Wydalanie i regulacja wodno-mineralna u człowieka

Rola nerek w organizmie

Nerki spełniają w organizmie funkcje:

wydalniczą

regulacyjną

endokrynną.

Funkcja wydalnicza nerek

Sprowadza się do usuwania z organizmu końcowych produktów przemiany materii (zwłaszcza białkowej) oraz nieprzyswajalnych lub toksycznych substancji pochodzenia egzogennego. W procesach metabolicznych powstają produkty przemiany materii, które muszą być wydalone, ponieważ gromadzenie ich w organizmie groziłoby zatruciem i śmiercią.

Końcowymi produktami przemiany materii są dwutlenek węgla, woda oraz substancje azotowe, jak: mocznik, amoniak, kwas moczowy, kreatyna i in. W eliminacji produktów przemiany materii nerki są wspomagane przez inne narządy, m.in. płuca, przewód pokarmowy i skórę.

Funkcja regulacyjna nerek polega na utrzymaniu homeostazy wodno-elektrolitowej, tj.:

1) objętości wody w organizmie (izowolemii),

2) stężenia poszczególnych elektrolitów (izojonii),

3) ciśnienia osmotycznego płynów ustrojowych (izotonii),

4) stężenia jonów wodorowych (izohydrii).

Znaczenie nerek w utrzymaniu stałości środowiska wewnętrznego

Znaczenie nerek w utrzymaniu stałości środowiska wewnętrznego wynika z ich zdolności do wybiórczego wydalania jednych, a zatrzymywania innych elektrolitów oraz wody. Nerki są główną drogą wydalania z ustroju jonów nieorganicznych, zarówno kationów (np. Na⁺, K⁺), jak i anionów (np. Cl^-1, SO₄^-2). Wydalając lub zatrzymując sole mineralne i wodę z dużą precyzją zachowują stałe ciśnienie osmotyczne płynów ustrojowych

Regulacja równowagi kwasowo-zasadowej krwi przez nerki polega przede wszystkim na zdolności usuwania kwasów lub zasad w postaci ich soli oraz zatrzymywaniu albo wydalaniu substancji spełniających rolę buforów, jak wodorowęglany czy fosforany.

Utrzymanie bilansu wodnego organizmu

Bardzo ważny jest udział nerek w utrzymaniu bilansu wodnego organizmu. Człowiek pobiera wodę wraz z pokarmem i płynami, źródłem wody są również procesy oksydacyjne. Aby utrzymać równowagę, taka sama ilość wody, która dostaje się do organizmu w ciągu doby, musi być w tym samym czasie wydalona. Człowiek wydala wodę poprzez skórę z potem, przez drogi oddechowe z powietrzem wydychanym oraz przez przewód pokarmowy z kałem, ale głównie przez nerki. W stosunku do całkowitej ilości wody wydalanej różnymi drogami, średnio 50—60% wody wydalanej jest z moczem.

Funkcja endokrynna nerek

Funkcja endokrynną nerek sprowadza się do produkcji hormonów lub ich prekursorów, a także do degradacji hormonów bądź innych biologicznie aktywnych substancji.

Nerka jest gruczołem dokrewnym. Narząd ten produkuje bezpośrednio do krwi tzw. Hormony nerkowe:
A) hormon reninę, która wzmaga wytwarzanie w krwi angiotensyny. Ta ostatnia pobudza odkurczanie mięśni gładkich naczyń obwodowych
B) erytropoetynę- nerka produkuje nerkowy czynnik erytropoetyczny (REF) przekształcający pewne białka osocza w wymienną erytropoetynę.

C) hormonalną formę witaminy D 1,25-(OH)₂ D₃ regulująca powstawanie białka nośnikowego dla jonów wapnia

WEWNĄTRZWYDZIELNICZA DZIAŁANOŚĆ NERKI

W nerkach wytwarzane są różne hormony, min. renina, erytropoetyna, aktywna witamina D3, prostaglandyny, kininy, endotelina.

Jedną z substancji regulującą czynność nerek i wytwarzaną przez nie same, jest renina. Enzym, syntetyzowany w komórkach tzw. aparatu przykłębuszkowego.
Renina odczepia od białkowego substratu osocza mało aktywy dekapeptyd (angiotensynę I) z którego później (w tkance płucnej) pod wpływem konwertyty powstaje angitensyna II.

Jest ona substancją o potężnym działaniu naczyniokurczącym. Powoduje też pobudzenie syntezy aldosteronu.

