За сутки в почке человека в результате фильтрации образуется ~180 л ультрафильтрата (первичной мочи). В это же время из организма выводится ~1,0 ÷ 1,5 л (конечной) мочи. Разница между этими значениями - объём реабсорбции и секреции в мочевых протоках (канальцах нефрона и собирательных трубочках).
      3.1.2.1.  Механизмы реабсорбции веществ в мочевых канальцах. Пассивная и активная реабсорбция. Обратное всасывание различных веществ из жидкости мочевых канальцев в интерстициальную жидкость и в кровь гемакапилляров вторичной микрогемациркуляторной сети может осуществляться посредством механизмов пассивного транспорта веществ (пассивная реабсорбция) и посредством активных механизмов трансмембранного транспорта веществ (активная реабсорбция). Если вещество реабсорбируется против электрохимического и концентрационного градиентов, то этот процесс называется активным транспортом. Различают два вида активного транспорта - первичный активный транспорт и вторичный активный транспорт.
     3.1.2.2.  Парацеллюлярная пассивная реабсорбция. Пассивный транспорт веществ из ультрафильтрата полостей мочевых канальцев нефронов в кровь вторичной сети микрогемациркуляторного русла может осуществляться двумя путями. Первый путь - транспорт веществ между клетками эпителия мочевых канальцев (эпителиоциты), через плотные соединения двух соседних эпителиоцитов. Этот путь получил название парацеллюлярной реабсорбции. Парацеллюлярная реабсорбция может осуществляться посредством простой диффузии и/или за счет переноса веществ вместе с растворителем. Диффузия осуществляется без препятствий, если плотное соединение проницаемо для данного вещества и направление концентрационного градиента вещества совпадает с направлением его реабсорбции.
     3.1.2.3.  Трансцеллюлярная пассивная реабсорбция. Второй путь реабсорбции - транспорт веществ через тела эпителиоцитов, то есть трансцеллюлярный транспорт веществ, или трансцеллюлярная реабсорбция. Трансцеллюлярная реабсорбция осуществляется через многослойную структуру, реабсорбционный барьер.
     3.1.2.4.  Реабсорбционный барьер мочевых канальцев. Возможными последовательными частями реабсорбционного барьера могут быть:
     – апикальный участок плазмалеммы эпителиоцита, отделяющий его цитоплазму от жидкости полости мочевого канальца;
     – цитоплазма эпителиоцита;
     – латеральные и базальный участки плазмалеммы эпителиоцита, отделяющие его цитоплазму от жидкости межклеточного пространства и интерстициальной жидкости.
     – стенка перитубулярного гемакапилляра, отделяющая кровь гемакапилляра от интерстициальной жидкости.
     Вещества хорошо растворимые в липидах могут безпрепятственно преодолевать все части реабсорбционного барьера посредством простой диффузии. Как и в случае с парацеллюлярной реабсорбцией, трансцеллюлярная реабсорбция определяется направлением и величиной концентрационного градиента данного вещества.
     3.1.2.5.  Трансцеллюлярная активная реабсорбция. Трансцеллюлярная реабсорбция веществ плохо растворимых или нерастворимых в липидах не может осуществляться пассивно. Для реабсорбции таких веществ используется механизм активного транспорта. Активный транспорт, который обеспечивается непосредственно энергией высвобождаемой в процессе метаболизма клеток, называют первичным однонаправленным активным транспортом (uniport, uniport transport). По механизму первичного активного транспорта работают натриевые и калиевые насосы клеток мочевых канальцев. Процесс транспорта катализируется ферментами Na⁺АТФ-аза, К⁺-АТФ-аза, Na⁺, К⁺-АТФ-аза использующих энергию АТФ.
     Активный транспорт, который не обеспечивается непосредственно энергией высвобождаемой в процессе метаболизма клеток, называют вторичным или сопряженным активным транспортом (conjugate transport).
