Регулювання просвіту капілярів

Сьогодні з’ясовано, що на Кф можуть впливати мезан-гіальні клітини, скорочення яких спричинює зменшення Кф, що значно зумовлено зменшенням фільтраційної поверхні. За допомогою скорочення капілярних петель у ділянках їхньої біфуркації відбувається перерозподіл кро-воплину між петлями. Розширюється і звужується просвіт капілярів завдяки скороченню мезангіальних клітин. Речовини, що впливають на мезангіальні клітини, наведені в табл. 38-3. Важливим фактором, що регулює скорочення мезангіальних клітин, є ангіотензин II. Ниркові клубочки містять рецептори до нього. Є також дані про те, що мезангіальні клітини синтезують ренін.

                                                                                                                                                                  

Гідростатичний і осмотичний тиск

Тиск у капілярах клубочків вищий, ніж в інших капілярах. Причина цього та, що аферентні артеріоли — це короткі, прямі гілки міжчасточкових артерій. Крім того, еферентні артеріоли мають порівняно великий опір. Гідростатичному тиску в капілярах протидіє гідростатичний

ФУНКЦІЯ НИРОК І СЕЧОВИПУСКАННЯ / 649

Таблиця 38-3. Фактори, що впливають на скорочення чи розслаблення мезангіальних клітин

Скорочення

Розслаблення

Ендотеліни Ангіотензин II Вазопресин Норадреналін

Фактор активування тромбоцитів Фактор росту попередників тромбоцитів Тромбоксан А2 ПГФ2

Лейкотрієни С4 і D4 Гістамін

ANP

Дофамін

пге2

цАМФ

тиск у капсулі Шумлянського-Боумена. На противагу йому діє також Градієнт осмотичного тиску через клубочкові капіляри (лкк — лк). Значення гск, як звичайно, нехтувано мале, отже, цей градієнт дорівнює онкотичному тиску білків плазми крові.

Значення цих тисків, одержані в дослідах на щурах, показані на рис. 38-6. Середній фільтраційний тиск (СФТ) на аферентному кінці клубочкового капіляра становить 15 мм рт. ст., однак ближче до еферентного кінця знижується до нуля, тобто в цій ділянці досягається фільтраційна рівновага. Це відбувається внаслідок того, що з плазми крові вилучається рідина, і під час проходження крові через клубочкові капіляри збільшується онкотичний тиск. Зміни Дя, обчислені для моделі “ідеального” клубочкового капіляра, відображені на рис. 38-6. Очевидно, що окремі ділянки клубочкових капілярів не беруть участі в утворенні клубочкового фільтрату; тобто транспортування речовин через мембрану клубочкових капілярів залежить більше від кровоплину, ніж від дифузії (див. Розділ ЗО). Також очевидним є те, що зменшення швидкості підіймання кривої Arc внаслідок посилення ниркового плину плазми посилює фільтрування, не змінюючи Arc, бо в цьому разі збільшується довжина капіляра, через який відбувається фільтрування.

Щодо досягнення фільтраційної рівноваги, то між різними біологічними видами простежуються значні відмінності, крім того, сама методика вимірювання Кф має певні недоліки. Наразі невідомо, чи у людини стан фільтраційної рівноваги є практично досяжним.

                                                                                                                                                                  

Зміни ШКФ

Величезна кількість чинників, наведених у попередніх розділах, безпосередньо впливають на швидкість клубочкового фільтрування (табл. 38-4). Зміни опору судин нирки внаслідок процесів авторегулювання спрямовані на стабілізування фільтраційного тиску, однак коли центральний артеріальний тиск нижче 90 мм рт. ст., то простежується різке зменшення швидкості клубочкового фільтрування. ШКФ підтримується на сталому рівні доти, доки скорочення в еферентних артеріолах переважають над скороченнями аферентних артеріол, однак треба пам’ятати, що скорочення і тих, і інших зменшує притік крові до каналь-ців.

                                                                                                                                                                  

Фільтраційна фракція

Співвідношення ШКФ до ниркового плину плазми (НПП), яке називають фільтраційною фракцією, в нормі становить 0,16-0,20. ШКФ піддається змінам значно менше, ніж НПП. Зі зниженням центрального артеріального тиску ШКФ знижується менше, ніж НПП внаслідок конструкції еферентних артеріол, і, отже, підвищується фільтраційна фракція.

                                                                                                                                                                  

ФУНКЦІЯ КАНАЛЬЦІВ Загальні положення

Кількість будь-якої речовини, що пройшла клубочкові фільтри, дорівнює добутку швидкості клубочкового фільтрування на концентрацію цієї речовини в плазмі крові (Кх Пх). Клітини канальців можуть додавати речовини до фільтрату (канальцева секреція), повністю чи частково видаляти певну речовину з фільтрату (канальцева реабсорбція) чи виконувати обидва процеси. Кількість речовини, що екскретується за одиницю часу (Сх х V), дорівнює сумі відфільтрованої і сумарної кількості речовини, перенесеної через стінки канальців (її значення може бути і від’ємним). Цю величину часто позначають Тх (рис. 38-7). Кліренс речовини дорівнює ШКФ, якщо в канальцях не відбувається ані секреції, ні реабсорбції; перевищує ШКФ, якщо простежується канальцева секреція; і менший від ШКФ, якщо в канальцях відбувається реабсорбція.

