Транспорт в нефроне
Содержание
Транспорт в нефроне
Фильтрация растворенных веществ
Клубочковый фильтрат также содержит в растворе небольшие молекулы из плазмы (ультрафильтрат). Клубочковый коэффициент просеивания (ККС) данного вещества (отношение концентрации в фильтрате к концентрации в плазме) - это мера гидравлической проницаемости клубочкового фильтра для этого вещества. Молекулы с радиусом r < 1,8 нм (молекулярная масса <10 000 Да) могут свободно проходить через фильтр (ККС »1,0), а молекулы с радиусом r > 4,4 нм (например, глобулины, молекулярная масса >80 000 Да) обычно не проходят (ККС = 0). Лишь часть молекул размером 1,8 нм < r < 4,4 нм способна пройти через фильтр (ККС от 0 до 1). Отрицательно заряженные частицы (например, альбумин: r = 3,4; ККС « 0,0003) хуже проникают через фильтр, чем нейтральные частицы того же радиуса, поскольку отрицательный заряд на стенках клубочкового фильтра отталкивает эти ионы. Если небольшие молекулы связаны с белками плазмы, то эта фракция практически не фильтруется.
Считается, что молекулы, захваченные клубочковым фильтром, элиминируются фагоцитами и клубочковыми подоцитами.
Канальцевый эпителий
Эпителиальные клетки, выстилающие почечные канальцы и собирательную трубочку, полярные. Так, их обращенная в просвет со стороны мочи (апикальная) мембрана значительно отличается от базолатеральной мембраны (со стороны крови). Апикальная мембрана проксимального канальца покрыта густой щеточной каемкой, которая значительно увеличивает контакт мембраны с канальцевой жидкостью (особенно проксимальных извитых канальцев). Базолатеральная мембрана этого сегмента канальцев увеличена за счет многочисленных отростков, которые, переплетаясь, образуют систему широких каналов - базолатеральный лабиринт, находящийся в близком контакте с внутриклеточными митохондриями, производящими АТФ, необходимый для работы Na+-К+-АТФазы в базолатеральной мембране (всех эпителиальных клеток). Большая площадь поверхности (около 100 м2) клеток проксимальных канальцев обеих почек необходима для реабсорбции большей части растворенных веществ в течение контактного времени в несколько секунд. Клеткам постпроксимальных канальцев микроворсинки очень нужны, так как количество реабсорбированных веществ резко снижается от проксимального к дистальному сегменту канальцев.
Проводимость этих двух мембран имеет решающее значение для трансцеллюлярного транспорта (реабсорбция, секреция), а герметичность плотных контактов определяют парацеллюлярную проводимость эпителия для воды и растворенных веществ, которые пересекают эпителий при помощи парацеллюлярного транспорта. Плотные контакты проксимальных канальцев относительно проницаемы для воды и небольших ионов на большом участке поверхности клеточной мембраны, делая эпителий хорошо оснащенным для пара- и трансцеллюлярного транспорта (Г, колонка 2). Тонкий сегмент петли Генле достаточно «протекаем», тогда как толстый сегмент восходящего колена и остальные канальцы, а также собирательная трубочка имеют «умеренно плотный» эпителий. На более плотном эпителии может развиться гораздо более высокий химический и электрический градиенты, чем на «протекающем» эпителии.
Измерения реабсорбции, секреции и экскреции
По концентрации данного вещества в моче нельзя определить, будет ли отфильтрованное клубочками вещество реабсорбировано или секретировано в канальцах и собирательной трубочке, и в какой степени. Причиной является тот факт, что его концентрация увеличивается из-за реабсорбции воды. Отношение концентраций инулина (или креатинина) в моче и в плазме, Uin/Pin, является мерой реабсорбции воды. Инулин и креатинин могут быть использованы в качестве индикаторов, поскольку они не реабсорбируются и не секретируются. Таким образом, изменение концентрации индикаторов по длине канальцев происходит только вследствие реабсорбции Н2О (А). Если Uin/Pin = 200, то концентрация инулина во вторичной моче в 200 раз выше, чем в исходном фильтрате. Это подразумевает, что фракция экскреции воды (ФЭH2O) составляет 1/200, или 0,005, или 0,5% от СКФ. Определение концентрации вещества X (свободно фильтруемого и, возможно, дополнительно секретируемого) в тех же образцах мочи или плазмы, в которых было измерено соотношение UJPjn, дает Ux/Px. Учитывая, что отношение Uin/Pin - это фракция экскреции вещества X, ФЭХ можно рассчитать по формуле (А и Г, в %, колонка 5):
ФЭХ= (Ux/Px)/(Uin/Pin)[7.9]
Уравнение 7.9 можно также вывести из отношения Cx/Cjn, упростив для VU. Фракция реабсорбции вещества X (ФРx) определяется как
ФРХ = 1-ФЭХ. [7.10]
Реабсорбция в различных сегментах канальцев
Концентрация вещества X (TFx) и инулина (TFin) в канальцевой жидкости может быть измерена при помощи микропункции (А). Эти величины можно использовать для вычисления нереабсорбируемой фракции (фракции доставки, ФД) свободно фильтруемого вещества X следующим образом:
ФД = (TFx/Px)/(TFin/Pin),
где Рх и Pin-соответствующие концентрации в плазме (более точно: в пересчете на воду, содержащуюся в плазме).
