13.6.4. Канальцевая секреция

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 Uaa: 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.