Fizjologia nerek i gospodarki wodno-elektrolitowej
Nerki utrzymują stałą objętość i skład płynów ustrojowych. Filtrują osocze, a potem odzyskują z przesączu to, co potrzebne, i wydalają nadmiar wody, elektrolitów oraz produkty przemiany materii. Są też gruczołem wydzielającym hormony.
Krążenie nerkowe i autoregulacja
Nerki stanowią ok. 0,5% masy ciała, a otrzymują 20-25% rzutu serca. Podstawową jednostką jest nefron, których każda nerka ma ok. miliona. Składa się z kłębuszka w torebce Bowmana, cewki proksymalnej, pętli Henlego, cewki dystalnej i kanalika zbiorczego. Krew dopływa do kłębuszka tętniczką doprowadzającą, a odpływa tętniczką odprowadzającą, która dalej oplata cewki. W miejscu styku cewki dystalnej z tętniczkami leży aparat przykłębuszkowy. Tworzą go komórki ziarniste wydzielające reninę i plamka gęsta, która mierzy stężenie NaCl w płynie cewkowym.
Przy średnim ciśnieniu tętniczym ok. 80-180 mmHg przepływ nerkowy i filtracja pozostają niemal stałe. To autoregulacja, oparta na dwóch mechanizmach. W odpowiedzi miogennej rozciągnięta tętniczka doprowadzająca odruchowo się kurczy. W sprzężeniu cewkowo-kłębuszkowym wzrost filtracji zwiększa ilość NaCl docierającego do plamki gęstej, a ta wywołuje skurcz tętniczki doprowadzającej.
Poniżej dolnej granicy autoregulacji filtracja spada proporcjonalnie do ciśnienia. We wstrząsie i krwotoku układ współczulny dodatkowo kurczy naczynia nerkowe, oszczędzając krew dla mózgu i serca. Pierwszym objawem jest skąpomocz. Diureza poniżej 0,5 ml/kg/h przez kilka godzin wskazuje na niedostateczną perfuzję nerek, dlatego godzinowa zbiórka moczu jest prostym wskaźnikiem skuteczności leczenia wstrząsu.
Filtracja kłębuszkowa
Bariera filtracyjna składa się ze śródbłonka z okienkami, błony podstawnej i szczelin między wypustkami podocytów. Przepuszcza wodę i małe cząsteczki: elektrolity, glukozę, mocznik, kreatyninę. Zatrzymuje komórki krwi i duże białka. Albumina, ujemnie naładowana jak błona podstawna, prawie nie przechodzi. Białkomocz świadczy więc o uszkodzeniu bariery.
Filtrację napędza ciśnienie hydrostatyczne w kłębuszku, ok. 55-60 mmHg. Jest ono wysokie, bo kłębuszek leży między dwiema tętniczkami. Przeciwdziałają mu ciśnienie onkotyczne osocza (ok. 30 mmHg) i ciśnienie w torebce Bowmana (ok. 15 mmHg). Wypadkowe ciśnienie filtracyjne wynosi tylko ok. 10 mmHg. Niedrożność dróg moczowych podnosi ciśnienie w torebce i zmniejsza filtrację.
Współczynnik przesączania kłębuszkowego (GFR) wynosi u zdrowego dorosłego ok. 120 ml/min, czyli ok. 180 litrów przesączu na dobę. Ponad 99% tej objętości wraca do krwi, a wydalane jest 1-2 litry moczu.
Filtrację regulują tętniczki. Skurcz doprowadzającej obniża ciśnienie w kłębuszku i GFR. Skurcz odprowadzającej je podnosi. Prostaglandyny rozszerzają tętniczkę doprowadzającą, a angiotensyna II kurczy głównie odprowadzającą. W odwodnieniu lub niewydolności serca oba mechanizmy podtrzymują filtrację. Niesteroidowe leki przeciwzapalne znoszą działanie prostaglandyn, inhibitory ACE i sartany - działanie angiotensyny II, a diuretyk zmniejsza objętość krwi. Połączenie tych trzech grup („potrójne uderzenie”) często wywołuje ostre uszkodzenie nerek. Z tego samego powodu inhibitory ACE mogą gwałtownie obniżyć GFR przy obustronnym zwężeniu tętnic nerkowych.
