокислоты. Из просвета канальца эти органические вещества поступают в клетки проксимального канальца с помощью специального переносчика, который обязательно должен присоединить ион Na⁺. Этот комплекс (переносчик + органическое вещество + Na⁺) способствует перемещению вещества через мембрану щеточной каемки и его поступление внутрь клетки. Движущей силой переноса этих веществ через апикальную плазматическую мембрану служит меньшая по сравнению с просветом канальца концентрация натрия в цитоплазме клетки. Градиент концентрации натрия обусловлен непосредственным активным выведением натрия из клетки во внеклеточную жидкость с помощью Na⁺, К⁺-АТФазы, локализованной в латеральных и базальных мембранах клетки. РеабсорбцияNа⁺Cl^-представляет наиболее значительный по объему и энергетическим затратам процесс.

Различные отделы почечных канальцев отличаются по способности всасывать вещества. С помощью анализа жидкостей из различных частей нефрона были установлены состав жидкости и особенности работы всех отделов нефрона.

Проксимальный каналец.Реабсорбция в проксимальном сегменте – облигатная (обязательная).В проксимальных извитых канальцах - реабсорбируется большая часть компонентов первичной мочи с эквивалентным количеством воды (объем первичной мочи уменьшается примерно на 2/3). В проксимальном отделе нефрона полностью реабсорбируются аминокислоты, глюкоза, витамины, необходимое количество белка, микроэлементы, значительное количество Na⁺, K⁺, Ca⁺, Mg⁺, Cl^_, HCO₂. Проксимальный каналец играет главную роль в возвращении всех этих профильтровавшихся веществ в кровь с помощью эффективной реабсорбции. Фильтруемая глюкоза практически полностью реабсорбируется клетками проксимального канальца, и в норме за сутки с мочой может выделяться незначительное ее количество (не более 130 мг). Глюкоза движется против градиента из просвета канальца через люминальную мембрану в цитоплазму посредством системы котранспорта с натрием. Это движение глюкозы опосредовано участием переносчика и является вторично активным транспортом, поскольку энергия, необходимая для осуществления движения глюкозы через люминальную мембрану, вырабатывается за счет движения натрия по его электрохимическому градиенту, т.е. посредством котранспорта. Данный механизм котранспорта столь мощный, что позволяет полностью всасывать всю глюкозу из просвета канальца. После проникновения в клетку глюкоза должна преодолеть базолатеральную мембрану, что происходит посредством независимой от участия натрия облегченной диффузии, это движение по градиенту поддерживается за счет высокой концентрации глюкозы, накапливающейся в клетке, вследствие активности люминального процесса котранспорта. Чтобы обеспечить активную трансцеллюлярную реабсорбцию, функционирует система: с наличием 2 мембран, которые асиметричны по отношению к присутствию переносчиков глюкозы; энергия выделяется только при преодолении одной мембраны, в данном случае люминальной. Решающий фактор, состоит в том, что весь процесс реабсорбции глюкозы зависит в конечном счете от первично активного транспорта натрия.Вторично активной реабсорбциипри котранспорте с натрием через люминальную мембрану, тем же способом что и глюкозареабсорбируются аминокислоты,неорганический фосфат, сульфат и некоторые органические питательные вещества.Низкомолекулярные белки реабсорбируются путемпиноцитозав проксимальном сегменте. Реабсорбция белка начинается с эндоцитоза (пиноцитоза) на люминальной мембране. Этот энергозависимый процесс инициируется связыванием молекул профильтровавшегося белка со специфическими рецепторами на люминальной мембране. Обособленные внутриклеточные пузырьки, появившиеся в ходе эндоцитоза, сливаются внутри клетки с лизосомами, чьи ферменты расщепляют белки до низкомолекулярных фрагментов - дипептидов и аминокислот, которые удаляются в кровь через базолатеральную мембрану. Выделение белков с мочой в норме составляет не более 20 - 75 мг в сутки, а при заболевании почек оно может возрастать до 50 г в сутки (протеинурия).

Увеличение выделения белков мочой (протеинурия) может быть обусловлено нарушением их реабсорбции либо фильтрации.

