A szekréciós és a felszívási folyamatokban az oldott részecskék mozgása ozmotikus változással jár; ennek megfelően a vízmolekulák az ozmotikus gradiens irányában mozognak. Az ozmotikus kiegyenlítődésnek két lehetséges útja van: az egyik a szoros kapcsolatokon keresztül, a másik pedig a lument határoló hámsejtek (sorba kapcsolt) apicalis és basolateralis membránján keresztül vezet.

Paracelluláris vízpermeabilitás. A szoros kapcsolatok vízpermeabilitása az egyes hámokban jelentősen különbözik. Egyes helyeken (pl. a vesecsatornácskák ún. felszálló vastag szegmentumában, a nyálmirigyek kivezetőcsöveiben, l. a 14. és 21. fejezeteket) a vízpermeabilitás elhanyagolható, az oldott anyagok mozgását nem követi a víz mozgása, és ezért a lumenben áramló folyadék hipoozmotikussá válik. Ahol a szoros kapcsolat vízre permeábilis, ott ozmotikus kiegyenlítődés következik be a luminalis és az interstitialis folyadék között.

Aquaporinok. A paracelluláris vízpermeabilitás mellett a sejtrétegek vízpermeabilitásáért az aquaporin membránfehérjék felelősek. Jelenleg mintegy 10 aquaporin fehérje (AQP) ismert: ezek mindegyike differenciáltan expresszálódik a különböző hámsejtekben, sőt az apicalis vagy basolateralis elhelyezkedés (azaz a célbajuttatás) is megszabott. Az aquaporin fehérjékre a 14. fejezetben, a veseműködés tárgyalásakor térünk vissza. Valamely hámréteg teljes vízpermeabilitásának mértékét a szoros kapcsolatok és az aquaporinok együttesen szabják meg.

A NaCl-transzport legegyszerűbb modelljét a 4-2. ábrán mutatjuk be. A felszívási folyamat aktív transzcelluláris Na+- és passzív paracelluláris Cl^–-transzport. A Na⁺-transzportnak ez a modellje fordul elő néhány felszívó hámtípusban, mint pl. a vese gyűjtőcsatornáiban és a vastagbél hámjában. (A Na⁺-felszívás a vese csatornarendszerének más szakaszain, továbbá a vékonybél enterocytáiban más utat követ.)

A bemutatott epithelsejtben a Na⁺–K⁺-pumpa a basolateralis membránban helyezkedik el. Az apicalis membrán Na+-csatornákat tartalmaz, amelyeket gátlószer-érzékenységük alapján amiloridérzékeny Na+-csatornák néven említünk (az amilorid diuretikus hatású gyógyszer). A basolateralis Na⁺–K⁺-pumpa és a luminalis Na⁺-csatornák sorosan kapcsolt Na+-transzportrendszert képeznek. A Na+-ok a luminalis Na+-csatornákon keresztül elektrokémiai potenciáljuk irányában („völgymenetben”, downhill) lépnek a sejtbe, majd a sejtből a basolateralis Na⁺–K⁺-pumpa segítségével az elektrokémiai potenciállal szemben („hegymenetben”, uphill) kerülnek az interstitialis folyadékba.

A basolateralisan felvett káliumionok eliminációjára a basolateralis membrán K⁺-csatornákat tartalmaz, amelyek lehetővé teszik a többlet K⁺ kijutását a sejtből (ciklikus K+-mozgás).

Az egyirányú Na+-transzport következtében a sejt interstitialis felszíne pozitív lesz a luminalis felszínhez képest. A transzcelluláris elektromos potenciálkülönbség a hajtóereje a kloridionok paracelluláris transzportjának. A negatív ionok a sejtek közötti szoros kapcsolatokon keresztül jutnak a külvilágból az interstitiumba. A folyamatok nettó eredménye a NaCl gradiens ellenében folyó felszívása.