Klirens i ocena filtracji
Klirens to objętość osocza całkowicie oczyszczona z danej substancji w jednostce czasu. Oblicza się go ze wzoru C = U × V / P, gdzie U to stężenie w moczu, V to objętość moczu na minutę, a P to stężenie w osoczu. Klirens substancji swobodnie filtrowanej, która nie jest ani wchłaniana, ani wydzielana, równa się GFR. Wzorcem jest inulina. W praktyce używa się kreatyniny, która jest też w niewielkim stopniu wydzielana w cewkach, więc nieco zawyża GFR. Klirens glukozy wynosi u zdrowego człowieka zero, bo cała przefiltrowana glukoza wraca do krwi.
Kreatynina powstaje w mięśniach w ilości zależnej od ich masy. Jej stężenie w surowicy jest odwrotnie proporcjonalne do GFR, a zależność ma kształt hiperboli. Spadek GFR o połowę podwaja stężenie kreatyniny. Na początku choroby nerek duży spadek GFR podnosi kreatyninę tylko nieznacznie. U starszej, szczupłej osoby z małą masą mięśniową prawidłowa kreatynina może ukrywać wyraźnie obniżony GFR. Dlatego przelicza się ją na szacunkowy GFR (eGFR) z uwzględnieniem wieku i płci. Od eGFR zależy dawkowanie leków wydalanych przez nerki.
Wchłanianie zwrotne i wydzielanie w cewkach
Cewka proksymalna wchłania ok. 65% przefiltrowanego sodu i wody w proporcji izoosmotycznej. Odzyskuje też całą glukozę i aminokwasy oraz większość wodorowęglanów i fosforanów. Glukoza wraca głównie przez transporter SGLT2. Jego pojemność jest ograniczona. Gdy stężenie glukozy we krwi przekracza próg nerkowy, ok. 180 mg/dl (10 mmol/l), nadmiar przechodzi do moczu. Glukoza zatrzymuje wodę osmotycznie, co daje wielomocz i wzmożone pragnienie w źle wyrównanej cukrzycy. Inhibitory SGLT2 (flozyny) celowo wywołują cukromocz. Obniżają glikemię, ale sprzyjają zakażeniom dróg moczowo-płciowych i odwodnieniu. W cewce proksymalnej wydzielane są też do moczu kwasy organiczne i wiele leków, np. penicyliny.
Ramię zstępujące pętli Henlego jest przepuszczalne dla wody. Grube ramię wstępujące jest dla niej nieprzepuszczalne i wchłania ok. 25% sodu przez kotransporter Na+-K+-2Cl-. Blokuje go furosemid. Diuretyki pętlowe są najsilniejsze i zwiększają wydalanie sodu, potasu, wapnia i magnezu. Cewka dystalna wchłania ok. 5-7% sodu przez kotransporter Na+-Cl-, na który działają tiazydy. W przeciwieństwie do diuretyków pętlowych tiazydy zmniejszają wydalanie wapnia.
W kanaliku zbiorczym komórki główne wchłaniają sód przez kanały ENaC i wydzielają potas. Proces ten nasila aldosteron. Każdy diuretyk działający wcześniej w nefronie zwiększa ilość sodu docierającego do kanalika zbiorczego. Nasila to wydzielanie potasu i sprzyja hipokaliemii. Spironolakton, antagonista aldosteronu, oraz amiloryd, bloker ENaC, działają właśnie tutaj. Należą do diuretyków oszczędzających potas i mogą wywołać hiperkaliemię.
Dalsza część artykułu jest dostępna w pakiecie
W pakiecie znajdziesz także pytania egzaminacyjne z wyjaśnieniami do tego tematu.
Nerka wytwarza mocz o osmolalności od ok. 50 do ok. 1200 mOsm/kg, przy osmolalności osocza ok. 290 mOsm/kg. Umożliwia to mechanizm przeciwprądowy pętli Henlego. Grube ramię wstępujące wypompowuje NaCl do śródmiąższu bez wody. Wytwarza się w ten sposób gradient osmotyczny, rosnący od ok. 300 mOsm/kg w korze do ok. 1200 mOsm/kg na szczycie brodawki. Współtworzy go mocznik. Płyn opuszczający pętlę jest rozcieńczony (ok. 100 mOsm/kg). Naczynia proste rdzenia biegną równolegle do pętli i nie wypłukują gradientu.
O ostatecznym stężeniu moczu decyduje hormon antydiuretyczny. Wbudowuje on akwaporynę-2 w błonę komórek kanalika zbiorczego. Woda przechodzi wtedy do hipertonicznego rdzenia i mocz się zagęszcza. Bez ADH kanalik jest nieprzepuszczalny dla wody i wydalany jest rozcieńczony mocz. Diuretyki pętlowe niszczą gradient rdzenia, dlatego nerka traci zdolność zagęszczania. Z wiekiem zdolność ta słabnie, co czyni osoby starsze podatnymi na odwodnienie.
