Biochemia nerek

a) funkcje i regulacja

Nerki pełnią wiele funkcji niezbędnych do życia organizmu: usuwają końcowe metabolity i toksyny, utrzymują równowagę wodno – mineralną i kwasowo – zasadową oraz stanowią organ wydzielniczy.
Najistotniejszą rolą nerek jest oczyszczanie ustroju ze szkodliwych produktów metabolizmu, m. in. gospodarki azotowej, a także K+ i H2O. W ciałku nerkowym dochodzi do filtracji osocza – po zatrzymaniu elementów morfotycznych i makrocząsteczkowych (> 60-70 kDa) woda i rozpuszczone w niej związki przechodzą do kanalika nerkowego, tworząc mocz pierwotny. Ponieważ ten ostatni posiada bardzo dużą objętość (ok. 200 l/dobę) i zawiera wiele cennych składników, toteż w kanaliku bliższym (proksymalnym) dochodzi do resorpcji wody, jonów, glukozy, aa, witamin i polipeptydów. Tu również wydalane są do kanalików: kreatynina, leki i substancje diagnostyczne (np. kwas para-aminohipurowy = PAH). Pętle nefronu dzięki zróżnicowanej przepuszczalności i pompom jonowym wytwarza gradient osmotyczny w tkance śródmiąższowej (tzw. wzmacniacz przeciwprądowy). W obrębie kanalika dalszego (dystalnego) aktywnie wchłaniany jest Na+ (zależnie od aldosteronu) – zachodzi jego wymiana z K+, H+ i NH4+ oraz bierny transport Cl-. Wreszcie w cewkach zbiorczych komórki główne wymieniają Na+ na K+ (zależnie od aldosteronu i ADH), zaś komórki wstawkowe – K+ na H+. Dzięki wytworzonemu przez pętle i naczynia proste gradientowi osmolalnemu dochodzi tu również do ostatecznego zagęszczania moczu, tak iż staje się on hipertoniczny względem krwi i w takiej formie jest wydalany. Wymiana wodno – elektrolitowa zachodząca między pętlami a naczyniami prostymi określana jest jako wymiennik przeciwprądowy. Nerka jest również narządem wydzielniczym. Sama tkanka śródmiąższowa jest źródłem związków regulujących ciśnienie krwi – PGA2 i PGE2. Na biegunie naczyniowym kłębuszka znajduje się aparat przykłębuszkowy, złożony z trzech elementów. Komórki mioidalne są zmodyfikowaną mięśniówką tętniczki doi odprowadzającej; pełnią one funkcje pressoreceptorów i wydzielają reninę, która przez angiotensynę II i aldosteron podnosi ciśnienie krwi (układ RAA). Plamka gęsta składa się z komórek fragmentu ściany kanalika dystalnego, przylegającego do bieguna naczyniowego; jest to osmochemoreceptor czuły na zmiany poziomu Na+ i mający możliwość wpływu na czynność komórek mioidalnych. Wreszcie mezangium pozakłębuszkowe występuje między powyższymi elementami i w razie spadku pO2 wydziela nerkowy czynnik erytropoetyczny (renal erythropoetic factor = REF), przekształcający prekursorową globulinę osocza w erytropoetynę, regulującą proces tworzenia krwinek czerwonych w szpiku kostnym. Pod względem biochemicznym nerka jest narządem o dużej aktywności metabolicznej – zużywa 20x więcej energii niż przeciętna tkanka. Posiada zestaw enzymatyczny zbliżony do wątrobowego. Pobiera z krwi mleczan, FFA i glicerol – część z nich zaspokaja jej własne potrzeby energetyczne, reszta zaś wchodzi w szlak glukoneogenezy. Powstała glukoza, wraz z ilością odzyskaną z moczu przez przenośnik SGLT-1, powraca do krwi dzięki obecności dwukierunkowego transportera GLUT-2. Resorpcja aa z moczu zachodzi poprzez cykl γ- glutamylowy z udziałem glutationu: GGT (γ-glutamylotransferaza = γ-glutamylotranspreptydaza = GGTP) oprócz błony komórek kanalików nerkowych występuje na ER hepatocytów. Nerka jest miejscem produkcji NH4 + z mocznika i glutaminy, przez co może kompensować kwasicę bez mobilizacji istotnych dla organizmu zasad. Zachodzi tu również reakcja wymiany: Arg + Gly → Orn + glikocyjamina = guanidynooctan, której produktem jest półprodukt do syntezy kreatyny – mięśniowego przenośnika energii. W wyniku nieenzymatycznej reakcji cyklizacji kreatyny powstaje kreatynina, wydzielana do moczu w kanaliku bliższym; pomiar jej stężenia jest wskaźnikiem filtracji kłębuszkowej. Podobnie wydzielany jest hipuran – produkt sprzęgania Gly z benzoesanem, pochodzącym z konserwantów pokarmowych lub z metabolizmu ksenobiotyków aromatycznych. Mitochondria komórek kanalika proksymalnego zawierają 1α- oraz 24-hydroksylazę, przeprowadzając ostatni etap syntezy kalcytriolu.

