Nerkowy przepływ krwi

Ten rozdział jest istotny dla Sekcji G4(ii) Syllabusa 2017 CICM Primary, który oczekuje od kandydata na egzamin „opisania dystrybucji objętości i przepływu krwi w różnych regionalnych krążeniach … w tym autoregulacji …. Obejmują one, ale nie ograniczają się do krążenia mózgowego i rdzeniowego, wątrobowego i splanchnicznego, wieńcowego, nerkowego i maciczno-łożyskowego”. Krążenie nerkowe pojawiało się kilkakrotnie w dotychczasowych opracowaniach:

• Pytanie 3 z II pracy z 2015 roku
• Pytanie 11 z I pracy z 2012 roku
• Pytanie 12 z II pracy z 2008 roku
• Pytanie 6(p.2) z II pracy z 2007 roku

Podobnie jak w przypadku metabolizmu mózgowego i wątrobowego, trudno było znaleźć odpowiednie miejsce dla tego rozdziału w strukturze rewizji. Czy jest to metabolizm nerkowy? Czy krążeniowy? Ostatecznie autor uznał, że o ile dyskusja nie zbliży się niebezpiecznie do tematu filtracji kłębuszkowej lub klirensu solucji, stosunkowo bezpiecznie będzie umieścić go w dziale dotyczącym układu sercowo-naczyniowego.

Podsumowanie:

W literaturze recenzowanej znajduje się wiele wysokiej jakości materiałów, a kandydat na egzamin CICM jest rozpieszczany do wyboru, nawet jeśli zdecyduje się nie płacić za nic. Stein (1990) jest stary, ale krótki, dobry i darmowy. Braam et al (2014) jest nowa, dobra, darmowa, ale długa. Just (2007) jest również nowy i darmowy, ale realistycznie rzecz biorąc, żaden kandydat na egzamin podstawowy CICM nigdy nie potrzebowałby tak wielu szczegółów jak ten.

Zaopatrzenie naczyniowe nerek

Każda nerka jest zaopatrywana przez tętnicę nerkową, która jest w zasadzie dużą tętnicą mięśniową i główną gałęzią aorty. Każda z nich ma około 4-5 cm długości i 5-10 mm średnicy, przy czym jedna z nich jest zwykle nieco większa od drugiej. Tuż przed wejściem do miąższu ludzkie tętnice nerkowe dzielą się na gałęzie główne przednią i tylną, które z kolei dzielą się na tętnice segmentowe. Wewnątrz nerki nie ma żadnych zespoleń między tymi tętnicami, tzn. każda gałąź jest odgałęzieniem końcowym i niedokrwienie jednej tętnicy segmentowej spowoduje regionalne niedokrwienie na obszarze jej dystrybucji (Bertram, 2000).

Podsumowując, krążenie tętnicze i żylne nerki można przedstawić jako sekwencyjną listę naczyń:

• Tętnica nerkowa, odgałęzienie aorty
• Gałęzie główne przednie i tylne tętnicy nerkowej
• Tętnice segmentowe (duże tętnice końcowe)
• Tętnice międzyzrazikowe, które wnikają do tkanki nerkowej na granicy kory i rdzenia
• Tętnice łukowate, które przebiegają łukowato między korą a rdzeniami
• Tętnice promieniste korowe, które wznoszą się promieniście od centrum w kierunku torebki nerki
• Tętniczki doprowadzające, które zaopatrują kłębuszek nerkowy
• Kapilary kłębuszkowe,
• Tętniczki odprowadzające, które drenują kłębuszek i zstępują do rdzenia
• Kapilary okołopęcherzykowe, które otaczają kanaliki korowe
• Vasa recta, zstępujące i wstępujące naczynia proste, które otaczają pętlę Henlego wzdłuż jej drogi do rdzenia nerki
• Żyły łukowate, do których odpływają wstępujące vasa recta
• Żyły międzyzrazikowe, które zbierają krew z żył łukowatych
• Żyła nerkowa, która odpływa do żyły głównej dolnej

Schematy tutaj zamieszczone są reprodukowane z doskonałej „Structural organisation of the mammalian kidney” autorstwa Kriz & Kaissling (1992). Z perspektywy czasu trzeba przyznać, że oryginalne zdjęcia nie wymagały dodawania adnotacji i dziecinnego kolorowania. Ale…