Z moczem trzeba codziennie wydalić ok. 600 mOsm substancji osmotycznie czynnych, głównie mocznika i elektrolitów. Przy maksymalnym zagęszczeniu 1200 mOsm/kg wymaga to co najmniej ok. 0,5 litra moczu na dobę. Mniejsza diureza oznacza zatrzymywanie produktów przemiany materii niezależnie od podaży płynów.
Przestrzenie wodne i regulacja objętości
Woda stanowi ok. 60% masy ciała dorosłego mężczyzny i ok. 50-55% u kobiety, która ma więcej tkanki tłuszczowej. U noworodka to ok. 75%, a u osób starszych mniej niż u młodych dorosłych. Dwie trzecie wody znajduje się w komórkach (płyn wewnątrzkomórkowy), jedna trzecia poza nimi (płyn zewnątrzkomórkowy). Płyn zewnątrzkomórkowy w trzech czwartych wypełnia śródmiąższ, a w jednej czwartej stanowi osocze. U mężczyzny ważącego 70 kg woda całkowita to ok. 42 litry, w tym ok. 28 l w komórkach, 14 l poza nimi i ok. 3,5 l osocza.
Głównym kationem płynu zewnątrzkomórkowego jest sód, a wewnątrzkomórkowego potas. Błony komórkowe przepuszczają wodę swobodnie, więc przemieszcza się ona tam, gdzie osmolalność jest wyższa. Osmolalność osocza można oszacować ze wzoru: 2 × Na + glukoza + mocznik (w mmol/l). Prawidłowo wynosi ok. 285-295 mOsm/kg. Ilość sodu w organizmie decyduje o objętości płynu zewnątrzkomórkowego, a bilans wody o stężeniu sodu. Hiponatremia oznacza więc zwykle nadmiar wody w stosunku do sodu, a nie jego niedobór.
Dorosły przyjmuje ok. 2,5 litra wody na dobę: z napojami, z pokarmem i jako wodę metaboliczną. Tyle samo traci z moczem, kałem oraz przez skórę i płuca. Straty niewyczuwalne wynoszą ok. 0,8-1 l/dobę i rosną w gorączce, przy przyspieszonym oddechu i w wysokiej temperaturze otoczenia.
Układ renina-angiotensyna-aldosteron
Renina jest wydzielana przez komórki ziarniste w trzech sytuacjach: przy spadku ciśnienia w tętniczce doprowadzającej, przy spadku NaCl docierającego do plamki gęstej i przy pobudzeniu współczulnym przez receptory β1. Renina przekształca angiotensynogen z wątroby w angiotensynę I. Konwertaza angiotensyny (ACE), obecna głównie w płucach, zmienia ją w angiotensynę II. Angiotensyna II kurczy naczynia, zwiększa wchłanianie sodu w cewce proksymalnej, pobudza wydzielanie aldosteronu i ADH oraz wywołuje pragnienie. ACE rozkłada też bradykininę, dlatego jej inhibitory mogą wywoływać suchy kaszel.
Aldosteron z kory nadnerczy działa na kanalik zbiorczy. Zwiększa wchłanianie sodu, a za nim wody, i nasila wydalanie potasu oraz jonów wodorowych. Jego wydzielanie pobudza nie tylko angiotensyna II, lecz także bezpośrednio hiperkaliemia. Leki hamujące ten układ, zwłaszcza inhibitor ACE łączony ze spironolaktonem, zmniejszają wydalanie potasu i wymagają kontroli jego stężenia.
Przeciwwagą są peptydy natriuretyczne. Przedsionkowy ANP i komorowy BNP są uwalniane przy rozciągnięciu ścian serca. Zwiększają wydalanie sodu, rozszerzają naczynia i hamują układ RAA. W niewydolności serca zmniejszony rzut obniża perfuzję nerek, co aktywuje układ RAA. Nerka zatrzymuje wtedy sód i wodę jak w odwodnieniu, choć organizm jest przewodniony, co nasila obrzęki.
