腎血流

この章は、2017 CICM Primary SyllabusのセクションG4（ii）に関連しており、試験受験者に「様々な局所循環における血液量と流れの分布を記述する…自動調節を含む…」ことを期待しています。 これらは、脳および脊髄、肝および脾臓、冠状動脈、腎および子宮胎盤循環を含むが、これらに限定されない」とされています。 腎循環は過去の論文でも何度か登場している：

• 2015年第2回論文の問3
• 2012年第1回論文の問11
• 2008年第2回論文の問12
• 2007年第2回論文の問6（P2）

脳・肝代謝同様、改訂構成の中でこの章にふさわしい位置を見つけるのは困難であった。 腎臓なのか？ 循環器なのか？ 最終的に著者は、糸球体濾過や溶質クリアランスの話題に危険なほど近づかない限り、この章を循環器系の見出しに当てはめるのが比較的安全だろうと考えていたのです。

まとめると

査読済みの文献には質の高い資料がたくさんあり、CICM試験受験者は、たとえ何もお金を払わないことにしたとしても、選択の余地を与えられているのです。 Stein (1990)は古いですが、短く、良質で、無料です。 Braam et al (2014)は新しく、良書で、無料ですが、長いです。

腎臓の血管供給

各腎臓には、基本的に大きな筋肉動脈である腎動脈と、大動脈の主枝が供給されています。 それぞれ長さは約4～5cm、直径は5～10mmで、通常は片方が少し大きくなっています。 ヒトの腎動脈は、実質に入る直前で、前主枝と後主枝に分かれる傾向があり、さらに分枝に分かれる。 腎臓の内部では、これらの動脈の間に吻合はなく、それぞれの枝は末端枝であり、ある分枝動脈の虚血は、その分布域に局所的な虚血を引き起こす（Bertram, 2000）。

まとめると、腎臓の動脈と静脈の循環は、血管の連続したリストとして示すことができます。

• 大動脈の枝である腎動脈
• 腎動脈の前および後主枝
• 分枝動脈（大動脈）
• 葉間動脈、皮質と髄質の境界で腎臓組織に入る
• 弧状動脈、大動脈の前と後主枝。 皮質と髄質の間を弧を描くように走る
• 皮質放射状動脈、中心から腎嚢に向かって放射状に上昇する
• 求心性細動脈、糸球体に供給
• 糸球体毛細管、
• 求心性細動脈、腎嚢に供給。
• 皮質尿細管を取り囲む尿細管周囲毛細管
• 直腸静脈、腎髄質への経路に沿ってヘンレループを取り囲む下降および上昇直線血管
• 弧状静脈。 上行直腸静脈が流れ込む
• 小葉間静脈：弧状静脈から血液を集める
• 腎静脈：下大静脈に流れ込む

ここでの図はKriz & Kaissling (1992) による素晴らしい “Structural organisation of the mammalian kidney” から転載したものである。 振り返ってみると、オリジナルの画像には、追加された注釈と子供じみた色付けは必要なかったと認めざるを得ません。 しかし…

腎臓のろ過機能に対する腎血管の生理的意義は、別のところで論じられています。 血管に焦点を当てたこの章では、腎微小循環の最もユニークな特徴に注目することが重要だろう：

• 腎循環には2つの毛細血管網がある。
  • 糸球体毛細血管である高圧毛細血管網
  • 管周囲毛細血管である低圧毛細血管網
• 求心性および放出性細動脈の抵抗です。

腎臓の血流

総心拍出量の約 20 ～ 25% が、最終的に腎臓に流れます。 これは、400ml/100g 組織/分、つまり 1 分あたり約 1000ml で、脳の約 8 倍に相当します。 これは誰の腎臓を測定するかによってかなり違ってくるのは明らかだ。例えば、Bergström（1959）は健康なボランティアのグループから660ml/minから2190ml/minまでの結果を得ている。

明らかに、この血流は腎臓の代謝活動とはまったく関係がありません。 全体として、腎臓は供給される酸素の約 10 ～ 15% しか抽出しておらず、したがって腎静脈の酸素飽和度は比較的高い (～ 85%) のである。 このことから、腎臓の細胞は常に贅沢な酸素過剰に包まれているに違いないと思われるかもしれないが、実はそうではない。 血流はすべて大脳皮質（糸球体のある部分）に行く傾向があり、約500ml/100g/min、つまり全体の95％を占めているのに対し、髄質には20〜100ml/minの血流しかないのだ。 そして、髄質には働き者の尿細管細胞があり、せっせと尿細管液からナトリウムを吸い出している。 濾過されたナトリウムの99.5％を回収する必要があるため、代謝の観点からは決して安上がりなプロセスではない。したがって、腎髄質はその質量に対して非常に高い代謝活性を持っており、全身のわずか0.5％の質量でありながら、全酸素の7％を使用している。

予想されるように、このような酸素消費量では、腎髄質はおそらく慢性的に酸素不足で、むしろ高い酸素抽出率を有しています。 実際、Leichtweissら（1969）は、腎髄質のpO2を約8～10mmHgと測定しています。 さらに悪いことに、髄質では小葉間血管と直腸瘤が近接しているため、動脈血から直接静脈に酸素が拡散し、髄質深部の組織を奪っている。 最後に、髄質への腎血流量が少なければ、せっかく作った濃度勾配が流されてしまう。

