Зворотне всмоктування. Канальцева реабсорбція

Канальцева реабсорбція - це процес всмоктування клітинами канальців і транспортування в клітини рідини і капілярів нирок необхідних для організму речовин з первинної сечі.

У проксимальному канальці реабсорбується 80% речовин: вся глюкоза, всі вітаміни, гормони, мікроелементи; близько 85% NaCl та Н2О, а також близько 50% сечовини, які надходять у капіляри канальців та повертаються до загальної системи кровообігу.

Для процесу реабсорбції важливе значення має поняття про поріг виведення. Поріг виведення - це концентрація речовини в крові, при якій вона не може бути повністю реабсорбована. Майже всі біологічно важливі для організму речовини мають поріг виведення. Наприклад виділення із сечею глюкози (глюкозурія) настає тоді, коли її концентрація у крові перевищує 10 ммоль/л. При глюкозурії зростає осмотичний тиск сечі, що призводить до збільшення кількості сечі (поліурії). Існують також непорогові речовини, які виділяються при будь-якій концентрації їх у плазмі та ультрафільтраті.

Механізм реабсорбції включаючи шляхи: спочатку речовини потрапляють з фільтрату клітини канальця, далі переносяться транспортними системами мембрани в міжклітинний простір; з міжклітинних просторів дифундують у високопроникні біліканальцеві капіляри.

Транспортування може бути активним та пасивним. Активна реабсорбціявідбувається за участю спеціальних ферментативних систем із витратою енергії проти електрохімічного градієнта. Активно реабсорбуються фофати, Na+. За рахунок активної реабсорбції можливе повторне всмоктування з сечі в кров речовин, навіть у тому випадку, коли їх концентрація в крові дорівнює концентрації рідини канальців або вище.

Сполучене транспортуванняглюкози та амінокислот. З порожнини канальців клітини речовини транспортуються за допомогою переносника, який обов'язково додатково приєднує Na +. Усередині клітини комплекс розпадається. Концентрація глюкози зростає, і з концентраційним градієнтом вона залишає клітину.

Пасивна реабсорбціявідбувається без витрат енергії завдяки дифузії та осмосу. Велика роль цьому процесі належить різниці гідростатичного тиску в капілярах канальців. За рахунок пасивної реабсорбції здійснюється повторне всмоктування Н2О, хлоридів, сечовини.

Ще один механізм реабсорбції - піноцитоз.У такий спосіб відбувається всмоктування білків.

В результаті активного транспорту Na + і аніонів, що супроводжують його, осмотичний тиск фільтрату знижується і в капіляри шляхом осмосу переходить еквівалентна кількість води. У результаті канальці утворюється фільтрат, ізотонічний крові капіляра. Цей фільтрат потрапляє до петлі Генлі. Тут проходить подальша реабсорбція та концентрування сечі за рахунок поворотно-протипоточномусистеми. Концентрування сечі відбувається в такий спосіб. У висхідній частині петлі нефрону, яка проходить у мозковій речовині, активно реабсорбуються Na, К, Са, Mg, Cl, сечовина, потрапляючи у міжклітинну рідину, вони підвищують там осмотичний тиск. Східна частина петлі Генле проходить в області високого осмотичного тиску, тому з цієї частини петлі виходить вода в міжклітинний простір за законами осмосу. Вихід Н2О з низхідної частини петлі призводить до того, що сеча стає концентрованішою щодо плазми крові. Це сприяє реабсорбції Na + у висхідній частині петлі, своєю чергою, викликає вихід Н2О в низхідній частині. Ці два процеси пов'язані, в результаті сеча втрачає в петлі Генлі велику кількість Н2О і Na+, і на виході з петлі сеча знову стає ізотонічною.

Таким чином, роль петлі Генле як протипоточногоконцентруючого механізму визначають такі фактори:

1) близько роташування висхідного та низхідного колін;

2) проникність низхідного коліна для Н2О;

3) непроникність низхідного коліна для розчинених речовин;

4) проникність висхідного сегмента для Na+, K+, Са2+, Mg2+, СГ;

5) наявність механізмів активного транспорту у висхідному коліні.

У дистальної частини канальцявідбувається подальша реабсорбція Na+, K+, Са2+, Mg2+, Н2О, яка залежить від концентрації цих речовин у крові – факультативна реабсорбція. Якщо їх багато, то вони не реабсорбуються, якщо мало, вони повертаються в кров. Дистальний відділ регулює та підтримує сталість концентрації іонів Na+ та К+ в організмі. Проникність стінок дистальної частини канальця для Н2О регулюється АДГ(АДГ) гіпофіза (секреція якого залежить від осмотичного тиску крові). При підвищенні осмотичного тиску (тобто зменшенні кількості Н2О), збуджуються осморецептори гіпоталамуса, секрекції АДГ збільшується, збільшується проникність стінок канальця для Н20 і реабсорбується в кров, тобто затримується в організмі, і осмотичний тиск зменшується.

