поиск по сайту правообладателям
|
|
|
Цели Студент понимает процесс выделения почками определенных органических веществ, если он:
1 Может назвать основные характеристики систем проксималь
2 Может описать выделение почками белков и небольших пеп 3 Может описать выделение почками мочевины.
4 Может описать активную проксимальную систему секреции 5 Может описать выделение почками уратов.
6 Может описать активную проксимальную систему секреции
7 Может в общих чертах обрисовать выделение почками слабых Последующие главы этой книги будут посвящены почти исключительно рассмотрению процесса выделения почками неорганических веществ, поскольку гомео-статическая регуляция их экскреции является основной физиологической ролью почек. Другой важнейшей функцией почек, о которой шла речь в главе 1, является экскреция органических конечных продуктов обмена веществ, чужеродных хи-
мических веществ и их метаболитов. Процессы реабсорбцни необходимы для того, чтобы предотвратить значительную экскрецию профильтровавшихся питательных веществ. Мы не ставим перед собой задачу в данной книге рассмотреть пути транспорта всех органических веществ, экскретмруемьп почками, но в данной главе будут рассмотрены в общих чертах некоторые из них. Активная проксимальная реабсорбция органических питательных веществ: глюкозы, аминокислоты и пр. Проксимальный каналец является основной частью нефрона, где реабсорби-руется большое число органических питательных веществ, которые фильтруются каждый день в почечном тельце. Это — глюкоза, аминокислоты, ацетат, метаболиты цикла Кребса, некоторые водорастворимые витамины, лактат, ацетоацетат, (3-гидроксибутират и др. Особенности реабсорбции глюкозы, описанные в примерах, приведенных в главе 4 (см. рис. 4-3), типичны для транспортных процессов большинства названных веществ.
1. Реабсорбция
растворенных веществ часто осуществляется против электро
2. Движение
против градиента осуществляется через люминальную мембрану,
3. Г„8 (Тт — максимальный
транспорт) обычно выше того значения, которое
4. Транспортные
процессы специфичны. Это означает, что существуют различ
5. Выделение
веществ может тормозиться разнообразными лекарствами и при
ность может быть высокоспецифичной (например, затрагивает реабсорбцию только одной аминокислоты), в иных случаях дефект может распространяться на несколько систем (например, транспорт глюкозы и многих аминокислот). Такие дефекты наблюдаются и тогда, когда недостаточность обусловлена внешними факторами ^отравление свинцом, например), скорее генетическими дефектами. Белки и пептиды Проксимальный каналец также является основным местом реабсорбции белка. Нужно специально обратить внимание читателей на тот факт, что путь реабсорбции белка значительно отличается от способов всасывания питательных веществ, о которых шла речь выше. Мы увидим, что использование в этом случае термина реабсорция не совсем правомерно. Как уже было упомянуто, некоторое количество белка есть в клубочковом фильтрате. Нормальная концентрация его составляет 10 мг/л, около 0,02 % концентрации альбумина в плазме (50 г/л). Однако из-за огромного объема жидкости, фильтрующейся в сутки, нельзя назвать эту концентрацию незначительной. Весь профильтровавшийся белок СКФ х концентрация белка в фильтрате 180 л/сут х 10 мг/л -1,8 г/сут. Если данный белок не реабсорбируется, то он весь (1,8 г) будет потерян с мочой. Фактически почти весь профильтровавшийся белок реабсорбируется, поэтому экскреция его с мочой в норме составляет 100 мг/сут. Механизм, посредством которого реабсорбируется белок, легко насыщается, поэтому любое существенное увеличение количества фильтруемого белка в результате возрастания клубочко-вой фильтрации может вызвать экскрецию значительных количеств белка. Реабсорбция белка начинается с эндоцитоза на люминальной мембране. Этот энергозависимый процесс инициируется связыванием молекул профильтровавшегося белка со специфическими рецепторами на люминальной мембране. Поэтому скорость эндоцитоза увеличивается пропорционально концентрации белка в клубочковом фильтрате до тех пор, пока не достигается максимальная скорость образования пузырьков, т. е. не достигается Тт реабсорбируемого белка. Обособленные внутриклеточные пузырьки, появившиеся в ходе эндоцитоза, сливаются внутри клетки с лизосомами, чьи ферменты расщепляют белки до низкомолекулярных фрагментов, в большинстве случаев до отдельных аминокислот. Эти продукты расщепления затем покидают клетку через базолатеральную мембрану и попадают в интерстициальную жидкость, откуда они проникают в перитубуляр-ные капилляры. Данное описание процесса демонстрирует, что термин реабсорбция в применении к всасыванию