Σχηματισμός ούρων

Ο σχηματισμός των τελικών ούρων από τους νεφρούς αποτελείται από διάφορες κύριες διεργασίες:

• υπερδιήθηση αρτηριακού αίματος στα νεφρικά σπειράματα.
• επαναρρόφηση ουσιών στα σωληνάρια, έκκριση ορισμένων ουσιών στον αυλό των σωληναρίων.
• η σύνθεση νέων ουσιών από το νεφρό, οι οποίες εισέρχονται τόσο στον αυλό του σωληναρίου όσο και στο αίμα.
• η δραστηριότητα του συστήματος αντίστροφης ροής, ως αποτέλεσμα της οποίας τα τελικά ούρα συμπυκνώνονται ή αραιώνονται.

Υπερδιήθηση

Η υπερδιήθηση από το πλάσμα αίματος στην κάψουλα Bowman συμβαίνει στα τριχοειδή αγγεία των νεφρικών σπειραμάτων. Ο SCF είναι ένας σημαντικός δείκτης στη διαδικασία σχηματισμού ούρων. Η τιμή του σε ένα μόνο νεφρώνα εξαρτάται από δύο παράγοντες: την αποτελεσματική πίεση υπερδιήθησης και τον συντελεστή υπερδιήθησης.

Η κινητήρια δύναμη της υπερδιήθησης είναι η αποτελεσματική πίεση διήθησης, η οποία είναι η διαφορά μεταξύ της υδροστατικής πίεσης στα τριχοειδή αγγεία και του αθροίσματος της ογκοτικής πίεσης των πρωτεϊνών στα τριχοειδή αγγεία και της πίεσης στην σπειραματική κάψουλα:

_{Επίδραση} P = P _hydr - (P _onc + P _caps )

Όπου _{το φαινόμενο} P είναι η αποτελεσματική πίεση διήθησης, το Phydr _είναι η υδροστατική πίεση στα τριχοειδή αγγεία, το P _onc είναι η ογκοτική πίεση των πρωτεϊνών στα τριχοειδή αγγεία, και το P _caps είναι η πίεση στην σπειραματική κάψουλα.

Η υδροστατική πίεση στα προσαγωγά και απαγωγά άκρα των τριχοειδών αγγείων είναι 45 mm Hg. Παραμένει σταθερή σε όλο το μήκος διήθησης του τριχοειδούς βρόχου. Σε αυτήν αντιτίθεται η ογκοτική πίεση των πρωτεϊνών του πλάσματος, η οποία αυξάνεται προς το απαγωγό άκρο του τριχοειδούς αγγείου από 20 mm Hg σε 35 mm Hg, και η πίεση στην κάψουλα Bowman, η οποία είναι 10 mm Hg. Ως αποτέλεσμα, η αποτελεσματική πίεση διήθησης είναι 15 mm Hg (45 - [20 + 10]) στο προσαγωγό άκρο του τριχοειδούς αγγείου και 0 (45 - [35 + 10]) στο απαγωγό άκρο, η οποία, όταν μετατραπεί σε όλο το μήκος του τριχοειδούς αγγείου, είναι περίπου 10 mm Hg.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το τοίχωμα των σπειραματικών τριχοειδών αγγείων είναι ένα φίλτρο που δεν επιτρέπει τη διέλευση κυτταρικών στοιχείων, ενώσεων μεγάλου μοριακού βάρους και κολλοειδών σωματιδίων, ενώ το νερό και οι ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους διέρχονται ελεύθερα από αυτό. Η κατάσταση του σπειραματικού φίλτρου χαρακτηρίζεται από τον συντελεστή υπερδιήθησης. Οι αγγειοδραστικές ορμόνες (αγγειοπιεστίνη, αγγειοτενσίνη II, προσταγλανδίνες, ακετυλοχολίνη) αλλάζουν τον συντελεστή υπερδιήθησης, ο οποίος επηρεάζει ανάλογα το SCF.