Fizjologiczne znaczenie naczyń nerkowych dla funkcji filtracyjnej nerki zostało omówione w innym miejscu. W tym skoncentrowanym na naczyniach rozdziale prawdopodobnie ważne jest, aby skupić się na najbardziej unikalnych cechach mikrokrążenia nerkowego:

• Krążenie nerkowe ma dwie sieci kapilarne:
  • Wysokociśnieniową sieć kapilarną, będącą kapilarami kłębuszkowymi
  • Niskociśnieniową sieć kapilarną, będącą kapilarami okołopęcherzykowymi
• Opór tętniczek aferentnych i eferentnych, po obu stronach wysokociśnieniowych kapilar kłębuszkowych, jest ważnym mechanizmem kontroli filtracji kłębuszkowej

Renalny przepływ krwi

W sumie, około 20-25% całkowitego rzutu serca kończy swój przepływ przez nerki. Kończy się to na około 400ml/100g tkanki/min, lub około 1000ml na minutę; tj. około osiem razy więcej niż w mózgu. To jest oczywiście będzie dość różne w zależności od tego, czyje nerki mierzysz; na przykład Bergström (1959) dostał wyniki wahające się od 660ml/min do 2190ml/min z grupy zdrowych ochotników.

Oczywiście, ten przepływ krwi jest całkowicie niezwiązany z aktywnością metaboliczną nerek. W sumie nerki pobierają tylko około 10-15% dostarczanego tlenu, a nasycenie tlenem żył nerkowych jest w związku z tym stosunkowo wysokie (~ 85%). Na tej podstawie można by dojść do wniosku, że komórki nerek muszą być stale otoczone luksusowym nadmiarem tlenu, ale w rzeczywistości tak nie jest. Cały przepływ krwi ma tendencję do kierowania się do kory (gdzie znajdują się kłębuszki nerkowe), około 500ml/100g/min lub 95% całości, podczas gdy do rdzenia otrzymuje się tylko 20-100ml/min przepływu krwi. A śródpiersie to miejsce, gdzie znajdują się wszystkie ciężko pracujące komórki kanalików, pracowicie wysysające cały sód z płynu kanalikowego. Z metabolicznego punktu widzenia nie jest to tani proces, ponieważ 99,5% przefiltrowanego sodu musi zostać odzyskane, a zatem rdzeniak nerki ma bardzo wysoką aktywność metaboliczną jak na swoją masę – stanowi zaledwie 0,5% całkowitej masy ciała, ale zużywa 7% całkowitej ilości tlenu.

Jak można się spodziewać, przy takim zużyciu tlenu, rdzeniak nerek jest prawdopodobnie chronicznie ubogi w tlen i ma raczej wysoki współczynnik ekstrakcji tlenu. Rzeczywiście, Leichtweiss et al (1969) mierzone rdzenia nerek pO2 z około 8-10 mmHg. Co gorsza, bliskie sąsiedztwo naczyń międzyzrazikowych i vasa recta w rdzeniaku pozwala na dyfuzję tlenu z krwi tętniczej bezpośrednio do żylnej, pozbawiając tlenu głębiej położoną tkankę rdzenia. Wreszcie, nerkowy przepływ krwi do rdzenia musi być niski, w przeciwnym razie wszystkie te starannie skonstruowane gradienty stężeń zostaną zmyte. Podsumowując, aby móc skoncentrować nasz mocz, musimy utrzymać rdzeniak nerki zawsze na granicy głodu tlenowego.

Więc, najbardziej kosztowną energetycznie rzeczą wykonywaną przez nerki jest reabsorpcja sodu, która zachodzi w rdzeniaku nerki. A ilość sodu dostarczanego do nerek zależy od szybkości filtracji kłębuszkowej, która zależy od przepływu krwi. Tak więc nerkowe zapotrzebowanie metaboliczne jest determinowane przez przepływ krwi, a nie odwrotnie. Innymi słowy, jeśli nerki są perfundowane mniejszą ilością krwi, będą miały mniej sodu do przepompowania, a zatem mniej paliwa metabolicznego. W rezultacie, nerkowa ekstrakcja tlenu nie różni się zbytnio przy różnych szybkościach przepływu krwi (Levy, 1960).

