I натрия , хлора и воды

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-

120

Основные почечные процессы,

натрия, хлора и воды

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 коли­ чества растворенных веществ реабсорбируется до конца проксимального каналь-

122

Основные почечные процессы, к

натрия, хлора и воды

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

124