     Различают два вида вторичного транспорта: сопряженный противонаправленный трансмембранный транспорт (conjugate counter-transport, antiport) и сопряженный однонаправленный трансмембранный транспорт (conjugate com-transport, symport). При противонаправленном (встречном) сопряженном транспорте два субстрата проходят через мембрану в противоположных направлениях. При однонаправленном сопряженном транспорте два субстрата проходят через мембрану в одном направлении. Реабсорбция в мочевых канальцах глюкозы, аминокислот осуществляется по механизму однонаправленного сопряженного транспорта. Эти вещества из просвета мочевого канальца транспортируются через плазмалемму эпителиоцитов проксимального мочевого канальца с участием специального белка-переносчика. Вначале образуется комплекс преносчик-ион Na. Этот комплекс ассоциируется с другим транспортируемым веществом и в таком виде перемещается через апикальную область плазмалеммы, через щёточную кайму эпителиоцита в его цитоплазму. Движущей силой переноса этих веществ через апикальную плазматическую мембрану служит градиент концентрации натрия, направленный в цитоплазму. Градиент концентрации натрия обеспечивается непрерывным активным транспортом натрия из клетки во внеклеточную жидкость с помощью Na⁺-K⁺ -АТФ-азы, локализованной в латеральных и базальной участках плазмалеммы эпителиоцита мочевого канальца.
     3.1.2.6.  Реабсорбция в различных отделах канальцев. В проксимальном отделе мочевого канальца нефрона практически полностью реабсорбируются аминокислоты, глюкоза, витамины, белки, микроэлементы, значительное количество ионов Na⁺, Cl^–, НСО₃^–. В последующем, дистальном отделе мочевого канальца нефрона всасываются преимущественно электролиты и вода.
     Реабсорбция натрия и хлора представляет собой наиболее значительный по объёму и энергетическим тратам процесс. В проксимальном канальце, реабсорбируется бо́льшая часть профильтровавшихся воды и растворённых в ней веществ и объёмный поток первичной мочи по канальцам существенно уменьшается. В результате, в начальный отдел петли Генле нефрона поступает всего лишь около ~1/3 объёма профильтровавшейся в почечном тельце жидкости. Кроме того, при движении профильтровавшейся жидкости по мочевым протокам значительно изменяется концентрация растворённых в ней веществ. Так, из всего количества натрия, поступившего в ультрафильтрат в полость капсулы почечного тельца при фильтрации, в канальцевой петле нефрона всасывается до 25%, в дистальном извитом канальце - около 9%, и менее 1% реабсорбируется в собирательных трубочках или выводится из организма с мочой.
     Реабсорбция в дистальном отделе мочевого канальца характеризуется тем, что эпителиоциты его стенки переносят меньшее количество ионов, чем эпителиоциты проксимального мочевого канальца. При этом активный транспорт ионов осуществляется против бо́льшего градиента концентрации. Дистальные отделы мочевых канальцев нефрона и собирательные трубочки являются объектом управления объёмом выводимой из организма мочи и концентрацией в ней осмотически активных веществ (осмотическая концентрация, осмоляльная концентрация, осмоляльность). В конечной моче концентрация натрия может снижаться до 1 ммоль / л (в плазме крови, в первичной моче ~140 ммоль / л). В дистальном отделе мочевого канальца калий не реабсорбируется. Более того, при его избытке в организме, он секретируется из крови тубулярных гемакапилляров в жидкость дистальных канальцев.
     В проксимальных отделах мочевых канальцев реабсорбция натрия, калия, хлора и других веществ происходит через мембраны стенок канальцев практически свободно. Напротив, в толстых восходящих отделах канальцевых петель нефронов, в дистальных извитых канальцах и в собирательных трубочках реабсорбция воды и ионов происходит через малопроницаемую для воды стенку канальца. Проницаемость мембран этих структур для воды в отдельных участках нефрона и в собирательных трубочках может регулироваться (факультативная реабсорбция). В частности, реабсорбция натрия и хлора в проксимальных отделах мочевых канальцев может значительно изменяться при действии нейрогенных и гуморальных управляющих сигналов. Это проявляется при увеличении объёма крови и внеклеточной жидкости. Уменьшение реабсорбции в проксимальных отделах мочевых канальцев способствует усилению экскреции воды и ионов, что приводит к восстановлению водно-солевого равновесия к исходному, нормальному уровню.
