Глава 6

Основные почечные процессы, касающиеся транспорта натрия, хлора и воды

Цели

После изучения данной главы студент должен уметь составлять ти­пичный баланс, касающийся общего количества воды и хлорида натрия в организме, а также знать основные процессы, происходя­щие в почках в отношении натрия, хлора и воды:

1       Студент может указать, какие процессы — фильтрация, реаб-
сорбция или секреция — имеют отношение к выделению поч­
кой натрия, хлора и воды.

2       Может сформулировать три обобщения, которые касаются ре-
абсорбции рассматриваемых веществ в канальце.

3       Может назвать приблизительное количество реабсорбируе-
мого натрия в различных сегментах канальца.

4       Может указать активный этап в реабсорбции натрия во всех
сегментах канальца.

5       Может перечислить механизмы, посредством которых реаб-
сорбция хлора связана с реабсорбцией натрия, а также на­
звать механизм, где такой связи нет.

6       Может определить приблизительное количество (%) про­
фильтровавшейся воды, реабсорбированной в различных сег­
мента канальца у пациента с дегидратацией и у гидратирован-
ного субъекта^ дегидратацией не страдающего; сравнить и
противопоставить эти результаты и может назвать сегменты
канальца, ответственные заданный процесс для натрия и воды.

7       Может при определении механизма реабсорбции воды опре­
делить особенности каждого канальцевого сегмента в отно­
шении его проницаемости для воды.

8 Может определить максимальную осмолярность мочи; имеет понятие об обязательной потере воды, может рассказать, как она определяется.

Студент должен понимать взаимосвязь между процессами реаб-сорбции натрия, хлора и воды в каждом канальцевом сегменте:

1       Назвать основные вещества, реабсорбируемые с натрием в
начальном, среднем и в последнем участке проксимального
канальца.

2       Описать, как устанавливаются различия в осмолярности жид­
кости в проксимальном канальце; определить внутриканаль-
цевую концентрацию натрия и осмолярность в конце прокси­
мального канальца; определить термин «изоосмотическая ре-
абсорбция жидкости».

3       Описать изменения концентрации основных ионов и органи­
ческих растворенных веществ по длиннику проксимального
канальца.

4       Знать участки петли Генле, ответственные за реабсорбцию
хлорида натрия и реабсорбцию воды.

5       Рассказать, как устанавливается разница в осмолярности в
нисходящей части петли.

6       Рассказать, как восходящая часть петли Генле выполняет роль
сегмента, где происходит уменьшение осмолярности жидко­
сти.

7       Определить количественные показатели реабсорбции воды в
дистальном извитом канальце и корковом отделе собиратель­
ной трубки; определить эффект антидиуретического гормона
и назвать те канальцевые сегменты и клетки, где он наблюда­
ется.

8       Описать противоточно-множительную систему концентриро­
вания мочи; определить характеристики (транспорт и прони­
цаемость) нисходящей и восходящей частей петли Генле, дис-
тальных извитых канальцев и системы собирательных трубок.

9       Описать, как диффузия мочевины из собирательных трубок
внутренней зоны мозгового вещества способствует концент­
рированию мочи в почках.

10 Описать циркуляцию веществ в мозговом веществе, а также функционирование мозгового вещества как противоточного обменника почки.

11  Определить суммарные изменения объема и осмолярности,
которые происходят при движении жидкости по канальцу, при
наличии антидиуретического гормона и без него.

12  Описать обязательные (облигатные) взаимоотношения между
экскрецией натрия и воды; отличить водный диурез от осмоти­
ческого диуреза.

В табл. 6-1 представлены средние величины баланса воды в организме. Они мо­гут меняться, нередко значительно. Два основных источника поступления воды в

 

 

 

организм — метаболизм, при котором вода образуется преимущественно в резуль­тате окисления углеводов, и поступление воды рег се с напитками и так называе­мой твердой пищей (в недожаренном бифштексе, например, примерно 70 % во­ды). Существуют 4 органа, где происходит выделение воды во внешнюю среду: кожа, легкие, желудочно-кишечный тракт и почки. Пятым путем удаления воды из организма у женщин является менструация.

Потеря воды при испарении ее кожей и выстилкой дыхательных путей — по­стоянный процесс, обозначаемый обычно как нечувствительные потери. Он по­лучил такое название, потому что человек не ощущает этих потерь. Дополнитель­ное количество воды испаряется с поверхности кожи с потом. Потери воды с калом в норме совсем невелики, но при диарее могут быть довольно значитель­ными. Потери воды желудочно-кишечным трактом могут быть значительными при рвоте.

Табл 6-2

Общие положения

 

113

В табл. 6-2 приведен типичный баланс натрия и хлора. Экскреция натрия и хлора кожей и желудочно-кишечным трактом в норме совсем невелика, но может значительно увеличиться при сильном потоотделении, тяжелых ожогах, рвоте или диарее. Кровотечение также может привести к потере значительных коли­честв как солей, так и воды.

Регуляция почками экскреции натрия, хлора и воды является наиболее важ­ным механизмом поддержания баланса данных веществ в организме. Скорость экскреции может существенно изменяться. Некоторые лица, например, могут по­треблять рег ОБ 20—25 г хлорида натрия в сутки, а больные, которым назначена низкосолевая диета, потребляют только 0,05 г. Здоровая почка может без особых усилий изменять экскрецию хлорида натрия в указанных пределах. Экскреция воды с мочой физиологически может колебаться от примерно 0,4 до 25 л/сут; здесь все зависит от внешних условий, т. е. находится ли человек в безводной пустыне или участвует в соревновании любителей пива.

Общие положения

Поскольку натрий, хлор и вода имеют малую молекулярную массу и не связа­ны с белком, то они свободно фильтруются в почечном тельце. Все они подверга­ются значительной реабсорбции в почках — обычно более чем на 99 % (см. табл. 1-3), но в норме не секретируются в канальце¹.

Максимальные энергетические затраты почки идут на огромную работу по ре-абсорбции веществ. Основные механизмы канальцевой реабсорбции данных ве­ществ мы можем описать обобщенно следующим образом:

1.        Реабсорбция натрия является преимущественно активным, трансцеллюляр-
ным процессом.

2.        Реабсорбция хлора является как пассивной (парацеллюлярная диффузия),
так и активной (трансцеллюлярная диффузия), но и в том, и в другом случае
(при одном исключении) реабсорбция хлора прямо или косвенно связана с
реабсорбцией натрия; это объясняет, почему реабсорбция этих двух ионов
обычно протекает параллельно.

3.        Реабсорбция воды осуществляется посредством диффузии (осмос) и являет­
ся вторичной по отношению к реабсорбции растворенных веществ, в част­
ности натрия, и веществ, реабсорбция которых зависит от реабсорбции на­
трия.

Более глубоко рассмотрим эти процессы, сначала каждый в отдельности, а за­тем вместе при анализе работы отдельных сегментов канальца.

Реабсорбция натрия

В табл. 6-3 приблизительно указан суммарный вклад каждого из сегментов канальца в процесс реабсорбции натрия. У человека, потребляющего обычную норму соли в сутки (имеется в виду среднестатистическая норма потребления со­ли для США), в проксимальном канальце реабсорбируется 65 % профильтровав­шегося натрия, в тонкой и толстой восходящей части петли Генле — 25 %, дис-тальный извитой каналец и система собирательных трубок всасывают большую

часть оставшихся 10 %, поэтому в моче содержится менее 1 % общего количества профильтровавшегося натрия. В главе 7 будет показано, что реабсорбция в неко­торых из этих участков канальца в физиологических условиях регулируется под влиянием нервных, гормональных и паракринных стимулов, поэтому количество экскретируемого натрия контролируется в зависимости от гомеостаза.

На рис. 6-1 обобщенно показаны наиболее важные специфические механиз­мы реабсорбции натрия и хлора в каждом из основных сегментов канальца. Рису­нок выглядит чрезмерно сложным, но здесь учтены общие принципы, на основе которых сгруппированы сегменты канальцев; рисунок дан для понимания, а не для запоминания. В этом разделе мы проследим только судьбу натрия, а вопросы, касающиеся хлоридов, будут описаны в следующем разделе.

