Dlaczego w nerkach może zachodzić filtracja??

Głównym zadaniem nerek jest zabezpieczenie stałości środowiska wewnętrznego organizmu poprzez wydalanie nadmiaru wody, soli mineralnych i innych substancji zbędnych i/lub szkodliwych, które powstają podczas procesów metabolicznych albo są przyjmowane np. z pokarmem. Nerki są odpowiedzialne za zachowanie stałej objętości, ciśnienia osmotycznego oraz składu elektrolitowego płynów ustrojowych. Można wyróżnić cztery główne kategorie czynności nerek: * czynność regulacyjna (utrzymanie stałej objętości, składu i odczynu płynów ustrojowych bez względu na warunki zewnętrzne, zapobieganie utracie substancji niezbędnych do życia, np. wody, sodu, potasu), * wydalnicza (usuwanie z organizmu zbędnych końcowych produktów przemiany materii, np. mocznika, kwasu moczowego, fosforanów), * wewnątrzwydzielnicza (produkcja i wydzielanie m.in. reniny, angiotensyny II, prostaglandyny, erytropoetyny, aktywnej witaminy D3), * metaboliczna (wytwarzanie licznych substancji oraz degradacja wielu hormonów i związków aktywnych biologicznie). Powyższe funkcje są spełniane m.in. dzięki procesowi filtracji (przesączania), mającemu miejsce w kłębuszkach nerkowych, oraz dzięki procesom wchłaniania zwrotnego (reabsorbcji) i wydzielania, jakie zachodzą w cewkach nerkowych. Przesączanie kłębuszkowe jest podstawowym procesem powstawania moczu. Polega ono na przechodzeniu wody osocza i wszystkich substancji w niej rozpuszczonych (z wyjątkiem większości białek) z włośniczek, poprzez trójwarstwową błonę filtracyjną, do światła torebki kłębuszka nerkowego (torebki Bowmana). W ciągu jednej minuty przepływa przez nerki około 1000-1200) ml krwi (tj. 550-650 ml osocza). Z tej ilości około 90% przepływa przez korę nerki. Przepływ krwi, podobnie jak i (z wyjątkiem mięśnia sercowego) zużycie tlenu, w przeliczeniu na jeden gram tkanki jest wielokrotnie większy niż w innych narządach. Przepływ krwi przez nerki jest, dzięki autoregulacji, utrzymywany w stałych granicach, mimo znacznych wahań wartości ciśnienia tętniczego krwi. Wahania RR w granicach 12,0-29,3 kPa (90-220 mm Hg) nie powodują zmiany w przepływie krwi. Dzieje się tak dzięki zmianie napięcia mięśniówki naczyń nerkowych (np. wzrost systemowego ciśnienia tętniczego powoduje skurcz tętniczki doprowadzającej, wzrost oporu, a przez to normalizację przepływu krwi w nerkach) oraz aktywacji układu tzw. sprzężenia zwrotnego, ulokowanego w aparacie przykłębuszkowym między ramieniem wstępującym pętli Henlego a kłębuszkiem nerkowym. Wartości ciśnienia centralnego, wykraczające poza wyżej wymienione granice, pociągają za sobą istotne zmiany wielkości przepływu krwi, ciśnienia hydrostatycznego i filtracji kłębuszkowej. Wpływ na wielkość przepływu krwi przez nerki posiadają również różne substancje, związki chemiczne i leki, np. angiotensyna II, katecholaminy (adrenalina, noradrenalina), prostaglandyny, tromboksan TxA4, przedsionkowy peptyd sodopędny (ANP), serotonina, argininowazopresyna, parathormon, kininy, niesterydowe leki przeciwzapalne, leki obniżające ciśnienie tętnicze krwi, beta blokery itp. W kłębuszkach nerkowych, w warunkach prawidłowych, ulega przesączeniu około 20% przepływającego osocza. Wielkość przesączania kłębuszkowego (ang: GFR - glomerular filtration rate) zależy od właściwości błony sączącej kłębuszka oraz tzw. efektywnego ciśnienia filtracyjnego w kłębuszku (EFP). Właściwości błony sączącej (powierzchnię czynną i przepuszczalność