     В проксимальных отделах мочевых канальцев всегда сохраняется изоосмия. Объём реабсорбируемой воды в проксимальном отделе определяется количеством реабсорбируемых там осмотически активных веществ. Поскольку стенка проксимального отдела мочевого канальца свободно проницаема для воды, то она транспортируется вслед за этими веществами по осмотическому градиенту. В конечных частях дистальных извитых канальцев и в собирательных трубочках проницаемость стенки канальца для воды, а следовательно, и её реабсорбция регулируется вазопрессином. Факультативная реабсорбция воды зависит от осмотической проницаемости стенки мочевого канальца, от осмотического градиента и от объёмной скорости потока жидкости по мочевому канальцу.
     3.1.2.7.  Порог выведения вещества почками. При оценке реабсорбции различных веществ из жидкости почечных канальцев используется понятие «порог выведения вещества». Порогом выведения данного вещества из организма называют значение концентрации этого вещества в плазме крови (и в ультрафильтрате), при котором начинается выведение этого вещества с конечной мочой. Непороговые вещества выводятся из организма с мочой при любой их концентрации в плазме крови (и, соответственно, в ультрафильтрате). Такими веществами являются инулин, маннитол. Пороговые вещества имеют различные значения порогов выведения. Так, выведение глюкозы с мочой (глюкозурия) наступает тогда, когда её концентрация в клубочковом фильтрате (и в плазме крови) превышает ~10 ммоль / л.
     3.1.2.8.  Реабсорбция воды. Реабсорбция воды, хлора и некоторых других ионов, мочевины осуществляется посредством пассивного трансмембранного транспорта - по электрохимическому, концентрационному или осмотическому градиенту. Примером пассивного транспорта является реабсорбция в дистальном извитом мочевом канальце хлора по электрохимическому градиенту, создаваемому активным транспортом натрия.
     По осмотическому градиенту транспортируется вода. Объёмная скорость её реабсорбции зависит от осмотической проницаемости стенки канальца и от разности концентраций осмотически активных веществ с противоположных сторон стенки мочевого канальца. Вследствие всасывания воды и растворенных в ней веществ, по концентрационному градиенту реабсорбируется в кровь небольшое количество мочевины. В результате этого увеличивается концентрация мочевины в жидкости проксимального канальца.
     Клетки разных отделов нефрона отличаются как по структуре, так и по функциям. Более того, неодинаковы свойства цитоплазматической мембраны даже в одной и той же клетке. Апикальная область мембраны клетки, обращенная в просвет канальца, имеет иные характеристики, чем её базальная область, омываемая интерстициальной жидкостью, и боковые области, омываемые межклеточной жидкостью и соприкасающиеся с гемакапиллярами. Вследствие этого, апикальная и базальная области плазмалемм участвуют в транспорте веществ по-разному.
     3.1.2.9.  Реабсорбция ионов. Механизм реабсорбции ионов можно рассмотреть на примере реабсорбции ионов Na⁺.
     В проксимальном канальце нефрона всасывание Na⁺ в кровь происходит в результате ряда процессов, один из которых - активный транспорт Na⁺ из просвета канальца, другой - пассивная реабсорбция Na⁺ вслед за активно транспортируемыми в кровь как ионами гидрогенкарбоната (бикарбоната), так и ионами Cl^–.
     При электрофизиологических исследованиях было установлено, что разность потенциалов между наружной поверхностью стенки проксимального мочевого канальца (околоканальцевая интерстициальная жидкость) и его внутренней поверхностью (канальцевая жидкость) составляет ~1,3 мВ. В то же время, соответствующая разность потенциалов между поверхностями дистального мочевого канальца может достигать ~60 мВ. Внутренняя поверхность стенок обоих канальцев имеет отрицательный заряд, а концентрация Na⁺ в околоканальцевой интерстициальной жидкости (и в крови) выше, чем в жидкости канальцев. То есть градиент электрохимического потенциала направлен из интерстициального пространства в полость канальца. В таких условиях реабсорбция ионов Na⁺ может осуществляться активно, против градиента электрохимического потенциала.