мм рт. ст.

Аферентний

кінець

Еферентний

кінець

р

1 кк

45

45

Рк

10

10

Лкк

20

35

Рсф

15

0

РСФ Ркк Рк Лкк

Безрозмірна відстань уздовж ідеалізованого капіляра клубочка

Рис. 38-6. Гідростатичний (Ркк) та осмотичний (лкк) тиск у клубочкових капілярах щурів. Рк — тиск у капсулі Шумлянського-Боумена; Рсф-середній фільтраційний тиск. Значення лк, звичайно, нехтувано мале. Отже, Ар = лкк. АР = Ркк— Рк (відтворено за дозволом з Mercer PF, Maddox DA, Brenner BM: Current concepts of sodium chloride and water transport by the mammalian nephron. J West Med 1974; 120:33).

Таблиця 38-4. Чинники, що впливають на швидкість клубочкового фільтрування

Зміни ниркового кровоплину

Зміни гідростатичного тиску в клубочкових капілярах: зміни системного артеріального тиску звуження аферентних чи еферентних артеріол Зміни гідростатичного тиску в капсулі Шумлянського-Боумена:

обструкція сечоводу

набряк нирки під щільною нирковою капсулою Зміни концентрації білків плазми крові: дегідратація, гіпопротеїнемія тощо (незначні фактори) Зміни фільтраційного коефіцієнта: зміни проникності клубочкових капілярів зміни ефективної фільтраційної поверхні

Більшу частину сучасних відомостей про клубочкове фільтрування і функцію канальців одержано завдяки методиці мікропункцій. Мікропіпетки вводять у канальці живої нирки і визначають хімічний склад аспірованої канальцевої рідини за допомогою мікрохімічних методик. Крім того, за допомогою цих піпеток можна промивати канальці in vivo. Альтернативно in vitro можна досліджувати доступні для вирощування і дослідження культури клітин канальців та ізольовані сегменти канальців.

                                                                                                                                                                  

Механізми канальцевої реабсорбції та секреції

Невеликі за розміром білки та деякі пептидні гормони легко реабсорбуються в проксимальних відділах канальців шляхом ендоцитозу. Інші речовини секретуються або реабсорбуються в канальцях шляхом пасивної міжклітинної дифузії та полегшеної дифузії в напрямі хімічних та електричних градієнтів чи активного транспортування проти цих градієнтів (див. Розділ 1). Рух відбувається за допомогою йонних каналів, обмінників, котранспортерів і помп. Багато з них було клоновано, проте їхній регуляторний вплив ще вивчають. Мутації окремих генів, що відповідають кожному з цих білків, зумовлюють специфічні синдроми, такі як хвороба Дента, синдром Барттера і синдром Ліддла, а також багато інших мутацій. Цікавим прикладом є білки поліцистин-1 (PKD-1) і поліцистин-2 (PKD-2). PKD-1, ймовірно, є рецептором до Са2+, що активує неспецифічний йонний канал, поєднаний з PKD-2. Функція цього йонного каналу ще невідома, однак обидва білки мають аномальну структуру в разі полікистозу нирок (захворювання, за якого ниркова паренхіма поступово заміщується множинними рідинними кистами аж до розвитку термінальної ниркової недостатності). Дуже важливо зазначити, що помпи та інші складові частини мембрани, яка контактує з просвітом, відрізняються від аналогічних складників базолатеральної мембрани. Саме ця особливість уможливлює рух через епітелій розчинених речовин.

Подібно до будь-яких транспортних систем в організмі активні транспортні системи нирок мають транспортний максимум (Тм), або максимальну швидкість, з якою вони можуть транспортувати ті, чи інші речовини. Отже, пропорційність залежності між швидкістю транспортування

речовини та її концентрацією в розчині зберігається доти, доки концентрація не перевищує значення Тм для цього розчину, а за більших концентрацій транспортний механізм насичується повністю, і подальшого збільшення швидкості транспортування не простежується. Однак для деяких систем значення Тм є високими і, отже, їх важко наситити повністю.

Зазначимо також, що епітелій канальців, подібно до епітелію тонкої кишки і жовчного міхура, є високопро-никним епітелієм, у якому через щільні з’єднання між клітинами (рис. 38-8) можуть проходити вода і деякі електроліти. Яку частку в загальному водно-електролітному транспортуванні становить параклітинний шлях, — питання суперечливе, оскільки це важко практично визначити. Сучасні дослідження свідчать, що він є досить значним фактором. Один з доказів цього той, що мутація гена білка парацеліну-1, який міститься в ділянках щільних з’єднань та бере участь у реабсорбції Mg2+, спричинює втрату функцій цього гена і значні втрати Mg2+ і Са2+ з сечею.

