| |
PODIPLOMSKI DOKTORSKI ŠTUDIJ BIOMEDICINE
TVORBA URINA PRI PSIH
Metka Šimundić, dr. vet. med.
UVOD
Ledvice so ključni organ pri vzdrževanju homeostaze v telesu. Funkcionalna enota ledvice je nefron, kjer nastaja urin iz krvne plazme z glomerulno filtracijo, tubularno reabsorpcijo in tubularno sekrecijo.
Ledvice filtrirajo 25 % iztisnega volumna krvi in vplivajo na homeostazo z izločanjem odpadnih produktov, vzdrževanjem količine vode in koncentracije elektrolitov v organizmu v fizioloških vrednostih, urejanjem acido-baznega ravnotežja in vplivom na produkcijo hormonov, vključno z metabolizmom vitamina D.
Osnova za normalno ledvično funkcijo so zadostna perfuzija krvi, delovanje ledvičnega tkiva in normalno izločanje urina v urinarni trakt.
STRUKTURA NEFRONA
Nefron je osnovna funkcionalna enota ledvice, sestavljena iz ledvičnega telesca, v katerem se vrši filtracija in sistema sečetvornih cevk, kjer nastaja seč. Pasja ledvica ima 415.000 nefronov, skoraj v celoti jukstamedularnega tipa, pri katerem se Henlejeva zanka spusti v notranjo sredico ledvice.
Ledvično ali Malphigijevo telesce, premera 0,1-0,3 nm, sestoji iz krvožilnega klobčiča kapilar ali glomerula, ki je med aferentno in eferentno arteriolo, povezan z mezangijskimi celicami in obdan z dvolistno Bowmanovo kapsulo. Glomerulno filtracijsko pregrado, pomembno za nastanek primarnega seča, tvorijo fenestriran endotel kapilare (pore velikosti 50-100 nm), bazalna membrana (debeline 100-300 nm) in epitelne celice-podociti, iz notranjega lista Bowmanove kapsule, ki so obdane s filtracijskimi porami velikosti 6-9 nm.
Iz parietalnega lista Bowmanove kapsule na urinarnem polu prehaja nefron v proksimalno cevko (tubul, kanalček), ki je sestavljena iz zvitega in nanjo se navezujočega premega dela. Glomerul in proksimalni del cevke se nahajata v skorji ledvice, medtem ko se premi del spušča do sredine zunanjega dela sredice in vodi v Henlejevo zanko. Henlejeva zanka je podobna lasnici in sestoji iz tankega navzdolnjega (descendentnega) ter tankega in debelega navzgornjega (ascendentnega) kraka. Navzgornji tanki krak se konča na meji med notranjo in zunanjo sredico. Debeli navzgornji krak se vrača h glomerulu in prehaja med aferentno in eferentno arteriolo v distalni tubul.
Distalni tubul je sestavljen iz distalne zvite cevke in spojnega voda, ki vodi v zbirni vod.
Distalna zvita cev, spojni vod in zbirni vod sestavljajo distalni nefron.
JUKSTAGLOMERULNI APARAT
Na mestu spoja navzgornjega debelega dela cevke in aferentne arteriole se nahaja makula denza. Jukstaglomerulne granularne celice so modificirane mišične celice aferentne arteriole, ki se spajajo z makulo denzo in vsebujejo sekretorna zrna renina. Prostor med makulo denzo, aferentno in eferentno arteriolo ter glomerulnimi kapilarami sestavljajo mezangijski matriks in mezangijske celice, ki imajo kontraktilno, podporno, sekretorno in fagocitno vlogo.
Makula denza, jukstaglomerulne granularne celice in mezangijske celice tvorijo jukstaglomerulni aparat, pomemben pri regulaciji krvnega pritiska in glomerulne filtracije.
PREKRVAVITEV NEFRONA
Aferentna arteriola izhaja iz interlobularne arterije in oblikuje kapilarno mrežo, iz katere izhaja eferentna arteriola, ki vodi v peritubularne kapilare, le-te prežemajo nefron in se zbirajo v interlobularni veni.
Vaza rekta so kapilarne veje iz peritubulnih kapilar, značilne za jukstamedularni tip nefrona, skozi katere se pretoči le 1-2 % skupnega ledvičnega pretoka.
NASTANEK PRIMARNEGA URINA
Primarni urin nastaja z ultrafiltracijo plazme v glomerulu, ki prehaja skozi glomerulno filtracijsko pregrado. Glomerulna filtracijska pregrada je permeabilna za vodo in delce manjše od 60.000-70.000 daltonov ter radiusa manjšega od 3,5 nm.