белка не совсем точен, поскольку целые белковые молекулы рег зе фактически не попадают из просвета в перитубулярные капилляры, а расщепляются внутри каналыдевых клеток. Тем не менее важно понять, что фильтрующиеся белки не экскретируются с мочой и возникающие из них аминокислоты остаются в организме. Выделемш го игами органических веществ Дискуссии по поводу роли почек в обмене белков логически фокусируют внимание на альбумине, поскольку последний представлен, безусловно, в наибольших количествах в плазме. Конечно, кроме альбумина существует множество других белков в плазме; здесь уместно указать, что многие из них по размерам меньше альбумина и фильтруются (в клубочках) лучше, чем он. Например, гормон роста (м. м. = 20000) фильтруется примерно на 60 %. Это означает, что большая часть этих сравнительно маленьких по размерам белков плазмы фильтруется, а затем расщепляется в клетках канальцев. Соответственно почки являются главным местом катаболизма многих белков плазмы, включая полипептидные гормоны; снижение скорости их распада, возникающее при патологии почек, может привести к повышению в плазме концентрации данны* гормонов. Превращение небольших по размерам полипептидов, таких как ангиотен-зин II, совершается не так, как белков, хотя конечный результат тот же — катаболизм пептидов и сохранение их аминокислот. Они полностью фильтруются в почечных тельцах, а затем расщепляются преимущественно до аминокислот в просеете проксимального канальца пептидазами, расположенными на люминальной плазматической мембране. Аминокислоты (так же, как любые ди- и трипептиды, появляющиеся в результате этого процесса) затем реабсорбируются. В конечном итоге следует отметить, что при определенной патологии почек белки, освобождающиеся из клеток канальца чаще, чем фильтрующиеся в почечных тельцах, появляются в моче и имеют важное диагностическое значение. Мочевина Если глюкоза является великолепным примером активно реабсорбируемого растворенного вещества, то мочевина — конечный продукт катаболизма белка— являет собой пример пассивной реабсорбции, зависящей от концентрационныхградиентов через стенку канальца3. Поскольку мочевина свободно фильтруется в почечном тельце, ее концентрация в капсуле Боумена такая же, как в плазме перитубулярных капилляров. По мере продвижения жидкости вдоль проксимального извитого канальца происходит реабсорбция воды с увеличением концентрации любого растворенного во внутриканальцевой жидкости вещества (например, мочевины), не подвергающегося активной реабсорбции. В результате концентрация мочевины в просвете канальца становится выше, чем в плазме перитубулярных капилляров. Такой концентрационный градиент вызывает результирующую диффузию мочевины из просвета канальца в интерстициальную жидкость и затем в перитубулярные капилляры. Таким образом, реабсорбция мочевины полностью зависит от реабсорбции воды, что создает концентрационный градиент. Примерно 50 % профильтровавшейся мочевины реабсорбируется в проксимальном извитом канальце. Практически вся нереабсорбированная мочевина задерживается в канальце по мере того, как жидкость протекает по петле Генле, дистальному извитому канальцу, собирательной трубке мозгового вещества, поскольку все эти сегменты относительно непроницаемы для мочевины4. Реабсорбция воды в этих сегментах вызывает прогрессирующее увеличение концентрации мочевины в просвете канальца. Затем во внутренних отделах мозгового вещества высокая концентрация мрчевины в просвете канальца создает условия для реабсорбции мочевины из просвета собирательной трубки в интерстициальную жидкость мозгового вещества. Эта реабсорбция происходит с помощью переносчиков, осуществляющих облегченную диффузию мочевины и через апикальную, и через базолатеральную мембраны. Еще около 10 % фильтруемой мочевины реабсорбируется именно таким образом; добавим эту цифру к уже упомянутым 50 % и в результате получим, что 60 % профильтровавшейся мочевины реабсорбируется на протяжении всего канальца. Эта цифра верна в ситуациях, когда реабсорбция воды в канальце максимальная. Значительно меньшая часть профильтровавшейся мочевины реабсорбируется, если интенсивность реабсорбции воды снижена. Тому есть две причины. (1) Концентрационный градиент для реабсорбции мочевины создается посредством реабсорбции воды, поэтому если реабсорбция воды снижается, то уменьшается и концентрационный градиент. (2) Переносчик мочевины при облегченной диффузии в собирательных трубках внутренних отделов мозгового слоя стимулируется антидиуретическим гормоном, который также является одним из основных стимуляторов реабсорбции воды в собирательных трубках (об этом подробнее см, главу 6).