Необходимо подчеркнуть, что во всех сегментах ведущую роль в активной трансцеллюлярной реабсорбции натрия играет первично активный транспорт на­трия из клетки в интерстициальную жидкость с помощью Ха,К-АТФазных насо­сов, локализованных в базолатеральной мембране (это видно на рис. 4-2 и 4-3). Эти насосы поддерживают внутриклеточную концентрацию натрия на очень низ­ком уровне; они обусловливают отрицательный заряд по отношению к просвету канальца. Это способствует пассивному входу ионов натрия из просвета канальца по электрохимическому градиенту в клетку.

В люминальной мембране (рис. 6-1) существует несколько типов процессов, обеспечивающих вход натрия в клетку: котранспортеры Ка/органические вещест­ва (глюкоза, аминокислоты и др.), фосфат или сульфат; Ка/Н антипорт; Ка,К,2С1 котранспортеры; Ыа,С1 котранспортеры; натриевые каналы. Знание того, как в от­дельных сегментах канальца реабсорбируется натрий, принципиально важно для понимания процессов, обеспечивающих вход натрия в клетку. Вы сможете без труда понять и запомнить некоторые из этих процессов, о которых мы расскажем в тексте последующих глав, когда речь пойдет о том, какие функции выполняет тот или иной сегмент помимо реабсорбции натрия. Например, вы уже знаете из главы 5, что проксимальный каналец реабсорбирует питательные вещества и что активный этап данного процесса, перенос натрия через люминальную мембрану, осуществляется посредством котранспорта.

Офщие положения

На основании материалов двух последних абзацев мы можем прийти к еще одному выводу, касающемуся процессов транспорта в базолатеральных мембра­нах с участием натрия, за исключением Ка,К-АТФазных насосов. (Функция еще одного показана на рис. 6-1 — Ка,НСО₃ котранспортер в проксимальном каналь­це и в восходящей толстой части петли Генле — участвует в реабсорбции бикар­боната, что будет описано в главе 9)².

Реабсорбция хлора

Поскольку рёабсорбция хлора зависит в основном от реабсорбции натрия, то канальцевые структуры, которые реабсорбируют хлор, сходны с теми, что реаб-сорбируют натрий; количество (%) реабсорбированного хлора в данных сегментах от профильтровавшегося тот же, что и натрия (см. предыдущий раздел).

На рис. 6-2 обобщены данные о путях, где сопряжена рёабсорбция натрия с реабсорбцией хлора, как парацеллюлярная, так и активная трансцеллюлярная, а на рис. 6-1 показано конкретно, в каких канальцевых сегментах происходят эти процессы.

Для того чтобы понять механизм активной трансклеточной реабсорбции хло­ра, необходимо осознать, что важнейшим моментом в транспорте хлора в каждом сегменте канальца является перенос его из просвета в клетку. Процесс перехода ионов хлора через люминальную мембрану способствует образованию достаточно высокой концентрации хлора для того, чтобы вызвать движение хлора по гради­енту из клетки через базолатеральную мембрану. Таким образом, переносчики в люминальной мембране выполняют в отношении хлора ту же активную функ­цию, что Ка,К-АТФазные насосы в базолатеральной мембране в отношении на­трия. Повторим еще раз, что вы можете не трудиться запоминать типы процессов в базолатеральной мембране (как показано на рис. 6-1, они являются К,С1-ко-транспортерами и/или хлорными каналами) и сфокусировать свое внимание на процессах в люминальной мембране, в которых участвует хлор. Еще раз подчер­киваю, необходимо понять основные принципы, а рисунок использовать при не­обходимости для справок.

Посмотрите на схему люминальных мембран на рис. 6-1 и вы увидите, что су­ществует всего 4 процесса: (1) параллельные пути антипорта для Ка/Н и (Л/ос­нований, которые будут описаны ниже в этой главе; (2) Ка,К,2С1-котранспортер; (3) Ка,С1-котранспортер; (4) антипорт С1/бикарбонат. Нужно подчеркнуть, что первые три механизма зависят от движения натрия через мембрану, и поэтому они связаны с реабсорбцией натрия. Только С1/бикарбонатный антипорт функ­ционирует независимо от натрия; энергия для данного процесса извлекается вто­рично не при участии Ка,К-АТФазной активности, а с помощью Н-АТФазы, что показано на рис. 6-1.^Обратите внимание, что рёабсорбция натрия и рёабсорб­ция хлора в собирательной трубке протекают в клетках различных типов (см. рис. 6-1): натрий реабсорбируется в основных клетках^ а хлор — во вставочных клетках В-типа.

Рёабсорбция воды

Рёабсорбция воды происходит в проксимальном канальце (65 % профильтро­вавшейся воды), в нисходящей тонкой части петли Генле (10 %) и в системе со-

 

 

Общие положения

Очевидно, что наиболее важным из них является калий, который поступает в клетку посредст­вом №,К-АТФаз базолатеральной мембраны. Некоторое количество калия возвращается обрат­но через базолатеральную мембрану посредством диффузии через калиевые каналы, которыеобнаружены почти во всех канапьцевых клетках (не показано на рисунке). Рис. 8-1 и 10-1 пока­жут, как основные клетки и клетки дистального извитого канальца секретируют часть калия, ко­торый входит в клетку. На рис. 4-3 показано, что происходит с органическими питательными ве­ществами, такими как глюкоза. Рисунки в главе 9 показывают судьбу и происхождение ионов бикарбоната и водорода. Перенос веществ при реабсорбции через плотные соединения проис­ходит посредством парацеллюлярной диффузии.

Рис 6-1

бирательных трубок (от нескольких процентов до более чем 24 %). В первом слу­чае речь идет о работе системы собирательных трубок у субъекта с максимальной водной нагрузкой, а во втором случае — у человека при дегидратации.

При сопоставлении значения этих сегментов канальца и величин реабсорбции натрия (табл. 6-3) очевидными становятся несколько важных положений: (1) ре-абсорбция натрия и водь? происходит в проксимальном канальце всегда в одном и том же соотношении; (2) оба эти вещества также реабсорбируются в петле Ген-ле, но каждое их них реабсорбируется особым механизмом, отличающимся в раз­ных участках петли, реабсорбция натрия в петле всегда больше, чем воды; (3) ре-абсорбция натрия и воды происходит в собирательной трубке; (4) при этом про­цент реабсорбируемой воды может широко варьировать в зависимости от водного баланса данного человека. Большая часть данной главы будет посвящена объяс­нению высказанных в этом абзаце положений.

Реабсорбция воды осуществляется посредством простой диффузии через двойной слой липидов и/или через водные каналы в плазматических мембранах клеток канальцев и в плотных соединениях между клетками. Итоговый поток вызван .разницей в осмолярности жидкости в просвете канальца и интерстици-альной жидкости, которая возникает в результате реабсорбции растворенных веществ. Напомню, что осмолярность — это величина, обратная концентрации во­ды — чем выше осмолярность, тем ниже концентрация воды; таким образом, ре­зультирующая диффузия воды через водопроницаемую мембрану осуществляет­ся из области с низкой осмолярностью в область с высокой осмолярностью.

Термин «водопроницаемый» в последнем предложении очень важен: даже значительная разница в осмолярности по обеим сторонам мембраны не может вы­звать перемещение воды, если мембрана для воды непроницаема. По проницае­мости для воды сегменты канальца можно разделить на три группы³: (1) эпите­лий проксимального канальца и эпителий нисходящей части петли Генле облада­ет высокой водопроницаемостью; (2) эпителий восходящей части петли Генле (тонкая и толстая части; вспомните главу 1 — только длинные петли имеют тон­кие восходящие части) и дистального извитого канальца всегда относительно во­донепроницаемы; (3) деятельность эпителия системы собирательной трубки регу­лируется таким образом, что его проницаемость для воды или очень высокая, или очень низкая; Такая разница в проницаемости для воды объясняет особенности локализации различных по величине проницаемости участков реабсорбции воды, описанных в первом параграфе данного раздела, а также широкие колебания объе­ма реабсорбированной воды, наблюдающиеся в системе собирательных трубок.