Аналогічно регулюється реабсорбція води у збиральній трубочці, яка також бере участь в утворенні гіпертонічної або гіпотонічної сечі, залежно від потреби організму у воді.

Величину канальцевої реабсорбаціїречовин визначають по різниці між кількістю їх у первинній та кінцевій сечі. Величину канальцевої реабсорбції води (RH2O) визначають за різницею між швидкістю клубочкової фільтрації (СІП) і кількістю кінцевої сечі і виражають у відсотках по відношенню до ШКФ. RH 2 O = Сип - V / Сип × 100%

У нормальних умовах величина реабсорбції становить 98-99%. Для оцінки функції проксимальних канальців визначають величину максимальної реабсорбції глюкози (Tmg), збільшуючи її концентрацію в плазмі до межі, що значно перевищує граничну. Tmg = Сип × Pg - Ug × V , де Сіп – СКФ; Рg – концентрація глюкози в крові Ug – концентрація глюкози в сечі; V – кількість виділеної за 1 хв сечі.Середня величина Tmg у чоловіків становить 34,7 ммоль/л. У віці після 40 років Tmg зменшується на 7% кожні 10 років життя.

Подробиці

Реабсорбція – це транспорт речовин із просвіту ниркових канальців у кров., що протікає через навколоканальцеві капіляри Реабсорбується 65% від обсягу первинної сечі(приблизно 120 л/добу. Було 170 л, виділилося 1.5): вода, мінеральні солі, всі необхідні органічні компоненти (глюкоза, амінокислоти). Транспорт пасивний(осмос, дифузія по електрохімічному градієнту) та активний(первинно-активний та вторинно-активний за участю білкових молекул-переносників). Транспортні системи такі самі, як і в тонкому кишечнику.

Порогові речовини – зазвичай повністю реабсорбуються(глюкоза, амінокислоти) і виділяються із сечею тільки якщо їх концентрація у плазмі крові перевищує порогову величину (так званий «поріг виведення»). Для глюкози поріг виведення 10 ммоль/л (при нормальній концентрації глюкози у крові 4.4-6.6 ммоль/л).

Безпорогові речовини завжди виводяться незалежно від їх концентрації в плазмі крові. Вони не реабсорбуються або частково реабсорбуються, наприклад, сечовина та ін. метаболіти.

Механізм роботи різних відділів фільтра нирки.

1. У проксимальному канальцібере свій початок процес концентрування клубочкового фільтрату, причому найважливішим моментом тут є активне поглинання солей. За допомогою активного транспорту з даної ділянки канальця всмоктується назад близько 67% Na+. Майже пропорційна кількість води та деяких інших розчинених речовин, наприклад, іонів хлору, слідує за іонами натрію пасивно. Таким чином, перш ніж фільтрат досягне петлі Генле, з нього реабсорбується близько 75% речовин. В результаті канальцева рідина стає ізоосмотичною по відношенню до плазми крові та тканинних рідин.

Проксимальний каналець ідеально пристосований для інтенсивної реабсорбції солі та води. Численні мікроворсинки епітелію утворюють так звану щіткову облямівку, що покриває внутрішню поверхню просвіту ниркового канальця. При такому пристрої абсорбуючої поверхні надзвичайно збільшується площа клітинної мембрани і в результаті полегшується дифузія солі та води з каналу просвіту в епітеліальні клітини.

2. Східне коліно петлі Генле і частина висхідного коліна, розташована у внутрішньому шарі мозкової речовини, Складаються з дуже тонких клітин, у яких немає щіткової облямівки, а число мітохондрій мало. Морфологія тонких ділянок нефрону свідчить про відсутність активного перенесення розчинених речовин через стінку канальця. На цій ділянці нефрону NaCl дуже погано проникає крізь стінку канальця, сечовина – дещо краще, а вода проходить без утруднень.

3. Стінка тонкої ділянки висхідного коліна петлі Генлетакож неактивна щодо транспорту солі. Проте вона має високу проникність для Na+ і Сl-, але малопроникна для сечовини і майже непроникна для води.