Проксимальный каналец активно секретирует значительное число различных органических веществ, возникающих под воздействием как эндогенных, так и внешних процессов (см. табл. 5-1, где они частично названы). Многие из этих органических анионов, секретируемых данной системой, фильтруются также в почечных тельцах. Это вызывает увеличение массы вещества, секретируемого в проксимальном канальце, которое проникает в него и во время гломерулярной фильтрации. Другие же вещества тесно связаны с белками плазмы и поэтому подвергаются клубочковой фильтрации только в небольшой степени. Из этого следует, чточсекреция в проксимальном канальце является для таких веществ единст-
венным механизмом их экскреции (см. об этом в ЕВВВ»^ связывание с белками плазмы в целом не задерживает активной кававывявйсевреции). Путь активной секреции для органических авввввв в вровсимальном канальце относительно низко специфичен, т. е. единствевввв1вввеяосчик (или, возможно, несколько тесно взаимосвязанных) ответственен ав секрецию всех органических анионов, перечисленных в табл. 5-1, а также мвшгвх других. Особенности данной системы транспорта создают условия джя ухиеввя из организма многих лекарств и других чужеродных химических соедввевввц впадающих в организм извне5. Наиболее изученным органическим анионом, секретвруемым таким образом, является пара-аминогишгуровая кислота (ПАГ), вещество которое используется для измерения почечного плазмотока (см. главу 3). ПАТ служит примером при описании канальцевой секреции в главе 4 (рис, 4-4), поскольку это вещество активно переносится в клетки проксимального канальца через базолатеральную мембрану и при этом возникающая высокая внутриклеточная концентрация создает градиент для облегченной диффузии ПАТ через лмвшнальную мембрану в просвет канальца. По мере того как в плазме концентрация аниона, секретируемого данной системой, возрастает, с той же интенсивностью увеличивается и скорость секреции (пока не будет достигнут Тт данного вещества). Все это служит механизмом гоме-остатической регуляции содержания эндогенных органических анионов, с помощью этого же механизма происходит экскреция чужеродных органических анионов. ПАГ — типичное вещество, подобное многим органическим анионам, секрети-руемым в проксимальном отделе канальца: эта кислота ее выделяется в других отделах нефрона. Некоторые же органические анионы, сежретируемые в проксимальном канальце, напротив, выделяются при участии и иных механизмов транспорта и в проксимальном канальце, и в более дистальных отделах. Наиболее важным механизмом при Этом является пассивная канальцевая реабсорбция или секреция, описанию которой посвящен последний раздел данной главы. Ураты Приведем пример обработки в почках органических веществ, которые важны для клинической медицины. Такими органическими веществами, в частности, являются ураты, увеличение концентрации в плазме которых может вызвать подагру. Ионизированные ураты — основная форма мочевой кислоты в плазме крови. Ураты не связываются с белками и поэтому свободно фильтруются в почечных клубочках. Ураты подвергаются активной канальцевой секреции преимущественно в проксимальном отделе нефрона при участии только что описанного механизма. Помимо этого, они также активно реабсорбируются в том же проксимальном канальце6. Скорость канальцевой реабсорбции в норме гораздо выше, чем скорость канальцевой секреции, поэтому количество уратов, экскретируемых в единицу времени, является лишь небольшой частью профильтровавшихся уратов. Хотя реабсорбция уратов превышает секрецию, процесс секреции является го-меостатически регулируемым процессом, что необходимо для поддержания относительного постоянства содержания уратов в плазме. Иначе говоря, если содержание уратов в плазме начинает расти из-за увеличения их образования, то сти- 105 мулируется активная проксимальная секреция уратов и, следовательно, увеличивается их экскреция. После описания этих трех механизмов транспорта уратов в почках читатель должен сам определить три пути нарушения деятельности почек, которые могут привести с снижению экскреции уратов и, следовательно, к увеличению их концентрации в плазме (что бывает при подагре): (1) сниженная фильтрация уратов вследствие уменьшения скорости клубочковой фильтрации; (2) избыточная реаб-сорбция уратов; (3) уменьшенная секреция уратов.
Ё проксимальных канальцах существует активная транспортная система (или несколько связанных систем) для выделения органических катионов, которая аналогична той, что участвует в экскреции органических анионов. Эта система относительно неспецифична, поскольку она способна транспортировать значительное количество чужеродных и эндогенных веществ (табл. 2-5), которые конкурируют друг с другом в процессе транспорта, что проявляется в снижении ^Гт. Проксимальная секреция органических катионов, как и органических анионов, лимитирована в отношении экскреции тех веществ, которые тесно связаны с белками плазмы и не фильтруются в почечных тельцах. Тем не менее, как и органические анионы, многие органические катионы, секретируемые в проксимальных канальцах, не связаны с белками и поэтому подвергаются клубочковой фильтрации и канальцевой секреции. Хорошим примером может служить креа-тинин.
