7 października 2011
Fizjologia nerki
dr n. med. Katarzyna Dmitruk
Fizjologia
Funkcje nerek
· Wydalanie
o Wody i elektrolitów
o Zbędnych produktów przemiany materii
§ Mocznik (produkty metabolizmu białek)
§ Kwas moczowy (produkt metabolizmu puryn)
§ Kreatynina (endogenny bezwodnik mięśniowej kreatyny)
o Związków toksycznych
· Są narządem efektorowym w regulacji objętości i osmolarności płynów ustrojowych, gospodarki kwasowo-zasadowej, gospodarki wapniowo-fosforanowej (sól fizjologiczna ma osmolarność około 300 mOsm/kg H2O)
· Wytwarzają związki hormonalne i humoralne o działaniu miejscowym i ogólnoustrojowym – renina i erytropoetyna
· Nerki są narządem parzystym o charakterystycznej budowie. Składają się z kory i rdzenia. Podstawową jednostką budowy nerki jest nefron. Składa się z kłębuszka nerkowego (tętniczka doprowadzająca = aferentnaà sieć naczyń włosowatych à tętniczka odprowadzająca eferentna tworzą sieć dziwną. Naczynia włosowate otoczone są torebką Bownama, od której odchodzi kanalik kręty I rzędu zwany kanalikiem bliższym, czyli proksymalnym. Przechodzi on w pętle Henlego część zstępująca, wstępująca. Następnie przechodzi w kanaliki zbiorcze, które łączą się dając moczowody). Nefrony przyrdzeniowe mają zdolność zagęszczania moczu. Nefrony korowe mają krótsze pętle Henlego.
· Mocz pierwotny tworzy się z krwi która przepływa przez naczynia włosowate kłębuszka. Osocze wypychane jest z sieci naczyń włosowatych do torebki Bowman’a. Tak powstaje mocz pierwotny – ma taki skład jak osocze, ale pozbawiony jest cząsteczek białkowych. Błona filtracyjna (błona wyściełająca ściany naczynia włosowatego) – osocze przechodzące z sieci naczyń włosowatych przechodzi przez pory w endotelium (śródbłonku) oraz szczeliny filtracyjne. Miejsca te mają pory o określonej średnicy, umożliwiającej przechodzenia jedynie wybranym substancjom. Z białek filtrowane są jedynie peptydy i białka o bardzo małej masie cząsteczkowej (np. albuminym hormony, enzymy, immunoproteiny). Jeśli już jakieś białka przejdą przez tę barierę, w kanalikach bliższych zachodzi endocytoza (wpuklenie i pochłanianie białka) z udziałem klatryny. W komórkach kanalika nerkowego następuje rozkład tych białek i peptydów do aminokwasów, które transportowane są do płynu około kanalikowego. Skład moczu pierwotnego zbliżony jest do składu osocza, ale pozbawiony białek o dużej masie cząsteczkowej! U osoby zdrowej nie powinny znajdować się elementy morfotyczne. Ich obecność może świadczyć o uszkodzeniu błony filtracyjnej.
· Siły fizyczne biorące udział w procesie filtracji
EFEKTYWNE CIŚNIENIE FILTRACYJNE (EFP)
EFP = Pgc – (Pt + πb)
Pgc- ciśnienie hydrostatyczne w sieci naczyń włosowatych kłębuszka
Pt – ciśnienie hydrostatyczne
πb – ciśnienie onkotyczne
Kamień w drogach moczowych – przeszkoda w odprowadzaniu moczu, wówczas rośnie ciśnienie hydrostatyczne, wzrasta ciśnienie w torebce Bowmana, w takiej sytuacji może dojść do zatrzymania filtracji w kłębuszkach nerkowych.
Podwyższone ciśnienie onkotyczne – również może spowodować zatrzymanie filtracji
Przesącz trafiający do torebki Bowmana to mocz pierwotny. Procesy prowadzące do zmiany składu moczu to resorpcja (wchłanianie) i sekrecja (wydzielanie). Resorpcji ulegają związki, które trafiają z kanalika nerkowego do płynu śródmiąższowego i trafiają do naczyń nerkowych około kanalikowych (resorbowana jest glukoza, aminokwasy, jony np. sodu. Sekrecji ulegają związki, które muszą być usunięte .
Główne mechanizmy transportu w nefronie:
· Kanalik kręty bliższy – następuje redukcja objętości filtratu o ok. 70%
o Resorpcja :HCO3-, H2O, K+, glukoza (tylko tutaj)
o Sekrecja: H+, NH3
· Pętla Henlego – ramię zstępujące
o Resorpcja: H2O
o Resorpcja: NaCl (początkowo biernie – zgodnie z gradientem stężeń, następnie w wyższej części pętli Henlego dochodzi do transportu aktywnego – z wykorzystaniem energi z rozkładu ATP)
· Kanalik dalszy
o Resorpcja: NaCl, H2O, HCO3-
o Sekrecja: H+, K+
· Cewka zbiorcza
o Resorpcja: NaCl oraz mocznik* i H2O*
(*mocznik i woda – są resorbowane jedynie pod warunkiem, że w tylnym płacie przysadki dochodzi do syntezy wazopresyny – jeśli zachodzi potrzeba zatrzymania wody w organizmie)
Wysoka osmolarność płynu śródmiąższowego, to warunek, przy którym wazopresyna przyczynia się do efektu hiperosmolarności.