4. Товста ділянка висхідного коліна петлі Генле, розташований у мозковій речовині нирки, відрізняється від решти ділянок зазначеної петлі. Він здійснює активне перенесення Na+ і Cl- з просвіту петлі в інтерстиціальний простір. Ця ділянка нефрону разом з рештою висхідного коліна дуже мало проникна для води. Через реабсорбцію NaCl рідина надходить у дистальний каналець дещо гіпоосмотичною порівняно з тканинною рідиною

5. Рух води через стінку дистального канальця- Процес складний. Дистальний каналець має особливе значення для транспорту К+, Н+ та NH3 з тканинної рідини у просвіт нефрону та транспорту Na+, Cl- та Н2О з просвіту нефрону у тканинну рідину. Оскільки солі активно "викачуються" з просвіту канальця, вода слідує за ними пасивно.

6. Збірна протокапроникаємо для води, що дозволяє їй переходити з розведеної сечі більш концентровану тканинну рідину мозкової речовини нирки. У цьому полягає кінцева стадія утворення гіперосмотичної сечі. У протоці відбувається реабсорбція NaCl, але за рахунок активного перенесення Na+ через стінку. Для солей збірна протока непроникна, щодо води її проникність змінюється. Важливою особливістю дистальної ділянки збірної протоки, розташованої у внутрішньому мозковому шарі нирок, є висока проникність для сечовини.

Механізм реабсорбції глюкози.

Проксимальна(1/3) реабсорбція глюкози здійснюється за допомогою спеціальних переносників щіткової облямівки апікальної мембрани епітеліальних клітин. Ці переносники транспортують глюкозу тільки якщо одночасно зв'язують і переносять натрій. Пасивне переміщення натрію по градієнту концентрації всередину клітинведе до транспорту через мембрану та переносника з глюкозою.

Для реалізації цього процесу необхідна низька концентрація натрію в епітеліальній клітині, що створює градієнт концентрації між зовнішнім та внутрішньоклітинним середовищем, що забезпечується енергозалежною роботою натрій-калієвого насоса базальної мембрани.

Такий вид транспорту називають вдруге активним, або симпортом, Т. е. спільним пасивним транспортом однієї речовини (глюкоза) через активний транспорт іншого (натрію) за допомогою одного переносника. При надлишку глюкози в первинній сечі може статися повне завантаження всіх молекул переносників і глюкоза не зможе всмоктуватися в кров.

Ця ситуація характеризується поняттям « максимальний канальцевий транспорт речовини» (Тм глюкози), що відображає максимальне завантаження канальцевих переносників при певній концентрації речовини у первинній сечі та, відповідно, у крові. Ця величина становить від 303 мг/хв у жінок до 375 мг/хв у чоловіків. Величині максимального канальцевого транспорту відповідає поняття «нирковий поріг виведення».

Нирковим порогом виведенняназивають ту концентрацію речовини у кровіі, відповідно, у первинній сечі, при якій воно вже не може бути повністю реабсорбованоу канальцях і з'являється у кінцевій сечі. Такі речовини, для яких може бути знайдений поріг виведення, тобто реабсорбуються при низьких концентраціях у крові повністю, а при підвищених концентраціях - не повністю, звуться порогових. Прикладом є глюкоза, яка повністю всмоктується з первинної сечі при концентраціях у плазмі нижче 10 ммоль/л, але з'являється в кінцевій сечі, тобто повністю не реабсорбується, при вмісті її в плазмі крові вище 10 ммоль/л. Отже, для глюкози поріг виведення становить 10 ммоль/л.

Механізми секреції у нирковому фільтрі.

Секреція – це транспорт речовин із крові, що протікає через навколоканальцеві капіляри, у просвіт ниркових канальців. Транспорт пасивний та активний. Секретуються іони Н+, К+, аміак, органічні кислоти та основи (наприклад, чужорідні речовини, зокрема, лікарські препарати: пеніцилін та ін.). Секреція органічних кислот та основ відбувається за допомогою вторинно-активного натрій-залежного механізму.

Секреція іонів калію.

Більшість іонів калію, що легко фільтруються в клубочках, зазвичай. реабсорбується з фільтрату в проксимальних канальцях та петлях Генле. Швидкість активної реабсорбції в канальці та петлі не знижується навіть у тому випадку, коли концентрація К+ у крові та фільтраті сильно зростає у відповідь на надмірне споживання організмом цього іону.

Однак дистальні канальці та збірні протоки здатні не тільки реабсорбувати, а й секретувати іони калію. Секретуючи калій, ці структури прагнуть досягти іонного гомеостазу у разі надходження в організм надзвичайно великої кількості цього металу. Транспорт К+, мабуть, залежить від його постулення в клітини канальців з тканинної рідини, обумовленого активністю звичайного Nar+ - Ka+-насоса, з витоком К+ з цитоплазми канальцеву рідину. Калій може просто дифундувати електрохімічним градієнтомз клітин ниркових канальців у просвіт, тому що канальцева рідина електронегативна по відношенню до цитоплазми. Секреція К+ за допомогою даних механізмів стимулюється адренокортикальним гормоном-альдостероном, який вивільняється у відповідь на підвищення вмісту К+ у плазмі.