Наконец, как и органические анионы, некоторые органические катионы
не
Пассивная реабсорбция или секреция слабых органических кислот и оснований
Многие органические анионы и катионы сущкоюгжн в ионизированной форме, т. е. в видеч слабых кислот и оснований. Совершенно независимо от любой формы активного транспорта этих веществ в каналывх — активная проксималь- ная секреция описана в двух предыдущих разделах — такие вещества в неионизированной форме могут также подвергаться пассивной реабсорбции или пассивной секреции. Это зависит от ряда обстоятельств, самым важным из которых является рН мочи. Обладая специфичностью, многие слабые кислоты подвергаются пассивной канальцевой секреции в случае, если моча сильно щелочная, или пассивной канальцевой реабсорбции, когда моча кислая. Для слабых органических оснований ситуация противоположная. Для того чтобы понять, что скрывается за зависимостью от рН, нужно вспомнить, что'эпителий почечного канальца, как и другие биологические мембраны, является преимущественно липидным барьером. Поэтому вещества, хорошо растворимые в липидах, могут, диффундируя, легко преодолеть его. Одним из основных параметров, определяющих растворимость в липидах, является полярность молекул вещества: чем более полярна молекула, тем менее она способна раствориться в липидах. Рассмотрим ситуацию, когда слабая кислота представлена в качестве полярного иона в щелочном растворе и как неполярная молекула в кислом растворе: А- + Н+<=>АН. Напротив, для слабых оснований ионизированные формы существуют в кислых средах: В + Н+ <=> ВН+. Соответственно способная к диффузии слабая кислота образуется в кислой среде, а диффундирующая форма слабого основания образуется в щелочной жидкости. Теперь давайте рассмотрим применительно к этим принципам ситуацию с пассивным переносом в почках слабых кислот. Здесь мы проигнорируем тот факт, что вещество в его неионизированной форме может также подвергаться активной проксимальной секреции системой транспорта органических анионов. Представим, что вещество не связано с белком, и его концентрация в капсуле Боумена такая же, как в плазме перитубулярных капилляров. Более того, поскольку рН в клубочковом фильтрате идентичен по величине его значению в плазме перитубулярных капилляров, то соотношение А~ и АН является таким же, что и в данных двух жидкостях. По мере продвижения профильтровавшейся жидкости вдоль канальца вода реабсорбируется. Такое удаление растворителя объективно увеличивает концентрацию и А~, и АН, создавая тем самым концентрационный градиент между просветом канальца и плазмой, что способствует ре-абсорбции путем диффузии (так, как описано для мочевины). Но поскольку только АН может преодолеть мембрану достаточно легко, то лишь эта форма и реабсорбируется. Одновременно (и на это нужно обратить особое внимание) секреция ионов водорода в просвет канальца снижает рН жидкости в просвете и способствует диффузии вещества по концентрационному градиенту из просвета в пе-
ритубулярную плазму крови (рис. 5-1, верхняя часть). Иначе говоря, реабсорбция воды является основным фактором, который способствует созданию концентрационного градиента для пассивной реабсорбции АН; однако подкисление жидкости внутри канальца, способствующее образованию диффундирующей формы — АН — вещества, образованного из недиффундирующей формы — А~ -является еще более значимым фактором при образовании градиента. Интересно, что (как мы увидим в главе 9) канальцевая жидкость может стать скорее гцелочной, чем более кислой при определенных обстоятельствах. Это сдвинет рН жидкости в просвете канальца в сторону образования А~ из АН и в результате снизит внутриканальцевое содержание АН, а также градиент для реабсорбции. Действительно, внутриканальцевая концентрация АН может резко упасть ниже уровня АН перитубулярных капилляров в плазме, что приведет к образованию градиента, способствующего в большей степени пассивной секреции, а не реабсорбции АН. Таким образом, пассивная реабсорбция слабых органических кислот находится в обратной зависимости от рН мочи; пассивная секреция имеет место, если моча щелочная. До сих пор мы обсуждали с вами только качественные аспекты процессов, количественные же отношения определяются при учете рК кислот и рН канальце-вой жидкости. Например, кислота с показателем рК, который существенно ниже, чем самый низкий из возможных уровней рН в канальцевой жидкости — 4,4, всегда будет существовать внутри канальца в анионной форме (недиффундируе-мой) и, таким