oppimistavoitteet
tämän osion loppuun mennessä pystyt:
- kuvaamaan munuaisen hermosaantia.
- kuvaa, miten hermosto, hormonit ja munuainen säätelevät glomerulussuodatusta.
- kuvaile, miten nefroni säätelee veden erittymistä.
munuaisten verisuonisto
munuaisvaltimo huolehtii veren virtaamisesta munuaiseen. Munuaisvaltimo jakautuu ensin segmentaalisiin valtimoihin, minkä jälkeen se haarautuu edelleen muodostaen useita interlobar-valtimoita, jotka kulkevat munuaispylväiden läpi päästäkseen aivokuoreen. Välibaariset valtimot haarautuvat vuorostaan kaariväyliksi, aivokuoren säteileviksi valtimoiksi ja sitten afferenteiksi arterioleiksi. Afferentit arteriolit palvelevat noin 1,3 miljoonaa nefronia kussakin munuaisessa.
kuva 4. Veren virtaus munuaisissa
on tärkeää, että veren virtaus munuaisten läpi on sopiva, jotta suodatus on mahdollista. Tämä nopeus määrittää, kuinka paljon liuotinta säilytetään tai heitetään pois, kuinka paljon vettä säilytetään tai heitetään pois ja lopulta veren osmolaarisuus ja kehon verenpaine.
yksittäisiä nefroneja ympäröivät verisuonet
nefronit ovat munuaisten ”toiminnallisia yksiköitä”. Koska nefronien tehtävänä on puhdistaa verta ja tasapainottaa verenkierron rakenneosia, ne vaativat ilmeisesti tiivistä yhteyttä verenkiertoon. Nefronin suodatuslaite, Bowmanin kapseli, poistaa verestä suuren määrän suodosta. Se tekee tämän ympäröimällä korkean paineen fenestrated kapillaarikerroksen, joka on noin 200 µm halkaisijaltaan kutsutaan glomerulus. Glomeruluksessa on epätavallisen korkea paine suhteessa muihin kapillaaripenkkiin. Se on ainoa kapillaaripenkki, jolla on sekä efferentti arterioli (odotetun efferentin venulen sijaan). Tämä korkea paine auttaa ajamaan nesteen jatkuvaa liikettä verestä suodatuskalvon yli Bowmanin kapseliin. Glomerulus ja Bowmanin kapseli muodostavat yhdessä munuaisen.
kulkiessaan munuaissolun läpi hiussuonet muodostavat toisen arteriolin, efferentin arteriolin. Nämä efferentit arteriolit ruokkivat seuraavia kapillaariverkostoja nefronitubuluksen distaalisempien osien, peritubulaaristen kapillaarien ja Vasa rectan ympärillä, ennen kuin ne palaavat laskimojärjestelmään. Peritubulaarisilla hiussuonilla ja vasa rectalla on tavanomaisempi anatominen järjestely, jossa on afferentit arteriolit ja efferentit venulukset. Tämän vuoksi niillä on myös tyypillisempi verenpaine, joka on huomattavasti alhaisempi kuin glomerulusten paine.
suodoksen liikkuessa nefronitubulusten läpi nämä kapillaariverkot ottavat suurimman osan liuoksista ja vedestä talteen ja palauttavat ne verenkiertoon. Koska hiussuoni (glomerulus) valuu astiaan, joka puolestaan muodostaa toisen hiussuonen, portaalijärjestelmän määritelmä täyttyy. Tämä on ainoa portaalijärjestelmä, jossa ensimmäisen ja toisen hiussuonen välissä on arterioli. (Portaalijärjestelmät yhdistävät myös hypotalamuksen aivolisäkkeen etulohkoon ja ruoansulatuskanavan sisäelinten verisuonet maksaan.)
kuva 3. Kaksi kapillaari vuodetta näkyvät selvästi tässä kuvassa. Efferentti arterioli on glomeruluksen ja peritubulaaristen hiussuonien ja vasa rectan välinen yhteysalus.
suodoksen muodostumisen säätely
suodatusnopeus korreloi suoraan siihen suodoksen määrään, jota munuaiskasvain tuottaa milloin tahansa. Suodatuksen lisäämiseksi veren virtausta glomerulukseen on lisättävä, koska näin voidaan tuottaa lisää suodosta. Suodatusnopeuden vähentämiseksi veren virtaus glomerulukseen vähenee, koska tämä vähentää siten glomeruluksen painetta, mikä rajoittaa suodoksen muodostumista. Veren virtausta glomerulukseen säätelevät useat mekanismit.
