Золотой стандарт гемодиализа

Виды молекулярного транспорта

Вещества могут переноситься между просветом канальцев и интерстицием как через клетки (чресклеточный путь), так и через плотные контакты (межклеточный путь). Механизмы переноса делятся на две основные группы — активный и пассивный транспорт:

¾  активный транспорт идет против концентрационного градиента, а для заряженных частиц (в частности, ионов) — еще и электрического градиента, и поэтому требует затрат энергии;
¾  пассивный транспорт идет в направлении концентрационного (и электрического) градиента, и потому не требует затрат энергии; более того, идет с выделением энергии, которую можно использовать, например для активного транспорта других веществ.

Активный транспорт в зависимости от источника энергии подразделяется на:

¾  первичный активный транспорт:
источником энергии служит распад АТФ;
осуществляется белками-переносчиками с АТФазной активностью, называемыми также ионными насосами (например, Na+, K+-АТФаза, или Na+/K+-насос);

¾  вторичный активный транспорт:
источником энергии для переноса некоего вещества против концентрационного или электрохимического градиента служит перенос другого иона (чаще всего — Na+) в направлении его электрохимического градиента;
последний создается первичным активным транспортом.

Пример: Na+, K+-АТФаза создает высокий электрохимический градиент для Na+; этот ион переносится в клетку в направлении данного градиента, и вместе с ним переносится глюкоза против ее концентрационного градиента. В зависимости от направления переноса вторичный активный транспорт делится на:
* котранспорт: оба вещества переносятся в одном направлении;
* контртранспорт: вещества переносятся в противоположных направлениях. Белки-переносчики, осуществляющие контртранспорт, называются также обменниками.

Пассивный транспорт подразделяется на:

¾  простую диффузию, которая может идти через:
* липидный бислой клеточной мембраны — для гидрофобных (жирорастворимых) веществ;
* каналы (водные или ионные) — для мелких гидрофильных молекул (воды и ионов);
* межклеточные контакты;

¾  осмос: диффузию воды по градиенту ее «концентрации» — из раствора с меньшей концентрацией растворенных веществ в раствор с большей концентрацией;

¾  облегченную, или опосредованную диффузию. Вещество связывается с белком переносчиком, и с его помощью перемещается через мембрану в направлении концентрационного градиента. С помощью этого механизма переносятся крупные гидрофильные (то есть не способные пройти ни через каналы, ни через липидный бислой) молекулы.

Кроме молекулярного транспорта, в канальцах осуществляется пиноцитоз, с помощью которого реабсорбируются особенно крупные молекулы (белки); однако поскольку белки фильтруются в незначительном количестве, интенсивность пиноцитоза невелика.Общая схема трансэпителиального переноса Перенос между просветом канальца и интерстицием Поскольку составы фильтрата и плазмы одинаковы (за исключением белков), а состав интерстиция, как и любой другой межклеточной жидкости, также примерно соответствует составу безбелковой плазмы, между всеми этими жидкостями изначально не существует концентрационных или электрохимических градиентов, по которым могли бы переноситься вещества. Следовательно, перенос любых веществ между канальцевой жидкостью и интерстицием требует затрат энергии. Основным источником этой энергии служит электрохимический градиент для Na+, создаваемый Na+,K+-АТФазой (Na+/K+-насосом) базолатеральной мембраны и направленный от просвета канальца к внутриклеточной жидкости эпителиальных клеток. Переход Na+ по этому градиенту обеспечивает энергию для транспорта всех остальных веществ двумя способами:¾ вещества могут переноситься вместе с Na+ по механизму вторичного активного транспорта;¾  поток Na+ прямо или косвенно создает концентрационные, электрические и осмотические градиенты для пассивного переноса других веществ. Таким образом, основные механизмы трансэпителиального переноса являются натрийзависимыми.

Приведем несколько примеров натрийзависимого переноса.

1. Вместе с Na+ через апикальную мембрану могут переноситься другие вещества против их концентрационных градиентов — в клетку по механизму вторичного активного котранспорта (например, глюкоза и аминокислоты) или в канальцевую жидкость по механизму вторичного активного контртранспорта (например, ионы H+). В случае котранспорта будет происходить реабсорбция веществ, в случае контртранспорта — секреция.

