A kiválasztó szervrendszer élettana I. Oláh Attila DEOEC Élettani Intézet 2009.10.30.
A vese legfıbb feladata a homeosztázis (=relatív belsı állandóság) fenntartása I. Ennek elemei: isotonia/isoosmosis = az EC tér ozmotikus viszonyainak egy szők tartományon belül állandó szinten tartása isovolaemia = az EC tér térfogatának egy szők tartományon belül állandó szinten tartása isohydria = az EC tér pH-jának egy szők tartományon belül állandó szinten tartása isoionia = az EC tér ionkoncentrációinak egy szők tartományon belül állandó szinten tartása
A vese legfıbb feladata a homeosztázis (=relatív belsı állandóság) fenntartása II. Eszközei: A vérplazma és a vizelet: - ionkoncentrációinak - ozmolaritásának - víztartalmának és - pH-jának beállítása
Ami még kell… Vér (vese véna)
Vér (vese artéria)
Vese
…és ami már nem Vizelet
De ezen kívül szerepet játszik még… …a vérképzés eritropoetin (EPO) termelés …a kalcium háztartás és a csontanyagcsere 1,25 dihidroxi-kolekalciferol (aktív D vitamin) …valamint a vérnyomás szabályozásában is renin-angiotenzin-aldoszteron rendszer (RAAS)
A vese funkcionális egysége a nephron = glomerulus + a hozzá tartozó tubulusrendszer
A nephronok funkcionális szempontból kétfélék lehetnek 1. Corticalis (kérgi) nephronok az összes nephron ~85%-a rövid Henle-kacs a külsı és a belsı velı határáig ér le kéreg-velı határ
2. Juxtamedullaris (velı melletti) nephronok az összes nephron ~15%-a hosszú Henle-kacs a belsı velı határáig ér le
A kiválasztó mőködés alapja a filtráció, a reabszorpció és a szekréció pontos szabályozása Lépései: Primer szőrlet elıállítása a plazmából = glomeruláris filtráció a mőködı nephronokon átáramló plazma ~20%-a, kb. napi 180 l A szőrlet összetételének változtatása a tubulusokban a szervezet igényeinek megfelelıen (reabszorpció = visszavétel; szekréció = kiürítés) a képzıdött napi ~180 l szőrletbıl ~179 l visszavevıdik A végleges vizelet (kb. napi 1-1.5 l) tárolása, majd kiürítése (myctio)
Alapfogalmak avagy mibıl lesz a szőrlet Perctérfogat (CO): ~5 l/perc
Ebbıl a veséken átáramló mennyiség (RBF): ~1200 ml/perc (a CO kb. 25%-a)
Ebbıl a veséken átáramló plazma (RPF): ~670 ml/perc (az RBF kb. 55%-a; RBF * (1-Htc)) Ebbıl a ténylegesen mőködı glomerulusokon átáramló plazma (eRPF): ~600 ml/perc (az RPF kb. 90%-a) A filtrálódó hányad (FF) tehát: FF = GFR/eRPF = 0.2
Ebbıl a filtrálódó mennyiség (GFR): ~125 ml/perc (az eRPF kb. 20%-a) vagyis napi ~180 l
A kiválasztó mőködés „értelme” I. - az extrakció (E)
U
E: az a hányad, ami egy adott anyag esetében kiürül Probléma: a Pv mérése elég nehézkes
A kiválasztó mőködés „értelme” II. - a clearance (C) U*V=P*C
C=U*V/P
U = vizeletkoncentráció V = percdiurézis (hány ml vizelet képzıdik 1 perc alatt; ml/min) P = plazmakoncentráció C = clearance (hány ml plazma tisztult meg 1 perc alatt; ml/min) A clearance (C) az a virtuális plazmamennyiség, amely egy perc alatt megtisztul valamely anyagtól
Tehát minden anyag esetében különbözı!!!
Tehát az extrakciós koefficiens és a clearance kapcsolatban állnak… Pa * eRPF = Pv * eRPF + U * V Pa * eRPF - Pv * eRPF = U * V eRPF (Pa – Pv) = U * V eRPF = U * V / (Pa – Pv) eRPF = U * V / Pa = C / E (Pa – Pv) / Pa
eRPF = C / E C = eRPF * E vagyis, ha E ~1, akkor C ~ eRPF
Mi történhet a szőrletbe került anyagokkal?
