anatomi och fysiologi II

njurens kärl

njurartären ger blodflödet till njurarna. Njurartären delar sig först i segmentartärer, följt av ytterligare förgrening för att bilda flera interlobarartärer som passerar genom njurkolumnerna för att nå cortex. Interlobarartärerna förgrenar sig i sin tur till bågformiga artärer, kortikala utstrålande artärer och sedan till afferenta arterioler. De afferenta arteriolerna tjänar cirka 1,3 miljoner nefroner i varje njure.

Figur 4. Blodflödet i njuren

det är viktigt att blodflödet genom njuren är i lämplig takt för att möjliggöra filtrering. Denna hastighet bestämmer hur mycket löst ämne som behålls eller kasseras, hur mycket vatten som behålls eller kasseras, och i slutändan blodets osmolaritet och kroppens blodtryck.

vaskulära omgivande enskilda nefroner

nefroner är njurens ”funktionella enheter”. Eftersom nefronfunktionen är att rensa blodet och balansera beståndsdelarna i cirkulationen, kräver de uppenbarligen en nära anslutning till blodtillförseln. Filtreringsapparaten i nefronet, Bowmans kapsel, tar bort en stor volym filtrat från blodet. Det gör detta genom att omge en högtrycksfenestrerad kapillärbädd som är cirka 200 CGR i diameter som kallas glomerulus. Glomerulus har ovanligt högt tryck i förhållande till andra kapillärbäddar. Det är den enda kapillärbädden som har både en efferent arteriole (istället för den förväntade efferenta venulen). Detta höga tryck hjälper till att driva den fortsatta rörelsen av vätska från blodet, över filtreringsmembranet och in i Bowmans kapsel. Glomerulus och Bowmans kapsel bildar tillsammans njurkroppen.

Efter att ha passerat genom njurkroppen bildar kapillärerna en andra arteriol, den efferenta arteriolen. Dessa efferenta arterioler kommer att mata nästa kapillärnätverk runt de mer distala delarna av nefronröret, de peritubulära kapillärerna och vasa recta, innan de återvänder till det venösa systemet. Peritubulära kapillärer och vasa recta har ett mer standardiserat anatomiskt arrangemang, med afferenta arterioler och efferenta venuler. På grund av detta har de också ett mer typiskt blodtryck, vilket är väsentligt lägre än trycket i glomeruli.

När filtratet rör sig genom nephron tubulerna, återställer dessa kapillärnätverk de flesta lösta ämnen och vatten och återför dem till cirkulationen. Eftersom en kapillärbädd (glomerulus) rinner ut i ett kärl som i sin tur bildar en andra kapillärbädd, uppfylls definitionen av ett portalsystem. Detta är det enda portalsystemet där en arteriol finns mellan de första och andra kapillärbäddarna. (Portalsystem kopplar också hypotalamus till den främre hypofysen och blodkärlen i matsmältningsorganet till levern.)

Figur 3. De två kapillärbäddarna visas tydligt i denna figur. Den efferenta arteriolen är det anslutande kärlet mellan glomerulus och de peritubulära kapillärerna och vasa recta.

reglering av filtratbildning

filtreringshastigheten är direkt korrelerad med mängden filtrat som produceras av njurkroppen när som helst. För att öka filtreringen måste blodflödet till glomerulus ökas, eftersom detta tillåter ytterligare filtrat att produceras. För att minska filtreringshastigheten reduceras blodflödet till glomerulus, eftersom detta följaktligen kommer att minska trycket i glomerulus och därigenom begränsa filtratbildning. Blodflödet till glomerulus regleras av flera mekanismer.

sympatiska nerver

njurarna innerveras av sympatiska neuroner i det autonoma nervsystemet via celiac plexus och splanchnic nerver. Reduktion av sympatisk stimulering resulterar i vasodilation och ökat blodflöde genom njurarna under viloförhållanden. Därför resulterar en minskning av sympatisk stimulering i ökad urinproduktion. Omvänt skulle en ökning av sympatisk stimulering minska filtratbildning och i slutändan urinproduktion.

när frekvensen av sympatisk stimulering ökar, förträngs den arteriolära glatta muskeln (vasokonstriktion), vilket resulterar i minskat glomerulärt flöde, så mindre filtrering sker. Under stressförhållanden ökar sympatisk nervös aktivitet, vilket resulterar i direkt vasokonstriktion av afferenta arterioler (noradrenalineffekt) samt stimulering av binjuremedulla. Adrenalmedulla producerar i sin tur en generaliserad vasokonstriktion genom frisättning av epinefrin. Detta inkluderar vasokonstriktion av de afferenta arteriolerna, vilket ytterligare minskar volymen blod som strömmar genom njurarna. Denna process omdirigerar blod till andra organ med mer omedelbara behov.

