Funkcje nerki:
czynności wydalnicze (utrzymanie stałej objętości płynów- homeostazy)
wytwarzanie związków biologicznie czynnych- renina, erytropoetyna, aktywna witamina D3, prostaglandyny
czynności metaboliczne- związane z przemianami ogólnoustrojowymi różnych związków energetycznych: węglowodanów, białek, tłuszczów
inaktywacja hormonów- m.in. insuliny
procesy detoksykacji np. detoksykacja kwasu benzoesowego:
kwas benzoesowy + glicyna --> kwas hipurowy
utlenianie aminokwasów
Rola nerek w utrzymaniu stałości środowiska wewnętrznego:
utrzymanie stałej objętości płynów ustrojowych (izowolemia)
utrzymanie stałego ciśnienia osmotycznego płynów ustrojowych (izotonia)
utrzymanie stałego składu elektrolitów w płynach ustrojowych (izojonia)
udział w procesach równowagi kwasowo- zasadowej (wydalanie kwasów i zatrzymanie zasad)
utrzymanie stałego stężenia jonów H+ (właściwie pH płynów ustrojowych- izohydria)
usuwanie z organizmu produktów przemiany materii np. mocznika, keratyniny, kwasu moczowego
usuwanie z organizmu nieprzyswajalnych lub toksycznych produktów pochodzenia egzogennego np. leki
Miejscem zachodzenia procesów nerkowych jest sieć naczyń włosowatych. Do nerki dopływa 20-25% pojemności minutowej serca (1200-1500 ml), z tego 90% przepływa przez korę (najlepiej ukrwiona część nerki), pozostałe 10% przez rdzeń.
Przepływ krwi przez nerkę (RBF) regulowany jest przez opór naczyniowy w nerkach, który zależy od światła tętniczki doprowadzającej i odprowadzającej (mogą one zmieniać swoją średnicę poprzez zmiany napięcia włókien mięśniowych).
Na światło naczyń wpływ mają też różne związki np. :
Noradrenalina kurczy tętniczkę doprowadzającą
Angiotensyna II kurczy tętniczkę odprowadzającą
Wielkość przepływu krwi przez nerkę jest w warunkach fizjologicznych regulowana i kontrolowana przez czynniki nerkowe i pozanerkowe. Do czynników wewnątrznerkowych zaliczamy autoregulację. Jest to najważniejszy czynnik regulujący przepływ krwi przez nerkę.
Autoregulacja nerki:
RBF jest proporcjonalny do ciśnienia tętniczego w przedziale powyżej 89 (90) mmHg i poniżej 180(190) mmHg. Zmiany ciśnienia tętniczego w zakresie 80(90)-180(190) mmHg nie powodują zmian RBF, ponieważ w tym zakresie nerka ma zdolność autoregulacji przepływu krwi, która wyraża się stałością(?). Przypuszcza się, że wpływ na autoregulacjęma renina, angiotensyna II, prostglandyny (głównie PGF2alfa), tromboksan A2, które powodują skurcz tt. nerkowych oraz dopamina, prostacyklina, bradykinina, które działają rozkurczająco na naczynia nerkowe.
Autoregulacja RBF ma charakter autonomiczny i wewnątrznerkowy (bo okazało się, że nawet odnerwiona nerka ma te zdolności). Autoregulacja nie oznacza całkowitego uniezależnienia RBF, bo aktywacja układu współczulnego (np. w ciężkim wysiłku fizycznym, krwotoku) będzie powodowała spadek przepływu krwi przez nerki, zmniejszenie filtracji, i zmniejszenie wydalania (bo krew „ zaoszczędzona” w obrębie nerek dostarczana jest do mięśni szkieletowych lub mózgu).
Autoregulacja uniezależnia hemodynamikę nerek od wahań ciśnienia tętniczego. W przypadku braku autoregulacji każdemu wzrostowi ciśnienia towarzyszyłby wzrost wydalania elektrolitów, wzrost filtracji, wzrost wydalania wody i totalny wpływ na wzrost przepływu krwi przez nerki.
Czynniki fizjologiczne wpływające na przepływ przez nerki:
zdenerwowanie
praca fizyczna
ciała priorygenne
działanie amin katecholowych
długotrwała pionizacja ciała
Podstawową jednostką strukturalną i czynnościową nerki jest nefron. Nefron jest zbudowany z :
A) kłębuszka ciało nerkowe (Malpighiego)
B) cewki bliższej (cewki krętej I.rzędu, cewki proksymalnej)
C) pętli Henlego:
* ramię zstępujące
* zgięcie pętli
* ramię wstępujące (docinek cienko- i grubościenny)
D) cewki krętej dalszej (cewki krętej II. rzędu , cewki dystalnej)
E) na końcu- cewka zbiorcza
Wśród nefronów nerki wyróżniamy nefrony położone w korze i nefrony, których kłębuszki położone są przyrdzeniowo (z długimi pętlami, których zagięcie znajduje się w szczycie brodawki. 85% nefronów to nefrony korowe.
