Мы начали обсуждение реабсорбций и секреции с утверждения, что в этих процессах участвуют те же основные механизмы транспорта веществ через плаз­матическую мембрану, что и в любых иных плазматических мембранах. Однако теперь надо обсудить дополнительную сложность, которая возникает вследствие того, что мы имеем дело с эпителиальным слоем, например почечным канальцем (или желудочно-кишечным эпителием, эпителием желчного пузыря и др.), а не с отдельной неэпителиальной клеткой (например, мышечная клетка или эритро­цит).

Посмотрите на рис. 4-1, и вы увидите, что есть два возможных пути для дви­жения реабсорбируемого вещества из просвета в интерстициальное пространство. Первый — движение между клетками, т. е. через плотное соединение двух сосед­них клеток. Этот путь получил название парацеллюлярный. Парацеллюлярная реабсорбция может осуществляться посредством диффузии или за счет переноса вещества вместе с растворителем.

При диффузии направление электрохимического градиента вещества совпада­ет с направлением реабсорбций и плотное соединение должно быть проницаемо для данного вещества. При переносе веществ вместе с растворителем поток воды движется через относительно проницаемое плотное соединение (см. ниже). В по­следующих главах я опишу, как у различных веществ возникают концентрацион­ ные градиенты при прохождении через различные участки канальца, а также, как обеспечивается поток воды. Здесь я дам лишь краткое описание разности элект­ рических потенциалов, которая существует между просветом канальца и интер- стициалъной жидкостью в различных сегментах канальца.

Во-первых, важно осознать, что здесь мы имеем дело с трансканальцевой (или трансэпителиальной) разностью потенциалов, а не просто с мембранным потен­циалом. Трансканальцевый потенциал — разность потенциалов между просветом канальца и интерстициальной жидкостью — это алгебраическая сумма индивиду­альных потенциалов люминальной мембраны и базолатеральной мембраны². Оба

Механизмы транспорта, участвующие в реабсорбции

85

эти мембранных потенциала обеспечивают отрицательно заряженную внутрен­нюю часть клетки, т. е. внутренняя поверхность клетки является отрицательно заряженной относительно как просвета канальца, так и интерстициальной жид­кости. Величина же этих двух отрицательных потенциалов плазматических мем­бран клетки может отличаться, и это определяет трансканальцевый потенциал как алгебраическую сумму двух упомянутых потенциалов. В проксимальном ка­нальце трансканальцевый потенциал очень мал (объяснение этому будет дано ни­же, когда в этой главе пойдет речь о «проницаемом» эпителии), всего несколько мВ, просвет несет отрицательные электрические заряды относительно интерсти­циальной жидкости в начальных участках канальца, а в средних и конечных участках проксимального канйльца просвет имеет положительное значение потен­циала величиной несколько мВ. Поскольку потенциал очень невелик и меняется по длине канальца, мы будем считать трансканальцевую разность потенциалов равной нулю. Это позволит нам сосредоточить основное внимание на концентра­ ционных градиентах через стенку канальца этого сегмента при рассмотрении во­проса о парацеллюлярной диффузии ионов. В толстой восходящей части петли Генле трансканальцевый потенциал со стороны просвета всегда характеризуется значительной положительной величиной, поэтому он является фактором, влия­ющим на парацеллюлярную реабсорбцию катионов — натрия, калия, кальция и пр. Трансканальцевый потенциал в большинстве более отдаленных сегментов не-фрона имеет значительную электроотрицательность, и этот фактор приобретает значение для парацеллюлярной реабсорбции анионов, из которых самым важным является хлор.

86

Основные механизмы канальцееой реабсорбции и секреции

Второй путь реабсорбции — трансцеллюлярный («через* клетку), В этом чае реабсорбируемое вещество должно преодолеть две плазматические мембраны на своем пути из просвета канальца к интерстициальной жидкости — люминаль-ную (или апикальную) мембрану, отделяющую жидкость в просвете канальца от цитоплазмы клеток, и базолатеральную (или контрлюминальную) мембрану, от­деляющую цитоплазму от интерстициальной жидкости. (Вещество должно, ко­нечно, также пересечь цитозоль клетки между двумя мембранами.)

Вещества с хорошей растворимостью в липидах могут преодолевать обе мем­браны (и цитозоль) путем диффузии; при этом происходит чистая пассивная ре-абсорбция одновременно с парацеллюлярным вариантом транспорта вещества, когда для данного вещества имеет место благоприятствующий его движению трансканальцевый электрохимический градиент. Трансцеллюлярный перенос веществ со слабой растворимостью в липидах, напротив, процесс активный. Принципиальным здесь является следующее положение: активная чистая транс-целлюлярная реабсорбция вещества подразумевает, (1) что люминальные и базо-латеральные мембраны асимметричны для данного вещества, т. е. содержат раз­личные каналы и/или переносчики, (2) что для перемещения вещества из просве­та канальца в клетку или из клетки в интерстициальную жидкость необходима энергия.