Autoregulacja nerkowego przepływu krwi

Jako że przepływ krwi przez nerki jest ważnym czynnikiem determinującym filtrację kłębuszkową i klirens solucji, zrozumiałe jest, że chcielibyśmy, aby pozostał on stabilny w szerokim zakresie warunków systemowych. To jest w rzeczywistości to, co jest obserwowane. Poniższy diagram autoregulacji, zależność nerkowego przepływu krwi i systemowego ciśnienia tętniczego, jest zwykle przywoływany w podręcznikach dla poparcia tej koncepcji:

Istnieje wiele permutacji tego wykresu, a jest on tak wszechobecny, że autorzy przestali się na niego powoływać w profesjonalnych publikacjach. Oto kilka reprezentatywnych przykładów z oficjalnie brzmiących źródeł (Burke i wsp., 2014 oraz Ravera i wsp., 2006):

Ten wykres jest prawdopodobnie tak niesamowicie zmienny i słabo referencjonowany, ponieważ nie należy do żadnego pojedynczego autora. Pomysł, że nerka utrzymuje stabilny przepływ krwi w obliczu zmieniającego się ciśnienia perfuzyjnego został po raz pierwszy odkryty w kontekście modelu wstrząsu krwotocznego przez Reina & Rosslera (1929), ale potem dosłownie setki autorów wykonało tysiące eksperymentów badając każdą możliwą permutację krążenia, i każdy wyprodukował jakiś rodzaj krzywej ciśnienie-przepływ. Tutaj, reprezentatywny obraz (wybrany w zasadzie losowo) jest oferowany z pracy Rothe et al (1971). Demonstruje on większość istotnych cech.

Wśród podręczników i wydawców istnieje znaczne zróżnicowanie co do sposobu oznaczania i prezentacji tego wykresu, przy czym wielu decyduje się na użycie rzeczywistych wartości przepływu zamiast względnych lub skurczowego ciśnienia tętniczego zamiast średniego. Niektórzy (jak autor powyżej) nie precyzują, jakie ciśnienie mierzyli. Zapamiętywanie konkretnych wartości ciśnienia na potrzeby egzaminu staje się więc jeszcze bardziej niedorzeczne. W przypadku, gdy czyjaś potrzeba kompletności nalega na liczbę, można zrobić gorzej niż pożyczyć od egzaminatorów college’u, którzy w swojej odpowiedzi na poinformował, że przepływ krwi do nerek pozostaje „stały wobec ciśnienia tętniczego krwi od 75 – 160 mmHg”. Ostatecznie, najważniejszą cechą do oznaczenia na tym wykresie jest plateau „normalnego” przepływu, który jest widoczny w pewnym normalnym zakresie ciśnienia krwi.

Ta autoregulacja występuje na poziomie tętniczki dośrodkowej, tuż przed wejściem krwi do kłębuszka. Zachodzi ona za pośrednictwem trzech głównych mechanizmów: szybkiego mechanizmu miogennego, wolniejszego mechanizmu związanego z szybkością dostarczania soli do komórek kłębuszka (tubuloglomerular feedback) oraz trzeciego mechanizmu, który jest jeszcze wolniejszy i który nie ma szczególnie satysfakcjonującego wyjaśnienia.

Miogenna autoregulacja nerkowego przepływu krwi

Ta właściwość tętniczek nerkowych jest w rzeczywistości wspólna dla praktycznie każdej innej marki tętniczek, i wydaje się być wewnętrzną właściwością mięśni gładkich (w tym sensie, że śródbłonek nie jest do tego niezbędny, ponieważ tętniczki pozbawione śródbłonka nadal to robią). Krótko mówiąc, kiedy ciśnienie (rozciąganie) na ścianę tętniczki wzrasta, tętniczka w odpowiedzi zwęża się. To zwiększa opór naczyniowy, a więc przepływ pozostaje taki sam, mimo że zmienił się gradient ciśnień. Jest to proces bardzo szybki (od zera do zwężenia w czasie poniżej 10 sekund) i stanowi około 50% całkowitej zdolności regulacyjnej naczyń nerkowych. Mechanizm, o ile ktokolwiek może powiedzieć, jest związany z depolaryzacją błony, która występuje w odpowiedzi na rozciąganie, ale co dokładnie to wywołuje i jak to się dzieje na poziomie molekularnym, nikt nie jest do końca pewien. Schubert & Mulvany (1999) omawia to bardziej szczegółowo niż byłoby to kiedykolwiek konieczne do celów egzaminacyjnych, a czytelnik jest tam skierowany, jeśli chce czegoś więcej niż tylko krótkiego przeglądu.

