Часть IV. Физиология систем внутренних органов

Петля Генле состоит из трех отличающихся по функции сегментов: тонкого нисходящего, тонкого и толстого восходящего. Клетки эпителия тонкого нисходящего и тонкого восходящего сегментов лишены щеточной каемки, бедны митохондриями и обладают минимальным уровнем метаболической активности (рис. 26.9).

Нисходящая часть тонкого сегмента высокопроницаема для воды и умеренно проницаема для большинства растворенных веществ, включая мочевину и натрий. Это позволяет веществам путем простой диффузии проникать через стенки. Здесь также реабсорбируется около 20% воды.

Обе восходящие части (тонкая и толстая) фактически непроницаемы для воды, что важно для процесса концентрирования мочи.

Толстый сегмент петли Генле, который начинается примерно с половины восходящего отдела, в составе стенок содержит крупные эпителиоциты, которые обладают высокой метаболической активностью и способностью к активной реабсорбции ионов Na+, Cl– и K+ (см. рис. 26.9). Около 25% их общего количества, поступившего в первичную мочу, реабсорбируется преимущественно в толстом сегменте петли Генле. Здесь также происходит реабсорбция значительного количества других ионов, например кальция, бикарбонатов и магния. Тонкий восходящий и нисходящий сегменты имеют значительно более низкую резорбтивную способность, поэтому данные отделы не играют существенной роли в транспорте ни одного из перечисленных растворенных веществ.

Важным компонентом реабсорбции растворенных веществ в толстом восходящем отделе является Na+,K+-АТФаза, расположенная в области базолатеральной мембраны. Как и в проксимальном канальце, реабсорбция здесь тесно связана со способностью Na+,K+-АТФазы поддерживать низкую внутриклеточную концентрацию Na+, что, в свою очередь, создает благоприятные условия для перемещения натрия из просвета канальца в клетку.

Рис. 26.9. Транспорт: а — в тонком сегменте нисходящего отдела петли Генле; б — в толстом сегменте восходящего отдела петли Генле. Источник: J.E. Hall (2016)

Рис. 26.10. Механизмы транспорта ионов Na+, Cl– и K+ в толстом сегменте восходящего отдела петли Генле. АТФ — аденозинтрифосфат. Источник: J.E. Hall (2016)

В толстом сегменте восходящего отдела перемещение натрия через апикальную мембрану определяется главным образом переносчиком, совместнотранспортирующим один ион Na+, два иона Cl– и один ион K+ (рис. 26.10). В качестве движущей силы этот котранспортный белок апикальной мембраны использует энергию, с которой ионы Na+ по градиенту концентрации устремляются в клетку, ее достаточно и для реабсорбции ионов K+ против градиента концентрации.

Толстый сегмент восходящего отдела петли Генле является точкой применения так называемых петлевых диуретиков — мочегонных лекарственных средств, таких как фуросемид, этакриновая кислота и буметамид, которые тормозят действие котранспортного белка.

В толстом восходящем отделе благодаря небольшому положительному заряду в просвете канальца относительно межклеточной жидкости через промежутки между эпителиоцитами осуществляется значительная реабсорбция таких катионов, как Mg2+, Ca2+, Na+, K+. Несмотря на то, что совместный транспорт одного иона Na+, двух ионов Cl– и одного иона K+ в совокупности доставляет в клетку одинаковое количество катионов и анионов, в канальце создается небольшой положительный заряд (около 8 мВ), возникающий в результате небольшой утечки калия в просвет канальца. Положительный заряд способствует диффузии катионов, таких как Mg2+, Ca2+, через промежутки между клетками и в межклеточную жидкость.

Апикальная мембрана клеток толстого сегмента также имеет систему контртранспорта ионов Na+ и H+, благодаря которой натрий перемещается в клетку, а протоны секретируются в просвет канальца.

Толстый сегмент восходящего отдела петли Генле практически непроницаем для воды. Следовательно, молекулы воды, доставленные током жидкости в данный сегмент, остаются в его просвете, несмотря на реабсорбцию большого количества растворенных веществ. По мере продвижения к дистальному канальцу жидкость становится все более разведенной, это иллюстрирует важное свойство почек, позволяющее им в различных условиях вырабатывать разведенную или концентрированную мочу (см. главу 28).

Толстый сегмент восходящего отдела петли Генле продолжается в дистальный каналец. В самом его начале расположен юкстагломерулярный аппарат, который регулирует СКФ и кровоснабжение данного нефрона на основе механизма обратной связи.