Razen velikosti, vpliva na filtracijo delcev tudi električni naboj, saj so endotel, bazalna membrana in podocoti negativno nabiti in delujejo repelentno na anione.
Glomerulna filtracija je skupna količina glomerulnega filtrata, nastala v minuti v vseh nefronih obeh ledvic. Odvisna je od filtracijskega pritiska in prepustnosti ter obsega filtracijske pregrade (koeficienta filtracije).
Gf=Pf *Kf
(Gf=glomerulna filtracija, Pf=filtracijski tlak, Kf=filtracijski koeficient)
Hidrostatičnemu pritisku v glomerulu, ki potiska tekočino skozi glomerulno bazalno membrano, nasprotujeta koloidno-osmotski pritisk in kapilarni pritisk ultrafiltrata v Bowmanovi kapsuli.
Pf=Pk-(Pko+Pbk)
(Pf=filracijski tlak, Pk=krvni kapilarni tlak, Pko=koloidno-osmotski tlak, Pbk=tlak v Bowmanovi kapsuli) (1,5)
URAVNAVANJE GLOMERULNE FILTRACIJE
Glomerulna filtracija je relativno konstanta, kljub spreminjajočemu se sistemskemu krvnemu tlaku (80-130 mm Hg). Ledvica omogočajo konstantno filtracijo z vplivom na sistemski krvni tlak in intravaskularni volumen (sistem renina-angiotenzina-aldosterona – RAAS) ter z notranjimi mehanizmi, ki skrbijo za pretok krvi skozi glomerul, glomerulni pritisk in filtracijski koeficient (miogeni refleks in tubuloglomerulna povratna zveza).
SISTEM RENINA-ANGIOTENZINA-ALDOSTERONA
Izločanje renina je pod vplivom mehanoreceptorjev, kemoreceptorjev in simpatikusa. Sproža se najpogosteje ob padcu krvnega tlaka. V plazmi transformira v jetrih nastali angiotenzinogen (protein ?-2 globulin) v angiotenzin 1 (dekapeptid), ki se pod vplivom angiotenzin konvertaze spremeni v angiotenzin 2 (oktapeptid) in deloma v angiotenzin 3 (heptapeptid). Angiotenzin konvertaza se nahaja v endotelu različnih organov, tudi ledvic. Angiotenzin 2 je najmočnejši vazokonstriktor v telesu, vpliva neposredno na reabsorpcijo Na ionov iz proksimalnih tubulov in zbirnih vodov ter vzpodbuja sproščanje aldosterona in vazopresina. Vpliva tudi na sproščanje dveh vazodilatatornih prostaglandinov (PGE2 in prostaciklin), ki širita ledvične arteriole in ščitita pred premočno vazokonstrikcijo, nastalo zaradi angiotenzina 2.
Posledica vključitve RAAS je povišanje krvnega tlaka in izboljšanje ledvičnega pretoka, kar privede do negativne povratne zveze in supresije izločanja renina.
MIOGENI REFLEKS
Miogeni refleks aferentnih arteriol, arkuatnih in interlobarnih arterij povzroči, da se stene teh žil skrčijo, kadar sistemski krvni tlak naraste in zožijo, ko pade. Tako se vzdržuje konstanten tlak v glomerulih. Refleks je neodvisen od ledvične inervacije, najverjetneje nanj vplivajo kemijski mediatorji, predvsem dušikov oksid.
TUBULOGLOMERULNA POVRATNA ZVEZA
Tubuloglomerulna povratna zveza se odziva na spremembe v koncentraciji NaCl v lumnu cevke na mestu makule denze. Sproščajo se dušikov oksid, adenozin in ATP, ki delujejo parakrino in zmanjšujejo glomerulno filtracijo s kontrakcijo aferentne arteriole in mezangija v posameznem nefronu.
Endotelne celice izločajo tudi tromboksan2, ki deluje vazokonstriktorno.
Na regulacijo krvnega volumna in posledično glomerulno filtracijo vplivajo še:
- hormoni: angiotenzin 2, aldosteron in vazopresin, ki povečajo krvni volumen tako, da pospešijo reabsorpcijo natrija in vode
- atrijski natriuretični peptid, ki se izloča iz srčnega atrija in vpliva na natriurezo in diurezo ter zmanjšuje krvni volumen
- kateholamini, ki zvišajo sistemski krvni tlak z vazokonstrikcijo
- insulinu podobni rastni faktor in proteinska hrana, ki povečata glomerulno filtracijo.