Zwiększone działanie reniny ma miejsce min. przy spadku ciśnienia krwi, (np. po krwotokach) i w nadciśnieniu tętniczo - nerkowym.

WEWNĄTRZWYDZIELNICZA DZIAŁANOŚĆ NERKI

Przez komórki śródmiąższowe naczyń krwionośnych kory nerek wytwarzana jest erytropoetyna.

Hormon ten pobudza erytropoezę w szpiku, nasila syntezę hemoglobiny oraz przyśpiesza uwalnianie retikulocytów ze szpiku. Niedobór erytropoetyny jest główną przyczyną niedokrwistości występującej w schyłkowej niewydolności nerek. W tych przypadkach wielkość syntezy erytropoetyny w wątrobie, która wynosi 10% całej puli erytropoetyny, jest niewystarczająca

Prostaglandyny są substancjami hormonalnymi o budowie nienasyconych kwasów tłuszczowych. Ich synteza odbywa się w rdzeniu nerek. Rozszerzają naczynia krwionośne, zwiększają wydalanie sodu, zwiększają przepływ krwi przez nerki.

Nerka też jest głównym miejscem wytarzania aktywnej witaminy D3. Niedobór tej witaminy prowadzi do wtórnej nadczynności przytarczyc, zaburzeń wapniowo -fosforanowych i ciężkich zmian kostnych (tzw. osteodystrofia nerkowa)

Zdolności adaptacyjne nerek

Spełnienie wymienionych zadań jest możliwe dzięki ogromnym zdolnościom adaptacyjnym nerek.

Wyrazem tych możliwości jest wydalanie przez nerki różnych ilości moczu o zmiennym składzie, zależnym od czynności organizmu, jakości pobieranego pokarmu oraz dowozu i utraty wody.

Utrata tych zdolności prowadzi do niewydolności nerek, czego przejawem może być zmiana składu płynów ustrojowych, a także zaburzenia czynności wielu innych narządów, prowadzące w skrajnych przypadkach do śmierci organizmu

Budowa nerek

Nerki są położone w jamie brzusznej, w okolicy lędźwiowej, po obu stronach kręgosłupa.

Są otoczone różnej grubości warstwą tłuszczu, tzw. torebką tłuszczową (capsula adiposa), pod którą znajduje się łącznotkankowa torebka włóknista (capsula fibrosa).

Budowa nerek

Na przekroju poprzecznym widoczne są dwie warstwy: na zewnątrz położona jest cieńsza kora nerki (cortex renis), a pod nią znajduje się grubszy rdzeń nerki (medulla renis). Rdzeń nerki zbudowany jest z piramid nerkowych (pyramides renales) zwróconych podstawą do kory nerek. Wierzchołek piramidy jest zwrócony w kierunku miedniczki nerkowej i nosi nazwę brodawki nerkowej (papilla renalis), która jest otoczona kielichem nerkowym

Budowa mikroskopowa nerek

Podstawową jednostką strukturalną i czynnościową nerek jest nefron W obrębie nefronu rozróżniamy:

ciałko nerkowe,

kanalik bliższy,

pętlę nefronu (ramię zstępujące i wstępujące),

kanalik dalszy.

Budowa mikroskopowa nerek

Kanalik bliższy (proksymalny) składa się z części krętej przechodzącej w grubą zstępującą część pętli nefronu.

Ciałka nerkowe oraz kanaliki bliższe znajdują się w korze nerek i stanowią główną masę tej części miąższu nerki.

Pętla nefronu składa się z dwóch ramion zstępującego i wstępującego

Kanalik dystalny łączy się z kanalikiem zbiorczym. Poszczególne kanaliki zbiorcze tworzą przewody brodawkowe, które przechodzą przez rdzeń i znajdują ujście na szczycie brodawki nerkowej

Ukrwienie nerek

Prawidłowa czynność nerek jest uwarunkowana należytym ich ukrwieniem. Krążenie krwi w nerkach jest dostosowane do procesu wytwarzania moczu. Swoista struktura naczyń krwionośnych umożliwia dostarczanie do nerek dużej ilości krwi, przekraczającej potrzeby odżywiania tego narządu.

Ukrwienie nerek

Przez nerki przepływa około 25—35% objętości minutowej serca W stosunku do swej masy nerki są najobficiej ukrwionym narządem w organizmie.

Co 3-4 min każda cząstka krwi odbywa krążenie nerkowe i wchodzi w kontakt z nabłonkami wydzielniczymi nerki.

