Nastajanje urina

Nastanek končnega urina v ledvicah je sestavljen iz več glavnih procesov:

• ultrafiltracija arterijske krvi v ledvičnih glomerulih;
• reabsorpcija snovi v tubulih, izločanje številnih snovi v lumen tubulov;
• sinteza novih snovi s strani ledvic, ki vstopijo tako v lumen tubulov kot v kri;
• aktivnost protitočnega sistema, zaradi česar se končni urin koncentrira ali razredči.

Ultrafiltracija

Ultrafiltracija iz krvne plazme v Bowmanovo kapsulo poteka v kapilarah ledvičnih glomerulov. SCF je pomemben kazalnik v procesu nastajanja urina. Njegova vrednost v posameznem nefronu je odvisna od dveh dejavnikov: efektivnega tlaka ultrafiltracije in koeficienta ultrafiltracije.

Gonilna sila ultrafiltracije je efektivni filtracijski tlak, ki je razlika med hidrostatskim tlakom v kapilarah in vsoto onkotičnega tlaka beljakovin v kapilarah ter tlaka v glomerularni kapsuli:

P _učinek = P _hidr - (P _enkrat + P _kaps )

Kjer je P _učinek efektivni filtracijski tlak, P _hidr hidrostatični tlak v kapilarah, P _onc onkotski tlak beljakovin v kapilarah, P _kaps pa tlak v glomerularni kapsuli.

Hidrostatični tlak na aferentnem in eferentnem koncu kapilar je 45 mm Hg. Ostaja konstanten vzdolž celotne filtracijske dolžine kapilarne zanke. Nasprotuje mu onkotski tlak plazemskih beljakovin, ki se proti eferentnemu koncu kapilare povečuje z 20 mm Hg na 35 mm Hg, in tlak v Bowmanovi kapsuli, ki znaša 10 mm Hg. Posledično je efektivni filtracijski tlak na aferentnem koncu kapilare 15 mm Hg (45 - [20 + 10]) in na eferentnem koncu 0 (45 - [35 + 10]), kar je, če ga pretvorimo v celotno dolžino kapilare, približno 10 mm Hg.

Kot smo že omenili, je stena glomerularnih kapilar filter, ki ne prepušča celičnih elementov, velikomolekularnih spojin in koloidnih delcev, medtem ko voda in nizkomolekularne snovi prosto prehajajo skozenj. Stanje glomerularnega filtra je značilno po koeficientu ultrafiltracije. Vazoaktivni hormoni (vazopresin, angiotenzin II, prostaglandini, acetilholin) spreminjajo koeficient ultrafiltracije, kar ustrezno vpliva na SCF.

V fizioloških pogojih vsi ledvični glomeruli proizvedejo 180 litrov filtrata na dan, torej 125 ml filtrata na minuto.

Reabsorpcija snovi v tubulih in njihovo izločanje

Reabsorpcija filtriranih snovi poteka predvsem v proksimalnem delu nefrona, kjer se absorbirajo vse fiziološko dragocene snovi, ki so vstopile v nefron, in približno 2/3 filtriranih natrijevih, klorovih in vodnih ionov. Posebnost reabsorpcije v proksimalnem tubulu je, da se vse snovi absorbirajo z osmotsko ekvivalentno količino vode in tekočina v tubulu ostane praktično izoosmotska s krvno plazmo, medtem ko se volumen primarnega urina do konca proksimalnega tubula zmanjša za več kot 80 %.

Delo distalnega nefrona oblikuje sestavo urina zaradi procesov reabsorpcije in sekrecije. V tem segmentu se natrij reabsorbira brez enakovrednega volumna vode, izločajo pa se kalijevi ioni. Vodikovi in amonijevi ioni vstopajo v lumen nefrona iz tubularnih celic. Transport elektrolitov nadzirajo antidiuretični hormon, aldosteron, kinini in prostaglandini.

Protitočni sistem

Aktivnost protitočnega sistema predstavlja sinhrono delo več struktur ledvic - padajočih in naraščajočih tankih segmentov Henlejeve zanke, kortikalnih in medularnih segmentov zbiralnih kanalov ter ravnih žil, ki prodirajo skozi celotno debelino ledvične medule.

Osnovna načela protitočnega sistema ledvic:

• na vseh stopnjah se voda premika le pasivno vzdolž osmotskega gradienta;
• distalni ravni tubul Henlejeve zanke je neprepusten za vodo;
• v ravnem tubulu Henlejeve zanke poteka aktivni transport Na ⁺, K ⁺, Cl;
• tanek padajoči krak Henlejeve zanke je neprepusten za ione in prepusten za vodo;
• v notranji meduli ledvice poteka cikel sečnine;
• Antidiuretični hormon zagotavlja prepustnost zbiralnih kanalčkov za vodo.