NASTANEK SEKUNDARNEGA URINA
Tubularna reabsorpcija in sekrecija primarnega urina skozi celo dolžino cevk nefrona oblikujeta končni, sekundarni urin. V tem sistemu se reabsorbira več kot 99 % snovi iz ultrafiltrata. Pes težak 10 kg proizvede 500 L primarnega in 0,3 L sekundarnega urina.
Nastanek sekundarnega seča poteka v proksimalnih tubulih, Henlejevi zanki, distalnih tubulih in zbirnih kanalčkih. Vsak od teh segmentov ima različno zgradbo epitelija, kar vpliva na različnost transportnega mehanizma.
V proksimalnih tubulih je prepustni epitel, bogat z mitohondriji, ki na apikalni strani celice kreira ščetkasto membransko strukturo. Na bazolateralni strani celice se nahaja Na-K črpalka. Vse to kaže na aktiven transport snovi v tem delu.
V Henlejevi zanki najdemo v tankem, ozkem kraku nizki epitelij, osiromašen z mitohondriji, kjer se odvija večinoma pasivna permeabilnost. Dvigajoči, tanki krak Henlejeve zanke ima nizke epitelne celice z malo mitohondriji, ki se povečajo in vsebujejo večje število mitohondrijev v debelem delu tubula, kar govori o aktivnem transportu.
Distalni zaviti tubuli imajo še višji epitelij, poln mitohondrijev.
V zbirnih vodih najdemo dva tipa celic: intercalated, s polno mitohondrijev in intracitoplazemskih vezikul ter princepall, z manjšim številom mitohondrijev in intracitoplazemskih vezikul, ter Na-K črpalko.
REABSORPCIJA ORGANSKIH IN ANORGANSKIH SNOVI
Snovi, pomembne za normalno telesno funkcijo, kot so Na+, glukoza, aminokisline vstopajo s filtracijo iz plazme v nefron, kjer se v tubulih večinoma reabsorbirajo. Večina reabsorpcije se opravi v proksimalnih tubulih. Reabsorbira se lahko ena snov, lahko pa tudi več snovi na istem nosilcu (soprenos) ali različne snovi v nasprotnih smereh (protiprenos).
Reabsorpcija se vrši s pasivno difuzijo, olajšano difuzijo, primarnim in sekundarnim aktivnim transportom. Reabsorbirane snovi lahko prehajajo po transcelularni ali paracelularni poti. Transcelularni prehod snovi skozi celično membrano je energetsko odvisen in se izvaja preko posebnih celičnih sestavin, kot so črpalke, kanalčki in prenosniki. Paracelularna pot omogoča prehod snovem in tekočini med epitelijskimi celicami. Medcelične kontakte in selektivno permeabilnost, glede na velikost snovi in električni naboj, določa velika družina transmembranskih proteinov, imenovanih claudins. Ti proteini so velikosti 20-27 kDa in tvorijo pore velikosti 8-9 A. Paracelularna selektivnost se spreminja glede na število in kombinacije različnih proteinov in s tem glede na število in velikost por.
Reabsorpcija natrijevih ionov
Natrij se reabsorbira v 65 % deležu iz filtrata v proksimalnih tubulih na tri načine. Energijo za prenos dobiva iz Na-K črpalke.
a. Na ion se aktivno izloča v peritubularno tekočino s pomočjo Na-K črpalke, ki izloča tri natrijeve ione in sprejme dva kalijeva iona. S tem postane notranjost celice negativno nabita, kar omogoči vstop Na ionom v celico iz tekočine tubula. Luminalna membrana z nosilci za Na+ in druge spojine (glukoza), prenaša ta kompleks v notranjost celice (soprenos). Koncentracija teh snovi v celici naraste in omogoči transport v peritubularni prostor s pasivno ali olajšano difuzijo. Kloridni ion prehaja po paracelularni poti iz lumna tubula v peritubularni prostor in vzdržuje električno nevtralnost.
b. drugi mehanizem transporta Na iona je protiprenosni. Gre za zamenjavo Na+, ki potuje v celico, z vodikovim ionom, ki vstopa iz celice v lumen tubula. Večina vodikovega iona v celici nastane iz ogljikovega dioksida in vode, ki se pod vplivom karbonske anhidraze pretvori v vodikov ion in HCO3-. Ta prehaja z natrijevim soprenosom skozi bazolateralno membrano v peritubularni prostor in vzdržuje električno nevtralnost. Vodikovi ioni, ki vstopajo v lumen tubula, se vežejo s filtriranim HCO3-, tako da nastane H2CO3, ki razpade na CO2 in H2O. CO2 vstopa ponovno v celico in se spoji s H2O.
c. tretji mehanizem se odvija v distalnih delih proksimalnega tubula, kjer je koncentracija klorovih ionov večja. Klorovi ioni v spremstvu natrijevih ionov prehajajo po paracelularni poti v peritubularni prostor.
