Fyziologie vylučování ledvinami Udržování stálosti vnitřního prostředí (homeostázy) je nesmírně důležité pr normální funkci organizmu. Jedním z orgánů, které se na homeostáze podílejí, jsou orgány vylučování ledviny. Ledviny - párový orgán, - jsou menší než mužská pěst, - za den dokáží přefiltrovat 1 700 litrů krve a vyloučit kolem 1,5 litru koncentrované tekutiny s odpadními látkami, - pro život nezbytný orgán, jedna ledvina však na všechny funkce stačí. Ledviny mají několik funkcí: - vylučují z těla škodlivé látky (zplodiny metabolizmu), cizorodé látky (léky) a látky sice využitelné, ale v dané chvíli příliš koncentrované (např.ionty), - udržují stálý objem a složení extracelulární tekutiny, - produkují hormony renin a erytropoetin a aktivují vitamín D, - regulují krevní tlak Pro zajištění všech funkcí je velmi nutné vydatné prokrvení ledvin. Fyziologie ledvin Struktura ledvin Makroskopicky je ledvina členěna na kůru a dřeň. V kůře jsou uloženy glomeruly a proximální a distální tubulus. Do dřeně se zanořuje Henleova klička a prochází jí i sběrací kanálek, který odvádí vytvořenou moč do ledvinové pánvičky. Nefron = funkční jednotka ledviny. Ledviny mají 2 miliony nefronů a každý z nich je sám o sobě schopen vytvářet moč. Nefron se skládá z glomerulu Brownova pouzdra, proximálního tubulu Henleovy kličky, distálního tubulu a sběracího kanálku. Glomerulus - je tvořen klubíčkem kapilár, - krev do glomerulu přivádí vas afferens (přívodná arteriola), která je širší než odvodná céva (vas efferens) tím je anatomicky zabezpečeno, aby byl v glomerulu vyšší tlak než v ostatních arteriích. Tento zvýšený tlak umožňuje filtraci krve v glomerulu. Krev v ledvinách prochází dvěma kapilárními řečišti, řazenými sériově za sebou portální oběh v ledvinách. Glomerulus je obalen Bowmanovým pozdrem, tvořeným podocyty buňkami, které jsou spolu těsně spojeny výrůstky a tvoří ultrafiltr. Mezi dvěma listy Bowmanova pouzdra se filtruje plazma a odtéká do volně navazujícího proximálního proudu.
Proximální tubulus je tvořen jednovrstevným epitelem. Odehrává se v něm největší část zpětného vstřebávání. Henleova klička je útvar tvaru vlásenky, který navazuje na proximální tubulus. Distální tubulus pokračuje směrem k povrchu ledviny a pokračuje jako sběrací kanálek, který se znovu zanořuje do dřeně. Průtok krve ledvinami Každá ledvina je zásobena renální arterií, přímo odstupující z aorty, a ty se před vstupem do ledvin dělí na 2-3 větve, které zásobují horní, střední a dolní část ledvin. Arterie se v ledvinách dělí dále, až z obloukovitých arterií odstupují arterie interlobulární, které pak dávají vznik aferentním arteriolám, přivádějícím krev do glomerulů. Krev se sbírá do interlobulárních vén, odvádějících krev do venae arcuate a z nich do vén interlobárních. Ty se pak spojují do několika kmenů a poté do renálních vén, které vystupují z ledviny. Ledvinami protéká 1 300 ml krve za minutu = 1 700 l krve za den, což odpovídá 25% minutového srdečního výdeje. Denně se utvoří 170 180 l ultrafiltrátu (primární moči) a přibližně 1,5 l definitivní hypertonické moči. Většina (80-90%) krve protéká kůrou ledvin, dřeň je velice málo prokrvená (protéká jí 1-2% objemu krve protékající ledvinou). Funkce jednotlivých částí nefronu V glomerulu se ultrafiltruje plazma filtrační membránou tvořenou endotelem kapilár, bazální membránou a sítí tvořenou uzounkými štěrbinami mezi výběžky podocytů. Filtračním tlakem zde vzniká z krevní plazmy glomerulární filtrát (GF) neboli primární moč. Vzniklý glomerulární filtrát odtéká do tubulů a stává se tubulární tekutinou, která podléhá dalšímu pracování: - některé látky se z těla vylučují jen glomerulární filtrací (např.inulin, kreatinin) a tubuly pouze protékají, - jiné látky se vylučují glomerulární filtrací a tubulární sekrecí (sekrecí do tubulů kyselina paraaminohippurová) - pouze tubulární sekrecí (amoniak) - nebo glomerulární filtrací v kombinaci s tubulární reabsorpcí (močovina, glukóza) Hlavní úkol proximálního tubulu je zpětná izoosmotická resorpce množství primární moči. Zpětně se resorbuje 75 80% GF. Kromě vody se zde vstřebávají ionty sodíku, chloru, močovina, bikarbonáty, draslík, vápník, hořčík, fosfáty, glukóza a aminokyseliny. Činnost proximálního tubulu probíhá nezávisle na množství extracelulární tekutiny v organizmu (obligatorní resorpce). Do Henleovy kličky odchází izoosmotická tekutina. Henleova klička je uložena mezi proximálním a distálním tubulem ve dřeni.
