25.6: إعادة الامتصاص الأنبوبي

Last updated
Save as PDF

Page ID: 203207

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

أهداف التعلم

ضع قائمة بآليات النقل المحددة التي تحدث في أجزاء مختلفة من النيفرون، بما في ذلك النقل النشط والتناضح والانتشار الميسر والتدرجات الكهروكيميائية السلبية
ضع قائمة بالبروتينات الغشائية المختلفة للنيفرون، بما في ذلك القنوات والناقلات ومضخات ATPase
قارن وقارن بين إعادة الامتصاص الأنبوبي السلبي والنشط
اشرح سبب ضرورة النفاذية التفاضلية أو عدم نفاذية أقسام معينة من أنابيب النيفرون لتكوين البول
وصف كيف وأين تتم إعادة امتصاص الماء والمركبات العضوية والأيونات في النيفرون
اشرح دور حلقة Henle والفاسا المستقيم وآليات الضرب بالتيار المعاكس في تركيز البول
ضع قائمة بالمواقع في النيفرون حيث يحدث الإفراز الأنبوبي

مع مرور ما يصل إلى 180 لترًا يوميًا عبر النيفرون في الكلى، من الواضح تمامًا أنه يجب إعادة امتصاص معظم هذا السائل ومحتوياته. يحدث هذا الاسترداد في معاهدة التعاون بشأن البراءات وحلقة Henle و DCT وقنوات التجميع (الجدول\(\PageIndex{1}\) والشكل\(\PageIndex{1}\)). تختلف أجزاء مختلفة من النيفرون في قدرتها على إعادة امتصاص الماء والمواد المذابة المحددة.

الشكل\(\PageIndex{1}\): مواقع الإفراز وإعادة الامتصاص في النيفرون.

في حين أن الكثير من عمليات إعادة الامتصاص والإفراز تحدث بشكل سلبي بناءً على تدرجات التركيز، فإن كمية الماء التي يتم إعادة امتصاصها أو فقدها يتم تنظيمها بإحكام. تتم هذه السيطرة مباشرة عن طريق ADH والألدوستيرون، وبشكل غير مباشر عن طريق الرينين. يتم استرداد معظم المياه في معاهدة التعاون بشأن البراءات وحلقة Henle و DCT. يصل حوالي 10 بالمائة (حوالي 18 لترًا) إلى قنوات التجميع. يمكن لمجاري التجميع، تحت تأثير ADH، استعادة كل المياه التي تمر عبرها تقريبًا، في حالات الجفاف، أو عدم وجود أي جزء من الماء تقريبًا، في حالات الإفراط في الترطيب.

جدول\(\PageIndex{1}\): المواد التي يتم إفرازها أو إعادة امتصاصها في النيفرون ومواقعها
مادة	معاهدة التعاون	لوب أوف هينلي	DCT	جمع القنوات
جلوكوز	تمت إعادة امتصاصه بنسبة 100 في المائة تقريبًا؛ النقل الثانوي النشط باستخدام Na ⁺
أوليغوببتيدات والبروتينات والأحماض الأمينية	تمت إعادة امتصاصه بنسبة 100 في المائة تقريبًا؛ يتم تصديره باستخدام Na ⁺
فيتامينات	أعيد استيعابها
اللاكتات	أعيد استيعابها
الكريات	يفرز
يوريا	يُعاد امتصاصه بنسبة 50 بالمائة عن طريق الانتشار؛ ويُفرز أيضًا	الإفراز والانتشار في الطرف الهابط		إعادة الامتصاص في قنوات التجميع النخاعي؛ الانتشار
صوديوم	تم إعادة امتصاص 65 في المائة بشكل فعال	تم إعادة امتصاصه بنسبة 25 في المائة في طرف صاعد سميك؛ نقل نشط	تمت إعادة امتصاصه بنسبة 5 في المائة؛ نشط	تمت إعادة امتصاصه بنسبة 5 في المائة وتحفيزه الألدوستيرون؛ نشط
كلوريد	مُعاد امتصاصه، يُدعم باستخدام Na ⁺، والانتشار	يُعاد امتصاصه في طرف صاعد رقيق وسميك؛ وينتشر في الطرف الصاعد	أعيد امتصاصه؛ الانتشار	مُعاد امتصاصه؛ مُدعّم
الماء	تمت إعادة امتصاص 67 في المائة بشكل تناسلي باستخدام المواد المذابة	تمت إعادة امتصاص 15 في المائة في الطرف الهابط؛ التناضح	تمت إعادة امتصاص 8 في المائة من ADH؛ التناضح	كميات متغيرة أعيد امتصاصها، يتم التحكم فيها بواسطة ADH، التناضح
البيكربونات	إعادة امتصاص الدهون بنسبة 80-90 بالمائة باستخدام Na ⁺	يُعاد امتصاصه، ويُدعم مع Na ⁺، وأنتيبورت مع Cl ^—؛ في الطرف الصاعد		مضاد الاستيراد المعاد امتصاصه مع Cl ^—
أتش ⁺	يفرز؛ انتشار		مُفرز؛ نشط	مُفرز؛ نشط
إن إتش ₄ ⁺	يفرز؛ انتشار		يفرز؛ انتشار	يفرز؛ انتشار
هكو ₃ ^—	أعيد امتصاصه؛ الانتشار	أعيد امتصاصه؛ الانتشار في الطرف الصاعد	أعيد امتصاصه؛ الانتشار	مُعاد امتصاصه؛ مضاد للمنفذ مع Na ⁺
بعض الأدوية	يفرز		مُفرز؛ نشط	مُفرز؛ نشط
بوتاسيوم	تمت إعادة امتصاصه بنسبة 65 في المائة؛ الانتشار	أعيد امتصاصه بنسبة 20 في المائة في طرف صاعد سميك؛ Symport	مُفرز؛ نشط	يتم التحكم في الإفراز بواسطة الألدوستيرون؛ نشط
الكلسيوم	أعيد امتصاصه؛ الانتشار	أعيد امتصاصه في طرف صاعد سميك؛ الانتشار		يُعاد امتصاصه إذا كان هرمون الغدة الدرقية موجودًا؛ نشط
المغنيسيوم	أعيد امتصاصه؛ الانتشار	أعيد امتصاصه في طرف صاعد سميك؛ الانتشار	أعيد استيعابها
الفوسفات	أعيد امتصاصه بنسبة 85 في المائة، ويثبط انتشاره بهرمون الغدة الدرقية		أعيد امتصاصه؛ الانتشار

آليات الاسترداد

تشمل الآليات التي تنتقل بها المواد عبر الأغشية لإعادة الامتصاص أو الإفراز النقل النشط والانتشار والانتشار الميسر والنقل النشط الثانوي والتناضح. تمت مناقشة هذه الأمور في فصل سابق، وقد ترغب في مراجعتها.