25 % reabsorpcije Na ionov se vrši v debelem kraku Henlejeve zanke s soprenosom, kjer natrijev, kalijev in dva klorova iona vstopajo skozi luminalno membrano, odkoder se Na ion izloča z Na-K črpalko, klorov ion pa prehaja s pasivno difuzijo in vzdržuje električno nevtralnost.
Ostalih 10 % filtriranega Na iona se reabsorbira v distalnem nefronu s klorovim soprenosom.
V zbirnem vodu prehaja natrij na apikalni membrani principalnih celic skozi natrijeve kanale in se izloča v intersticij s pomočjo Na-K črpalke.
Reabsorpcija NaCl se vrši v distalnem in proksimalnem tubulu z olajšano difuzijo, v distalnem zvitem tubulu pa s soprenosom.
Reabsorpcija kalijevih ionov
V tubularni tekočini so nizke koncentracije kalijevih ionov. Večina kalija se transportira po paracelularni poti, redkeje preko kalijevih kanalčkov na apikalni in bazolateralni strani celice. V proksimalnih tubulih se reabsorbira 70 % kalija iz filtrata. V ascendentnem debelem kraku Henlejeve zanke se reabsorbira 20 % kalija iz filtrata, predvsem s sekundarnim aktivnim transportom, odvisnim od reabsorpcije natrijevega iona. Kalijev, natrijev in dva klorova iona se vežejo na skupni nosilec in prehajajo skozi membrano. V zbirnem vodu se lahko manjše količine kalija reabsorbirajo, predvsem če gre za zmanjšan vnos s hrano, isc. z zamenjavo s protonom.
Reabsorpcija kalcijevih ionov
Kalcija se reabsorbira v proksimalnih tubulih 65 % iz filtrata. Večina kalcija potuje po paracelularni poti zaradi elektrokemičnega gradienta. V debelem ascendentnem traku Henlejeve zanke se reabsorbira 20 % kalcija iz filtrata s paracelularno in transcelularno potjo. Distalni zviti del in spojni segment reabsorbirata 10 % kalcija z aktivnim transportom. Celice vsebujejo kalcijeve črpalke, ki aktivno izločajo kalcij v intersticijsko tekočino. Kalcij se transportira skozi plazemsko membrano z zamenjavo z natrijevim ionom, lahko pa vstopa v celico skozi kalcijeve kanalčke in prehaja na bazolateralni strani vezan na protein kalbindin 28-K. Na reabsorpcijo kalcija v distalnem nefronu vplivajo parathormon (PTH), vit. D3 in kalcitonin.
PTH se sprošča, ko je nivo kalcijevih ionov v krvi znižan. Deluje na epitelne celice debelega ascendentnega kraka Henlejeve zanke, distalnega zvitega tubula in spojnega segmenta, kjer poveča aktivnost apikalnih kalcijevih kanalčkov. V distalnih zvitih tubulih poveča prevodnost klorovih ionov, notranjost celice postane negativna, kar olajša vstop kalcijevim ionom.
Vitamin D3 (-1?,25-(OH)) je hormon, ki se v proksimalnih tubulih aktivira pod vplivom PTH in poveča intracelularno koncentracijo kalbindina 28 K v distalnih zvitih tubulih ter s tem reabsorpcijo kalcija.
Kalcitonin poveča reabsopcijo kalcijevih ionov s hiperpolarizacijo celic v debelem ascendentnem kraku Henlejeve zanke, distalnem zvitem delu in spojnem segmentu.
Reabsorpcija glukoze in aminokislin
Glukoza in aminokisline se reabsorbirajo v celico skupaj z natrijevim ionom s sekundarnim aktivnim prenosom. V celici se ločijo od nosilca, natrijev ion se aktivno transportira z Na-K črpalko v peritubularni prostor, glukoza in aminokisline pa z olajšano difuzijo s pomočjo posebnih nosilcev.
Odkrita je množica prenosnikov na apikalni (B°AT, PAT1, EAAC1) in bazolateralni strani (TAT1, LAT2-4F2hc, y ?LAT1-4F2hc, EAAT1), ki omogočajo različnim aminokislinam prenos skozi celično membrano proksimalnega tubula.