Glede na stanje vodnega ravnovesja v telesu lahko ledvice izločajo hipotonični, zelo razredčen ali osmotsko koncentriran urin. V tem procesu sodelujejo vsi deli tubulov in žil ledvične sredice, ki delujejo kot protitočni rotacijski multiplikacijski sistem. Bistvo delovanja tega sistema je naslednje. Ultrafiltrat, ki je vstopil v proksimalni tubul, se zaradi reabsorpcije vode in snovi, raztopljenih v njem, v tem delu kvantitativno zmanjša na 3/4-2/3 prvotnega volumna. Tekočina, ki ostane v tubulu, se po osmolarnosti ne razlikuje od krvne plazme, čeprav ima drugačno kemično sestavo. Nato tekočina iz proksimalnega tubula preide v tanek padajoči segment Henlejeve zanke in se premakne naprej do vrha ledvične papile, kjer se Henlejeva zanka upogne za 180° in vsebina preide skozi naraščajoči tanek segment v distalni ravni tubul, ki se nahaja vzporedno s padajočim tankim segmentom.

Tanek padajoči segment zanke je prepusten za vodo, vendar relativno neprepusten za soli. Posledično voda prehaja iz lumna segmenta v okoliško intersticijsko tkivo vzdolž osmotskega gradienta, zaradi česar se osmotska koncentracija v lumnu tubula postopoma povečuje.

Ko tekočina vstopi v distalni ravni tubul Henlejeve zanke, ki je, nasprotno, neprepusten za vodo in iz katerega poteka aktivni transport osmotsko aktivnega klora in natrija v okoliški intersticij, vsebina tega odseka izgubi osmotsko koncentracijo in postane hipoosmolalna, kar je določilo njegovo ime - "redčilni segment nefrona". V okoliškem intersticiju se zgodi nasproten proces - kopičenje osmotskega gradienta zaradi Na ⁺, K ⁺ in Cl. Posledično bo prečni osmotski gradient med vsebino distalnega ravnega tubula Henlejeve zanke in okoliškim intersticijem 200 mOsm/l.

V notranjem območju medule dodatno povečanje osmotske koncentracije zagotavlja kroženje sečnine, ki pasivno vstopa skozi epitelij tubulov. Kopičenje sečnine v meduli je odvisno od različne prepustnosti kortikalnih zbiralnih kanalov in zbiralnih kanalov medule za sečnino. Kortikalni zbiralni kanali, distalni ravni tubul in distalni zaviti tubul so neprepustni za sečnino. Zbiralni kanali medule so zelo prepustni za sečnino.

Ko se filtrirana tekočina premika iz Henlejeve zanke skozi distalne zavite tubule in kortikalne zbiralne kanalčke, se koncentracija sečnine v tubulih poveča zaradi reabsorpcije vode brez sečnine. Ko tekočina vstopi v zbiralne kanalčke notranje medule, kjer je prepustnost za sečnino visoka, se premakne v intersticij in se nato prenese nazaj v tubule, ki se nahajajo v notranji meduli. Povečanje osmolalnosti v meduli je posledica sečnine.

Zaradi naštetih procesov se osmotska koncentracija poveča od skorje (300 mOsm/l) do ledvične papile in doseže 1200 mOsm/l tako v lumnu začetnega dela tankega ascendentnega kraka Henlejeve zanke kot v okoliškem intersticijskem tkivu. Kortikomedularni osmotski gradient, ki ga ustvari protitočni multiplikacijski sistem, tako znaša 900 mOsm/l.

Dodaten prispevek k nastanku in vzdrževanju vzdolžnega osmotskega gradienta imajo tudi rektaste žile (vasa recta), ki sledijo poteku Henlejeve zanke. Intersticijski osmotski gradient se vzdržuje z učinkovitim odstranjevanjem vode skozi ascendentne rektaste žile (vasa recta), ki imajo večji premer kot descendentne rektaste žile in jih je skoraj dvakrat več. Edinstvena značilnost rektastih žil je njihova prepustnost za makromolekule, kar povzroči veliko količino albumina v meduli. Beljakovine ustvarjajo intersticijski osmotski tlak, ki poveča reabsorpcijo vode.

Končna koncentracija urina se pojavi v zbiralnih kanalih, ki spreminjajo svojo prepustnost za vodo glede na koncentracijo izločenega ADH. Pri visokih koncentracijah ADH se poveča prepustnost membrane celic zbiralnih kanalov za vodo. Osmotske sile povzročijo, da se voda premakne iz celice (skozi bazalno membrano) v hiperosmotski intersticij, kar zagotavlja izenačitev osmotskih koncentracij in nastanek visoke osmotske koncentracije končnega urina. Če ni nastajanja ADH, je zbiralni kanal praktično neprepusten za vodo in osmotska koncentracija končnega urina ostane enaka koncentraciji intersticija v ledvični skorji, torej se izloči izoosmotski ali hipoosmolarni urin.

Največja stopnja redčenja urina je torej odvisna od sposobnosti ledvic, da zmanjšajo osmolalnost tubularne tekočine zaradi aktivnega transporta kalijevih, natrijevih in kloridnih ionov v ascendenčnem kraku Henlejeve zanke ter aktivnega transporta elektrolitov v distalnem zavitem tubulu. Posledično osmolalnost tubularne tekočine na začetku zbirnega kanala postane nižja od osmolalnosti krvne plazme in znaša 100 mOsm/L. V odsotnosti ADH se z dodatnim transportom natrijevega klorida iz tubulov v zbiralni kanal osmolalnost v tem delu nefrona lahko zmanjša na 50 mOsm/L. Nastanek koncentriranega urina je odvisen od visoke osmolalnosti medule intersticija in proizvodnje ADH.