2. В результате работы Na+,K+-АТФазы в клетке создается высокий концентрационный градиент для K+. Если в мембране будут калиевые каналы, то K+ будет выходить из клетки точно так же, как в нервах и мышцах. Если такие каналы будут в апикальной мембране, то будет происходить секреция K+, если в базолатеральной — реабсорбция.

3. В случае, если калиевые каналы будут в апикальной мембране, то выход в канальцевую жидкость K+ приведет к тому, что эта жидкость станет заряжена положительно по отношению к интерстицию, то есть сформируется электрический градиент, или так называемый трансэпителиальный потенциал. В направлении этого градиента будут переноситься из канальцев в интерстиций (в частности, межклеточным путем) катионы — в частности Ca2+ и Mg2+.

4. Если же калиевые каналы будут в базолатеральной мембране, то K+ будет выходить в интерстиций; поскольку туда же Na+,K+-АТФазой перекачивается Na+, осмотическое давление в интерстиции вырастет, то есть создастся осмотический градиент между канальцевой жидкостью и интерстицием. По этому градиенту из канальцев в интерстиций будет выходить вода.

5. Выход воды в интерстиций по градиенту осмотического давления приведет к возрастанию концентраций растворенных веществ, остающихся в канальцевой жидкости. Если для таких веществ будут соответствующие каналы или переносчики либо для них будут проницаемы межклеточные контакты, они по концентрационному градиенту перейдут в интерстиций.

Итак, Na+,K+-АТФаза базолатеральной мембраны может создавать движущие силы для переноса различных веществ как прямо (для Na+ и K+), так и косвенно (например, перенос Na+ и K+ в интерстиций приводит к созданию осмотического градиента; переход воды по осмотическому градиенту ведет к возникновению концентрационных градиентов для растворенных веществ, и т. д.). Из приведенных примеров видна следующая закономерность канальцевого транспорта: Na+,K+-АТФаза базолатеральной мембраны прямо или косвенно создает движущие силы для переноса почти всех компонентов канальцевой жидкости, но будет ли идти этот перенос, и если да — то в каком направлении, зависит от следующих факторов:

1) какие имеются каналы и переносчики;
2) располагаются ли они в апикальной или базолатеральной мембране;
3) для чего проницаемы плотные контакты.Следовательно, все особенности транспорта в разных сегментах нефрона объясняются наличием и локализацией в этих сегментах тех или иных переносчиков и каналов и проницаемостью их плотных контактов.

Перенос между интерстицием и кровьюВторой этап трансэпителиального переноса — между интерстицием и кровью — представляет собой неизбирательный конвекционный транспорт. Механизмы его те же, что и клубочковой фильтрации, однако он идет в противоположном направлении (из канальца в кровь):¾  перенос осуществляется через крупные межклеточные поры:

¾  через эти поры проходит вода с растворенными в ней веществами, перешедшими в интерстиций на первом этапе трансэпителиального переноса; следовательно, этот вид транспорта неизбирательный (вместе с током воды проходят все вещества, размеры которых меньше пор);
¾  движущей силой этого переноса служит разница между онкотическим и гидростатическим давлением в перитубулярных капиллярах.

При прохождении крови через клубочковые капилляры ее гидростатическое давление падает, а онкотическое возрастает (жидкость отфильтровывается, а белки остаются в крови). Поэтому в перитубулярных капиллярах, в которые кровь поступает после клубочковых капилляров, онкотическое давление выше гидростатического, и суммарная движущая сила направлена из интерстиция в кровь.

Пороговые вещества

Любые виды транспорта, требующие переносчиков (первичный активный, вторичный активный, облегченная диффузия) характеризуются насыщением. Это означает, что при относительно низких концентрациях некоторых веществ в крови (а следовательно, и в фильтрате) переносчики успевают полностью реабсорбировать такие вещества, и в окончательной моче их нет. При превышении же некоторой критической, или пороговой, концентрации переносчики становятся полностью занятыми (насыщаются), вещество уже не может реабсорбироваться полностью и появляется в моче. Такие вещества называются пороговыми. К важнейшим из пороговых веществ относятся:

¾  глюкоза;
¾  аминокислоты;
¾  бикарбонат;
¾  фосфат.

Для многих пороговых веществ (в частности, глюкозы и аминокислот) пороговая концентрация выше нормальной концентрации в крови.

В норме такие вещества с мочой не выводятся, но при возрастании их концентрации в крови выше пороговой они появляются в моче.