В современной физиологической
литературе, касающейся деятельности почек, термин секреция имеет два
значения. Первое из них описывает процесс переноса вещества через клетки из
крови в просвет канальца в неизменном виде, что увеличивает скорость экскреции
вещества почкой. Второе — выделение из клетки в кровь или в просвет канальца
синтезированных в почке физиологически активных веществ (например,
простагландины, брадикинин и др.) или экскретируемых веществ (например, гиппуровая
кислота). В этом разделе основное внимание будет уделено описанию процесса
секреции в первом значении этого слова.
Секреция органических и неорганических веществ — один из
важных процессов, обеспечивающих процесс мочеобразования. У рыб некоторых видов
в почке отсутствуют клубочки. В таких случаях секреция играет ведущую роль в
деятельности почки. В почках большинства других классов позвоночных, в том
числе и у млекопитающих, секреция обеспечивает выделение из крови в просвет
канальцев дополнительных количеств некоторых веществ, которые могут
фильтроваться ив почечных клубочках.
Таким образом, секреция ускоряет выделение почкой некоторых
чужеродных веществ, конечных продуктов обмена, ионов. В почке у млекопитающих
секретируются органические кислоты (пенициллин, парааминогиппуровая кислота —
ПАГ, диодраст, мочевая кислота), органические основания (холин, гуанидин),
неорганические вещества (калий). Почка гломерулярных и агломерулярных морских
костистых рыб способна к секреции ионов магния, кальция, сульфатов. Различаются
места секреции разных веществ. В почке всех позвоночных местом секреции
органических кислот и оснований служат клетки проксимального сегмента нефрона,
особенно его прямой части, секреция калия преимущественно происходит в клетках
дистального извитого канальца и собирательных трубок.
Механизм процесса секреции органических кислот. Рассмотрим этот процесс на примере
выделения почкой ПАГ. После введения в кровь ПАГ ее секреция почкой нарастает и
очищение от нее крови значительно превышает величину очищения крови от
одновременно введенного инулина. Это означает, что ПАГ не только фильтруется в
клубочках, но и помимо клубочков в просвет нефрона поступают значительные ее
количества. Экспериментально было показано, что такой процесс обусловлен секрецией
ПАГ из крови в просвет проксимальных отделов канальцев. В мембране клетки этого
канальца, обращенной к межклеточной жидкости, имеется переносчик
(котранспортер), обладающий высоким сродством к ПАГ. В присутствии ПАГ
образуется комплекс переносчика с ПАГ, который перемещается в мембране и на ее
внутренней поверхности распадается, высвобождая ПАГ в цитоплазму, а переносчик
приобретает снова способность перемещаться к внешней поверхности мембраны и
соединяться с новой молекулой ПАГ. Механизм секреции органических кислот
включает ряд этапов. В базальной плазматической мембране имеется Na+, K+—АТФаза, которая удаляет из клетки
ионы Na+ и способствует поступлению в клетку ионов К+. Более низкая
концентрация в цитоплазме ионов Na+ позволяет поступать внутрь клетки
ионам Na+ по градиенту концентрации при участии натриевых
котранспортеров. Один из типов такого котранспортера способствует поступлению
через базальную плазматическую мембрану α—кетоглутарата и Na+. В этой же мембране имеется
анионный обменник, который удаляет из цитоплазмы α—кетоглутарат в обмен на поступающий
из межклеточной жидкости в клетку парааминогиппурат (ПАГ), диодраст или
некоторые иные органические кислоты. Это вещество движется по клетке в сторону
люминальной мембраны и через нее проходит в просвет канальца по механизму
облегченной диффузии.
Угнетение дыхания цианидами, разобщение дыхания и
окислительного фосфорилирования динитрофенолом снижает и прекращает секрецию. В
обычных физиологических условиях уровень секреции зависит от числа переносчиков
в мембране. Секреция ПАГ возрастает пропорционально увеличению концентрации ПАГ
в крови до тех пор, пока все молекулы переносчика не насытятся ПАГ.
Максимальная скорость транспорта ПАГ достигается в тот момент, когда количество
ПАГ, доступное для транспорта, равно количеству молекул переносчика, которые
могут образовывать комплекс с ПАГ. Эта величина определяется как максимальная
способность к транспорту ПАГ — Ттран (см. рис. 13.7). Поступившая в
клетку ПАГ движется по цитоплазме к апикальной мембране и через нее специальным
механизмом выделяется в просвет канальца.
Секреция органических оснований. Этот процесс (например, секреция
холина), подобно выведению органических кислот, происходит в проксимальном
сегменте нефрона и характеризуется определенной величиной максимального
транспорта (Т т). Системы секреции органических кислот и оснований
функционируют независимо друг от друга. Это было показано экспериментально,
когда животным вводили пробенецид — вещество, угнетающее секрецию органических кислот.
В таком опыте секреция органических оснований не нарушалась.
Для определения секреции в почечных канальцах рассчитывают
очищение крови от данного вещества и очищение от инулина. Если клиренс
исследуемого вещества превышает клиренс инулина, это указывает на секрецию в
канальцах. При одновременном определении в плазме крови исследуемого вещества
(а) и инулина (In) достаточно рассчитать отношение их концентрационных
показателей Ua/Рa: Uin/Pin, так как объем выделяемой мочи
будет одинаковым.
