Fyziologie ledvin Část 2. Jindřich Rossl, 5. kruh 2007/8

Tvorba koncentrované a zředěné moče Regulační mechanismy Osmolarita moče (měření)

Tvorba koncentrované a zředěné moče

Pro srovnání Průtok krve ledvinami tvoří 20-25% MV, což dělá asi 1260 ml/min. Snad více krve protéká jen játry, zde asi 1500 ml/min. Podstatně méně mozek 750 ml/min a sval příčně pruhovaný kosterní 840 ml/min.

vs

Játra nebo ledviny? Pokud vztáhneme množství krve, protéká orgánem za minutu k hmotnosti daného orgánu dostáváme množství ml krve, které protéká orgánem na 100g za minutu. Hmotnost jater je asi 2,6 kg, které dělíme 1500 ml krve/minutu, potom dostáváme hodnotu 57,7 ml krve na 100g jaterní tkáně za minutu.

Ledviny mají průtok krve asi 1260 ml krve za minutu, dělené váhou asi 0,3 kg dělá průtok krve ledvinami asi 420,0 ml krve na 100g ledvinové tkáně za minutu. Tedy průtok krve ledvinami předčí ve své mohutnosti jakýkoliv jiný orgán v těle, játra převyšuje dokonce více jak 7x!

K čemu tak masivní prokrvení? Tato hodnota není zbytečně přehodnocená. Vysoký průtok krve ledvinami je nezbytný k zajištění dvou základních funkcí ledvin: jednak filtrace plasmy od různých látek (ledviny vylučují většinu odpadních látek) a dále pro regulační funkce, neboť udržují konstantní množství ECT a citlivě řídí jeho složení.

Krátké zopakování

Dvě populace nefronů

Makroskopicky

Mechanismus krevního zásobení

Vznik moči Moč vzniká procesem glomerulární filtrace, zkr. GFR. Ukazatelem GFR je objem tekutiny, který je za časovou jednotku filtrován ve všech glomerulech. Normálně se pohybuje okolo 120 ml/min/1,73 m2.

Mechanismus GFR

Prostory tělesných tekutin Celková tělesná voda (CTV) dělá 60% hmotnosti organismu. Vytvořme si model člověka s váhou 70 kg, potom jeho CTV dělá 42 kg nebo ještě lépe litrů. Pro rozdělení CTV v organismu platí pravidlo 60-40-20. Dokumentuje následující schéma..

Intersticiální tekutina 10 l P l a s m a, 4L T r n s, 1 L 40% x 70 kg = 28 l vody Intersticiální tekutina 10 l P l a s m a, 4L T r n s, 1 L Pravidlo 60-40-20 : 60 % tělesné hmotnosti je voda 40% tělesné hmotnosti jsou intracelulární tekutiny 20% tělesné hmotnosti je extracelulární tekutina Intracelulární tekutina =40%   Extracelulární tekutina=20% Celková tělesná tekutina = 60% hmotnosti

Snadno spočteme, že.. ..120 ml vzniklé primární moče za minutu dělá 7200 ml na hodinu a konečně 172 800 ml za den, což je zhruba 180 l za den. Objem ECT je zhruba 14 litrů, z toho asi 3,5 až 4 litry plasmy. Vydělme tento údaj 120 ml za minutu a vyjde nám, že tento objem by byl vyčerpán do dvou hodin.

Většina filtrátu musí tedy zpět To se skutečně děje mechanismem tubulární reabsorpce. V závislosti na lokalizaci tubulární tekutiny dochází k různě velké absorpci glomerulárního filtrátu zpět do intersticia a následně plasmy.

H2O, other small molecules Vyloučené množství látky závisí na množství, které bylo profiltrováno, reabsorbováno a secernováno Tubulus Filtrace Reabsorpce Exkrece Sekrece H2O, other small molecules Moč Kapilára

Glomerulus s tubuly spolupracuje Dvěma mechanismy: 1. Mechanismem tubuloglomerulární zpětné vazby. 2. Jevem glomerulotubulární rovnováhy.

Tubuloglomerulární feedback Stoupá-li rychlost toku tubulární tekutiny ascendentním raménkem Henleho kličky a první částí distálního tubulu, GFR v tomto nefronu klesá, a naopak, pokles toku znamená vzestup GFR. Tento jev slouží k udržení stálé nálože určené pro distální tubulus. Mechanismus konstrikce/dilatace vasa afferentes.