Reabsorpcija proteinov in peptidov
Filtrirani proteini se pod vplivom peptidaz razgradijo na ščetkasti površini celic proksimalnih tubulov in se s sekundarnim aktivnim prenosom, skupaj z natrijevim ionom, prenesejo v celico.
Peptidi s kratkimi verigami se prenesejo skupaj z vodikovimi ioni na specifičnih prenosnikih (PEPT1 in PEPT2). Večino dipeptidov in tripeptidov razgradijo intracelične peptidaze.
Daljši proteini, kot so insulin, glukagon in parathormon, se reabsorbirajo v celice z endocitozo, kjer se v lizosomih razgradijo do aminokislin, ki preko intersticijskega prostora preidejo v krvne žile.
Reabsorpcija sulfatov
Reabsorpcija sulfatov na apikalni membrani proksimalnega tubula poteka s soprenosnikom NaS1, s tremi natrijevimi ioni. Prenosnik CFEX na apikalni membrani proksimalnega tubula prenese sulfat iz proksimalne tubularne celice nazaj v tubularni lumen z zamenjavo z bikarbonatom in oksalatom, lahko pa tudi s klorovim ionom. Prenosnik SAT1 vrši zamenjavo na bazolateralni membrani proksimalnih tubulov sulfata iz celice in bikarbonata v celico.
Reabsorbcija klorovih ionov
Klorovi ioni se reabsorbirajo iz lumna proksimalnih tubulov po paracelularni in transcelularni poti. Po reabsorpciji Na ionov, bikarbonatov, glukoze in drugih snovi, se koncentracija klorovih ionov v lumnu tubula viša. Zaradi kemičnega gradienta potujejo klorovi ioni paracelularno proti intersticiju. Transcelularna pot klorovih ionov poteka skozi klorove kanalčke, indirektno povezana z Na-K črpalko. V debelem ascendentnem kraku Henlejeve zanke, se klorovi ioni reabsorbirajo iz lumna s sekundarnim aktivnim transportom, s soprenosom z NaK2C, na bazolateralni strani celice pa skozi klorove kanalčke v intersticij. V distalnem zvitem tubulu in spojnem segmentu poteka reabsorpcija skozi klorove kanalčke in paracelularno, zaradi električnega gradienta.
Reabsorpcija magnezijevih ionov
Magnezij se reapsorbira iz lumna proksimalnega tubula in Henlejeve zanke predvsem po paracelularni poti.
TUBULARNA SEKRECIJA
Največ organskih ionov se izloča v proksimalnih tubulih. Pomembne endogene snovi so žolčne kisline, oksalati, urati, kreatinin, prostaglandini, epinefrin in hipurati. Zdravila, katera izločajo proksimalne tubularne celice, so nekateri antibiotiki (npr. penicilin G, trimetoprim-sulfa) in diuretiki.
Tubularne celice izločajo vodikove ione v proksimalne tubule z zamenjavo z natrijevim ionom z vodikovo črpalko ter v distalne tubule z aktivnim transportom iz interkalatnih celic. Interkalatne celice katalizirajo s pomočjo karbonske anhidraze H2O in CO2 v H ? in HCO3- ter izločajo H ? z vodikovo ali Na-K črpalko.
Izločanje kalija se vrši v premem delu proksimalnega tubula, tankem descendentnem kraku Henlejeve zanke in v distalnem nefrona isc. iz intersticija v celico z Na-K črpalko, iz celice v lumen tubulov pa skozi kalijeve kanalčke. V zbirnem vodu se kalij izloča na apikalni membrani interkalatnih celic s protiprenosom vodikovega iona.
URAVNAVANJE TUBULARNE SEKRECIJE NATRIJA
Proces reabsorpcije natrijevih ionov je kontroliran predvsem v distalnem tubulu.
Aldosteron se izloča iz nadledvične žleze ob aktivaciji RAAS. Vpliva na pospešeno reabsorpcijo natrija s povečano permeabilnostjo skozi natrijeve kanalčke v apikalnem delu in stimulacijo Na-K črpalke v celicah spojnega segmenta in v principalnih celicah zbirnega voda. Veže se na citoplazemski receptor, gre v jedro in stimulira sintezo proteinov, ki na luminalni membrani povečajo prepustnost natrija. Sprošča se tudi ob hiperkalemiji, kjer vpliva na Na-K črpalko na bazolateralni strani celice in na količino kalijevih kanalčkov na apikalni strani tubularnih celic spojnega segmenta in principalnih celic ter s tem na povečano izločanje kalija.