Kanalik nerkowy – budowa (od strony kanalika błona luminalna, od strony śródmiąższu – błona podstawno-boczna
Transport w kanaliku proksymalnym
· Mechanizm pierwotny
o Na-K-ATP-aza w błonie podstawno-bocznej (pompa sodowo-potasowa)
§ Utrzymuje niskie stężenie Na w komórce
§ Utrzymuje wysokie stężenie jonów K w komórce
§ Utrzymuje ujemny potencjał błonowy
o Gradient stężeń odpowiada za mechanizmy transportu wtórnego
· Mechanizm pompy działający w kanaliku proksymalnym odpowiada za resorpcję glukozy. Glukoza jest w całości filtrowana, a następnie w kanaliku resorbowana. Współpartner Na – glukoza zlokalizowany jest w rąbku, transportuje jedną cząsteczkę glukozy i dwa jony na na 1 cykl z filtratu do komórek kanalika proksymalnego. Jest to transport aktywny wtórny, który wykorzystuje gradient chemiczny i elektryczny dla ustalenia jonów Na przez pompę sodowo-potasową. Glukoza jest transportowana z komórek płyny śródmiąższowego przez niezależny mechanizm do naczyń włosowatych – krążenia.
· Transport w pętli Henlego
o Transport w grubej części ramienia wstępującego
§ Pierwotny mechanizm transportu: Na-K-ATP-aza w błonie podstawno-bocznej
§ Wtórny mechanizm transportu: współpartner Na-2Cl-K w błonie luminalnej, zależny od gradientu chemicznego Na i Cl. Białko znajdujące się w błonie komórki kanalika.
Pętla Henlego – miejsce wychwytu dla związków blokujących współtransport Na+/2Cl-/K+. Furosemid, który należy do diuretyków pętlowych ma działanie moczopędne - zwiększa wydzielanie jonów wraz z towarzyszącymi im cząsteczkami wody.
Resorpcja sodu w kanaliku zbiorczym:
· Na jest re absorbowany przez komórki główne w kanaliku zbiorczym
· Mechanizm pierwotny: Na-K-ATP-aza w błonie podstawno-bocznej
· Dzięki pompie sodowo-potasowej tworzy się gradient elektrochemiczny dla sodu w błonie luminalnej
· Gradient ten powoduje ruch jonów Na+ do komórki przez kanały sodowe
· Reabsorpcja jonów Na+ jest stymulowana przez aldosteron
· Reabsorpcja jonów Cl- drogą para celularną (zgodnie z gradientem stężeń, szczelinami międzykomórkowymi)
Mechanizm działania hormonu antydiuretycznego (ADH)
· ADH wydzielany przez tylny płat przysadki mózgowej, wraz z krążeniem trafia do nerki, z naczyń włosowatych, przez śródmiąższe do błony podstawno-bocznej
· ADH przyłącza się do receptora V2 i aktywuje kaskadę reakcji przez białko Gs, cyklozę adenylanową, cAMP i kinazę proteinową A. Umożliwia to wbudowanie aquaporyny 2 do błony luminalnej (receptor V1 znajduje się w naczyniach krwionośnych)
· Woda przemieszcza się przez aquaporynę 2 (kanał wodny) w odpowiedzi na gradient osmotyczny a następnie przez aquaporynę 3 i 4 w błonie podstawno-bocznej
· V2+ADH à białko G , które aktywuje cyklozę adenylanową, która powoduje powstawanie cAMP (cykliczny AMP). cAMP powoduje z kolei aktywację kinazy białkowej (w tym przypadku kinazę białkową A). Kinazy białkowe powodują przeniesienie cząsteczek fosforanowych na białko, co zmienia konformację białka i nabywają one zdolności wbudowania się w błonę luminalną – powstaje kanał wodny, a białko wodne nazywa się aquaporyną. Od strony błony luminalnej białko nazywa się aquaporyną 2.
Wydzielanie wazopresyny
Czynniki zwiększające wydzielanie wazopresyny:
Osmoreceptory
· W podwzgórzu (jądro nadwzrokowe i przykomorowe)
· W narządach okołokomorowych
· W okolicy przedwzrokowej
Uszkodzenie tych okolic powoduje:
· Brak wytwarzania (i wydzielania) ADH, czego skutkiem jest poliuria (moczówkę prostą)
· Adypsję (brak pragnienia)
Prowadzi to do powstania zespołu hiperosmolarnego
(zwiększenie osmolarności płynów ustrojowych i hipernatremia)
dietetykaCMUMK