Неионная диффузия- слабые органические кислоты и основания плохо диссоциируют. Растворяются в липидном матриксе мембран и реабсорбируются по концентрационному градиенту. Степень их диссоциации зависит от рН в канальцах:при его снижении диссоциация кислотуменьшается,оснований повышается.Реабсорбция кислот увеличивается,оснований – уменьшается. При возрастании рН – наоборот. Это используют в клинике для ускорения выведения ядовитых веществ – при отравлении барбитуратами защелачивают кровь. Это увеличивает их содержание в моче.

Петля Генле. В петле Генле в целом всегда реабсорбируется больше натрия и хлора (около 25% фильтруемого количества), чем воды (10% объема профильтровавшейся воды). Это является важным отличием петли Генле от проксимального канальца, где вода и натрий реабсорбируются практически в равных пропорциях. Нисходящая часть петли не реабсорбирует натрий или хлор, но она обладает весьма высокой проницаемостью для воды и реабсорбирует ее. Восходящая же часть(как тонкий, так и толстый ее участок) реабсорбирует натрий и хлор и практически не реабсорбирует воду, поскольку она совершенно не проницаема для нее. Реабсорбция хлорида натрия восходящей частью петли отвечает за реабсорбцию воды в нисходящей ее части, т.е. переход хлорида натрия из восходящей части петли в интерстициальную жидкость увеличивает осмолярность этой жидкости, а это влечет за собой большую реабсорбцию воды посредством диффузии из водопроницаемой нисходящей части петли. Поэтому этот участок канальца получил название  разводящий   сегмент. В результате жидкость будучи уже гипоосмотичной в восходящей толстой части петли Генле(вследствие выхода натрия), поступает в дистальный извитой каналец, где продолжается процесс разведения и она становится еще более гипоосмотичной, так как в последующих отделах нефрона органические вещества не всасываются в них реабсорбируются только ионы и Н₂О. Таким образом, можно утверждать, что дистальный извитой каналец и восходящая часть петли Генле функционируют как сегменты, где происходит разведение мочи. По мере продвижения по собирательной трубке мозгового вещества канальцевая жидкость становится все более и более гиперосмотичной, т.к. реабсорбция натрия и воды продолжается и в собирательных трубках, в них происходит формирование конечной мочи (концентрированной, за счет регулируемой реабсорбции воды и мочевины. Н₂О переходит в интерстициальное вещество согласно законам осмоса, т.к. там более высокая концентрация веществ. Процент реабсорбции воды может широко варьировать в зависимости от водного баланса данного организма.

Дистальная реабсорбция.Факультативная, регулируемая.

Особенности:

1. Стенки дистального сегмента плохо проницаемы для воды.

2. Здесь активно реабсорбируется натрий.

3. Проницаемость стенок регулируется:для воды- антидиуретическим гормоном,для натрия- альдостероном.

4.Происходит процесс секреции неорганических веществ.

Пороговые и непороговые вещества.

Реабсорбция веществ зависит от их концентрации в крови. Порог выведения - та концентрация вещества в крови, при которой оно не может быть полностью реабсорбировано в канальцах и попадает в конечную мочу. Порог выведения разных веществ различен.

Пороговые вещества - это вещества, которые полностью реабсорбируются в почечных канальцах и появляются в конечной моче, только если их концентрация в крови превышает определенную величину. Пороговые - глюкоза реабсорбируется в зависимости от концентрации ее в крови. Глюкоза при повышении ее в крови от 5 до 10 ммоль/л - появляется в моче, аминокислоты, белки плазмы, витамины, ионы Na⁺Cl^_K⁺Ca⁺.

Непороговые вещества - которые выделяются с мочой при любой концентрации их в плазме крови. Это конечные продукты обмена подлежащие удалению из организма (н-р инулин, креатинин, диодраст, мочевина, сульфаты).

