Anatomia i fizjologia II

unaczynienie nerki

tętnica nerkowa zapewnia dopływ krwi do nerki. Tętnica nerkowa najpierw dzieli się na tętnice segmentowe, a następnie dalej rozgałęzia się tworząc wiele tętnic międzyzębowych, które przechodzą przez kolumny nerkowe, aby dotrzeć do kory. Tętnice międzyzębowe z kolei rozgałęziają się w tętnice łukowe, tętnice promieniowe korowe, a następnie w tętnice aferentne. Tętnice aferentne obsługują około 1,3 miliona nefronów w każdej nerce.

Rysunek 4. Przepływ krwi w nerkach

ważne jest, aby przepływ krwi przez nerki był odpowiednio szybki, aby umożliwić filtrację. Szybkość ta określa, ile substancji rozpuszczonej jest zatrzymywane lub odrzucane, ile wody jest zatrzymywane lub odrzucane, a ostatecznie, osmolarność krwi i ciśnienie krwi w organizmie.

naczyniowe otaczające poszczególne nefrony

nefrony są „jednostkami czynnościowymi” nerki. Ponieważ funkcja nefronów polega na oczyszczeniu krwi i zrównoważeniu składników krążenia, oczywiście wymagają one ścisłego połączenia z dopływem krwi. Aparat filtracyjny nefronu, kapsułka Bowmana, usuwa dużą objętość filtratu z krwi. Robi to przez otaczanie wysokociśnieniowego, fenestrowanego łoża kapilarnego o średnicy około 200 µm, zwanego kłębuszkiem. Kłębuszek ma niezwykle wysokie ciśnienie w stosunku do innych łóżek kapilarnych. Jest to jedyne łoże kapilarne, które ma zarówno tętnicę efferentną (zamiast oczekiwanej żyłki efferentnej). To wysokie ciśnienie pomaga napędzać ciągły przepływ płynu z krwi, przez membranę filtracyjną i do kapsułki Bowmana. Kłębuszek i kapsułka Bowmana tworzą razem korpus nerkowy.

Po przejściu przez korpus nerki naczynia włosowate tworzą drugą tętnicę, tętnicę efferentną. Te efferentne arteriole zasilą kolejne sieci kapilarne wokół bardziej dystalnych części kanalików nerkowych, naczyń włosowatych i naczyń krwionośnych przed powrotem do układu żylnego. Kapilary okołostawowe i naczynia krwionośne mają bardziej standardowy układ anatomiczny, z tętniczkami aferentnymi i żyłkami efferentnymi. Z tego powodu mają również bardziej typowe ciśnienie krwi, które jest znacznie niższe niż ciśnienie w kłębuszkach.

gdy przesącz przechodzi przez kanaliki nefronowe, sieci kapilarne odzyskują większość substancji rozpuszczonych i wody i wracają do obiegu. Ponieważ łoże kapilarne (kłębuszek) spływa do naczynia, które z kolei tworzy drugie łoże kapilarne, definicja systemu portalowego jest spełniona. Jest to jedyny system portalowy, w którym znajduje się tętnica między pierwszym a drugim łóżkiem kapilarnym. (Systemy portalowe łączą również podwzgórze z przednim płatem przysadki, a naczynia krwionośne trzewi trawiennych z wątrobą.)

Rysunek 3. Dwa łóżka kapilarne są wyraźnie pokazane na tym rysunku. Tętnica efferentna jest naczyniem łączącym między kłębuszkiem a naczyniami włosowatymi i naczyniami naczyniowymi.