sympaattiset hermot
autonomisen hermoston sympaattiset neuronit inervoivat munuaisia keliakian pleksin ja splanchnic-hermojen kautta. Sympaattisen stimulaation väheneminen johtaa vasodilataatioon ja verenkierron lisääntymiseen munuaisten kautta lepoaikana. Sympaattisen stimulaation väheneminen johtaa siis virtsantuotannon lisääntymiseen. Vastaavasti sympaattisen stimulaation lisääntyminen vähentäisi suodoksen muodostumista ja lopulta virtsaneritystä.
kun sympaattisen stimulaation esiintymistiheys kasvaa, valtimolaarinen sileä lihas supistuu (vasokonstriktio), mikä johtaa glomerulusten virtauksen vähenemiseen, joten suodattumista tapahtuu vähemmän. Stressitilanteissa sympaattinen hermostollinen aktiivisuus lisääntyy, mikä johtaa afferenttien arteriolien (noradrenaliinin vaikutus) suoraan vasokonstriktioon sekä lisämunuaisen ytimen stimulaatioon. Lisämunuaisydin puolestaan tuottaa yleistyneen vasokonstriktion epinefriinin vapautumisen kautta. Tämä sisältää afferenttien arteriolien vasokonstriktion, mikä vähentää edelleen munuaisten kautta virtaavan veren määrää. Tämä prosessi ohjaa veren muihin elimiin, joilla on välittömämpiä tarpeita.
jos verenpaine laskee, sympaattiset hermot stimuloivat myös reniinin vapautumista. Lisäksi reniini lisää voimakkaan vasokonstriktorin angiotensiini II: n tuotantoa. angiotensiini II, kuten edellä on mainittu, stimuloi myös aldosteronin tuotantoa lisäämään veren tilavuutta säilyttämällä enemmän Na+: ta ja vettä. Normaali glomerulusten suodatusnopeus edellyttää vain 10 mm Hg: n paine-eroa glomerulusten välillä, joten hyvin pienet muutokset afferentissa valtimon paineessa lisäävät tai vähentävät merkittävästi glomerulusten suodatusnopeutta.
munuaisten verenkierron autoregulaatio
munuaiset säätelevät hyvin tehokkaasti veren virtausnopeutta eri verenpainealueilla. Verenpaineesi laskee, kun olet rentoutunut tai nukut. Se lisääntyy treenatessa. Näistä muutoksista huolimatta suodatusnopeus munuaisten kautta muuttuu kuitenkin hyvin vähän. Tämä johtuu kahdesta sisäisestä autoregulatorisesta mekanismista, jotka toimivat ilman ulkopuolista vaikutusta: myogeenisestä mekanismista ja tubuloglomerulaarisesta takaisinkytkentämekanismista.
Arterioli myogeeninen mekanismi
myogeeninen mekanismi, joka säätelee veren virtausta munuaisissa, riippuu ominaisuudesta, joka on sama kuin useimmilla kehon sileillä lihassoluilla. Kun venytät sileää lihassolua, se supistuu; kun pysähdyt, se rentoutuu palauttaen lepopituutensa. Tämä mekanismi toimii afferent arteriole, joka toimittaa glomerulus. Verenpaineen noustessa valtimon seinämän sileät lihassolut venyvät ja reagoivat supistumalla vastustamaan painetta, jolloin virtaus muuttuu vain vähän. Kun verenpaine laskee, samat sileät lihassolut rentoutuvat alentamaan vastustuskykyä, jolloin veren virtaus pysyy tasaisena.