błony) charakteryzuje tzw. współczynnik Kf. W warunkach prawidłowych łączna powierzchnia włośniczek kłębuszków nerkowych wynosi około 2 m2. Wartość efektywnego ciśnienia filtracyjnego stanowi różnicę pomiędzy wielkością ciśnienia hydrostatycznego krwi przepływającej w naczyniach kłębuszków nerkowych (około 7,3-8,0 kPa) a sumą ciśnienia koloidoosmotycznego białek osocza (około 3,3 kPa) i ciśnienia hydrostatycznego wewnątrz torebki Bowmana (około 2,0 kPa). Ciśnienie onkotyczne wewnątrz torebki Bowmana jest w warunkach fizjologicznych znikome. Efektywne ciśnienie filtracyjne wynosi około 1,3-2,0 kPa (10-15 mm Hg) i zmniejsza się w kierunku tętniczki odprowadzającej, co wynika ze wzrostu ciśnienia koloidoosmotycznego w dystalnych odcinkach włośniczek kłębuszka. Prawidłowa błona filtracyjna posiada "pory" o średnicy mniejszej niż 20 nm. Wielkość cząsteczek wszystkich elektrolitów oraz m.in. kreatyniny, mocznika, glukozy i inuliny mieści się w tych wartościach. Mogą więc swobodnie "przechodzić" przez błonę filtracyjną. Graniczną wartość stanowi wymiar 40 nm. Należy podkreślić, że wielkość przesączania zależy nie tylko od wielkości cząsteczki, ale również od jej kształtu i ładunku elektrycznego. Na przykład większość białek posiada ładunek ujemny, są więc przez błonę sączącą (jest ona również naładowana ujemnie) odpychane, przez co możliwość przechodzenia ich do moczu jest dodatkowo utrudniona. Znaczne uszkodzenie struktury ściany włośniczek kłębuszkowych oraz i/lub utrata ujemnego ładunku błony filtracyjnej w przebiegu różnych procesów chorobowych powoduje, że do moczu pierwotnego przedostają się substancje o dużych cząsteczkach, np. białka, w tym globuliny oraz elementy morfotyczne krwi (krwinki czerwone i białe). We wszystkich kłębuszkach nerkowych powstaje w ciągu doby około 180 litrów przesączu (moczu pierwotnego). Przesącz zbierany w torebce kłębuszka przechodzi do światła cewek nerkowych, gdzie zachodzi wchłanianie zwrotne (reabsorbcja), będąca drugim - po filtracji kłębuszkowej - procesem (regulowanym przez niektóre hormony i enzymy) przebiegającym na wielką skalę. Podlega mu około 98-99% moczu pierwotnego. Wchłanianiu temu ulega m.in. około 180 litrów wody, 1100 gram chlorku sodu i 150 gram glukozy. Wchłanianie cewkowe polega na przemieszczaniu się różnych substancji ze światła cewek do wnętrza komórek i dalej do przestrzeni okołocewkowej. Mechanizm przechodzenia danej substancji przez błonę komórkową zwróconą do światła cewki (tzw. błonę luminalną) jest inny niż przez błonę podstawno-boczną. Transport elektrolitów, związków chemicznych i innych substancji może być bierny lub czynny. Transport bierny dzieli się na następujące rodzaje: 1. dyfuzję - przechodzenie substancji wywołane różnicą stężeń chemicznych lub potencjałów elektrycznych, 2. konwekcję (unoszenie) - przechodzenie wywołane różnicą stężeń osmotycznych lub hydrostatycznych, 3. dyfuzję ułatwioną - zwiększone (niż wynikałoby to z prostej różnicy stężeń) przechodzenie danej substancji. Transport czynny jest możliwy dzięki istnieniu swoistego układu przenoszącego (pompy). Odbywa się przeciwko różnicy stężeń lub potencjałów. Może zachodzić tylko w przypadku dostarczenia odpowiedniej ilości energii. W ten sposób jest wchłaniana i wydzielana większość substancji w cewkach nerkowych, m.in. sód, potas, wodór, chlor, glukoza, aminokwasy, fosforany. Odmianą transportu czynnego jest endocytoza. W ten sposób wchłaniane są, przy wykorzystaniu odpowiednich