Возьмем в качестве примера реабсорбцию натрия в основных клетках собира­тельных трубок коркового вещества. Первый вопрос заключается в следующем: имеет ли место значительная по величине реабсорбция натрия в данном сегменте канальца? Правильный ответ — нет. Более того, реабсорбция натрия носит ак­тивный, трансцеллюлярный характер, как показано на рис. 4-2. Наблюдается чистая диффузия натрия в соответствии с электрохимическим градиентом (см. ниже) из просвета канальца через люминальную мембрану в цитоплазму по на­триевым каналам. Затем натрий активно транспортируется против электрохими­ческого градиента через базолатеральную мембрану в интерстициальную жид­кость. Этот последний этап является первично активным процессом с участием Nа,К-АТФаз, обнаруженных только в базолатеральной мембране. Таким образом, чистая однонаправленная реабсорбция натрия в данном сегменте канальца проис­ходит, поскольку (1) имеет место асимметрия люминальной и базолатеральной мембран — натриевые каналы находятся в первой из них и Nа,К-АТФаза (насо­сы) в последней, и (2) энергия для пересечения базолатеральной мембраны обес­печивается за счет расщепления АТФ с помощью Nа,К-АТФазы.

Данное описание ничего не говорит о том, что процессы в люминальной мем­бране зависят от того, что происходит в базолатеральной мембране. Это становит­ся очевидным, если мы усвоим, что истинная диффузия натрия через люминаль­ную мембрану зависит от наличия благоприятного электрохимического градиен­та — цитоплазматическая концентрация [Nа] меньше люминальной [Nа], и/или разница электрических потенциалов ориентирована таким образом, что внутрен­няя поверхность клетки заряжена отрицательно по отношению к просвету ка­нальца. Принципиальным моментом является то, что насос в базолатеральной мембране (Nа,К-АТФаза) создает этот электрохимический градиент через люми­нальную мембрану, поддерживая цитоплазматическую концентрацию [Nа] на низком уровне, а внутреннюю поверхность клетки сохраняет заряженной отрица­тельно, т. е. также, как это осуществляют находящиеся в плазматических мембра­нах Nа,К-АТФазные насосы.

Приведенный пример показывает, как важно отличать трансканальце&ый по­ тенциал, который является движущей силой парацеллюлярной диффузии через эпителий, от разности потенциалов через отдельные мембраны — люминальные и базолатеральные, которые оказывают влияние на движение ионов через эти мем­браны. Трансканальцевый потенциал в собирательной трубке коркового вещества почки характеризуется отрииртелтым значением просвета по отношению к ин-терстициальной жидкости, а потенциал люминальной мембраны является положи­ тельным со стороны просвета канальца по отношению к внутренней поверхности клетки.

Давайте рассмотрим другой пример — реабсорбцию глюкозы (рис. 4-3) в про­ксимальном канальце. Глюкоза движется против градиента из просвета канальца

88

Основные механизмы I

I реабсорбции и секреции

через люминальную мембрану в цитоплазму посредством системы котранспорта с натрием. Это движение глюкозы опосредовано участием переносчика и являет­ся вторично активным транспортом, поскольку энергия, необходимая для осу­ществления движения глюкозы через люминальную мембрану, вырабатывается за счет движения натрия по его электрохимическому градиенту, т. е. посредством котранспорта. Данный механизм котранспорта столь мощный, что позволяет полностью всасывать всю глюкозу из просвета канальца. После проникновений в клетку глюкоза должна преодолеть базолатеральную мембрану, что происходит посредством независимой от участия натрия облегченной диффузии, это движе­ние по градиенту поддерживается за счет высокой концентрации глюкозы, накап­ливающейся в клетке вследствие активности люминального процесса котран-

Механизмы транспорта, участвующие в рёабсорбции

89

спорта. Итак, чтобы обеспечить активную трансцеллюлярную реабсорбцикю,  функционирует система:. (1) с наличием 2 мембран, которые асимметричны по от­ношению к присутствию переносчиков глюкозы; (2) энергия выделяется только при преодолении одной мембраны, в данном случае люминальной.

Решающий фактор, который легко упустить из виду, состоит в том, что весь процесс рёабсорбции глюкозы зависит в конечном счете от первично активного транспорта натрия Nа,К-АТФазой в базолатеральной мембране. Ранее говори­лось, что именно этот насос создает электрохимический градиент, необходимый для транспорта по градиенту натрия через люминальную мембрану, а его движе­ние по градиенту обеспечивает поступление энергии для одновременного движе­ния глюкозы против концентрационного градиента. Теперь, я надеюсь, ясно, по­чему реабсорбция глюкозы названа вторично активным транспортом: сама по се­бе она «направлена против градиента» («активная»), но вторична, поскольку зависит от первично активного транспорта натрия через базолатеральную мем­брану. Вместо глюкозы мы можем в качестве примера взять аминокислоты, неор­ганический фосфат, сульфат или целую группу органических питательных ве­ществ, поскольку они подвергаются вторично активной рёабсорбции при котран-спорте с натрием через люминальную мембрану тем же способом (см. главу 5).

Необходимо сделать еще одно замечание, касающееся терминологии. Транс-целлюлярный транспорт определяется термином активный, для краткости, хотя пересечение по меньшей мере одной из двух мембран осуществляется посредст­вом первично или вторично активного процесса, т. е. имеет место перенос веще­ства против его электрохимического градиента, который происходит между про­светом канальца и интерстициальной жидкостью. Все вышесказанное дает нам право говорить, что глюкоза подвергается активной рёабсорбции.