om blodtrycket faller, kommer de sympatiska nerverna också att stimulera frisättningen av renin. Ytterligare renin ökar produktionen av den kraftfulla vasokonstriktorn angiotensin II. Angiotensin II, som diskuterats ovan, kommer också att stimulera aldosteronproduktionen att öka blodvolymen genom retention av mer Na+ och vatten. Endast en 10 mm Hg tryckskillnad över glomerulus krävs för en normal glomerulär filtreringshastighet, så mycket små förändringar i afferent arteriellt tryck ökar eller minskar signifikant glomerulär filtreringshastighet.

Autoregulering av blodflödet till njurarna

njurarna är mycket effektiva för att reglera blodflödet över ett brett spektrum av blodtryck. Ditt blodtryck kommer att minska när du är avslappnad eller sover. Det kommer att öka när du tränar. Trots dessa förändringar kommer filtreringshastigheten genom njurarna att förändras väldigt lite. Detta beror på två interna autoregulatoriska mekanismer som fungerar utan yttre påverkan: den myogena mekanismen och den tubuloglomerulära återkopplingsmekanismen.

arteriol MyoGen mekanism

den myogena mekanismen som reglerar blodflödet i njurarna beror på en egenskap som delas av de flesta glatta muskelceller i kroppen. När du sträcker en glattmuskelcell kontraherar den; när du slutar slappnar den av och återställer vilolängden. Denna mekanism fungerar i den afferenta arteriolen som levererar glomerulus. När blodtrycket ökar sträcker sig glatta muskelceller i arteriolens vägg och svarar genom att kontrahera för att motstå trycket, vilket resulterar i liten förändring i flödet. När blodtrycket sjunker slappnar samma glatta muskelceller av för att sänka motståndet, vilket möjliggör ett fortsatt jämnt blodflöde.

Tubuloglomerulär återkoppling

tubuloglomerulär återkopplingsmekanism involverar den juxtaglomerulära apparaten (Figur 3) och en parakrinsignalmekanism som använder adenosintrifosfat (ATP), adenosin och kväveoxid (NO). Denna mekanism stimulerar antingen sammandragning eller avslappning av afferenta arteriolära glatta muskelceller. Minns att den distala invecklade tubulen är i intim kontakt med glomerulus afferenta och efferenta arterioler. Specialiserade makula densa-celler i detta segment av tubulen svarar på förändringar i vätskeflödeshastigheten och Na+ – koncentrationen. När den glomerulära filtratationshastigheten ökar är det mindre tid för NaCl att återabsorberas i den proximala invecklade tubulen, vilket resulterar i högre osmolaritet i filtratet. Den ökade vätskerörelsen avböjer starkare enstaka nonmotil cilia på makula densa-celler. Denna ökade osmolaritet hos den bildande urinen och den större flödeshastigheten inom den distala invecklade tubulen aktiverar makula densa-celler för att svara genom att frigöra ATP och adenosin (en metabolit av ATP). ATP och adenosin verkar lokalt som parakrinfaktorer för att stimulera de myogena juxtaglomerulära cellerna i den afferenta arteriolen att förtränga, sänka blodflödet och minska glomerulär filtratationshastighet. Omvänt, när den glomerulära filtratationshastigheten minskar, är mindre Na+ i den bildande urinen, och de flesta kommer att återabsorberas innan de når makula densa, vilket kommer att resultera i minskad ATP och adenosin, vilket gör att den afferenta arteriolen kan dilatera och öka glomerulär filtratationshastighet. Kväveoxid har motsatt effekt och slappnar av den afferenta arteriolen samtidigt som ATP och adenosin stimulerar den att komma i kontakt. Kväveoxid finjusterar sålunda effekterna av adenosin och ATP på den glomerulära filtratationshastigheten.

Lying just outside Bowman’s capsule and the glomerulus is the juxtaglomerular apparatus (Figure 3). Vid den tidpunkt där de afferenta och efferenta arteriolerna kommer in och lämnar Bowmans kapsel, kommer den första delen av den distala invecklade tubulen i direkt kontakt med arteriolerna. Väggen på den distala invecklade tubulen vid den punkten utgör en del av JGA som kallas makula densa. Detta kluster av kuboidala epitelceller övervakar vätskekompositionen av vätska som strömmar genom den distala invecklade tubulen. Som svar på koncentrationen av Na+ i vätskan som strömmar förbi dem släpper dessa celler parakrinsignaler. De har också en enda, icke-motil cilium som svarar på hastigheten för vätskerörelse i tubulen. Parakrinsignalerna som frigörs som svar på förändringar i flödeshastighet och Na+ – koncentration är ATP och adenosin.