Ukrwienie nerek

Jeden gram tkanki nerkowej zużywa w przybliżeniu tyle tlenu, ile zużywa l g pracującego mięśnia sercowego i trzykrotnie więcej niż zużywa l g tkanki mózgowej. Chociaż zużycie tlenu przez nerki jest wysokie, bardzo duży przepływ krwi nie ma uzasadnienia metabolicznego, lecz jest niezbędny do zapewnienia funkcji wydalniczej.

Krew jest dostarczana do nerki krótką tętnicą nerkową, która odchodzi bezpośrednio od tętnicy głównej. Tętnica nerkowa dzieli się we wnęce nerki na kilka gałęzi, czyli na tętnice międzypłatowe

Unerwienie nerek

Nerka jest jednym z najlepiej unerwionych narządów. Pochodzi ono z segmentów piersiowych i lędźwiowych rdzenia kręgowego. Włókna nerwowe poprzez nerwy trzewne, a następnie sploty słoneczny i krezkowe, dochodzą do splotu nerkowego. Stąd odchodzą nerwy nerkowe, których rozgałęzienia wnikają do nerek wzdłuż naczyń. W nerwach nerkowych wyraźnie przeważają włókna adrenergiczne układu współczulnego. Obecne są także włókna czuciowe, które przewodzą bodźce z mechanoreceptorów i chemoreceptorów do ośrodkowego układu nerwowego. Nie ma przekonywających dowodów na obecność unerwienia przywspółczulnego w nerce

TWORZENIE MOCZU
Powstawanie moczu jest możliwe dzięki trzem procesom: filtracji (przesączaniu), resorpcji (wchłanianiu zwrotnemu) i wydzielaniu (zagęszczaniu)

Filtracja

Filtracja czyli inaczej przesączanie, zachodzi między siecią naczyń włosowatych kłębuszka a ścianą torebki Bowmanna.

Krew przepływa w kłębuszku pod bardzo dużym ciśnieniem, który wtłacza ponad 10% osocza krwi do torebki Bowmanna. Tak wysokie ciśnienie jest spowodowane kilkoma czynnikami. Po pierwsze, w naczyniach włosowatych kłębuszka jest wysokie ciśnienie hydrostatyczne spowodowane znacznym oporem przepływowym. Wynika on z tego, że średnica tętniczki doprowadzającej jest znacznie większa niż średnica tętniczki odprowadzającej

Po drugie, silnie skręcony, gęsty splot naczyń w kłębuszku tworzy znaczna powierzchnię, przez którą może odbywać się filtracja.

Po trzecie, duża jest przepuszczalność naczyń włosowatych kłębuszka. Między komórkami nabłonka gładkiego znajdują się liczne otworki

U mężczyzny filtracja wynosi 125ml/min, u kobiety 110ml/min.
Wynika więc z tego, że na dobę powstaje w nerkach około 180 l przesączu. Całe osocze krwi filtruje się w ciągu 25minut, a w ciągu doby około 60 razy

Filtracja

Filtracja - proces przesączania składników osocza z naczyń krwionośnych kłębuszka do światła torebki, odbywa się na zasadzie różnicy ciśnień hydrostatycznych (między krwią w naczyniach a płynem w torebce).

Ciśnienie filtracyjne: Pf=Ph- (Po+Pt),

gdzie: Ph - ciśnienie hydrostatyczne krwi,

Po - ciśnienie onkotyczne osocza, Pt - ciśnienie hydrostatyczne płynu w torebce

RESORPCJA/ SEKRECJA

Zbierany przesącz w torebce Bowmanna jest transportowany do kanalika proksymalnego jako tzw. mocz pierwotny.

Tutaj 50-75% przesączu ulega resorpcji zwrotnej czyli wchłanianiu zwrotnemu. Wchłaniane są tu miedzy innymi glukoza, aminokwasy, niektóre białka, woda, mocznik, jony sodu, chloru, wapnia i fosforanów, potasu, witaminy.

Wydzielane (sekrecja) do światła kanalika są :leki i pewne barwniki. Część z nich przemieszcza się na zasadzie dyfuzji, część w sposób aktywny

W pętli Henlego następuje stopniowe zagęszczanie moczu a w kanaliku dystalnym, następuje dalsze wchłanianie wody, sodu, magnezu, chloru i mocznika oraz sekrecja min. wodoru, potasu, jonów amonowych. Ostatni etap resorpcji i zagęszczania moczu zachodzi w kanalikach zbiorczych.

