Gospodarka wodno-elektrolitowa i fizjologia nerek.

Podział płynów w organizmie

Organizacja ustroju

Komórki tworzące ciało organizmów wielokomórkowych znajdują się w „wewnętrznym oceanie” płynu zewnątrzkomórkowego (Extracellular Fluid - ECF)

Z płynu lego komórki pobierają O₂ i pokarmy, a do niego wydalają zbędne produkty przemiany materii.

U zwierząt mających zamknięty układ krwionośny ECF dzieli się na 2 części:

płyn tkankowy i osocze krwi.

Osocze + składniki komórkowe krwi (głównie erytrocyty)= całkowita objętość krwi

Skład ciała przeciętnego młodego mężczyzny:

18%: białka

7%: substancje nieorganiczne

15%: tłuszcze

60%: woda

Woda wewnątrzkomórkowa: 40% masy ciała

woda zewnątrzkomórkowa: 20% masy ciała

25% płynu zewnątrzkomórkowego znajduje się w układzie krążenia

Całkowita objętość krwi: 8% masy ciała

wiek	mężczyźni	kobiety
10 18 lat	59%	57%
18-40 lat	61%	51%
40-60 lat	55%	47%
> 60 lat	52%	46%

Całkowita woda organizmu

Zawartość wody w tkankach jest stała i wynosi 71-72 ml/100g tkanki

Jednostki pomiarowe stosowane w fizjologii:

mol: ilość gramów danej substancji liczbowo równa masie cząsteczkowej

mol każdej substancji zawiera 6 x 10²³ cząsteczek

ekwiwalent (Eq): 1 mol zjonizowanej substancji, podzielony przez jej wartościowość

1 mol NaCl dysocjuje na I Eq Na⁺ i 1 Eq Cl^-

1 EqNa⁺ =23g

1 EqCl^- =35g

Osmoza :przenikanie wody przez przepuszczalną błonę->

Ciśnienie osmotyczne: siła niezbędna do przeciwstawienia się przenikaniu wody przez błonę

II = icRT

i: stała van't Hoffa

c: stężenie

R: stała gazowa

T: temperatura

Ic: osmolarność

Roztwór o takiej samej osmolaraności jest izotoniczny.

Roztwór o niższej osmolarności jest hipotoniczny.

Roztwór o wyższej osmolarności jest hipertoniczny.

Komórki w roztworach izotonicznych, hipotonicznych i hipertonicznych =>

Osmolalność, stężenie osmolalne i osmolarne

Stężenie osmolarne = liczba osmoli substancji rozpuszczonej w 1 l

stężenie osmolalne = liczba osmoli substancji rozpuszczonej w 1 kg

Przestrzenie wodne	Ilość (% całości)
		Na^+	K^+
całkowita wewnątrzkomórkowa	9.0	89.6
całkowita zewnątrzkomórkowa:	91.0	10.4
Osocze krwi	11.2	0.4
płyn tkankowy	29.0	1.0
tkanka łączna	11.7	0.4
Kości	36.5	7.6
Transkomórkowa	2.6	1.0

<=Rozmieszczenie jonów sodu i potasu w organizmie

większość niewymienialnego Na⁺ w postaci hodrokysapatytu kościach

większość K⁺ pozostaje w komórkach

Stężenie jonów w neuronach =>

Funkcje nerek

• Filtrowanie 200 litrów krwi dziennie i usuwanie toksyn, zbędnych metabolicznych produktowi nadmiaru jonów z moczem

• Regulacja objętości płynów ustrojowych i ich składu

• Utrzymanie równowagi pomiędzy wodą i solami oraz kwasami i zasadami.

• Glukonegeneza podczas głodowania

• Produkcja reniny, która reguluje ciśnienie krwi i erytropoetyny stymulującej wytwarzanie krwinek (narząd endokrynny).

• Aktywacja witamin.

Układ wydalniczy

• Ludzie posiadają dwie nerki, które filtrują krew, przekształcają przesącz w mocz i odprowadzają mocz przewodami moczowymi do pęcherza moczowego, wydalany na zewnątrz przez cewkę moczową.

• Dwa zwieracze przy ujściu cewki moczowej kontrolują czas wydalanie moczu.

• Zwieracz zbudowany z mięśni gładkich, kontroluje układ autonomiczny, rozciągnięcie pęcherza (napełnienie pęcherza) aktywuje odruch rdzeniowy i rozkurcz mięśnia.

• Drugi zwieracz zbudowany jest z mięśni poprzecznych-zależny od woli.

Budowa nefronu

Nerka dzieli się na korę i rdzeń: rdzeń tworzy 8 do 15 piramid

Każda nerka zawiera -milion nefronów, które są podstawową jednostką funkcjonalną.