Budowa kłębuszka nerkowego:
Kłębuszek nerkowy posiada biegun naczyniowy i kanalikowy. W biegunie naczyniowym- tętniczka
doprowadzająca i odprowadzająca. W biegunie kanalikowym - początek cewki bliższej. Torebka kłębuszka ma 2 warstwy. Warstwa zewnętrzna tworzy kształt kłębuszka, a wewnętrzna pokrywa wszystkie naczynia wewn. Między nimi- przestrzeń moczowa.
Aparat przykłębuszkowy składa się z
plamki gęstej- jest osmoreceptorem (chemoreceptorem), reaguje na stężenie jonów Na+ i Cl-.
poduszeczki biegunowej, której ziarnistości zawierają reninę ( tzw. komórki ziarniste)
Aparat przykłębuszkowy jest tym, który uwalnia reninę i erytropoetynę.Wydalanie moczu zapoczątkowane jest w kłębuszkach nerkowych, przez które przepływa osocze ulegając filtracji. Powstaje przesącz, zwany moczem pierwotnym, który następnie ulega zmianom ilościowym i jakościowym w czasie przepływu przez nefron. Zmiany te są przyczyną dwóch procesów:
* reabsorbcji- to „wychodzenie”substancji ze światła kanalika do śródmiąższu
* sekrecji- to przechodzenie substancji ze śródmiąższu do światła kanalika
Filtracja kłębuszkowa:
Polega ona na przechodzeniu przez błonę filtracyjną kłębuszków z osocza do przestrzeni moczowej Bowmana, wody i rozpuszczonych w niej substancji drobnocząsteczkowych.
Błona filtracyjna składa się z :
* śródbłonka
* błony podstawnej
* nabłonka
Przez błonę filtracyjną nie przechodzą białka. Największe znaczenie w procesie filtracji ma błona podstawna, ponieważ jest ona zbudowana ze sialoproteidów, które nadają jej charakter ujemny. Dlatego nie przechodzą przez nią białka (bo są anionami i są odpychane). W nerczycach błona podstawna jest dodatnia i białka przechodzą (głównie albuminy).
Nabłonek produkuje materiał niezbędny do powstawania błony podstawnej i reguluje przepływ błony i elektrolitów przez błonę filtracyjną.
GFR- wielkość filtracji kłębuszkowej; zależy od :
przepływu osocza przez nerkę (RPF)
wielkości powierzchni filtracyjnej, która dla obu nerek wynosi 1,5 m2
przepuszczalności błony filtracyjnej
ciśnienia filtracji:
GRF : RBF = FF ( w przybliżeniu 0,2)- frakcja filtracyjna
Oznacza to, że na 100 ml osocza, które przepłynie otrzymamy 20 ml filtratu. Skuteczne ciśnienie filtracyjne oznaczamy jako EFP. Jest to czynnik powodujący przenikanie przesączu z osocza do przestrzeni moczowej. To ciśnienie filtracji wyznaczone jest przez kilka sił:
Ciśnienie hydrostatyczne krwi, od którego odejmujemy sumę ciśnienia onkotycznego i ciśnienia wewnątrz torebki : EFP = Phydr.- (Ponk.+Ptor.)
35 mmHg = 75 mm Hg -(30 mm Hg + 10 mm Hg)
Ciśnienie hydrostatyczne krwi jest siłą napędową procesu ultrafiltracji (głównie dzięki niej możliwe jest przesączanie przez błonę filtracyjną). Ciśnienie hydrostatyczne krwi zależy od ciśnienia tętniczego i oporu tętniczek doprowadzającej i odprowadzającej.
Ciśnienie onkotyczne- jego wielkość zależy od stężenia białek w osoczu (w hipoproteinemiach-> wzrost ciśnienia filtracyjnego).
Ciśnienie wewnątrz torebki spowodowane jest obecnością przesączu w torebce.
Zależność między GFR, a ciśnieniem filtracyjnym:
GFR = Kf x EFP
GFR + Kf [ Ph - ( Po + Pt ) ]
Kf- współczynnik proporcjonalności charakteryzujący przepuszczalność oraz całkowitą powierzchnię filtracji.