 

Рассмотрим еще один очень важный момент. Разница в водной проницаемо­сти сегментов, находящихся за пределами проксимального отдела, позволяет по­чкам реабсорбировать воду отдельно от растворенных веществ, т. е. реабсорбиро-вать относительно меньшее по сравнению с растворенными веществами количе­ство воды или наоборот, В результате осмолярность мочи (показатель общей концентрации растворенных молекул в растворе) может существенно различать­ся — от очень гипоосмотичной (разбавленной) до очень пшеросмотичной (кон­центрированной) по сравнению с плазмой.

Способность почек продуцировать гиперосмотическую мочу является важным показателем способности субъекта выживать без воды. Почка человека может со­здать максимальную концентрацию мочи в 1400 мосм/л, что почти в 5 раз боль­ше, чем в плазме. Количество мочевины, сульфата, фосфата, других конечных продуктов обмена и небольшое количество ионов (которые не являются конечны­ми продуктами метаболизма), экскретируемое ежедневно, в норме составляет примерно 600 моем. Минимальный объем воды, в котором может раствориться такое количество веществ, составляет

Этот объем мочи называется обязательной (облигатной) потерей воды. Это не фиксированный объем, он меняется в зависимости от физиологического состоя­ния субъекта. Например, при повышенном катаболизме тканей (во время голода­ния или травмы) освобождается много растворенных веществ, в результате этого обязательные потери воды возрастают.

119

Величина обязательной потери воды влияет на состояние гидратации челове­ка, если он лишен воды. Например, если бы человек мог выделять мочу с осмо-лярностью 6000 моем/'л, то обязательная потеря воды составила бы только 100 мл, в этом случае человек мог бы значительно дольше обходиться без воды. Почка грызунов, обитающих в пустыне, крыс, кенгуру обладает такой способностью. Эти животные порой вовсе не пьют воду, потому что количества воды, поступаю­щей с твердой пищей, и воды, продуцируемой при окислений веществ в организ­ме, оказываются достаточными для удовлетворения потребности их организма.

Следует повторить, что процесс реабсорбции воды зависит от разности осмо-лярносга жидкости по обеим сторонам эпителия водопроницаемых сегментов ка­нальца. Наша главная задача при описании характеристик отдельных сегментов канальца объяснить, как возникает эта трансканальцевая разница величины осмо-лярности. Позже мы также объясним, каким образом можно отделить реабсорб-цию воды от реабсорбции растворенных веществ в процессе образования гипоос-молярной или гиперосмолярной мочи.

Отдельные канальцевые сегменты

В этом отделе не только рассмотрим свойства отдельных сегментов канальца, но охарактеризуем самое важное, каким образом реабсорбция натрия, хлора и во­ды интегрирована в единый процесс.

Проксимальный каналец

На рис. 6-1 показано, что имеется ряд начальных этапов поступления натрия через люминальную мембрану, которые вовлекаются в активную трансцеллюляр-ную реабсорбцию натрия в проксимальном канальце⁴. В начальной части каналь­ца большая часть профильтровавшегося натрия поступает в клетку через люми­нальную мембрану посредством котранспорта вместе с органическими питатель­ными веществами и фосфатом, в результате в жидкости просвета канальца концентрация этих веществ быстро снижается (рис. 6-3). Оставшийся натрий переносится из просвета канальца в клетку в начальной части проксимального участка преимущественно посредством антипорта с донами водорода. В главе 9 будет описано, как ионы водорода (источником которых является углекислота, образующаяся из двуокиси углерода) вызывают вторично активную реабсорбцию профильтровавшегося бикарбоната, поэтому концентрация бикарбоната в просве­те канальца значительно снижается, поскольку в начальном участке проксималь­ного канальца бикарбонат является основным анионом, реабсорбируемым с на­трием (рис. 6-3). Чуть позже мы обсудим особенности реабсорбции натрия на более отдаленном участке проксимального канальца.

Значительная часть хлора реабсорбируется в проксимальном канальце по­средством парацеллюлярной диффузии. Концентрация хлора в боуменовой кап­суле обычно та же, что и в плазме. В начальной части проксимального канальца, тем не менее, реабсорбция воды, зависящая от реабсорбции натрия, а также от ре­абсорбции растворенных веществ и бикарбоната (переносимых посредством ко­транспорта), вызывают обычно увеличение концентрации ионов хлора в просвете канальца. Его концентрация на этом участке выше, чем в перитубулярных капил-

 

лярах (рис. 6-3). По мере движения жидкости по д^дрнм и конечным участкам проксимального канальца этот концентрационный градиент, поддерживаемый продолжающейся реабсорбцией воды, служит движущей силой, которая способ­ствует парацеллюлярной реабсорбции хлора посредством диффузии³.

Существует еще один важный компонент активного транспорта хлора в ко­нечном участке проксимального канальца, который помогает понять, почему ре-абсорбция натрия и хлора тесно взаимосвязаны в этом месте канальца, как пока­зано на рис. 6-1. Здесь используются параллельно механизмы транспорта Ыа/Н и Обоснование. Транспорт хлора в клетку осуществляется посредством антипор­та органических оснований (включая формиат и оксалат), которые образуются в клетке при диссоциации соответствующих кислот. Одновременно ионы водорода, возникающие в ходе диссоциации, активно переносятся в просвет канальца по­средством Ка/Н-антипорта. В просвете канальца ионы водорода и органические основания снова объединяются, и молекулы неполярных кислот затем диффун-

 

дируют через люминальную мембрану в клетку, где процесс снова повторяется. Таким образом, в итоге параллельного антипорта Ма/Н и С1/основание происхо­дит то же, как если бы Ка и С1 были перенесены в клетку вместе посредством ко-транслорта. Важно отметить, что рециркуляция позволяет небольшому числу ионов водорода быть вовлеченными в массивную реабсорбцию ионов хлора и на­трия. Следует также знать, что рециркуляция ионов и работа всей системы в це­лом в конечном счете находится в зависимости от Ка,К-АТФаз базолатеральной мембраны, которые определяют градиент натрия, необходимый для осуществле­ния люминального Ма/Н-антипорта, без которого антипорт Обоснование не мо­жет функционировать. (Именно поэтому такую форму переноса хлора называют «третично» активным транспортом.)

Вернемся к реабсорбции воды. Как уже говорилось, стенки проксимального канальца имеют хорошую водную проницаемость. Это означает, что очень незна­чительной разницы в осмолярности (несколько мосм/л) будет достаточно, чтобы инициировать посредством диффузии реабсорбцию очень большого количества воды, которая в норме составляет 65 % всей профильтровавшейся воды. Необхо­димая разница в осмолярности возникает в результате реабсорбции растворенных веществ. Осмолярность профильтровавшейся в клубочке жидкости в самом нача­ле проксимального канальца такая же, как в плазме или интерстициальной жид­кости⁶. Затем, по мере реабсорбции растворенных веществ из просвета прокси­мального канальца, перемещение этих растворенных веществ из просвета каналь­ца снижает люминальную осмолярность (т. е. увеличивается концентрация воды) до уровня, который ниже уровня осмолярности интерстициальной жидко­сти. Одновременно это служит импульсом для увеличения осмолярности интер­стициальной жидкости⁷. Этот осмотический градиент, направленный из просвета канальца в интерстициальную жидкость, порождает результирующую диффузию воды из просвета канальца через плазматические мембраны и/или плотное соеди­нение в интерстициальную жидкость.

