Проксимальный извитой каналец

В проксимальных извитых канальцах обратному всасыванию подвергается 65-75 % воды и натрия, которые содержатся в протекающем по ним фильт­рате. Отметим, что реабсорбируется изотоничес­кая жидкость, т. е. содержащая пропорциональное

Рис. 31-1.Схема строения нефрона. (Из: Ganong W. F. Review of Medical Physiology, 14th ed. Appleton & Lange, 1989; с разрешения.)

количество воды и натрия (рис. 31-2). В процессе реабсорбции большинство веществ проникают вначале через люминальную (т. е. обращенную в просвет канальца) поверхность клеточной мемб­раны, затем через базолатеральную поверхность перемещаются в почечный интерстиций и уже от­туда поступают в околоканальцевый капилляр. Главная функция проксималъного канальца состо­ит в реабсорбции натрия. При участии мембрано-связанной НаУЮ-зависимой АТФ-азы натрий ак­тивно перемещается из клеток проксимального канальца в почечный интерстиций к околоканаль-

цевым капиллярам (рис. 31-3). Внутриклеточная концентрация натрия снижается, и он начинает пассивно поступать по градиенту концентрации из канальцевой жидкости в эпителиальные клетки. В наиболее проксимальном отделе извитого ка­нальца реабсорбция натрия усиливается под воз­действием ангиотензина II и норадреналина. До-фамин, напротив, уменьшает реабсорбцию натрия в проксимальных отделах.

Реабсорбция Na⁺ сопряжена с реабсорбцией других растворенных веществ и секрецией H⁺ (рис. 31-3). Специфический белок-переносчик

ТАБЛИЦА 31 -1. Функциональное подразделение нефрона^

Отдел нефрона	Функция
Клубочек	Фильтрация крови
Проксимальный извитой каналец	Реабсорбция Натрия2 хлорид Вода Бикарбонат Глюкоза, белок, аминокислоты Калий, магний, кальций Фосфаты3, мочевая кислота, мочевина
	Секреция Органические анионы Органические катионы Образование аммиака
Петля Генле	Реабсорбция
	Натрий, хлориды Вода Калий, кальций, магний Противоточное умножение
Дистальный извитой каналец	Реабсорбция Натрия4 хлорид Вода Калий Кальций5 Бикарбонат
	Секреция
	Ион водорода4 Калий4 Кальций
Собирательная трубочка	Реабсорбция Натрия4'7 хлорид Вода6'7 Калий4 Бикарбонат
	Секреция
	Калий Ион водорода4 Образование аммиака
Юкстагломеруляр-ный аппарат	Секреция ренина

¹ С изменениями. Из: Rose В. D. Clinical Physiology of Acide Base and Electrolite Disordsers, 3rd ed. McGraw-Hill,1989.

² Частично увеличивается под действием ангиотензина II.

³ Угнетается паратиреоидным гормоном.

⁴ Частично опосредовано альдостероном.

⁵ Усиливается паратиреоидным гормоном.

⁶ Опосредовано антидиуретическим гормоном.

⁷ Угнетается предсердным натрийуретическим пептидом.

при посредстве низкой внутриклеточной концент­рации Na^ осуществляет транспорт фосфатов, глюкозы и аминокислот. В результате активности №⁺/К⁺-зависимой АТФ-азы (обменивающей 3 Na^ на-2 K⁺) уменьшается внутриклеточный положи­тельный заряд, что облегчает реабсорбцию других катионов (K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺). Именно так Ка⁺/К⁺-за-висимая АТФ-аза, расположенная на базолате-ральной поверхности эпителиальной клетки ка­нальца, играет роль источника энергии для реабсорбции большинства растворенных в фильт­рате веществ. Реабсорбция Na⁺ на люминальной поверхности клеточной мембраны сопряжена с секрецией H⁺. За счет работы этого механизма реабсорбируется до 90 % фильтруемых в клубоч­ках ионов бикарбоната (рис. 30-2). В отличие от других растворенных веществ, хлориды способны проходить через узкие щели между эпителиаль­ными клетками канальцев. Поэтому их реабсорб-ция осуществляется пассивно по градиенту концентрации. Кроме того, за счет функциониро­вания КуСГ-транспортера, который перемещает оба иона на капиллярную поверхность клеточной мембраны (рис. 31-3), происходит и активный ме­ханизм реабсорбции хлоридов.

