Nerki

Continued From Above…

Anatomia Nerek

Położenie

Nerki to para narządów znajdujących się wzdłuż tylnej ściany mięśniowej jamy brzusznej. Nerka lewa jest położona nieco wyżej niż nerka prawa ze względu na większy rozmiar wątroby po prawej stronie ciała. W przeciwieństwie do innych narządów jamy brzusznej, nerki leżą za otrzewną wyściełającą jamę brzuszną i dlatego zaliczane są do narządów zaotrzewnowych. Żebra i mięśnie grzbietu chronią nerki przed uszkodzeniami zewnętrznymi. Tkanka tłuszczowa znana jako tłuszcz okołonerkowy otacza nerki i działa jako wyściółka ochronna.

Struktura

Nerki mają kształt fasoli z wypukłą stroną każdego narządu położoną bocznie i stroną wklęsłą przyśrodkowo. Wgłębienie na wklęsłej stronie nerki, znane jako wole nerkowe, zapewnia miejsce dla tętnicy nerkowej, żyły nerkowej i moczowodu, które wchodzą do nerki.

Cienka warstwa tkanki łącznej włóknistej tworzy torebkę nerkową otaczającą każdą nerkę. Torebka nerkowa zapewnia sztywną powłokę zewnętrzną, która utrzymuje kształt miękkich tkanek wewnętrznych.

Głęboko pod torebką nerkową znajduje się miękka, gęsta, naczyniowa kora nerki. Siedem stożkowatych piramid nerkowych tworzy rdzeniak nerkowy głęboko do kory nerkowej. Piramidy nerkowe są ustawione tak, że ich podstawy skierowane są na zewnątrz w kierunku kory nerek, a wierzchołki skierowane są do wewnątrz w kierunku centrum nerki.

Każdy wierzchołek łączy się z kielichami mniejszymi, małymi pustymi rurkami, które zbierają mocz. Mniejsze kielichy łączą się, tworząc 3 większe kielichy główne, które dalej łączą się, tworząc pustą miedniczkę nerkową w centrum nerki. Miedniczka nerkowa wychodzi z nerki we wrotach nerkowych, skąd mocz odprowadzany jest do moczowodu.

Zaopatrzenie w krew

1. Tętnice nerkowe odgałęziają się bezpośrednio od aorty brzusznej i wchodzą do nerek przez wrotami nerkowymi.
2. Wewnątrz nerek tętnice nerkowe rozchodzą się na mniejsze tętniczki dośrodkowe nerek.
3. Każde tętniczko dośrodkowe przenosi krew do kory nerek, gdzie rozdziela się na wiązkę naczyń włosowatych zwanych kłębuszkami nerkowymi.
4. Z kłębuszków nerkowych krew łączy się w mniejsze tętniczki dośrodkowe, które schodzą do rdzenia nerek.
5. Tętniczki eferentne rozdzielają się na naczynia włosowate okołopęcherzykowe, które otaczają kanaliki nerkowe.
6. Następnie, naczynia włosowate okołopęcherzykowe łączą się w żyły, które łączą się ponownie w dużą żyłę nerkową.
7. W końcu żyła nerkowa wychodzi z nerki i łączy się z żyłą główną dolną, która odprowadza krew z powrotem do serca.

Nefron

Każda nerka zawiera około 1 miliona pojedynczych nefronów, mikroskopijnych jednostek funkcjonalnych nerek, które filtrują krew do produkcji moczu. Nefron składa się z dwóch głównych części: ciałka nerkowego i kanalika nerkowego.

Odpowiedzialny za filtrowanie krwi, ciałko nerkowe składa się z naczyń włosowatych kłębuszka nerkowego i torebki kłębuszka (znanej również jako torebka Bowmana). Kłębuszek nerkowy jest połączoną siecią naczyń włosowatych, która zwiększa powierzchnię kontaktu krwi ze ścianami naczyń krwionośnych. Kłębuszek otoczony jest torebką kłębuszka, podwójną warstwą nabłonka płaskiego prostego w kształcie kielicha, z pustą przestrzenią pomiędzy warstwami. Specjalne komórki nabłonkowe, znane jako podocyty, tworzą warstwę torebki kłębuszka otaczającą naczynia włosowate kłębuszka. Podocyty współpracują ze śródbłonkiem naczyń włosowatych, tworząc cienki filtr oddzielający mocz od krwi przechodzącej przez kłębuszek. Zewnętrzna warstwa torebki kłębuszka utrzymuje mocz oddzielony od krwi wewnątrz torebki. Na dalekim końcu torebki kłębuszka, naprzeciwko kłębuszka, znajduje się ujście kanalika nerkowego.