В предыдущем параграфе упоминался термин «растворенное вещество» при описании того, как процесс реабсорбции создает разницу в осмолярности между просветом канальца и интерстициальной жидкостью. После всего сказанного должно быть ясно, что мы могли с успехом заменить термин «растворенное веще­ство» словом «натрий», поскольку реабсорбция практически всех растворенных веществ в проксимальном канальце прямо или косвенно зависит от реабсорбции натрия (табл. 6-4). Иначе говоря, натрий и растворенные вещества, реабсорбция которых так или иначе сопряжена с реабеорбцией натрия, составляют абсолютное большинство реабсорбируемых веществ, поэтому мы с полным правом можем считать термины реабсорбция натрия и общая реабсорбция растворенных ве-ществ синонимами при обсуждении деятельности проксимального канальца.

Теперь мы можем объяснить изменения (точнее их отсутствие) концентрации натрия и осмоляржхгш в жидкости в просвете вдоль проксимального канальца, что отражено на рис. 6-3. Оба эти значения почти не изменяются, оставаясь рав­ными соответствующим показателям плазмы. Выше говорилось, что показатели внутриканальцевой жидкости немного ниже, чем те же показатели плазмы, но эта разница столь незначительна, что не улавливается экспериментально..Необходи­мо помнить, что мы имеем здесь дело с концентрациями натрия и всех растворен­ных веществ (осмолярность). 65 % профильтровавшегося натрия и обгцего коли­чества растворенных веществ реабсорбируется до конца проксимального каналь-

ца, примерно столько же профильтровавшейся воды (в процентном отношении) реабсорбируется там же. Это происходит потому, что водная проницаемость про­ксимального канальца столь велика, что пассивная реабсорбция воды никогда не бывает меньше общей реабсорбции растворенных веществ. Поэтому концентра­ция натрия и всех растворенных веществ (осмолярность), обратно пропорцио­нальная их массе, остается практически неизменной на всем протяжении пути движения жидкости по проксимальному канальцу. Этот процесс называется «изоосмотическая объемная реабсорбция».

Хорошим примером того, что произойдет, если не будет сопряжения переноса натрия и воды в процессе проксимальной реабсорбции, является феномен, полу­чивший название осмотического диуреза. Слово диурез означает просто увели­чение объема мочеотделения, а определение осмотический говорит о том, что уве­личенный объем мочеотделения возникает в результате ненормально высокой концентрации в клубочковом фильтрате любого вещества, которое реабсорбиру­ется не полностью или не реабсорбируется вовсе в проксимальном канальце. По­скольку реабсорбция воды в данном сегменте вторична по отношению к реабсорб­ции натрия и концентрация нереабсорбированного осмотического диуретика воз­растает, то его присутствие в канальце как осмотически активного вещества тормозит дальнейшую реабсорбцию воды в этом месте и последующих частях ка­нальца: Более того, остающаяся в канальце вода вызывает падение концентрации натрия в просвете проксимального канальца ниже его уровня в интерстициаль-ной жидкости; эта разница концентраций создает условия для пассивной диффу­зии натрия через эпителий обратно в просвет канальца (надеюсь, вы помните, что проксимальный каналецлшляется «проницаемым» эпителием), что частично пре­пятствует активной реабсорбции натрия. Таким образом, осмотический диуретик тормозит реабсорбцию как воды, так и натрия (так же, как и других ионов). Ос­мотический диурез может отмечаться у субъектов с неподдающимся лечению са­харным диабетом; фильтруемая нагрузка глюкозы превышает Т_т для данного ве­щества, и нереабсорбированная глюкоза затем действует как осмотический диуре­тик.

123

Петля Генле

Как уже было сказано (табл. 6-3), в петле Генле в целом всегда реабсорбиру-ется 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.

Как показано в табл. 6-3, реабсорбция хлорида натрия и реабсорбция воды пространственно разделены. 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 непроницаема для нее. Обратимся теперь к новому для нас факту. 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. Этот феномен столь важен, что мы продол­жим описание других сегментов нефрона лишь после того, как расскажем об этом во всех деталях.

Каковы механизмы реабсорбции натрия и хлора в восходящей части петли? Реабсорбция обоих ионов в восходящей части петли все еще недостаточно изуче­на (см. ниже), поэтому мы остановимся подробно на процессах в толстой части восходящего колена петли (рис. 6-1). Попадание натрия и хлора внутрь канальца в данном сегменте обеспечивается посредством Ма,К,2С1-котранспортера. Как и люминальная мембрана проксимального канальца, люминальная мембрана этого сегмента имеет механизм Ка/Н антипорта, и это создает другой механизм для переноса натрия в клетку.

В дополнение к активной трансцеллюлярной реабсорбции значительная часть всего реабсорбируемого натрия (возможно, до 50 %) подвергается реабсорбции посредством парацеллюлярной диффузии. В толстой восходящей части петли Генле отмечается высокая парацеллюлярная проводимость для натрия, положи­тельный люминальный электрический потенциал в данном сегменте (см. главу 4) является движущей силой, управляющей переносом катионов. (В дальнейшем мы увидим, что этот парацеллюлярный путь возможен для калия и кальция.)

Следует повторить, что восходящая часть петли Генле реабсорбирует хлорид натрия, но не воду. Поэтому этот участок канальца получил название разводя­щий сегмент. Поскольку петля Генле реабсорбирует больше растворенных ве­ществ, чем воды, то жидкость, покидающая петлю и попадающая в дистальный из-йитой каналец, является более гипоосмотичной (более разведенной), чем плазма.

Главный этап прохождения через люминальную мембрану в процессе актив­ной реабсорбции натрия и хлора в дистальном извитом канальце обусловлен участием котранспортеров Ка и С1 (рис. 6-1). Свойства этих переносчиков замет­но отличаются от системы котранспортеров Ка,К,2С1 в люминальной мембране

толстой восходящей части петли Генле, именшо это определяет их чувствитель­ность к иным лекарственным препаратам⁸. (Наорнемк овалы, подобные таким же каналам в главных клетках, имеются и в клепок дипажипго извитого канальца.) В собирательных трубках существует «разделение труда» в отношении актив­ной транецеллюлярной реабсорбции натрия и хлора между группами клеток (рис. 6-1). Главные клетки реабсорбируют натрий, перенос иона внутрь клетки

осуществляется натриевым каналом. Реабсорбция хлора осуществляется по вста­вочным клеткам В-типа. Движение хлора против гралвевта в этих клетках проис­ходит при участии имеющейся в .номинальное мембране системы антйпорта С1,НСО₃. Кроме того, незначительное количество хлора реабсорбируется в соби­рательных трубках путем межклеточной диффузям, ннжцинруемой существую­щим здесь отрицательным электрическим потенциалом просвета (глава 4).

Как же обстоит дело с реабсорбцией воды в этих сегментах канальца? Водная проницаемость дистального извитого канальца очень невелика и не изменяется. Здесь водная проницаемость такая же, как и в восходящем колене петли Генле, Из этого следует, что, когда жидкость движется через дистальный извитой кана­лец, равно как и в ходе реабсорбции хлорида натрия, вода практически не всасы­вается. В результате жидкость, будучи уже гипоосмотичной в восходящей тол­стой части петли Генле, поступает в дистальный извитой каналец из восходящей толстой части петли Генле, где продолжается процесс разведения и она становит­ся еще более гипоосмотичной. Таким образом, мы можем утверждать, что дис­тальный извитой каналец и восходящая часть петли Генле функционируют как сегменты, где происходит разведение мочи.

Иначе обстоит дело с собирательной трубкой. Как в корковой, так и в мозго­вой зоне в физиологических условиях водная проницаемость собирательной трубки регулируется гормоном (см. ниже), причем величина изменения проница­емости весьма значительна. Когда водная проницаемость очень низка, гипоосмо-тическая жидкость, поступающая в собирательную трубку из дистального изви­того канальца, движется по ней, продолжается реабсорбция хлора и жидкость по-прежнему остается гипоосмотической, но этот процесс сопровождается мини­мальной реабсорбцией воды или полным ее отсутствием, В результате экскрети-руетея значительный объем весьма гипоосмотической (разведенной) мочи. Дан­ный феномен получил название водный диурез.

