Реабсорбция в канальцах: механизмы и расчёт

Почка за сутки фильтрует около 180 литров плазмы, а наружу выводит полтора. Всё остальное возвращается в кровь по дороге от капсулы клубочка до собирательной трубочки. Этот возврат и называют канальцевой реабсорбцией: она решает, что организм оставит себе, а что потеряет с мочой. Ниже разбираем, где именно всасываются вода, натрий и глюкоза, какими механизмами это делается и как посчитать количество реабсорбированного вещества по данным задачи. Числа удобно прогонять через калькулятор сразу под введением.

Что такое канальцевая реабсорбция

Реабсорбция в канальцах - это перенос воды и растворённых веществ из просвета канальца обратно в кровь перитубулярных капилляров. Фильтрат, образовавшийся в клубочке, по составу почти повторяет плазму без белков: в нём есть и глюкоза, и аминокислоты, и бикарбонат, и почти весь натрий организма. Терять это нельзя, поэтому клубочковая фильтрация работает грубо и щедро, а точную настройку состава мочи берёт на себя канальцевый эпителий.

Путь вещества всегда двухэтапный. Сначала оно проходит через апикальную мембрану клетки канальца (со стороны просвета), затем через базолатеральную мембрану в интерстиций и уже оттуда попадает в капилляр. Есть и второй маршрут - парацеллюлярный, между клетками через плотные контакты; так идут вода, кальций, магний и часть натрия в проксимальном отделе.

Реабсорбция бывает облигатной и факультативной. Облигатная идёт всегда и почти не зависит от состояния организма - это работа проксимального канальца. Факультативная регулируется гормонами и определяет, будет моча концентрированной или разведённой. Сравнение всегда одно и то же: фильтруется много и без разбора, реабсорбируется избирательно и почти полностью, поэтому конечная моча отличается от первичной не только объёмом, но и составом.

Рассчитать для своей задачи

Как посчитать реабсорбцию

Количественно реабсорбция - это разница между тем, что профильтровалось, и тем, что вышло с мочой. Профильтрованное количество вещества (фильтрационная загрузка) равно произведению скорости клубочковой фильтрации на концентрацию вещества в плазме:

$F_x = \text{СКФ} \cdot P_x$

Экскретируемое количество - произведение концентрации в моче на минутный диурез:

$E_x = U_x \cdot V$

Отсюда реабсорбированное количество:

$R_x = \text{СКФ} \cdot P_x - U_x \cdot V$

Если результат положительный, вещество реабсорбируется; отрицательный означает, что каналец не возвращал вещество, а секретировал его в просвет (так ведут себя ионы водорода, калий при избытке, многие лекарства).

Пример. СКФ равна 125 мл/мин, концентрация глюкозы в плазме 5 ммоль/л, в моче глюкозы нет. Тогда

$F_{\text{глю}} = 0{,}125 \cdot 5 = 0{,}625\ \text{ммоль/мин} \approx 900\ \text{ммоль/сут},$

и вся эта величина реабсорбируется. Для натрия при концентрации 140 ммоль/л фильтруется около 25 200 ммоль в сутки, а выводится порядка 150 ммоль - то есть возвращается более 99 %.

Долю потерянного удобно выражать через фракционную экскрецию:

$FE_x = \frac{U_x \cdot V}{\text{СКФ} \cdot P_x} \cdot 100\ \%$

Для натрия в норме $FE_{Na} < 1\ \%$, и рост этого показателя выше 2 % - классический признак повреждения канальцев.

Проксимальный каналец: основная масса возврата

На проксимальный извитой каналец приходится примерно две трети реабсорбции воды и натрия и практически 100 % глюкозы, аминокислот, лактата и низкомолекулярных белков. Его клетки несут щёточную каёмку, которая увеличивает площадь всасывания в десятки раз, и огромное количество митохондрий - транспорт здесь энергозатратный.

Ключевая особенность отдела - изоосмотическая реабсорбция: вода уходит вслед за натрием ровно в такой пропорции, что осмолярность жидкости в просвете остаётся близкой к 300 мосм/л. Объём фильтрата падает, концентрация - почти нет. Про строение отделов и их кровоснабжение подробнее написано в разборе нефрона.

Рассчитать для своей задачи

Механизмы транспорта

Первичный активный транспорт - это натрий-калиевая АТФаза базолатеральной мембраны. Она выкачивает натрий из клетки в интерстиций, тратя АТФ, и создаёт низкую внутриклеточную концентрацию натрия. Именно этот градиент оплачивает почти всю остальную работу канальца.

Вторично-активный транспорт использует готовый натриевый градиент. Глюкоза заходит в клетку вместе с натрием через котранспортёры SGLT2 и SGLT1, аминокислоты - через собственные симпортёры, ионы водорода выбрасываются в просвет в обмен на натрий антипортёром. Энергия при этом напрямую не тратится, но зависимость от насоса полная: остановите АТФазу, и через несколько минут встанет всё.

Пассивный транспорт идёт по градиентам без переносчиков: вода через аквапорины и плотные контакты, мочевина по концентрационному градиенту, хлор вслед за натрием по электрическому градиенту. Отдельный случай - эндоцитоз, которым проксимальный каналец вылавливает профильтровавшиеся мелкие белки.