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 служить транспорт іонів Na + , який відбувається за участю ферменту Na + K + -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 по електрохімічному, концентраційному або осмотичному градієнту. 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.

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 Cl - . При введенні одного мікроелектроду в просвіт канальців, а другого - навколоканальцеву рідина 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. 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 заряджена негативно, і позитивно заряджений Na + надходить у клітину за градієнтом потенціалу, 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, в результаті чого Na + не може увійти до каналу. У клітинах є кілька типів іонних насосів. Один з них є Na + ,К + -АТФазу. Цей фермент знаходиться в базальній і латеральних мембранах клітини і 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, який 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, a 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 з просвіту канальця в кров, що здійснюють реабсорбцію: нейтральних, двоосновних, дикарбоксильних амінокислот та амінокислот. Слабкі кислоти та основи можуть існувати залежно від рН середовища у двох формах - неіонізованого та іонізованого. Клітинні мембрани більш проникні для неіонізованих речовин. Якщо значення рН канальцевої рідини зсунуто в кислу сторону, то підстави іонізуються, погано всмоктуються та екскретуються із 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.

Визначення величини реабсорбції в канальцях нирки проводиться по різниці між кількістю речовини, що профільтрується в клубочках, і кількістю речовини, виділеної із сечею. При обчисленні відносної реабсорбції (% R) визначають частку речовини, що зазнала зворотного всмоктування по відношенню до кількості речовини, що профільтрувалась у клубочках.

Для оцінки реабсорбційної спроможності клітин проксимальних канальців важливе значення має визначення максимальної величини транспорту глюкози. Цю величину вимірюють за повного насичення глюкозою системи її канальцевого транспорту. Для цього вводять у кров розчин глюкози і тим самим підвищують її концентрацію в клубочковому фільтраті, поки значна глюкоза не почне виділятися з сечею.

У нирках людини за добу утворюється до 170 л фільтрату, а виділяється 1-1,5л кінцевої сечі, решта рідини всмоктується в канальцях. Первинна сеча ізотонічна плазмі крові (тобто це плазма крові без білків) Зворотне всмоктування речовин у канальцях полягає в тому, щоб повернути всі життєво важливі речовини та у необхідних кількостях з первинної сечі.

Об'єм реабсорбції = обсяг ультрафільтрату – обсяг кінцевої сечі.

Молекулярні механізми, що беруть участь у здійсненні процесів реабсорбції ті ж, що й механізми, що діють при перенесенні молекул через плазматичні мембрани в інших частинах організму, це дифузія, активний і пасивний транспорт, ендоцитоз та ін.

Є два шляхи для руху речовини, що реабсорбується з просвіту в інтерстиціальний простір.

Перший – рух між клітинами, тобто. через щільне з'єднання двох сусідніх клітин - це парацелюлярний шлях . Парацелюлярна реабсорбція може здійснюватися за допомогою дифузії або за рахунок перенесення речовини разом із розчинником.Другий шлях реабсорбції - транцелюлярний ("через" клітину). У цьому випадку реабсорбується речовина повинна подолати дві плазматичні мембрани на своєму шляху з просвіту канальця до інтерстиціальної рідини - люмінальну (або апекальну) мембрану, що відокремлює рідину в просвіті канальця від цитоплазми клітин, і базолатеральну (або контрлюмінальну) мембрану, що відокремлює цитоплазму від і. Трансцелюлярний транспорт визначається терміном активний , для стислості, хоча перетин щонайменше однієї з двох мембран здійснюється за допомогою первинно або вторинно активного процесу. Якщо речовина реабсорбується проти електрохімічного та концентраційного градієнтів, процес називається активним транспортом.Розрізняють два види транспорту - первинно-активний та вторинно-активний . Первинно-активним транспорт називається у разі, коли відбувається перенесення речовини проти електрохімічного градієнта з допомогою енергії клітинного метаболізму. Цей транспорт забезпечується енергією, що отримується безпосередньо при розщепленні молекул АТФ. Прикладом служить транспорт іонів Na, який відбувається за участю Na + К + АТФази, що використовує енергію АТФ. В даний час відомі такі системи первинно активного транспорту: Na + K + - АТФаза; Н+-АТФаза; Н + ,К + -АТФаза та Са + АТФаза.