Вплив канальцевої реабсорбції та секреції на головні важливі фізіологічно речовини відображає табл. 38-5.

                                                                                                                                                                  

Реабсорбція натрію

Реабсорбція Na+ і СІ відіграє важливу роль у водно-електролітному балансі організму. Крім того, транспортування Na+ поєднується з рухом через стінки канальців йонів Н+, інших електролітів, глюкози, амінокислот, органічних кислот, фосфатів тощо. Головні котранспортні й обмінні системи в різних частинах нефрона наведені в табл.

38-6. У проксимальних відділах канальців, товстій частині висхідного коліна петлі Генле, дистальних відділах канальців і збирних трубочках Na+ пересувається шляхом котранс-портування або обміну між канальцевою рідиною й епітеліальними клітинами канальців за спаданням концентрації

ШКФ х ГГ + Тх = CyV

Г\і/3 Фільтрований ОрЛ NT/ = ШКФ х Пх

Реабсор-

бований

Екскретований = CyV

тх = о

ШКФ хП = СЛ/

N3

Тх = Від’ємний ШКФ х Пх > CXV

Тх = Додатний ШКФ х Пх < CXV

Приклад: Інулін Приклад: Глюкоза Приклад: ПАГК

Рис. 38-7. Функція канальців. Пояснення символів див. у тесті підручника.

ФУНКЦІЯ НИРОК І СЕЧОВИПУСКАННЯ / 651

Базальна

Рис. 38-8. Механізм реабсорбції Na+ у проксимальному відділі канальця. Суцільними лініями показано активне транспортування, штриховими — котранспортування або дифузію. Зверніть увагу, що Na+ переходить з просвіту канальця всередину клітин шляхом котранспортування, і що Na+ і Н20 переходять у просвіт канальця в ділянках щільних з’єднань. Біоелектричні потенціали клітинної мембрани позначені знаками + та

та електричними градієнтами й активно переходить з цих клітин в інтерстиційний простір. Отже, Na+ активно транспортується зі всіх відділів ниркових канальців, окрім тонкої частини петлі Генле; а переходить в інтерстиційний простір за допомогою ензиму №++-АТФ-ази. Механізм дії цієї йонної помпи детально розглянуто в Розділі 1. Вона виводить три йони Naf в обмін на два йони К1, що надходять у клітину.

Клітини канальців у ділянці стінок з’єднані щільно з боку, оберненого в просвіт канальця, однак уздовж зовнішніх країв між ними є проміжки. Велика кількість Na+ виводиться внаслідок активного транспортування в ці відгалуження інтерстиційного простору, які названо латеральними міжклітинними проміжками (див. рис. 38-8).

Рідина, що утворюється внаслідок канальцевої реабсорбції, помірно гіпертонічна, і вода пасивно рухається за осмотичним градієнтом, що утворився після її абсорбції в епітеліальні клітини канальців. Сьогодні з’ясовано, що апікальні мембрани проксимальних клітин канальців містять водні канали, які полегшують рух рідини (див. нижче). З клітин вода переміщається у латеральні міжклітинні проміжки. Швидкість, з якою вода і розчинені в ній речовини рухаються з латеральних міжклітинних проміжків та інших відділів інтерстицію в просвіт капілярів, визначає закон Старлінга, що описує рух через стінки будь-яких капілярів, тобто зміни гідростатичного й осмотичного тиску в міжклітинній рідині та в капілярах (див. Розділ ЗО). Речовини Na» і Н20 зворотно проникають у просвіт канальців через міжклітинні з’єднання, особливо в тому випадку, якщо латеральні міжклітинні проміжки розширені.

                                                                                                                                                                  

Реабсорбція глюкози

Глюкоза, амінокислоти і НС03 у початкових відділах проксимальних канальців піддаються реабсорбції разом з Na+ (рис. 38-9). В інших відділах канальців Na+ реабсор-бується в парі з СГ. Глюкоза є типовим представником речовин, які виходять з сечі шляхом вторинного активного

Таблиця 38-5. Транспортування у нирках різноманітних складників плазми крові у здорової дорослої людини, що

застосовує звичайну дієту

Речовина

За 24 години

Реабсорбція, %

Локалізація

фільтрація

реабсорбція

секреція

есксреція

Na+, мекв

26 000

25 850

150

99,4

п, г, д, т

К+, мекв

600

5602

502

90

93,3

п, г, д, т

СІ, мекв

18 000

17 850

150

99,2

п, г, д. т

НС03_, мекв

4 900

4 900

0

100

п.д

Сечовина, ммоль

870

4603

410

53

П, г, д. т

Креатинін, ммоль

12

14

14

12

Сечова кислота, ммоль

50

49

4

5

98

п

Глюкоза, ммоль

800

800

0

100

п

Всі складники, мосм

54 000

53 400

100

700

98,9

П, г, д, т

Вода, мл

180 000

179 000

1000

99,4

п, г, д, т

1 П — проксимальні відділи канальців; Г — петлі Генле; Д — дистальні відділи канальців; Т — збірні трубочки.