Glomerulotubulární rovnováha Než dojde k TBGM feedbecku, vzestup GFR způsobí zvýšenou reabsorpci solutů a následně i vody. Dá se tedy tvrdit, že procento reabsorbovaných solutů zůstává konstantní, týká se zejména Na. Nastává několik sekund po změně filtrace. Jedním z faktorů je onkotický tlak v peritubulárních kapilárách.

Osud látek v nefronu Mechanismus reabsorpce látky v nefronu závisí na místě kudy se reabsorpce děje a konečně na druhu látky. Vstřebává se mnoho látek a na více místech, pro náš výklad se omezíme na několik málo látek. V první řadě pak na Na+ a H2O.

Filtrace, reabsorpce, sekrece, exkrece

Reabsorpce Na+ Na+ se vstřebává v proximálním tubulu, v tlusté části ascendentního raménka Henleho kličky, v distálních tubulech a sběracích kanálcích. Takže Na+ je aktivně resorbován ze všech částí renálního tubulu kromě tenkých částí Henleho kličky.

Sodný kation (Na+) a chloridový anion (Cl-) Na+: 145 mM/L Cl-: 110 mM/L Na+ a Cl- se aktivně transportují v proximálním tubulu a ascendentním raménku Henleho kličky Na+ a Cl- se pasivně transportují v sestupném raménku Henleho kličky, distálním tubulu a ve sběrném kanálku koncentrace Na+ a Cl- zůstává stejná jako v glomerulárním ultrafiltrátu dokud nedosáhne ultrafiltrát ascendentní raménko Henleho kličky ACTIVE PASSIVE PASSIVE ACTIVE PASSIVE Na+: 100 mM/L Cl-: 100 mM/L

Reabsorpce vody Stejně jako v případě sodíku, největší část vody se vstřebává v proximálním tubulu. Menší část poté v tenké části sestupného raménka Henleho kličky, asi 10%. Klíčový význam má fakt, že vzestupná část Henleho kličky je pro vodu nepropustná. Resorpce vody stejně jako sodíku v distálního tubulu a sběracího kanálku podléhá hormonální kontrole.

Regulace vody Proximální tubulus, sestupné raménko, distální tubulus a sběrný kanálek jsou (v různé míře) prostupné pro vodu Ascendentní raménko je pro vodu neprostupné Voda je pasivně reabsorbována z nefroinu do krevního oběhu Pouze 1 ml/min z původních 120 ml/min ultrafiltrátu se vylučuje do moče (více než 99% je reabsorbováno) Osmotický tlak (podmíněný zejména aktivní reabsorpcní sodíku a chloridů) řídí pasivní reabsorpci vody 120 mL/min 30 mL/min 24 mL/min 1 mL/min

Mechanismus antidiurézy Se děje dvojím způsobem: Jednak tvorbou vysoké osmolarity ve dřeni nadledvin tzv. protiproudovým multiplikačním systémem. Potom zvyšováním permeability pro vodu skrze ADH.

Protiproudový násobič Descendentní raménko je neprostupné pro vodu a sole. Ascendentní raménko je neprostupné pro vodu, ale dochází zde k aktivnímu transportu Na+, Cl- a K+ do interstitiálního prostoru. Výsledkem je vznik značně vysoké osmolality ve dřeni ledvin.

Tvorba vysoké osmolarity dřeně Hybnou silou pro koncentrační mechanismus dodává aktivní transport sodíku z pars recta bez současného výstupu vody. Tímto se dřeň stává hypertonickou a natahuje vodu ze sestupného raménka Henleho kličky, tato voda je odvedena vasa recta. Celý proces se zesiluje krok po kroku cestou do nitra dřeně, takže vnitřní část dřeně je extrémě hypertonická, až 4x více.

K čemu je to dobré? Tento vysoký osmotický gradient slouží k resorpci vody z pars convulta a sběracího kanálku. Množství takto vstřebané vody závisí na hladině hormonu ADH.