Budowa nefronu :

• Kłębuszek nerkowy (splot włosowatych naczyń tętniczych)

• Torebka Bowmana otaczająca kłębuszek. Wewnętrzna ściana torebki wyścielona jest komórkami nabłonka zwanymi podocytami.

• Kanalik nerkowy zbudowany z trzech odcinków:

- Kanalik kręty pierwszego rzędu

- Pętla Henlego

- Kanalik kręty drugiego rzędu, który uchodzi do kanalika zbiorczego czyli prostego

Kłębuszek nerkowy i pętle bliższe i dalsze znajdują się w korze nerki.

Nefrony mogą być korowe i przyrdzeniowe. Nefrony korowe mają krótkie pętle Henlego i rozcieńczają mocz ale go nie zagęszczają. W nerce jest 85% nefronów korowych.

Nefrony przyrdzeniowe- długa -pętla Henlego rozcieńczają i zagęszczają mocz

Nefron

W kłębuszku nefronu odbywa się filtracja, a przesącz przechodzi do torebki Bowmana.

Następnie mocz pierwotny przesączony w kłębuszkach przepływa do układu kanalikowego, gdzie następuje formowanie moczu ostatecznego, polegające na wchłanianiu zwrotnym (resorpcja) oraz wydzielaniu (sekrecja).

Funkcje nefronu

<=Kanaliki nerkowe -otrzymują i modyfikują przesącz

Resorpcja (wchłanianie zwrotne wody, glukozy, sodu, potasu, wodorowęglanów do komórek nabłonkowych a potem do krwi.

wydzielanie (sekrecja) ciał azotowych, potasu i zbędnych substancji do światła kanalika, a następnie do moczu

<=Przetwarzanie moczu

Mocz dociera do szczytu piramid i następnie do kielicha mniejszego. Kielichy mniejsze łącza się w kielichy większe, które uchodzą

do miedniczki nerkowej.

Mocz produkowany jest w wyniku trójetapowego procesu filtracji, resorpcji (wchłaniania zwrotnego) i

wydzielania (zagęszczania).

• Nerki filtrują około 12% krwi, którą otrzymują co stanowi -180 litrów/dzień.

• ok.2-3 litrów moczu dziennie jest produkowana, reszta ulega resorpcji.

• Mocz jest 4x bardziej stężony niż krew.

• Kanaliki kręte pierwszego rzędu -resorpcja wody, NaCI, glukozy i aminokwasów (65% przesączu ulega resorpcji). Dalsze wchłanianie: pętla Henlego i kanaliki kręte drugiego rzędu

• Pętla Henlego- działa jako przeciwprądowy system zagęszczania i tworzy gradient stężeń w tkance otaczającej nefron.

• Pętla Henlego zawiera dwie części różniące się anatomicznie:

- Część zstępująca przepuszczalna dla tylko wody

- Część wstępująca nieprzepuszczalna dla wody, przepuszczalna dla NaCI

Filtracja i zagęszczania

• Kłębuszki nerkowe filtrują krew tworząc przesącz pozbawiony komórek i dużych cząsteczek (przesącz nerkowy).

• W filtracji biorą udział: ściany kapilar, błona podstawna kapilary śródbłonka i podocyty torebki Bowmana.

• Krew przepływa przez kłębuszki nerkowe pod dużym ciśnieniem.

• Skład przesączu nerkowego jest podobna do odbiałczonego osocza

• Przesącz podczas przechodzenia przez kanaliki nerkowe ulega koncentracji i przekształceniu w mocz.

• Komórki nabłonkowe kontrolują skład moczu poprzez aktywne wydzielanie i resorpcję specyficznych cząsteczek.

Funkcja kanalików zbiorczych

• Płyn zbierany przez kanaliki zbiorcze zawiera głównie mocznik

• Część mocznika i wody ulega resorpcji (dyfunduje z powrotem do pętli Henlego).

• Recyklizacja mocznika też bierze udział w zatężaniu moczu.

Mocz produkowany jest w wyniku trójetapowego procesu filtracji, resorpcji (wchłaniania zwrotnego) i wydzielania (zagęszczania). =>

Klirens insuliny jest miarą filtracji kłębuszkowej GFR, ponieważ ilość oczyszczonego z insuliny osocza jest równoważna objętości osocza przesączonego w tym czasie.

Porównanie klirensu jakiejś substancji z klirensem insuliny mówi o zachowaniu się danej substancji w czasie przechodzeniu przez nefron:

C_x = C_x insuliny > substancja jest wydalana wyłącznie drogą filtracji

C_x < C_x insuliny > substancja w części ulega reabsorpcji w kanaliku

C_x > C_B inuliny > substancja jest usuwana przez filtrację oraz wydzielanie kanalikowe

Inulina- substancja egzogenna.

