Tworzenie moczu

Powstawanie moczu ostatecznego przez nerki składa się z kilku głównych procesów:

• ultrafiltracja krwi tętniczej w kłębuszkach nerkowych;
• resorpcja zwrotna substancji w kanalikach, wydzielanie szeregu substancji do światła kanalików;
• synteza nowych substancji przez nerki, które dostają się zarówno do światła kanalika, jak i do krwi;
• działanie układu przeciwprądowego, w wyniku którego końcowy mocz ulega zagęszczeniu lub rozcieńczeniu.

Ultrafiltracja

Ultrafiltracja z osocza krwi do torebki Bowmana zachodzi w naczyniach włosowatych kłębuszków nerkowych. SCF jest ważnym wskaźnikiem w procesie tworzenia moczu. Jego wartość w pojedynczym nefronie zależy od dwóch czynników: efektywnego ciśnienia ultrafiltracji i współczynnika ultrafiltracji.

Siłą napędową ultrafiltracji jest efektywne ciśnienie filtracji, które stanowi różnicę między ciśnieniem hydrostatycznym w naczyniach włosowatych a sumą ciśnienia onkotycznego białek w naczyniach włosowatych i ciśnienia w torebce kłębuszkowej:

_Efekt P = P _hydr - (P _onc + P _caps )

Gdzie P _effect to efektywne ciśnienie filtracji, P _hydr to ciśnienie hydrostatyczne w naczyniach włosowatych, P _onc to ciśnienie onkotyczne białek w naczyniach włosowatych, P _caps to ciśnienie w torebce kłębuszka nerkowego.

Ciśnienie hydrostatyczne na końcach aferentnym i eferentnym naczyń włosowatych wynosi 45 mm Hg. Pozostaje ono stałe na całej długości filtracji pętli kapilarnej. Przeciwstawia się mu ciśnienie onkotyczne białek osocza, które wzrasta w kierunku końca eferentnego naczynia włosowatego od 20 mm Hg do 35 mm Hg, oraz ciśnienie w torebce Bowmana, które wynosi 10 mm Hg. W rezultacie efektywne ciśnienie filtracji wynosi 15 mm Hg (45 - [20 + 10]) na końcu aferentnym naczynia włosowatego i 0 (45 - [35 + 10]) na końcu eferentnym, co po przeliczeniu na całą długość naczynia włosowatego wynosi około 10 mm Hg.

Jak wspomniano wcześniej, ściana naczyń włosowatych kłębuszków nerkowych jest filtrem, który nie przepuszcza elementów komórkowych, związków wielkocząsteczkowych i cząstek koloidalnych, podczas gdy woda i substancje niskocząsteczkowe przechodzą przez nią swobodnie. Stan filtra kłębuszkowego charakteryzuje współczynnik ultrafiltracji. Hormony wazoaktywne (wazopresyna, angiotensyna II, prostaglandyny, acetylocholina) zmieniają współczynnik ultrafiltracji, co odpowiednio wpływa na SCF.

W warunkach fizjologicznych wszystkie kłębuszki nerkowe produkują 180 litrów filtratu na dobę, czyli 125 ml filtratu na minutę.

Reabsorpcja substancji w kanalikach i ich wydzielanie

Reabsorpcja przefiltrowanych substancji zachodzi głównie w części proksymalnej nefronu, gdzie wchłaniane są wszystkie fizjologicznie wartościowe substancje, które dostały się do nefronu, a także około 2/3 przefiltrowanych jonów sodu, chloru i wody. Specyfika reabsorpcji w kanaliku proksymalnym polega na tym, że wszystkie substancje są wchłaniane z osmotycznie równoważną objętością wody, a płyn w kanaliku pozostaje praktycznie izoosmotyczny do osocza krwi, podczas gdy objętość moczu pierwotnego do końca kanalika proksymalnego zmniejsza się o ponad 80%.

