Fyziologie a patofyziologie ledvin Anatomické poznámky Ledvina je párový orgán, z každé vychází ureter, oba ústí do močového měchýře z něhož vychází uretra. - parenchym ledviny - kůra, dřeň - kalichy - pánvička - v hilu a. renalis, v. renalis, močovod - funkční jednotka NEFRON: glomerulus (krev přivádí vas afferens, rozvětvuje se, tvoří klubko a opět se spojuje ve vas efferens a ta tvoří peritubulární síť), proximální tubulus, sestupné raménko Henleovy kličky, vzestupné raménko Henl. kličky, distální tubulus, sběrací kanálek Funkce ledvin - udržování konstantního objemu ECT (soli) -
-//-
dlouhodobá regulace krevního tlaku
osmolality ECT (voda)
- regulace acidobazické rovnováhy (vylučování H+ a HCO3- acidifikace moči) - eliminace konečných produktů látkové přeměny (močovina, kyselina močová, léky, toxiny) - produkce hormonů (erytropoetin, kalcitriol, prostaglandiny) - metabolické funkce (odbourávání bílkovin a peptidů, glukoneogeneze, tvorba argininu) Průtok krve ledvinami Charakteristika průtoku krve ledvinami: - 20 – 25 % minutového srdečního výdeje MVS (1 l/min) - a-v diference nízká (funkční průtok) - nerovnoměrná distribuce (průtok dření 10 % x kůrou 90 %) - autoregulace průtoku (80 – 180 mmHg stř. art. tlaku) Příčiny poklesu nebo nárůstu průtoku krve ledvinami: Q = dP / (Raf + Ref) - změny středního arteriálního tlaku - změny odporu v. afferens, v. efferens - kombinace obou příčin
Snížení průtoku krve ledvinami
Q = dP / (Raf + Ref) nebo Q = dP / (Raf + Ref) - pokles stř. art. tlaku pod 75 mmHg (systémové příčiny – krvácení, snížení objemu ECT, srdeční selhání, šokové stavy – „centralizace oběhu“) - porucha krevního zásobení obou ledvin (břišní aorta) - porucha krevního zásobení jednostranná (a. renalis) - zvýšení odporu v. afferens (adrenalin, noradrenalin, inhibitory cyklooxygenázy), v. efferens (angiotenzin II) - patologické procesy v glomerulu – Rgl Důsledky snížení průtoku krve ledvinami - ischémie Zvýšení průtoku krve ledvinami
Q = dP / (Raf + Ref) nebo Q = dP / (Raf + Ref) - arteriální hypertenze -stř. art. tlak nad 180-200 mmHg - vazodilatace převážně v. afferens - vztah arteriální hypertenze vs. ledviny (oboustranné, následkem esenciální hypertenze jsou poškozeny ledviny, ty dále hypertenzi prohlubují) Následky, postupně se rozvíjí: - zvýšení perfúzního tlakového gradientu - zvýšení GFR - zvýšený přestup látek přes glomerulární membránu- poškození, sklerotizace glomerulu - progrese- úbytek fungujících nefronů a snižování GFR
Glomerulární filtrace GFR = N x SNGFR (single nephron glomerular filtration rate) GFR = N x Kf x (dP - dp) N…..počet fungujících nefronů Kf….filtrační koeficient (Kf = k x S) dP….transkapilární tlak v glomerulech hydraulický dp… transkapilární tlak onkotický
Clearance - měření GFR: Cin …… clearance inulinu 120 ml/min (2 ml/s) Clearance – objem plazmy, který se za časovou jednotku očistí od dané látky. Používá se látka, jejíž koncentrace v glomerulárním filtrátu je stejná jako v plazmě, je snadno stanovitelná, není toxická, není nijak zpracovávána tubuly (secernována nebo resorbována), není metabolizována – polysacharid INULIN. Nevýhodou je, že musí být podána v infuzi aby byla stálá plasmatická koncentrace. Proto se používá též hodnot ENDOGENNÍHO KREATININU.