2 К+ реабсорбується і секретується.

3 Сечовина рухається як у нефрон, так і з нього.

4 Секреція креатиніну у людини є варіабельною, і він, можливо, реабсорбується.

Таблиця 38-6. Транспортні білки, які переміщують Na+ і СІ» через апікальні мембрани клітин ниркових канальців1

Ділянка

Апікальний транспортний білок

Функція

Проксимальний відділ канальця

КТ І\Іа+/глюкози КТ Na+/Pi

КТ Ма+/амінокислот КТ Ма+/лактату Обмінник Na+/H+ Обмінник Ch/OH»

Захоплення Na+, глюкози, Рі, амінокислот, лактату, СІ»

Звільнення від Н+

Товста частина висхідної петлі

КТ Na+, 2СІ-, К+ Обмінник Na+/H+ К+-канали

Захоплення Na+, СІ», К+ Звільнення від К+ і Н+

Дистальний звивистий каналець

КТ NaCI

Захоплення Na+ і СІ»

Збірна трубочка

Иа+-канал (NaEK)

Захоплення Na+

1 Поглинання відповідає руху речовин з просвіту канальця всередину клітини; КТ — котранспортер; Рі — неорганічний фосфат (відтворено за дозволом з Schnermann JB, Sayegh El: Kidney Physiology. Lippincott-Raven, 1998).

транспортування. Вона фільтрується зі швидкістю близько 100 мг/хв (80 мг/дл плазми х 125 мл/хв). Практично вся глюкоза реабсорбується, і за добу з сечею виділяється не більше декількох міліграмів. Кількість реабсорбованої глюкози пропорційна до відфільтрованої і, отже, дорівнює добутку концентрації глюкози в плазмі крові Пг на ШКФ, якщо цей добуток не перевищує транспортного максимуму

Рис. 38-9. Реабсорбція різних речовин у проксимальній частині канальця; КР/П — відношення концентрації речовини у канальцевій рідині до її концентрації в плазмі крові (з дозволу FC Rector Jr).

Тмг; однак якщо Тмг перевищено, то кількість глюкози в сечі збільшується (рис. 38-10). Значення Тмг становить близько 375 мг/хв у чоловіків і 300 мг/хв у жінок.

Нирковий поріг для глюкози — це такий рівень глюкози в плазмі крові, за якого вона з’являється в сечі в більш ніж нормальних — слідових кількостях. Логічно було б очікувати, що нирковий поріг для глюкози повинен становити близько 300 мг/дл, тобто 375 мг/хв (Тмг), поділене на 125 мл/хв (ШКФ). Однак реальний нирковий поріг для глюкози — близько 200 мг/дл плазми артеріальної крові, що відповідає близько 180 мг/дл у венозній крові. На рис. 38-10 пояснено, чому реальний нирковий поріг для глюкози менший від теоретично розрахованого. Ідеальну криву можна було б одержати, якби Тмг у всіх клубочках був однаковим і глюкоза повністю вилучалась з кожного канальця (за умови, що відфільтрована кількість є меншою від Тмг). Та насправді у людини реальна крива заокруглена і значно відхиляється від ідеальної. Це відхилення називають сплай (з англ. splay — сплющення). Значення сплаю обернено пропорційне до значення активності, з якою транспортний механізм зв’язує ту речовину, яку переносить.

                                                                                                                                                                  

Механізм транспортування глюкози

Процес реабсорбції глюкози у нирках нагадує аналогічний процес у кишці (див. Розділ 25). Глюкоза і Na+ зв’язуються зі спільним носієм — SGLT 2, що міститься у внутрішній мембрані канальця (рис. 38-11), глюкоза переходить усередину клітини під час руху Na+ за його електричним та хімічним градієнтами. У подальшому Na+ виходить з клітин у латеральні міжклітинні проміжки, а глюкоза за допомогою GLUT 2 переходить в інтерстиційну рідину. В дослідах на щурах з’ясовано, що SGLT 1 і GLUT 1 також беруть деяку участь у транспортуванні глюкози. Отже, транспортування глюкози у нирках і в кишці є прикладом вторинного активного транспортування.

Зазначимо, що d-ізомер глюкози специфічно зв’язується спільним носієм, унаслідок цього швидкість транспортування d-глюкози в кілька разів перевищує швидкість транспортування 1-глюкози. Рослинний глікозид флоризин здатний інгібувати транспортування глюкози як у нирках, так і у кишці шляхом конкуренції з глюкозою за зв’язування з носієм.