Если это отношение больше единицы, то вещество
секретируется, если меньше — реабсорбируется. Однако это упрощенная оценка
системы транспорта веществ в нефроне. Некоторые из них, например ионы калия и
мочевая кислота, могут подвергаться и реабсорбции, и секреции. Поэтому наряду с
измерением концентрационных показателей необходимо изучение особенностей
обработки исследуемых веществ в отдельных частях почечных канальцев.
Секреторную функцию проксимальных отделов нефрона измеряют с помощью
веществ, которые выделяются из организма главным образом посредством
канальцевой секреции (например, ПАГ, диодраст). Одно из этих веществ вводят в
кровь вместе с инулином, который служит для одновременного измерения
клубочковой фильтрации. Величину транспорта (Т) органического вещества (ПАГ)
при секреции (s) из крови в просвет канальца
определяют по разности между выделением этого вещества почкой (UранV ) и его
фильтрацией в клубочках (CinPран) : Тsрaн = upahv — CinPpан. При условии полного насыщения секреторного аппарата ПАГ определяется
величина максимального канальцевого транспорта ПАГ — ТтРАН. У
человека ТтРАН составляет 79 мг/мин при расчете на 1,73 м2
поверхности тела.
Способность клеток проксимальных канальцев практически
полностью извлекать из околоканальцевой жидкости и, соответственно, из крови
околоканальцевых капилляров такие органические кислоты, как ПАГ и диодраст,
была использована для измерения эффективного почечного кровотока — кровоснабжения
коры почки. Непрямой метод измерения величины почечного кровотока основан
на способности клеток проксимальных почечных канальцев секретировать ПАГ и
диодраст столь эффективно, что при невысокой их концентрации в артериальной
крови последняя полностью очищается от этих веществ при однократном прохождении
через почку. Очищение от ПАГ (СРАН) эквивалентно плазмотоку и
определяется по формуле ( UРАН
/ РРАН) V, где U и Р— концентрация ПАГ в моче
и плазме крови, V — диурез, СРАН — величина эффективного почечного
плазмотока, т. е. то количество плазмы, которое протекает по сосудам коры почки
и омывает клетки проксимального сегмента нефрона. Так как эритроциты не
содержат ПАГ, для расчета величины эффективного почечного кровотока (ERBF — англ. Effective Renal Blood Flow) необходимо учитывать соотношение
между эритроцитами и плазмой крови (показатель гематокрита Ht): ERBF == СРАН/(1 — Ht).
Общий кровоток и плазмоток через почки может быть рассчитан
в том случае, если известно, сколько ПАГ не удаляется клетками канальцев. Так
как считают, что ПАГ полностью извлекается из крови, протекающей в коре почки,
то наличие в почечной вене небольшого количества ПАГ обусловлено той частью
крови, которая минует кору почки и поступает в сосуды мозгового вещества. Доля
кровотока через все мозговое вещество мала по сравнению с общим почечным
кровотоком и составляет от 7 до 9%, а кровоток во внутреннем мозговом веществе
(почечный сосочек) равен лишь 1%.
Секреция неорганических веществ. Клетки почечных канальцев способны
не только к секреции органических кислот и оснований, но и некоторых
неорганических веществ. В почке проходных и морских костистых, а также хрящевых
рыб могут секретироваться ионы калия, магния, кальция, сульфаты. В почках
млекопитающих секретируются ионы К+ и H+.
Транспорт калия в нефроне отличается от переноса натрия тем, что K.+
подвергается не только реабсорбции, но и секретируется в почке клетками
конечных отделов нефрона и собирательных трубок.
При реабсорбции калий поступает в клетку нефрона из просвета
канальца. В клетке концентрация K+ выше, чем в
околоканальцевой жидкости, и калий диффундирует из клетки через базальную
плазматическую мембрану в межклеточное вещество, а затем уносится кровью. При
секреции калий вначале поступает в клетку из межклеточной жидкости в обмен на
натрий с помощью Na, К—насоса (Na, К—АТФаза), который одновременно удаляет Na+
из клетки. Тем самым поддерживается высокая внутриклеточная концентрация К+.
При избытке калия в организме начинается его секреция
клетками в просвет канальца, зависящая от ряда факторов, прежде всего от
степени возрастания проницаемости для К+ мембраны клетки, обращенной
в просвет канальца. В ней открываются «каналы», по которым калий по градиенту
концентрации может выходить из клетки. Скорость секреции К+ зависит
от градиента электрохимического потенциала на апикальной мембране клетки: чем
больше ее электроотрицательность, тем выше уровень секреции К+.
Поэтому введение слабореабсорбируемых анионов, например сульфатов, увеличивает
секрецию К+.
Таким образом, секреция калия
зависит от его внутриклеточной концентрации, проницаемости для калия апикальной
мембраны и градиента электрохимического потенциала на мембране. В регуляции
секреции К+ важное значение имеет гормон коры надпочечника альдостерон,
который увеличивает реабсорбцию натрия и одновременно усиливает секрецию калия.
Почти весь профильтровавшийся в клубочках калий реабсорбируется в отделах
нефрона, расположенных до дистального извитого канальца. Калий, выделяемый с
мочой, секретируется в конечных частях дистального сегмента нефрона и
собирательных трубках.