يستخدم النقل النشط الطاقة، وعادة ما تكون الطاقة الموجودة في رابطة الفوسفات من ATP، لنقل مادة عبر الغشاء من تركيز منخفض إلى تركيز مرتفع. إنه محدد للغاية ويجب أن يكون له مستقبل ذو شكل مناسب حتى يتم نقل المادة. ومن الأمثلة على ذلك النقل النشط لـ Na ⁺ من الخلية و K ⁺ إلى خلية بواسطة مضخة Na ⁺ /K ⁺. يتم نقل كلا الأيونات في اتجاهين متعاكسين من تركيز أقل إلى تركيز أعلى.

يؤدي الانتشار البسيط إلى نقل المادة من تركيز أعلى إلى تركيز أقل إلى أسفل تدرج تركيزها. لا يتطلب أي طاقة ويحتاج فقط إلى أن يكون قابلاً للذوبان.

يشبه الانتشار الميسر الانتشار من حيث أنه يحرك المادة إلى أسفل تدرج تركيزها. الفرق هو أنه يتطلب مستقبلات غشائية محددة أو بروتينات قناة للحركة. تعتبر حركة الجلوكوز، وفي بعض الحالات، أيونات Na ⁺، مثالاً على الانتشار الميسر. في بعض حالات الانتشار الميسر، تشترك مادتان مختلفتان في نفس منفذ بروتين القناة؛ يتم وصف هذه الآليات بمصطلحي symport و antiport.

تقوم آليات Symport بتحريك مادتين أو أكثر في نفس الاتجاه في نفس الوقت، بينما تقوم آليات مكافحة المنافذ بنقل مادتين أو أكثر في اتجاهين متعاكسين عبر غشاء الخلية. قد تستخدم كلتا الآليتين تدرجات التركيز التي تحافظ عليها مضخات ATP. هذه آلية يصفها مصطلح «النقل النشط الثانوي». على سبيل المثال، قد تقوم مضخة Na ⁺ ATPase الموجودة على الغشاء القاعدي للخلية بضخ Na ⁺ باستمرار خارج الخلية، مع الحفاظ على التدرج الكهروكيميائي القوي. على السطح المقابل (القمي)، تساعد قناة بروتين Na ⁺ /glucose في إدخال كل من Na ⁺ والجلوكوز إلى الخلية بينما يتحرك Na ⁺ لأسفل في تدرج التركيز الناتج عن مضخات Na ⁺ ATPase الأساسية. ثم ينتشر جزيء الجلوكوز عبر الغشاء القاعدي عن طريق الانتشار الميسر في الفضاء الخلالي ومن هناك إلى الشعيرات الدموية الصفاق.

يجب إعادة امتصاص معظم Ca ⁺⁺ و Na ⁺ والجلوكوز والأحماض الأمينية بواسطة النيفرون للحفاظ على تركيزات البلازما الاستاتيكية. يتم إفراز مواد أخرى، مثل اليوريا و K ⁺ والأمونيا (NH ₃₎ والكرياتينين وبعض الأدوية في المرشح كنفايات. يتم الحفاظ على توازن الحمض القاعدي من خلال إجراءات الرئتين والكلى: تخلص الرئتان الجسم من ^H+، بينما تفرز الكلى أو تعيد امتصاص H ⁺ و HCO ₃ ^- (الجدول\(\PageIndex{2}\)). في حالة اليوريا، يتم إعادة امتصاص حوالي 50 في المائة بشكل سلبي بواسطة معاهدة التعاون بشأن البراءات. يتم استرداد المزيد في قنوات التجميع حسب الحاجة. يؤدي ADH إلى إدخال ناقلات اليوريا وبروتينات قناة الأكوابورين.

الجدول\(\PageIndex{2}\): المواد التي تمت تصفيتها وإعادة امتصاصها بواسطة الكلى كل 24 ساعة
مادة	الكمية المفلترة (بالجرام)	الكمية المعاد امتصاصها (بالجرام)	كمية البول (بالجرام)
الماء	180 لتر	179 لتر	1 لتر
البروتينات	10—20	10—20	0
كلور	630	625	5
صوديوم	540	537	3
البيكربونات	300	299.7	0.3
جلوكوز	180	180	0
يوريا	53	28	25
بوتاسيوم	28	24	4
حمض اليوريك	8.5	7.7	0.8
الكريات	1.4	0	1.4