Подытоживая сказанное, следует подчеркнуть, что при водном диурезе по­следним канальцевым сегментом, реабсорбирующим значительный объем воды, является нисходящая часть петли Генле; в более дистальных сегментах раство­ренное вещество (преимущественно хлорид натрия) продолжает реабсорбиро-ваться, но реабсорбция воды сводится к минимуму. Обратите внимание, что ми­нимальная реабсорбция воды или ее полное отсутствие имеет место дистальнее петли Генле, а реабсорбция натрия нигде существенно не тормозится. Поэтому внутриканальцевая концентрация натрия может снизиться почти до нуля в ука­занных сегментах канальца. (Почти нулевая концентрация натрия обусловлена тем, что эти сегменты канальца выстланы «плотным» эпителием, что препятствует обратному переносу натрия из интерстициального пространства в просвет каналь­ца, несмотря на высокий электрохимический градиент, облегчающий диффузию.)

Что произойдет, если водная проницаемость системы собирательных трубок станет слишком высокой? По мере продвижения гипоосмотической жидкости, поступающей в систему собирательных трубок из дистального извитого канальца

125

по корковым отделам собирательной трубки, вода быстро реабсорбируется по­средством диффузии. Это происходит вследствие большой разницы в осмолярности между гипоосмотичной люминальной жидкостью и изоосмотичной (300 мосм/л) интерстициальной жидкостью в корковом веществе. По существу, корковая соби­рательная трубка реабсорбирует большой объем воды, но это не сопровождается реабсорбцией растворенных веществ в восходящей части петли Генле и дисталь-ном извитом канальце. Иначе говоря, в собирательной трубке коры почки повы­шается концентрация жидкости, которая была разбавлена при продвижении по разводящим сегментам. По мере того как осмолярность люминальной жидкости приближается по величине к осмолярности интерстициальной жидкости, собира­тельная трубка коры начинает функционировать так же, как проксимальный ка­налец, реабсорбируя примерно эквивалентное количество растворенных веществ (преимущественно хлорид натрия) и воды. В результате канальцевая жидкость, которая покидает собирательную трубку коры, при входе в собирательную трубку мозгового вещества становится изоосмотичной плазме крови коры почки.

В собирательной трубке мозгового вещества продолжается реабсорбция рас­творенных веществ, но реабсорбция воды посредством диффузии здесь более ин­тенсивна, чем реабсорбция различных веществ. Иначе говоря, по мере продвиже­ния по собирательной трубке мозгового вещества канальцевая жидкость стано­вится все более и более гиперосмотичной. Дело в том, что интерстициальная жидкость мозгового вещества весьма гиперосмотична, и именно этот фактор яв­ляется причиной диффузии воды из просвета собирательной трубки в интерсти-циальную жидкость. Важнейший вопрос, который необходимо решить на данном этапе,— что делает жидкость мозгового вещества столь гиперосмотичной? Чтобы ответить на этот вопрос, нам необходимо снова сосредоточить внимание на ана­лизе функционирования сегментов петли Генле, начав с того места, на котором мы остановились.

Однако предварительно мы должны закончить обсуждение реабсорбции воды в собирательной трубке описанием гормона, который может изменять проницае­мость для воды стенки трубки, увеличивая ее от очень незначительной величины до очень больших значений. Речь идет о„ гормоне задней доли гипофиза, вазо-прессине или антидиуретическом гормоне (АДГ). Первое название — вазопрес-син — говорит о том, этот гормон способен вызвать спазм артериол и тем самым повышение артериального давления крови. Второе название обусловлено его дей­ствием на почку — антидиуретический значит «противодействующий большому мочеотделению». При отсутствии АДГ водная проницаемость стенок собиратель­ных трубок невелика, поэтому в них реабсорбируется очень малое (или совсем не реабсорбируется) количество воды, в итоге развивается водный диурез. Но если в плазме имеется высокая концентрация АДГ, то проницаемость собирательных трубок для воды велика, что обусловливает экскрецию очень небольшого объема чрезвычайно гиперосмотичной мочи. Воздействие АДГ на проницаемость стенок собирательных трубок не проявляется по закону «все или ничего». АДГ осущест­вляет тонкую регуляцию проницаемости стенки собирательной трубки, а значит, и реабсорбции воды путем постепенного увеличения проницаемости по мере уве­личения концентрации АДГ в плазме сверх заданной величины. Регуляция секре­ции АДГ будет описана в главе 7.

АДГ действует на главные клетки собирательных трубок, т. е. на те же клетки, которые реабсорбируют натрий (и, как мы увидим, секретируют калий). Рецепто-

 

ры⁹, реагирующие на АДГ, расположены в клеток; связывание АДГ их рецепторами приводит ж которая катализирует внутриклеточное образование

вторичный мессенджер стимулирует при действии ража факторов перемещение агрегатов внутримембранных частиц в люминальной мембране и встраивание в нее белковых каналов, по которым может свободно диффундировать вода¹⁰'¹¹. В отсутствие АДГ эти каналы удаляются из люминальаой мембраны с помощью

эндоцитоза. (Действие на люминальную мембрану изменяет водную проницае­мость клетки в целом вследствие того, что водная проницаемость данной мембра­ны гораздо ниже, чем проницаемость для воды баэолатеральной мембраны, в ито­ге величина проницаемости для воды определяется проницаемостью люминаль-ной мембраны.)

Концентрирование мочи:

противоточно-множительная

система мозгового слоя

Следует повторить, что моча концентрируется по мере движения канальцевой жидкости по собирательным трубкам мозгового вещества по направлению к по­чечной лоханке. Именно гиперосмолярность интерстипиальвой жидкости в моз­говом веществе при наличии в плазме должной концентрации АДГ заставляет во­ду диффундировать из собирательных трубок мозгового слоя в интерстициаль-ную жидкость, а затем в кровеносные сосуды мозгового вещества. Ключевым вопросом этого раздела при обсуждении концентрирования мочи является вопрос о том, каким образом интерстициальная жидкость мозгового вещества становится гиперосмотичной?

Сложный механизм, работа которого обусловливает гиперосмотичность ин-терстициальной жидкости, называется противоточно-поворотной множительной системой. Эта система функционирует в длинных петлях Генле, которые, как и собирательные трубки, проникают в мозговой слой. В предыдущих разделах кни­ги мы уже описывали особенности функционирования этих участков петли Генле при транспорте ими хлорида натрия и реабсорбции воды. Сейчас мы повторим этот материал, расширив информацию данными об ионной проницаемости.

1. В нисходящей части петли ни натрий, ни хлор не реабсорбируются, но реаб-
сорбируется вода. Стенки канальцев данного сегмента обладают прекрасной
водной проницаемостью, но почти не пропускают натрий и хлор.

2.        В тонкой и толстой восходящих частях петли и натрий, и хлор реабсорбиру­
ются, а вода — нет вследствие почти полной непроницаемости их стенок для
воды. Реабсорбция натрия и хлора из толстой восходящей части петли -
процесс активный (рис. 6-1), а реабсорбция этих веществ из восходящей
тонкой части протекает пассивно, механизм этого процесса до конца не ясен.
Для лучшего понимания излагаемого материала сейчас мы будем рассматри­
вать реабсорбцию хлорида натрия и в тонкой, и в толстой восходящей части
петли как активный процесс; далее мы сделаем необходимые уточнения. В ко­
нечном итоге и тонкая, и толстая восходящие части петли относительно про­
ницаемы для натрия и хлора.

