Часть IV. Физиология систем внутренних органов

Почки ежесуточно отфильтровывают 800 мМ калия, хотя с пищей поступает около 100 мМ, а экскретируется с мочой примерно 90 мМ. Осуществляется также секреция K+. Таким образом, калиевый баланс организма поддерживается при сочетании фильтрации, реабсорбции и секреции. Экскретируемая (выделяемая) фракция K+ составляет в среднем 5–15%, однако она изменяется в пределах между 1–3% при недостатке калия и 150–200% и при сильной гиперкалиемии. Жизненно важно поддерживать концентрацию K+ в плазме крови в узких границах (обычно в пределах 4,1±0,6 ммоль/л). Поскольку почка в основном отвечает за выделение K+ в широком диапазоне, она должна реагировать на изменения концентрации K+ в крови (гипер- и гипокалиемия).

Поскольку реабсорбируемая фракция в проксимальном извитом канальце и в петле Генле (нисходящий тонкий сегмент петли — тонкий нисходящий отдел петли Генле, восходящий тонкий сегмент петли — тонкий восходящий отдел петли Генле, дистальный прямой каналец — толстая восходящая часть петли Генле) постоянна и составляет 85–90%, изменение выделения K+ обеспечивается связующими канальцами и собирательными протоками.

Деполяризация апикальной мембраны главных клеток эпителия связующего отдела и собирательной трубочки стимулирует секрецию K+ этими клетками. Поскольку деполяризация мембраны зависит от регулируемой альдостероном электрогенной реабсорбции Na+, то секреция K+ тесно связана с реабсорбцией Na+ и зависит от концентрации альдостерона. Кроме того, сдвиг внутриклеточного значения pH в кислую сторону увеличивает проницаемость апикальной мембраны для K+, и, следовательно, секреция K+ увеличивается.

За реабсорбцию K+ при его недостатке отвечают, по всей видимости, вставочные клетки эпителия связующих канальцев и собирательных протоков, в апикальной мембране которых, как и у обкладочных клеток желудка, локализована H+,K+-АТФаза, которая реабсорбирует K+ и секретирует в просвет собирательной трубочки ионы H+.

Клеточные механизмы транспорта калия

В проксимальных канальцах в апикальной мембране, с одной стороны, происходит минимальная секреция K+ из клетки в просвет канальца через K+-каналы, движущей силой чего является пассивная диффузия ионов. С другой стороны, наблюдается реабсорбция в виде межклеточной диффузии или межклеточного перехода K+ вслед за водой.

В дистальном прямом канальце (толстая восходящая часть петли Генле) (см. рис. 26.10) в апикальной мембране, обращенной в просвет канальца, имеется белок-переносчик, который осуществляет одновременную реабсорбцию ионов Na+, K+ и двух ионов C1– (механизм вторично-активного транспорта, котранспорт), при этом движущей силой является градиент Na+, опять создаваемый Na+,K+-ATФазой, расположенной на базолатеральной мембране (первично-активный транспорт).

В корковом собирательном протоке во вставочных клетках a-типа в апикальной мембране осуществляются секреция в просвет канальца Н+ (Н+,K+-АТФаза) и переход во вставочную клетку K+. Кроме того, в просвет канальца Н+ выкачивает Н+-АТФаза. В базолатеральной мембране находится белок-переносчик, осуществляющий антипорт HCO3–/C1–. Одновременно работает Na+,K+-ATФаза, закачивая во вставочную клетку K+. Однако эти ионы поступают в интерстициальное пространство по K+-каналам.

В корковом собирательном протоке в главных клетках (см. рис. 26.13) на люминальной мембране находятся K+-каналы и K+,С1-котранспортер, и обе эти системы секретируют K+ в просвет канальца. На базолатеральной мембране Na+,K+-ATФаза закачивает K+ в клетку, но его избыток уходит не только через K+-каналы люминальной мембраны, но и через K+-каналы базолатеральной мембраны.

Почка в значительной мере принимает участие в балансе Ca2+, который в плазме крови частично связан с белками, то есть он фильтруется лишь отчасти. Реабсорбция Ca2+ происходит во многих отделах нефрона, однако большая часть Ca2+ реабсорбируется в проксимальном извитом канальце. Ca2+ реабсорбируется преимущественно пассивно — межклеточно (хотя возможна и трансклеточная реабсорбция). Выделение ионов контролируется гормонами. Паратиреоидный гормон снижает выведение Ca2+.

Концентрация Ca2+ в плазме составляет около 2,5 ммоль, и только около 60% этой величины, из-за связывания Ca2+ с белками, оказывается в клубочковом фильтрате, то есть 1,5 ммоль. Из профильтровавшегося количества Ca2+ в проксимальном канальце реабсорбируется до 60%, в петле Генле (в дистальном прямом канальце, то есть толстой восходящей части петли Генле) — около 30% и в лежащих далее отрезках нефрона (дистальном извитом канальце) — от 5 до 9%. В итоге экскретируемая фракция обычно составляет 1–2%, а максимально — 5%.

Основные формы реабсорбции Ca2+ в проксимальном канальце — межклеточный и трансклеточный транспорт. Трансэпителиальный потенциал (жидкость канальца в этих отделах нефрона заряжена положительно по отношению к плазме крови) представляет собой движущую силу этого процесса. Поскольку диуретики, действующие в петле Генле, снижают этот потенциал в дистальном прямом канальце, то эти диуретики увеличивают выведение Ca2+ (и Mg2+).

Трансклеточный транспорт Ca2+ складывается из пассивного проникновения Ca2+ в клетку через апикальную мембрану (Ca2+-каналы) и переноса через базолатеральную мембрану (против крайне высокого электрохимического градиента), осуществляемого посредством механизма первично-активного транспорта при участии Ca2+-ATФазы.

В дистальном извитом канальце работает вторично-активный переносчик, обеспечивающий обмен одного иона Ca2+ и трех ионов Na+ (антипорт), и первично-активный Ca2+-насос (Ca2+-АТФаза). На пути между апикальной и базолатеральной мембранами Ca2+, по всей видимости, образует комплекс с цитозольным кальцийсвязывающим белком, называемым также кальбиндином. Гормон кальцитриол, который усиливает реабсорбцию кальция в почке, стимулирует синтез кальбиндина.

Поскольку паратиреоидный гормон в свою очередь усиливает почечный синтез кальцитриола, то его действие, направленное на удержание Ca2+, может, по крайней мере частично, проходить по этому непрямому пути. Усиленная реабсорбция Na+ в дистальном извитом канальце повышает концентрацию Na+ в цитозоле и снижает движущую силу для 1Ca2+/3Na+-обменника. Это объясняет, почему снижается реабсорбция Ca2+ в дистальном извитом канальце при использовании диуретиков, действующих на транспортные системы петли.

Контроль уровня концентрации Ca2+ и Mg2+ в плазме крови осуществляется с помощью специального экстраклеточного сенсора: Са2+,Mg2+-сенсора (Casr — Ca2+/Mg2+-sensing receptor), локализованного в гормональных железах, на базолатеральной мембране толстого отдела восходящей части петли Генле и дистального извитого канальца.