Tubuloglomerulaarinen takaisinkytkentä
tubuloglomerulaariseen takaisinkytkentämekanismiin kuuluu jukstaglomerulaarinen laite (kuva 3) ja parakriini-signalointimekanismi, jossa käytetään adenosiinitrifosfaattia (ATP), adenosiinia ja typpioksidia (NO). Tämä mekanismi stimuloi afferenttien arteriolisten sileiden lihassolujen supistumista tai rentoutumista. Muista, että distaalinen mutkainen tubulus on läheisessä kosketuksessa glomeruluksen afferenttien ja efferenttien arteriolien kanssa. Tähän tubulusegmenttiin erikoistuneet makula-densasolut reagoivat nesteen virtausnopeuden ja Na+ – konsentraation muutoksiin. Glomerulussuodostusnopeuden kasvaessa NaCl: n imeytymiseen proksimaalisessa mutkikkaassa tubuluksessa kuluu vähemmän aikaa, jolloin suodoksessa on suurempi osmolariteetti. Lisääntynyt fluidin liike voimakkaammin deflektoi yksittäisiä nonmotiili värekarvoja makulan densasoluissa. Tämä lisääntynyt osmolariteetti muodostavan virtsan, ja suurempi virtaus sisällä distaalinen convoluted tubulus, aktivoi makula densa solut vastaamaan vapauttamalla ATP ja adenosiini (metaboliitti ATP). ATP ja adenosiini toimivat paikallisesti parakriinitekijöinä stimuloidakseen afferentin arteriolin myogeenisiä jukstaglomerulaarisoluja supistamaan, hidastaen verenkiertoa ja vähentäen glomerulusten suodosnopeutta. Kääntäen, kun glomerulussuodostusnopeus pienenee, vähemmän Na+ on muodostavassa virtsassa, ja useimmat imeytyvät uudelleen ennen makulan tiheyden saavuttamista, mikä johtaa ATP: n ja adenosiinin vähenemiseen, jolloin afferentti arterioli laajenee ja lisää glomerulussuodostusnopeutta. Typpioksidilla on päinvastainen vaikutus, rentouttava afferentti arterioli samaan aikaan ATP ja adenosiini stimuloivat sitä supistumaan. Näin typpioksidi hienosäätää adenosiinin ja ATP: n vaikutuksia glomerulusfiltrataationopeuteen.
| taulukko 1. Paracrine Mechanisms Controlling Glomerular Filtration Rate | |||
|---|---|---|---|
| Change in GFR | NaCl Absorption | Role of ATP and adenosine/Role of NO | Effect on GFR |
| Increased GFR | Tubular NaCl increases | ATP and adenosine increase, causing vasoconstriction | Vasoconstriction slows GFR |
| Decreased GFR | Tubular NaCl decreases | ATP and adenosine decrease, causing vasodilation | Vasodilation increases GFR |
| Increased GFR | Tubular NaCl increases | NO increases, causing vasodilation | Vasodilation increases GFR |
| Decreased GFR | Tubular NaCl decreases | NO decreases, causing vasoconstricton | Vasoconstriction decreases GFR |
Lying just outside Bowman’s capsule and the glomerulus is the juxtaglomerular apparatus (Figure 3). Siinä vaiheessa, kun afferentit ja efferentit arteriolit tulevat ja lähtevät Bowmanin kapselista, distaalisen mutkittelevan tubuluksen alkuosa joutuu suoraan kosketukseen arteriolien kanssa. Distaalisen mutkittelevan tubuluksen seinämä tuossa kohdassa muodostaa makula densana tunnetun JGA: n osan. Tämä kuutiomaisten epiteelisolujen rypäs tarkkailee distaalisen mutkittelevan tubuluksen läpi virtaavan nesteen nestekoostumusta. Vasteena Na+ – pitoisuudelle niiden ohi virtaavassa nesteessä nämä solut vapauttavat parakriinisignaaleja. Niillä on myös yksi, epämotiili cilium, joka reagoi nesteen liikenopeuteen tubuluksessa. Virtausnopeuden ja Na+ – pitoisuuden muutosten seurauksena vapautuvat parakriinisignaalit ovat ATP ja adenosiini.