Вторинно-активним називається перенесення речовини проти концентраційного градієнта, але без витрати енергії клітини безпосередньо на цей процес, тому 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 безпосереднім активним виведенням натрію з клітини у позаклітинну рідину за допомогою Na + , К + -АТФази, локалізованої в латеральних та базальних мембранах клітини. Реабсорбція Na + Cl - представляє найбільш значний за обсягом та енергетичними витратами процес.

Різні відділи ниркових канальців відрізняються за здатністю всмоктувати речовини. За допомогою аналізу рідин із різних частин нефрону було встановлено склад рідини та особливості роботи всіх відділів нефрону.

Проксимальний каналець.Реабсорбція в проксимальному сегменті - облігатна (обов'язкова). У проксимальних звивистих канальцях - реабсорбується більшість компонентів первинної сечі з еквівалентною кількістю води (обсяг первинної сечі зменшується приблизно на 2/3). У проксимальному відділі нефрону повністю реабсорбуються амінокислоти, глюкоза, вітаміни, необхідна кількість білка, мікроелементи, значна кількість Na + , K + , Ca + , Mg + , Cl _ , HCO 2 . Проксимальний каналець відіграє головну роль у поверненні всіх цих речовин, що профільтрувалися в кров за допомогою ефективної реабсорбції. Глюкоза, що фільтрується, практично повністю реабсорбується клітинами проксимального канальця, і в нормі за добу з сечею може виділятися незначна її кількість (не більше 130 мг). Глюкоза рухається проти градієнта з просвіту канальця через люмінальну мембрану у цитоплазму за допомогою системи котранспорту з натрієм. Цей рух глюкози опосередковано участю переносника і є вдруге активним транспортом, оскільки енергія, необхідна здійснення руху глюкози через люмінальну мембрану, виробляється з допомогою руху натрію з його електрохімічному градієнту, тобто. за допомогою котранспорту. Цей механізм котранспорту настільки потужний, що дозволяє повністю всмоктувати всю глюкозу з просвіту канальця. Після проникнення в клітину глюкоза повинна подолати базолатеральну мембрану, що відбувається за допомогою незалежної від участі потрійного натрію дифузії, цей рух по градієнту підтримується за рахунок високої концентрації глюкози, що накопичується в клітині, внаслідок активності люмінального процесу котранспорту. Щоб забезпечити активну трансцелюлярну реабсорбцію, функціонує система: з наявністю 2 мембран, які асиметричні до присутності переносників глюкози; енергія виділяється лише за подолання однієї мембрани, у разі люминальной. Вирішальний фактор полягає в тому, що весь процес реабсорбції глюкози залежить в кінцевому рахунку від первинно активного транспорту натрію. Вторинно активної реабсорбції при котранспорті з натрієм через люмінальну мембрану, тим самим способом, що і глюкоза. реабсорбуються амінокислоти,неорганічний фосфат, сульфат та деякі органічні поживні речовини.Низькомолекулярні білки реабсорбуються шляхом піноцитоз у проксимальному сегменті. Реабсорбція білка починається з ендоцитозу (піноцитозу) на люмінальній мембрані. Цей енергозалежний процес ініціюється зв'язуванням молекул білка, що профільтрувався, зі специфічними рецепторами на люмінальній мембрані. Відокремлені внутрішньоклітинні бульбашки, що з'явилися в ході ендоцитозу, зливаються всередині клітини з лізосомами, ферменти яких розщеплюють білки до низькомолекулярних фрагментів - дипептидів і амінокислот, які видаляються в кров через базолатеральну мембрану. Виділення білків із сечею в нормі становить не більше 20 – 75 мг на добу, а при захворюванні нирок воно може зростати до 50 г на добу (протеїнурія) ).

Збільшення виділення білків сечею (протеїнурія) може бути обумовлено порушенням їхньої реабсорбції або фільтрації.

Неіонна дифузія- слабкі органічні кислоти та основи погано дисоціюють. Розчиняються в ліпідному матриксі мембран та реабсорбуються за концентраційним градієнтом. Ступінь їх дисоціації залежить від рН у канальцях: при його зниженні дисоціація кислотзменшується,підстав підвищується.Реабсорбція кислот збільшується,підстав – зменшується. У разі зростання рН – навпаки. Це використовують у клініці для прискорення виведення отруйних речовин – при отруєнні барбітуратами залужують кров. Це збільшує їх вміст у сечі.