إعادة الامتصاص والإفراز في معاهدة التعاون بشأن البراءات

تقوم الجسيمات الكلوية بتصفية الدم لإنشاء مرشح يختلف عن الدم بشكل رئيسي في غياب الخلايا والبروتينات الكبيرة. من هذه النقطة إلى نهايات قنوات التجميع، يخضع المرشح أو البول المتشكل للتعديل من خلال الإفراز وإعادة الامتصاص قبل إنتاج البول الحقيقي. النقطة الأولى التي يتم فيها تعديل البول المتشكل هي في معاهدة التعاون بشأن البراءات. هنا، يتم إعادة امتصاص بعض المواد، بينما يتم إفراز البعض الآخر. لاحظ استخدام مصطلح «معاد امتصاصه». تم «امتصاص» جميع هذه المواد في الجهاز الهضمي - يجب إعادة امتصاص 99 بالمائة من الماء ومعظم المواد المذابة التي تمت تصفيتها بواسطة النيفرون. يتم إرجاع الماء والمواد التي يتم إعادة امتصاصها إلى الدورة الدموية عن طريق الشعيرات الدموية الصفاق والشعيرات الشرجية. من المهم أن نفهم الفرق بين الكبيبة والشعيرات الدموية الصفاق والشعيرات الدموية المستقيمية. تتمتع الكبيبة بضغط مرتفع نسبيًا داخل الشعيرات الدموية ويمكنها الحفاظ على ذلك عن طريق توسيع الشرايين القادمة مع تضييق الشرايين الخارجة. هذا يضمن ضغط الترشيح الكافي حتى مع اختلاف ضغط الدم النظامي. ستتأثر حركة الماء إلى الشعيرات الدموية الصفاقية والفاسا المستقيم بشكل أساسي بتدرجات الأسمولية والتركيز. يتم ضخ الصوديوم بنشاط من PCT إلى المساحات الخلالية بين الخلايا وينتشر عبر تدرج تركيزه في الشعيرات الدموية الصفاقية. أثناء القيام بذلك، سيتبع الماء بشكل سلبي للحفاظ على بيئة السوائل متساوية التوتر داخل الشعيرات الدموية. وهذا ما يسمى بإعادة امتصاص الماء الإجباري، لأن الماء «ملزم» باتباع Na ⁺ (الشكل\(\PageIndex{2}\)).

الشكل\(\PageIndex{2}\): المواد التي أعيد امتصاصها وإفرازها بواسطة معاهدة التعاون بشأن البراءات.

ينتقل المزيد من المواد عبر أغشية PCT أكثر من أي جزء آخر من النيفرون. تستخدم العديد من هذه المواد (الأحماض الأمينية والجلوكوز) آليات الاستيراد للنقل إلى جانب Na ⁺. يُعد منع النقل والنقل النشط والانتشار والانتشار الميسر آليات إضافية يتم من خلالها نقل المواد من جانب واحد من الغشاء إلى الجانب الآخر. تذكر أن الخلايا لها سطحين: قمي وقاعدي. السطح القمي هو الذي يواجه التجويف أو المساحة المفتوحة للتجويف أو الأنبوب، وفي هذه الحالة، داخل PCT. يواجه السطح القاعدي للخلية قاعدة النسيج الضام التي تلتصق بها الخلية (الغشاء القاعدي) أو غشاء الخلية الأقرب إلى الغشاء القاعدي إذا كانت هناك طبقة طبقية من الخلايا. في معاهدة التعاون بشأن البراءات، توجد طبقة واحدة من الخلايا البطانية المكعبة البسيطة ضد الغشاء القاعدي. تختلف الأرقام والأنواع الخاصة من المضخات والقنوات بين السطوح القمية والبازيلية (الجدول\(\PageIndex{3}\)). بعض المواد التي يتم نقلها باستخدام Na ⁺ (آلية semport) على الغشاء القمي تشمل Cl ^- و Ca ⁺⁺ والأحماض الأمينية والجلوكوز و PO ₄ ^3-. يتم تبادل الصوديوم بنشاط لـ K ⁺ باستخدام ATP على الغشاء القاعدي. يتم نقل معظم المواد المنقولة بواسطة آلية السمبورت على الغشاء القمي عن طريق الانتشار الميسر على الغشاء القاعدي. ثلاثة أيونات على الأقل، K ⁺ و Ca ⁺⁺ و Mg ⁺⁺، منتشرة أفقيًا بين أغشية الخلايا المجاورة (عبر الخلايا).

الجدول\(\PageIndex{3}\): إعادة استيعاب المواد المذابة الرئيسية بواسطة معاهدة التعاون بشأن البراءات
غشاء قاعدي	غشاء قمي
النقل النشط	تصدير مع Na ⁺
Na ⁺ (مقابل K ⁺)	ك ⁺
انتشار مُيسّر	كلورايد ^—
ك ⁺	سيارة ⁺⁺
كلورايد ^—	ملغ ⁺⁺
سيارة ⁺⁺	هكو ₃ ^—
هكو ₃ ^—	الرقم 3 − 4
الرقم 3 − 4	أحماض أمينية
أحماض أمينية	جلوكوز
جلوكوز	الفركتوز
الفركتوز	الجالاكتوز
الجالاكتوز	اللاكتات
اللاكتات	سكسينات
سكسينات	سيترات
سيترات	الانتشار بين خلايا النيفرون
	ك ⁺
	سيارة ⁺⁺
	ملغ ⁺⁺

يتم إعادة امتصاص حوالي 67 بالمائة من الماء، Na ^⁺، و K+ الذي يدخل النيفرون في PCT وإعادته إلى الدورة الدموية. عادةً ما يتم استرداد ما يقرب من 100 بالمائة من الجلوكوز والأحماض الأمينية والمواد العضوية الأخرى مثل الفيتامينات هنا. قد يظهر بعض الجلوكوز في البول إذا كانت مستويات الجلوكوز المتداولة عالية بما يكفي لتشبع جميع ناقلات الجلوكوز في معاهدة التعاون بشأن البراءات، بحيث يتم تجاوز قدرتها على تحريك الجلوكوز (الحد الأقصى للنقل، أو T _m). عند الرجال، يبلغ الحد الأقصى من الجلوكوز الذي يمكن استرداده حوالي 375 مجم/دقيقة، بينما في النساء، يبلغ حوالي 300 مجم/دقيقة. يُترجم معدل الاسترداد هذا إلى تركيز شرياني يبلغ حوالي 200 مجم/ديسيلتر. على الرغم من أن تناول السكر بكميات كبيرة بشكل استثنائي قد يتسبب في ظهور السكر لفترة وجيزة في البول، فإن ظهور الجلوكوزوريا يشير عادةً إلى داء السكري من النوع الأول أو الثاني. يشبه نقل الجلوكوز من تجويف PCT إلى الفضاء الخلالي الطريقة التي تمتصه بها الأمعاء الدقيقة. يرتبط كل من الجلوكوز و Na ⁺ في وقت واحد بنفس بروتينات السمبورت على السطح القمي للخلية ليتم نقلها في نفس الاتجاه، نحو الفضاء الخلالي. ينتقل الصوديوم إلى أسفل التدرج الكهروكيميائي والتدرج التركيزي إلى الخلية ويأخذ الجلوكوز معها. ثم يتم ضخ Na ⁺ بنشاط من الخلية على السطح القاعدي للخلية إلى الفضاء الخلالي. يغادر الجلوكوز الخلية لدخول الفضاء الخلالي عن طريق الانتشار الميسر. تأتي الطاقة اللازمة لنقل الجلوكوز من Na ⁺ /K ⁺ ATPase الذي يضخ Na ⁺ خارج الخلية على السطح القاعدي. يتم أيضًا استرداد خمسين بالمائة من Cl ^- وكميات متغيرة من Ca ⁺⁺ ^{و Mg ++} و HPO ₄ ^2- في معاهدة التعاون بشأن البراءات.