ФУНКЦІЯ НИРОК І СЕЧОВИПУСКАННЯ / 653

Концентрація глюкози в плазмі крові, Пг

Рис. 38-10. Угорі: зв’язок між концентрацією в плазмі крові П та екскрецією глюкози й інуліну. Унизу: зв’язок між концентрацією в плазмі крові Пг та реабсорбцією Рг глюкози.

                                                                                                                                                                  

Додаткові приклади вторинного активного транспортування

Шляхом вторинного активного транспортування відбувається перенесення величезної кількості інших речовин. Потрібну для цього енергію забезпечує активне транспортування Na+ за межі клітин ниркових канальців. До таких речовин належать деякі амінокислоти, лактат, фосфат (Рі), Н+іСГ\

Реабсорбція амінокислот і глюкози найінтенсивніша в початковому відділі проксимального звивистого канальця. Процес реабсорбції відбувається тут так само, як і в кишці (див. Розділ 25). Головні носії у внутрішній мембрані канальця виконують транспортування Na+, тоді як носії базолатеральних мембран не беруть участі в транспортуванні Na+. Йони Na+виходять з клітин за допомогою ензиму Na+-K+-ATФ-ази, а амінокислоти переходять в інтерсти-ційну рідину шляхом пасивної чи полегшеної дифузії.

У товстій частині висхідного коліна петлі Генле разом з Na+ і К+ реабсорбується невелика кількість С1“ (див. нижче). Крім цього, у нирці було виявлено два представники родини CP-каналів. Ця родина має 12 трансмембранних доменів і також наявна в м’язах та інших тканинах. Мутації гена одного з ниркових каналів призводять до утворення кальційвмісних каменів нирок та гіперкальцинурії (хвороба Дента), однак ще не з’ясовано, як пов’язані транспортування Са+ і СГ.

                                                                                                                                                                  

Транспортування ПАГК

Процес транспортування ПАГК наочно відображає роботу активних транспортних систем, які секретують речовини у канальцеву рідину. Залежність швидкості фільтрування ПАГК від її концентрації в плазмі крові є

Інтерстиційна рідина К’

Na+

Просвіт

канальця

Глюкоза-*- GLUT 2}-

SGLT2

Клітини початку проксимального канальця

— Глюкоза

— 1Na+

Глюкоза —

Клітини кінця проксимального канальця

-Глюкоза — 2Na+

Рис. 38-11. Реабсорбція глюкози. У початковому відділі проксимальної частини канальця відбувається котранс-портування глюкози і Na+ з просвіту канальця за допомогою SGLT 2; Na+ виводиться з клітин канальця ІМа++-АТФ-азою, що міститься в базолатеральних мембранах, глюкоза переходить в міжклітинну рідину за допомогою GLUT 2. У щурів деяка кількість глюкози виводиться за допомогою SGLT 1 і GLUT 1 у кінцевому, прямому відрізку проксимальної частини канальця. SGLT 1 переносить два йони Na+ на кожну молекулу глюкози, тоді як SGLT 2 — один йон Na+.

лінійною, проте швидкість секреції ПАГК збільшується відповідно до зростання ППАГК лише доти, доки ППАГК не перевищує максимальної швидкості секреції (ТмПАГК) (рис. 38-12). Якщо ППАГК низька, то Кпдгк високий; однак якщо ППагк збільшується понад ТмПАГК, то Кплгк різко зменшується. У цьому разі КПАГК фактично наближається до кліренсу інуліну (Кш) (рис. 38-13), оскільки частка секреції у загальному об’ємі екскреції стає щораз меншою. І навпаки, якщо концентрація глюкози в плазмі крові Пг нижче ниркового порогу, то кліренс глюкози практично дорівнює нулю, та зі збільшенням Пг вище ниркового порогу Кг поступово наближається до К.

Рис. 38-12. Зв’язок між концентрацією в плазмі крові П й екскрецією ПАГК та інуліну.

200

і

400

і

Глюкоза, мг/дл 600

600-

500-

m

2< 400 с;

2

0 300-| 0

1 200

юон

20

40

60 80 ПАГК, мг/дл

ПАГ

Інулін

Глюкоза

Концентрація в плазмі крові

Рис. 38-13. Кліренс інуліну, глюкози та ПАГК за різних концентрацій кожної з речовин у плазмі крові людини.

екстраренальні гуморальні фактори. Одним з чинників є онкотичний тиск у перитубулярних капілярах. За високої ШКФ, доки кров досягне еферентних артеріол та їхніх капілярних гілок, досить значно підвищується онкотичний тиск її плазми. Внаслідок цього посилюється реабсорбція Na+ з просвіту канальця.

Однак відомо, що в цьому процесі також беруть участь ще не з’ясовані внутрішньониркові механізми.

                                                                                                                                                                  

Синдром Фанконі

Унаслідок дії різноманітних токсичних речовин, набутих захворювань, таких як дефіцит вітаміну D, або спадкових аномалій, наприклад, вродженого несприйняття глюкози, кількість АТФ у клітинах проксимальних відділів канальців різко зменшується. У цьому разі послаблюється виведення йонів Na+ за межі клітини за допомогою Na++-АТФ-ази і, як наслідок, виникають Генералізовані порушення вторинного активного транспортування глюкози, амінокислот, Н+ і фосфату. Результатом цього є синдром Фанконі, який супроводжується метаболічним ацидозом, глюкозурією, аміноацидурією і фосфатурією.