Regulacja tworzenia filtratu

szybkość filtracji jest bezpośrednio skorelowana z ilością filtratu wytwarzanego przez korpus nerki w dowolnym momencie. Aby zwiększyć filtrację, należy zwiększyć przepływ krwi do kłębuszków, ponieważ pozwoli to na wytworzenie dodatkowego filtratu. Aby zmniejszyć szybkość filtracji, przepływ krwi do kłębuszków jest zmniejszony, ponieważ w konsekwencji zmniejszy to ciśnienie w kłębuszku, ograniczając w ten sposób tworzenie filtratu. Przepływ krwi do kłębuszków jest regulowany przez kilka mechanizmów.

nerwy współczulne

nerki są unerwione przez neurony współczulne autonomicznego układu nerwowego poprzez splot trzewny i nerwy splanchniczne. Zmniejszenie stymulacji współczulnej powoduje rozszerzenie naczyń krwionośnych i zwiększenie przepływu krwi przez nerki w warunkach spoczynku. Dlatego zmniejszenie stymulacji współczulnej powoduje zwiększenie produkcji moczu. Odwrotnie, wzrost stymulacji współczulnej zmniejszyłby tworzenie filtratów, a ostatecznie produkcję moczu.

gdy zwiększa się częstotliwość stymulacji współczulnej, mięsień gładki tętnicy zwęża się (zwężenie naczyń), powodując zmniejszenie przepływu kłębuszków, więc występuje mniejsza filtracja. W warunkach stresu wzrasta współczulna aktywność nerwowa, co powoduje bezpośrednie zwężenie naczyń tętnic tętniczych (efekt noradrenaliny), a także stymulację rdzenia nadnerczy. Rdzeń nadnerczy z kolei wytwarza uogólniony skurcz naczyń poprzez uwalnianie epinefryny. Obejmuje to zwężenie naczyń tętnic aferentnych, co dodatkowo zmniejsza objętość krwi przepływającej przez nerki. Proces ten przekierowuje krew do innych narządów o bardziej natychmiastowych potrzebach.

Jeśli ciśnienie krwi spadnie, nerwy współczulne będą również stymulować uwalnianie reniny. Dodatkowa renina zwiększa produkcję silnego skurczu naczyń angiotensyny II. angiotensyna II, jak omówiono powyżej, będzie również stymulować produkcję aldosteronu w celu zwiększenia objętości krwi poprzez zatrzymanie większej ilości Na+ i wody. Tylko 10 mm Hg różnica ciśnień w całym kłębuszku jest wymagana dla normalnego szybkości filtracji kłębuszkowej, więc bardzo małe zmiany w aferentnym ciśnieniu tętniczym znacznie zwiększają lub zmniejszają szybkość filtracji kłębuszkowej.

autoregulacja przepływu krwi do nerek

nerki są bardzo skuteczne w regulacji szybkości przepływu krwi w szerokim zakresie ciśnień krwi. Ciśnienie krwi zmniejszy się, gdy pacjent jest zrelaksowany lub śpi. Wzrośnie podczas ćwiczeń. Jednak pomimo tych zmian, szybkość filtracji przez nerki zmieni się bardzo niewiele. Jest to spowodowane dwoma wewnętrznymi mechanizmami autoregulacyjnymi, które działają bez wpływu zewnętrznego: mechanizmem miogennym i mechanizmem sprzężenia zwrotnego tubuloglomerular.

Mechanizm Miogenny tętnic

mechanizm miogenny regulujący przepływ krwi w nerkach zależy od cech wspólnych dla większości komórek mięśni gładkich ciała. Kiedy rozciągasz gładką komórkę mięśniową, kurczy się, a kiedy przestajesz, rozluźnia się, przywracając jej długość spoczynkową. Mechanizm ten działa w tętnicy aferentnej, która dostarcza kłębuszków. Gdy ciśnienie krwi wzrasta, komórki mięśni gładkich w ścianie tętnicy są rozciągnięte i reagują, kurcząc się, aby oprzeć się ciśnieniu, powodując niewielką zmianę przepływu. Gdy ciśnienie krwi spada, te same komórki mięśni gładkich rozluźniają się, obniżając opór, umożliwiając ciągły równomierny przepływ krwi.