 

Принимая во внимание указанные особенности, представим себе, что петля Генле заполнена неподвижной жидкостью, которая поступила из проксимального канальца. Во-первых, осмотическая концентрация в любой части петли будет рав­на 300 мосм/л, поскольку жидкость, покидающая проксимальный каналец, изоос-мотична плазме. Теперь допустим, что активная транспортная система в восходя­щей части петли осуществляет реабсорбцию хлорида натрия^в интерстициальное пространство до тех пор, пока не установится предельный градиент (скажем, 200 мосм/л) между жидкостью, находящейся в восходящем колене петли, и жид­костью интерстициального пространства. Предельное значение градиента дости­гается в результате того, что восходящее колено относительно проницаемо для натрия и хлора. Соответственно пассивное парацеллюлярное движение в обрат­ном направлении ионов в просвет канальца в конечном итоге уравновешивает ак­тивное перемещение этих веществ, и устанавливается стационарный градиент.

Обратите внимание на то, что теперь существует разница в осмолярности между жидкостью в нисходящем колене (300 мосм/л) и окружающей каналец интерстициальной жидкостью (400 мосм/л). Выраженная проницаемость для во­ды стенки нисходящего колена петли обусловливает диффузию воды из нисходя­щего колена в интерстициальное пространство. Эта нетто-диффузия существует до тех пор, пока уровень осмолярности не выравнивается¹².

128

 

Основные почечные процессы, касаюиреся транспорта натрия, хлора и воды

Реабсорбция воды в нисходящем колене петли происходит, поскольку в ин-терстициальном пространстве существует более высокая осмолярность, возни­кающая в результате реабсорбции хлорида натрия в восходящем колене. Так как продолжается поступление воды из нисходящей части петли и поступление хло­рида натрия из восходящего колена, осмолярность интерсгициальной жидкости удерживается на уровне 400 мосм/л. Вследствие этого осмолярность жидкости в нисходящем колене и жидкости интерстициального пространства равны, и вели­чина осмолярности в обоих случаях больше, чем в просвете восходящей части петли.

До этого момента мы подразумевали, что жидкость в петле Генле не движется, что, конечно, не соответствует действительности: она находится в непрерывном движении. Давайте рассмотрим теперь, что же происходит в петле, когда жид­кость в ней непрерывно движется (рис. 6-4). Мы позволим себе упростить ситуа­цию, допустив, что движение жидкости и перенос ионов насосами происходит не постоянно, а дискретно, не совпадая по фазе. Представим себе это в виде серии стоп-кадров кинопленки. При отсутствии движения, как это было описано выше, хлорид натрия переносится из восходящей части для создания градиента величи­ной 200 мосм/л, а вода диффундирует из нисходящей части, пока в нисходящем колене и интерстициадьном пространстве не установится одинаковая осмоляр­ность. В норме в процессе движения жидкости она покидает петлю Генле по дис-тальному канальцу, а новая порция жидкости поступает в петлю из проксималь­ного канальца. Таким образом, в числах рис. 6-4 нет ничего необычного, они взя­ты для иллюстрации и не могут дать дополнительной конкретной информации о том, каково происхождение этих численных значений.

Позвольте снова обратиться к рис. 6-4. На нем видно, что концентрация внут-риканальцевой жидкости увеличивается по мере ее продвижения вниз по нисхо­дящему колену и что при этом концентрация интерстгщиалъной жидкости в моз­говом веществе увеличивается на ту же величину. Градиент в 200 мосм/л поддер­живается по обе стороны восходящего колена на каждом из горизонтальных уровней мозгового слоя. Однако в мозговом веществе по направлению от верши­ны к основанию формируется значительно больший по величине осмотический градиент (от 3^2 до 700 мосм/л). Это объясняется тем, что градиент величиной 200 мосм/л, установившийся в результате активного переноса ионов, возрастая, умножается благодаря противоточной системе петли (т. е. движению потоков жидкости в противоположном направлении по двум смежным коленам петли). Следует отметить, что механизм активного переноса ионов в восходящем колене петли является важным компонентом общей системы; без него противоположно направленные потоки жидкости не оказывали бы никакого действия на концент­рацию веществ.

На этом мы завершим объяснение того, как интерстициальная жидкость в моз­говом веществе становится высоко гиперосмотичной. Рис. 6-5 также иллюстри­рует уже изложенный материал; ранее в этой же главе речь шла о деятельности дистального извитого канальца и системы собирательных трубок. АДГ не оказы­вает влияния на осмоляльность жидкости в дистальном извитом канальце, поэто­му в данном сегменте канальцевая жидкость остается гипоосмотичной. При дей­ствии АДГ вода покидает собирательную трубку в корковом слое в конце данного сегмента жидкость становится изоосмотичной плазме крови в коре (300 мосм/л). Далее, по мере продвижения жидкости через собирательные трубки мозгового ве-

 

5    Змс.600

щества, вода диффундирует из них из-за нищим •ппгштптн интерстициальной жидкости мозгового слоя; диффузия воды обгсжшжвв ш поддерживается проти-воточно-множительной системой петли Геаае. Коса щутриканальцевая жид­кость поступает в конечные части собирательном ирУищ. ее осмолярность нахо­дится на том же уровне, что и осмолярность нищи •••нити жидкости в этой зоне почки. Максимальная величина этого показателя мнтерстициальной жид­кости отмечается "на кончике сосочка, у человаа шв ршвва 1400 мосм/л, поэтому максимальная осмолярность мочи составляет 1400 моем/л-

Поскольку осмолярность внутриканальцевой ми^цм ш становится большей, чем осмолярность плазмы только в собирательвыж тдебках, располагающихся в мозговом слое, то нельзя забывать, что АДГ оказывает жяствие на проницаемость не только в данном сегменте, но и в собирательных трубках, располагающихся в корковом слое. Создавая условия для реабсорбцин относительно больших коли­честв воды в собирательных каналах коркового слоя. АДГ обеспечивает доставку

 

 

 

минимальных объемов изоосмотической жидкости в собирательные трубки моз­гового слоя, что позволяет эффективно сконцентрировать жидкость в,этом пос­леднем сегменте канальца.

Чтобы объяснить, как работает система в целом, суммируем данные о всех этапах транспорта хлорида натрия и воды из канальцев по направлению к интер-стициальному пространству мозгового слоя во время образования концентриро­ванной мочи. Во-первых, содержание хлорида натрия уменьшается в восходящем колене за счет активного переноса натрия и хлора¹³. Вслед за поступлением в мозговое вещество хлорида натрия происходит диффузия воды и из нисходящего колена, и из собирательных трубок. Если рассматривать ситуацию, не принимая во внимание движение жидкости, то можно констатировать, что хлорид натрия и вода, поступая в интерстициальное пространство мозгового вещества, далее попа­дают в капилляры и уносятся с кровью. Этот процесс является конечным этапом процесса реабсорбции жидкости, движущейся по канальцам, и он обусловлен ре­зультирующим действием гидростатических и онкотических сил, действующих через стенку капилляров.

Теперь необходимо напомнить читателю о том, что в описанной нами модели противоточно-множительной системы игнорируется тот факт, что тонкая восхо­дящая часть петли Генле — единственный участок восходящей части, который до­стигает внутренних слоев мозгового вещества,— не реабсорбирует активно ни натрий, ни хлор. В данном сегменте перенос указанных веществ из просвета ка­нальца в интерстициальную жидкость осуществляется пассивно, т. е. по градиен­ту, однако неизвестно, каким образом создается этот градиент. За последние 20 лет было выдвинуто несколько гипотез, пытавшихся дать ответ на поставленный во­прос, но ни одна из них не является удовлетворительной, так как не в состоянии объяснить все наблюдаемые явления. Заинтересованный читатель может обра­титься к статьям ^пизоп и СеЬп& Коу с соавт. (см. список рекомендуемой лите­ратуры).

Роль мочевины интерстициальной жидкости в содержании мочевины в собирательной трубке

В одной из теорий, предложенных для объяснения того, каким образом нат­рий и хлор реабсорбируются из восходящей части петли Генле, сосредоточено внимание на особой роли мочевины в этом процессе. В данном разделе мы не бу­дем касаться этой гипотетической функции мочевины и рассмотрим роль мочеви­ны в процессе концентрирования мочи.

