Όταν τα νεφρά φιλτράρουν το αίμα για να αφαιρέσουν τα απόβλητα, αρχικά περνούν το αίμα μέσω μιας μεμβράνης που αφαιρεί το μεγάλο μόρια όπως οι πρωτεΐνες, αλλά επιτρέπει να περάσουν απόβλητα, άλατα, μόρια νερού, αμινοξέα και σάκχαρα όπως η γλυκόζη διά μέσου. Προκειμένου να διασφαλιστεί ότι πολύτιμα μόρια όπως η γλυκόζη και τα αμινοξέα δεν εκκρίνονται μαζί με τα απόβλητα, ο νεφρός πρέπει να τα απορροφήσει ξανά. Η επαναρρόφηση της γλυκόζης είναι μια διαδικασία που λαμβάνει χώρα στο εγγύς σωληνάριο.
Φιλτράρισμα αίματος στα νεφρών
Το αίμα ρέει στο νεφρό μέσω της νεφρικής αρτηρίας, το οποίο διακλαδίζεται και υποδιαιρείται σε μικρότερα αγγεία για την παροχή αίματος στα νεφρόνια. Τα νεφρόνια είναι οι λειτουργικές μονάδες του νεφρού που πραγματοποιούν την πραγματική διήθηση και επαναπορρόφηση. υπάρχουν περίπου ένα εκατομμύριο από αυτούς σε κάθε ενήλικο ανθρώπινο νεφρό. Κάθε νεφρώνα αποτελείται από ένα δίκτυο τριχοειδών αγγείων όπου γίνεται διήθηση και επαναπορρόφηση.
Διήθηση γλυκόζης στο Glomerulus
Το αίμα ρέει μέσω μιας σφαίρας τριχοειδών που ονομάζεται σπειράματα. Εδώ η αρτηριακή πίεση προκαλεί νερό, διαλυμένα άλατα και μικρά μόρια όπως απορρίμματα, αμινοξέα και γλυκόζη για διαρροή μέσω των τοιχωμάτων των τριχοειδών σε μια δομή που ονομάζεται κάψουλα Bowman, η οποία περιβάλλει το σπειράματα. Αυτό το αρχικό βήμα αφαιρεί τα απόβλητα από το αίμα, αποτρέποντας παράλληλα την απώλεια κυττάρων όπως τα ερυθρά αιμοσφαίρια ή τις πρωτεΐνες, αλλά επίσης αφαιρεί πολύτιμα μόρια όπως η γλυκόζη από την κυκλοφορία του αίματος. Η απομάκρυνση των απαραίτητων διαλυμάτων προκαλεί το επόμενο βήμα στη διαδικασία φιλτραρίσματος: επαναπορρόφηση.
Επαναπορρόφηση γλυκόζης στα νεφρά
Το σωληνοειδές τμήμα του νεφρονίου αποτελείται από το εγγύς σωληνάριο, τον βρόχο του Henle και το περιφερικό σωληνάριο. Τα απομακρυσμένα σωληνάρια και τα εγγύς σωληνάρια εκτελούν αντίθετες λειτουργίες. Ενώ το εγγύς σωληνάριο απορροφά διαλυτικά στην παροχή αίματος, το περιφερικό σωληνάριο εκκρίνει απορρίμματα διαλυτών που θα εκκρίνονται στα ούρα. Η επαναρρόφηση της γλυκόζης λαμβάνει χώρα στο εγγύς σωληνάριο του νεφρώνα, ένα σωλήνα που οδηγεί έξω από την κάψουλα του Bowman. Τα κύτταρα που ευθυγραμμίζουν το εγγύς σωληνάριο ανακτούν πολύτιμα μόρια, συμπεριλαμβανομένης της γλυκόζης. Ο μηχανισμός επαναπορρόφησης είναι διαφορετικός για διαφορετικά μόρια και διαλυτές ουσίες. Για τη γλυκόζη υπάρχουν δύο διεργασίες: η διαδικασία κατά την οποία η γλυκόζη απορροφάται κατά μήκος της κορυφής της μεμβράνης του κυττάρου, που σημαίνει τη μεμβράνη του κύτταρο που βλέπει προς τα έξω στο εγγύς σωληνάριο, και μετά ο μηχανισμός με τον οποίο η γλυκόζη απομακρύνεται κατά μήκος της αντίθετης μεμβράνης του κυττάρου προς κυκλοφορία του αίματος.
Εξαρτώμενοι από νάτριο Γλυκόζη Συμμεταφορείς
Ενσωματωμένη στην κορυφαία μεμβράνη των κυττάρων που ευθυγραμμίζουν το εγγύς σωληνάριο είναι πρωτεΐνες που δρουν σαν μικροσκοπικά μοριακά αντλεί για να απομακρύνει τα ιόντα νατρίου από το κελί και τα ιόντα καλίου, διοχετεύοντας αποθηκευμένη κυτταρική ενέργεια στη διαδικασία. Αυτή η αντλητική δράση διασφαλίζει ότι η συγκέντρωση ιόντων νατρίου είναι πολύ υψηλότερη στο εγγύς σωληνάριο από ό, τι στο κελί, όπως άντληση νερού σε δεξαμενή αποθήκευσης στην κορυφή ενός λόφου, ώστε να μπορεί να λειτουργήσει καθώς ρέει πίσω κάτω.
Οι διαλυτές που διαλύονται στο νερό τείνουν φυσικά να διαχέονται από περιοχές υψηλής έως χαμηλής συγκέντρωσης, γεγονός που αναγκάζει τα ιόντα νατρίου να ρέουν πίσω στο κύτταρο. Το κύτταρο εκμεταλλεύεται αυτήν τη βαθμίδα συγκέντρωσης χρησιμοποιώντας μια πρωτεΐνη που ονομάζεται γλυκόζη εξαρτώμενη από το νάτριο cotransporter 2 (SGLT2), που συνδυάζει τη διασταυρούμενη μεταφορά ιόντων νατρίου με τη μεταφορά γλυκόζης μόριο. Ουσιαστικά, το SGLT2 μοιάζει λίγο με μια αντλία γλυκόζης που τροφοδοτείται από τα ιόντα νατρίου που προσπαθούν να επιστρέψουν στο κελί.
Μεταφορέας γλυκόζης: GLUT2
Μόλις η γλυκόζη είναι μέσα στο κύτταρο, η επιστροφή της στην κυκλοφορία του αίματος είναι μια απλή διαδικασία. Οι πρωτεΐνες που ονομάζονται μεταφορείς γλυκόζης ή GLUT2s ενσωματώνονται στην κυτταρική μεμβράνη δίπλα στην κυκλοφορία του αίματος και μεταφέρουν τη γλυκόζη διαμέσου της μεμβράνης πίσω στο αίμα. Συνήθως η γλυκόζη είναι πιο συγκεντρωμένη μέσα στο κύτταρο, οπότε το κύτταρο δεν χρειάζεται να ξοδέψει ενέργεια για αυτό το τελευταίο στάδιο. Το GLUT2 παίζει σε μεγάλο βαθμό παθητικό ρόλο, όπως μια περιστρεφόμενη πόρτα που επιτρέπει στα μόρια γλυκόζης να περάσουν. Δεν μπορεί να απορροφηθεί όλη η γλυκόζη σε άτομα με υπεργλυκαιμία ή υψηλό σάκχαρο στο αίμα. Η περίσσεια γλυκόζης πρέπει να εκκρίνεται από το περιφερικό σωληνάριο και να διοχετεύεται στα ούρα.