Średnia wielkość filtracji kłębuszkowej wynosi 125 ml/min. ( na dobę 180l), czyli ilość moczu pierwotnego jest 50x większa. Wielkość filtracji kłębuszkowej ulega zmniejszeniu w czasie wysiłku fizycznego, w pozycji stojącej i w przypadku zmniejszenia nawodnienia, w nocy, podczas działania amin katecholowych.
Podstawową czynnością nerek jest wchłanianie zwrotne składników moczu pierwotnego. Reasorpcja cewkowa chroni organizm przed nadmierną utratą wody i składników. Dzięki temu mocz ostateczny różni się od filtratu kłębuszkowego objętością, stopniem zagęszczenia składników stałych i odmiennym stosunkiem ilościowym poszczególnych substancji.70% przesączu kłębuszkowego jest reabsorbowane w cewce proksymalnej. Najczęściej jest to transport czynny, ale może być też dyfuzja. W transporcie czynnym musi istnieć źródło energii. W sposób aktywny transportowana jest glukoza. Transport czynny charakteryzuje się też tym, że jest ograniczona jego maksymalna wielkość. Związane jest to z tym, że niektóre składniki będą reabsorbowane w sposób ilościowo ograniczony. Np. u ludzi zdrowych maksymalna ilość glukozy reabsorbowana w nerkach wynosi 2 mmol / min. To jest transport maksymalny (Tm). Średnio wynosi on 2 mmol/ min. Transport maksymalny nie jest jednoznaczny z pojęciem progu nerkowego.
Próg nerkowy to stężenie określonej substancji we krwi lub moczu po przekroczeniu którego znajduje się w wydalanym moczu (nie ma zależności progu nerkowego od Tm).
Wchłanianie zwrotne glukozy jest ilościowo ograniczone. Glukoza pojawia się w moczu wcześniej, aniżeli osiągnięty zostaje jej Tm. Już wówczas, gdy jej stężenie we krwi przekracza 160 (180) mg%. Przy tym stężeniu T dla glukozy wynosi 1,1 mmol/mi, czyli glukoza nie osiągnęła Tm, a jest w moczu. Przyczyna : niejednorodność czynnościowa poszczególnych nefronów (możliwości reabsorpcji dla glukozy poszczególnych nefronów są różne). W jednych nefronach przy wysokim stężeniu glukozy jest ona absorbowana, w innych nie.
SEKRECJA- Niektóre związki/jony są wydzielane do światła kanalika(np. H+). Jony H+ i K+, moczanowe i substancje pochodzenia egzogennego (np. leki) wydzielane są do światła kanalika w sposób czynny lub bierny. Tak samo, jak w czynnej reabsorpcji, w czynnej sekrecji cewki wykazują maksymalną zdolność do wydzielania poszczególnych składników. Miernikiem praktycznym zdolności sekrecyjnej cewek jest maksymalna ilość paraaminohipuranu (PAH), jaką cewki mogą wydzielić w ciągu minuty i wynosi ona 80 mg/min. Ilość przesączu zostaje zredukowana do 1-2l w cewce proksymalnej. Procesy reabsorbcji obejmują 70% filtratu. Cewki proksymalne położone są w korze, która jest izotoniczna z osoczem. Również płyn znajdujący się w cewce jest izotoniczny, czyli ma takie samo ciśnienie osmotyczne, jak osocze. Dlatego mówimy o reabsorbcji izotonicznej w cewkach proksymalnych.
Odcinek kanalika proksymalnego i pętla Henlego są otoczone przez naczynia prosye rzekome. W tych naczyniach jest takie samo ciśnienie. Ramię zstępujące jest przepuszczalne dla wody. Zachodzą tu procesy zagęszczenia moczu. Jest przepuszczalne też dla jonów Na+ i Cl= i są one przepuszczane do wewnątrz. Największe zagęszczenie moczu- w zagięciu pętli Henlego (1299-1400 mosm.). W ramieniu wstępującym następuje przepływ przeciwprądowy. To ramię jest nieprzepuszczalne dla wody, a zachodzą w nim procesy rozcieńczania moczu (przez wybieranie związków aktywnych osmotycznie, jonów Na+ i Cl-). Przechodzą do śródmiąższu i są wydzielane do światła ramienia zstępującego i biorą udział w zagęszczaniu moczu. Jest to tzw. wzmacniacz przeciwprądowy.
Wymiennik przeciwprądowy stanowią naczynia proste rzekome (pułapka jonów). Wzmacniacz przeciwprądowy- działanie wspólne ramienia wstępującego i zstępującego.
