Funkční anatomie ledvin ■ • 1 mM M w I ■ I I I *J || J ■ ■ ■ ■ CZ I fc-^ Jm 1 ■ ■ Clearance Protiproudový systém doc. MUDr. Markéta Bébarová, Ph.D. Fyziologický ústav Lékařská fakulta Masarykovy univerzity Tato prezentace obsahuje pouze stručný výtah nejduležitějších pojmů a faktů. V žádném případně není sama o sobě dostatečným zdrojem pro studium ke zkoušce z Fyziologie. Funkce ledvin > Vylučování odpadních produktů a toxinů (vstup zvnějšku nebo produkce v rámci metabolických dějů) > Kontrola objemu a složení tělesných tekutin, osmolality > Udržování acidobazické rovnováhy > Regulace krevního tlaku > Sekrece, metabolismus a exkrece hormonů (renin, erytropoetin, kininy, prostaglandiny, 1,25-diOHcholekalciferol) > Glukoneogenéza Struktura ledvin Cortical radiate vein Cortical radiate artery Arcuate vein Arcuate artery Interlobar vein Interlobar artery Segmental arteries Renal vein Renal artery Renal pelvis Ureter Aorta 1 Renal artery I Segmental artery I Interlobar artery 1 Arcuate artery 1 Cortical radiate artery Renal medulla Renal cortex Afferent arteriole Inferior vena cava t Renal vein ! Interlobar vein I -*> Arcuate vein I Cortical radiate vein f—n Peritubular capillaries -or vasa recta í Efferent arteriole Glomerulus (capillaries) J (a) Frontal section illustrating major blood vessels 0 2013 Peareon Education Ine Nephron-associated blood vessels (see Figure 25.7) (b) Path of blood flow through renal blood vessels http://classes.midlandstech.edu/carterp/Courses/bio211/chap25/chap25.htm Struktura nefronu thin descending limb Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Struktura nefronu - glomerulus B Fenestrations Guy ton & Hall. Textbook of Medical Physiology I \ A?/V/ Struktura nefronu - tubulus thin descending limb Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition > glomerulus > proximální stočený kanálek Struktura nefronu - tubulus Mg 3 CS? ■A IlÄli Distal convoluted tubule V) Proximal convoluted tubule Collecting duct thic Lo thin c Glomerulus -1> O vy Macula densa / / Efferent arteriole Juxtaglomerular cells Renal nerves Afferent arteriole > glomerulus > proximální stočený kanálek > Henleova klička Loop of Henle, thin descending limb Loop of Henle, I thick ascending Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition limb Struktura nefronu - tubulus Cortical nephron > Short nephron loop • Glomerulus further from the cortex-medulla junction • Efferent arteriole supplies peritubular capillaries Juxtamedullary nephron • Long nephron loop • Glomerulus closer to the cortex-medulla junction • Efferent arteriole supplies vasa recta Renat-corpuscle http://classes.midla ndstech.edu/carter p/Courses/bio211/c hap25/chap25.htm at Struktura nefronu - tubulus ABUSUS/L»J Distal convoluted tubule Proximal convoluted tubule Loop of Henle, thick ascending limb Collecting duct Outer medulla / Inner medulla Loop of Henle, thin descending limb > glomerulus > proximální stočený kanálek > Henleova klička > distální stočený kanálek Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Distal convoluted tubule Struktura nefronu - tubulus as Proximal convoluted tubule Distal convoluted tubule Loop oť Henle, thin descending limb -A v. Collecting duct Outer medulla nner medulla > glomerulus > proximální stočený kanálek > Henleova klička > distální stočený kanálek > sběrný kanálek Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Collecting duct Tvorba moče Afferent arteriole Efferent arteriole Glomerular capillaries Bowman's capsule 1. Filtration 2. Reabsorption 3. Secretion 4. Excretion Peritubular capillaries Renal vein v Urinary excretion Excretion = Filtration - Reabsorption + Secretion Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology 1) Glomerulární filtrace 2) Tubulární resorpce 3) Tubulární sekrece 4) Exkrece moči Tvorba moče - Glomerulární filtrace Proximal tubule Capillary loops Boa.man s space Bowman's capsule Podocytes B GFR = 125 ml/min = 180 l/den FF = 0,2 profiltrováno 20% plazmy! Afferent arteriole Efferent arteriole Epithelium Basement membrane Endothelium Fenestrations Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology 800 r 600 c :§ 400 E 200 - 0 Renal blood flow Glomerular filtration 70 140 210 Arterial pressure (mm Hg) Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Tvorba moče - Glomerulární filtrace Rychlost glomerulární filtrace (GFR) závisí na: 1) Kapilární filtračním