يعد استرداد البيكربونات (HCO ₃ ^-) أمرًا حيويًا للحفاظ على توازن الحمض والقاعدة، نظرًا لأنه عازل قوي جدًا وسريع المفعول. يتم استخدام إنزيم مهم لتحفيز هذه الآلية: الأنهيدراز الكربوني (CA). يتم استخدام نفس الإنزيم والتفاعل في خلايا الدم الحمراء في نقل ثاني _أكسيد الكربون، وفي المعدة لإنتاج حمض الهيدروكلوريك، وفي البنكرياس لإنتاج HCO ₃ ^- لحماية الكيموس الحمضي من المعدة. في الكلية، يوجد معظم CA داخل الخلية، ولكن كمية صغيرة مرتبطة بحدود الفرشاة للغشاء على السطح القمي للخلية. في تجويف معاهدة التعاون بشأن البراءات، يتحد HCO ₃ ^— مع أيونات الهيدروجين لتكوين حمض الكربونك (H ₂ CO ₃). يتم تحفيز هذا إنزيميًا في ثاني _أكسيد الكربون والماء، والذي ينتشر عبر الغشاء القمي إلى الخلية. يمكن أن يتحرك الماء بشكل تناضحي عبر الغشاء ثنائي الطبقة الدهنية بسبب وجود قنوات ماء الأكوابورين. داخل الخلية، يحدث التفاعل العكسي لإنتاج أيونات البيكربونات (HCO ₃ ^-). يتم نقل أيونات البيكربونات هذه مع Na ⁺ عبر الغشاء القاعدي إلى الفضاء الخلالي حول PCT (الشكل\(\PageIndex{3}\)). في نفس الوقت الذي يحدث فيه هذا، يقوم مضاد Na ^⁺ /H+ بإفراز H ⁺ في التجويف، بينما يستعيد Na ⁺. لاحظ كيف يتم إعادة تدوير أيون الهيدروجين بحيث يمكن استعادة البيكربونات. لاحظ أيضًا أن التدرج Na ⁺ يتم إنشاؤه بواسطة مضخة Na ⁺ /K ⁺.

HCO 3- + H + \Leftrightarrow H 2 CO 3 \Leftrightarrow ثاني أكسيد الكربون 2+H 2 O

يؤدي الاسترداد الكبير للمذيبات من تجويف PCT إلى الفضاء الخلالي إلى إنشاء تدرج تناضحي يعزز استعادة المياه. كما لوحظ من قبل، ينتقل الماء عبر القنوات التي تنتجها بروتينات الأكوابورين. توجد هذه البروتينات في جميع الخلايا بكميات متفاوتة وتساعد على تنظيم حركة الماء عبر الأغشية وعبر الخلايا عن طريق إنشاء ممر عبر الغشاء ثنائي الطبقة الدهنية الكارهة للماء. يساعد تغيير عدد بروتينات الأكوابورين في أغشية قنوات التجميع أيضًا على تنظيم الأسمولية في الدم. تؤدي حركة العديد من الأيونات المشحونة إيجابًا أيضًا إلى حدوث تدرج كهروكيميائي. تعمل هذه الشحنة على تعزيز حركة الأيونات السالبة نحو المساحات البينية وحركة الأيونات الموجبة نحو التجويف.

الشكل\(\PageIndex{3}\): إعادة امتصاص البيكربونات من معاهدة التعاون بشأن البراءات.

إعادة الامتصاص والإفراز في حلقة Henle

تتكون حلقة Henle من قسمين: أقسام هبوطية سميكة ورقيقة وسميكة. لا تمتد حلقات النيفرون القشرية إلى النخاع الكلوي بعيدًا جدًا، إن حدث ذلك على الإطلاق. تحتوي النيفرون المجهري على حلقات تمتد لمسافات متغيرة، بعضها عميق جدًا في النخاع. تتميز الأجزاء الهابطة والصاعدة من الحلقة بدرجة عالية من التخصص لتمكين استعادة الكثير من Na ⁺ والمياه التي تمت تصفيتها بواسطة الكبيبة. عندما يتحرك البول المتشكل عبر الحلقة، ستتغير الأسمولية من متساوي التناضح مع الدم (حوالي 278-300 موسمول/كجم) إلى محلول مفرط التوتر يبلغ حوالي 1200 موسمول/كجم ومحلول منخفض التوتر للغاية يبلغ حوالي 100 موسمول/كجم. يتم تحقيق هذه التغييرات عن طريق التناضح في الطرف الهابط والنقل النشط في الطرف الصاعد. يتم إرجاع المواد المذابة والمياه المستردة من هذه الحلقات إلى الدورة الدموية عن طريق vasa recta.