Seria rurek zwanych kanalikami nerkowymi zagęszcza mocz i odzyskuje z moczu rozpuszczalniki nie będące odpadami. Kanalik nerkowy przenosi mocz z torebki kłębuszka do miedniczki nerkowej.

1. Krzywizna pierwszej części kanalika nerkowego jest znana jako kanalik proksymalny. Komórki kanalików, które wyściełają kanalik proksymalny, wchłaniają większość wody i składników odżywczych początkowo filtrowanych do moczu.
2. Następnie mocz przechodzi przez pętlę Henlego, długą prostą kanalik, która przenosi mocz do rdzenia nerki, a następnie skręca i wraca do kory nerki.
3. Po pętli Henlego następuje kanalik zagięty dystalny.
4. W końcu mocz z kanalików zagęszczonych dystalnych kilku nefronów dostaje się do przewodu zbiorczego, który przenosi zagęszczony mocz przez rdzeniak nerki i do miedniczki nerkowej.
5. Z miedniczki nerkowej mocz z wielu przewodów zbiorczych łączy się i wypływa z nerek do moczowodów.

Fizjologia Nerek

Wydalanie Odpadów

Podstawową funkcją nerek jest wydalanie produktów odpadowych powstających w wyniku metabolizmu białek i skurczu mięśni. Wątroba metabolizuje białka pokarmowe w celu wytworzenia energii i produkuje toksyczny amoniak jako produkt odpadowy. Wątroba jest w stanie przekształcić większość tego amoniaku w kwas moczowy i mocznik, które są mniej toksyczne dla organizmu. Tymczasem mięśnie naszego ciała wykorzystują kreatynę jako źródło energii i w procesie tym wytwarzają produkt odpadowy – kreatyninę. Amoniak, kwas moczowy, mocznik i kreatynina gromadzą się w organizmie z czasem i muszą być usunięte z obiegu, aby utrzymać homeostazę.

Kłębuszki nerkowe filtrują wszystkie cztery z tych produktów odpadowych z krwiobiegu, pozwalając nam wydalać je z organizmu w moczu. Około 50% mocznika znajdującego się we krwi jest ponownie wchłaniane przez komórki kanalików nefronu i wraca do krwioobiegu. Mocznik we krwi pomaga skoncentrować inne bardziej toksyczne produkty odpadowe w moczu poprzez utrzymanie równowagi osmotycznej między moczem a krwią w rdzeniach nerek.