Sestupné raménko Henloevy kličky je volně prostupné pro vodu a ionty, zatímco tlustá část vzestupného raménka je pro vodu neprostupná a má velice aktivní mechanizmus ke vstřebávání Na + a Cl - z tubulu do intersticia. Tato pro vodu neprostupná část je stěžejní pro vytvoření vysokého osmotického tlaku (hyperosmolarity) ve dřeni, který pak zajišťuje tvorbu koncentrované moči. Henleovu kličku provázejí ve dřeni vasa recta, která pomáhají udržet osmotickou stratifikaci. Do distálního tubulu přitéká z Henleovy kličky hypotonická tekutina. Zpětně se tady resorbuje voda na 1% původního objemu glomerulárního filtrátu, dále se v něm vstřebává Na + a Cl -, bikarbonáty, fosfáty, K + a močovina. Vstřebávání je zde na rozdíl od proximálního tubulu většinou aktivní a je závislé na stupni hydratace organizmu a na osmolalitě ECT. Vstřebávání vody a sodíku je v distálním tubulu řízeno aldosteronem (minelarokortikoid z kůry nadledvin), vazoprasinem (ze zadního laloku hypofýzy) a atriálním natriuretickým faktorem (z myokardu síní), který zvyšuje vylučování sodíku. Výsledkem činnosti distálního tubulu je udržování stálého složení ECT. Napomáhají tomu však i procesy ve sběracím kanálku. Ve sběracím kanálku se tubulární tekutina upravuje na definitivní moč. Podílí se aktivně také na ph moči, což souvisí s udržováním homeostázy organizmu. Mechanizmus vytváření koncentračního gradientu ve dřeni Nejdůležitější částí pro vytváření hyperosmolárního intersticia ledviny je vzestupné raménko Henleovy kličky, které je neprostupné pro vodu. Probíhá v něm aktivní vstřebávání iontů proti koncentračnímu gradientu. Voda zůstává v raménku, proto v raménku převládá a tekutina se stává méně a méně osmotickou. Vstřebané ionty se dostávají do intersticia, které se tím stává stále koncentrovanějším. Dalšímu zahušťování ve dřeni napomáhá vstřebávání iontů ze sběracího kanálku. Třetím mechanizmem je vstřebávání močoviny ze sběracího kanálku. Voda odchází do intersticia a v kanálku se v důsledku toho koncentruje močovina, která pak začne po koncentračním gradientu prostupovat do intersticia také. Přehled vstřebávání jednotlivých látek Voda je v proximálním tubulu vstřebávána pasivně, v distálním tubulu aktivně v závislosti na stavu ECT. V distálním tubulu a sběracím kanálku je vstřebávání řízeno vazopresinem. Sodík se vstřebává pasivně i aktivně. Zpětná resorpce Na + je regulována aldosteronem, současně se sodíkem se také vstřebává voda a vylučuje draslík. Draslík se v proximálním tubulu vstřebává a v distálním tubulu a sběracím kanálku vylučuje výměnou za resorbovaný sodík. Výdej K + v distálním tubulu je řízen aldosteronem. Chloridové ionty se většinou vstřebávají kontransportem s ionty Na +, v proximálním tubulu se vstřebávají i pasivně.