حلقة تنازلية

تتكون غالبية الحلقة الهابطة من خلايا ظهارية حرشفية بسيطة؛ لتبسيط وظيفة الحلقة، تركز هذه المناقشة على هذه الخلايا. تحتوي هذه الأغشية على بروتينات قناة أكوابورين دائمة تسمح بحركة غير مقيدة للماء من الحلقة الهابطة إلى الخلالي المحيط حيث تزداد الأسمولية من حوالي 300 موسمول/كجم إلى حوالي 1200 موسمول/كجم. تؤدي هذه الزيادة إلى إعادة امتصاص ما يصل إلى 15 بالمائة من الماء الذي يدخل النيفرون. يتم أيضًا استرداد كميات متواضعة من اليوريا و Na ⁺ والأيونات الأخرى هنا.

تم الآن استعادة معظم المواد المذابة التي تمت تصفيتها في الكبيبة جنبًا إلى جنب مع غالبية المياه، حوالي 82 بالمائة. عندما يدخل البول المتشكل إلى الحلقة الصاعدة، سيتم إجراء تعديلات كبيرة على تركيز المواد المذابة لتكوين ما تراه بولًا.

حلقة تصاعدية

تتكون الحلقة الصاعدة من أجزاء قصيرة جدًا ورقيقة وسميكة أطول. مرة أخرى، لتبسيط الوظيفة، يأخذ هذا القسم في الاعتبار الجزء السميك فقط. الجزء السميك مبطن بظهارة مكعبة بسيطة بدون حدود فرشاة. إنه غير منفذ للماء تمامًا بسبب عدم وجود بروتينات الأكوابورين، ولكن الأيونات، وخاصة Na ⁺، يتم ضخها بنشاط خارج الحلقة بكميات كبيرة من مضخة Na ^+/ K ⁺ ATPase. هذا له تأثيران مهمان: تؤدي إزالة Na ⁺ مع الاحتفاظ بالماء إلى ترشيح منخفض التوتر بحلول الوقت الذي يصل فيه إلى DCT؛ ضخ Na ⁺ في الفضاء الخلالي يساهم في البيئة المفرطة في النخاع الكلوي.

تخلق مضخات Na ^+/ K ⁺ ATPase في الغشاء القاعدي تدرجًا كهروكيميائيًا، مما يسمح بإعادة امتصاص Cl ^- بواسطة Na ⁺ /Cl ^- في الغشاء القمي. في نفس الوقت الذي يتم فيه ضخ Na ⁺ بنشاط من الجانب القاعدي للخلية إلى السائل الخلالي، يتبع Cl ^- Na ⁺ من اللومين إلى السائل الخلالي عن طريق مسار شبه خلوي بين الخلايا من خلال الوصلات الضيقة المتسربة. توجد هذه الخلايا بين خلايا الحلقة الصاعدة، حيث تسمح لبعض المواد المذابة بالتحرك وفقًا لتدرج تركيزها. يعود معظم K ⁺ الذي يدخل الخلية عبر السيموترات إلى التجويف (أسفل تدرج تركيزه) من خلال القنوات المتسربة في الغشاء القمي. لاحظ البيئة التي تم إنشاؤها الآن في الفضاء الخلالي: مع «خروج الباب الخلفي» ^K+، يتبقى واحد من أيونات Na ⁺ واثنين من Cl ^- في الجزء الخلالي المحيط بالحلقة الصاعدة. لذلك، بالمقارنة مع لومن الحلقة، أصبحت المساحة البينية الآن بيئة مشحونة سلبًا. ^{تجذب هذه الشحنة السالبة الكاتيونات (Na ⁺ ^{و K +} و Ca ^{++ و Mg ++}) من التجويف عبر مسار شبه خلوي إلى الفضاء الخلالي والفاسا المستقيم.}

نظام مضاعف التيار المعاكس

تخلق بنية حلقة Henle وvasa recta المرتبطة بها نظامًا مضاعفًا للتيار المعاكس (الشكل\(\PageIndex{4}\)). يأتي مصطلح التيار المعاكس من حقيقة أن الحلقات الهابطة والصاعدة تقع بجوار بعضها البعض ويتدفق سائلها في اتجاهين متعاكسين (التيار المعاكس). يرجع مصطلح المضاعف إلى عمل المضخات المذابة التي تزيد (تضاعف) تركيزات اليوريا و Na ⁺ في عمق النخاع.

الشكل\(\PageIndex{4}\): نظام مضاعف التيار المعاكس.

كما تمت مناقشته أعلاه، تحتوي الحلقة الصاعدة على العديد من مضخات Na ⁺ التي تضخ Na ⁺ بنشاط من البول المتشكل إلى المساحات الخلالية. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي قنوات التجميع على مضخات اليوريا التي تضخ اليوريا بنشاط في المساحات البينية. يؤدي هذا إلى استعادة Na ⁺ إلى الدورة الدموية عبر الفاسا المستقيم ويخلق بيئة أسمولية عالية في أعماق النخاع.

الأمونيا (NH ₃) هي منتج ثانوي سام لعملية التمثيل الغذائي للبروتين. يتم تشكيله عندما يتم إزالة الأحماض الأمينية من قبل خلايا الكبد. وهذا يعني أن مجموعة الأمين، NH ₂، تتم إزالتها من الأحماض الأمينية أثناء تكسيرها. يتم تحويل معظم الأمونيا الناتجة إلى اليوريا بواسطة خلايا الكبد. اليوريا ليست أقل سمية فحسب، بل تُستخدم للمساعدة في استعادة المياه عن طريق حلقة Henle وقنوات التجميع. في نفس الوقت الذي ينتشر فيه الماء بحرية خارج الحلقة الهابطة من خلال قنوات الأكوابورين إلى المساحات الخلالية للنخاع، تنتشر اليوريا بحرية في تجويف الحلقة الهابطة أثناء هبوطها بشكل أعمق في النخاع، ويتم إعادة امتصاص الكثير منها من البول المشكل عندما تصل قناة التجميع. وبالتالي، فإن حركة Na ⁺ واليوريا في المساحات الخلالية بواسطة هذه الآليات تخلق بيئة مفرطة التناضح للنخاع. النتيجة الصافية لهذا النظام المضاعف للتيار المعاكس هي استعادة كل من الماء و Na ⁺ في الدورة الدموية.