Filtracja, wchłanianie i wydzielanie

1. Nerki filtrują krew, gdy przechodzi ona przez naczynia włosowate, które tworzą kłębuszek nerkowy. Ciśnienie krwi zmusza większość osocza krwi do przedostania się przez wyściółkę naczyń włosowatych do torebki kłębuszka. Komórki krwi są zbyt duże, aby przejść przez wyściółkę naczyń włosowatych i dlatego pozostają w naczyniach włosowatych wraz z resztkami osocza. Przefiltrowane osocze, znane teraz jako płyn kanalikowy, zaczyna wypływać z torebki kłębuszka i trafia do kanalika proksymalnego.
2. W tym samym czasie zagęszczona krew, która pozostaje w kapilarach kłębuszka, przemieszcza się do tętniczek eferentnych i dalej do kapilar okołopęcherzykowych otaczających kanalik proksymalny. Komórki nabłonkowe wyściełające kanalik aktywnie reabsorbują wartościowe cząsteczki glukozy, aminokwasów i jonów z przesączu i oddają je z powrotem do krwi. Komórki te wchłaniają również wszelkie produkty odpadowe pozostające we krwi (takie jak amoniak i kreatynina) i wydzielają te związki chemiczne do przesączu. Podczas gdy te rozpuszczalniki są wymieniane, ciśnienie osmotyczne wypycha wodę z rozcieńczonego, hipotonicznego przesączu z powrotem do stężonej, hipertonicznej krwi.
3. Z kanalika proksymalnego płyn kanalikowy wchodzi następnie do pętli Henlego, gdzie woda i jony są ponownie wchłaniane. Końcówka zstępująca pętli Henlego jest przepuszczalna dla wody i przenosi przesącz głęboko do rdzenia nerki. Tkanki rdzenia otaczające kanalik zawierają duże stężenie jonów i bardzo mało wody w porównaniu z przesączem. Ciśnienie osmotyczne pomiędzy hipotonicznym przesączem a hipertonicznymi komórkami rdzenia wypycha wodę z przesączu do komórek. Komórki rdzenia zwracają tę wodę do krwi płynącej przez pobliskie naczynia włosowate.
4. Filtrat przechodzi następnie przez kończynę wstępującą pętli Henlego, gdy wychodzi z rdzenia. Tkanki otaczające kończynę wstępującą nie są przepuszczalne dla wody, ale są przepuszczalne dla jonów. Przesącz jest bardzo skoncentrowany po przejściu przez kończynę zstępującą, więc jony łatwo dyfundują z przesączu do komórek wyściełających kończynę wstępującą. Jony te są zwracane do krwi przepływającej przez pobliskie naczynia włosowate.
5. Płyn kanalikowy wychodzący z pętli Henlego przechodzi następnie przez kanalik zagięty dystalny i przewód zbiorczy nefronu. Kanaliki te kontynuują reabsorpcję niewielkich ilości wody i jonów, które nadal pozostają w przesączu. Tkanki otaczające przewód zbiorczy aktywnie wchłaniają nadmiar jonów potasu i wodoru z pobliskich naczyń włosowatych i wydzielają te nadmiarowe jony jako odpady do przesączu.
6. Gdy przesącz osiąga koniec przewodu zbiorczego, prawie wszystkie cenne składniki odżywcze, jony i woda zostały zwrócone do krwiobiegu, podczas gdy produkty odpadowe i niewielka ilość wody pozostają, tworząc mocz. Mocz wychodzi z kanalika zbiorczego i łączy się z moczem z innych kanalików zbiorczych w miedniczce nerkowej.

Homostaza wody

Nerki są w stanie kontrolować ilość wody w organizmie poprzez zmianę reabsorpcji wody przez kanaliki nefronu. W normalnych warunkach, komórki kanalików nefronu reabsorbują (poprzez osmozę) prawie całą wodę, która jest filtrowana do moczu przez kłębuszek nerkowy.

Reabsorpcja wody prowadzi do bardzo zagęszczonego moczu i zachowania wody w organizmie. Hormony: hormon antydiuretyczny (ADH) i aldosteron zwiększają reabsorpcję wody, aż prawie 100% wody przefiltrowanej przez nefron zostanie zwrócone do krwi. ADH stymuluje powstawanie białek kanałów wodnych w kanalikach zbiorczych nefronów, które umożliwiają przechodzenie wody z moczu do komórek kanalików i dalej do krwi. Aldosteron działa poprzez zwiększenie reabsorpcji jonów Na+ i Cl-, powodując, że więcej wody przedostaje się do krwi na drodze osmozy.

W sytuacjach, gdy we krwi znajduje się zbyt dużo wody, nasze serce wydziela hormon przedsionkowy peptyd natriuretyczny (ANP) w celu zwiększenia wydalania jonów Na+ i Cl-. Zwiększone stężenie Na+ i Cl- w moczu przyciąga wodę do moczu poprzez osmozę, zwiększając objętość produkowanego moczu.

Homostaza kwasowo-zasadowa

Nerki regulują poziom pH krwi poprzez kontrolowanie wydalania jonów wodorowych (H+) i wodorowęglanowych (HCO3-). Jony wodorowe gromadzą się, gdy białka są metabolizowane w wątrobie i gdy dwutlenek węgla we krwi reaguje z wodą, tworząc kwas węglowy (H2CO3). Kwas węglowy jest słabym kwasem, który częściowo dysocjuje w wodzie tworząc jony wodorowe i jony wodorowęglanowe. Oba jony są filtrowane z krwi w kłębuszku nerkowym, ale komórki kanalików wyściełających nefron selektywnie reabsorbują jony wodorowęglanowe, pozostawiając jony wodorowe jako produkt odpadowy w moczu. Komórki kanalików mogą również aktywnie wydzielać dodatkowe jony wodorowe do moczu, gdy krew staje się wyjątkowo kwaśna.