Angiotenzin 2 pospešuje reabsorpcijo natrija v proksimalnem tubulu, debelem ascendentnem kraku Henlejeve zanke in zbirnem vodu. Ti segmenti nefrona vsebujejo receptorje za angiotenzin 2 (AT1). Ko se vzdražijo, povečajo reabsorpcijo natrija iz lumna tubulov. Na apikalnem delu celice proksimalnega tubula pospešuje zamenjavo med natrijevim in vodikovim ionom, na bazolateralnem delu pa vpliva na soprenosnike in Na-K črpalko.
V debelem ascendentnem kraku pospešuje soprenos NaK2Cl, v zbirnem vodu pa pospeši reabsorpcijo skozi epitelijske natrijeve kanalčke (ENaC).
Vazopresin pospešuje reabsorpcijo soli iz debelega ascendentnega kraka Henlejeve zanke in zbirnega voda. Vzpodbuja apikalni soprenosn NaK2Cl v debelem ascendentnem kraku v zbirnem vodu.
Endotelin se sprošča v zbirnem vodu, endotelijskih celicah in debelem ascendentnem kraku Henlejeve zanke. Z dušikovim oksidom in prostaglandini vpliva na pojačano izločanje soli in vode. Inhibira Na-K črpalko in apikalne ENaC.
Atrijski natriuretični peptid se sprošča iz srčnih mišičnih celic pri hipervolemiji. V ledvicah poveča izločanje natrijevih ionov, tekočine in drugih elektrolitov v distalnem tubulu in zbirnem vodu, stem, da inhibira aldosteron in vazopresin. (1)
REABSORPCIJA VODE IN SPOSOBNOST KONCENTRACIJE TER DILUCIJE URINA
Za nastanek končnega urina je značilna intenzivna reabsorpcija vode, ki je najintenzivnejša v distalnem tubulu in zbirnem vodu.
V proksimalnem tubulu se reabsorbira 60 % filtrirane vode. Voda lahko prehaja skozi celice ali paracelularno. Membrana celic proksimalnih tubulov vsebuje vodne kanalčke akvaporin 1 (AQP1) in akvaporin 7 (AQP7), skozi katere se premika voda zaradi koncentracijskega gradienta. Paracelularna pot vode sledi natriju, ki prehaja iz lumna proti intersticiju. Povišan koloidno-osmotski tlak, ki nastane zaradi koncentracije proteinov v plazmi kapilar po glomerulni filtraciji in nizek hidrostatski tlak, ki je posledica padca tlaka vzdolž eferentne arteriole, omogočata prehod vode iz intersticija v peritubularne kapilare. Okluzivni stiki med epitelijskimi celicami so prepustni za vodo in soli, ki gredo iz tubularnega lumna proti peritubularnim kapilaram, nekaj natrija in vode pa se lahko vrne tudi nazaj proti tubularnemu lumnu, kar v povezavi s kapilarno dinamiko lahko doprinese k glomerulo-tubularnemu ravnotežju, t.j procesu, ki povezuje funkcijo glomerulnih kapilar in tubularne reabsorpcije.
Sposobnost koncentracije in dilucije urina, glede na sistemski krvni tlak in hidracijo živali, nam omogočajo trije mehanizmi: hipertoničnost medularnega intersticija, razredčitev tubularne tekočine v debelem ascendentnem kraku Henlejeve zanke in distalnem zavitem tubulu ter permeabilnost vode v zbirnem vodu pod vplivom ADH.
Hipertonični medularni intersticij nastane z reabsorpcijo osmotsko aktivnih substanc iz tubulov v medulo in izločanjem vode iz medularnega intersticija v vazo rekto. Debeli ascendentni krak Henlejeve zanke aktivno reabsorbira natrijev klorid. Ker je neprehoden za vodo, prihaja do intersticijske hipertoničnosti in osmotskega gradienta. Zbirni vod v notranji sredici prav tako reabsorbira natrijev klorid in s tem prispeva k medularni hipertoničnosti. Pomembna za hipertoničnost pa je tudi reabsorpcija ureje. K nastanku hipertoničnosti prispevata z dvotretjinsko večino natrijev klorid in z eno tretjino urea.
Urea se zaradi medularne hipertoničnosti reabsorbira iz zbirnega voda, ki je v sredici. Pod vplivom ADH se poveča izločanje ureje v intersticij s pasivno difuzijo, s tem se poveča osmotski gradient, kar ima za posledico prehajanje vode iz zbirnega voda v intersticij. Ascendentni tanki krak Henlejeve zanke je sicer prehoden za ureo, vendar se le-ta ne more učinkovito prenesti do tega mesta, zato urea prehaja v ascendentni krak vase rekte, kjer se v descendentnem kraku vaze rekte izloči in vstopa v ascendentni tanki krak Henlejeve zanke.