Приведенное выше описание противоточно-множительной системы может на­вести на мысль (кстати, совершенно не обоснованную), что растворенными веще­ствами в интерстициальной жидкости являются только натрий и хлор. На самом же деле примерно половина осмолярности жидкости мозгового отдела почки обу­словлена присутствием мочевины. Это не должно вызывать удивление, если вспомнить содержание главы 5, где описаны процессы, происходящие с мочеви­ной дистальнее петли Генле. Концентрация мочевины в просвете канальца про­грессивно увеличивается по мере продвижения жидкости по собирательным трубкам коркового слоя к собирательным трубкам наружного мозгового вещества и происходящей при этом реабсорбции воды. Мочевина в этих сегментах не реаб^ сорбируется, поскольку стенка данных сегментов канальца для нее непроницаема.

5*

Основные почечные процессы, касающиеся транспорта натрия, хлора и воды

Благодаря этому в просвете возрастает концентрация мочевины, что создает пред­посылки для ее реабсорбции из просвета собирательных трубок во внутренних отделах мозгового слоя. Именно в мембранах клеток собирательной трубки в этой зоне почки находится переносчик, обеспечивающий облегченную диффузию мочевины. Более того, деятельность этого переяосчша мочевины активируется АДГ. Одновременное движение воды из собирательных трубок внутренних отде­лов мозгового вещества поддерживает высокую концентрацию мочевины даже при условии ее всасывания из этих участков собирательных трубок.

В конечном счете концентрация мочевины в интерстициальной жидкости внутренних отделов мозгового слоя достигает величины концентрации мочевины в люминальной жидкости собирательных трубок в этой зоне почки. По существу, натрий в просвете канальца сбалансирован мочевиной в шаперстициалъном про­странстве. Отсюда следует, что натрий и хлор в иш ере тональном пространстве уравновешивают только прочие растворенные в канальцевой жидкости вещества, за исключением мочевины. Обычные величины концентрации мочевины в ситуа­ции, когда образуется очень концентрированная моча, показаны в табл. 6-5. Об­ратите внимание, что если бы не было мочевины в интерстициальной жидкости, то осмолярность интерстициальной жидкости в мозговом слое, обусловленная на­трием и хлором, была бы скорее всего равна 1400, а не 750 мосм/л, т. е. большее количество хлорида натрия переносилось бы в восходящей части петли Генле.

В столь длинном описании легко упустить один важный момент: мочевина в отличие от натрия и хлора, которые реабсорбируются в восходящей части петли Генле, не вызывает движения воды из просвета собирательной трубки в итерсти-циальное пространство мозгового слоя. Она просто уравновешивает самое себя. Нужно еще раз обратить внимание на то, что главной движущей силой противо-точно-поворотной системы является перенос хлорида натрия в восходящей части петли Генле.

Вследствие того что особое внимание в данной главе уделено хлориду натрия, у читателя может сложиться впечатление, что максимально концентрированная моча (1400 мосм/л) может, при условии интенсивной реабсорбции хлорида на­трия, практически не содержать последнего, а растворенные вещества будут пред­ставлены мочевиной, креатинином, мочевой кислотой, калием и проч. Иначе го­воря, несмотря на то, что хлорид натрия в интерстициальном пространстве моз-

Концентрирование мочи: противоточно-множительная система мозгового слоя 133

гового слоя является важнейшим фактором, обусловливающим всасывание воды из собирательных трубок мозгового слоя и повышение концентрирования мочи, нет необходимости, чтобы в самой моче присутствовал хлорид натрия.

Противоточный обмен: vasa recta

Кровообращение мозгового слоя обладает уникальной особенностью, без ко­торой не смогла бы функционировать прртивоточная множительная система, она обусловлена шпилькообразной формой прямых сосудов, особым анатомическим строением сосудов мозгового слоя — vasa recta, которые проходят параллельно петлям Генле и собирательным трубкам мозгового вещества. Зададим себе во­прос: что произойдет с градиентом в интерстициальном 'пространстве мозгового слоя, если бы последний снабжался кровью только обычных капилляров? По ме­ре того как плазма с обычной осмолярностью, равной 300 мосм/л, поступает в очень концентрированную окружающую среду мозгового слоя, происходит диф­фузия хлорида натрия в капилляры и отток воды из них. Вследствие этого вели­чина интерстициального градиента должна стремиться к нулю. Однако наличие шпилькообразной структуры обусловливает ряд последовательных событий, ко­торые изображены на рис. 6-6. Кровь поступает в сосудистую петлю, имея осмо-лярность 300 мосм/л; она течет вниз по петле капилляров в глубь мозгового слоя, хлорид натрия диффундирует внутрь сосуда, а вода — из него. Преодолев верши­ну шпильки — перегиб петли, кровь течет далее вверх по восходящей части сосу­дистой петли, где идет процесс, обратный описанному.

Таким образом, сосудистая петля функционирует как Противоточный обмен-ник, который препятствует исчезновению градиента. Обратите внимание, сосуд рег зе функционирует пассивно; т. е. не он создает градиент в мозговом слое, он его только сохраняет. Благодаря пассивной роли он получил название обменника. Сравните его функцию с деятельностью петли Генле, которая создает градиент, и станет ясно, почему она названа умножителем.

В конечном счете следует отметить, что шпилькообразная структура крове­носных сосудов сводит к минимуму потери растворенных веществ, а также воды из интерстициального пространства посредством диффузии. Тем не менее это непредотвращает переход части интерстициальной жидкости мозгового слоя в ка­пилляры, что происходит вторично в соответствии с действием сил Старлинга. Результатом процесса перехода хлорида натрия и воды, поступающих в интерсти-циальное пространство из петель Генле и собирательных трубок, является удале­ние указанных веществ из этих частей канальца и поддержание стационарного градиента в этой зоне почки.

Однако vasa recta не являются совершенными противоточными обменниками, они удаляют накопившиеся в результате диффузии растворенные вещества э не­сколько большем количестве, чем воду. Это объясняет, почему мозговой кровоток намного менее интенсивен, чем корковый. Однако он должен быть достаточно выражен, чтобы уносить с током крови реабсорбированную воду и хлорид натрия, как это было описано в предыдущем параграфе. Соответственно изменения кро­вотока в мозговом слое — и слишком большие, и слишком маленькие — будут уменьшать интерстициальный градиент и, следовательно, степень гиперосмоляр-

ности мочи¹⁴

Резюме

На рис. 6-7 изображены в обобщенном виде описанные изменения объема и осмолярности канальцевой жидкости по мере ее продвижения по нефрону.

1.  Примерно 65 % натрия, хлора и воды реабсорбируется в проксимальном ка-
,      нальце, но жидкость остается йзоосмотичной.

2.       В петле вода реабсорбируется из нисходящей части, но гораздо большие ко­
личества хлорида натрия реабсорбируются из восходящей части, поэтому в
дистальный извитой каналец поступает гипоосмотичная жидкость.

3.       В дистальном извитом канальце жидкость по-прежнему остается гипоосмо-
тичной, при этом вода реабсорбируется в минимальном количестве или во­
обще не реабсорбируется. Из сказанного следует, что восходящие части пе­
тель Генле и дистальный извитой каналец функционируют как сегменты, где
происходит разведение жидкости.

4.       Присутствие или отсутствие АДГ имеет значение только для функции соби­
рательных трубок. При почти полном отсутствии АДГ в плазме очень не­
большое количество воды реабсорбируется из собирательных трубок, поэто­
му указанные сегменты способствуют разведению мочи, соответственно об­
разуется очень большой объем разведенной мочи.

135

 

Осмолярность канальцевой жидкости и процент профильтровавшейся воды, остающейся в раз­личных отделах канальца. (Цифры, касающиеся процента реабсорбции воды в каждом сегменте канальца, заимствованы из табл. 6-3.)

Рис.

 

5. При высокой концентрации АДГ в плазме в собирательных трубках реаб-
сорбция воды велика. В конечной части собирательных трубок коркового ве­
щества жидкость вновь становится изоосмотичной плазме корковой зоны.
Большее количество оставшейся воды реабсорбируется в собирательных
трубках мозгового слоя, поэтому образуется небольшой объем высококон­
центрированной мочи.