Wchłonięte ponownie jony wodorowęglanowe dostają się do krwiobiegu, gdzie mogą neutralizować jony wodorowe poprzez tworzenie nowych cząsteczek kwasu węglowego. Kwas węglowy przechodząc przez naczynia włosowate płuc dysocjuje na dwutlenek węgla i wodę, pozwalając nam na wydychanie dwutlenku węgla.

Homostaza elektrolitów

Nerki utrzymują homeostazę ważnych elektrolitów kontrolując ich wydalanie z moczem.

• Sód (Na+): Sód jest ważnym elektrolitem dla funkcji mięśni, funkcji neuronów, regulacji ciśnienia krwi i regulacji objętości krwi. Ponad 99% jonów sodu przechodzących przez nerki jest ponownie wchłaniane do krwi z przesączu kanalikowego. Większość reabsorpcji sodu odbywa się w kanalikach proksymalnych i wstępującej pętli Henlego.
• Potas (K+): Podobnie jak sód, potas jest elektrolitem niezbędnym do pracy mięśni, funkcjonowania neuronów i regulacji objętości krwi. Jednak w przeciwieństwie do sodu, tylko około 60 do 80% jonów potasu przechodzących przez nerki jest wchłanianych ponownie. Większość reabsorpcji potasu zachodzi w kanaliku proksymalnym i wstępującej pętli Henlego.
• Chlorek (Cl-): Chlorek jest najważniejszym anionem (jonem naładowanym ujemnie) w organizmie. Chlorek jest niezbędny do regulacji takich czynników jak pH i równowaga płynów komórkowych oraz pomaga w ustaleniu potencjału elektrycznego neuronów i komórek mięśniowych. Proksymalny kanalik żółty i wstępująca pętla Henlego reabsorbują około 90% jonów chlorkowych filtrowanych przez nerki.
• Wapń (Ca2+): Wapń jest nie tylko jednym z najważniejszych minerałów w organizmie, który komponuje kości i zęby, ale jest również ważnym elektrolitem. Funkcjonując jako elektrolit, wapń jest niezbędny do skurczu tkanki mięśniowej, uwalniania neuroprzekaźników przez neurony i stymulacji tkanki mięśniowej serca. Kanalik proksymalny i wstępująca pętla Henlego reabsorbują większość wapnia z przesączu kanalikowego do krwi. Hormon przytarczyc zwiększa reabsorpcję wapnia w nerkach, gdy poziom wapnia we krwi staje się zbyt niski.
• Magnez (Mg2+): Jon magnezu jest elektrolitem niezbędnym do prawidłowego funkcjonowania enzymów, które pracują ze związkami fosforanowymi, takimi jak ATP, DNA i RNA. Kanalik proksymalny i pętla Henlego reabsorbują większość magnezu, który przechodzi przez nerki.

Homeostaza ciśnienia krwi

Nerki pomagają kontrolować ciśnienie krwi w organizmie poprzez regulację wydalania jonów sodu i wody oraz poprzez produkcję enzymu reniny. Ponieważ krew składa się głównie z wody, zwiększona ilość wody w organizmie powoduje wzrost objętości krwi w naczyniach krwionośnych. Zwiększona objętość krwi oznacza, że serce musi pompować mocniej niż zwykle, aby przepchnąć krew do naczyń, które są zatłoczone nadmiarem krwi. W ten sposób zwiększona objętość krwi prowadzi do wzrostu ciśnienia krwi. Z drugiej strony, gdy organizm jest odwodniony, objętość krwi i ciśnienie krwi zmniejszają się.

Nerki są w stanie kontrolować ciśnienie krwi poprzez wchłanianie zwrotne wody w celu utrzymania ciśnienia krwi lub poprzez umożliwienie wydalania większej ilości wody niż zwykle do moczu, a tym samym zmniejszenia objętości krwi i ciśnienia. Jony sodu w organizmie pomagają zarządzać ciśnieniem osmotycznym organizmu poprzez przyciąganie wody w kierunku obszarów o wysokim stężeniu sodu. Aby obniżyć ciśnienie krwi, nerki mogą wydalać dodatkowe jony sodu, które wyciągają wodę z organizmu. I odwrotnie, nerki mogą ponownie wchłonąć dodatkowe jony sodu, aby pomóc zatrzymać wodę w organizmie.