Reabszorbeálódhatnak (visszavevıdhetnek) Szekretálódhatnak (kiürítıdhetnek)
A két folyamat nem zárja ki egymást (urea)!!!
Akkor most ki, honnan, hová?
1. Glomerularis kapilláris -> Bowman-tok
2. Peritubularis kapillárisok <-> proximalis és distalis tubulusok
3. Henle-kacs le- és felszálló szára 4. Henle-kacs <-> győjtıcsatorna 5. Vasa recta <-> Henle-kacs és győjtıcsatorna
És most egy kis játék…
Mi lesz vele a vesében? I. A glükóz
plazma glükózkoncentráció (mM)
Mi lesz vele a vesében? II. A PAH
plazma PAH koncentráció (mM)
Ezek szerint a clearance függ a plazmakoncentrációtól is??? eRPF
Glükóz
Plazmakoncentráció
Ha van reabszorpció és/vagy szekréció, akkor igen!!!
A reabszorpció és a szekréció hatása a clearance-re és az extrakcióra C = E * eRPF
eRPF Glükóz
De hogy készül a vizelet? I. - A szőrlet
A glomerulus a „szőrıje” a baslis membrán
A glomerularis szőrı méret és töltés alapján szelektál Mi kerülhet a szőrletbe?
Mi a helyzet a töltéssel?
Ami kellıen kis mérető (kb. 7 kDa-ig minden, kb. 70 kDa felett semmi)
A szőrı a negatív töltéseket nehezebben engedi át
Ami kellıen vízoldékony (tehát nem kötıdik NAGY mérető fehérjékhez)
Ez a hatás fıleg 7-70 kDa közötti molekulaméret esetén jelentıs
7 kDa
70 kDa
Tehát mi van a szőrletben? Szabadon filtrálódnak (FF: 0.2): Víz
Példa:
Elektrolitok
a. afferens 100 db vízmolekula 100 db glükóz 100 db Na+ 100 db albumin
Glükóz Aminosavak Kis peptidek (pl. inzulin)!!! Kreatinin stb.
A filtrátum összetétele ionok és kis molekulák (x<7 kDa) esetén megegyezik a plazmáéval!!!
Ebbıl következıen a filtrátum isotonias!!!
a. efferens 80 db vízmolekula 80 db glükóz 80 db Na+ 100 db albumin
szőrlet 20 db vízmolekula 20 db glükóz 20 db Na+ 0 db albumin
„Értem én, hogy gızgép! De mi az, ami hajtja???” A filtrációt segíti: a kapilláris hidrosztatikus nyomása és a glomerulus onkotikus nyomása (elhanyagolható mértékő)
A filtrációt gátolja:
a kapilláris onkotikus nyomása
és a glomerulus hidrosztatikus nyomása
Mi befolyásolhatja a GFR-t?
1. A vese vérátáramlása 2. A kapilláris hidrosztatikus nyomásának változása 3. A Bowman-tok hidrosztatikus nyomásának változása 4. A plazmafehérjék mennyisége (a kapilláris onkotikus nyomása) 5. A glomerularis basalis membrán károsodása 6. A filtrációs felület csökkenése A GFR meghatározására az inulin vagy a kreatinin clearance-et használhatjuk, mert szabadon filtrálódnak, de nem reabszorbeálódnak és nem szekretálódnak.
Miért fontos meghatározni a GFR-t?
Mert a GFR csökkenése jelzi legérzékenyebben és legkorábban a vesefunkció beszőkülését
De hogy készül a vizelet? II. - Avagy a tubulusok titkai
Lehetséges transzport útvonalak a tubulusokban
Mi történik a proximalis tubulusban? I. Emlékeztetı: naponta kb. 180 l isotonias szőrlet képzıdik, amelynek összetétele kis molekulák és elektrolitok tekintetében azonos a plazmáéval Élettani körülmények között a proximalis tubulusokban… …a filtrátum kb. 2/3 része (120 l/nap) reabszorbeálódik …a reabszorbeált folyadék (döntıen NaCl oldat) isotonias, ezért a visszamaradó tubulusfolyadék is isotonias lesz …reabszorbeálódik az összes glükóz, aminosav és peptid
…a reabszorpció fı hajtóereje a Na+/K+ ATPáz által felépített Na+ koncentrációgrádiens
Mi történik a proximalis tubulusban? II. Lumen
Interstitium
1. Na+/X szimport (10%) x: glükóz, aminosavak, foszfát 2. Na+/H+ cseréhez kötött NaHCO3 reabszorpció (25%) 3. Na+/H+ cseréhez kötött NaCl reabszorpció (45%) 4. Cl- által vezetett Na+ reabszorpció (20%)
Mi történik a Henle-kacsban? I. A leszálló szár A Henle-kacs leszálló szára… …a velı mélye felé haladva egyre hyperosmotikusabb közegbe kerül (ez az ún. cortico-medullaris koncentráció grádiens; kéreg: 300 mOsm, külsı velı: 600 mOsm, belsı velı: 1200 mOsm) és …vízre permeábilis (átjárható), de elektrolitokat nem transzportál
~300 mOsm
Ebbıl következıen a leszálló szárban a tubulusfolyadék betöményedik (corticalis nephronok: 600 mOsm; juxtamedullaris nephronok: 1200 mOsm), és a térfogata kb. ¼-ére (napi ~60 -> ~15 l) csökken.