يمكن إزالة الجلوتامين من الأحماض الأمينية عن طريق الكلى. عندما يتم تحويل NH ₂ من الحمض الأميني إلى NH ₃ وضخه في تجويف PCT، يتم إفراز Na ⁺ و HCO ₃ ^- في السائل الخلالي للهرم الكلوي عبر آلية simport. عندما تحدث هذه العملية في خلايا PCT، فإن الفائدة المضافة هي الفقد الصافي لأيون الهيدروجين (المركب إلى الأمونيا لتكوين الحمض الضعيف NH ₄ ⁺) في البول واكتساب أيون البيكربونات (HCO ₃ ^-) في الدم. يتم تبادل الأمونيا والبيكربونات بنسبة واحد إلى واحد. هذا التبادل هو وسيلة أخرى يمكن للجسم من خلالها تخزين الحمض وإفرازه. يسمح وجود قنوات الأكوابورين في الحلقة الهابطة لكميات هائلة من الماء بالخروج من الحلقة والدخول إلى المنطقة البينية الضخامية للهرم، حيث يتم إعادتها إلى الدورة الدموية عن طريق الفاسا المستقيم. عندما تتحول الحلقة إلى حلقة تصاعدية، يكون هناك غياب لقنوات الأكوابورين، لذلك لا يمكن للماء مغادرة الحلقة. ومع ذلك، في الغشاء القاعدي لخلايا الحلقة الصاعدة السميكة، تقوم مضخات ATPase بإزالة Na ⁺ بنشاط من الخلية. A Na ⁺ /K ⁺ /2Cl ^- يسمح موصل في الغشاء القمي بشكل سلبي لهذه الأيونات بالدخول إلى السيتوبلازم الخلوي من تجويف الحلقة إلى أسفل تدرج التركيز الناتج عن المضخة. تعمل هذه الآلية على تخفيف سائل الحلقة الصاعدة في النهاية إلى ما يقرب من 50-100 mosmol/L.

عند الانتقال من DCT إلى قناة التجميع، لا يزال حوالي 20 بالمائة من الماء الأصلي موجودًا وحوالي 10 بالمائة من الصوديوم. في حالة عدم وجود آلية أخرى لإعادة امتصاص الماء، سيتم إنتاج حوالي 20-25 لترًا من البول. الآن فكر في ما يحدث في الشعيرات الدموية المجاورة، الفاسا المستقيم. إنهم يستعيدون كل من المواد المذابة والماء بمعدل يحافظ على نظام مضاعف التيار المعاكس. بشكل عام، يتدفق الدم ببطء في الشعيرات الدموية لإتاحة الوقت لتبادل العناصر الغذائية والنفايات. في المستنقع المستقيم على وجه الخصوص، يعد معدل التدفق هذا مهمًا لسببين إضافيين. يجب أن يكون التدفق بطيئًا للسماح لخلايا الدم بفقدان المياه واستعادتها دون التسبب أو الانفجار. ثانيًا، سيؤدي التدفق السريع إلى إزالة الكثير من Na ⁺ واليوريا، مما يؤدي إلى تدمير التدرج الأسموالي الضروري لاستعادة المواد المذابة والمياه. وبالتالي، من خلال التدفق ببطء للحفاظ على آلية التيار المعاكس، مع نزول الفاسا المستقيم، تتمكن Na ⁺ واليوريا من دخول الشعيرات الدموية بحرية، بينما تغادر المياه بحرية؛ عند صعودها، يتم إفراز Na ⁺ واليوريا في النخاع المحيط، بينما يدخل الماء مرة أخرى ويتم إزالته.

رمز QR يمثل عنوان URL

شاهد هذا الفيديو للتعرف على نظام مضاعف التيار المعاكس.

إعادة الامتصاص والإفراز في الأنبوب الملتوي القاصي

يتم استرداد ما يقرب من 80 بالمائة من المياه المفلترة في الوقت الذي يدخل فيه البول المخفف المكون للبول إلى DCT. سيتعافى DCT من 10 إلى 15 بالمائة أخرى قبل دخول البول المتشكل إلى قنوات التجميع. يزيد الألدوستيرون من كمية Na ⁺ /K ⁺ Tapase في الغشاء القاعدي لـ DCT وقناة التجميع. تخلق حركة Na ⁺ خارج تجويف قناة التجميع شحنة سالبة تعزز حركة Cl ^- خارج التجويف إلى الفضاء الخلالي عن طريق مسار شبه خلوي عبر تقاطعات ضيقة. تستقبل الشعيرات الدموية البريتونية المواد المذابة والمياه وتعيدها إلى الدورة الدموية.

تقوم خلايا DCT أيضًا باستعادة Ca ⁺⁺ من المرشح. توجد مستقبلات هرمون الغدة الدرقية (PTH) في خلايا DCT وعندما ترتبط بـ PTH، فإنها تحفز إدخال قنوات الكالسيوم على سطحها المضيء. تعمل القنوات على تعزيز تعافي ^{Ca ++} من تكوين البول. بالإضافة إلى ذلك، عندما يتم ضخ Na ⁺ خارج الخلية، فإن التدرج الكهروكيميائي الناتج يجذب Ca ⁺⁺ إلى الخلية. أخيرًا، يعد الكالسيتريول (1,25 ثنائي هيدروكسي فيتامين د، الشكل النشط لفيتامين د) مهمًا جدًا لاستعادة الكالسيوم. إنه يحفز إنتاج البروتينات الرابطة للكالسيوم التي تنقل Ca ⁺⁺ إلى الخلية. هذه البروتينات الرابطة مهمة أيضًا لحركة الكالسيوم داخل الخلية وتساعد في إخراج الكالسيوم عبر الغشاء القاعدي. يتم فقدان أي ^{Ca ++} لم تتم إعادة امتصاصه في هذه المرحلة في البول.