Regulacja nerkowego przepływu krwi przez tubulo-glomerularne sprzężenie zwrotne

W przeciwieństwie do odpowiedzi miogennej, tubuloglomerularne sprzężenie zwrotne (TGF) jest czymś unikalnym dla nerek. Został on znakomicie opisany przez Volkera Vallona (2003); bez wchodzenia w nadmierne szczegóły, mechanizm ten można podsumować następująco:

• Wchłanianie zwrotne soli z pętli Henlego jest procesem aktywnym
• Proces ten jest wysoce zależny od ilości dostępnej soli, tj. od szybkości przepływu płynu kanalikowego
• Zwiększony przepływ krwi w kłębuszkach nerkowych zwiększa przepływ płynu kanalikowego (ponieważ zwiększa filtrację kłębuszkową)
• Więc zwiększony przepływ krwi w kłębuszkach nerkowych zwiększa ilość soli reabsorbowanej przez pętlę Henlego, a to zwiększa dostawę soli do plamki gęstej
• Zmiany stężenia soli są wyczuwane przez plamkę gęstą za pośrednictwem kotransportera Na+-K+-2Cl- (NKCC2) w jej błonie luminalnej.
• Wytwarza to wzrost uwalniania ATP z komórek plamki gęstej
• AtP następnie albo aktywuje specyficzne receptory purynowe na tętniczce dośrodkowej, albo jest przekształcany w adenozynę (która następnie działa na receptory A1-adenozyny).
• Efekt netto jest taki, że zwiększone dostarczanie soli do nefronu powoduje zmniejszenie kłębuszkowego przepływu krwi, co zmniejsza dostarczanie soli (tj. jest to mechanizm ujemnego sprzężenia zwrotnego

Mechanizm ten jest znacznie wolniejszy niż regulacja miogenna. Aby w przybliżeniu odtworzyć niektóre rzeczywiste dane zwierzęce z Just (2007), czas działania tych mechanizmów pokazano poniżej.

Jak widać, trzeci mechanizm regulacyjny jest opisywany przez niektórych autorów, ale prawdopodobnie nie jest on bardzo ważny (stanowi mniej niż 15% całkowitej zdolności regulacyjnej) i – co najważniejsze – zwykle nie jest wymieniany w podręcznikach i w oficjalnych odpowiedziach CICM na SAQ. Mechanizm ten można wykazać poprzez zniesienie tubuloglomerularnego sprzężenia zwrotnego za pomocą frusemidu. Powolna odpowiedź autoregulacyjna jest nadal widoczna, ale jest ona wyraźnie niezwiązana z nerkowym dostarczaniem soli.

Wpływ unerwienia współczulnego

Autonomiczny układ nerwowy unerwia i kontroluje krążenie w nerkach w sposób, który jest regulacyjny, ale nie autoregulacyjny, w tym sensie, że mechanizm ten nie odpowiada na zmiany ciśnienia, aby utrzymać przepływ na stałym poziomie. Zamiast tego, przepływ krwi do nerek jest celowo zwiększany lub zmniejszany przez ten system kontroli. W literaturze dostępne są znacznie lepsze opracowania na ten temat (np. Johns i wsp., 2011).

Unerwienie współczulne nerki: Struktury naczyniowe nerki są unerwione przez włókna współczulne powstające z okolic T11-L3. Te włókna preganglionowe przechodzą następnie do zwojów, które mogą być bardzo zmienne u poszczególnych osób – zwoje okołokręgowe, przedkręgowe, aortalno-odbytnicze, splanchnic, celiakalne i krezkowe górne są uzasadnionymi możliwościami i nie ma przewidywalnego „poziomu rdzeniowego”. Aby uczynić sprawę bardziej skomplikowaną, każda nerka jest unerwiana przez inny poziom i grupę zwojów. Stamtąd postanglionowe włókna współczulne wchodzą do nerki wraz z tętnicą nerkową i dzielą się na sieć pojedynczych włókien, które wnikają do kory i rdzenia. Barajas i wsp. (1992) śledzili je cierpliwie do ich miejsc przeznaczenia i znaleźli zakończenia nerwów współczulnych w wielu miejscach, w tym oczywistych (tętniczki aferentne i eferentne), jak również zaskakujących (np. komórki ziarniste aparatu przykłębuszkowego, segmenty kanalików, itp.) Przy bliższym przyjrzeniu się, te zakończenia nerwowe są pełne noradrenaliny.