Фракция реабсорбции (ФР) до тестируемого участка может быть получена как 1 - ФД (Г, колонки 2 и 3, в %).
Реабсорбция и секреция различных веществ. Кроме H2O, многие неорганические ионы (Na+, Cl-, К+, Са2+, Мg2+) и органические вещества (например, HCO3, D-глюкоза, L-аминокислоты, мочевина, лактат, витамин С, пептиды и белки; В, Г) также подлежат канальцевой реабсорбции (Б1-3). Эндогенные продукты метаболизма (например, мочевина, глюкурониды, гиппураты, сульфаты) и чужеродные вещества (например, пенициллин, диуретики, ПАГ) поступают в мочу путем транс-целлюлярной секреции (Б4, В). Многие вещества, такие как аммиак (NH3) и Н+, сначала продуцируются клетками канальцев, а потом выходят в канальцы при клеточной секреции. NH3 входит в просвет канальцев путем пассивного транспорта (Б5), тогда как ионы Н+ секретируются путем активного транспорта (ББ).
Транспорт ионов Na+ и К+, осуществляемый Na+/К+-АТФазой базолатеральной мембраны канальцев и собирательной трубочки, служит своеобразным «мотором» для большинства этих транспортных процессов. Путем первичного активного транспорта, происходящего за счет прямого потребления АТФ, Na+/К+-АТФаза откачивает Na+ из клетки в кровь и К+ - в противоположном направлении. Это создает две движущие силы для транспорта многих веществ (включая Na+ и К+): первая - химический градиент Na+ ([Na+]o > [Na+]/) («/> - внутри клетки, «о» - из клетки) и вторая - мембранный потенциал ([K+]i > [К+]о; внутренняя сторона клетки заряжена отрицательно относительно внешней), т. е. существует электрический градиент, способствующий ионному транспорту.
Трансцеллюлярный транспорт подразумевает, что вещество пересекает две мембраны, обычно по двум разным механизмам. Если вещество (D-глюкоза, ПАГ и т. д.) активно транспортируется через эпителиальный барьер (т. е. против электрохимического градиента), то по крайней мере одна из двух стадий мембранного транспорта также должна быть активной.
Взаимодействие транспортеров. Процессы активного и пассивного транспорта обычно тесно взаимосвязаны. Активное поглощение растворенных веществ, таких как Na+ или D-глюкоза, например, приводит к образованию осмотического градиента, ведущего к пассивной абсорбции воды. Когда вода абсорбируется, некоторые растворенные вещества следуют за ней [захват растворенного вещества), тогда как другие субстраты внутри канальцев концентрируются. Последние (например, Cl- или мочевина) затем возвращаются в кровь путем пассивной реабсорбции по градиенту концентрации. Электрогенный ионный транспорт и ионсопряженный транспорт могут деполяризовать или гиперполяризовать только люминальную или только базолатеральную мембраны клеток канальцев. Это вызывает трансэпителиальный потенциал, который в некоторых случаях служит движущей силой для парацеллюлярного ионного транспорта.
Поскольку неионизованные формы слабых электролитов более жирорастворимы, чем ионизованные, они способны лучше проникать через мембрану (неионная диффузия: Б2). Таким образом, pH мочи имеет большее влияние на пассивную реабсорбцию путем неионной диффузии. Размер молекул также влияет на диффузию: чем меньше молекула, тем больше коэффициент диффузии.