receptorów błonowych, substancje wielkocząsteczkowe, np. hormony i peptydy. W początkowym odcinku cewki, tj. w cewce proksymalnej, wchłanianiu zwrotnemu podlega około 50-75% przesączu. Reabsorbowana jest woda, niektóre białka, aminokwasy, glukoza, mocznik, kwas moczowy oraz 2/3-3/4 jonów sodu, chloru, wapnia i fosforanów. Jony potasu i wodorowęglany są wchłaniane niemal w całości, natomiast jon wodorowy, niektóre leki i barwniki są wydzielane do światła cewki. Wchłaniany zwrotnie płyn ma takie samo ciśnienie osmotyczne (i takie samo stężenie jonów sodu) jak przesącz. Dlatego też i płyn pozostający w świetle na końcu tego odcinka cewki ma taką samą osmolarność. Tak więc reabsorbcja w cewce bliższej ma charakter izoosmotyczny lub izotoniczny. Płyn opuszczający cewkę bliższą ulega stopniowemu zagęszczeniu wzdłuż ramienia zstępującego pętli nefronu (pętli Henlego). Jest to wynikiem przechodzenia wody ze światła pętli do hipertonicznego śródmiąższu rdzenia nerki. W cewce dystalnej następuje dalsze wchłanianie wody, sodu, wapnia, magnezu, chloru i mocznika oraz wydzielanie m.in. wodoru, potasu i jonów amonowych. W cewkach nerkowych zachodzi również bardzo istotne zjawisko, jakim jest zagęszczanie i rozcieńczanie moczu. Możliwe jest ono na skutek charakterystycznego anatomicznego układu pętli nefronu, naczyń prostych i leżących w ich sąsiedztwie cewek zbiorczych, a także różnej zdolności przepuszczania wody w poszczególnych częściach cewki nerkowej (ramię wstępujące pętli Henlego jest nieprzepuszczalne dla wody, zaś przepuszczalność cewki dystalnej i zbiorczej zależy od aktywności hormonu antydiuretycznego - ADH). Istotną rolę w zagęszczaniu moczu odgrywa również recyrkulacja mocznika i wynikająca z niej zmiana stężenia mocznika w poszczególnych strukturach nerki. Mechanizm zagęszczania i rozcieńczania moczu jest bardzo złożony i w dalszym ciągu (pomimo wieloletnich badań) niektóre zjawiska nie są w pełni wyjaśnione. Kolejną niezwykle ważną rolą spełnianą przez nerki jest utrzymanie równowagi kwasowo-zasadowej. Komórki i tkanki organizmu są bardzo wrażliwe na zmianę środowiska wewnętrznego w kierunku kwaśnym lub zasadowym. Stąd kwasica i zasadowica stanowią istotne zagrożenie dla prawidłowego funkcjonowania ustroju. Ze względu na przemiany metaboliczne ustrój ma tendencję do stałego ulegania zakwaszaniu. Utrzymanie wyżej wymienionej równowagi możliwe jest m.in. dzięki prawidłowej czynności nerek. Udział nerek w gospodarce kwasowo-zasadowej polega na wchłanianiu zwrotnym wodorowęglanów (ich oszczędzaniu) oraz wydzielaniu jonu wodorowego. Wchłanianie zwrotne wodorowęglanów odbywa się, pod wpływem enzymu - anhydrazy węglanowej, w cewce bliższej (około 90%) oraz w ramieniu wstępującym pętli Henlego (około 10%). Jon wodorowy jest wydalany w postaci wolnej oraz tzw. kwaśności miareczkowej i amoniaku. Kwaśność miareczkowa stanowi 25-40% wydalonego jonu wodorowego, pozostała część zaś wydala się w powiązaniu z amoniakiem. Wielkość wydalania w postaci wolnej jest niewielka i nie odgrywa praktycznie żadnej roli. Filtracja zachodząca w kłębuszkach nerkowych oraz resorbcja zwrotna, wydzielanie, zagęszczanie, rozcieńczanie i zakwaszanie doprowadzają w konsekwencji do powstania moczu ostatecznego, który poprzez drogi moczowe jest wydalany z ustroju. Objętość dobowa moczu w warunkach prawidłowych wynosi około 1,0-2,0 litra. * Czynność wewnątrzwydzielnicza nerek W nerkach wytwarzane są liczne hormony, m.in.: erytropoetyna, aktywna witamina D3, prostaglandyny, renina, angiotensyna I i II, kininy, endotelina, tlenek azotu. Erytropoetyna (EPO) Erytropoetyna (EPO) jest hormonem glikoproteinowym, wytwarzanym głównie (około 90%) w komórkach śródmiąższowych naczyń włosowatych około-cewkowych kory nerek oraz prawdopodobnie w kłębuszkowych komórkach nabłonkowych i w cewkach nerkowych. Głównym bodźcem do wytwarzania EPO jest niedobór tlenu w tkance nerkowej. Hormon ten pobudza erytropoezę (produkcję szeregu czerwonokrwinkowego) w szpiku, nasila syntezę hemoglobiny oraz przyspiesza uwalnianie retikulocytów ze szpiku. Względny niedobór erytropoetyny jest główną przyczyną niedokrwistości występującej w schyłkowej niewydolności nerek, bowiem w tych przypadkach wielkość syntezy erytropoetyny w wątrobie, która wynosi około 10% całej puli erytropoetyny, jest niewystarczająca. Aktywna witamina D3 Najbardziej aktywną formą witaminy D3 jest 1,25-dihydroksycholekalcyferol -1,25(OH)2D3. Właśnie nerka, gdzie zachodzi hydroksylacja mniej aktywnej postaci witaminy D3 tj. 25(OH)D3, jest głównym miejscem wytwarzania tej postaci witaminy D3. Niedobór aktywnej witaminy D3, do którego dochodzi np. u osób z przewlekłą niewydolnością nerek, prowadzi m.in. do wtórnej nadczynności przytarczyc, zaburzeń gospodarki wapniowo-fosforanowej i ciężkich zmian kostnych (tzw. osteodystrofia nerkowa). Jak wiadomo, witamina D3 odgrywa również podstawową rolę w zapobieganiu i leczeniu krzywicy u dzieci oraz rozmiękania kości u dorosłych. Prostaglandyny Prostaglandyny są substancjami hormonalnymi o budowie nienasyconych kwasów tłuszczowych. Ich synteza zachodzi głównie w rdzeniu nerek. Powstają również w wielu innych tkankach ustroju. Główna prostaglandyna nerkowa (PGE2) jest związkiem silnie rozszerzającym naczynia tętnicze. Działa także natriuretycznie (zwiększa wydalanie sodu). Prostaglandyny wpływają też na wielkość przepływu krwi przez nerki i rozdział krwi przepływającej pomiędzy korę i rdzeń. Układ renina-angiotensyna-aldosteron Renina jest enzymem syntetyzowanym w komórkach układu przykłębuszkowego nerek. Renina odszczepia od białkowego substratu osocza mało aktywny dekapeptyd (angiotensynę I), z którego następnie (w tkance płucnej) pod wpływem konwertyny powstaje angiotensyna II. Angiotensyna II jest substancją o potężnym działaniu naczyniokurczącym. Powoduje również pobudzenie syntezy aldosteronu, tj. hormonu wytwarzanego w korze nadnerczy, który zwiększa wchłanianie zwrotne sodu i wody w cewkach nerkowych. Zwiększone wydzielanie reniny ma miejsce m.in. przy spadku ciśnienia tętniczego krwi (np. po krwotokach) i w nadciśnieniu naczyniowo-nerkowym. Nerki odgrywają też istotną rolę w degradacji hormonów oraz substancji czynnych. W komórkach cewek bliższych ulegają rozpadowi m.in.: insulina, glukagon, hormon wzrostu, parathormon, prolaktyna, hormony tarczycy i nadnerczy oraz aminy katecholowe. Upośledzenie wyżej wymienionej czynności metabolicznej nerek, prowadzi do rozwoju złożonych zaburzeń endokrynologicznych. Zdarza się tak np. w schyłkowej niewydolności nerek.

Głównym zadaniem nerek jest zabezpieczenie stałości środowiska wewnętrznego organizmu poprzez wydalanie nadmiaru wody, soli mineralnych i innych substancji zbędnych i/lub szkodliwych, które powstają podczas procesów metabolicznych albo są przyjmowane np. z pokarmem. Nerki są odpowiedzialne za zachowanie stałej objętości, ciśnienia osmotycznego oraz składu elektrolitowego płynów ustrojowych.