В ходе канальцевой секреции вещества транспортируются через канальцевый эпителий в просвет (канальца), т. е. в направлении, противоположном процессу канальцевой реабсорбции, и тем самым создают второй путь поступления ве­ществ в просвет канальца (первым путем мы называем клубочковую фильтра­цию). Термин «канальцевая секреция» показывает только направление транспор­та; специфические механизмы мембранного транспорта, посредством которых осуществляется канальцевая секреция, остаются теми же, что описаны в первом разделе этой главы.

Секреторный процесс для любого данного вещества начинается с его диффу­зии из перитубулярных капилляров в интерстициальную жидкость, откуда веще­ство движется в просвет канальца, пересекая или плотное соединение — парацел-

Двунаправленный транспорт

93

люлярный путь — или, в ином варианте, базолатеральную или люминальную мембрану клетки — трансцеллюлярный путь.

Пассивная секреция — парацеллюлярная или трансцеллюлярная — может осуществляться посредством диффузии при наличии благоприятного электрохи­мического градиента для веществ между интерстициальной жидкостью и просве­том канальца, если плазматические мембраны и/или плотные соединения прони­цаемы для этих веществ.

При активной секреции, которая всегда является трансцеллюлярной, условия те же, что и при активной реабсорбции, только направление движения обратное: (1) различия транспортных характеристик двух мембран и (2) поступление энер­гии в одной из них. В большинстве случаев (см. рис. 4-4) секретируемое вещест­во активно переносится через базолатеральную мембрану посредством первично или вторично активного процесса, возникающая в результате высокая концентра­ция вещества внутри клетки является причиной его движения по градиенту через люминальную мембрану или по каналам посредством облегченной диффузии. В других случаях активный этап осуществляется в люминальной мембране, а движение по градиенту — через базолатеральную мембрану.

Поскольку первым этапом канальцевой секреции вещества является его диф­фузия из перитубулярных капилляров в интерстициальную' жидкость, можно предпрложить< что вещества, прочно связанные с белками плазмы, не могут уча­ствовать в канальцевой секреции. Однако это не обязательно. Всегда есть некото­рое количество свободных молекул вещества, которые находятся в равновесии с теми молекулами, что связаны с белками, но поскольку свободные молекулы диффундируют из капилляров, то связанные отрываются от белков плазмы, что­бы занять их место. Этот процесс происходит достаточно быстро, так что в тех случаях, когда активная секреторная система взаимодействует с веществами, свя­занными с белками, почти все количество вещества, первоначально связанное с белком, может подвергаться секреции, часто в процессе однократного прохожде­ния крови через почки.

К наиболее важным секреторным процессам относится секреция ионов калия и водорода. Об этих процессах речь пойдет соответственно в 8 и 9 главах. (Для лучшего усвоения материала вернитесь к рис. 4-2 и включите калиевый канал в люминальную мембрану так, чтобы часть калия, пересекающего базолатеральную мембрану с помощью Ма,К-АТФазы, смогла диффундировать через люминаль­ную мембрану; устранив преграду, данная клетка теперь не только активно реаб-сорбирует натрий, но и активно секретирует калий.)

В проксимальном канальце существует также несколько активных секретор­ных систем для органических анионов и катионов (глава, 5).

Двунаправленный транспорт

В предыдущих разделах прилагательное результирующий или использовалось при описании канальцевой реабсорбции и секреции, или подразумевалось, даже если оно отсутствовало в тексте. Дело в том, что ситуации, при которых какое-ни­будь транспортируемое вещество переносится лишь в одном направлении из ка­нальца и полностью отсутствует его движение в противоположном направлении, очень редки, если вообще бывают.

94

Основные I

[реабсорбции и секреции

Одно важное соображение в пользу существшавввж двунаправленного транс­порта станет очевидным, если мы снова обратимся к рассмотрению рис. 4-4. Об­ратите внимание, что в целом при активном секретавишм процессе достигается более высокая концентрация ПАГ в просвете, чем в вжгерстмпиалъной жидкости. Эта разница, конечно, благоприятствует резуль I ици ••• ыу движению ПАГ в на­правлении реабсорбции посредством парацеллюляриов диффузии, так что если плотные соединения в какой-то степени проницаемы дли ПАГ, то такой транс­порт возможен. Аналогичным образом процессы •• 1инмм реабсорбции стремят­ся установить более низкую концентрацию (вещества) в просвете канальца по сравнению с интерстициальной жидкостью; эта раядц» концентраций благопри­ятствует пассивной парацеллюлярной секреции⁴.

Таким образом, мы имеем дело с так называемыми системами -«насос-утеч­ка»-, в которых активная транспортная система («насос») создает диффузионный градиент, снижающийся благодаря возможности обратное диффузии. Поскольку данная обратная диффузия существует изолированна как непрямое следствие де-

ятельности насоса, и поскольку результирующий поток жидкости будет вследст­вие этого направлен в сторону деятельности насоса, мы не станем учитывать об­ратную диффузию, именуя ее реабсорбцией или сежренкеи. Иными словами, по­ступление ПАГ обусловлено секрецией, и мы не будем касаться пассивного обратного потока, способствующего реабсорбции ПАГ (см. рис. 4-4). Глядя на рис. 4-2, мы можем просто сказать, что натрий реабсорбвруется, и не будем ис­пользовать термин секреция, именуя им любой пассивный обратный поток на­трия в просвет канальца.