Płyn, który płynie do cewki dysyalnej to roztwór toniczny. Płyn docierający do plamki gęstej jest przez nią rozpoznawany. Jeśli jest w nim za dużo jonów Na+ i Cl- następuje zahamowanie wydzielania reniny. Jest to też miejsce działania aldosteronu , który zwiększa resorpcję jonów Na+ z cewki dystalnej. Na 1 cząsteczkę Na+ reabsorbowaną do śródmiąższu sód zabiera 8 cząsteczek wody, następuje wzrost ECF (płynu zewnątrzkomórkowego).
Z cewki dystalnej płyn dostaje się do cewki zbiorczej, jest to również miejsce działania ADH. Tu znajduje się receptor, który powoduje wzrost resorpcji wody. ADH jest odpowiedzialny za ostateczne zagęszczenie moczu. Brak ADH wydzielanie moczu rozcieńczonego, może prowadzić do moczówki prostej. U zdrowego człowieka czynnikiem decydującym o wielkości diurezy jest hormon antydiuretyczny- ADH. Przy maksymalnym działaniu ADH diureza wynosi 0,3 ml/min., a osmolalność wydalanego moczu wynosi1200-1400 mosm/kg wody. Przy braku ADH diureza wynosi 15 ml/min., a ciśnienie osmotyczne wydalanego moczu 30 mosm/kg wody. W warunkach fizjologicznych ilość wydzielanego ADH uzależniona jest od objętości płynu pozakomórkowego i efektywnego ciśnienia osmotycznego, a to ciśnienie zależy głównie (w 90%) od stężenia jonów Na+. Zwiększenie objętości płynów pozakomórkowych i spadek ciśnienia osmotycznego hamują wydzielanie ADH, a to powoduje wydalanie dużych ilości rozcieńczonego moczu. Odwrotnie jest, gdy zmniejsza się ilość ECF.
Regulacja wydalania Na+:
Do czynników regulujących ilość Na+ w organizmie należą:
czynnik natiruretyczny (ANF)
GFR- wielkość filtracji kłębuszkowej
aldosteron
Najważniejszym z nich jest hormon natriuretyczny. Jest on wydzielany z ziarnistości komórek lewego przedsionka w wyniku rozciągnięcia jego ścian. Hamuje on wydzielanie reniny, a także uwalnianie aldosteronu z kory nadnerczy. ANF(ANP) hamuje działanie angiotensyny na naczynia. Przy wzroście GFR i stałej zawartości Na+ zwiększa się filtracja Na+ i większa ilość sodu może dotrzeć do dolnych odcinków nefronu i może być wydalana z moczem. Obniżenie filtracji- zmniejszenie wydalania Na+ z organizmu.
Aldosteron:
uwalniany z warstwy kłębkowatej kory nadnerczy
wpływa na wzrost ECF
wpływa na sekrecję jonów H+ i K+ w części dystalnej nefronu (regulowana przez układ RAA)
Układ RAA:
jeżeli mamy za dużo jonów Na+ i Cl- następuje hamowanie uwalniania reniny
renina łączy się z angiotensynogenem i powstaje angiotensyna I
pod wpływem konwertazy w płucach angiotensyna I przekształca się w angiotensynę II
angiotensyna II-1aminokwas angiotensyna III
angiotensyna II i III wpływa na uwalnianie aldosteronu
angiotensyna I stymuluje ośrodkowy układ nerwowy i pobudza uwalnianie amin katecholowych z rdzenia nadnerczy
angiotensyna II- działa silnie kurcząco na naczynia krwionośne
angiotensyna III ma słabe działanie na naczynia krwionośne, a silniejsze na uwalnianie aldosteronu
aldosteron powoduje wzrost stężenia jonów Na+, a to prowadzi do wzrostu ECF
Renina jest uwalniana, gdy jest:
* niskie ciśnienie tętnicze krwi
* niskie stężenie jonów Na+ i Cl-
Tętniczka doprowadzająca jest baroreceptorem reagującym na niskie ciśnienie tętnicze. Jeśli ciśnienie jest zbyt wysokie, to z lewego przedsionka jest uwalniany ANF, który ma działanie odwrotne do układu RAA.
Regulacja gospodarki kwasowo-zasadowej:
U dorosłego człowieka powstaje w ciągu doby duża ilość silnych kwasów (kwas fosforowy, siarkowy, organiczne). Wszystkie one reagują z wodorowęglanami (buforami organizmu). W wyniku tych reakcji zmniejsza się ilość wodorowęglanów, a to powoduje zmniejszenie rezerw buforowych i w konsekwencji zakwaszenie organizmu. Gdyby organizm nie miał zdolności buforowania zakwaszenie doprowadziłoby do śmierci. Wydalanie jonów H+ następuje w nerce. Nerka potrafi zwiększyć lub zmniejszyć wydalanie jonów H+ i wytwarzanie jonów wodorowęglanowych, co jest warunkiem utrzymania prawidłowego pH płynów ustrojowych.