Poruchy GFR dělíme na kvantitativní a kvalitativní I/ kvantitativní – snížení nebo zvýšení GFR Snížení GFR nastává při snížení průtoku krve glomerulem (viz výše) nebo v důsledku poškození glomerulů (zánět, autoimunní procesy, komplikace hypertenze). Zvýšení nastává při vysokém průtoku krve ledvinou (hypertenze), nebo jako počáteční kompenzační mechanismus při postupném úbytku nefronů (diabetes). Oboje pak ale ústí v postupný zánik glomerulů a snižování GFR. II/ kvalitativní – změny permeability glomerulární membrány Propustnost membrány: vysoká – voda, ionty, nízkomol. látky (glukóza) střední – proteiny s větší mol. hmotností
Závisí na: velikosti - (procházejí částice do 60 kDa) tvaru náboji - membrána negativně nabita, proto negativně nabité částice odpuzuje a procházejí hůře, pozitivně nabité částice procházejí snáze Poškozená membrána ztrácí svoji elektronegativitu a stává se lépe propustnou pro negativně nabité proteiny – PROTEINURIE (albuminy). Prostupná i pro erytrocyty - HEMATURIE Glomerulární proteinurie - přítomnost proteinů v moči (norma 150 mg/den) - funkční – zvýšení hydrostatického tlaku v glomerulu (ortostatická, pochodová, při horečce, u hypertoniků) - selektivní – poškozena glomerulární membrána, porucha glykokalyxu, lamina densa zachována (albumin + nízkomolekulární globuliny) - neselektivní – větší strukturální poškození (albumin + globuliny různé molekul hmotnosti), V důsledku velké ztráty proteinů močí vzniká v plazmě hypoproteinémie a tvoří se periferní edémy, tento stav se nazývá NEFROTICKÝ SYNDROM Glomerulární hematurie - přítomnost erytrocytů v moči (mikro nebo makroskopická)
Tubulární resorpce a sekrece Tvorba a složení glomerulárního filtrátu x moči za 24 hod glomerulární tekutina 180 l 1 000 g NaCl 500 g NaHCO3 250 g glukózy 100 g AMK
moč 0,5-2 l celkové soluty v g
K+, H+, organické kyseliny a zásady
Glomerulární filtrát (ultrafiltrát plazmy) obsahuje řadu látek, které se z velké části zpětně reabsorbují v tubulech, na druhé straně jsou látky, kterých je v moči větší množství než se přefiltrovalo. TX ……………………………………. reabsorbované
či secernované množství látky x množství látky x V……………množství látky x vyloučené do moči ……..filtrované
GFR x PX UX x
TX
=
GFR x PX
- UX x
TUBULARNÍ REABSORPCE TX
>
0
V
TUBULARNÍ SEKRECE TX
<
0
Filtrační frakce (FF) část plazmy proteklé glomerulem, která se objeví jako glomerulární filtrát Frakční exkrece (FE) jaký díl filtrovaného množství látky je vyloučen, je-li látka resorbována je FE < 1, naopak je-li secernována je FE > 1 Anurie – denní diuréza menší než 150 ml Polyurie- denní diuréza nad 2 500 ml
Transportní děje v průběhu nefronu Tubulární epitel: luminální membrána (tubulární tekutina) bazolaterální membrána (krev) Základní typy transportu: - pasivní (voda, ionty) - osmotický gradient (voda, močovina) - primárně aktivní transport (– ATP-áza pro určitý iont) - sekundárně aktivní (kotransport- glukóza) Hnací silou pro transportní procesy je Na+ - K +-ATPáza na bazolaterální straně membrány
Děje v jednotlivých úsecích nefronu: 1) proximální tubulus - vysoký epitel s kartáčovým lemem (zvětšení povrchu), filtrováno 67 % nálože, netěsný epitel, transport v mezibuněčných prostorech - reabsorpce iontů Na+, Cl-, HCO3-, K+, Ca2+, glukózy, aminokyselin - na bazolaterální membráně: Na+ - K +-ATPáza, kotransport KCl primárně aktivní transport vápníku- ATPáza voda - luminální membrána: draslík z buňky do lumen tubulu výměna sodíku (do buňky) a H+ (do tubulu) kotransport sodíku s glukózou a AMK z lumen tubulu do buňky voda - sekrece transportními systémy (penicilin, organické kyseliny, oxalát, barbituráty, diuretika, adrenalin, cholin, histamin) 2) Henleho klička – sestupné raménko - tenká část, plochý epitel propustný pro vodu, ne pro NaCl – koncentrování moči, hypertonická Henleho klička – vzestupné raménko - tlustý segment „středně těsný epitel“, nepropustný pro vodu, propustný pro NaCl – na jejím konci moč hypotonická V ledvinové dřeni dochází k výměně vody tzv. protiproudým mechanizmem. Hypertonicita dřeně se zvyšuje směrem k papile a současně se zvyšuje propustnost vasa recta (cévy sestupující do dřeně podél tubulů, vlásenkovitý tvar) pro vodu. Ke koncentraci moči přispívá také močovina. 3) Distální tubulus - středně těsný epitel, část distální tubulu se přikládá k cévnímu pólu glomerulu, v místě kontaktu tvoří modifikovaný epitel tzv. macula densa (sekrece reninu) - hypotonická tekutina z Henl. kličky je upravována – vstřebání vody z lumen - isoosmotická tekutina - další úprava resorpcí sodíku a vody
- resorpce sodíku aktivní pod hormonální kontrolou aldosteronu (reabsorpce sodíku, sekrece draslíku - permeabilita stěny pro vodu závisí na uvolňování ADH (antidiuretický hormon) v hypotalamu 4) Sběrací kanálek - místo konečné úpravy moči, regulace vodní a elektrolytové bilance - to, zda bude vyloučena moč hypotonická nebo hypertonická závisí na propustnosti distálního tubulu a sběracího kanálku pro vodu (ADH) Regulace acidobazické rovnováhy Při metabolických dějích v organizmu převažuje tvorba kyselin nad zásadami a organizmus je tak ohrožován acidózou. Stálost pH je udržována: chemicky (nárazníky – bikarbonát, hemoglobin), plícemi a ledvinami. Ledviny – vyloučení H+ iontů, moč může mít pH v rozmezí 4,5 – 7,8 zatímco pH plazmy je v rozmezí 7,36 - 7,44.