4-2. ábra . Transepithelialis NaCl-transzport

A Na⁺–K⁺-pumpa által létrehozott Na⁺ elektrokémiai gradiens különböző (akár töltéssel bíró, akár töltés nélküli) anyagok kapcsolt transzportjára is felhasználódhat, a kapcsoltan szállított ionokat/molekulákat gradiensükkel szemben mozgathatja. A folyamat másodlagosan kapcsolt aktív transzport.

A másodlagosan aktív transzportot legegyszerűbben a glukózfelszívás kapcsán ismertethetjük (4-3. ábra). Az emberi szervezetben két szervben találunk koncentrációgradienssel szemben végbemenő, másodlagosan aktív glukóztranszportot. A vékonybélben a glukóz a lumenből szívódik fel (l. a 22. fejezetet); a vese proximalis tubulusaiban a glomerulusokban filtrált glukóz szívódik vissza (l. a 14. fejezetet). A folyamat mechanizmusa mindkét szervben hasonló.

A glukóz a lumenből a luminalis membrán Na+−glukóz-kotranszporterén (angol eredetű rövidítése SGLT) keresztül lép a sejtbe. A kotranszporter a luminalis felszínen csak Na⁺-ok jelenlétében köti nagy affinitással a glukózt; a kotranszporteren keresztül a Na+-ok az elektrokémiai potenciál irányában, a glukózmolekulák a kémiai gradiens ellenében lépnek a sejtbe. A gradienssel szembeni glukózfelvétel energiaszükségletét a Na⁺-ok elektrokémiai gradiense szolgáltatja. Mivel a sejtplazma Na+-koncentrációja alacsony, a glukóz a sejten belül disszociál a kotranszporterről. A szabaddá vált glukóz a basolateralis membrán GLUT-2 transzporterén (uniporter) keresztül koncentrációgradiense irányában lép ki az interstitialis folyadékba. A teljes felszívási folyamatnak további részese a basolateralis K⁺-csatorna: ezen keresztül a pumpaműködéssel a sejtbe felvett K⁺-ok folyamatosan távozhatnak az interstitialis folyadékba (basolateralis K⁺-ciklus).

Analóg kapcsolt transzportmechanizmusok szerepelnek –- más Na⁺-kotranszporterekkel és uniporterekkel – a vékonybélben és a vesetubulusokban az aminosavak, peptidek, epesavak, egyes vitaminok stb. felszívásában, de hasonló mechanizmussal folyik egyes anyagok felvétele a hepatocytákba is.

4-3. ábra. A glukóz másodlagosan aktív transzportja a hámsejtekben

Egyes hámokban (pl. a vese proximalis kanyarulatos csatornáiban) a Na⁺-felszívás H⁺-ok szekréciójához kapcsolódik. A folyamat másodlagosan kapcsolt aktív transzport, amelynek energiaigényét a Na⁺-ok elektrokémiai gradiense szolgáltatja. A transzporthoz az apicalis membránban elhelyezkedő kicserélési karrierre, Na⁺/H⁺ antiporterre van szükség. A szekréció folyamán az antiporter a sejten belül keletkező H⁺-okat használja fel. A protonokat a víz disszociációja szolgáltatja, a keletkező protonok azonnal szekrécióra kerülnek.

A H ⁺ -szekrécióhoz kapcsolódó intracelluláris neutralizálás mechanizmusa. A víz disszociációja a kicserélt protonokkal ekvivalens mennyiségű hidroxilionokat szolgáltat, és amennyiben ezek nem kerülnének azonnal semlegesítésre, az emelkedett OH^–-koncentráció a sejtplazma pH-értékét elviselhetetlen mértékben emelné meg. H⁺-szekréció csak addig folyhat, amíg az OH^–-ok hatásosan semlegesítődnek. Mindazokban a hámsejtekben, amelyekben H⁺-szekréció folyik, a víz disszociációjából keletkező hidroxilionok intracelluláris CO₂-höz kötődnek. A keletkező HCO₃^– pedig specifikus transzporteren keresztül (pl. Na⁺/3 HCO₃^–) elhagyja a sejtet, és így a keletkezett hidroxilionok neutralizálása teljessé válik. A CO₂ és az OH^– között végbemenő reakció katalízis nélkül viszonylag lassú, de az intracelluláris szénsavanhidráz enzim jelentősen meggyorsítja. A katalizált reakció teszi lehetővé, hogy a H⁺-szekréció nagy sebességgel menjen végbe. A H⁺-szekréció megszűnik, ha a szénsavanhidrázt acetazolamiddal gátoljuk (az acetazolamidot régebben diuretikumként használták), minthogy a sejten belüli (normálisan 7,1 körüli) pH gyors ütemben lúgosodik, és a pH-érték 8 fölé emelkedik.