Факторы влияющие на реабсорбцию

Почечные факторы:

Реабсорбционная способность почечного эпителия

Содержание пороговых и непороговых веществ в первичной моче

Внепочечные факторы:

Эндокринная регуляция деятельности почечного эпителия со стороны желез внутренней секреции

Содержание пороговых и непороговых веществ в крови

ПОВОРОТНО- ПРОТИВОТОЧНАЯ СИСТЕМА

Способность к образованию мочи с большей осмотической концентрацией, чем кровь, обладают лишь почки теплокровных животных. Многие исследователи пытались разгадать физиологический механизм этого процесса, но лишь в начале 50-х годов ХХ века была обоснована гипотеза, согласно которой образование осмотически концентрированной мочи связано с механизмом поворотно-противоточной множительной системынекоторых участков нефрона. Компонентами противоточно - множительной системы являются все структурные элементы внутренней зоны мозгового вещества почки: тонкие сегменты восходящих и нисходящих частей петель Генле, принадлежащих юкстамедулярным нефронам, медулярные отделы собирательных трубок, восходящие и нисходящие прямые сосуды пирамид с соединяющими их капилярами, интерстиций сосочка почки с расположенными в нем интерстициальными клетками. Участие в работе противоточного умножителя принимают также структуры, расположенные вне сосочка,- толстые сегменты петель Генле, приносящие и выносящие артериолы юкстамедулярных клубочков и др.

Основные положения: концентрация осмотически активных веществ в содержимом собирательных трубок повышается по мере того, как жидкость перемещается от коры к сосочку. Происходит это вследствие того, что гипертоническая тканевая жидкость интерстиция внутренней зоны мозгового вещества осмотически извлекает воду из первоначально изоосмотической мочи.

Переход воды выравнивает осмотическое давление мочи в извитых канальцах первого порядка до уровня осмотического давления тканевой жидкости и крови. В петле Генле изотоничность мочи нарушается вследствие функционирования особого механизма - поворотно-противоточной системы.

Сущность поворотно-противоточной системы состоит в том, что два колена петли нисходящее и восходящее, тесно соприкасаясь друг с другом, функционируют сопряженно как единый механизм. Эпителий нисходящего (проксимального отдела) петли пропускают воду, но не пропускают Na⁺. Эпителий восходящего (дистального отдела) петли активно реабсорбируют Na, т.е. из канальцевой мочи переводит его в тканевую жидкость почки, но не пропускает воду.

При прохождении мочи через нисходящий отдел петли Генле моча постепенно сгущается вследствие перехода воды в тканевую жидкость, так как из восходящего отдела переходит Na⁺и притягивает молекулы воды из нисходящего отдела. Это увеличивает осмотическое давление канальцевой жидкости и она становится гипертоничной на вершине петли Генле.

Вследствие выхода натрия из мочи в тканевую жидкость гипертоничная у вершины петли Генле моча становится гипотоничной по отношению к плазме крови в конце восходящего канальца петли Генле. Между двумя соседними участками нисходящего и восходящего канальцев разность осмотического давления не велика. Петля Генле работает как концентрационный механизм.В ней происходит умножение "одиночного" эффекта - приводящее к концентрированию жидкости в одном колене, за счет разбавления в другом. Это умножение обусловлено противоположным направлением тока жидкости в обеих коленах петли Генле.

В результате в I отделе петли создается продольный концентрационный градиент, причем концентрация жидкости становится в несколько раз больше, чем при одиночном эффекте. Это так называемое умножение концентрирующего эффекта.По ходу петли эти небольшие перепады давления в каждом из участков канальцев суммируются, что приводит к очень большому перепаду (градиенту) осмотического давления между началом или концом петли и ее вершиной. Петля работает как концентрационный механизм, приводящий к реабсорбции большого количества воды и Na⁺.

В зависимости от состояния водного баланса организма почки выделяют гипотоническую (осмотическое разведение) или, напротив, гипертоничную (осмотически концентрированную) мочу.

В процессе осмотического концентрирования мочи в почке принимают участие все отделы канальцев, сосуды мозгового вещества, интерстициальная ткань, которые функционируют как поворотно-противоточная множительная система.

Прямые сосуды мозгового вещества почки, подобно канальцам петли нефрона, образуют, противоточную систему. При движении крови по направлению к вершине мозгового вещества концентрация осмотически активных веществ в ней возрастает, а во время обратного движения крови к корковому веществу, соли и другие вещества дифундируют через сосудистую стенку, переходят в интерстициальную ткань. Тем самым сохраняется градиент концентрации осмотически активных веществ внутри почки и прямые сосуды функционируют как противоточная система. Скорость движения крови по прямым сосудам, определяет количество удаляемых из мозгового вещества солей и мочевины и отток реабсорбируемой воды.