Hydrogenkarbonátové ionty (HCO - 3) se vstřebávají pouze aktivně, v závislosti na potřebách homeostázy. Glukóza je prahová látka. Až do určité koncentrace glukózy v krvi (ledvinový práh pro glukózu) je proximální tubulus schopen všechnu glukózu aktivně vstřebat. Po přesáhnutí ledvinového prahu se glukóza objevuje v definitivní moči (nastává glykosurie) Proteiny se každý den filtrují z plazmy do glomerulárního filtrátu v množství asi 30 g. Protože jsou příliš velké na to, aby se zpětně vstřebávaly běžnými transportními mechanizmy, jsou rozloženy na aminokyseliny a pak jsou facilitovanou difuzí absorbovány do intersticiální tekutiny. Tvorba a vylučování moči Definitivní moč - je konečným produktem činnosti funkčního renálního parenchymu. Moč = charakteristicky zapáchající, čirá, zlatožlutá kapalina (zbarvená urochromem) o specifické hmotnosti 1 003 až 1 038 kg/m 3. - ph moči je většinou lehce kyselé, ale může se pohybovat od 4,5 do 8,00 - obsahuje sodík, draslík, chlor, vápník a kreatinin - obsahuje rovněž amylázu, kyselinu vanilmandlovou, kyselinu močovou, močovinu a další látky. Při normální diuréze se za 24 hodin vyloučí 55-70 g pevných látek. V moči zdravého člověka nejsou bílkoviny ani glukóza nebo bilirubin. Diuréza = množství moči vytvořené za 24 hodin, činí 1,5 2 l Oligurie = snížení množství moči Anurie = zástava tvorby moči Polyurie = množství vytvořené moči větší než 2 litry za den Diuréza je řízena antidiuretickým hormonem, který ovlivňuje propustnost distálního tubulu a sběracího kanálku pro vodu. Vývodné cesty močové - u člověka nemají schopnost měnit množství a složení moči, - slouží pouze k odvodu definitivní moči z těla K močovým cestám patří: - ledvinné kalichy, - pánvička, močovody (uretery), - močový měchýř, - močová trubice (uretra). Do ledvinných kalichů, které ústí do ledvinných pánviček, se sbíhají sběrné kanálky a přidávají definitivní moč. Ledvinná pánvička působí jako krátkodobý rezervoár moči. Při určitém objemu se v distální části pánvičky utvoří cirkulární stah a oddělí tak porci moči vznikne
močové vřeténko. To aktivně postupuje po ureteu, až se moč vypudí do močového měchýře. Močový měchýř je uzavřen dvěma svěrači. Vnitřní je tvořen hladkou svalovinou a zevní svěrač svalovinou příčně pruhovanou. Močení (mikce) - proces vyprazdňování močového měchýře Močový měchýř se postupně naplňuje a až do objemu 200 300 ml se v něm nezvyšuje tlak. (max. objem moč.měchýře je 750 ml). Náplň 400 ml už vyvolává mikční reflex. Centrum tohoto reflexu je v sakrální míše. Přehled funkcí ledvin Vylučovací funkce Do moči se ledvinami vylučují látky, kterých je v těle nadbytek např. voda, sodík, draslík, fosfáty a vápenaté ionty. Vylučují se do ní zplodiny metabolizmu kyselina močová, močovina a kreatinin. Endokrinní funkce Přeměněné svalové buňky na buňky juxtaglomerulární jsou schopné secernovat renin. Renin je secernován jako odpověď na snížené prokrvení ledvin, na stimulaci vegetativním systémem nebo na sníženou koncentraci sodíku a chloru v distálním tubulu. Renin je součástí systému renin angiotenzin aldosteron, který udržuje složení krevní plazmy a účastní se na regulaci krevního tlaku. Erytropoetin je látka, která vzniká z 90-95 % v ledvinách a reguluje tvorbu červených krvinek. Aktivace vitamínu D: přirozený vitamín D (cholekalciferol) a syntetický (ergokalciferol) podstupují v ledvinách závěrečnou přeměnu na aktivní metabolit kalcitriol. Funkcí vitamínu D je podporovat vstřebávání vápníku a fosfátů ve střevě a v ledvinách a podílet se na řízení metabolizmu vápníku v kostech. Řízení objemu krve a krevního tlaku Zvýšený objem krve zvýšený srdeční výdej zvýšení arteriálního tlaku i filtračního tlaku v ledvinách. === zvýšení objemu moči (tlaková diuréza) a snížení cirkulujícího objemu, a proto i snížení arteriálního tlaku. Regulace krevního tlaku je možná také humorálními mechanizmy. Při zvýšeném tlaku se také snižuje sekrece antidiuretického hormonu a reninu. Udržování acidobazické rovnováhy Při acidobáze se vylučuje větší množství H + než bikarbonátu, a tím se snižuje acidita extracelulární tekutiny, při alkalóze je tomu naopak. Mechanizmy, které dovolují změnit množství vylučovaného H +, jsou poměrně komplikované, a proto úprava acidobazické rovnováhy ledvinami nastupuje na rozdíl