つまり、腎臓で行われる最もエネルギー消費量の多い作業は、腎髄質で行われるナトリウムの再吸収なのです。 そして、腎臓に送られるナトリウムの量は、血流に依存する糸球体濾過量に依存します。 このように、腎臓の代謝需要は血流によって決定され、その逆はないのです。 つまり、腎臓に少ない血液で灌流すれば、ポンプするナトリウムが少なくなり、必要な代謝燃料が少なくなります。 その結果、腎臓の酸素抽出量は、血流速度が異なってもあまり変化しません (レヴィ、1960 年)。

腎臓血流の自動調節

腎臓の血流は糸球体ろ過と溶質クリアランスの重要な決定因子なので、広範囲の全身状態にわたって安定していることを望むのは道理と言えます。 実際、このような現象が観察されている。

このグラフには多くの組み合わせがあり、あまりにもどこにでもあるため、専門書では参照するのをやめました。 以下は、公式と思われるソース(Burke et al, 2014 and Ravera et al, 2006)からの代表例です：

このグラフが信じられないほど多様で、参照されない理由はおそらくどの著者のものでもないのでしょう。 腎臓が灌流圧の変化に直面して安定した血流を維持するという考えは、Rein & Rossler (1929) によって出血性ショック モデルのコンテキストで初めて発見されましたが、その後、文字通り何百人もの著者があらゆる循環順列を探る数多くの実験を行い、誰もが何らかの圧力-流量曲線を作成しました。 ここでは、Rotheら(1971)の論文から代表的な画像(基本的にランダムに選択)を提供する。

このグラフのラベル付けと表示方法については、教科書や出版社によって大きな違いがあり、多くは相対値ではなく実際のフロー値を使用したり、平均値ではなく収縮期動脈圧を選択したりしています。 中には（上記の著者のように）どの圧力を測定したのか明記していないものもある。 したがって、試験のために特定の圧力値を暗記するという行為は、より一層馬鹿げたことになる。 万が一、数字が必要な場合は、大学受験の答案で腎臓への血流は「75〜160mmHgの動脈血管圧力に対して一定である」と報告しているのを参考にすればよいだろう。

この自動調節は、血液が糸球体に入る直前の求心性細動脈レベルで起こります。

この自動調節は、血液が糸球体に入る直前の求心性細動脈レベルで起こります。この調節は主に 3 つのメカニズムによって行われます。急速な筋原性メカニズム、次糸球体細胞への塩分供給速度に関連したより遅いメカニズム (尿細管糸球体フィードバック)、さらに遅く、特に満足できる説明がない第三のメカニズムが挙げられます。

筋原性腎血流自動調節

腎臓の求心性細動脈のこの特性は、実際には他のすべての種類の細動脈に共通しており、平滑筋の固有の特性であるように見えます (内皮を除去した細動脈はまだこれを行うので、内皮は明らかにこのために必要ではない、という意味において)。 要するに、動脈壁にかかる圧力（伸張）が大きくなると、それに反応して動脈が収縮する。 これにより、血管抵抗が増加するため、圧力勾配が変化しても、流れは変化しない。 これは非常に速いプロセスで（0から収縮まで10秒以内）、腎臓の血管の調節能力の約50％を占めている。 このメカニズムは、伸張に反応して起こる膜の脱分極に関係していると言われているが、何が引き金になって、分子レベルでどのように起こるのか、正確には誰もよく分かっていない。 Schubert & Mulvany (1999) は、試験のために必要以上に詳しくこのことを扱っているので、読者は簡単な概要以上のことを知りたいのであれば、そちらを参照してください。

尿細管糸球体フィードバックによる腎血流の調節

筋原性反応とは異なり、尿細管糸球体フィードバック (TGF) は腎臓に固有のものです。 このメカニズムは、過度に詳細な説明は省きますが、次のように要約できます。

• ヘンレループからの塩分再吸収は活発なプロセスです
• このプロセスは、利用できる塩分の量に大きく依存します。 尿細管液の流速に
• 糸球体の血流が増加すると、尿細管液の流速が増加する（糸球体のろ過が増加するので）
• したがって、糸球体の血流が増加すると、ヘンレのループによって再吸収される塩の量が増加する。
• 塩分濃度の変化は、黄斑核の内腔膜にあるNa+-K+-2Cl-共輸送体（NKCC2）を介して、黄斑核で感知される。
• これにより、黄斑変性細胞からの ATP 放出量が増加します
• 次に、ATP は求心性細動脈の特定のプリン受容体を活性化するか、アデノシン（これは次に A1- アデノシン受容体に作用します）に変換されます。
• 正味の効果としては、ネフロンへの塩分輸送の増加により糸球体血流が減少し、塩分輸送が減少します (すなわち、これは負のフィードバック機構です

このメカニズムは筋原性調節よりもかなり緩慢です。 Just (2007)による実際の動物データをざっくりと再構成すると、これらのメカニズムのタイミングは以下のようになります。