sprzężenie zwrotne Tubuloglomerular

mechanizm sprzężenia zwrotnego tubuloglomerular obejmuje aparat przykłębuszkowy (Fig.3) i mechanizm sygnalizacji parakryny wykorzystujący adenozynotrójfosforan (ATP), adenozynę i tlenek azotu (NO). Mechanizm ten stymuluje skurcz lub rozluźnienie aferentnych komórek mięśni gładkich tętnic. Przypomnijmy, że kanalik dystalny jest w bliskim kontakcie z tętniczkami aferentnymi i efferentnymi kłębuszków. Wyspecjalizowane komórki plamki densa w tym segmencie kanalika reagują na zmiany szybkości przepływu płynu i stężenia Na+. Wraz ze wzrostem szybkości filtracji kłębuszkowej, jest mniej czasu Na ponowne wchłonięcie NaCl w proksymalnym zwiniętym kanaliku, co skutkuje wyższą osmolarnością w przesączu. Zwiększony ruch płynu silniej odchyla pojedyncze rzęski niemotylowe na komórkach plamki żółtej. Ta zwiększona osmolarność tworzącego się moczu i większe natężenie przepływu w obrębie dystalnego zwiniętego kanalika aktywuje komórki plamki żółtej do odpowiedzi poprzez uwalnianie ATP i adenozyny (metabolitu ATP). ATP i adenozyna działają lokalnie jako czynniki parakrynowe, aby stymulować miogenne komórki aparatu przykłębuszkowego tętnicy tętniczej do zwężania, spowalniając przepływ krwi i zmniejszając szybkość filtracji kłębuszkowej. Odwrotnie, gdy szybkość filtracji kłębuszkowej maleje, mniej Na+ znajduje się w tworzącym się moczu, a większość zostanie ponownie wchłonięta przed dotarciem do plamki żółtej, co spowoduje zmniejszenie ATP i adenozyny, umożliwiając rozszerzenie tętnicy aferentnej i zwiększenie szybkości filtracji kłębuszkowej. Tlenek azotu ma odwrotny efekt, rozluźniając tętnicę aferentną w tym samym czasie ATP i adenozyna stymulują ją do skurczu. W ten sposób tlenek azotu dostraja wpływ adenozyny i ATP na szybkość filtracji kłębuszkowej.

Lying just outside Bowman’s capsule and the glomerulus is the juxtaglomerular apparatus (Figure 3). W miejscu, w którym tętnice aferentne i eferentne wchodzą i opuszczają kapsułkę Bowmana, początkowa część dystalnego kanalika zwiniętego wchodzi w bezpośredni kontakt z tętnicami. Ściana kanalika dystalnego w tym miejscu stanowi część JGA znanego jako plamka densa. To skupisko komórek nabłonka prostopadłościennego monitoruje skład płynu przepływającego przez dalszy przewężony kanalik. W odpowiedzi na stężenie Na+ w płynie przepływającym obok nich, komórki te uwalniają sygnały parakryny. Mają również pojedynczy, nonmotile cilium, który reaguje na szybkość ruchu płynu w kanaliku. Sygnałami parakryny uwalnianymi w odpowiedzi na zmiany szybkości przepływu i stężenia Na+ są ATP i adenozyna.

Rysunek 3. a) Aparatura aparatu przykłębuszkowego umożliwia wyspecjalizowanym komórkom monitorowanie składu płynu w kanaliku dystalnym i regulowanie szybkości przesączania kłębuszkowego. (b) Ten mikrograf pokazuje kłębuszków i otaczających struktur. LM × 1540. (Micrograph provided by the Regents of University of Michigan Medical School © 2012)