V cytoplasmě tubulárních buněk je přítomna karboanhydráza která z oxidu uhličitého a vody tvoří kyselinu uhličitou a ta se rozkládá na bikarbonátový aniont a vodík (proton, H+). H+ je secernováno vodíkovou pumpou do lumina tubulu. Maximální sekrece probíhá v proximálním tubulu, konečná acidifikace moči probíhá ve sběracím kanálku. ionty vylučované do tubulu se váží na bikarbonát (vzniklá k. uhličitá je rozkládána na oxid uhličitý a vodu), ale také na fosfáty a amoniak.
Ledviny se podílejí na kompenzaci respiračních poruch: vylučují H+ při respirační insuficienci spojené s hyperkapnií a tedy respirační acidózou, nebo naopak při stavech hyperventilace (vysoká nadmořská výška), kdy je CO2 vydýcháno a je respirační alkalóza zadržují H+ a vylučují bikarbonát. Poruchy tubulárních funkcí Pro posouzení tubulárních funkcí je nutné přesné měření glomerulární filtrace, protože hodnota tubulárních transportů se posuzuje podle rozdílu množství látky profiltrovaného glomerulem a vyloučeného v moči. - Osmolární clearance COSM objem primární moči nutný k vyloučení všech močových solutů COSM = UOSM x V / POSM (ml/min) - ¨ Vodní clearance CH2O (bezsolutová voda) objem vody prosté solutů, která musí být „přidána“ nebo „odebrána“ aby primární moč byla izoosmotická s plazmou
CH2O = V – COSM
CH2O < 0
hypertonická
CH2O = 0
izotonická
CH2O > 0
hypotonická
- Frakční exkrece látky FE podíl primární moči, který je vyloučen jako definitivní moč
- Koncentrační schopnost ledvin (adiuretinový test)
Pro koncentraci moče je nezbytná intaktní dřeň (vytváří hypertonické prostředí v intersticiu ledviny, protiproudý mechanismus) a působení ADH (viz. výše). Koncentrační schopnost ledvin se posuzuje adiuretinovým testem (podání ADH a sledování schopnosti zakoncentrování – sběr moči po 1 hodině čtyřikrát za sebou). Schopnost zakoncentrovat závisí na věku, dospělý kolem 940 mOsm/l (pro srovnání osmolalita plazmy kolem 300mOsm/l).