Петля Генлі. У петлі Генлі в цілому завжди реабсорбується більше натрію і хлору (близько 25% кількості, що фільтрується), ніж води (10% об'єму води, що профільтрувалася). Це важлива відмінність петлі Генле від проксимального канальця, де вода і натрій реабсорбуються практично в рівних пропорціях. Східна частина петлі не реабсорбує натрій або хлор, але вона має дуже високу проникність для води і реабсорбує її. Висхідна частина (як тонка, так і товста її ділянка) реабсорбує натрій і хлор і практично не реабсорбує воду, оскільки вона зовсім не проникна для неї. Реабсорбція хлориду натрію висхідною частиною петлі відповідає за реабсорбцію води в низхідній частині, тобто. перехід хлориду натрію з висхідної частини петлі в інтерстиціальну рідину збільшує осмолярність цієї рідини, а це спричиняє велику реабсорбцію води за допомогою дифузії з водопроникної низхідної частини петлі. Тому ця ділянка канальця отримала назву сегмент, що розводить. В результаті рідина, будучи вже гіпоосмотичною у висхідній товстій частині петлі Генле (внаслідок виходу натрію), надходить у дистальний звивистий каналець, де триває процес розведення і вона стає ще більш гіпоосмотичною, тому що в наступних відділах нефрону органічні речовини не всмоктуються в них реабсорбуються тільки іони і Н 2 О. Таким чином, можна стверджувати, що дистальний звивистий каналець і висхідна частина петлі Генле функціонують як сегменти, де відбувається розведення сечі. У міру просування збиральною трубкою мозкової речовини канальцева рідина стає все більш і більш гіперосмотичною, т.к. реабсорбція натрію і води продовжується і в збиральних трубках, в них відбувається формування кінцевої сечі (концентрованої, за рахунок регульованої реабсорбції води та сечовини. Н 2 Про переходить в інтерстиціальну речовину згідно з законами осмосу, тому що там вища концентрація речовин. Відсоток реабсорбції води може широко змінюватись в залежності від водного балансу даного організму.

Дистальна реабсорбція.Факультативна, регульована.

Особливості:

1. Стінки дистального сегмента погано проникні для води.

2. Тут активно реабсорбується натрій.

3. Проникність стін регулюється :для води- антидіуретичним гормоном, для натрію- Альдостерон.

4. Відбувається процес секреції неорганічних речовин.

Порогові та непорогові речовини.

Реабсорбція речовин залежить від їхньої концентрації в крові. Поріг виведення - та концентрація речовини в крові, при якій вона не може бути повністю реабсорбована в канальцях і потрапляє до кінцевої сечі. Поріг виведення різних речовин різний.

Порогові речовини - це речовини, які повністю реабсорбуються в ниркових канальцях і з'являються в кінцевій сечі, тільки якщо їхня концентрація в крові перевищує певну величину. Порогові – глюкоза реабсорбується залежно від концентрації її у крові. Глюкоза при підвищенні її в крові від 5 до 10 ммоль/л – з'являється у сечі, амінокислоти, білки плазми, вітаміни, іони Na+Cl_K+Ca+.

Непорогові речовини - які виділяються із сечею за будь-якої концентрації їх у плазмі крові. Це кінцеві продукти обміну, що підлягають видаленню з організму (н-р інулін, креатинін, діодраст, сечовина, сульфати).

Чинники, що впливають на реабсорбцію

Ниркові фактори:

Реабсорбційна здатність ниркового епітелію

Позаниркові фактори:

Ендокринне регулювання діяльності ниркового епітелію з боку залоз внутрішньої секреції

ПОВОРОТНО-ПРОТИПОТОЧНА СИСТЕМА

Здатність до утворення сечі з більшою осмотичною концентрацією, ніж кров, мають лише нирки теплокровних тварин. Багато дослідників намагалися розгадати фізіологічний механізм цього процесу, але лише на початку 50-х років ХХ століття було обґрунтовано гіпотезу, згідно з якою утворення осмотично концентрованої сечі пов'язане з механізмом поворотно-протиточної розмножувальної системи деяких ділянок нефрону. Компонентами протиточно - розмножувальної системи є всі структурні елементи внутрішньої зони мозкової речовини нирки: тонкі сегменти висхідних і низхідних частин петель Генле, що належать юкстамедулярним нефронам, медулярні відділи збірних трубок, висхідні і низхідні прямі судини пірамід з сполучними ним інтерстиціальними клітинами. Участь у роботі протиточного помножувача беруть також структури, розташовані поза сосочком, - товсті сегменти петель Генле, що приносять і виносять артеріоли юкстамедулярних клубочків та ін.