جمع القنوات واستعادة المياه

تنتقل المواد المذابة عبر أغشية قنوات التجميع، التي تحتوي على نوعين متميزين من الخلايا، والخلايا الرئيسية والخلايا البينية. تمتلك الخلية الرئيسية قنوات لاستعادة أو فقدان الصوديوم والبوتاسيوم. تفرز الخلية البينية أو تمتص الحمض أو البيكربونات. كما هو الحال في أجزاء أخرى من النيفرون، هناك مجموعة من الآلات الدقيقة (المضخات والقنوات) المعروضة في أغشية هذه الخلايا.

يعد تنظيم حجم البول والأسمولية من الوظائف الرئيسية لقنوات التجميع. من خلال تغيير كمية المياه التي يتم استردادها، تلعب قنوات التجميع دورًا رئيسيًا في الحفاظ على الأسمولية الطبيعية للجسم. إذا أصبح الدم مفرط التناضح، فإن قنوات التجميع تستعيد المزيد من الماء لتخفيف الدم؛ وإذا أصبح الدم منقوصًا، فإن قنوات التجميع تستعيد كمية أقل من الماء، مما يؤدي إلى تركيز الدم. هناك طريقة أخرى لقول هذا وهي: إذا ارتفعت الأسمولية في البلازما، يتم استعادة المزيد من الماء وانخفاض حجم البول؛ إذا انخفض الأسمولية في البلازما، يتم استرداد كمية أقل من الماء وزيادة حجم البول. يتم تنظيم هذه الوظيفة بواسطة هرمون الغدة النخامية الخلفي ADH (vasopressin). مع الجفاف الخفيف، ترتفع الأسمولية البلازمية قليلاً. تم اكتشاف هذه الزيادة بواسطة المستقبلات التناضحية في منطقة ما تحت المهاد، مما يحفز إطلاق ADH من الغدة النخامية الخلفية. إذا انخفضت الأسمولية البلازمية بشكل طفيف، يحدث العكس.

عندما يتم تحفيزها بواسطة ADH، يتم إدخال قنوات الأكوابورين في الغشاء القمي للخلايا الرئيسية، التي تبطن قنوات التجميع. عندما تنزل القنوات عبر النخاع، تزداد الأسمولية المحيطة بها (بسبب آليات التيار المعاكس الموضحة أعلاه). في حالة وجود قنوات ماء الأكوابورين، سيتم سحب الماء بشكل تناضحي من قناة التجميع إلى الفضاء الخلالي المحيط وإلى الشعيرات الدموية الصفاق. لذلك، سيكون البول النهائي أكثر تركيزًا. في حالة إفراز كمية أقل من هرمون ADH، يتم إدخال عدد أقل من قنوات الأكوابورين واستعادة كمية أقل من الماء، مما يؤدي إلى تمييع البول. من خلال تغيير عدد قنوات الأكوابورين، يتم تغيير حجم المياه المستردة أو المفقودة. وهذا بدوره ينظم الأسمولية في الدم وضغط الدم وأسمولية البول.

عندما يتم ضخ Na ⁺ من البول المتشكل، يتم استعادة الماء بشكل سلبي للدورة الدموية؛ هذا الحفاظ على حجم الأوعية الدموية مهم للغاية للحفاظ على ضغط الدم الطبيعي. تفرز قشرة الغدة الكظرية الألدوستيرون استجابة لتحفيز الأنجيوتنسين II. كمضيق للأوعية قوي للغاية، يعمل الأنجيوتنسين II على الفور لزيادة ضغط الدم. من خلال تحفيز إنتاج الألدوستيرون أيضًا، فإنه يوفر آلية طويلة الأمد لدعم ضغط الدم من خلال الحفاظ على حجم الأوعية الدموية (استعادة المياه).

بالإضافة إلى مستقبلات ADH، تحتوي الخلايا الرئيسية على مستقبلات لهرمون الستيرويد الألدوستيرون. بينما يشارك ADH بشكل أساسي في تنظيم استعادة المياه، ينظم الألدوستيرون استرداد Na ⁺. يحفز الألدوستيرون الخلايا الرئيسية لتصنيع قنوات Na ⁺ و K ⁺ المضيئة بالإضافة إلى مضخات Na ⁺ ^{/K +} ATPase على الغشاء القاعدي للخلايا. عندما يزداد إنتاج الألدوستيرون، يتم استرداد المزيد من Na ⁺ من البول المتشكل ويتبع الماء Na ⁺ بشكل سلبي. عندما تستعيد المضخة Na ⁺ للجسم، فإنها تضخ أيضًا K ⁺ في البول المتشكل، حيث تتحرك المضخة ^K+ في الاتجاه المعاكس. عندما ينخفض الألدوستيرون، يبقى المزيد من Na ⁺ في البول المكون ويتم استرداد المزيد من K ⁺ في الدورة الدموية. تقوم قنوات التصدير بنقل Na ⁺ و Cl ^- معًا. لا تزال القنوات الأخرى في الخلايا الرئيسية تفرز K ⁺ في قناة التجميع بما يتناسب بشكل مباشر مع استعادة Na ⁺.

تلعب الخلايا البينية أدوارًا مهمة في تنظيم درجة الحموضة في الدم. تقوم الخلايا البينية بإعادة امتصاص K ⁺ و HCO ₃ ^- أثناء إفراز H ⁺. تعمل هذه الوظيفة على خفض حموضة البلازما مع زيادة حموضة البول.

مراجعة الفصل

تنظم الكلية استعادة الماء وضغط الدم عن طريق إنتاج إنزيم الرينين. إن الرينين هو الذي يبدأ سلسلة من التفاعلات، مما يؤدي إلى إنتاج مضيق الأوعية الأنجيوتنسين II والستيرويد الألدوستيرون الذي يحتفظ بالملح. يتأثر استرداد الماء أيضًا بقوة وبشكل مباشر بهرمون ADH. ومع ذلك، فإنه يؤثر فقط على آخر 10 في المائة من المياه المتاحة للاستعادة بعد الترشيح في الكبيبة، لأن 90 في المائة من المياه يتم استردادها قبل الوصول إلى قنوات التجميع. اعتمادًا على حالة السوائل في الجسم في أي وقت، لا يمكن لقنوات التجميع استعادة أي أو كل المياه التي تصل إليها تقريبًا.