Proximální tublus Distální tubulus Bowmanův váček NaCl H2O Glukóza a aminokyseliny H2O HCO3– NaCl HCO3– Blood Některé léky a toxické látky NH3 H+ K+ H+ Filtrát Sběrný kanálek H2O Kůra NaCl, atd. HCO3– Dřeň H+ Henleho klička Urea NaCl Glukóza Aminokyseliny NaCl Některé léky H2O Reabsorpce Urea Aktivní transport NaCl H2O Pasivní transport Sekrece (aktivní transport) Urine (to renal pelvis)

Osud krevních elementů a proteinů Erytrocyty a plazmatické proteiny zůstávají v krevním oběhu Protože významné množství plazmy se filtruje do Bowmanova váčku, je koncentrace proteinů v eferentní arteriole větší než v aferentní arteriole Nízkomolekulární proteiny projdou glomerulární membránou a jsou kompletně reabsorbovány v proximálním tubulu

Reabsorpce glukózy Glukóza je kompletně filtrována glomerulem ale je následně reabsorbována v proximálním tubulu aktivním transportem Dokud koncentrace v ultrafiltrátu zůstává pod tubulárním transportním maximem (Tm), veškerá filtrovaná glukóza bude reabsorbována Při diabetu je překročena významně plazmatická koncentrace glukózy (tedy i koncentrace v ultrafiltrátu) a může být překročen Tm. V tomto případě dojde ke glykosurii. 5 mM/L ACTIVE 0 mM/L

Clearance urey Na rozdíl od kreatininu je jen distální tubulus nepropustný pro ureu (zbytek nefronu je pro ureu lehce propustný) Pasivní reabsorpce urey v proximálním tubulu (ale ne tolik jako voda) Další urea je odstraněna ve sběrném kanálku, ale naprostá většina urey zpětně difunduje do nefronu na úrovni Henleho kličky Konečný koncentrační poměr (U-urea : P-urea) je 45:1 7 mM/L PASSIVE PASSIVE 300 mM/L

Clearance kreatininu Celý nefron je nepropustný pro kreatinin, takže není po profiltrování ani reabsorbován, ani secernován Toto neplatí absolutně (určitá sekrece je možná) Konečný koncentrační poměr (U-kreatinin : P-kreatinin) je 120:1 0.01 mM/L 1.2 mM/L

Reabsorpce hydrogenkarbonátu (HCO3-) Hydrogenkarbonát (HCO3-) je reabsorbován v proximálním tubulu aktivním mechanismem, jehož součástí je sekrece protonu (H+) Konečný diluční poměr (U-hydrogenkarbonát : P-hydrogenkarbonát) je 1:24 Se vzestupem koncentrace H+ (nižší pH) se hydrogenkarbonát konvertuje na CO2 a vodu Konečná koncentrace hydrogenkarbonátu v moči se dolaďuje regulací ve sběrném kanálku 24 mM/L 1 mM/L

Sekrece protonu (H+) (acidifikace moče) Protony (H+) se aktivně secernují do proximálního tubulu, čímž se snižuje pH moče Koncentrace H+ je negativně korelována s koncentrací hydrogenkarbonátu. Konečný koncentrační poměr (U-proton : P-proton) je 25:1 Konëčná koncentrace H+ v moči může být doladěna regulaci ve sběrném kanálku 40 x 10-6 mM/L (pH = 7.4) 1000 x 10-6 mM/L (pH = 6.0)

Regulační mechanismy

Osmotická rovnováha Kompartmenty tělesných tekutin v celém těle jsou v osmotické rovnováze, i přes to, že složení těchto tekutin v těchto kompartmentech může být odlišné. Přidání nebo odebrání vody nebo solutů jednomu nebo několika tělesným kompartmentům povede k výměně vody mezi ICF a ECF, došlo-li k narušení osmotické rovnováhy.

osmolarita Jednoduše pojem vyjadřuje počet osmoticky aktivních částic, proto 300mM roztok Glc, 300mM roztok urey a 150mM roztok NaCl má stejnou osmolaritu. Představuje efektivní gradient pro vodu. Buňka ve 150mM NaCl na obou stranách BM má stejné osmotické síly, objem je v rovnováze.

tonicita Funkční termín, který popisuje tendenci roztoku odolat expanzi extracelulárního objemu.

Izoosmóza vs izotonicita Izoosmotické roztoky, jsou roztoky, které obsahují stejný počet rozpuštěných částic, bez ohledu na to, kolik vody proteče přes danou membránu. Izotonické roztoky jsou v případě, že nedojde k pohybu vody přes buněčnou membránu, bez ohledu na fakt, kolik částic je v nich rozpuštěných.

Tonicita podléhá regulaci vodou. Cirkulující objem podléhá regulaci sodíkem.

U zdravého jedince kolísá osmolarita plasmy kolem 280 až 295 mosm/l.

Ochrana tonicity ECT Je především funkcí: mechanismu secernujícího vazopresin. mechanismu žízně.