Praca nefronu dystalnego tworzy skład moczu dzięki procesom zarówno wchłaniania zwrotnego, jak i wydzielania. W tym segmencie sód jest wchłaniany zwrotnie bez równoważnej objętości wody, a jony potasu są wydzielane. Jony wodorowe i amonowe dostają się do światła nefronu z komórek kanalikowych. Transport elektrolitów jest kontrolowany przez hormon antydiuretyczny, aldosteron, kininy i prostaglandyny.

System przeciwprądowy

Działanie układu przeciwprądowego polega na synchronicznej pracy kilku struktur nerki – zstępujących i wstępujących cienkich odcinków pętli Henlego, korowych i rdzeniowych odcinków przewodów zbiorczych oraz prostych naczyń, które przechodzą przez całą grubość rdzenia nerki.

Podstawowe zasady przeciwprądowego układu nerek:

• na wszystkich etapach woda porusza się wyłącznie biernie wzdłuż gradientu osmotycznego;
• dalszy odcinek prostej kanalika pętli Henlego jest nieprzepuszczalny dla wody;
• w prostym kanaliku pętli Henlego zachodzi aktywny transport jonów Na ⁺, K ^{+, Cl;}
• cienkie, opadające ramię pętli Henlego jest nieprzepuszczalne dla jonów i przepuszczalne dla wody;
• w rdzeniu wewnętrznym nerki zachodzi cykl mocznikowy;
• Hormon antydiuretyczny zapewnia przepuszczalność kanalików zbiorczych dla wody.

W zależności od stanu gospodarki wodnej organizmu nerki mogą wydalać mocz hipotoniczny, bardzo rozcieńczony lub osmotycznie zagęszczony. W procesie tym uczestniczą wszystkie odcinki kanalików i naczyń rdzenia nerkowego, pełniąc funkcję przeciwprądowego, obrotowego układu mnożącego. Istota działania tego układu jest następująca. Ultrafiltrat, który dostał się do kanalika proksymalnego, zostaje ilościowo zredukowany do 3/4-2/3 swojej pierwotnej objętości na skutek wchłaniania zwrotnego wody i rozpuszczonych w niej substancji w tym odcinku. Pozostały w kanaliku płyn nie różni się osmolarnością od osocza krwi, chociaż ma inny skład chemiczny. Następnie płyn z kanalika proksymalnego przechodzi do cienkiego zstępującego odcinka pętli Henlego i przemieszcza się dalej do wierzchołka brodawki nerkowej, gdzie pętla Henlego wygina się o 180°, a zawartość przechodzi przez wstępujący cienki odcinek do dystalnego prostego kanalika, położonego równolegle do zstępującego cienkiego odcinka.

Cienki zstępujący odcinek pętli jest przepuszczalny dla wody, ale stosunkowo nieprzepuszczalny dla soli. W rezultacie woda przechodzi ze światła odcinka do otaczającej tkanki śródmiąższowej wzdłuż gradientu osmotycznego, w wyniku czego stężenie osmotyczne w świetle kanalika stopniowo wzrasta.

Po przedostaniu się płynu do dalszego kanalika prostego pętli Henlego, który jest wręcz nieprzepuszczalny dla wody i z którego następuje aktywny transport osmotycznie czynnego chloru i sodu do otaczającego śródmiąższa, zawartość tego odcinka traci stężenie osmotyczne i staje się hipoosmolalna, co zadecydowało o jego nazwie - "rozcieńczający segment nefronu". W otaczającym śródmiąższu zachodzi proces odwrotny - akumulacja gradientu osmotycznego ze względu na Na ⁺, K ⁺ i Cl. W rezultacie poprzeczny gradient osmotyczny między zawartością dalszego kanalika prostego pętli Henlego a otaczającym śródmiąższem wyniesie 200 mOsm/l.