     Внутренняя поверхность плазмалеммы эпителиоцита канальца имеет отрицательный потенциал. Поэтому положительно заряженные ионы Na⁺ поступают в цитоплазму эпителиоцита из жидкости канальца по направлению градиента потенциала. Ионы Na⁺ перемещаются к внутренней поверхности базальной плазматической мембраны эпителиоцита. Через эту область мембраны ионы Na⁺ натриевым насосом перемещаются в межклеточную жидкость (против градиента потенциала ~70 ÷ 90 мВ.
     В плазмалеммах эпителиоцитов мочевых канальцев могут размещаться несколько разновидностей ионных насосов. Одним их них является Na⁺, К⁺-АТФ-аза. Этот фермент размещается в базальной и латеральных областях мембран эпителиоцитов и обеспечивает транспорт ионов Na⁺ из эпителиоцита в кровь и поступление из крови в эпителиоцит ионов К⁺. В реабсорбции гидрогенкарбоната важная роль принадлежит ферменту карбоангидразе.
     3.1.2.10.  Реабсорбция глюкозы. Фильтруемая глюкоза почти полностью реабсорбируется клетками проксимального мочевого канальца, так что в норме за сутки с мочой выделяется незначительное количество глюкозы (не более 130 мг). Процесс реабсорбции глюкозы осуществляется против высокого концентрационного градиента посредством сопряженного (вторичного) активного транспорта (conjugate transport).
     В апикальных участках плазмалемм эпителиоцитов мочевых канальцев глюкоза комбинируется с белком-переносчиком. Этот же переносчик комбинируется также с ионами Na⁺. После этого комплекс транспортирует через плазмалемму в цитоплазму эпителиоцита глюкозу и ионы Na⁺.
     Апикальная область плазмалеммы обладает односторонней проницаемостью и высокой селективностью. Она не пропускает обратно из цитоплазмы эпителиоцита в просвет канальца ни глюкозу, ни Na⁺. Эти вещества в цитоплазме эпителиоцита движутся к его основанию по градиенту концентрации. Перенос глюкозы из цитоплазмы эпителиоцитов в интерстициальное пространство и в кровь через базальные плазмалеммы осуществляется по механизму облегченной диффузии. В то же время Na⁺, как отмечалось выше, транспортируется посредством натриевого насоса базальных плазмалемм.
     3.1.2.11.  Реабсорбция аминокислот. Аминокислоты почти полностью реабсорбируются эпителиоцитами проксимального канальца. Для реабсорбции нейтральных, двуосновных, дикарбоксильных аминокислот и иминокислот из жидкости мочевых канальцев в кровь существует несколько разных механизмов транспорта. Каждый из механизмов относительно специфичен и обеспечивает реабсорбцию аминокислот одной группы. В частности, механизм реабсорбции двуосновных аминокислот участвует во всасывании лизина, аргинина, орнитина и, возможно, цистина. При введении в кровь одной из аминокислот указанной группы в кровь и создании избыточной её концентрации в плазме крови, начинается усиленная экскреция почкой аминокислот именно этой группы. Транспорт отдельных групп аминокислот управляется специфичными им генетическими механизмами.
     3.1.2.12.  Реабсорбция слабых кислот и оснований. Выведение с мочой слабых кислот и оснований зависит от их клубочковой фильтрации, канальцевой реабсорбции или секреции. Выведение этих веществ осуществляется в основном по механизму неионной диффузии. Наиболее интенсивно этот процесс осуществляется в дистальных мочевых канальцах и собирательных трубочках.