Efekt stabilnego tonu współczulnego: W normalnych warunkach, z ładnym spokojnym autonomicznym układem nerwowym, jakikolwiek mały wpływ nerwów współczulnych wywiera kończy się ukryty pod kocem nerek myogenic i tubuloglomerular autoregulacji. Nigdy tak naprawdę tego nie widać. Jednak nawet jeśli ich wpływ jest subtelny, to jest on wyraźnie znaczący. Kiedy Kompanowska-Jezierska et al (2001) denervated niektóre nerki szczurów, korowy przepływ krwi wzrosła o 25%, ilustrując wielkość normalnego spoczynkowego tonu współczulnego.

Efekt aktywacji włókien współczulnych nerek: Kiedy autonomiczny układ nerwowy jest rozwścieczony przez jakiś potężny bodziec (na przykład stan wstrząsu, lub ohydnie niegrzeczny kolega), kilka efektów jest produkowanych:

• Wazokonstrykcja naczyń nerkowych
• Zwiększona reabsorpcja sodu i wody w kanaliku
• Zwiększone uwalnianie reniny z komórek juxtaglomerularnych

Wazokonstrykcja naczyń nerkowych, wcześniej cicha w tle, teraz staje się znacznie bardziej energiczna. To nie tyle uchyla nerkową autoregulację przepływu krwi, ale raczej zmienia kształt krzywej autoregulacji. Tutaj wykres, który zapożycza od Stadlbauera et al (2008) i Perssona (1990) ilustruje tę koncepcję:

To prawdopodobnie ma sens w kontekście odpowiedzi całego ciała na coś krwotocznego. Obrona objętości krążącej również koniecznie obejmuje nie marnowanie krwi na perfuzję nerek. W rzeczywistości byłoby miło, gdyby regulowały swój własny przepływ krwi w sposób, który oszczędza więcej krwi dla reszty organizmu.

Jak nisko można się posunąć? Odpowiedź na egzamin CICM wspomina o 10% jako minimum, do którego może spaść współczulnie zwężony nerkowy przepływ krwi. To może być teoretyczna liczba, i nie jest możliwe, aby prześledzić, skąd pochodzi, ale wydaje się prawdopodobne. Kiedy Dibona & Sawin (1999) torturowany niektóre nerki z wstrząsami elektrycznymi, skończyło się generowanie tego wykresu, który wyraźnie pokazuje, że nerkowy przepływ krwi może spaść do poniżej 70% z wystarczającej stymulacji.

Wyobrażalnie, można by zwiększyć stymulację współczulną i wygenerować jeszcze więcej wazokonstrykcji. Gdzie by się to skończyło? Egzaminatorzy CICM wspominają o 10%, ale to wydaje się dość arbitralnym miejscem do zatrzymania. Z pewnością minimalny przepływ przez jakiekolwiek naczynie wynosi zero, przynajmniej teoretycznie. Oczywiście, w praktyce przy łóżku chorego, nigdy nie zobaczysz tego rodzaju rzeczy w żadnym scenariuszu klinicznym z udziałem prawdziwego żywego pacjenta, ale to jest wynaturzona fizjologia. Kiedy Spencer et al (1954) wstrzyknął 3µg bolus noradrenaliny bezpośrednio do odsłoniętych tętnic nerkowych psa, zerowy przepływ jest dokładnie tym, co dostali:

Wpływ aktywacji współczulnej na filtrację kłębuszkową jest często minimalny, przynajmniej przy umiarkowanych poziomach aktywacji. Na podstawie powyższego wykresu można by przypuszczać, że zmniejszenie nerkowego przepływu krwi doprowadzi do proporcjonalnego zmniejszenia filtracji kłębuszkowej. Tak jednak nie jest. A przynajmniej spadek filtracji kłębuszkowej nie jest tak duży jak spadek nerkowego przepływu krwi. Dzieje się tak dlatego, że kanalik eferentny zwęża się znacznie bardziej niż aferentny, przepuszczając więcej krwi przez kłębuszek, nawet gdy nerkowy przepływ krwi spada. Zakres tolerancji bodźca jest zaskakująco duży. Mills et al (1960) lejek sympatykomimetyczne leki do psów i obserwowano, że, chyba że było wystarczająco dużo vasoconstrictor na pokładzie do korby ciśnienie krwi w górę o 40%, szybkość filtracji kłębuszkowej pozostał zasadniczo niezmieniony.

.