Protitočni mehanizem je pomemben za nastanek medularne intersticijske osmolarnosti. Osmolarnost peritubularne tekočine narašča od skorje (300 mosm/L) proti notranjosti sredice (2100 mosm/L). V skorji je veliko peritubulnih kapilar, ki intenzivno odplavljajo reabsorbirane ione, kri, ki teče po vasa rekti, pa le slabo odnaša snovi.
Tubularna tekočina, ki vstopa v tanki descendentni krak Henlejeve zanke, je enake osmolarnosti kot plazma, medtem ko je okolni intersticij hiperosmotski, zaradi aktivne reabsorpcije natrijevega iona skozi za vodo neprepustni ascendentni krak Henlejeve zanke. Descendentni krak Henlejeve zanke vsebuje kanalčke AQP1, močno prepustne za vodo. V tem segmentu, ki je neprehoden za natrijev klorid, se nahajajo prenosniki, ki olajšajo prehod ureje skozi tubularni epitelij v lumen. Ravnotežje v osmolarnosti med intersticijem in tubularno tekočino se vzpostavlja s prehodom vode iz tubularne tekočine v intersticij in ureje iz intersticija v tubularni lumen. Osmolarnost tubularne tekočine raste proti sredici in doseže maksimum na samem zavoju Henlejeve zanke. V ascendentnem kraku Henlejeve zanke je osmolarnost intersticija nižja, ravnotežje se vzpostavlja s prehodom natrijevega klorida v intersticij. Ker je ascendentni krak Henlejeve zanke neprehoden za vodo, se osmolarnost intersticija viša, tubularne tekočine pa niža. V debelem kraku Henlejeve zanke, kjer je tubularna tekočina še malo hipertonična, se ta proces ustavi.
Vasa rekta je permeabilna za vodo, soli in ureo. Visok koloidno-onkotski pritisk v vasi rekti omogoča prehod vode iz intersticija v lumen kapilar. V descendentnem delu kapilar rasteta koncentracija ureje in osmolarnost, v ascendentnem delu pa se znižata. V ascendentnem delu pade koloidno-onkotski pritisk, krvni pretok pa se glede na descendentni del podvoji.
Debeli ascendentni krak Henlejeve zanke in distalni del zavitega tubula, oba neprehodna za vodo, aktivno reabsorbirata natrijeve ione, zato pride v zbirni vod hipotonična tekočina.
Vazopresin, ki se sprošča v primeru dehidracije in padca sistemskega krvnega tlaka, regulira prehodnost vode v zbirnem vodu in s tem determinira osmolarnost urina. Mehanizem regulacije poteka preko vodnih kanalčkov, proteinov akvaporin 2 (AQP2) v zbirnih vodih, skozi katere voda prosto prehaja. V odsotnosti ADH se AQP2 nahajajo v vezikulah principalnih celic zbirnega voda v notranji sredici. Sproščanje ADH stimulira prenos AQP2 na apikalno membrano in omogoča prehod vode, lahko pa aktivira AQP2, ki so že na apikalni membrani.
URAVNAVANJE ACIDO-BAZNEGA RAVNOTEŽJA V LEDVICAH
Ledvice izločajo kislino s tubularno sekrecijo protona, predvsem v proksimalni tubul in zbirni vod. Večina izločanega vodika se prenaša skozi apikalno plazemsko membrano po že prej opisanih poteh. Najpomembnejša nevtralizatorja izločane kisline sta bikarbonat in fosfat.
Fosfat, filtriran skozi glomerul, deluje kot pufer v tubularni tekočini. Veže proton in s tem nastane H2PO4-, monovalentni Pi, ki se večinoma izloča z urinom.
Ker se skoraj ves glomerulno filtriran bikarbonat reabsorbira v proksimalnih tubulih, nastaja novi bikarbonat s presnovo amoniaka v ledvicah. Amoniak, proizveden v proksimalnem tubulu iz glutamina, se selektivno prenaša v urin, kjer nastaja bikarbonat, ali v krvni obtok, kjer se v jetrih presnavlja v ureo. Amoniak najdemo v dveh oblikah, isc. NH3 in NH4 ?. V vodni raztopini imata NH4 ? in K ? podobne biofizikalne lastnosti, kar omogoča NH4 ?, da se veže na mesto kalijevega iona na različnih nosilcih.
