Ko ledvice filtrirajo kri, da odstranijo odpadne snovi, najprej spustijo kri skozi membrano, ki odstrani velike molekule, kot so beljakovine, vendar omogočajo prehajanje odpadnih snovi, soli, molekul vode, aminokislin in sladkorjev, kot je glukoza skozi. Da bi zagotovili, da se dragocene molekule, kot so glukoza in aminokisline, ne izločijo skupaj z odpadnimi produkti, jih mora ledvica reabsorbirati. Reabsorpcija glukoze je proces, ki poteka v proksimalnem tubulu.
Filtriranje krvi v nefronih
Krv teče v ledvico skozi ledvično arterijo, ki se veje in razdeli na manjše žile za oskrbo nefronov s krvjo. Nefroni so funkcionalne enote ledvic, ki izvajajo dejansko filtracijo in reabsorpcijo; v vsaki odrasli človeški ledvici jih je približno milijon. Vsak nefron je sestavljen iz mreže kapilar, kjer poteka filtracija in reabsorpcija.
Filtracija glukoze v glomerulusu
Kri teče skozi kroglo kapilar, imenovano glomerul. Tu krvni tlak povzroča vodo, raztopljene soli in majhne molekule, kot so odpadne snovi, aminokisline in glukoza uhaja skozi stene kapilar v strukturo, imenovano Bowmanova kapsula, ki obdaja glomerul. Ta začetni korak odstranjuje odpadne snovi iz krvi, hkrati pa preprečuje izgubo celic, kot so rdeče krvne celice ali beljakovine, hkrati pa iz krvnega obtoka odstranjuje dragocene molekule, kot je glukoza. Odstranjevanje potrebnih topljenih snovi spodbudi naslednji korak v postopku filtracije: reabsorpcija.
Reabsorpcija glukoze v ledvicah
Cevasti del nefrona sestavljajo proksimalni tubul, Henlejeva zanka in distalni tubul. Distalne tubule in proksimalni tubuli opravljajo nasprotne funkcije. Medtem ko se proksimalni tubul reabsorbira v krvnem obtoku, distalni tubul izloča odpadne topljene snovi, ki se izločijo z urinom. Reabsorpcija glukoze poteka v proksimalnem tubulu nefrona, cevki, ki vodi iz Bowmanove kapsule. Celice, ki postavljajo proksimalni tubul, zajemajo dragocene molekule, vključno z glukozo. Mehanizem reabsorpcije je za različne molekule in topljene snovi različen. Za glukozo sta vključena dva procesa: postopek, pri katerem se glukoza reabsorbira čez apikalno membrano celice, kar pomeni membrano celico, ki je obrnjena navzven na proksimalni tubul, nato pa mehanizem, s katerim se glukoza preusmeri čez nasprotno membrano celice v krvni obtok.
Natrijev odvisni transporterji glukoze
V apikalno membrano celic, ki obdajajo proksimalni tubul, so vgrajeni proteini, ki delujejo kot drobni molekuli črpalke za pogon natrijevih ionov iz celice in kalijevih ionov, pri tem pa porabijo shranjeno celično energijo. To delovanje črpanja zagotavlja, da je koncentracija natrijevih ionov v proksimalnem tubulu veliko večja kot v celici, kot črpanje vode v rezervoar na vrhu hriba, da lahko opravlja delo, ko teče nazaj dol.
Topljene snovi v vodi se običajno difundirajo z območij z visoko do nizko koncentracijo, kar povzroči, da natrijevi ioni tečejo nazaj v celico. Celica izkoristi ta koncentracijski gradient z uporabo beljakovine, imenovane glukoza, odvisna od natrija kotransporter 2 (SGLT2), ki povezuje čezmembranski transport natrijevega iona s transportom glukoze molekula. V bistvu je SGLT2 podoben glukozni črpalki, ki jo poganjajo natrijevi ioni, ki poskušajo priti nazaj v celico.
Transporter glukoze: GLUT2
Ko je glukoza v celici, je vrnitev v krvni obtok preprost postopek. Beljakovine, imenovane transporterji glukoze ali GLUT2, so vgrajeni v celično membrano ob krvnem obtoku in glukozo speljejo skozi membrano nazaj v kri. Običajno je glukoza bolj koncentrirana znotraj celice, zato celici ni treba porabiti energije za to zadnjo stopnjo. GLUT2 ima v glavnem pasivno vlogo, kot so vrtljiva vrata, ki omogočajo zdrsavanje izhodnih molekul glukoze. Pri ljudeh s hiperglikemijo ali z visokim krvnim sladkorjem ni mogoče vse glukoze ponovno absorbirati. Presežek glukoze mora izločati distalni tubul in prenesti v urin.