В проксимальных канальцах секретируются органические катионы и анионы. Ряд органических веществ-катионов (креатинин, циметидин и хини-дин), конкурируя за один и тот же насосный меха­низм переноса, способны препятствовать экскре­ции друг друга. Доказано, что общие механизмы секреции имеют такие органические анионы, как ураты, кетоновые кислоты, пенициллины, цефа-лоспорины, диуретики, салицилаты и большая часть рентгеноконтрастных препаратов. Оба насо­са, вероятно, играют основную роль в элиминации различных циркулирующих токсинов. Фильтруе­мые низкомолекулярные белки в норме реабсорби-руются клетками проксимальных канальцев и под­вергаются в них метаболической деградации.

Петля Генле

Петля Генле состоит из нисходящей и восходящей частей. Тонкий сегмент нисходящей части является продолжением проксимального канальца и опус­кается из коркового вещества почки в мозговое. В мозговом веществе тонкий сегмент загибается, делая U-образный разворот, и поднимается в кор­ковое вещество уже как восходящая часть петли Генле. В восходящей части выделяют различаю­щиеся в функциональном отношении тонкий сег­мент, толстый медуллярный сегмент и толстый кортикальный сегмент (рис. 31-1). У нефронов, клубочки которых расположенные вблизи мозго-

Рис. 31-2.Реабсорбция натрия в нефроне. Указанное количество реабсорбированного натрия в каждом отделе нефро-на соответствует проценту от профильтровавшейся натриевой нагрузки. (Из: Cogan M. G. Fluid and Electrolytes: Physiology and Pathophysiology, 14th ed. Appleton & Lange, 1991; с разрешения.)

вого вещества (юкстамедуллярные нефроны), пет­ля Генле более длинная, чем у нефронов, клубочки которых лежат ближе к наружной поверхности почки (корковые нефроны). У корковых нефронов с короткой петлей отсутствует тонкий сегмент вос­ходящей части. Корковых нефронов в 7 раз боль­ше, чем юкстамедуллярных. Петля Генле поддер­живает гипертоничность интерстициальной жидкости мозгового вещества, а также опосредо­ванно обеспечивает процесс концентрирования мочи в собирательных трубочках.

В норме до 25-35 % фильтрата, образующегося в капсуле Боумена, достигает петли Генле. В ней реабсорбируется 15-20% фильтруемого натрия. За исключением толстого сегмента восходящей ча­сти, реабсорбция растворенных веществ и воды в петле Генле происходит пассивно — по градиенту концентрации и осмотическому градиенту соот­ветственно. В толстом сегменте восходящей части Na" и СГ реабсорбируются в большей степени, чем вода; более того, в этой части нефрона реабсорбция Na" непосредственно сопряжена с реабсорбцией K⁺ и СГ (рис. 31-4), и концентрация СГ в канальцевой жидкости является фактором, ограничивающим

скорость реабсорбции. Активная реабсорбция Na⁺ осуществляется Ка"УК⁺-зависимой АТФ-азой ка­пиллярной поверхности эпителиальных клеток.

В отличие от нисходящей части и тонкого сег­мента восходящей части петли Генле, толстый сег­мент восходящей части непроницаем для воды. Поэтому оттекающая из петли Генле канальцевая жидкость гипотонична (100-200 мОсм/л), а окру­жающая петлю Генле интерстициальная жидкость гипертонична. Механизм противоточного умноже­ния работает таким образом, что гипертонич-ностъ каналъцевой жидкости и окружающего uh-терстиция значительно нарастает по мере углубления в мозговое вещество почки (рис. 31-5). Концентрация мочевины в мозговом веществе ста­новится высокой, что существенно влияет на его гипертоничность. Структуры механизма противо­точного умножения включают петлю Генле, корти­кальные и медуллярные собирательные трубочки и сопровождающие их капилляры (vasa recta),

Толстый сегмент восходящей части петли Ген­ле играет важную роль в реабсорбции Ca²⁺ и Mg²⁺. В этом участке нефрона паратиреоидный гормон может увеличивать реабсорбцию кальция.

Дистальный извитой каналец

В дистальный извитой каналец поступает гипото-ничная жидкость из петли Генле. Как правило, со­став и объем канальцевой жидкости в этом отделе нефрона изменяется значительно. В отличие от бо­лее проксимальных отделов нефрона, клетки эпи­телия дистальных канальцев плотно прилежат друг к другу, что делает их относительно непрони­цаемыми для воды и натрия, за счет чего поддер­живаются градиенты концентраций, сформиро­ванные петлей Генле. В дистальных канальцах реабсорбируется 5 % фильтруемого в клубочках натрия. Реабсорбция натрия обеспечивается за счет функционирования КауК⁺-зависимой АТФ-азы на обращенной к капилляру поверхности кле­ток, а на люминальной мембране осуществляется Na^/СГ-переносчиком. Реабсорбция натрия в дис­тальном канальце прямо пропорциональна его поступлению. Дистальные канальцы — основное место реабсорбции кальция; этот процесс регули­руется паратиреоидным гормоном и витамином D.

