Бикарбонат полностью фильтруется в почечном тельце. Какое его количестве фильтруется в сутки?

количество профильтровавшегося НСО₃/сут

СКФ х

180 л/сут х 24 ммоль/л 4320 ммоль/сут.

Экскреция такого количества бикарбоната будет эквивалентна введению более чем 4 л 1 н раствора кислоты в организм! Это существенно потому, что у субъек­тов, получающих среднеамериканскую диету, практически весь профильтровав­шийся бикарбонат реабсорбйруется или в противном случае все жидкости орга­низма приобретут резко кислое значение рН. Таким образом, реабсорбция бикар­боната является важным сохраняющим гомеостаз процессом.

Реабсорбция бикарбоната является активным процессом, но она не соверша­ется в традиционной форме, просто за счет люминальной или базолатеральюй мембраны. Более того, механизм, посредством которого реабсорбйруется бикар­бонат, подразумевает канальцевую секрецию ионов водорода. Давайте сперва по­смотрим на основные процессы секреции ионов водорода и затем применим эту информацию к процессу реабсорбции бикарбоната.

Секреция ионов водорода происходит в основном в проксимальном канальце; толстой восходящей части петли Генле и в системе собирательной трубки. В про­тивоположной ситуации, связанной с натрием, водой и калием, клетки собира­тельной трубки, которые секретируют ион водорода, являются вставочными клет­ками А-типа, а не главными клетками.

Основной процесс, который происходит во всех сегментах канальца, один • тот же (хотя конкретные участвующие переносчики в некоторой степени отлича­ются) и отражен на рис. 9-1 А. Внутри клеток ион водорода и гидроксильный нш образуются из воды. Ион водорода активно секретируется в просвет канальца; в реакции, катализируемой карбоангидразой, гидроксильный ион, оставшийся внутри клетки, соединяется с СО₂ с образованием бикарбоната. Бикарбонат пере­двигается «по градиенту» через базолатеральную мембрану в интерстициальнуш

Экскреция бикарбоната

жидкость и затем в кровь перитубулярных капилляров. Конечный результат та­ков, что на каждый ион водорода, секретируемый в просвет канальца, в кровь пе­ритубулярных капилляров поступает ион бикарбоната.

Хотя путь, представленный на рис. 9-1 А, биохимически является наиболее вероятным, на последующих рисунках мы будем использовать более традицион­ный, изображенный на рис. 9-1 Б. На данной схеме секретируемый ион водорода образуется из Н₂СО₃, и роль карбоангидразы заключается в катализе образования Н₂СО₃ из Н₂О и СО₂. Мы выбрали эту схему, поскольку ее представить проще и она сохраняет привычную роль карбоангидразы, которая лучше знакома сту­денту.

Специальные переносчики необходимы для перемещения через мембрану как иона водорода, так и бикарбоната. Активный перенос иона водорода через люми-нальную мембрану из клетки в просвет канальца осуществляется тремя различ­ными переносчиками люминальной мембраны. (1) Первично активная Н-АТФа-

Два взгляда на канальцевую секрецию иона водорода. В обоих случаях (1) ион водорода обра­зуется в клетке и активно секретируется в просвете канальца; (2) ион бикарбоната образуется в клетке, покидает клетку Пассивно и переходит в интерстициальную жидкость и отсюда в кровь перитубулярных капилляров; (3) карбоангидраза катализирует основную реакцию. Для простоты на этом обобщенном рисунке (и нескольких последующих) показан только один из ти­пов переносчиков иона водорода — Н-АТФаза, а механизм пассивного переноса бикарбоната че­рез базолатеральную мембрану не обозначен (см. текст, рис. 6-1 и 9-2).

________________ Рис.9-1

192

за присутствует во всех секретирующих ион водорода сегментах канальца. (2) Кро--ме того, проксимальный каналец и толстая восходящая часть петли Генле обла­дают большим количеством Ка/Н переносчиков-антипортеров, как описано в гла­ве 6 (см. рис. 6-1); таким образом, большая часть секреции иона водорода этими сегментами является вторично активной и стимулируется реабсорбцией натрия. (3) Вставочные клетки А-типа системы собирательной трубки помимо их пер­вично активной Н-АТФазы обладают первично активными Н,К-АТФазами, ко­торые одновременно переносят ионы водорода в просвет канальца и калий в клет­ку, при этом оба процесса протекают активно (рис. 9-2)². Обратите внимание, что, как описано в главе 8, Н,К-АТФаза люминальной мембраны является меди­атором активной реабсорбции калия этими клетками.

Перемещение бикарбоната через базолатеральную мембрану показано на рис. 9-2³.

На рис. 9-3 показано, как процесс секреции иона водорода, представленный на рис. 9-1, осуществляет реабсорбцию бикарбоната. В просвете канальца секре-тируемый ион водорода соединяется с профильтровавшимся бикарбонатом для образования угольной кислоты. Последняя разлагается до воды и углекислоты, которая диффундирует в клетку (и может быть использована клеткой для друго­го цикла). Общий результат таков, что бикарбонат, фильтруемый из крови в по­чечное тельце, исчезает, но его место в крови занимается бикарбонатом, продуци­руемым внутри клетки, и поэтому не происходит результирующего изменения в концентрации бикарбоната плазмы. Может показаться неверным расценивать данный процесс как «реабсорбцию» бикарбоната, поскольку бикарбонат, который появляется в перитубулярных капиллярах, это не тот бикарбонат, который про­фильтровался. Хотя общий результат по эффекту тот же самый, который был бы. если бы профильтровавшийся бикарбонат реабсорбировался традиционным об­разом, как ион натрия или калия.