Основні положення: концентрація осмотично активних речовин у вмісті збірних трубок підвищується в міру того, як рідина переміщається від кори до сосочка. Відбувається це внаслідок того, що гіпертонічна тканинна рідина інтерстиція внутрішньої зони мозкової речовини осмотично витягує воду з ізоосмотичної сечі.

Перехід води вирівнює осмотичний тиск сечі в звивистих канальцях першого порядку рівня осмотичного тиску тканинної рідини і крові. У петлі Генлі ізотонічність сечі порушується внаслідок функціонування особливого механізму – поворотно-протиточної системи.

Сутність поворотно-протиточної системи полягає в тому, що два коліна петлі низхідне і висхідне, тісно стикаючись один з одним, функціонують як єдиний механізм. Епітелій низхідного (проксимального відділу) петлі пропускають воду, але не пропускають Na + . Епітелій висхідного (дистального відділу) петлі активно реабсорбують Na, тобто. з канальцевої сечі переводить їх у тканинну рідину нирки, але з пропускає воду.

При проходженні сечі через низхідний відділ петлі Генле сеча поступово згущується внаслідок переходу води в тканинну рідину, так як з висхідного відділу переходить Na + і притягує молекули води з низхідного відділу. Це збільшує осмотичний тиск канальцевої рідини, і вона стає гіпертонічною на вершині петлі Генле.

Внаслідок виходу натрію із сечі в тканинну рідину гіпертонічна у вершини петлі Генле сеча стає гіпотонічною по відношенню до плазми крові наприкінці висхідного канальця петлі Генле. Між двома сусідніми ділянками низхідного та висхідного канальців різниця осмотичного тиску не велика. Петля Генле працює як концентраційний механізм.У ній відбувається множення "одиночного" ефекту - що призводить до концентрування рідини в одному коліні, за рахунок розведення в іншому. Це множення обумовлено протилежним напрямом струму рідини обох колінах петлі Генле.

В результаті в I відділі петлі створюється поздовжній концентраційний градієнт, причому концентрація рідини стає в кілька разів більшою, ніж при одиночному ефекті. Це так зване множення концентруючого ефекту.По ходу петлі ці невеликі перепади тиску в кожному з ділянок канальців підсумовуються, що призводить до дуже великого перепаду осмотичного тиску (градієнту) між початком або кінцем петлі і її вершиною. Петля працює як концентраційний механізм, що призводить до реабсорбції великої кількості води та Na+.

Залежно стану водного балансу організму нирки виділяють гіпотонічну (осмотичне розведення) чи, навпаки, гіпертонічну (осмотично концентровану) сечу.

У процесі осмотичного концентрування сечі у нирці беруть участь усі відділи канальців, судини мозкової речовини, інтерстиціальна тканина, які функціонують як поворотно-протиточна розмножувальна система.

Прямі судини мозкової речовини нирки, подібно до канальців петлі нефрону, утворюють, протиточну систему. При русі крові до вершині мозкової речовини концентрація осмотично активних речовин у ній зростає, а під час зворотного руху крові до кіркової речовини, солі та інші речовини дифундують через судинну стінку, переходять в інтерстиціальну тканину. Тим самим зберігається градієнт концентрації осмотично активних речовин усередині нирки та прямі судини функціонують як протиточна система. Швидкість руху крові по прямих судинах, визначає кількість видалених з мозкової речовини солей і сечовини і відтік води, що реабсорбується.

Речовина, що підлягає реабсорбції, Повинне (1) переміститися через епітеліальну вистилку канальця в міжклітинну рідину, а потім (2) через мембрани перитубулярних капілярів - назад у кров. Отже, реабсорбція води та розчинених речовин – процес багатоетапний. Перенесення речовин через епітелій канальців у міжклітинну рідину здійснюється за допомогою механізмів активного та пасивного транспорту. Наприклад, вода і розчинені в ній речовини здатні проникати в клітини безпосередньо через мембрану (трансцелюлярно), або використовуючи проміжки між клітинами (парацелюлярно).

Потім після попадання в міжклітинну рідинучастину шляху, що залишилася, розчини здійснюють шляхом ультрафільтрації (масового пересування), опосередкованої гідростатичними і колоїдно-осмотичними силами. Під дією результуючої сили, спрямованої на реабсорбцію води та розчинених у ній речовин із міжклітинної рідини в кров, перитубулярні капіляри виконують функцію, подібну до венозних кінців більшості капілярів.

Використовуючи енергію, Вироблену в процесі обміну, активний транспорт здатний переміщати розчинені речовини проти електрохімічного градієнта. Вид транспорту, який залежить від витрат енергії, одержаної, наприклад, при гідролізі аденозинтрифосфату, називають первинно активним транспортом. Як приклад такого транспорту наведемо натрій-калієву АТФ-азу, діяльність якої здійснюється у багатьох частинах канальцевої системи.