Wreszcie, nerki produkują enzym reninę, aby zapobiec zbyt niskiemu ciśnieniu krwi w organizmie. Nerki polegają na pewnej ilości ciśnienia krwi, aby wymusić przepływ osocza krwi przez naczynia włosowate w kłębuszkach nerkowych. Jeśli ciśnienie krwi staje się zbyt niskie, komórki nerek uwalniają reninę do krwi. Renina rozpoczyna złożony proces, którego wynikiem jest uwalnianie hormonu aldosteronu przez nadnercza. Aldosteron stymuluje komórki nerek do zwiększenia reabsorpcji sodu i wody w celu utrzymania objętości i ciśnienia krwi.

Hormony

Nerki pełnią niewielką, ale ważną funkcję endokrynną poprzez produkcję hormonów: kalcytriolu i erytropoetyny.

• Kalcytriol jest aktywną formą witaminy D w organizmie. Komórki kanalików proksymalnych wytwarzają kalcytriol z nieaktywnych cząsteczek witaminy D. W tym momencie kalcytriol przemieszcza się z nerek przez krwiobieg do jelit, gdzie zwiększa wchłanianie wapnia z pożywienia w świetle jelita.
• Erytropoetyna (EPO) jest hormonem produkowanym przez komórki okołopęcherzykowych naczyń włosowatych w odpowiedzi na niedotlenienie (niski poziom tlenu we krwi). EPO stymuluje komórki czerwonego szpiku kostnego do zwiększenia produkcji czerwonych krwinek. Poziom tlenu we krwi wzrasta, ponieważ więcej czerwonych krwinek dojrzewa i dostaje się do krwiobiegu. Gdy poziom tlenu wraca do normy, komórki kapilar okołopęcherzykowych przestają produkować EPO.

Kilka hormonów produkowanych w innych częściach ciała pomaga kontrolować funkcję nerek.

• Hormon antydiuretyczny (ADH), znany również jako wazopresyna, jest hormonem produkowanym przez komórki neurosekrecyjne w podwzgórzu mózgu. Komórki te rozciągają się do tylnej części przysadki mózgowej, która przechowuje i uwalnia ADH. Produkcja ADH jest stymulowana przez zmniejszenie objętości krwi i zwiększenie jej osmolarności. ADH pomaga organizmowi zatrzymywać wodę poprzez zwiększenie liczby kanałów wodnych w komórkach kanalików zbiorczych nerek. Te kanały wodne umożliwiają ponowne wchłanianie wody pozostającej w moczu do krwi, co skutkuje bardzo skoncentrowanym moczem.
• Angiotensyna II jest hormonem wytwarzanym w wątrobie i aktywowanym przez enzymy reninę i enzym konwertujący angiotensynę. Po aktywacji, angiotensyna II zwiększa reabsorpcję jonów sodowych i chlorkowych w kanalikach proksymalnych, co prowadzi do zwiększenia reabsorpcji wody.
• Aldosteron jest hormonem produkowanym w korze nadnerczy w odpowiedzi na angiotensynę II. Aldosteron wiąże się z komórkami docelowymi w ścianach kanalików zbiorczych nefronu. Komórki te reabsorbują dodatkowe jony sodowe i chlorkowe, które zostałyby wydalone z moczem. Komórki docelowe usuwają również jony potasu z krwi i wydalają je z moczem.
• Przedsionkowy peptyd natriuretyczny (ANP) jest hormonem produkowanym przez komórki mięśniowe serca w przedsionkach serca. Komórki te wytwarzają ANP w odpowiedzi na wysoki poziom sodu we krwi lub podwyższone ciśnienie krwi. W nerkach, ANP zwiększa szybkość filtracji kłębuszkowej, dzięki czemu więcej osocza krwi jest wtłaczane do torebki kłębuszka i do kanalików nerkowych. ANP usuwa również niektóre rozpuszczalniki z komórek rdzenia nerek, dzięki czemu pętla Henlego jest mniej wydajna w ponownym wchłanianiu wody i jonów z przesączu. Efektem netto ANP jest to, że więcej sodu i wody jest wydalane z moczem, objętość krwi zmniejsza się, a ciśnienie krwi spada, jak również.

.