Застосування Кпдгк для визначення ефективного ниркового плину плазми описано вище.

                                                                                                                                                                  

ЕКСКРЕЦІЯ ВОДИ

                                                                                                                                                                  

Канальцева секреція інших речовин

Крім ПАГК, у канальцеву рідину активно секретують похідні гіпурової кислоти, фенол червоний та інші суль-фафталеїнові барвники, пеніцилін та велика кількість йодованих барвників. До речовин, які синтезуються в організмі і піддаються канальцевій секреції, належать також різноманітні ефірні сульфати, глюкуроніди, 5-гідроксиіндол-оцтова кислота — головний метаболіт серотоніну (див. Розділ 4).

                                                                                                                                                                  

Канальцево-клубочковий зворотний зв’язок та клубочково-канальцевий баланс

Сигнали, що надходять від ниркових канальців, за механізмом зворотного зв’язку впливають на клубочкове фільтрування. Якщо швидкість проходження рідини через висхідне коліно петлі Генле і початкову частину дистального відділу канальця збільшується, то сповільнюється клубочкове фільтрування у відповідному нефроні, і навпаки, зі зменшенням швидкості потоку рідини простежується збільшення ШКФ (рис. 38-14). За допомогою цього явища, яке називають канальцево-клубочковим зворотним зв’язком, забезпечена сталість навантаження на дистальні відділи канальців. Роль рецептора в цьому разі відіграє щільна пляма; ШКФ регульоване шляхом констрикції або дилатації аферентної артеріоли. Можливим трансмітером констрикції вважають тромбоксан Av

Навпаки, збільшення ШКФ зумовлює посилення реабсорбції води і розчинених у ній речовин, головно це відбувається у проксимальних відділах канальців, отже, частка реабсорбованих речовин є на сталому рівні. Цей процес називають клубочково-канальцевим балансом; він найяскравіше виявляється під час транспортування Na+. Зі зміною швидкості фільтрування упродовж декількох секунд відбувається відповідна зміна швидкості реабсорбції Na+, отже, малоймовірно, що в цьому процесі беруть участь

У нормі клубочки за добу фільтрують 180 л рідини, а середній добовий діурез становить у середньому 1 л. Така ж кількість розчинених речовин може за добу виводитись в об’ємі сечі 500 мл з концентрацією 1400 мосм/кг чи в об’ємі сечі 23,3 л з концентрацією 30 мосм/кг (табл. 38-7).

Тиск у ниркових артеріолах

І

ґ

Тиск у ниркових капілярах

1

ШКФ

1

Канальцево-

клубочковий

зворотний

зв’язок

Клубочково-

канальцевий

баланс

^ Реабсорбція речовин у проксимальному канальці

1

Надходження _..

рідини до петлі Генле

І

Реабсорбція речовин -► у товстій частині висхідного коліна

Рис. 38-14. Механізми кпубочково-канальцевого балансу та канальцево-кпубочкового зворотного зв’язку.

ФУНКЦІЯ НИРОК І СЕЧОВИПУСКАННЯ / 655

Таблиця 38-7. Зміни метаболізму води, спричинені дією вазопресину в людей. У всіх випадках осмотичне навантаження

екскретованої рідини становить 700 мосм/день

ШКФ, мл/хв

Відсоток

реабсорбції

води

Діурез,

л/добу

Концентрація

сечі,

мосм/кг Н20

Втрата або надлишок рідини, л/добу

Ізотонічна плазмі сеча

125

98,7

2,4

290

Вазопресин (максимальний антидіурез)

125

99,7

0,5

1400

+1,9

Відсутність дії вазопресину (нецукровий діабет)

125

87,1

23,3

ЗО

-20,9

Наведені цифри свідчать про два важливі факти: по-перше, реабсорбується принаймні 87% води, навіть якщо добовий діурез становить 23 л; по-друге, реабсорбція води може коливатись у широких межах без впливу на екскрецію розчинених у ній речовин. Отже, якщо сеча концентрована, то вода затримується в організмі, якщо ж сеча низької концентрації, то вода виходить. Обидва ці факти мають важливе значення для раціонального використання води і підтримання сталості осмотичного тиску рідких середовищ організму. Водний баланс регулює здебільшого вазопресин, який впливає на збірні трубочки.