     Слабые кислоты и основания могут существовать в зависимости от pH среды в двух формах - неионизированной и ионизированной. Клеточные мембраны более проницаемы для неионизированных веществ. Многие слабые кислоты с бо́льшей скоростью экскретируются со Щёлочной мочой, а слабые основания, напротив, - с кислой. Степень ионизации оснований увеличивается в кислой среде, но уменьшается в Щёлочной. В неионизированном состоянии эти вещества через липиды мембран реабсорбируются в цитоплазмы эпителиоцитов, а затем в плазму крови. Если значение рН канальцевой жидкости сдвинуто в кислую сторону, то основания ионизируются, плохо всасываются и экскретируются с мочой. В частности, никотин (слабое основание), при рН ~8,1 ионизируется на 50%. Он в 3 ÷ 4 раза быстрее экскретируется с кислой мочой (рН ~5), чем со Щёлочной (рН ~7,8) мочой.
     3.1.2.13.  Реабсорбция белков. В гемакапиллярных клубочках почечных телец фильтруется незначительное количество белков. Все они реабсорбируются эпителиоцитами проксимальных мочевых канальцев. Выведение белков с мочой в норме составляет не более ~20 ÷ 75 мг в сутки. При заболеваниях почек содержание белков в моче может возрастать до ~50 г в сутки. Увеличение выделения белков с мочой (протеинурия) может быть обусловлено либо нарушением их реабсорбции, либо увеличением фильтрации, либо и тем и другим вместе.
     В отличие от реабсорбции электролитов, глюкозы и аминокислот, которые, проникнув через апикальный участок мембрану в цитоплазму эпителиоцита мочевого канальца, в неизмененном виде достигают базальной области плазмалеммы эпителиоцита и транспортируются в кровь, реабсорбция белка обеспечивается принципиально иным механизмом. Белок попадает в цитоплазму эпителиоцита посредством пиноцитоза. Вначале молекулы профильтровавшегося белка адсорбируются на поверхности апикальной области плазмалеммы эпителиоцита. Затем плазмалемма образует пиноцитозную вакуоль. Отшнуровавшаяся вакуоль движется по направлению к базальному участку плазмалеммы эпителиоцита. В околоядерной области, где локализован пластинчатый комплекс (аппарат Гольджи), вакуоли могут сливаться с лизосомами, содержащими ряд высокоактивных ферментов. В лизосомах белки расщепляются протеолитическими ферментами. Образовавшиеся при этом дипептиды и аминокислоты транспортируются через базальную область плазмалеммы в интерстициальную жидкость и в кровь вторичной капиллярной сети. Небольшая часть белков не комбинируется с лизосомами, не гидролизуется и переносится из цитоплазмы эпителиоцита в кровь в неизмененном виде.
     3.1.2.14.  Оценка реабсорбции в мочевых канальцах. Обратное всасывание веществ из жидкости мочевых канальцев в интерстициальную жидкость и в кровь оценивается разностью между количеством вещества, профильтровавшегося в клубочках, и количеством вещества, выделенного с мочой.

где T - переменная, объём транспорта, R - индекс при переменной, реабсорбция, x - индекс при переменной, вещество, T^R_x - объём реабсорбции вещества X, F - объём клубочковой фильтрации, f_x - фракция вещества X, не связанная с белками плазмы крови по отношению к его общей концентрации в плазме крови, Р - концентрация вещества в плазме крови, U - концентрация вещества в моче. По приведенной формуле оценивают значение абсолютного показателя (количество реабсорбируемого вещества). При вычислении относительного показателя реабсорбции (% R) оценивают долю вещества, подвергшуюся обратному всасыванию по отношению к количеству вещества, профильтровавшегося в клубочках:

где EFx - экскретируемая фракция вещества X; когда величина этого показателя меньше единицы, вещество X реабсорбируется, больше единицы - секретируется (см. оценка объёмной скорости потока фильтрации в почечных тельцах, клиренс).
     Для оценки реабсорбционной способности клеток проксимальных канальцев используют показатель Т_mG, максимальная величина транспорта глюкозы. Значение этого показателя оценивают при полном насыщении жидкостей организма глюкозой. Для этого вливают в кровь раствор глюкозы и этим повышают её концентрацию в клубочковом фильтрате до такой степени, что глюкоза выделяется с мочой.