Figur 3. (A) den juxtaglomerulära apparaten tillåter specialiserade celler att övervaka vätskans sammansättning i den distala invecklade tubulen och justera glomerulär filtreringshastighet. (b) denna mikrograf visar glomerulus och omgivande strukturer. Lm 1540. (Mikrograf som tillhandahålls av regenterna vid University of Michigan Medical School 2012)

en andra celltyp i denna apparat är den juxtaglomerulära cellen. Detta är en modifierad, glattmuskelcell som fodrar den afferenta arteriolen som kan komma i kontakt eller slappna av som svar på ATP eller adenosin som frigörs av makula densa. Sådan sammandragning och avkoppling reglerar blodflödet till glomerulus. Om filtratets osmolaritet är för hög (hyperosmotisk) kommer de juxtaglomerulära cellerna att dras samman, vilket minskar glomerulär filtreringshastighet (GFR) så att mindre plasma filtreras, vilket leder till mindre urinbildning och större retention av vätska. Detta kommer i slutändan att minska blodets osmolaritet mot den fysiologiska normen. Om filtratets osmolaritet är för låg kommer de juxtaglomerulära cellerna att slappna av, öka den glomerulära filtreringshastigheten och öka förlusten av vatten till urinen, vilket får blodets osmolaritet att stiga. Med andra ord, när osmolaritet går upp, minskar filtrering och urinbildning och vatten behålls. När osmolariteten går ner ökar filtreringen och urinbildningen och vatten förloras genom urinen. Nettoresultatet av dessa motsatta åtgärder är att hålla filtreringshastigheten relativt konstant. En andra funktion av makula densa-cellerna är att reglera reninfrisättning från de juxtaglomerulära cellerna i den afferenta arteriolen (Figur 4). Aktivt renin är ett protein som består av 304 aminosyror som klyver flera aminosyror från angiotensinogen för att producera angiotensin I. Angiotensin I är inte biologiskt aktivt förrän det omvandlas till angiotensin II av angiotensinkonverterande enzym (ACE) från lungorna. Angiotensin II är en systemisk vasokonstriktor som hjälper till att reglera blodtrycket genom att öka det. Angiotensin II stimulerar också frisättningen av steroidhormonet aldosteron från binjurebarken. Aldosteron stimulerar Na+ reabsorption av njurarna, vilket också resulterar i vätskeretention och ökat blodtryck.

Figur 4. Enzymet renin omvandlar Pro-enzymet angiotensin I; det lung-härledda enzymet ACE omvandlar angiotensin I till aktivt angiotensin II.

Kapitel granskning

njurarna är innerverade av sympatiska nerver i det autonoma nervsystemet. Sympatisk nervös aktivitet minskar blodflödet till njurarna, vilket gör mer blod tillgängligt för andra delar av kroppen under stresstider. Den arteriolära myogena mekanismen upprätthåller ett stadigt blodflöde genom att orsaka arteriolär glatt muskulatur att komma i kontakt när blodtrycket ökar och får det att slappna av när blodtrycket minskar. Tubuloglomerulär återkoppling involverar parakrinsignalering vid den juxtaglomerulära apparaten för att orsaka vasokonstriktion eller vasodilation för att upprätthålla en stadig hastighet av blodflödet.Kontraktila mesangiala celler utför vidare en roll för att reglera hastigheten vid vilken blodet filtreras. Specialiserade celler i den juxtaglomerulära apparaten producerar parakrinsignaler för att reglera blodflödet och filtreringshastigheterna för glomerulus. Andra juxtaglomerulära apparatceller producerar enzymet renin, som spelar en central roll i blodtrycksreglering

självkontroll

svara på frågorna nedan för att se hur väl du förstår de ämnen som behandlas i föregående avsnitt.

ordlista

MyoGen mekanism: mekanism genom vilken glatt muskulatur svarar på stretch genom att kontrahera; en ökning av blodtrycket orsakar vasokonstriktion och en minskning av blodtrycket orsakar vasodilation så att blodflödet nedströms förblir stadigt

tubuloglomerulär återkoppling: återkopplingsmekanism som involverar JGA; makula densa-celler övervakar Na + – koncentrationen i den terminala delen av Henles stigande slinga och verkar orsaka vasokonstriktion eller vasodilation av afferenta och efferenta arterioler för att förändra GFR