Вид транспорту, Що безпосередньо не залежить від джерела енергії, наприклад обумовлений градієнтом концентрації, називають вдруге активним транспортом. Приклад цього виду транспорту є реабсорбція глюкози в проксимальному канальці. Вода завжди реабсорбується пасивно за допомогою механізму, який називається осмосом. Під цим терміном мають на увазі дифузію води з області з низькою концентрацією речовини (високого вмісту води) в область з високою концентрацією речовини (низьким вмістом води).
Розчинені речовиниможуть переміщуватись через мембрану епітеліоцитів або через міжклітинні проміжки.

Клітини ниркових канальцівЯк і інші епітеліоцити, утримуються один з одним за допомогою щільних контактів. З боків контактуючих між собою клітин позаду цих сполук розташовані міжклітинні проміжки. Розчинені речовини можуть реабсорбуватися через клітину, використовуючи трансцелюлярний шлях, або проникати через область щільного контакту та міжклітинних проміжків парацелюлярним шляхом. Цей спосіб транспорту також використовується в деяких сегментах нефрону, особливо в проксимальних канальцях, де вода реабсорбуються і такі речовини, як іони калію, магнію, хлору.

Первинно активний транспортчерез мембрану пов'язаний із гідролізом АТФ. Особливе значення первинно активного транспорту у цьому, що з допомогою розчинені речовини можуть переміщатися проти електрохімічного градієнта. Енергію, необхідну цього виду транспорту, надає АТФ, гідроліз молекули якої забезпечується що з мембраною АТФ-азой. Фермент АТФ-аза є також складовою транспортної системи, що приєднує і переміщає розчинені речовини через мембрану. Відомі первинно активні системи переносу речовин включають такі АТФ-ази: натрій-калієву, що переносить іони водню, воднево-калієву та кальцієву.

Яскравим прикладом роботи системи первинно активного транспортує процес реабсорбції натрію через мембрану проксимального звивистого канальця. Вона розташована на бічних поверхнях епітеліальних клітин ближче до базальної мембрани і є потужним Nа+/К+-насосом. Його АТФ-аза забезпечує систему енергією, що вивільняється з гідролізом АТФ і використовується для перенесення іонів Na+ з клітини в міжклітинний простір. У цей час калій з міжклітинної рідини переноситься у клітину. Діяльність цього іонного насоса спрямована на підтримку у клітині високої концентрації калію та низької натрію.

Крім того, створюється відносна різниця потенціалівіз зарядом усередині клітини близько -70 мВ. Виведення натрію за допомогою насоса, розташованого на мембрані базолатеральної області клітини, сприяє його дифузії назад у клітину через область, звернену в просвіт канальця, з наступних причин: (1) наявність градієнта концентрації для натрію, спрямованого з просвіту канальця в клітину, тому . його концентрація у клітині низька (12 мекв/л), у просвіті - висока (140 мекв/л); (2) негативний заряд усередині клітини (-70 мВ) притягує позитивно заряджені іони Na .

Активна реабсорбція натріюза допомогою натрій-калієвої АТФ-ази відбувається у багатьох частинах канальцевої системи нефрону. У певних її частинах є додаткові механізми, що забезпечують реабсорбцію великої кількості натрію в клітину. У проксимальному канальці сторона клітини, звернена в просвіт канальця, представлена щітковою облямівкою, що збільшує площу поверхні приблизно 20 разів. На цій мембрані розташовані білки-переносники, які приєднують і переносять натрій з просвіту канальців в клітину, забезпечуючи їм полегшену дифузію. Ці білки-переносники також відіграють важливу роль у активному транспорті інших речовин, таких як глюкоза і амінокислоти. Докладно цей процес викладено далі.
Таким чином, процес реабсорбції іонів Na+із просвіту канальців назад у кров складається мінімум із трьох етапів.

1. Дифузія іонів Na+через мембрану клітин епітелію канальців (називається також апікальною мембраною) всередину клітин електрохімічним градієнтом, що підтримується Nа+/К+-насосом, який розташований на базолатеральній стороні мембрани.

2. Перенесення натрію через базолатеральну мембрану у міжклітинну рідину.. Здійснюється проти електрохімічного градієнта за допомогою Nа+/К+-насоса, що має АТФ-азну активність.

3. Реабсорбція натрію, води та інших речовин з міжклітинної рідини в перитубулярні капіляри шляхом ультрафільтрації - пасивного процесу, що забезпечується градієнтами гідростатичного та колоїдно-осмотичного тиску