b) skład i właściwości moczu w normie i w patologii

Dorosły człowiek produkuje fizjologicznie w ciągu doby ok. 1500 ml moczu (600 – 3000 ml; < 500 ml to oliguria (skąpomocz), < 100 ml to anuria (bezmocz), > 2500 ml to poliuria (wielomocz)). Barwa zależy od urochromu i zazwyczaj jest słomkowożółta (czerwona ← krew, HGB, leki, moczony; brązowa ← bilirubina; brązowienie na powietrzu ← alkoptoniuria). Swoisty zapach może ulec zmianie w gnilny (← zapalenie), fermentujących jabłek (← ciała ketonowe) lub drażniący (← fenyloketonuria). Gęstość waha się prawidłowo w granicach 1,018 – 1,022, choć może wynosić 1,002 – 1,035. pH jest lekko kwaśne (ok. 6), lecz zależy wyraźnie od diety (bogatobiałkowa → do 4,6, jarzynowo – mleczna → do 8). Mocz jest wodnym roztworem wielu związków organicznych i mineralnych – znajdujemy w nim (stężenie molowe / stężenie objętościowe): mocznik (410 / 24,6), kwas moczowy (5 / 0,85), kreatyninę (11,9 /1,35), hipuran, glukuroniany, mleczan, octan, szczawian, witaminy, hormony i ich metabolity (aldosteron, katecholaminy, kortyzol, metanefryna, kwas wanilinomigdałowy = VMA, 11,17-hydroksykortykosteroidy, 17- ketosteroidy), enzymy (m. in. AspAT i AlAT), barwniki i ich metabolity (kwas δ-aminolewulinowy = ALA, porfobilinogen = PBG, urobilinogen) oraz jony Na+ (148 / 3,4), K+ (100 / 3,9), Ca2+ (4 / 0,16), Mg2+ (11 / 0,27), NH4+, Cl- (150 / 5,3), {P} (37 / 3,5), SO42- (25 / 1,2).
Fizjologicznie mocz nie zawiera białek (co najwyżej wydalanych jest 50 – 100 mg / dobę). Proteinuria (albuminuria) moze świadczyć o uszkodzeniu układu filtrującego. Podobnie glukozy nie powinno być więcej niż 0,1 – 1 mM / 1,8 – 18 mg%. Glikozuria może być następstwem hiperglikemii, występującej w cukrzycy, ciąży, pod wpływem stresu, w zaburzeniach hormonalnych (akromegalia, choroba Cushinga). Prawidłowo nie pojawiają się w moczu ciała ketonowe, a ketonuria bywa następstwem głodzenia, cukrzycy, wymiotów lub wysiłku fizycznego. Podobnie nie powinna występować bilirubina, a bilirubinuria świadczy o żółtaczce za- lub wątrobowej albo nowotworach. Urobilinogen występuje fizjologicznie w niewielkiej ilości, a może wzrastać przy niedrożności dróg żółciowych i antybiotykoterapii hamującej florę jelitową. Uszkodzenie miąższu może dawać hematurię (krwiomocz). Obecność kwasów żółciowych to choluria, cystyny – cystynuria, ksantyny – ksantynuria. Przy mukopolisacharydozach pojawiają się siarczany dermatanu i heparanu, a przy mukolipidozach – fragmenty glikoprotein.