образом, всегда будет подвергаться относительно небольшой пассивной реабсорбции. В противоположность этому органическая кислота с рК 6 будет демонстрировать существенное усиление пассивной реабсорбции, если показатель рН внутриканальцевой жидкости снизится с 7 до 5, поскольку количество неионизированных (способных к диффузии) форм увеличится с 10 до 90 %. Поскольку существующие колебания рН, как мы увидим, достигают максимума в более дистальных сегментах канальца, то именно эти участки и становятся основным местом зависимого от рН пассивного транспорта. Применим те же подходы в отношении пассивного транспорта слабых оснований (рис. 5-1, нижняя часть) в почечных канальцах. Когда канальцевая жидкость имеет высокую кислотность, то облегчается образование ВН* из В. ВН* не может диффундировать из просвета из-за наличия заряда, но снижение концентрации В внутри просвета способствует результирующей пассивной секреции В из плазмы перитубулярных капилляров в просвет канальца. Напротив, если моча щелочная, то облегчается образование В в просвете канальца и устанавливается градиент для пассивной реабсорбции. Таким образом, слабые основания пассивно реабсор-бируются при наличии щелочной мочи, но, если моча кислая, происходит пассивная секреция. Следует еще раз напомнить, что в данном разделе мы сосредоточили свое внимание только на пассивной реабсорбции и секреции этих веществ. Фактически (о чем упоминалось в этой главе) активныйсекреторный механизм тоже существует в проксимальном канальце для анионной и катионной форм многих слабых кислот и оснований. Это означает, что в этом случае они могут активно секретиро-ваться в просвет проксимального канальца вслед за чем следует или пассивная реабсорбция или пассивная секреция неионизированных форм, то же обычно происходит в соответствующем канальцевом сегменте, что зависит отчасти от
скорости мочеотделения, но в основном обусловлено изменением рН в просвете различных отделов канальца. Таким образом, экскреция слабой кислоты или основания зависит от:
1) количества
вещества, фильтрующегося в почечном тельце; этот фактор опре
2) количества
ионизированной формы, активно секретируемой проксимальны 109 3) количества неионизированной формы, пассивно реабсорбируемои или сек-ретируемой; роль этого фактора зависит от интенсивности мочеотделения, рК вещества и рН мочи. Поскольку много лекарств являются слабыми органическими кислотами и основаниями, то сказанное выше очень важно учитывать в клинической, практике. Например, если требуется увеличить экскрецию лекарства, которое является слабой кислотой, то следует добиваться подщелачивания мочи. Если же желательно замедлить экскрецию этого лекарства, то нужно способствовать подкислению мочи. В отношении лекарств, являющихся слабыми органическими основаниями, нужно, чтобы осуществлялись процессы с противоположным знаком. Увеличение объема мочеотделения повышает экскрецию как слабых кислот, так и оснований. Наконец, экскреция лекарства может быть уменьшена путем введения в организм другого лекарства, способного вмешаться в любой из механизмов активной проксимальной секреции первого препарата. Вопросы для изучения: 28—32. Примечания
1 Такие
выраженные трансканальцевые градиенты концентрации могут быть
установлены для данных
органических питательных веществ, поскольку существует только очень небольшая
«утечка» молекул из интерстициальной жидкости обратно, в просвет
канальца,
2 Перенос
через базолатеральную мембрану из клетки в интерстициальное
пространство осуществляется
посредством облегченной диффузии. Эти механизмы описаны Сио»то и Си§§то,
а также 2еШсоу1с и СЬезпеу. Некоторые аминокислоты транспортируются
против градиента из
интерстициальной жидкость в клетку, т. е. в направлении, противопо' 3 Используется ли при переносе мочевины в некоторых канальцевых сегментах активный транспорт, остается неясным (см. Маг&Ь, Кперрег).
4 Реально
существует некоторая секреция мочевины в тонкую часть петли Генле.
Источником секреции мочевины является мочевина, реабсорбируемая из
собирательной трубки внутренней
части мозгового слоя. Таким образом, некоторое количество мочевины
просто
5 В
этом контексте метаболические превращения в печени часто весьма
важны; в печени многие чужеродные
(и эндогенные) вещества образуют конъюгаты или с глюкуронидом или
с сульфатом, и эти два варианта конъюгатов активно переносятся в
просвет канальца 6 По поводу специфических механизмов секреции и реабсорбции уратов см. \Уог1тап.
|
|
|