Powszechne zastosowanie do badań klirensowych pozwalających na ocenę filtracji kłębuszkowej znalazła endogenna kreatynina stale obecna w osoczu. Prawidłowa wartość klirensu dla kreatyniny=85-150ml/min. Zaburzenia- niewydolność nerek.

Badania czynnościowe nefronu

Klirens nerkowy: ilość osocza całkowicie oczyszczonego z danej substancji w ciągu jednej minuty. Klirens nerkowy danej substancji informuje, jak ta substancja jest transportowana przez nerki. Do oznaczania klirensu służą następujące substancje : inulina, kwas paraaminohipurowy, mocznik, kreatynina.

Klirens wyraża sprawność z jaką osocze zostaje oczyszczone z danej substancji i obliczany go według wzoru:

Inulina: polimer fruktozy, obecny w bulwach topinamburu (słonecznika bulwiastego)

Inulina nie jest trawiona przez człowieka, więc nie ma wpływu na stężenie glukozy we krwi.

Kanalikowy transport maksymalny Tm

Kanalikowy transport maksymalny Tm w nerce - to jest największa ilość danej substancji, która może być zresorbowana lub wydzielona przez kanaliki nerkowe w ciągu jednej minuty.

Substancje czynnie resorbowane: jony fosforanowe i siarczanowe, aminokwasy, kwas moczowy, albuminy, glukoza.

Substancje wydzielane: penicylina, salicylan, kwas paraaminohipurowego (PAH).

Każda substancja ma nerkowy próg stężenia przy którym przenika do moczu.

Wartości Tm są podstawą oceny aparatu kanalikowego nerki.

Kwas paraaminohipurowy (PAH) - może być użyty do pomiaru Tm kwasu p-aminohipurowy jest filtrowany w kłębuszku i dodatkowo wydzielany do światła kanalika w kanaliku bliższym. Gdy stężenie PAH wzrasta, to pojemność resorpcyjna kanalików jest przekroczona i klirens PAH spada.

Wchłanianie glukozy

Glukoza jest filtrowana w nerkach,a następnie w całości wchłaniana w kanaliku bliższym nefronu. Jeżeli stężenie glukozy jest wyższe od prawidłowego, to glukoza pojawia się w moczu ostatecznym.

Wydalanie moczu - 3 etapy:

1. Przechodzenie moczu przez górne drogi moczowe (kielichy, miedniczki

i moczowody).

2. Zbieranie się moczu w pęcherzu.

3. Odprowadzanie moczu przez cewkę.

Moczowody o długości ok. 30 cm wchodzą do dna pęcherza. Wewnętrzna warstwa błony mięśniowej kielichów i miedniczki nerkowej stanowi rodzaj rozrusznika, rozpoczynającego falę perystaltyczną biegnącą od nerki. Fala skurczowa pojawia się co 6 do 20 s i przesuwa do pęcherza ok. 4 ml moczu. Na górne drogi oddziałuje autonomiczny układ nerwowy.

Mocz spływa moczowodami do pęcherza, który jest workiem mięśniowym i stanowi jego zbiornik. Błona mięśniowa pęcherza zbudowana jest z włókien gładkich. Ściana pęcherza jest mięśniem wypieraczem, którego skurcz powoduje opróżnienie pęcherza.

W miejscu przejścia pęcherza w cewkę moczową występuje zwieracz wewnętrzny zbudowany z mięśni gładkich, oraz zwieracz zewnętrzny utworzony z włókien prążkowanych.

Funkcje pęcherza:

1. Napełnienie.

2. Opróżnienie.

Zgromadzenie ok. 400 ml moczu => bodźce w korze mózgowej, przekazywane przez rdzeń => skurcz wypieraczy, rozluźnienie zwieraczy, wydalenie moczu.

Ośrodek oddawania moczu jest nadzorowany przez centra podkorowe w moście, które koordynują pracę wypieracza i zwieraczy.

Czynność dolnych dróg moczowych (w przeciwieństwie do górnych) przebiega z udziałem świadomości.

Nadmierne wytwarzanie moczanu sodu jest przyczyną dny moczanowej

Hiperurikemia (nadmierne wytwarzanie moczanu) może indukować dnę moczanową, chorobę atakującą stawy i nerki.

Stan zapalny stawów jest wywołany przez wytrącanie się kryształów moczanu sodu.

Dna (gout) jest wynikiem różnych zaburzeń metabolizmu. Niektórzy pacjenci mają częściowy niedobór fosforybozylotransferazy hipoksantynowej (hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT), enzymu który katalizuje syntezę IMP i GMP z ponownym wykorzystaniem puryn:

Średnie stężenie moczanu w surowicy człowieka bliskie jest granicy jego rozpuszczalności.

Moczan jest silnym przeciutleniaczem: wiąże reaktywne formy tlenu (np. rodniki hydroksylowe).