Υπό φυσιολογικές συνθήκες, το σύνολο όλων των νεφρικών σπειραμάτων παράγει 180 λίτρα διηθήματος την ημέρα, δηλαδή 125 ml διηθήματος ανά λεπτό.

Επαναρρόφηση ουσιών στα σωληνάρια και έκκρισή τους

Η επαναρρόφηση των φιλτραρισμένων ουσιών συμβαίνει κυρίως στο εγγύς τμήμα του νεφρώνα, όπου απορροφώνται όλες οι φυσιολογικά πολύτιμες ουσίες που έχουν εισέλθει στο νεφρώνα και περίπου τα 2/3 των φιλτραρισμένων ιόντων νατρίου, χλωρίου και νερού. Η ιδιαιτερότητα της επαναρρόφησης στο εγγύς σωληνάριο είναι ότι όλες οι ουσίες απορροφώνται με έναν οσμωτικά ισοδύναμο όγκο νερού και το υγρό στο σωληνάριο παραμένει πρακτικά ισοοσμωτικό με το πλάσμα αίματος, ενώ ο όγκος των πρωτογενών ούρων μέχρι το τέλος του εγγύς σωληναρίου μειώνεται κατά περισσότερο από 80%.

Το έργο του άπω νεφρώνα σχηματίζει τη σύνθεση των ούρων λόγω των διαδικασιών επαναρρόφησης και έκκρισης. Σε αυτό το τμήμα, το νάτριο επαναρροφάται χωρίς ισοδύναμο όγκο νερού και εκκρίνονται ιόντα καλίου. Ιόντα υδρογόνου και αμμωνίου εισέρχονται στον αυλό του νεφρώνα από τα σωληναριακά κύτταρα. Η μεταφορά ηλεκτρολυτών ελέγχεται από την αντιδιουρητική ορμόνη, την αλδοστερόνη, τις κινίνες και τις προσταγλανδίνες.

Σύστημα αντίθετης ροής

Η δραστηριότητα του συστήματος αντίστροφης ροής αντιπροσωπεύεται από το σύγχρονο έργο διαφόρων δομών του νεφρού - των κατιόντων και ανιόντων λεπτών τμημάτων της θηλιάς του Henle, των φλοιωδών και μυελικών τμημάτων των αθροιστικών πόρων και των ευθύγραμμων αγγείων που διαπερνούν ολόκληρο το πάχος του νεφρικού μυελού.

Οι βασικές αρχές του συστήματος αντίστροφης ροής των νεφρών:

• σε όλα τα στάδια, το νερό κινείται μόνο παθητικά κατά μήκος της οσμωτικής κλίσης.
• Το άπω ευθύγραμμο σωληνάριο της θηλιάς του Henle είναι αδιαπέραστο από το νερό.
• στον ευθύγραμμο σωληνίσκο της θηλιάς του Henle, λαμβάνει χώρα ενεργητική μεταφορά Na ⁺, K ⁺, Cl.
• Το λεπτό κατιόν σκέλος της θηλιάς του Henle είναι αδιαπέραστο από ιόντα και διαπερατό από νερό.
• υπάρχει ένας κύκλος ουρίας στον εσωτερικό μυελό του νεφρού.
• Η αντιδιουρητική ορμόνη διασφαλίζει τη διαπερατότητα των αθροιστικών πόρων στο νερό.

Ανάλογα με την κατάσταση του ισοζυγίου νερού του σώματος, οι νεφροί μπορούν να εκκρίνουν υποτονικά, πολύ αραιά ή οσμωτικά συμπυκνωμένα ούρα. Όλα τα τμήματα των σωληναρίων και των αγγείων του νεφρικού μυελού συμμετέχουν σε αυτή τη διαδικασία, λειτουργώντας ως ένα σύστημα αντίστροφης ροής περιστροφικού πολλαπλασιασμού. Η ουσία της δράσης αυτού του συστήματος είναι η εξής. Το υπερδιήθημα που εισήλθε στο εγγύς σωληνάριο μειώνεται ποσοτικά στα 3/4-2/3 του αρχικού του όγκου λόγω της επαναπορρόφησης νερού και ουσιών που διαλύονται σε αυτό σε αυτό το τμήμα. Το υγρό που απομένει στο σωληνάριο δεν διαφέρει σε οσμωτικότητα από το πλάσμα του αίματος, αν και έχει διαφορετική χημική σύνθεση. Στη συνέχεια, το υγρό από το εγγύς σωληνάριο περνά στο λεπτό κατιόν τμήμα της θηλής του Henle και κινείται περαιτέρω προς την κορυφή της νεφρικής θηλής, όπου η θηλιά του Henle κάμπτεται κατά 180° και το περιεχόμενο περνάει μέσω του ανιόντος λεπτού τμήματος στο άπω ευθύγραμμο σωληνάριο, που βρίσκεται παράλληλα με το κατιόν λεπτό τμήμα.