od krevního nárazníkového systému (několik sekund) a dýchacího systému (několik minut) až za několik dní. Výhodou je však možnost regulace poměrně dlouhou dobu. Řízení činnosti ledvin Řízení průtoku krve ledvinami Průtok krve ledvinami je stabilní v rozmezí tlaku krve od 80 do 180 mm Hg (10,5-24 kpa) aortálního tlaku. Stabilita je zajištěna: - přímo vazomotorickou reakcí vas afferens a vas efferens - působením sympatiku autoregulace průtoku krve ledvinami. Pokles po dolní hranici nebo překročení horního limitu vedou k nestabilitě průtoku, autoregulace selhává. Na průtok krve ledvinami má vliv také juxtaglomerulární aparát systémem renin angiotenzin. Způsobuje vazodilataci vas afferens a vazokonstrikci vas efferens, což vede ke zvýšení filtračního tlaku. Dále se zde může uplatnit systém kalikrein kinin (způsobuje vazodilataci) a prostaglandiny. Řízení tubulárních procesů Tubulární procesy řídí hormony, které zasahují do vstřebávání a vylučování iontů a vody. Antidiuretický hormon (ADH) vazopresin působí na distální tubulus a sběrací kanálek. Podnětem pro jeho vyplavení z neurohypofýzy je vzestup osmolality krevní plazmy, který signalizuje nedostatek extracelulární tekutiny v organizmu. Po navázání na receptory se velice rychle zvýší zpětná resorpce vody, a tím se sníží množství vylučované moči. Aldosteron (mineralokortikoid z kůry nadledvin) reguluje objem ETC prostřednictvím zpětné resorpce H + a vylučování K +. Funkční zkoušky ledvin Funkcí ledvin je především filtrovat krev a zpětně vstřebávat látky, které pomáhají udržet krevní objem a osmolalitu, a vylučovat zplodiny z organizmu. Proto biochemické vyšetření krve a moči je jedním z důležitých ukazatelů funkce ledvin. Specifická hmotnost moči se mění v závislosti na obsahu solutů. Měří se urinometrem. Zdravá ledvina dokáže moč zkoncentrovat na specifickou hmotnost 1 030 až 1038 a zředit až na 1 003 kg/m 3. Test k vyšetření maximální koncentrační schopnosti ledvin: 12 hodin žíznění. Pak odebírány po 2 hodinách vzorky moči a určuje se jejich osmolalita nebo specifická hmotnost. Před odebráním posledního vzorku (nejdéle po 20 hodinách žíznění) se odebere vzorek i žilní krve. Zdravý člověk vytvoří za těchto podmínek moč, jejíž měrná hmotnost je nejméně 1 028, většinou je dosaženo hodnot vyšších. Zkouška se nesmí provádět u pacientů s onemocněním ledvin, horečkou nebo ledvinovými kameny. Tvorba koncentrované moči je funkcí dřeně ledvin, proto je porušena u procesů postihujících dřeň.
Test k vyšetření maximální zřeďovací schopnosti ledvin: Nemocný vypije během půl hodiny 1,5 litru vody nebo slabého čaje. Moč se sbírá 8x po půl hodině. Zdravý člověk během těchto 4 hodin vymočí aspoň 3/4 přijatého množství tekutiny a měrná hmotnost moči klesne na hodnotu 1 003. Glomerulární filtrace - jejím měřením je možno posoudit celkové množství funkčního ledvinového parenchymu - stanovuje se látkami, které se v tubulech ani neresorbují, ani nesecernují, vylučují se jenom glomerulární filtrací (např. inulin nebo endogenní kreatinin). Glomerulární filtrace je pak vyjádřena clearancí těchto látek. Clearance (C) je objem plazmy, který se za časovou jednotku úplně očistí od dané látky: C = U. V, kde: P C = clearance dané látky U = koncentrace dané látky v moči V = objem moči P = koncentrace dané látky v plazmě U zdravého člověka je clearance inulinu, a tedy i glomerulární filtrace 2 4 ml/s (tj. 120 240 ml/min). Průtok plazmy ledvinami se měří clearancí kyseliny paraaminohipurové, tedy látky, která se kromě glomerulární filtrací vylučuje do tubulů i exkrecí.