Канальцевая секреция

Нефрон имеет несколько четко различимых специализированных систем, которые секретируют вещества (К⁺, Н⁺, NH₃, органические кислоты и основания) в просвет канальца посредством их переноса из плазмы крови. Казалось бы, число секреторных механизмов и транспортных молекул должно быть ограничено; однако на самом деле нефрон способен секретировать бесчисленное количество «новых» веществ, включая лекарственные препараты и токсины, а также эндогенные, обычно присутствующие в организме молекулы. Каким же образом нефрон узнает и переносит из крови все эти столь разнообразные вещества? По-видимому, у позвоночных это связано с функцией печени, обеспечивающей модификацию многих из указанных молекул, таким образом, чтобы они могли реагировать с транспортными системами, расположенными в стенке нефронов. Подобные секреторные механизмы важны для организма потому, что они удаляют из крови потенциально опасные вещества. В печени многие из этих веществ наряду с обычными метаболитами конъюгируют с глюкуроновой кислотой или сульфатом. Полученные таким путем два типа конъюгированных молекул активно переносятся системой, которая узнает и секретирует органические кислоты. Поскольку соответствующие конъюгированные молекулы имеют высокую полярность, то, перенесенные с помощью транспортного механизма в просвет нефрона, они уже не могут легко диффундировать через стенку нефрона обратно в околоканальцевое пространство, а оттуда поступить в кровь. В итоге данные вещества экскретируются с мочой.

Канальцевая секреция обеспечивает и ионный баланс. Так большая часть легко фильтрующихся в клубочках ионов калия обычно реабсорбируется из фильтрата в проксимальных канальцах и петлях Генле. Однако дистальные канальцы и собирательные протоки способны не только реабсорбировать, но и секретировать ионы калия. Секретируя калий, данные структуры стремятся достичь ионного гомеостаза в случае поступления в организм необычайно большого количества этого металла. Транспорт К⁺ зависит от его поступления в клетки канальцев из тканевой жидкости, обусловленного активностью обычного Na⁺-Ka⁺–насоса, с утечкой К⁺ из цитоплазмы в канальцевую жидкость. Калий может просто диффундировать по электрохимическому градиенту из клеток почечных канальцев в просвет, потому что канальцевая жидкость электроотрицательна по отношению к цитоплазме. Секреция К⁺ с помощью данных механизмов стимулируется адренокортикальным гормоном – альдостероном, который высвобождается в ответ на повышение содержания К⁺ в плазме крови.

Удаление из плазмы крови избытка водородных ионов (pH-баланс) – важная функция почек. Происходит это путем секреции Н⁺ в обмен на Na⁺, который, наоборот, поступает в клетки канальцев. Водородные ионы «удерживаются» в моче, как правило, в виде заряженных молекул — NH₄⁺ или Н₂РО₄^–, которые не могут проходить сквозь клеточную мембрану. Одновременно в плазму крови поступают новые ионы HCO₃^–.

Подобная система показана на примере экскреции ионов Н⁺, связанных с фосфатом. Здесь Н₂СО₃ образуется тоже из СО₂ и Н₂О и диссоциирует на ион НСО₃^–, поступающий в плазму, и Н⁺, который в это время активно переносится в просвет канальца. Часть секретируемых ионов водорода соединяется с HРO₄^2–, который в клубочке свободно фильтруется из плазмы и образует Н₂РО₄^–. Последний не проникает сквозь мембраны канальцев, движется по нефрону без реабсорбции и в конечном счете выводится из организма с мочой.

В просвете канальцев секретированный ион водорода реагирует также с NH₃, образуя NH₄^–. Как и Н₂РО₄^–, NH₄^– – ион с высокой полярностью, который не в состоянии проникать сквозь клеточную мембрану. Он выходит из нефрона вместе с мочой без реабсорбции, унося с собой секретированный протон. Аммиак – предшественник NH₄⁺ – образуется в клетках почечных канальцев при ферментативном дезаминировании аминокислот (в отличие от фосфата, который попадает в канальцевую жидкость вследствие клубочковой фильтрации). Молекула аммиака свободно диффундирует сквозь клеточную мембрану в просвет канальца благодаря своему неполярному и неионизированному состоянию. В конечном счете аммиак задерживается здесь, реагируя в просвете канальца с активно секретируемым Н ⁺ и в результате превращаясь в ион аммония, для которого стенки канальцев непроницаемы. Таким образом, NH⁺ в моче служит транспортным средством для выведения из организма азота и протонов. Секреция аммиака – основной адаптивный механизм в организме, корректирующий избыток кислот.