Poruchy tubulárního transportu 1) získané 2) vrozené ad1) snížení dřeňově-osmotického gradientu - anatomická deformace dřeně (při překážce odtoku moči v ureteru městnání nad překážkou, zvyšování tlaku, úbytek parenchymu ledviny a rozšíření pánvičky a kalichů - hydronefróza) - změny v intersticiu (při zánětu edém v intersticiu, hojení – jizva, deformace) - porucha transportu osmoticky aktivních látek (při glykosurii – glukóza v moči u diabetu mellitu, osmoticky aktivní, strhává vodu). Pro glukózu existuje tzv. transportní maximum – vstřebá se pouze množství nepřesahující plazmatickou hodnotu 10 mmol/l (normoglykémie je kolem 5 mmol/l). Přesáhne-li filtrované množství transportní maximum dostává se glukóza do moči. Tam působí jako osmotická nálož, strhává vodu – osmotická diuréza. Proto diabetici trpí polyurií (velké množství moči) a polydipsií (žízeň). -
intenzita průtoku krve dření (snížení průtoku krve dření ve v. recta)
ad2) vrozené poruchy - renální glykosurie – porucha transportního mechanismu v proximálním tubulu, glukóza není zpětně resorbována a zůstává v moči, jde o normoglykemickou glykosurii na rozdíl od glykosurie při diabetu, kdy je vysoká plazmatická koncentrace glukózy. - idiopatická hyperkalcinurie – zvýšené vylučování vápníku, nebezpečí urolithiázy - cystinurie – defekt aminokyselinového výměníku, cystin špatně rozpustný, precipituje, vznik konkrementů - renální tubulární acidóza – RTA – sklon k acidóze, porucha vylučování vodíkových iontů nebo reabsorpce bikarbonátu - nefrogenní diabetes insipidus – distální tubulus a sběrací kanálek nejsou citlivé na antidiuretický hormon (porucha receptorů, hormonu je dostatek, na rozdíl od diabetu insipidu při poruchách hypotalamu) Močové kameny Urolithiáza je onemocnění kdy dochází k tvorbě krystalických částic v parenchymu ledviny nebo v močových cestách. Podle lokalizace rozlišujeme: nefrolitiázu - konkrementy v ledvině ureterolitiázu – v močovodu cystolitiázu – v močovém měchýři uretrolitiázu – v močové trubici
Výskyt tohoto onemocnění se udává u 1 – 10 % obyvatelstva (závisí též na podnebí). tvorba konkrementů: : - moč je přesycena kamenotvornými látkami, snížený výdej moči, event. překážka v odtoku - látky krystalizují okolo jádra, - agregací krystalů vznikají konkrementy Složení : 80 % anorganické - kalciumoxalátové - 60% směs kalciumoxalátu a kalciumfosfátu kalciumfosfátové 20% organické - urátové – 10% cystinové xantinové
faktory predisponující vznik konkrementů vysoce koncentrovaná moč kamenotvornými látkami změny pH moči snížení koncentrace inhibitorů krystalizace vrozené anomálie ledvin poruchy odtoku moči
faktory rizikové snížený příjem tekutin metabolické poruchy dlouhodobá imobilizace sociální faktory (podnebí, zaměstnání)
příznaky onemocnění bolest – často kolikovitá poruchy mikce hematurie teplota
terapie zvyšování diurézy úprava pH moči chirurgická, litotripse u koliky spasmolytika, „stažení kamene“
Selhání ledvin patofyziologický stav, kdy ledviny nejsou schopny vylučovat odpadové produkty dusíkatého metabolismu a udržovat rovnováhu vody, elektrolytů a acidobazickou rovnováhu ani za bazálních podmínek nedostatečnost ledvin - ledviny jsou schopny udržovat normální složení vnitřního prostředí při běžném životě, ale ne v zátěžových situacích (infekce, operace, nadměrný přívod vody, elektrolytů a bílkovin) akutní selhání (ASL) x chronická ledvinná nedostatečnost (chronické selhání, CHRI) - důsledek chronického onemocnění ledvin (glomerulonefritidy, diabetická nefropatie, intersticiální nefritidy, atd.) dělení ASL: 1) prerenální (selhání srdce jako čerpadla, hypovolémie, pokles odporu v systémové cirkulaci) 2) renální (nefrotoxické látky, akutní glomerulonefritidy, akutní tubulointersticiální nefritidy) 3) postrenální (obstrukce vývodných cest močových) Metabolické změny v průběhu ASL: hyperkalémie, retence vody a sodíku, metabolická acidóza, urémie U CHRI dále: poruchy metabolismu bílkovin, sacharidů i lipidů, porucha kostního metabolismu, porucha erytropoézy, poruchy hemokoagulace a imunitních procesů, arteriální hypertenze dialyzační léčba: hemodialýza - difúze a ultrafiltrace přes semipermeabilní membránu (syntetická); dočasný nebo trvalý cévní přístup, dialyzační střediska peritoneální dialýza - dialyzační membránou je peritoneum pacienta; implantace permanentního katétru do dutiny břišní; výhody, nevýhody Poruchy mikce neurogenní měchýř - poruchy vyprazdňování močového měchýře nervového původu, příčiny traumatické a netraumatické (vrozené, získané) inkontinence - neschopnost udržet moč polakisurie - častá potřeba vyprázdnění močového měchýře (např. u infekcí močových cest) vezikouretrální reflux (primární, sekundární)