Утечка веществ через стенку эпителиев является, тем не менее, чрезвычайно важным факторой при создании максимальных концентрационных градиентов, которые могут установиться через эпителиальный слой. Обратимся снова к рис. 4-2, чтобы констатировать, что чем более проницаем эпителий для натрия, тем сложнее будет активному механизму реабсорбции снизить люминальную концентрацию натрия ниже ее величины в интерстициальной жидкости. Анало­гично, активный секреторный механизм в меньшей степени способен повысить люминальную концентрацию транспортируемого вещества до уровня, превышаю­щего его концентрацию в интерстициальной жидкости, когда проницаемость эпи­телиального слоя, а потому и утечка данного вещества очень высоки.

Для большинства неорганических ионов и многих органических молекул ос­новным путем для утечки в этих системах является парацеллюлярный путь. На основе относительных значений проницаемости плотных соединений, что нахо­дит выражение в величине их электрического сопротивления, различные типы эпителия классифицируются как проницаемые или плотные. Проницаемый эпи­телий характерен для проксимальных канальцев (так же, как и для тонкой кишки и желчного пузыря). Плотный эпителий образует выстилку в дистальных изви­тых канальцах и собирательных трубках.

Повторим, проницаемый эпителий не способен создать значительный ионный концентрационный градиент между просветом и интерстициальной жидкостью. Кроме того, только относительно низкие значения разности электрических потен­циалов существуют между просветом канальца и межклеточной жидкостью (по­скольку пассивная проницаемость обусловливает «короткое замыкание» разно­сти потенциалов), для таких эпителиев характерна высокая проницаемость воды. Плотный эпителий, напротив, может создать очень высокую разность концентра-

Двунаправленный транспорт

95

Пример активно секретируемого вещества — органический анион р-аминогиппурат (ПАГ)- Про­цесс происходит в проксимальном канальце. Начальный этап представлен на рисунке справа. ПАГ который дифсрундировал из перитубулярных капилляров, подвергается вторично активно­му транспорту в клетку через базолатеральную мембрану посредством котранспорта с другим органическим анионом, Х~ (обычно это а-кетоглютарат). Энергообеспечение данного этапа осу­ществляется за счет движения X" по градиенту из клетки в интерстициальную жидкость. Люми-нальный этап выхода ПАГ является движением по градиенту и одновременно котранспортом с одним из органических анионов (обозначен V"). Если мы попытаемся это обосновать, то увидим, что процесс в целом косвенно зависит от участия базолатеральных насосов Ма,К-АТФазы: (1) эти насосы обычно создают концентрационный градиент для натрия по обеим сторонам ба-золатеральной мембраны; (2) этот градиент обусловливает движение натрия в клетку при учас­тии котранспортера, который использует энергию этого процесса и одновременно способствует движению Х~ против градиента в клетку, т, е. Х~ подвергается вторично активному транспорту; (3) как описано выше, Х~, двигаясь обратно по градиенту через базолатеральную мембрану, снабжает энергией транспорт ПАГ активно в клетку. Таким образом, X". просто повторно перено­сится через базолатеральную мембрану. Должно быть ясно также, почему транспорт ПАГ явля­ется примером того, что называется «третично» активным транспортом. Секреция ПАГ типична для значительного числа органических анионов (см. в главе 5), хотя детали могут отличаться в зависимости от свойств конкретного вещества.

Рис.4-4

ций между просветом канальца и интерстициальным пространством, большую разность трансцеллкшпшых потенциалов и низкую водную проницаемость. Эти характеристики следует помнить при обсуждении в последующих главах транс­порта ионов и воды в проксимальных (проницаемых) и более дисталышх (обра­зованных малопроницаемыми эпителиями) сегментах канальца.

96

Основные механизмы

реабсорбциии секреции

Система «насос-утечка» не является единственное формой двунаправленного транспорта в пределах одного канальцевого сегмента. Другая форма — канальце-вый сегмент может иметь противоположно направленные пути переноса форм, обусловленные свойствами клеток определенного типа в данном сегменте. (На­пример, в собирательной трубке коркового вещества клетки одного типа реабсор-бирует бикарбонат, а клетки другого — секретируют его.) Напротив, клетки опре­деленного типа могут содержать обратимые переносчики для вещества. В обоих случаях канальцевый сегмент может вследствие этого демонстрировать результи­рующую секрецию или результирующую реабсорбцию, в зависимости от физио­логических обстоятельств.

В конечном счете для многих веществ определенный сегмент канальца всегда осуществляет только результирующую реабсорбцию или только результирующую секрецию, но другие канальцевые сегменты могут выполнять прямо противопо­ложную функцию. Например, вещество может секретироваться в проксимальном канальце, но реабсорбироваться в собирательной трубке, В таких случаях относи­тельные величины противоположных процессов в различных канальцевых сег­ментах оцениваются по векторному эффекту, т. е. в зависимости от того, является ли общий эффект канальца в целом реарбсорбцией или секрецией.