                                                                                                                                                                  

Проксимальний відділ канальця

У проксимальному відділі канальця відбувається транспортування багатьох речовин, проте, за даними мікро-пункцій, осмотичний тиск рідини вздовж усього проксимального відділу канальця дорівнює осмотичному тиску плазми крові (див. рис. 38-9). Отже, в проксимальному відділі канальця вода реабсорбується пасивним шляхом за осмотичними градієнтами, що утворилися внаслідок активного транспортування розчинених речовин, і таким способом, підтримується ізотонічність рідини. Рух води полегшує наявність водних каналів в апікальних мембранах епітеліальних клітин проксимального відділу канальця; HgCl9 зворотно інгібує водні канали. Ці канали в проксимальному відділі канальця складаються з білка аквапорину-1. Сьогодні виділено чотири додаткові представники цієї родини білків. Вони забезпечують рух води шляхом простої дифузії. Аквапорин-2, який на 42% гомологічний аквапорину-1, локалізований у клітинах збірних трубочок. Він є трансмітером відповіді цих клітин на дію вазопресину (див. нижче і Розділ 14). Аквапорин-3 локалізований у базолате-ральній частині мембран збірних трубочок і бере участь у транспортуванні сечовини, гліцерину і води. Аквапорин-4 виявляють у мозку, а аквапорин-5 — у слинних і слізних залозах, а також у дихальній системі.

Хоча вазопресин не впливає на аквапорин-1, цей білок відіграє важливу роль у збереженні води. У разі його нокауту в дослідах на мишах проникність проксимального відділу канальця для води знижується на 80%, тварини втрачають до 35% маси тіла; у разі збезводнення осмотичний тиск плазми у них підвищується до 500 мосм/кг Н20, незважаючи на те, що аквапорини-2, -3, і -4 є інтактними.

Концентрація інуліну (який не реабсорбується) в рідині у кінці проксимального відділу канальця в 2,5-3,3 раза більша, ніж у плазмі крові. З цього випливає, що під час

проходження через проксимальний відділ канальця реабсорбується 60-70% води і розчинених у ній речовин (рис. 38-15).

                                                                                                                                                                  

Петля Генле

Як зазначено вище, петлі юкстамедулярних нефронів значно заглиблюються в мозкові піраміди, перш ніж впадають у дистальні звивисті канальці в кірковому шарі, і всі збірні трубочки знову проходять скрізь ниркові піраміди, впадаючи через верхівки пірамід у ниркову миску. В міжклітинній рідині пірамід простежується поступове збільшення осмоляльності: осмоляльність у ділянці верхівок пірамід становить близько 1200 мосм/кг Н20, що майже в чотири рази перевищує осмоляльність плазми. Низхідне коліно петлі Генле проникне для води, а висхідне -ні (табл. 38-8). Нони Na+, К+ і СГ реабсорбуються з товстого сегмента висхідного коліна шляхом котранспортування (див. нижче). Отже, якщо вода переходить у гіпертонічну міжклітинну рідину, то рідина у низхідному коліні петлі

120

100

80

60

40

20

mV’

r,.v

_Креатинін

Інулін

/ Сечовина

/Фракція, що залишається;

• \v s / у канальцевіи рідині і \ .

— 1 чх\ » І Осмотично-;

\

І

; речовини і

>-Ч\

\ \\

\ І \ч «

f люкоза І » » і „ Вода

w І .

.. +\\і

Na

Проксимальний Петля Дистальний Збірна відділ канальця Генле відділ канальця трубочка

Рис. 38-15. Зміни відсоткової частки відфільтрованої кількості речовин, що залишаються у канальцевій рідині уздовж неф-рона (відтворено за дозволом з Sullivan LP, Grantham JJ: Physiology of the Kidney, 2nd ed. Lea&Febiger, 1982).

Таблиця 38-8. Проникність і транспортування різних сегментів нефрону1

Проникність

Активне

транспор

тування

Na+

н2о

сечовина

NaCI

Петля Генле

Тонке низхідне коліно

4+

+

±

0

Тонке висхідне коліно

0

+

4+

0

Товсте висхідне коліно

0

+

±

4+

Дистальний звивистий каналець

Збірна трубочка

±

±

±

3+

Кіркова частина

3+*

0

±

2+

Зовнішня мозкова частина

3+*

0

±

1 +

Внутрішня мозкова частина

3+*

3+

+

1 +

1 Результати отримані з досліджень нирок кроля і людини. Дані, позначені *, отримані під впливом вазопресину; +1 — за відсутності вазопресину (модифіковано та відтворено за дозволом з Kokko JP: Renal concentrating .and diluting mechanisms. Hosp Pract [Feb] 1979; 110:14).

Генле також стає гіпертонічною. У висхідному коліні вона більше розведена і, якщо вона досягає верхівки, то вже має осмотичний тиск, нижчий від плазми внаслідок руху Na+ і СІ за межі просвіту канальця. Під час проходження через петлю Генле реабсорбується ще близько 15% води, тому в дистальний відділ канальця надходить лише 20% від попередньої кількості води, і концентрація інуліну тут уже в п’ять разів переважає його концентрацію в плазмі крові.