Το λεπτό κατιόν τμήμα της θηλιάς είναι διαπερατό από το νερό αλλά σχετικά αδιαπέραστο από τα άλατα. Ως αποτέλεσμα, το νερό διέρχεται από τον αυλό του τμήματος στον περιβάλλοντα διάμεσο ιστό κατά μήκος της οσμωτικής κλίσης, με αποτέλεσμα η οσμωτική συγκέντρωση στον αυλό του σωληναρίου να αυξάνεται σταδιακά.

Αφού το υγρό εισέλθει στον άπω ευθύγραμμο σωληνίσκο της θηλιάς του Henle, ο οποίος, αντίθετα, είναι αδιαπέραστος από το νερό και από τον οποίο λαμβάνει χώρα η ενεργός μεταφορά οσμωτικά ενεργού χλωρίου και νατρίου στον περιβάλλοντα διάμεσο χώρο, το περιεχόμενο αυτού του τμήματος χάνει την οσμωτική του συγκέντρωση και γίνεται υποοσμωτικό, γεγονός που καθόρισε το όνομά του - "το αραιωτικό τμήμα του νεφρώνα". Στον περιβάλλοντα διάμεσο χώρο, συμβαίνει η αντίθετη διαδικασία - η συσσώρευση μιας οσμωτικής κλίσης λόγω των Na ⁺, K ⁺ και Cl. Ως αποτέλεσμα, η εγκάρσια οσμωτική κλίση μεταξύ του περιεχομένου του άπω ευθύγραμμου σωληνίσκου της θηλιάς του Henle και του περιβάλλοντος διάμεσου χώρου θα είναι 200 mOsm/l.

Στην εσωτερική ζώνη του μυελού, μια επιπλέον αύξηση στην οσμωτική συγκέντρωση παρέχεται από την κυκλοφορία της ουρίας, η οποία εισέρχεται παθητικά μέσω του επιθηλίου των σωληναρίων. Η συσσώρευση ουρίας στον μυελό εξαρτάται από τη διαφορετική διαπερατότητα των φλοιωδών αθροιστικών πόρων και των αθροιστικών πόρων του μυελού στην ουρία. Οι φλοιώδεις αθροιστικοί πόροι, το άπω ευθύγραμμο σωληνάριο και το άπω ελικοειδές σωληνάριο είναι αδιαπέραστοι στην ουρία. Οι αθροιστικοί πόροι του μυελού είναι ιδιαίτερα διαπερατοί στην ουρία.

Καθώς το φιλτραρισμένο υγρό κινείται από την αγκύλη του Henle μέσω των άπω ελικοειδών σωληναρίων και των φλοιωδών αθροιστικών πόρων, η συγκέντρωση ουρίας στα σωληνάρια αυξάνεται λόγω της επαναπορρόφησης νερού χωρίς ουρία. Αφού το υγρό εισέλθει στους αθροιστικούς πόρους του έσω μυελού, όπου η διαπερατότητα στην ουρία είναι υψηλή, μετακινείται στο διάμεσο χώρο και στη συνέχεια μεταφέρεται πίσω στα σωληνάρια που βρίσκονται στον έσω μυελό. Η αύξηση της ωσμωτικότητας στον μυελό οφείλεται στην ουρία.