Należy podkreślić, że wchłanianie wody w kanalikach dystalnych i zbiorczych jest regulowane przez hormon antydiuretyczny i zależy od ilości płynów we krwi

Mechanizm przeciwprądowy

Przy dużym spożyciu płynów wydalane są znaczne objętości rozcieńczonego moczu. Gdy organizm otrzymuje niewielkie ilości płynów, metabolity muszą być usunięte ,ale dla oszczędności, wydalana jest niewielka ilość stężonego moczu.

Zdolność nerek do wytwarzania moczu o różnym stężeniu zależy od wysokiego stężenia soli w miąższu rdzenia nerki. To wysokie stężenie soli utrzymuje się dzięki resorpcji soli z różnych części kanalików nerkowych i dzięki mechanizmowi przeciwprądu.

Mechanizm przeciwprądowy

Stężenie moczu pierwotnego jest izotoniczne względem płynu tkankowego. Woda więc będzie uchodzić z niego, a stąd do krwi.

Ściany zstępującego ramienia pętli Henlego są przepuszczalne dla wody, słabo zaś przepuszczalne dla soli i mocznika. Woda więc będzie wydostawać się na zewnątrz a mocz ulega zagęszczeniu, staje się hiperosmotyczny. Gdy zagęszczony mocz przemieszcza się wzdłuż ramienia wstępującego, nieprzepuszczalnego dla wody, to sole dyfundują do płynu tkankowego.

Mocz wtórny w kanaliku dystalnym staje się izoosmotyczny lub nawet hipoosmotyczny, a woda nadal na zasadzie osmozy uchodzi do płynu tkankowego i zbierana jest przez naczynia krwionośne.

Mechanizm przeciwprądowy

W kanalikach zbiorczych następuje dyfuzja mocznika do płynu tkankowego. Powoduje to zwiększenie stężenia płynów, a to sprzyja dyfuzji wody z zstępującego ramienia pętli Henlego

Warto podkreślić fakt, że przesącz w obu ramionach pętli Henlego płynie w przeciwnych kierunkach. Przesącz w ramieniu zstępującym jest zagęszczany, w ramieniu wstępującym rozcieńczany, co sprzyja utrzymaniu wysokiego stężenia soli w płynie tkankowym rdzenia nerki. Jest to mechanizm przeciwprądowy.

Kanaliki zbiorcze przechodzą przez hipertoniczny płyn tkankowy rdzenia nerki i na skutek dyfuzji wody, mocz ostateczny staje się wobec krwi hiperosmotyczny. W tak zagęszczonym moczu utrata wody jest znikoma. Przy stanach pragnienia mocz ulega dalszemu zagęszczaniu, ale już przy udziale hormonu antydiuretycznego, który zwiększa przepuszczalność ścian kanalika zbiorczego dla wody

Wytwarzanie moczu ostatecznego

Wytworzony mocz ostateczny gromadzi się w miedniczce nerkowej a potem spływa do pęcherza moczowego przez moczowody

Woda, która dyfunduje z przesączu do płynu tkankowego jest usuwana przez naczynia proste, mające kształt szpilki do włosów.

Krew w ramionach naczyń prostych płynie w przeciwnych kierunkach, zgodnie z zasadą przeciwprądu. W rezultacie, znaczna ilość mocznika i soli, które dostały się do krwi, raz jeszcze uchodzi z krwi w nu naczyniach prostych i utrzymuje znaczne stężenie soli w płynie tkankowym rdzenia nerki

REGULACJA FUNKCJONOWANIA NERKI

Na regulację działalności nerki mają wpływ: przysadka mózgowa, nadnercza, przytarczyce i sama nerka. Ponieważ wydzielanie przysadki mózgowej jest uzależnione od podwzgórza mózgu, mówimy o układzie podwzgórzowo- przysadkowo- nadnerczowym jako o głównym regulatorze funkcji nerek
Czynnikami prowokującymi wydzielanie odpowiednich hormonów są: zmiany składu osocza krwi, a zwłaszcza zmiany ciśnienia osmotycznego i stężenia w osoczu sodu, zmiany składu moczu kanalikowego, zmiany ciśnienia krwi w naczyniach kłębuszka nerkowego oraz stany psychiczne.

Adrenalina np. powoduje silne zwężenie naczyń nerkowych, co może spowodować bezmocz (anurię).