ご覧のように、第3の調節メカニズムは一部の著者によって説明されていますが、おそらくあまり重要ではなく (総調節能力の15%未満を占めています)、-最も重要-教科書やCICM公式SAQ答案に通常言及されていないのが実状です。 このメカニズムはフルセミドで尿細管糸球体フィードバックを停止させることで証明することができる。

交感神経支配の影響

自律神経系は、腎臓の循環を、このメカニズムは圧力を変化させて流れを安定させないという意味で、自動調節ではありませんが、制御するように神経を通したりコントロールしたりします。 その代わり、腎臓への血流はこの制御システムによって意図的に増加または減少させられる。 このトピックについては、文献にもっと良いレビューがあります(例: Johns et al, 2011)。

腎臓の交感神経支配。 腎臓の血管構造は、T11-L3付近から発生する交感神経線維によって支配されています。 これらの前交感神経線維は、次に神経節に渡りますが、神経節は個人差が大きく、傍脊椎、前脊椎、大動脈神経、脾臓、腹腔および上腸間膜神経節はすべて正当な可能性があり、予測できる「脊髄レベル」は存在しません。 さらに複雑なことに、それぞれの腎臓は異なるレベルの神経節群によって支配されている。 そこから、節後交感神経線維が腎動脈とともに腎臓に入り、単線線維のネットワークに分かれて皮質と髄質に侵入する。 バラハスら（1992）は、交感神経終末を目的地まで根気よく追跡し、明らかなもの（求心性および排水性の細動脈）だけでなく、意外なもの（例えば、柔毛球体装置の顆粒細胞、尿細管のセグメントなど）を含む複数の部位で交感神経終末を見いだした。 よく調べてみると、これらの神経終末はノルアドレナリンでいっぱいです。

安定した交感神経緊張の効果です。

安定した交感神経緊張の効果：通常の状況では、自律神経系が落ち着いているため、交感神経が及ぼすわずかな影響も、腎筋原性および尿細管性自動調節の毛布の下に隠れるように終わります。 そのため、交感神経の働きは決して見えません。 しかし、交感神経の作用は微弱ではあるが、明らかに大きな影響力をもっている。 Kompanowska-Jezierskaら（2001）がラットの腎臓の一部を脱神経したとき、皮質血流は25％増加し、通常の安静時の交感神経緊張の大きさを示している。

腎臓の交感神経線維を活性化する効果: 自律神経系が何らかの強力な刺激 (たとえば、ショック状態や、ひどく無礼な同僚) によって激怒すると、いくつかの効果が生まれます。

• 腎血管の収縮
• 尿細管でのナトリウムと水の再吸収の増加
• 次糸球体細胞からのレニン放出の増加

これまでバックグラウンドで静かだった腎血管収縮は、今度ははるかに活発になります。 血流の腎臓の自動調節を上書きするというよりは、むしろ自動調節曲線の形状を変化させるのです。

これはおそらく、出血性のものに対する全身反応という文脈で意味をなすのでしょう。 循環量を守ることは、腎臓への灌流に無駄な血液を使わないことも必然的に含まれます。 実際、腎臓が自分の血流を調節して、生体の他の部分により多くの血液を供給できるようになるとよいのですが。

どこまで低くできるでしょうか。 CICM試験の解答では、交感神経の血管収縮により腎臓の血流が低下しうる最小値として10％を挙げています。 これは理論的な数字であり、どこから出てきたのか突き止めることはできませんが、もっともらしい数字に見えます。 Dibona & Sawin (1999) がいくつかの腎臓に電気ショックを与えて拷問したところ、このグラフが出来上がりました。

考えられるのは、交感神経刺激を増やして、さらに血管収縮を引き起こすことができるかもしれないということです。 それはどこで終わるのでしょうか？ CICM の試験官は 10% と言っていますが、かなり恣意的なところで止まっているように思えます。 確かに、少なくとも理論的には、どの血管を流れる最小流量は実際にはゼロである。 もちろん、ベッドサイドの診療では、実際の生きている患者を含む臨床シナリオでこのようなことを見ることはないだろうが、これはDeranged Physiologyである。 Spencer ら (1954) が、ノルアドレナリンの 3μg のボーラスを犬の露出した腎動脈に直接注入したところ、まさにゼロフローが得られました

交感神経活性化による糸球体のろ過の効果は、少なくとも活性化の中レベルでは最小の場合が多いです。 上記のグラフから、腎臓の血流が減少すれば、それに比例して糸球体濾過量も減少すると思われるかもしれません。 しかし、そうではない。 少なくとも糸球体濾過量の減少は、腎血流量の減少ほどには大きくない。 これは、遠心性尿細管が求心性尿細管よりもはるかに収縮し、腎血流量が減少しても、糸球体を通る血液量が増えるからである。 許容される刺激の範囲は驚くほど大きい。 Millsら(1960)は交感神経刺激薬を犬に投与し、血圧を40%上昇させるほどの血管収縮剤がない限り、糸球体濾過量は本質的に変化しないことを観察している

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