تشمل آليات الاسترداد المذاب النقل النشط والانتشار البسيط والانتشار الميسر. يتم إعادة امتصاص معظم المواد المفلترة. يتم تصفية اليوريا و NH ₃ والكرياتينين وبعض الأدوية أو إفرازها كنفايات. ^H+ و HCO ₃ ^- يتم إفرازها أو إعادة امتصاصها حسب الحاجة للحفاظ على توازن الحمض القاعدي. ترجع حركة الماء من الكبيبة في المقام الأول إلى الضغط، في حين أن حركة الشعيرات الدموية الصفاقية والفاسا المستقيم ترجع إلى الأسمولية وتدرجات التركيز. يعد PCT الجزء الأكثر نشاطًا في التمثيل الغذائي للنيفرون ويستخدم مجموعة واسعة من الآلات الدقيقة البروتينية للحفاظ على التوازن - الناقلات ومضادات العدوى والناقلات النشطة ATPase - جنبًا إلى جنب مع الانتشار، البسيط والميسّر. يتم استرداد ما يقرب من 100 بالمائة من الجلوكوز والأحماض الأمينية والفيتامينات في معاهدة التعاون بشأن البراءات. يتم استرداد البيكربونات (HCO ₃ ^-) باستخدام نفس الإنزيم، الأنهيدراز الكربوني (CA)، الموجود في كريات الدم الحمراء. يؤدي استرداد المواد المذابة إلى إنشاء تدرج تناضحي لتعزيز استعادة المياه. تصل الحلقة الهابطة من النيفرون الجوكستالوميلار إلى أسمولية تصل إلى 1200 موسمول/كجم، مما يعزز استعادة المياه. الحلقة الصاعدة منيعة ضد الماء ولكنها تستعيد Na ⁺ بنشاط، مما يقلل من الأسمولية المرشحة إلى 50-100 موسمول/كجم. تشكل الحلقة الهابطة والصاعدة والفاسا المستقيم نظامًا مضاعفًا للتيار المعاكس لزيادة تركيز Na ⁺ في النخاع الكلوي. تقوم قنوات التجميع بضخ اليوريا بنشاط في النخاع، مما يساهم بشكل أكبر في البيئة التناضحية العالية. تستعيد الفاسا المستقيم المذاب والماء في النخاع وتعيدهما إلى الدورة الدموية. يتم استرداد ما يقرب من 90 بالمائة من الماء قبل وصول البول المكون إلى DCT، والذي سيستعيد 10 بالمائة أخرى. يتأثر استرداد الكالسيوم في DCT بـ PTH وفيتامين D النشط في قنوات التجميع، يحفز ADH إدخال قناة الأكوابورين لزيادة استعادة المياه وبالتالي تنظيم الأسمولية في الدم. يحفز الألدوستيرون استعادة Na ⁺ عن طريق قناة التجميع.

مراجعة الأسئلة

س: توجد قنوات Aquaporin فقط في قناة التجميع.

أ. صحيح

ب. كاذبة

الإجابة: ب

س: يحدث معظم الامتصاص والإفراز في هذا الجزء من النيفرون.

أ. الأنبوب الملتف القريب

ب. حلقة تنازلية من Henle

C. حلقة تصاعدية من Henle

د. الأنبوب الملتوي القاصي

E. جمع القنوات

الإجابة: أ

س: يحدث الضبط الدقيق لاسترداد المياه أو التخلص منها في ________.

أ. الأنبوب الملتوي القريب

ب. قنوات التجميع

C. الحلقة الصاعدة من Henle

د. الأنبوب الملتوي القاصي

الإجابة: ب

أسئلة التفكير النقدي

س: ما هي الأوعية وأي جزء من النيفرون تشارك في تكاثر التيار المعاكس؟

ج: تشترك فاسا ريكتا وحلقة هينلي في الضرب بالتيار المعاكس.

س: أعط الأسمولية التقريبية للسائل في الأنبوب الملتف القريب، والجزء الأعمق من حلقة هينلي، والأنبوب الملتوي القاصي، وقنوات التجميع.

ج: الأسمولية التقريبية هي: CT = 300؛ أعمق حلقة = 1200؛ DCT = 100؛ وقنوات التجميع = 100-1200.

مسرد المصطلحات

نظام مضاعف التيار المعاكس: يتضمن الحلقات الهابطة والصاعدة لـ Henle لتوجيه البول في اتجاهات متعارضة لإنشاء تدرج تركيز عند دمجه مع النفاذية المتغيرة وضخ الصوديوم

الجليكوزوريا: وجود الجلوكوز في البول؛ بسبب ارتفاع مستويات الجلوكوز في الدم التي تتجاوز قدرة الكلى على إعادة امتصاص الجلوكوز؛ عادة ما يكون ذلك نتيجة لداء السكري غير المعالج أو الذي يتم التحكم فيه بشكل سيئ

خلية مستدقة: خلية متخصصة في قنوات التجميع التي تفرز أو تمتص الحمض أو البيكربونات؛ مهمة في توازن الحمض القاعدي

تقاطعات ضيقة متسربة: الوصلات الضيقة التي تكون فيها خيوط ختم البروتينات بين أغشية الخلايا المجاورة أقل عددًا وغير كاملة؛ تسمح بحركة محدودة بين الخلايا للمذيبات والمذيبات

الخلية الرئيسية: توجد في قنوات التجميع وتمتلك قنوات لاستعادة أو فقدان الصوديوم والبوتاسيوم؛ تحت سيطرة الألدوستيرون؛ لديك أيضًا قنوات أكوابورين تحت سيطرة ADH لتنظيم استعادة المياه