Наиболее дистальный отдел канальца называ­ют соединяющим сегментом.В этом участке, как и в более проксимальных, происходит опосредо­ванная гормонами реабсорбция кальция, но в от­личие от них здесь имеет место еще и регулируе­мая альдостероном реабсорбция натрия.

Собирательная трубочка

В собирательной трубочке реабсорбируется 5-7 % фильтруемого в клубочках натрия, в ней выделяют кортикальную и медуллярную части.

А. Кортикальная часть собирательной трубоч­ки.Этот сегмент нефрона состоит из двух типов клеток: 1) главных клеток, секретирующих калий и участвующих в опосредованной альдостероном реабсорбции натрия; 2) вставочных клеток, ответ­ственных за регуляцию кислотно-основного рав­новесия. Главные клетки реабсорбируют натрий с помощью электрогенной помпы, поэтому для поддержания электронейтральности должна про­исходить либо реабсорбция СГ, либо секреция K⁺.

Рис. 31-3.Реабсорбция фосфатов, глюкозы, аминокис­лот и электролитов в проксимальном извитом канальце. Отметим, что №⁺/К^т-зависимая АТФ-аза, поддерживая низкую концентрацию натрия внутри клеток канальце-вого эпителия, обеспечивает энергетические потребнос­ти для реабсорбции катионов

Рис. 31-4.Реабсорбция натрия и хлора в толстом сегмен­те восходящей части петли Генле. Белок-переносчик (расположенный на люминальной поверхности клетки петли Генле) функционирует, только если заняты все че­тыре места связывания. Концентрация хлора в канальце­вой жидкости является фактором, ограничивающем ско­рость реабсорбции

Рис. 31-5.Механизм противоточного умножения, обу слов лен ный различиями в проницаемости и трансмембранном транспорте, которые существуют между нисходящей и восходящей частями петли Генле. Нисходящая часть и тонкий сегмент восходящей части петли Генле проницаемы для воды, Na⁺, Cl и мочевины. Толстый сегмент восходящей части петли Генле непроницаем для воды и мочевины, в нем активно реабсорбируется Na⁺ и Cl . Эти факторы приводят к возникновению осмотического градиента. На рисунке представлен осмотический градиент между нисходящей и вос­ходящей частями петли Генле, постепенно увеличивающийся от О до 200 мОсм/кг. Заметим, что в петле Генле по ходу тока канальцевой жидкости градиент не изменяется, в то время как осмоляльность увеличивается по мере приближе­ния к точке перегиба. (По: Pitts R. F. Physiology of the Kidney and Body Fluids, 3rd ed. Year Book, 1974.)

Увеличение концентрации внутриклеточного ка­лия способствует его секреции. В данном отделе нефрона альдостерон повышает активность NaV К⁺-зависимой АТФ-азы, увеличивая количество открытых K⁺- и Na^-каналов в люминальной мемб­ране. Альдостерон также повышает активность ГГ-секретирующей АТФ-азы на люминальной поверхности вставочных клеток (рис. 31-6). Кроме того, во вставочных клетках люминальная Ю/Н⁺-зависимая АТФ-аза реабсорбирует K⁺ и секрети-рует ГГ. Некоторые вставочные клетки способны секретировать бикарбонат при большой щелочной нагрузке.

Б. Медуллярная часть собирательной трубоч­ки— основная мишень антидиуретического гор­мона (АДГ, синоним — аргинин-вазопрессин). АД Г активирует аденилатциклазу через У₂-рецеп-торы (активация V₁-рецепторов повышает сосуди­стое сопротивление за счет усиления метаболизма фосфатидилинозитола). Проницаемость люми­нальной мембраны для воды полностью зависит от присутствия АДГ (гл. 28). Дегидратация при­водит к повышению секреции АДГ, в результате

действия которого люминальная мембрана стано­вится проницаемой для воды. По осмотическому градиенту вода удаляется из канальцевой жидко­сти, и образуется концентрированная моча (до 1400 мОсм/л). Напротив, адекватная гидратация подавляет секрецию АДГ; в этом случае осмоляль­ность канальцевой жидкости в медуллярной час­ти собирательных трубочек не изменяется, и она остается гипотоничной (100-200 мОсм/л). В стен­ке медуллярной части собирательных трубочек содержатся основные и вставочные клетки, при­чем последние преобладают. Кроме того, эта часть нефрона отвечает за подкисление мочи; образую­щиеся в этих клетках ионы водорода выделяются в виде титруемых кислот (фосфаты) и ионов ам­мония (гл. 30). Предсердный натрийуретический пептид способен снижать реабсорбцию Na" в со­бирательных трубочках.