Hormon antydiuretyczny i pragnienie
ADH (wazopresyna) powstaje w jądrach nadwzrokowym i przykomorowym podwzgórza, a uwalniany jest z tylnego płata przysadki. Głównym bodźcem jest wzrost osmolalności osocza wykrywany przez osmoreceptory podwzgórza. Wystarczy wzrost o 1-2%. Drugim bodźcem jest spadek objętości krwi lub ciśnienia tętniczego o ponad ok. 10%, odbierany przez baroreceptory. Przy dużym spadku objętości ten bodziec przeważa i ADH jest wydzielany nawet przy niskiej osmolalności. Wydzielanie ADH nasilają też ból, nudności, stres i zabieg operacyjny. Dlatego po operacji nerka zatrzymuje wodę, a obfite płyny hipotoniczne grożą hiponatremią. Alkohol hamuje wydzielanie ADH, co tłumaczy wielomocz po jego spożyciu.
Przez receptory V2 w kanaliku zbiorczym ADH wbudowuje akwaporynę-2 i zagęszcza mocz. Przez receptory V1 kurczy naczynia, co wykorzystuje się, podając wazopresynę we wstrząsie. Brak ADH (moczówka prosta ośrodkowa) lub brak reakcji nerek na ADH, np. po leczeniu litem, powoduje wydalanie dużych ilości rozcieńczonego moczu. Nadmiar ADH prowadzi do zatrzymania wody, hiponatremii i wydalania zagęszczonego moczu.
Pragnienie pojawia się przy nieco wyższej osmolalności niż próg wydzielania ADH. Wywołują je osmoreceptory, spadek objętości krwi i angiotensyna II. U osób starszych pragnienie jest osłabione, więc nie można polegać na nim jako sygnale odwodnienia.
Gospodarka potasem, wapniem i fosforanami
Ok. 98% potasu znajduje się w komórkach, a w osoczu jego stężenie wynosi 3,5-5,0 mmol/l. Stosunek stężeń wewnątrz i na zewnątrz komórki wyznacza potencjał spoczynkowy błony. Dlatego zaburzenia potasu grożą zaburzeniami rytmu serca. Do komórek przesuwają potas insulina i agoniści receptora β2, które pobudzają pompę sodowo-potasową, a także zasadowica. Z komórek uwalniają go niedobór insuliny, kwasica, wysiłek i rozpad komórek (hemoliza, rozpad mięśni, rozpad guza). Glukoza z insuliną i salbutamol w leczeniu hiperkaliemii szybko obniżają jej stężenie w osoczu, ale nie usuwają potasu z organizmu. Wydalanie potasu przez nerki zależy od jego wydzielania w kanaliku zbiorczym, które nasilają aldosteron i szybki przepływ płynu. Nerka słabo oszczędza potas, więc przy wymiotach, biegunce czy braku przyjmowania pokarmu szybko rozwija się hipokaliemia.
Ok. 99% wapnia znajduje się w kościach. W osoczu ok. połowa wapnia jest zjonizowana i tylko ta frakcja jest aktywna biologicznie. Ok. 40% jest związane z albuminą, a reszta z anionami. W hipoalbuminemii spada wapń całkowity, choć zjonizowany może być prawidłowy. W zasadowicy albumina wiąże więcej wapnia, frakcja zjonizowana spada i pojawiają się mrowienia oraz tężyczka, np. przy hiperwentylacji. Nerka wchłania zwrotnie ok. 98% przefiltrowanego wapnia. Parathormon zwiększa wchłanianie wapnia w cewce dystalnej i hamuje wchłanianie fosforanów w cewce proksymalnej, co zwiększa ich wydalanie.
Hormonalne czynności nerek
Komórki śródmiąższowe kory nerki wydzielają erytropoetynę w odpowiedzi na niedotlenienie. Pobudza ona szpik do wytwarzania erytrocytów. W przewlekłej chorobie nerek wydzielanie erytropoetyny spada, co prowadzi do niedokrwistości normocytowej, leczonej m.in. preparatami pobudzającymi erytropoezę.
W cewce proksymalnej 1α-hydroksylaza przekształca witaminę D w aktywny kalcytriol. Pobudza ją parathormon i niskie stężenie fosforanów. Kalcytriol zwiększa wchłanianie wapnia i fosforanów w jelicie. W przewlekłej chorobie nerek niedobór kalcytriolu i zatrzymywanie fosforanów prowadzą do hipokalcemii, wtórnej nadczynności przytarczyc i zmian w kościach.
Nerki wydzielają reninę, a w długotrwałym głodzie prowadzą glukoneogenezę. Rozkładają też część krążącej insuliny. Gdy ich czynność się pogarsza, insulina działa dłużej. U chorego na cukrzycę z postępującą chorobą nerek zapotrzebowanie na insulinę spada i rośnie ryzyko hipoglikemii.