V proksimalno tubularno tekočino se izloča amoniak kot NH4 ? s protiprenosom natrija in vodika preko posebnega nosilca NHE-3 in manj skozi K-kanalčke ter NH3 z difuzijo.
V debelem ascendentnem kraku se NH4 ? reabsorbira s soprenosom NaK2Cl, protiprenosom K ? in NH4 ? ter Na-K črpalko. Reabsorpcija NH4 ? zmanjša količino amoniaka v distalnem tubulu in poveča koncentracijo NH3 v medularnem intersticiju ter s tem hipertoničnost. Nekaj amoniaka, predvsem NH3, reabsorbiranega iz debelega ascendentnega kraka kroži tako, da vstopa v tanki descendentni krak Henlejeve zanke.
Največ NH3 se izloča v zbirni vod. NH3 je mala, nevtralna molekula, lahko permeabilna skozi lipidni dvosloj, ki se prenaša difuzno ali preko posebnih prenosnikov, kot so Rh glikoproteini (RhAG, RhBG, RhCG).
Proizvodnja in izločanje amoniaka sta ključna za acido-bazno ravnotežje pri psu in še nekaterih živalih.
Reabsorpcija bikarbonata in izločanje protona v proksimalnih tubulih vzdržujeta pH na apikalni plazemski membrani. Med proksimalnim tubulom in zbirnim vodom se izloča zelo malo kisline. Zbirni vod determinira z izločanjem protonov in bikarbonatov končni pH urina.
Mehanizem uravnavajo potrebe po alkalozi, aldosteron in restrikcija klorovega iona.
LASTNOSTI KONČNEGA URINA
Po glomerulni filtraciji plazme, tubularni reabsorpciji primarnega urina in tubularni sekreciji nastane končni urin. Je po videzu bistra rumenkasta tekočina, pri psu sp. teže nad 1.025 (jutranji urin), kiselkastega okusa in specifičnega vonja.
Sestavljen je iz vode (95-97%), anorganskih spojin (3-5%) in organskih spojin, ki se nahajajo v sledovih.
Anorganske sestavine so:
- natrij, v obliki NaCl in natrijevega fosfata
- kalij, kot kalijev klorid in kalijev fosfat
- kalcij, kot kalcijev klorid ali kisli fosfat
- magnezij, kot enostavni ali kombinirani kalcijev-magnezijev fosfat
- sulfati, v obliki anorganskih in organskih spojin skupaj z natrijem
- bikarbonati
Organske sestavine so:
a. dušične spojine:
- sečnina
- malo sečne kisline (pri psih se razgradi pod vplivom encima urikaze v alantoin,
izjema so psi pasme dalmatinec, pri katerih nastaja alantoin v manjših količinah)
- kreatin in kreatinin
- aminokisline, ki se nahajajo le v sledovih
- žolčna barvila
b. brezdušične spojine:
- oksalati
- glukuronska kislina
- vitamini A, B1, B2, B6, askorbinska kislina, pantotenska kislina, folna kislina
- nekateri encimi, kot so amilaza, aktivator plazmina, uropepsin in nekateri hormoni hipofize, spolnih in nadledvičnih žlez ter placente.
LITERATURA:
Cunningham J G, Klein B G: Textbook of Veterinary Physiology, Sounders, Philadelphia, 2007: 528-563
Reece O W: Dukes? Physiology of Domestic Animals, Cornell University Press, Ithaca and London, 2004: 73-106
Rigler L: Anatomija Domačih Živali, Splanheologija, Biotehniška fakulteta, Ljubljana, 1987: 242-262
Banks W J: Applied Veterinary Histology, Mosby-Year Book, Inc. St. Louis, 1993:374-389
Cestnik V: Fiziologija krvnega obtoka, dihanja, izločanja, urejanja pH in termoregulacije pri domačih živalih, Veterinarska Fakulteta, Ljubljana, 1995: 88-106
Itallie C M V, Anderson J M: Claudins and epithelial paracellular transport Annu. Rev. Physiol. 2006. 68: 403-429
Vorrey F, Ristic Z, Romeo E et al: Novel renal amino acids transporters. Annu. Rev. Physiol. 2007. 67: 557-572
Marckovich D, Aronson S P: Specifity and regulation of renal sulfate transporters. Annu. Rev. Physiol. 2007. 69: 361-375
Berne M R, Levy M N: Fiziologija, Medicinska naklada, Zagreb, 1993: 759-795
Weiner I D, Hamm L L: Renal ammonia transport. Annu. Rev. Physiol. 2007.
69: 317-340
|
|