Бикарбонат и вода: два особых случая

Бикарбонат реабсорбируется непрямым путём. В просвет канальца секретируется ион водорода, он соединяется с бикарбонатом фильтрата, образуется угольная кислота, которая под действием карбоангидразы щёточной каёмки распадается на воду и углекислый газ. Газ свободно входит в клетку, там та же карбоангидраза собирает бикарбонат заново, и он уходит в кровь через базолатеральный переносчик. Формально в клетку прошла не та молекула, что была в фильтрате, но баланс сходится: около 90 % бикарбоната возвращается уже в проксимальном канальце. Поэтому ингибиторы карбоангидразы дают бикарбонатный диурез и сдвигают кислотно-щелочное равновесие.

Вода не имеет собственного насоса и всегда идёт пассивно, вслед за осмотически активными частицами. В проксимальном канальце путь для неё открыт постоянно за счёт аквапоринов-1 и плотных контактов, в восходящем колене петли Генле закрыт полностью, а в собирательной трубочке открывается только по команде АДГ. Отсюда простое правило разбора задач: сначала определите, куда движется натрий и открыта ли стенка для воды, и лишь затем считайте объём.

Максимум транспорта и почечный порог

Переносчиков в мембране конечное число, поэтому у транспортируемых веществ есть потолок - максимальный канальцевый транспорт $T_m$. Для глюкозы у взрослого он составляет около 375 мг/мин (примерно 2 ммоль/мин). Пока фильтрационная загрузка ниже $T_m$, глюкоза реабсорбируется полностью и в моче её нет.

Почечный порог - та концентрация вещества в плазме, при которой фильтрационная загрузка достигает $T_m$ и вещество появляется в моче. Для глюкозы это примерно 10 ммоль/л (около 180 мг/дл):

$P_{\text{порог}} = \frac{T_m}{\text{СКФ}} = \frac{2\ \text{ммоль/мин}}{0{,}125\ \text{л/мин}} = 16\ \text{ммоль/л}$

Расчётный порог получается выше реального, и это не ошибка: нефроны неодинаковы, часть из них насыщается раньше остальных. Из-за этого кривая реабсорбции загибается плавно, а не ломается углом. Явление называют расщеплением, или сплэем.

Рассчитать для своей задачи

Дистальные отделы и регуляция

В петле Генле реабсорбируется около четверти натрия и примерно 15 % воды, причём в разных коленах по-разному: нисходящее проницаемо для воды и почти непроницаемо для соли, восходящее - наоборот. Такое разделение и создаёт осмотический градиент мозгового вещества, механику которого разбирает материал про противоточно-множительную систему.

Дистальный каналец и собирательная трубочка возвращают меньше 10 % профильтрованного натрия, но именно они определяют конечный состав мочи. Альдостерон усиливает реабсорбцию натрия через эпителиальные натриевые каналы и увеличивает секрецию калия. Антидиуретический гормон встраивает аквапорины-2 в апикальную мембрану собирательной трубочки, и вода уходит по градиенту в гипертоничный интерстиций. Предсердный натрийуретический пептид работает в противоположную сторону, снижая реабсорбцию натрия.

Частые ошибки

• Путают реабсорбцию с секрецией. Реабсорбция направлена из просвета в кровь, секреция - из крови в просвет. Отрицательное значение $R_x$ в расчёте означает именно секрецию.
• Считают фильтрационную загрузку по концентрации в моче. В формулу $F_x = \text{СКФ} \cdot P_x$ подставляется концентрация в плазме, концентрация в моче нужна только для экскреции.
• Забывают перевести единицы. СКФ обычно дана в мл/мин, концентрация - в ммоль/л; без перевода объёма в литры ответ уйдёт в тысячу раз.
• Считают, что глюкозурия всегда означает диабет. При наследственном снижении $T_m$ или при беременности порог падает, и глюкоза появляется в моче при нормальной гликемии.
• Приписывают проксимальному канальцу концентрирование мочи. Он работает изоосмотически: уменьшает объём, но не осмолярность.

FAQ

Сколько воды реабсорбируется в канальцах за сутки? Из примерно 180 л фильтрата возвращается около 178,5 л, то есть более 99 %. Основная часть приходится на проксимальный каналец, доводка идёт в собирательных трубочках под действием АДГ.

Чем облигатная реабсорбция отличается от факультативной? Облигатная не зависит от водного баланса и идёт в проксимальном канальце вместе с натрием. Факультативная происходит в дистальных отделах и регулируется гормонами, поэтому объём мочи может меняться в разы.

Почему при уровне глюкозы 12 ммоль/л она уже есть в моче, если расчётный порог 16? Из-за неоднородности нефронов: часть из них насыщается раньше, и небольшая глюкозурия начинается до достижения теоретического порога. Это и есть сплэй.

Коротко

Реабсорбция в канальцах возвращает в кровь почти всё профильтрованное: воду, натрий, глюкозу, аминокислоты, бикарбонат. Количественно она равна разности профильтрованного и экскретированного, $R_x = \text{СКФ} \cdot P_x - U_x V$, а доля потерь описывается фракционной экскрецией. Основную массу берёт на себя проксимальный каналец за счёт натриевого градиента, созданного натрий-калиевой АТФазой; для веществ с переносчиками действует потолок $T_m$ и почечный порог, а тонкую настройку объёма и состава мочи выполняют дистальные отделы под контролем альдостерона и АДГ.