Начальный отдел дистального канальца извитой, по резорбтивным свойствам этот отдел во многом сходен с толстым сегментом восходящего отдела петли Генле, то есть здесь также активно реабсорбируется большинство ионов, ключая Na+, Cl– и K+ (рис. 26.11, а). Проницаемость данного отдела для воды и мочевины практически равна нулю, вследствие этого пребывающая в просвете канальца жидкость становится разбавленной. По этой причине данный отдел также относят к разводящему мочу сегменту.

Вторая половина дистального канальца и следующий за ним корковый отдел собирательной трубочки имеют схожие функциональные характеристики. Морфологический состав этих отделов представлен двумя четко различаемыми типами клеток: главными и вставочными (рис. 26.11, б). Главные клетки реабсорбируют Na+ и воду из канальцев, а также секретируют в их просвет ионы K+. Вставочные клетки реабсорбируют калий и секретируют в просвет канальца ионы H+.

Рис. 26.11. Ультраструктура клетки и особенности транспорта в начальном отделе дистального канальца (а), его второй, более дистальной части и в собирательной трубочке (б). АДГ — антидиуретический гормон. Источник: J.E. Hall (2016)

Рис. 26.12. Механизм транспорта NaCl в начале дистального канальца: АТФ — аденозинтрифосфат. Источник: J.E. Hall (2016)

Главные клетки реабсорбируют Na+ и секретируют калий в просвет канальца. Реабсорбция натрия и секреция калия главными клетками зависит от активности Na+,K+-АТФазы на базолатеральной мембране (рис. 26.12). Секреция калия из плазмы крови в просвет канальца главными клетками осуществляется в два этапа:

1) транспорт ионов K+ в клетку за счет работы Na+,K+-АТФазы, благодаря чему внутри клетки поддерживается высокая концентрация K+;

2) диффузия калия по градиенту концентрации из клетки через апикальную мембрану в жидкость в просвете канальца.

Вставочные клетки имеются в корковом веществе почки и начальном отделе медуллярной собирательной трубочки. Они могут находиться в двух функциональных состояниях: их люминальная мембрана, обладающая большой поверхностью и снабженная микроворсинками, может быть либо выпячена в просвет канальца (функциональный тип А), либо сокращена до небольшой поверхности (функциональный тип Б). Тип А секретирует ионы Н+ в просвет канальца, тогда как тип Б секретирует HCO3–. «Переключение» из А в Б подразумевает в том числе «обратное» встраивание транспортных протеинов для Н+ и HCO3–. Это демонстрирует, что регуляция транспортных свойств может включать даже морфологическую перестройку клеток эпителия. Вставочные клетки способны также участвовать и в реабсорбции ионов калия.

В целом функциональная характеристика второй половины дистальных канальцев и коркового отдела собирательных трубочек может быть сведена к следующим основным моментам.

1. Мембраны канальцев обоих перечисленных отделов почти полностью непроницаемы для мочевины, как и в сегменте, разводящем мочу в начале дистального канальца, поэтому почти вся мочевина, которая поступает в данные отделы, проходит через них транзитом.

2. Вторая половина дистальных канальцев, как и корковый отдел собирательных трубочек, реабсорбирует ионы Na+. Na+ входит в клетку через особые каналы, затем активно выводится из клетки с помощью Na+,K+-АТФазы. Интенсивность реабсорбции здесь регулируется с помощью гормонов и существенно зависит от альдостерона. В то же время эти сегменты участвуют в выделении ионов K+ из перитубулярных капилляров в просвет канальца. Данный процесс также регулируется альдостероном и зависит от других факторов, в частности от концентрации ионов K+ в жидких средах организма (рис. 26.13).

3. Вставочные клетки данных сегментов особенно интенсивно секретируют протоны благодаря деятельности Н+-транспортирующих АТФаз. Этот процесс отличается от вторично-активной секреции проксимальным канальцем,

Рис. 26.13. Механизм реабсорбции NaCl и секреции калия на выходе из дистального канальца и в корковых собирательных трубочках: АТФ — аденозинтрифосфат. Источник: J.E. Hall (2016)

поскольку способен выделять протоны против значительного градиента концентрации, превышающего 1000:1 (в проксимальном канальце вторичноактивный транспорт обеспечивает секрецию при сравнительно небольшом градиенте — от 4:1 до 10:1), поэтому вставочные клетки играют ключевую роль в регуляции кислотно-основного равновесия в организме.

4. Проницаемость второй половины дистальных канальцев и коркового отдела собирательных трубочек для воды регулируется АДГ (вазопрессином). При высоком уровне АДГ мембраны этих сегментов проницаемы для воды, а при его отсутствии проницаемость фактически равна нулю.