Wydalanie jonów H+ w cewkach nerkowych:
Na każdy jon H+ wydalany do światła cewki 1 jon Na+ jest reabsorbowany do śródmiąższu. Wydalanie jonów H+ w cewkach bliższych, dalszych i zbiorczych. We wszystkich odcinkach nefronu jest to sprzężone z reabsorpcją sodu. CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-
Resorpcja węglowodanów:
Duża ilość jonów H+ wydzielanych ma wpływ na jony wodorowęglanowe. Wykorzystane jony H+, które służą do regeneracji jonów wodorowęglanowych zapobiegają utracie zasad.
Kwaśność miareczkowa:
To ilość jonów H+, którą należy zobojętnić, aby pH moczu doprowadzić do aktualnego w danej chwili pH krwi. Zależy od akceptorów jonów H+. Są to aniony słabych kwasów, które wiążą się z jonami H+, a to zapobiega znacznemu zakwaszaniu moczu. Kwaśność miareczkowa powstaje w cewce dystalnej nefronu.
Wydalanie amoniaku :
Jest to obok kwaśności miareczkowej sposób na usuwanie jonów H+ z organizmu. Wydalanie amoniaku związane jest z równoczesnym zwiększeniem zasobu zasad w organizmie.
Czynność wewnątrzwydzielnicza nerki:
kininy rozszerzanie naczyń krwionośnych
renina układ RAA, regulacja ciśnienia krwi
prostaglandyny czynniki regulujące wewnątrznerkowy przepływ krwi
wit. D3 gospodarka fosforanowo-wapniowa, zapewnia długotrwałą homeostazę wapniową organizmu
erytropoetyna krwiotworzenie
Metody badania czynności nerek:
Największe znaczenie ma oznaczanie klirensu. Klirens- wskaźnik oczyszczania osocza, hipotetyczna objętość osocza, która zostaje oczyszczona z danego składnika na skutek wydalania go do moczu w jednostce czasu. Klirens można obliczyć znając jego stężenie w osoczu oraz moczu:
Cx = Ux X V / Px [ ml/min.]
Ux- ilość danej substancji w moczu
Px- ilość danej substancji w osoczu
V- diureza minutowa
Oznaczając klirens inuliny (cukru filtrowanego przez nerki) możemy zbadać GFR:
Wielkość filtracji kłębuszkowej określamy przez oznaczenie klirensu kreatyniny endogennej.
C = U x V / P = 140 ml/min. (bo kreatynina jest substancją wydzielaną w kanalikach)
Przepływ osocza przez nerkę też możemy zbadać, znając klirens:
ERPF = Cpah = Upah x V / Ppah = 600(650/660)ml/min.
Znając RPF i hematokryt możemy obliczyć przepływ krwi przez nerkę : ERBF = Cpah/ (1-HT)
E- efektywny
Gdy Cx>Cin - oznacza to, że substancja jest dodatkowo wydzielana w kanalikach np. endogenna keratynina.
Gdy Cz> Cin - oznacza to, że jest reabsorbowana w kanalikach nerkowych.
Gdy Cy = Cin - występuje tylko filtracja
Cglukozy = 0
Klirens wolnej wody : C H2O = V- [ ( Umoczu x V)/ Posocza]
Gdy nerki produkują mocz hipotoniczny wówczas woda wydalana jest w nadmiarze w stosunku do substancji osmotycznie czynnych. Nadmiar wydalonej wody z moczem nosi nazwę „wolnej wody”, a całkowitą objętość osocza, która jest oczyszczona z nadmiaru wolnej wody nosi nazwę klirensu wolnej wody. Jeżeli klirens wolnej wody ma wartość dodatnią, to znaczy, że woda wydalana jest w nadmiarze, a jeśli ujemny, to znaczy, że związki osmotycznie czynne wydalane są w mniejszej ilości wody (mocz bardziej zagęszczony).
Klirens osmotyczny: Cosm = Uosm x V/ Posm = 2-3 ml/min.
Określa objętość osocza całkowicie oczyszczonego z osmotycznnie aktywnych składników w ciżgu 1min.
U osm- stężenie osmotyczne moczu
P osm- stężenie osmotyczne osocza
Seminarium z fizjologii - „Układ moczowy”
- 5 -
www.stomka.prv.pl