Změny objemu a osmolality tělesných tekutin Homeostáza objem a složení těl. tekutin – konstantní příjem potravou a pitím – nekonstantní, variabilní množství solutů a vody příjem – GIT 2 l/den metabolismus 0,5 l/den vylučování – GIT 0,1 l/den plíce 0,5 l/den kůže 0,6 – 0,8 l/den ledviny 1-2 l/den
Rozdělení vody v těle (kompartmenty tělesných tekutin) CTV (celková tělesná voda) 60 % ECT (extracelulární tekutina) 20 % ta se dělí na plazmu 5 % intersticiální tekutinu 15 % ICT (intracelulární tekutina) 40 % Regulace objemu a osmolality Základem volumoregulace je bilance sodíku - rozhodující je výše tubulární reabsorpce sodíku - autoregulace glomerulární filtrace (zabraňuje vlivu výkyvům TK) - glomerulotubulární rovnováha (přizpůsobení výši GFR reabsorpcí konstantního % z filtrovaného množství) - fyzikální faktory (zvýšený objem ECT - ledviny – snižuje se reabsorpce) - nervová a humorální regulace: - sympatikus (konstrikce renálních arteriol) - ANP (atriální natriuretický faktor, uvolňovaný na základě zvýšení tlaku v pravé síni při vyšším objemu cirkulující tekutiny, sníží reabsorpci sodíku) - RAAS (renin-angiotenzin-aldosteronový systém, při snížení TK a snížení průtoku krve ledvinou aktivuje se juxtaglomerulární aparát, produkce reninu – angiotenzin – aldosteron a zvýšení reabsorpce sodíku) Základem osmoregulace je bilance vody - ledviny, základní mechanismy jako u sodíku (autoregulace GFR, glomerulotubulární rovnováha, fyzikální faktory)
ADH (antidiuretický hormon) - regulace permeability sběracích kanálků pro vodu -
základní regulace přes osmoreceptory – registrace změn osmolarity plazmy v nc. supraopticus hypothalami, současně pocit žízně - centrum v hypotalamu, stimulem je hypertonicita ECT, práh žízně velmi nízký (změna o 3 mOsm/l)
Změny v živočišné buňce v prostředí s nízkou a vysokou osmolalitou:
Klasifikace změn objemu a osmolality: HYPOVOLEMIE
NORMOVOLEMIE
HYPOOSMOLARITA
ISOOSMOLARITA
HYPEROSMOLARITA
FYZIOL. NORMA 290 10 mOsm/l
HYPERVOLEMIE
Změny při hypovolémii, normovolémii a hypovolémii HYPOVOLÉMIE HYPOOSMOLARITA
Hypotonická dehydratace ICT nCTV ztráty soli (poruchy ledvin, nadledvin – aldosteron předávkování diuretik, projímadel) a hrazení ztrát čistou vodou (při zvracení, průjmech, práci v horku, sportu) edém buněk, hypovolemie, hypotenze - šok
ISOOSMOLARITA
Izotonická dehydratace nICT CTV ztráty izoton. tekutiny (GIT, krvácení, popáleniny, poruchy ledvin, punkce ascitu) selhávání oběhu - hypotenze, tachykardie – šok únava, apatie, poruchy vědomí
HYPEROSMOLARITA
Hypertonická dehydratace ICT CTV přísun vody, ztráty hypoton. tekutiny (horečka, hyperventilace, zvracení, průjem, ledvinné choroby) dehydratace buněk, žízeň, hypotenze, apatie
NORMOVOLÉMIE HYPOOSMOLARITA
neuhrazení ztrát solutů při normálním objemu ECT
ISOOSMOLARITA
FYZIOLOGICKÁ NORMA
HYPEROSMOLARITA
retence solutů při normálním objemu
290 10 mOsm/l
HYPERVOLÉMIE HYPOOSMOLARITA
Hypotonická hyperhydratace ICT CTV „OTRAVA VODOU“ (rychlé zavodnění, příjem vody při oligo-anurii, vysoká hladina ADH) edém mozku, rozvoj nitrolební hypertenze – zvracení, křeče, bradykardie, hypotenze
ISOOSMOLARITA
Izotonická hyperhydratace nICT CTV zvýšený příjem izotonické tekutiny (i.v. přívod plných roztoků po operaci, úrazu, jiná interní onemocnění) edémy (plic, ascites, fluidotorax)
HYPEROSMOLARITA
Hypertonická hyperhydratace ICT nCTV příjem nebo retence solutů (pití mořské vody, nádory nadledvin aldosteronu, akutní ledvinné selhání) žízeň, horečka, edémy