W strefie wewnętrznej rdzenia przedłużonego dodatkowy wzrost stężenia osmotycznego jest zapewniony przez krążenie mocznika, który wchodzi biernie przez nabłonek kanalików. Gromadzenie się mocznika w rdzeniu przedłużonym zależy od różnej przepuszczalności kanalików zbiorczych kory i kanalików zbiorczych rdzenia przedłużonego dla mocznika. Kanaliki zbiorcze kory, dystalna prosta kanalika i dystalna kręta kanalika są nieprzepuszczalne dla mocznika. Kanaliki zbiorcze rdzenia przedłużonego są wysoce przepuszczalne dla mocznika.

Gdy przefiltrowany płyn przemieszcza się z pętli Henlego przez dystalne kanaliki kręte i korowe kanaliki zbiorcze, stężenie mocznika w kanalikach wzrasta z powodu wchłaniania zwrotnego wody bez mocznika. Po przedostaniu się płynu do kanalików zbiorczych rdzenia przedłużonego, gdzie przepuszczalność dla mocznika jest wysoka, płyn przemieszcza się do śródmiąższu, a następnie jest transportowany z powrotem do kanalików znajdujących się w rdzeniu przedłużonym. Wzrost osmolalności w rdzeniu przedłużonym jest spowodowany mocznikiem.

W wyniku wymienionych procesów stężenie osmotyczne wzrasta od kory (300 mOsm/l) do brodawki nerkowej, osiągając 1200 mOsm/l zarówno w świetle początkowej części cienkiego wstępującego ramienia pętli Henlego, jak i w otaczającej tkance śródmiąższowej. Zatem gradient osmotyczny korowo-rdzeniowy wytworzony przez przeciwprądowy układ mnożący wynosi 900 mOsm/l.

Dodatkowy wkład w powstawanie i utrzymanie podłużnego gradientu osmotycznego wnoszą naczynia proste, które podążają za przebiegiem pętli Henlego. Śródmiąższowy gradient osmotyczny jest utrzymywany przez skuteczne usuwanie wody przez wstępujące naczynia proste, które mają większą średnicę niż zstępujące naczynia proste i są prawie dwa razy liczniejsze. Unikalną cechą naczyń prostych jest ich przepuszczalność dla makrocząsteczek, co skutkuje dużą ilością albuminy w rdzeniu przedłużonym. Białka tworzą śródmiąższowe ciśnienie osmotyczne, które zwiększa wchłanianie zwrotne wody.

Końcowe stężenie moczu występuje w przewodach zbiorczych, które zmieniają swoją przepuszczalność dla wody w zależności od stężenia wydzielanego ADH. Przy wysokich stężeniach ADH przepuszczalność błony komórek przewodów zbiorczych dla wody wzrasta. Siły osmotyczne powodują przemieszczanie się wody z komórki (przez błonę podstawną) do hiperosmotycznego śródmiąższa, co zapewnia wyrównanie stężeń osmotycznych i utworzenie wysokiego stężenia osmotycznego końcowego moczu. W przypadku braku produkcji ADH, przewód zbiorczy jest praktycznie nieprzepuszczalny dla wody, a stężenie osmotyczne końcowego moczu pozostaje równe stężeniu śródmiąższa w korze nerkowej, tj. wydalany jest mocz izoosmotyczny lub hipoosmotyczny.

Tak więc maksymalny poziom rozcieńczenia moczu zależy od zdolności nerek do zmniejszenia osmolalności płynu cewkowego ze względu na aktywny transport jonów potasu, sodu i chlorku w ramieniu wstępującym pętli Henlego oraz aktywny transport elektrolitów w dystalnym kanaliku krętym. W rezultacie osmolalność płynu cewkowego na początku kanalika zbiorczego staje się niższa niż osocza krwi i wynosi 100 mOsm/l. W przypadku braku ADH, przy dodatkowym transporcie chlorku sodu z kanalików w kanaliku zbiorczym, osmolalność w tej części nefronu może zmniejszyć się do 50 mOsm/l. Powstawanie zagęszczonego moczu zależy od obecności wysokiej osmolalności śródmiąższu rdzenia przedłużonego i produkcji ADH.