drugim typem komórki w tym aparacie jest komórka pozakomórkowa. Jest to zmodyfikowana, gładka komórka mięśniowa wyściełająca tętnicę tętniczą, która może się kurczyć lub rozluźniać w odpowiedzi na ATP lub adenozynę uwalnianą przez plamkę densa. Takie skurcze i relaks regulują przepływ krwi do kłębuszków. Jeśli osmolarność przesączu jest zbyt wysoka (hiperosmotyczna), komórki aparatu przykłębuszkowego kurczą się, zmniejszając szybkość filtracji kłębuszkowej (GFR), więc mniej osocza jest filtrowane, co prowadzi do mniejszego tworzenia moczu i większego zatrzymywania płynu. To ostatecznie zmniejszy osmolarność krwi w kierunku normy fizjologicznej. Jeśli osmolarność filtratu jest zbyt niska, komórki aparatu przykłębuszkowego ulegną rozluźnieniu, zwiększając szybkość filtracji kłębuszkowej i zwiększając utratę wody do moczu, powodując wzrost osmolarności krwi. Innymi słowy, gdy osmolarność wzrasta, filtracja i tworzenie moczu zmniejsza się, a woda jest zatrzymywana. Kiedy osmolarność spada, filtracja i tworzenie moczu wzrasta, a woda jest tracona na drodze moczu. Wynikiem tych przeciwstawnych działań jest utrzymanie szybkości filtracji na względnie stałym poziomie. Drugą funkcją komórek plamki densa jest regulowanie uwalniania reniny z komórek aparatu przykłębuszkowego tętnicy aferentnej (Fig. 4). Aktywna renina jest białkiem składającym się z 304 aminokwasów, które rozszczepia kilka aminokwasów z angiotensynogenu w celu wytworzenia angiotensyny I. Angiotensyna I nie jest biologicznie aktywna, dopóki nie zostanie przekształcona w angiotensynę II przez enzym konwertujący angiotensynę (ACE) z płuc. Angiotensyna II jest ogólnoustrojowym lekiem zwężającym naczynia krwionośne, który pomaga regulować ciśnienie tętnicze krwi poprzez jego zwiększenie. Angiotensyna II stymuluje również uwalnianie hormonu steroidowego aldosteronu z kory nadnerczy. Aldosteron stymuluje wchłanianie zwrotne Na+ przez nerki, co powoduje również retencję wody i podwyższone ciśnienie krwi.

Rysunek 4. Enzym renina przekształca pro-enzym angiotensyna I; enzym pochodzący z płuc Ace przekształca angiotensynę I w aktywną angiotensynę II.

przegląd rozdziału

nerki unerwione są przez nerwy współczulne autonomicznego układu nerwowego. Współczulna aktywność nerwowa zmniejsza przepływ krwi do nerek, dzięki czemu więcej krwi dostępne dla innych obszarów ciała w czasie stresu. Mechanizm miogenny tętnic utrzymuje stały przepływ krwi, powodując skurcz mięśni gładkich tętnic, gdy ciśnienie krwi wzrasta i powodując jego relaks, gdy ciśnienie krwi spada. Sprzężenie zwrotne Tubuloglomerular polega na sygnalizacji parakryny w aparacie aparatu przykłębuszkowego, aby spowodować zwężenie naczyń lub rozszerzenie naczyń, aby utrzymać stałą szybkość przepływu krwi.Kurczliwe komórki mezangialne dodatkowo pełnią rolę w regulacji szybkości filtrowania krwi. Wyspecjalizowane komórki w aparacie aparatu przykłębuszkowego wytwarzają sygnały parakryny w celu regulacji przepływu krwi i szybkości filtracji kłębuszków. Inne komórki aparatu przykłębuszkowego wytwarzają enzym renina, który odgrywa kluczową rolę w regulacji ciśnienia krwi

Self Check

Odpowiedz na poniższe pytanie, aby zobaczyć, jak dobrze rozumiesz tematy omówione w poprzedniej sekcji.

Słowniczek

mechanizm miogenny: mechanizm, za pomocą którego mięśnie gładkie reagują na rozciąganie poprzez kurczenie się; wzrost ciśnienia krwi powoduje skurcz naczyń, a spadek ciśnienia krwi powoduje rozszerzenie naczyń krwionośnych, dzięki czemu przepływ krwi w dół pozostaje stały

: mechanizm sprzężenia zwrotnego z udziałem JGA; komórki plamki żółtej densa monitorują stężenie Na+ w końcowej części wstępującej pętli Henle ’ a i powodują zwężenie naczyń lub rozszerzenie naczyń tętnic aferentnych i eferentnych w celu zmiany GFR