A transzcelluláris Cl^–-transzport egyes hámokban interstitialis folyadék → lumen irányú szekréció, míg másokban lumen → interstitialis folyadék irányú felszívás (4-4. ábra). Másodlagosan aktív kloridszekréció jellemzi a tápcsatorna különböző mirigyeinek működését (l. a 21. fejezetet), míg másodlagosan aktív kloridfelszívás a vese tubulusrendszerének egyes szegmentumaiban található (l. a 14. fejezetet). Mind a szekréció, mind a felszívás közös jellemzője, hogy egy (apicalis vagy basolateralis) elektroneutrális Na⁺−Cl^–-kotranszporter (Na⁺–K⁺–2 Cl^–- vagy Na⁺–Cl^–-kotranszporter) a Na+-gradiens terhére Cl^–-okat juttat a sejtbe. Ezzel magas intracelluláris Cl^–-koncentráció és jelentős transzmembrán Cl^–-gradiens épül ki. A Cl^–-transzport irányát (azaz, hogy Cl^–-szekréció vagy -felszívás folyik) a Cl^–-kotranszporterek basolateralis vagy luminalis elhelyezkedése és a Cl^–-csatornák ezzel ellentétes lokalizációja határozza meg.

Jelenleg meglehetősen nagyszámú, eltérő molekulaszerkezetű Na⁺–Cl^–-kotranszportert azonosítottak, ezek sejttípusonként különböznek (izoformák), és többségük szelektíven gátolható gyógyszerként is alkalmazott vegyületekkel (bumetamid, tiazidszármazékok stb.).

4-4. ábra. A) Másodlagosan aktív kloridszekréció. B) Másodlagosan aktív kloridfelszívás

Kloridszekréció.A kloridionokat szecernáló sejtekben a Na⁺–K⁺–2Cl^–-kotranszporter a basolateralis membránban helyezkedik el. A két pozitív ion a basolateralis membránon keresztül végez körforgást (4-4. ábra A). A Na⁺-ciklus a pumpán és a kotranszporteren keresztül folyik, a K⁺-ciklusban a basolateralis Na⁺–K⁺-pumpa és a kotranszporter együttesen hoznak létre K⁺-felvételt, és a K⁺-ok a basolateralis K⁺-csatornákon keresztül lépnek ki. A felvett Cl^–-ok a basolateralis membránon keresztül nem távozhatnak, a sejten belüli Cl^–-koncentráció megnövekszik, ezzel a sejtplazma és a lumen között elektrokémiai Cl^–-gradiens épül ki. A klorid a gradiens mentén a luminalis membrán szabályozott Cl^–-csatornáin keresztül távozik (másodlagosan aktív Cl^–-szekréció). A transzcelluláris Cl^–-transzportot passzív paracelluláris Na+-transzport követi. A kloridszekréció –eltérő molekuaszerkezetű transzporterekkel – hasonló mechanizmussal folyik a nyálmirigyek acinusaiban, a vékony- és vastagbél cryptáiban, a légutak kis mirigyeiben, továbbá a belső fülben. Egyes sejttípusokban a CFTR mellett ettől eltérő, Ca²⁺-mal aktivált kloridcsatornák szerepelnek a kloridszekrécióban.