Wytrącanie się kryształów moczanu sodu może też być spowodowane nadmiarem puryn w pożywieniu (najwięcej puryn jest w piwie).

Kamienie nerkowe przeważnie powstają ze szczawianu wapnia

Regulacja równowagi kwasowo-zasadowej

Nerki regulują pH krwi.

Bufor to substancja , która może absorbować lub uwalniać jony H⁺ . Krew jest buforowana przez jony wodorowęglanowe uwalniane z kwasu węglowego.

Nadmiar H⁺ przesuwa reakcję w lewo i jony H⁺ są usuwane.

Usunięcie jonów H⁺ powoduje przesunięcia reakcji w prawo i jony są H⁺ produkowane.

Regulacja równowagi kwasowo-zasadowej

• Nerki regulują poziom H⁺ i HCO₃^- we krwi.

• kanaliki nerkowe wydzielają, H' i resorbują HCO₃^-.

Regulacja funkcji nerek

• Utrzymanie stałej kłębuszkowej filtracji GFR zależy od ciśnienia i ilości krwi przepływającej przez nerki.

• Nerki posiadają własne mechanizmy regulacji ciśnienia i ilości krwi przepływającej przez nerki niezależnie od tego co się dzieje w innych częściach ciała.

• Mechanizmy te podtrzymują funkcję nerek i nazywane są mechanizmami autoregulacji.

- Zwężenie afferentnych arterioli w nerce-podwyższenie ciśnienia

- Zwężenie wszystkich naczyń w organizmie w celu podwyższenia centralnego ciśnienia krwi

- Uwolnienie przez nerki enzymu reniny, który aktywuje hormon angiotensynę.

Utrzymanie stałej kłębuszkowej filtracji GFR zależy od ciśnienia i ilości krwi przepływającej przez nerki. =>

Regulacja funkcji nerek

• Działanie angiotensyny

-skurcz nerkowych arterioli -wzrost ciśnienia w naczyniach włosowatych kłębuszków nerkowych

-zwężenie (skurcz) wszystkich obwodowych naczyń krwionośnych- podwyższenie ciśnienia centralnego.

-stymuluje korę nadnerczy do uwolnienia aldosteronu, który pobudza resorpcję sodu przez nerki, co powoduje wzrost retencji wody i objętości osocza i pomada utrzymać objętość i ciśnienie krwi.

-oddziałuje na mózg stymulując pragnienie. Wzrost ilości płynów zwiększa objętość krwi i ciśnienie.

• Spadek ciśnienia krwi aktywuje receptory rozciągania w ścianach aorty i kłębkach aortalnych, receptory te przekazują informację do podwzgórza, które uwalnia hormon antidiuretyczny ADH zwany również wazopresyną.

• ADH zwiększa przepuszczalność kanalików zbiorczych dla wody

• Wzrasta resorpcja wody i stężenie moczu. Wzrost resorpcji wody powoduje wzrost ciśnienia krwi.

• ADH wysokie -mocz zagęszczony, ADH -niskie mocz bardzo rozcieńczony

• 
  ADH zwiększa przepuszczalność kanalików zbiorczych dla wody poprzez stymulację komórek do produkcji i ekspresji kanałów wodnych zwanych akwaporynami. Akawporyny są obecne w pętli zstępującej a nieobecne w pętli wstępującej pętli Henlego.

• gdy ciśnienie krwi jest bardzo wysokie, przedsionek serca produkuje hormon: przedsionkowy peptyd natriuretyczny (ANP) który wpływa na funkcję nerek.

• Powoduje on zmniejszenie resorpcji sodu i wody w nerce, co powoduje zmniejszenie objętości krążącej krwi i ciśnienia krwi

Nerki produkują enzym proteolityczny reninaw odpowiedzi na spadek ciśnienia krwi. Uwolnienie reniny powoduje wzrost stężenia angiotensyny II i aldosteronu, które zmniejszają wchłanianie wody i NaCI w nefronie. Gdy ciśnienie krwi i objętość płynu zewnątrzkomórkowego maleje, układ renina-angiotensyna-aldosteron przywraca stan równowagi.

Odpowiedź na zwiększoną objętość płynu zewnątrzkomórkowego:

wydalanie NaCI i H₂O↑ (wchłanianie Na⁺ i H₂O↓)

renina↓

przedsionkowy czynnik natriuretyczny (ANP) ↑

Odpowiedź na zmniejszoną objętość płynu zewnątrzkomórkowego:

wydalanie NaCl i H₂O↓ (wchłanianie Na⁺ i H₂0↑)

renina ↑

przedsionkowy czynnik niatriuretyczny(ANP) ↓

Czysta woda

Roztwór soli

błona

Tłok: siła -ciśnienie osmotyczne

---