Ως αποτέλεσμα των αναφερόμενων διεργασιών, η οσμωτική συγκέντρωση αυξάνεται από τον φλοιό (300 mOsm/l) έως τη νεφρική θηλή, φτάνοντας τα 1200 mOsm/l τόσο στον αυλό του αρχικού τμήματος του λεπτού ανιόντος σκέλους της θηλιάς του Henle όσο και στον περιβάλλοντα διάμεσο ιστό. Έτσι, η κορτικο-μυελική οσμωτική κλίση που δημιουργείται από το σύστημα πολλαπλασιασμού αντίστροφης ροής είναι 900 mOsm/l.

Μια πρόσθετη συμβολή στο σχηματισμό και τη διατήρηση της διαμήκους οσμωτικής κλίσης γίνεται από τα ορθά αγγεία, τα οποία ακολουθούν την πορεία της θηλιάς του Henle. Η διάμεση οσμωτική κλίση διατηρείται με την αποτελεσματική απομάκρυνση του νερού μέσω των ανιόντων ορθών αγγείων, τα οποία έχουν μεγαλύτερη διάμετρο από τα κατιόντα ορθά αγγεία και είναι σχεδόν διπλάσια σε αριθμό. Ένα μοναδικό χαρακτηριστικό των ορθών αγγείων είναι η διαπερατότητά τους σε μακρομόρια, με αποτέλεσμα μια μεγάλη ποσότητα λευκωματίνης στον μυελό. Οι πρωτεΐνες δημιουργούν διάμεση οσμωτική πίεση, η οποία ενισχύει την επαναπορρόφηση του νερού.

Η τελική συγκέντρωση των ούρων συμβαίνει στους αθροιστικούς πόρους, οι οποίοι αλλάζουν τη διαπερατότητά τους στο νερό ανάλογα με τη συγκέντρωση της εκκρινόμενης ADH. Σε υψηλές συγκεντρώσεις ADH, η διαπερατότητα της μεμβράνης των κυττάρων του αθροιστικού πόρου στο νερό αυξάνεται. Οι οσμωτικές δυνάμεις προκαλούν τη μετακίνηση του νερού από το κύτταρο (μέσω της βασικής μεμβράνης) στο υπεροσμωτικό διάμεσο χώρο, γεγονός που εξασφαλίζει την εξίσωση των οσμωτικών συγκεντρώσεων και τη δημιουργία υψηλής οσμωτικής συγκέντρωσης των τελικών ούρων. Ελλείψει παραγωγής ADH, ο αθροιστικός πόρος είναι πρακτικά αδιαπέραστος από το νερό και η οσμωτική συγκέντρωση των τελικών ούρων παραμένει ίση με τη συγκέντρωση του διάμεσου χώρου στον νεφρικό φλοιό, δηλαδή απεκκρίνονται ισοοσμωτικά ή υποοσμωτικά ούρα.

Έτσι, το μέγιστο επίπεδο αραίωσης των ούρων εξαρτάται από την ικανότητα των νεφρών να μειώσουν την ωσμωτικότητα του σωληναριακού υγρού λόγω της ενεργού μεταφοράς ιόντων καλίου, νατρίου και χλωρίου στο ανιόν σκέλος της θηλιάς του Henle και της ενεργού μεταφοράς ηλεκτρολυτών στο άπω ελικοειδές σωληνάριο. Ως αποτέλεσμα, η ωσμωτικότητα του σωληναριακού υγρού στην αρχή του αθροιστικού πόρου γίνεται χαμηλότερη από αυτή του πλάσματος του αίματος και είναι 100 mOsm/L. Απουσία ADH, με πρόσθετη μεταφορά χλωριούχου νατρίου από τα σωληνάρια στον αθροιστικό πόρο, η ωσμωτικότητα σε αυτό το τμήμα του νεφρώνα μπορεί να μειωθεί στα 50 mOsm/L. Ο σχηματισμός συμπυκνωμένων ούρων εξαρτάται από την παρουσία υψηλής ωσμωτικότητας του ενδιάμεσου μυελού και την παραγωγή ADH.