ADH neboli vazopresin Je hormon peptidové povahy tvořen zadním lalokem hypofýzy. Hormony ZLH jsou syntetizovány v tělech magnocelulárních neuronů v nucleus supraopticus a ncl. Paraventricularis hypotalamu. Jsou transportovány v jejich axonech do zakončení v zadním laloku hypofýzy, kde je jejich vylučování řízeno elektrickou aktivitou.

Vazopresin

Co je signálem pro sekreci? Vazopresin je v zadním laloku uložen do zásoby a uvolňován do krevního oběhu vzruchy v nervových vláknech. Signálem je vzrůst efektivního osmotického tlaku na hodnotu 285 mosm/l, kdy frekvence vzruchů v těchto signálech vzroste a dojde ke zvýšení sekrece a ..

..plasmatické koncenrace ADH. Řízeno velmi citlivě, stačí rozdíl 3mosm/l. Monitorování osmolarity se děje prostřednicitvím osmoreceptorů, které jsou uloženy v předním hypotalamu.

Osud vazopresinu v plasmě Jelikož je to peptid, k tomu, aby působil skrze buňku potřebuje prostředníka. Pro ADH existují receptory v BM. Buňky vlastnící takové receptory odpovídají na hladinu ADH v plasmě. Existuje více druhů receptorů pro ADH (V1A, V1B a V2).

ADH receptor V2 Receptory, které způsobují antidiuretický účinek vazopresinu. Nacházejí se ve sběrných kanálcích a na té straně buněk, které jsou přivráceny k cévám. Jedná se o receptory spřažené s G-proteinem.

Mechanismu účinku ADH Receptory V2 aktivují adenylátcyklazu, důsledkem je zvýšení intracelulární koncentrace cAMP. Buňky s přítomností V2 receptoru v BM obsahují endosomy s proteinovými kanály pro vodu, tzv.aquaporiny. Při vzestupu cAMP dochází ke splývání endosomů s BM a tím ke zvýšení počtů kanálů pro vodu. Když účinek ADH pomine, vmezeřené části membrány, bohaté na kanály se endocytózou přemístí zpět do nitra buňky.

Aquaporiny Integrální membránové proteiny. Tvoří specifické kanály, kterými prochází pouze molekuly vody. Existuje několik typů, pro účely našeho zaměření si vystačíme s aquaporiny AQP2, který se nachází v lumen tubulu a AQP3, který se nachází na vaskulárním pólu buněk sběracího kanálku.

Model aquaporinu

Faktory zvyšující sekreci ADH Zvýšení efektivního osmotického tlaku. Snížení objemu ECT. Bolest, emoce, stres, fyzická námaha. Nausea a zvracení. Stání. Morfin, nikotin, barbituráty a jiné látky(chlorpropamid, clofibrat), ale také angiotensin II.

Faktory snižující sekreci ADH Snížení efektivního osmotického tlaku plasmy. Zvýšení objemu ECT. Alkohol (butorphanol, oxilphan).

Žízeň Představuje další mechanismus řízený hypotalamem. Pití je řízeno jednak osmolaritou krevní plasmy a potom objemem ECT. Působí prostřednictvím osmoreceptorů, které vysílají impulsy do neuronálních oblastí, kde vzniká pocit žízně.

Další možnost Je skrze působení hormonu aldosteronu. Jedná se o steroidní hormon, který se vytváří v kůře nadledvin. Váže se na svůj receptor, to exponuje DNA-vážící doménu receptoru k tvorbě mRNA, které tak dále organizují tvorbu nových proteinů. Hlavně se tvoří sodno-draselných pump, mají více pump, tedy také více vstřebávají sodík a za ním nálsleduje pasivně voda.

Nějaké otázky?

Souhrn Ledviny tvoří moč o objemu asi 180 l. 99% tohoto filtrátu se vstřebá zpět do krevního řečiště. Ledviny citlivě regulují osmotickou rovnováhu. Hlavními prostředky pro osmoregulaci jsou ADH a žízeň.

Použitá literatura Web 2.lf Web 1.lf W.F.Ganong, Přehled lékařské fyziologie, H & H, 1995, 681s. S.Trojan a kol., Lékařská fyziologie, Grada 2003, 770s. Despopoulos A., Silbernangl S., Atlas fyziologie člověka, Grada 2004, 435s.

Díky za pozornost

Kombinace poruch volumu a tonicity v extracelulárním prostoru (9 teoreticky možných kombinací) 6

Poruchy tonicity  poruchy vody: stavy 1, 4, 6, 9 Poruchy volumu  poruchy sodíku: stavy 2, 3, 8, 7

Přehled poruch volumu a tonicity včetně příčin 8