REGULACJA FUNKCJONOWANIA NERKI

Zmiany ciśnienia osmotycznego krwi są sygnalizowane przez tzw. osmoreceptory podwzgórza, które pobudzają działalność przysadki. Zaczyna ona wydzielać hormon antydiuretyczny zwany wazopresyną.

Mechanizm działania wazopresyny polega na zwiększeniu przepuszczalności nabłonka kanalików dystalnych i zbiorczych dla wody, skutkiem czego jest zwiększenie resorpcji wody a zmniejszenie ilości wydalanego moczu. Jednocześnie wzmaga się pragnienie spowodowane wzrostem ciśnienie krwi.

Przy dużym nawodnieniu, spada ciśnienie krwi, zmniejsza się więc ilość wazopresyny we krwi, maleje wchłanianie wody a wzrasta ilość wydalanego moczu.

Regulacja objętości wydalanego moczu

Regulacja objętości wydalanego moczu

Na mineralny skład moczu wpływają hormony kory nadnerczy- mineralokortykoidy, głównie aldosteron. Zwiększa on wchłanianie zwrotne sodu w kanalikach dystalnych oraz jego wymianę na jon potasu i jon wodorowy. Skutkiem tego rośnie ilość sodu we krwi i tkankach. Wzrost sodu w organizmie powoduje wzrost ciśnienia osmotycznego płynów ustrojowych, a to pociąga za sobą zwiększenie wydzielania wazopresyny. Na wydzielanie aldosteronu ma wpływ głównie zmiana objętości krwi.
Hormony tarczycy zwiększające wyrzut sercowy i ciśnienie krwi, zwiększają sączenie w nerkach, obniżają wchłanianie zwrotne wody i działają moczopędnie.

Wpływ hormonów na czynność nerek

MOCZ

Dobowa ilość moczu ostatecznego wydalanego przez zdrowego człowieka waha się od 600 do 2500 ml i jest uzależniona od różnych czynników (ilości wypitych płynów ,temperatury).

Mocz ma barwę słomkową lub bursztynową. Intensywność zabarwienia zależy od ilości wytworzonego mocz u (mocz zagęszczony jest ciemniejszy) wskutek większej ilości barwnika moczu- urochromu. Gęstość waha się od 1,003 do 1,030

Cechy i skład moczu zdrowego, dorosłego człowieka

W moczu zdrowego człowieka nie powinny znajdować się cukry, białka, krwinki czerwone i krwinki białe oraz bakterie.

Obecność któregoś z tych czynników może być objawem choroby:

cukier w moczu może oznaczać cukromocz - objaw cukrzycy

białko w moczu może oznaczać białkomocz - zaburzenia w pracy wątroby (np. żółtaczka)

limfocyty oraz bakterie w moczu - objaw (np. roponercza)

Badania wykonywane w niewydolności nerek

Aby ocenić pracę nerek, w poradni chorób nerek należy wykonać zwykłe badania krwi sprawdzające poziomy kreatyniny, mocznika, potasu i hemoglobiny

Kreatynina jest wytwarzana przez mięśnie, a nerki usuwają ją z krwi. Jeśli nie pracują prawidłowo, to ilość kreatyniny we krwi wzrasta. Chociaż wysoki poziom kreatyniny we krwi nie jest niebezpieczny, to informuje on o tym, że nerki nie pracują prawidłowo i że inne bardziej szkodliwe substancje mogą się gromadzić w organizmie.

Mocznik powstaje w wyniku rozkładu białek przez wątrobę, po czym jest usuwany z krwi przez nerki tak samo jak kreatynina. Wysoki poziom mocznika wskazuje, że nerki nie pracują prawidłowo. Należy pamiętać, że inne czynniki, takie jak leki, zakażenie lub odwodnienie, mogą również podwyższać poziom mocznika we krwi

Jeśli nerki nie pracują prawidłowo, poziom potasu we krwi wzrasta. Z kolei serce jest bardzo wrażliwe na potas, dlatego wysokie poziomy potasu mogą powodować zaburzenia rytmu serca.

Nerki produkują erytropoetynę (EPO) kontrolującą szybkość, z jaką szpik kostny produkuje krwinki czerwone, które zawierają hemoglobinę transportującą tlen w organizmie. Jeśli nerki staną się niewydolne, EPO nie będzie wytwarzana, dlatego będzie powstawać mniej krwinek czerwonych i w efekcie obniży się poziom hemoglobiny we krwi. Taki stan nazywa się niedokrwistością (anemią).

---