Также важно отметить, что ион водорода, который секретировался в просвет канальца, не экскретировался с мочой. Он включился в состав молекулы воды. Ключевым моментом здесь является то, что любой секретируемый ион водорода»

Модель секреции иона водорода вставочными клетками А-типа в системе собирательной труб­ки. Этот тип клетки обладает на своих люминальных мембранах как Н-АТФазами, так и НД-АТФазами. Движение бикарбоната по градиенту осуществляется посредством С1/НСО₃ антипар­тера (который идентичен группе 3 антипортера в эритроцитах). Обратите внимание, что эв клетка кроме секреции ионов водорода активно реабсорбирует калий, как указано в главе &

193

Общий механизм, посредством которого профильтровавшийся бикарбонат реабсорбируется. При изучении этого рисунка начните с двуокиси углерода и воды в клетках канальца. Не отра­жен на этом рисунке тот факт, что в проксимальном канальце, но не везде, расщепление Н₂СО₃ до СО₂ и Н₂О катализируется карбоангидразой, присутствующей в люминальной мембране.

который соединяется с бикарбонатом в просвете канальца для стимуляции реаб-сорбции бикарбоната, не вносит свой вклад в процесс экскреции ионов водорода с мочой.

Посредством секреции ионов водорода в проксимальном канальце реабсорби­руется примерно 80 % профильтровавшегося бикарбоната. В толстой восходящей части петли Генле реабсорбируются прочие 10—15 %, и почти весь оставшийся бикарбонат в норме реабсорбируется в дистальном извитом канальце и системе собирательной трубки.

На протяжении канальца, как показано на рис. 9-1, внутриклеточная кар­боангидраза участвует в реакциях образования ионов водорода и бикарбоната. В проксимальном канальце карбоангидраза также локализована на люминаль-ных мембранах клеток, и эта карбоангидраза катализирует разложение в просвете канальца очень больших количеств угольной кислоты, образующихся в данном канальцевом сегменте⁴.

Необходимо сделать еще одно важное замечание по поводу бикарбоната в про­ксимальном канальце: здесь существует великолепное клубочковонканальцевое равновесие, связанное с реабсорбцией бикарбоната, аналогичное тому, которое описано в главе 7 по отношению к натрию. Когда в организме имеет место увели­чение количества профильтровавшегося бикарбоната, обусловленное повышени­ем скорости клубочковой фильтрации или концентрации бикарбоната в плазме, то в проксимальном канальце автоматически реабсорбируется примерно 80 % (бикарбоната). Таким образом, должен существовать «встроенный» (в структуру проксимального канальца) механизм для увеличения секреции ионов водорода в проксимальном канальце при возрастании нагрузки профильтровавшимся бикар­бонатом⁵. Это не означает, что проксимальная секреция ионов водорода всегда

7 Зак.600

194

Регуляция почкой баланса ионов воде

соответствует нагрузке профильтровавшимся бикарбонатом; ниже будут описали различные импульсы, вмешательство которых нарушает данную взаимосвязь. Иэ-менение нагрузки профильтровавшимся бикарбонатом (при условии, что другие факторы остаются неизменными) оказывает небольшое влияние на экскрецию бикарбоната.

Секреция бикарбоната

Как уже описывалось ранее, вставочные клетки типа А системы собиратель­ной трубки реабсорбируют бикарбонат. В противоположность этому вставочные клетки типа В, которые обнаруживаются только в корковой собирательной труб­ке, секретируют бикарбонат⁶. По существу вставочные клетки типа В являются «Шррес1-агоипс1» вставочными клетками типа А (рис. 9-4): Н-АТФазный насос расположен на базолатералъной мембране, в то время как С1/НСОз-антипортер — на люминалъной мембране. Соответственно бикарбонат переносится «по градиен­ту» в просвет канальца, в то время как ион водорода активно извлекается из клет­ки и поступает в кровь, где он может связаться с бикарбонатным ионом. Таким образом, в результате общего процесса достигается удаление бикарбоната из плазмы крови, экскреция бикарбоната с мочой с результирующим подкислением плазмы и ощелачиванием мочи.

По нескольким причинам мы будем игнорировать в оставшейся части главы секрецию бикарбоната и займемся, для простоты изложения, только реабсорб-цией, везде используя этот термин для обозначения результирующей реабсорб-ции — результата реабсорбции и секреции бикарбоната. Во-первых, в целом длж канальца под результирующей обработкой бикарбоната подразумевается сущест­венная реабсорбция, но никогда не секреция. Во-вторых, экспериментальные дан­ные обычно не подходят для количественной оценки вклада двух однонаправлен­ных движений в наблюдаемые изменения результирующей реабсорбции. В-тре­тьих, у человека, в сравнении с большинством видов животных, в корковой собирательной трубке вставочных клеток типа В очень мало, и поэтому значение секреции бикарбоната может быть минимальным.

Модель секреции бикарбоната вставочными клетками типа В. Сравните этот рисунок с рис. и вы увидите, что клетки типа В в основном — это «ГОррео'-агоипо'» клетки типа А. (Возможна они также имеют предполагаемую Н.К-АТФазу на базолатеральной мембране.) Также обратите внимание, что С1/НСО₃-антипортер в люминальной мембране обеспечивает второй активмА этап (инициируемый движением бикарбоната по градиенту) активной реабсорбции хлора этим клетками, как описано в главе 6.

Рис.9-4

195

На этом мы заканчиваем наше рассмотрение процесса экскреции бикарбоната. Теперь мы обратимся ко второму пути, по которому почки могут регулировать содержание бикарбоната в плазме, а именно вкладу вновь образованного бикар­боната в его содержание в плазме.