kuva 3. (a) jukstaglomerulaarinen laite antaa erikoistuneille soluille mahdollisuuden seurata nesteen koostumusta distaalisessa mutkikkaassa tubuluksessa ja säätää glomerulusten suodatusnopeutta. (B) Tämä micrograph näyttää glomerulus ja ympäröivien rakenteiden. LM × 1540. (Micrograph toimittanut Regents University of Michigan Medical School © 2012)
toinen solutyyppi tässä laitteessa on jukstaglomerulaarinen solu. Tämä on modifioitu, sileä lihassolu vuori afferent arterioli, joka voi supistua tai rentoutua vastauksena ATP tai adenosiini vapautuu makula densa. Tällainen supistuminen ja rentoutuminen säätelevät verenkiertoa glomerulukseen. Jos suodoksen osmolariteetti on liian korkea (hyperosmoottinen), jukstaglomerulaariset solut supistuvat, mikä vähentää glomerulussuodatusnopeutta (GFR), joten vähemmän plasmaa suodatetaan, mikä johtaa vähemmän virtsan muodostumiseen ja nesteen suurempaan säilyttämiseen. Tämä vähentää lopulta veren osmolaarisuutta kohti fysiologista normia. Jos suodoksen osmolariteetti on liian alhainen, jukstaglomerulaariset solut rentoutuvat, lisäävät glomerulussuodatusnopeutta ja lisäävät veden häviämistä virtsaan aiheuttaen veren osmolariteetin nousun. Toisin sanoen, kun osmolariteetti nousee, suodatus ja virtsan muodostuminen vähenevät ja vesi säilyy. Kun osmolaarisuus laskee, suodatus ja virtsan muodostuminen lisääntyvät ja vettä häviää virtsan mukana. Näiden vastakkaisten toimien nettotulos on suodatusnopeuden pitäminen suhteellisen vakiona. Toinen makulan tiheäsolujen tehtävä on säädellä reniinin vapautumista afferentin arteriolin jukstaglomerulaarisista soluista (Kuva 4). Aktiivinen reniini on 304 aminohaposta koostuva proteiini, joka pilkkoo useita aminohappoja angiotensinogeenistä angiotensiini I: ksi. Angiotensiini I on biologisesti aktiivinen vasta, kun angiotensiiniä konvertoiva entsyymi (ACE) muuttaa sen angiotensiini II: ksi keuhkoista. Angiotensiini II on systeeminen vasokonstriktori, joka auttaa säätelemään verenpainetta nostamalla sitä. Angiotensiini II stimuloi myös steroidihormoni aldosteronin vapautumista lisämunuaiskuoresta. Aldosteroni stimuloi Na+: n takaisinimeytymistä munuaisissa, mikä johtaa myös nesteen kertymiseen ja verenpaineen nousuun.
kuva 4. Reniini-entsyymi muuntaa pro-entsyymi angiotensiini I; keuhkoista johdettu ACE-entsyymi muuttaa angiotensiini I: n aktiiviseksi angiotensiini II: ksi.
Lukukatsaus
autonomisen hermoston sympaattiset hermot inervoivat munuaisia. Sympaattinen hermostollinen toiminta vähentää veren virtausta munuaiseen, jolloin verta on enemmän saatavilla muille kehon alueille stressin aikana. Arteriolinen myogeeninen mekanismi ylläpitää tasaista verenkiertoa aiheuttamalla arteriolisen sileän lihaksen supistumisen verenpaineen noustessa ja saa sen rentoutumaan verenpaineen laskiessa. Tubuloglomerulaarinen takaisinkytkentä liittyy parakriini-signalointiin jukstaglomerulaarisessa laitteessa, joka aiheuttaa vasokonstriktiota tai vasodilataatiota tasaisen verenkierron ylläpitämiseksi.Supistumiskykyisillä mesangiaalisoluilla on edelleen rooli veren suodatusnopeuden säätelyssä. Jukstaglomeruluslaitteen erikoistuneet solut tuottavat parakriinisignaaleja glomeruluksen verenkierron ja suodatusnopeuksien säätelemiseksi. Muut jukstaglomerulaariset laitesolut tuottavat reniini-entsyymiä, jolla on keskeinen rooli verenpaineen säätelyssä
Itsetarkistus
vastaa alla oleviin kysymyksiin nähdäksesi, kuinka hyvin ymmärrät edellisessä jaksossa käsitellyt aiheet.
kriittiset Ajattelukysymykset
- selittävät, mitä nefronin Na+ – pitoisuudelle tapahtuu, kun GFR kasvaa.
- Jos haluat munuaisen erittävän enemmän Na+: ta virtsaan, mitä haluat verenkierron tekevän?
Sanasto
myogeeninen mekanismi: mekanismi, jolla sileä lihas reagoi venymiseen supistumalla; verenpaineen nousu aiheuttaa vasokonstriktion ja verenpaineen lasku aiheuttaa vasodilataation niin, että verenkierto alavirtaan pysyy tasaisena
tubuloglomerulaarinen takaisinkytkentä: takaisinkytkentämekanismi, johon liittyy JGA; macula densasolut tarkkailevat Na+ – pitoisuutta Henlen nousevan silmukan terminaaliosassa ja aiheuttavat afferenttien ja efferenttien arteriolien vasokonstriktion tai vasodilataation muuttaakseen GFR: ää