В. Роль собирательных трубочек в поддержа­нии гипертоничности мозгового вещества.Корти­кальная часть собирательных трубочек полностью проницаема для мочевины, тогда как медуллярная часть в норме для нее непроницаема. Этим разли-

Рис. 31-6.Кортикальная часть собирательной трубочки: секреция ионов водорода, реабсорбция бикарбоната и калия

чием в проницаемости практически наполовину обусловлена гипертоничность интерстициальной жидкости мозгового вещества. В присутствии АДГ значительно увеличивается проницаемость для мочевины наиболее дистальных отделов медул­лярной части собирательных трубочек. Таким об­разом, при секреции АДГ вода покидает собира­тельные трубочки, и моча становится более концентрированной. Затем мочевина диффунди­рует в интерстициальную жидкость мозгового ве­щества, увеличивая ее осмоляльность.

Юкстагломерулярный аппарат

Этот небольшой орган, имеющийся в каждом неф-роне, состоит из специализированного сегмента приносящей артериолы, в стенке которой содер­жатся юкстагломерулярные клетки, и конечной части толстого сегмента восходящей части петли Генле — плотного пятна (macula densa\ рис. 31-7). Юкстагломерулярные клетки содержат фермент ренин и иннервируются симпатическими нервны­ми волокнами. Факторы, влияющие на высвобож­дение ренина: 1) стимуляция fii-адренорецепто-ров; 2) давление в приносящей артериоле (гл. 28); и 3) концентрация ионов хлора в жидкости,

Рис. 31-7.Юкстагломерулярный аппарат. (С изменени­ями. Из: Ganong W. F. Review of Medical Physiology, 14th ed. Appleton & Lange, 1989.)

протекающей через плотное пятно. Высвобождае­мый в кровоток ренин воздействует на продуци­руемый печенью белок — ангиотензиноген, в результате чего образуется ангиотензин I. Под воздействием ангиотензинпревращающего фермента (АПФ) физиологически инертный декапептид ангиотензин I быстро превращается в октапептид ангиотензин II. Процесс идет глав­ным образом в сосудах легких. Ангиотензин II играет важную роль в регуляции АД (гл. 19) и секреции альдостерона (гл. 28). В клетках прокси-мальных канальцев содержатся АПФ, а также ре­цепторы ангиотензина IL Кроме того, внутрипо-чечное образование ангиотензина II увеличивает реабсорбцию натрия в проксимальных канальцах. Вне почек ренин и ангиотензин II вырабатывают­ся в эндотелии сосудов, в надпочечниках и в тка­ни головного мозга.

Почечное кровообращение

Функция почек находится в тесной зависимости от кровотока в них. Почки — это единственный орган, в котором потребление кислорода зависит от кро­вотока; в других органах такой зависимости нет. На почечный кровоток (в обеих почках) приходит­ся 20-25 % сердечного выброса. Кровь в почку по­ступает по почечной артерии, отходящей от аорты. В воротах почки почечная артерия разветвляется на междолевые артерии, от которых на границе коркового и мозгового вещества отходят дуговые

Рис. 31-8.Артерии почки. (С разрешения. Из: Leaf A., Cotran R. S. RenalPatophysiology. Oxford Univ. Press, 1976.)

артерии (рис. 31-8). Дуговые артерии делятся на междольковые артерии, которые отдают к каждому клубочку по одной приносящей артериоле. От каж­дого клубочка отходит единственная выносящая артериола, по которой осуществляется отток кро­ви. В свою очередь выносящие артериолы распада­ются на капилляры, оплетающие почечные каналь­цы. В отличие от капилляров клубочков, где происходит фильтрация, в околоканальцевых ка­пиллярах осуществляется реабсорбция. Венулы, собирающие кровь из околоканальцевого капил­лярного сплетения, через почечную вену возвраща­ют кровь в нижнюю полую вену.