Функція транспортного механізму у товстому висхідному коліні петлі Генле залежить від носія, який з просвіту канальця переносить всередину клітин один йон Na+, один йон К+ і два йони СГ (рис. 38-16). Крім того, Na+-K+-ATO-аза активно виводить Na+ з клітин у міжклітинний простір; у цій ділянці ниркового канальця вміст цього ензиму є найвищим; К+ переміщається назад у просвіт канальця шляхом простої дифузії. Один йон СГ пасивно дифундує в міжклітинний простір, а ще один переміщається разом з К+.

Білок, що виконує транспортування Na+-K+-2C1′ у товстій частині висхідного коліна петлі Генле, має 12 трансмембранних доменів. їхні амінові і карбоксильні кінці повернуті досередини клітини. Цей білок належить до родини транспортерів, які містяться в багатьох інших органах, у тім числі слинних залозах, шлунково-кишковому тракті і дихальних шляхах.

                                                                                                                                                                  

Дистальний відділ канальця

Дистальний відділ канальця, особливо його початкова частина, є, фактично, продовженням товстого сегмента висхідного коліна петлі Генле. Він порівняно непроникний до води, і подальша реабсорбція розчинених речовин зі збереженням розчинника призводить до ще більшого

Інтерстиційнав Клітина ниркового рідина £

канальця

Просвіт

канальця

Рис. 38-16. Котранспортування Na+, К+ і СГ шляхом вторинного активного транспортування в клітинах товстої частини висхідного коліна петлі Генле. Суцільними лініями позначено активне транспортування або вторинне активне транспортування, штриховими — дифузію. Активне транспортування за допомогою Ма++-АТФ-ази позначено стрілками у колі.

розведення канальцевої рідини. Ця ділянка канальця дає всього 5% у загальну реабсорбцію води.

                                                                                                                                                                  

Збірні трубочки

Збірні трубочки складаються з двох частин: кіркової і мозкової, через які фільтрат переходить з кори у ниркову миску. Осмотичний тиск і об’єм рідини, що міститься в збірних трубочках, залежить від кількості вазопресину, що впливає на трубочки. Цей антидіуретичний гормон, що його виділяє задня частка гіпофіза, збільшує проникність збірних трубочок до води. Цього ефекту досягають швидкою появою водних каналів з аквапорину-2 на люмінальній мембрані головних клітин (див. Розділ 14). За наявності вазопресину, достатнього для максимального антидіурезу, вода виходить з гіпотонічної рідини і надходить через кіркові збірні трубочки у міжклітинний простір кіркового шару, а рідина у збірних трубочках стає ізотонічною. За цим механізмом виходить до 10% відфільтрованої води. Далі ця ізотонічна рідина надходить у мозкові збірні трубочки; концентрація інуліну в ній у 20 разів перевищує його концентрацію в плазмі. В гіпертонічному міжклітинному просторі мозкового шару реабсорбується ще 4,7% фільтрату, внаслідок чого утворюється концентрована сеча, де концентрація інуліну перевищує його концентрацію в плазмі вже в 300 разів. Осмотичний тиск сечі у людини може досягати 1400 мосм/кг Н20, що майже в п’ять разів перевищує осмотичний тиск плазми крові; у цьому разі реабсорбується 99,7% відфільтрованої води і лише 0,3% її з’являється в сечі (див. табл. 38-7). У інших біологічних видів здатність концентрувати сечу є навіть більшою. Максимальний осмотичний тиск сечі у собак становить близько 2500 мосм/кг, у лабораторних щурів — 3200 мосм/кг, а в деяких видів пустельних плазунів — до 5000 мосм/кг.

Без вазопресину епітелій збірних трубочок порівняно непроникний для води. Отже, рідина є гіпотонічною, і великі її кількості надходять у ниркову миску. У людини осмоляльність сечі може становити 30 мосм/кг Н20. Непроникність дистальних відділів нефрона не є абсолют

ФУНКЦІЯ НИРОК І СЕЧОВИПУСКАННЯ / 657

ною; навіть якщо вазопресину нема, то разом з електролітами виводиться близько 2% відфільтрованої рідини. У будь-якому разі екскретується до 13% відфільтрованої рідини і діурез у цьому випадку може сягати понад 15 мл/хв (21,6 л/добу). Дані про вплив наявності і відсутності дії вазопресину на метаболізм води наведені в табл. 38-7.

Причини нецукрового діабету — захворювання, спричинюваного дефіцитом вазопресину чи недостатньою чутливістю органів-мішеней до цього гормону, — описані у Розділі 14. Наприклад, у разі нефрогенного нецукрового діабету нема реакції збірних трубочок на вазопресин. Описано дві форми цього захворювання. Перша зумовлена мутацією гена У2-рецептора, що робить його нечутливим. Ген V2-рецептора розміщений в Х-хромосомі, тип успадкування — зчеплений зі статтю, рецесивний. Друга форма спричинена мутацією аутосомного гена аквапорину-2.

                                                                                                                                                                  

Вільям Ф. Ґанонґ. Фізіологія людини