~600 mOsm
~1200 mOsm
Mi történik a Henle-kacsban? II. A felszálló szár A Henle-kacs felszálló szárában… …jelentıs elektrolit reabszorpció (Na+/K+/2Cl- szimport) és urea szekréció zajlik …víz visszavétel nem történik
Ebbıl következıen a felszálló szárban a tubulusfolyadék kihígul, majd a kéregbe visszaérve hypoosmotikussá (x < 300 mOsm) válik Eközben a térfogata állandó marad (~15 l)
Az itt lezajló másodlagos aktív transzport (Na+/K+/2Cl- szimport) a legfıbb felelıs az ún. cortico-medullaris koncentráció grádiens kialakításáért
Mi történik a Henle-kacsban? III. A felszálló szár képekben
Mi történik a distalis tubulusban? I. A distalis tubulusok… …vízre nem permeábilisak …a Na+/Cl- szimport révén jelentıs elektrolit reabszorpciót bonyolítanak le
Ebbıl következıen a distalis tubulusban a tubulusfolyadék tovább hígul (~100 mOsm-ra) Eközben a térfogata állandó marad (~15 l)
Mi történik a distalis tubulusban? II. A transzport képekben
Mi történik a győjtıcsatornában? I. A győjtıcsatornában történik a vizelet végleges térfogatának, ozmolaritásának és pH-jának beállítása Ennek eszközei: ADH (AntiDiuretikus Hormon = vazopresszin) - függı víz- és urea reabszorpció (principalis sejtek) Aldoszteron - függı Na+ reabszorpció és (a felépülı transzepithelialis potenciálkülönbség miatt) K+ szekréció (principalis sejtek) ANP (Atrialis Natriuretikus Peptid) - függı Na+ ürítés (principalis sejtek) A szervezet aktuális igényeinek megfelelıen H+, illetve HCO3- szekréció vagy reabszorpció (élettani körülmények között H+ szekréció és HCO3- reabszorpció a jellemzı – intercalaris sejtek)
Mi történik a győjtıcsatornában? II. Mi kell a víz visszavételéhez? Szabad út (ADH-függı módon aquaporin-2 vízcsatornák kihelyezése a luminalis membránba) Hajtóerı (a Henle-kacs felszálló szárában lévı Na+/K+/2Cl- szimporter által felépített cortico-medullaris koncentráció grádiens)
Ebbıl következıen a maximális ADH hatás mellett létrejövı legkoncentráltabb vizelet is csak 1200 mOsm töménységő lehet.
Az ADH hatás teljes kiesése esetén a győjtıcsatornákban nem történik víz reabszorpció. A vizelet térfogata ilyenkor elérheti a napi 15-20 l-t is (diabetes insipidus), ozmolaritása pedig csak 70 mOsm.
Mi történik a győjtıcsatornában? III. A principalis sejtek transzportfolyamatai ANP
Θ amilorid (diuretikum)
Θ
⊕ ADH
aldoszteron
⊕
⊕
Mi történik a győjtıcsatornában? IV. Az intercalaris sejtek transzportfolyamatai
1. H+ pumpa a luminalis membránban (H+ szekréció, HCO3- reabszorpció) 2. H+ pumpa a basolateralis membránban (H+ reabszorpció, HCO3- szekréció) 3. H+/K+ pumpa a luminalis membránban (H+ szekréció, HCO3- reabszorpció)