Kloridfelszívás. Másodlagosan aktív Cl^–-felszívás jön létre, ha valamelyik Na⁺−Cl^–-kotranszporter a luminalis membránban van jelen (4-4. ábra B). Ebben az esetben a Na⁺-ok a kotranszporter közreműködésével gradiensük mentén lépnek a lumenből a sejtbe, a Cl^–-ok pedig a basolateralis membránon keresztül vagy Cl^–-csatornákon, vagy valamelyik kloridkotranszporterrel hagyják el a sejtet; a Na⁺-okat a basolateralis Na⁺–K⁺-pumpa távolítja el az interstitialis folyadékba (transzcelluláris Na⁺-transzport).

Bizonyos hámok bikarbonátionok szekréciójára is képesek (pancreas-kivezetőcsövek, duodenum és vastagbél, vese gyűjtőcsatornák). A hámsejtek egy részében a transzport kezdeti lépései megegyeznek a kloridszekréció lépéseivel; ezt követően a lumenbe kiválasztott Cl^–-ionok egy anioncserélő transzporteren keresztül intracelluláris HCO₃^–-okra cserélődnek ki. Más hámsejtekben a sejten belül keletkezett bikarbonátionok az apicalis membrán Cl^–-csatornáján keresztül választódnak ki a lumenbe.

A 2. fejezetben ismertettük a sejtmembránnak azokat a primer pumpáit, amelyek ATP hidrolízise mellett protonokat visznek át a membránon (H⁺–K⁺-pumpa, H⁺-pumpa). Ezek közül a H⁺–K⁺-pumpa a gyomor fedősejtjeiben és a vese gyűjtőcsatornáinak egyes sejtjeiben, a H⁺-pumpa a vese gyűjtőcsatornák más sejtjeiben (továbbá a nem hámsejtek közül a csontvelői eredetű differenciált sejtekben) szerepel a H⁺-szekrécióban.

A H⁺–K⁺-pumpa közreműködésével folyó H⁺-szekrécióban mind az apicalis, mind a basolateralis membrán több alkotórésze is részt vesz (a fedősejtek H⁺-szekréciójának mechanizmusára a 21. fejezetben térünk vissza). A pumpa a lumen felé úgy választ ki H⁺-okat, hogy közben a lumenből azonos számú K⁺ lép a sejtbe: ennek megfelelően az apicalis membránban a H⁺–K⁺-pumpa működését kiegészíti egy K⁺-csatorna, amelyen keresztül a lumenből hiányzó K⁺-ok a sejtplazmából folyamatosan pótlódnak. Az apicalis membránban foglal helyet a Cl^–-csatorna (ennek természete még nem ismert). A sejten belül keletkező hidroxilionok folyamatos neutralizálását az előbbiekben már ismertettük. A fedősejtekben a HCO₃^–-ok folyamatos eltávolításáról a basolateralis membrán HCO₃^–/Cl^– kicserélő transzportere gondoskodik, amely egyidejűleg pótolja a HCl-szekréció során a lumenbe távozott kloridionokat (a vesében mind az apicalis, mind a basolateralis transzporterek ettől némileg különböznek, l. a 14. fejezetet).

1949–1958: H. H. Ussing a békabőrön keresztüli transzportot vizsgálva definiálja az aktív transzport fogalmát, kidolgozza a transzport kvantitatív mérését, és megszerkeszti a hámtranszport “két membránnal elválasztott három kompartment” modelljét.

1960: F. Crane felismeri, hogy a vékonybélben a glukóz és a Na⁺ felszívása kapcsolt folyamatok.

1983: P. M. Quinton, továbbá M. R. Knowles és mtsai egymástól függetlenül felismerik, hogy a cystás fibrosis (CF) nevű súlyos örökletes megbetegedésben az alapvető hiba a sejtek abnormális ionpermeabilitásában van.

1989: 3 munkacsoport egymástól függetlenül azonosítja a cystás fibrosis kialakulásáért felelős gént, a gén által kódolt fehérjét ettől kezdve CFTR-ként említik (cystás fibrosis transzmembrán-konduktancia regulátor)