Следует обратить пристальное внимание на некоторые моменты, имеющие особое значение:

 

6.     Значительные количества воды могут быть экскретированы даже при усло­
вии, что моча практически будет свободна от натрия и других растворенных
веществ; это результат водного диуреза, который наблюдается при низкой
концентрации АДГ в плазме.

 

6.     Экскреция значительных количеств натрия или других растворенных ве­
ществ всегда приводит к экскреции значительного объема воды, этот процесс
называют салурезом. Он основан на том, что вода может быть реабсорбиро-
вана только в том случае, если вначале будет реабсорбировано растворенное
в ней вещество. Почти все лекарственные средства (диуретики), применяе­
мые в клинической практике для увеличения мочеотделения, действуют
благодаря угнетению (прямо или косвенно) одного или двух процессов
транспорта, осуществляющих реабсорбцию натрия и/или хлора (см. Прило­
жение В, где резюмированы данные, касающиеся действия этих лекарств).
Немедикаментозный вариант диуреза представляет собой осмотический ди­
урез, который описан в разделе,'касающемся проксимального канальца.

 

Рассмотрев в этой главе основные процессы транспорта в почке натрия, хлора и воды, мы обратимся к рассмотрению механизмов, которые их регулируют с тем, чтобы обеспечить водно-солевой гомеостаз.

Вопросы для изучения: 33—40.

 

 

Примечания

¹ Вероятно в исключительных обстоятельствах хлор макет секретироваться. Это наблю­дается в дистальном извитом канальце и собирательных 1ру(яиа. коркового вещества (см. статьи Сге^ег, Коерреп и 51ап1;оп).

г\

2В действительности помимо бикарбоната данный переносчик способен активно транс­портировать и небольшое количество натрия через баэовяерадьную мембрану. При со­пряжении 3 ионов НСО₃ с 1 атомом Ка, в чем нас убежяиот представленные факты, дви­жение по градиенту столь значительного количества бикарбоната может инициировать движение натрия против градиента. Но количество перенесенного натрия очень мало по сравнению с тем, который транспортируется Ыа,К-АТФаэон.

³ Эти три вида эпителия являются типичными представителями, распространенными в природе. Говоря о разнице проницаемости, обычно имеют в виду разницу проницаемости люминальных мембран, которые служат барьером, регулирующим скорость переноса (по­скольку проницаемость базолатеральной мембраны обычно выше, чем апикальной) (см. ЗсЬа&г и соавт.).

4В дополнение к котранспортерам и антипорту, которые действуют в проксимальном канальце (см. табл. 6-1), в данном сегменте также найдены натриевые каналы. Доля учас­тия этих каналов в настоящее время неизвестна (см. РаЬпег).

5Выраженная реабсорбция хлора, зависящая от трансканальцевой разницы его концент­рации, в значительной степени определяет появление небольшого положительного со сто­роны просвета трансканальцевого электрического потенциала, в данном отделе нефрона. Этот потенциал вызывает небольшую парацеллюлярную реабсорбцию натрия. В то же время, как отмечено в главе 4, в начальном участке проксимального канальца имеет место небольшой отрицательный со стороны просвета трансканальцевый потенциал, что облег­чает парацеллюлярную секрецию натрия. В итоге можно считать потенциал проксималь­ного канальца нулевым и сосредоточить внимание на активном транспорте натрия (и на трансканальцевом концентрационном градиенте, обеспечивающем пассивный перенос хлора). Другое соображение, по которому мы игнорировали пассивную реабсорбцию на­трия в конечном отделе проксимального канальца, заключается в том, что если вы верне­тесь к началу изложения, то увидите, что этот тип реабсорбции имеет малое значение для активной реабсорбции натрия против градиента в начальном отделе проксимального ка­нальца: реабсорбция в начальном отделе проксимального канальца -> реабсорбция воды в начальном отделе проксимального канальца -> концентрирование в просвете хлора -> диффузия хлора через стенку в конечных отделах проксимального канальца -» положи­тельная разность потенциалов со стороны просвета -> пассивная реабсорбция натрия. В конечном счете мы не рассматривали также реабсорбцию как натрия, так и хлора, осу­ществляемую механизмом переноса веществ вместе с растворителем, поскольку, как опи­сано в следующем разделе, реабсорбция воды тоже зависит от активной реабсорбции на­трия. (Для более подробного анализа механизма переноса веществ вместе с растворителем и реабсорбции натрия в проксимальном канальце см. статьи ЗсЬа&г с соавт. и ОДш&еш.)

г*

6Слово «существенно» означает, что величины осмолярности клубочков ого фильтрата и интерстициальной жидкости не равны. В интеретициальной жидкости почки находится

137

белок в значительной концентрации, и разница в 1—2 мосм/л, обусловленная присутстви­ем белка, влечет за собой реабсорбцию некоторого количества воды (см. ЗсЬа&г с соавт.).

 7В действительности этого может не произойти в существенных размерах, либо дейст­вие будет полностью нейтрализовано, поскольку интерстициальное пространство велико, и очень значительный объем крови, протекающей по перитубулярным капиллярам, оказы­вает стабилизирующее действие на его состав. Другой потенциальный фактор, влияющий на значительную разницу осмолярности жидкости в просвете канальца и осмолярности жидкости в интерстициальном пространстве, может зависеть от величины коэффициента отражения разных веществ, растворенных в канальцевой жидкости; обсуждение этого во­проса я не буду здесь приводить.

о

8У некоторых видов экспериментальных животных Ка,С1-котранспортер имеется не в клетках дистального извитого канальца, а в клетках следующего сегмента — связующего отдела. Данных, касающихся человека, пока нет.

9Рецепторы, функционирующие в собирательной трубке, относятся к типу У₂. Рецепто­ры V, локализованы на гладкой мускулатуре сосудов и они опосредуют сосудосуживаю­щий эффект АДГ.

10Такие каналы существуют и в более проксимальных отделах канальцев, но не регули­руются АДГ (см. Уегктап).

¹¹ АДГ осуществляет местное влияние с помощью механизма обратной отрицательной связи на собственный эффект. АДГ усиливает в мозговом веществе почки синтез и осво­бождение простагландинов, которые затем тормозят действие АДГ, вмешиваясь в сти­мулированный АДГ-синтез циклического АМФ. Соответственно нарушенный сцнтез про­стагландинов (усиленный или сниженный) может влиять на изменение канальцевой реак­ции на АДГ, что отмечается при некоторых заболеваниях почек или при лечении лекарст­вами, которые блокируют синтез простагландинов. На реакцию клеток на АДГ влияют не только простагландины. Например, кортикостероиды вмешиваются в ряд этапов эффекта АДГ; поэтому у больных с недостаточностью надпочечников имеется тенденция к гипер­реактивности к АДГ.

 

12Нисходящая часть петли Генле не является полностью непроницаемой для натрия и хлора. Поэтому некоторая часть этих ионов диффундирует в петлю одновременно с водой из петли. Для простоты изложения мы не будем вдаваться в детали этого процесса (см. ^ат^5оп, Сепп§ и Коу с соавъ).

Л О

¹³ Как описывалось ранее, натрий и хлор также активно реабсорбируются из собиратель­ных трубок. Этот процесс способствует уменьшению потери хлорида натрия с мочой, но он не является очень значимым компонентом противоточной системы; т. е. его вклад в ко­личество растворенных веществ, поступающих в интерстициальное пространство, невелик по сравнению с количеством веществ, реабсорбируемых в восходящей части петли Генле.

¹⁴ Как описано в главе 2, кровоток в мозговом веществе может в значительной степени подвергаться независимой регуляции. Вполне возможно, что главной функцией такой ре­гуляции является действие на процесс концентрирования мочи при участии противоточ­ной системы (см. статьи Спои с соавт. и РаПопе с соавт. в списке литературы к главе 2).