koeficientu Kf (permeabilita a plocha glomerulární membrány) 2) Rovnováze hydrostatických a koloidně-osmotických sil GFR = Kf • čistý filtrační tlak Tvorba moče - Glomerulární filtrace Rychlost glomerulární filtrace (GFR) závisí na: 1) Kapilární filtračním koeficientu Kf (permeabilita a plocha glomerulární membrány) Permeabilita albumin: průměr cca 7 nM ztráta náboje membrány l Proteinurie (albuminurie) Effective molecular diameter (nm) Ganong 's Review of Medical Physiology Tvorba moče - Glomerulární filtrace Rychlost glomerulární filtrace (GFR) závisí na: 1) Kapilární filtračním koeficientu Kf (permeabilita a plocha glomerulární membrány) Permeabilita Velikost kapilárního řečiště mezangiální buňky: kontrakce zmenšení filtrační plochy pokles Kf pokles GFR -Podocyte -^V. process ]B—Basal Ír i Mesangial cell lamina Cytoplasm of endothelial cell Tvorba moče - Glomerulární filtrace Rychlost glomerulární filtrace (GFR) závisí na: Contraction 1) Kapilární filtračním koeficientu Kf (permeabilita a plocha glomerulární membrány) Permeabilita VelikOSt kapilárníhO Angiotensin mezangiální buňky: Vas°pressin kontrakce Endothelins zmenšení filtrační plochy pokles Kf pokles GFR Norepinephrine Platelet-activating factor Platelet-derived growth factor Thromboxane A2 PGF2 Leukotrienes C4 and D4 Relaxation AN P Dopamine PGE2 cAMP Histamine Tvorba moče - Glomerulární filtrace Rychlost glomerulární filtrace (GFR) závisí na: 1) Kapilární filtračním koeficientu Kf (permeabilita a plocha glomerulární membrány) 2) Rovnováze hydrostatických a koloidně-osmotických sil GFR = Kf • čistý filtrační tlak Tvorba moče - Glomerulární filtrace GFR = Kr čistý filtrační tlak Afferent arteriole Glomerular Glomerular hydrostatic co 11 o i d osm oti c pressure pressure Hg) (32 mm Hi Bowman's capsule pressure (18 mm Hg) Efferent arteriole Guyton & Hail. Textbook of Medical Physiology Za fyziologických podmínek: čistý filtrační tlak = PG + nB - PB - nG = 60 + 0 - 18 - 32 = 10 mmHg Tvorba moče - Tubulární procesy Peritubular capillary Tubular cells FILTRATION Lumen Paracellular path Transcellular path Solutes REABSORPTION EXCRETION Guyton &Hall. Textbook of Medical Physiology Tvorba moče - Tubulární procesy Aktivní transportní mechanismy 1) Primární aktivní transport 2) Sekundární aktivní transport 3) Pinocytóza (velké molekuly, např. bílkoviny, zejména v proximálním tubulu) Tvorba moče - Tubulární procesy Aktivní transportní mechanismy Primární aktivní transport Peritubular capillary Tubular epithelial cells Tubular lumen Interstitial Basement fluid membrane channels Intercellular space Na+ (-3 mv) flight junction Brush border (luminal membrane) Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology Tvorba moče - Tubulární procesy Aktivní transportní mechanismy 1) Primární aktivní transport - Na+/K+ ATPáza - H+ATPáza - Ca2+ ATPáza Tvorba moče - Tubulární procesy Aktivní transportní mechanismy 2) Sekundární aktivní transport Interstitial fluid Tubular cells Co-transport ----- Glucose (atp) < > \ Glu Tubular lumen Glucose -70 mV symport ■----Amino acids Na+ Amino acids «7 T—Na+ = * 300- 3 ° o u 200- diabetes mellitus Filtered N load / Excretion / f Transport / maximum / Reabsorption Normal / / / Threshold / - —i-—í T-1- —1-1 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Plasma glucose concentration (mg/100 ml) Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology Tvorba moče - Tubulární procesy Aktivní transpoi 1) Primární aktivní transport 2) Sekundární aktivní transpo 3) Pinocytóza (velké molekuly, např. bílkoviny,; Peritubular capillary Tubular epithelial cells Tubular lumen Basal channels Interstitial Basement fluid membrane Intercellular space Pasivní transpo 1) Resorpce H20 osmózou ■ v proximálním tubulu (vysoce propustný pro H20) ■ aktivní resorpce solutů -> koncentrační gradient mezi lumen a intersticiem H20 osmózou do intersticia (gradient zrušen) 2) Resorpce solutů difúzí ■ Cľ (Na+ do intersticia, resorpce vody osmózou) ■ urea (resorpce vody osmózou) ^-Tight junction Brush border (luminal membrane) Tvorba moče - Tubulární procesy Peritubular capillary Tubular cells FILTRATION /■ ctive Pfessive usion) Osmosis-^ Lumen Paracellular path Transcellular path Solutes EXCRETION Guyton &Hall. Textbook of Medical Physiology Tvorba moče - Tubulární procesy Fyzikální síly působící v peritubulárních kapilárách a intersticiu - tubulární resorpce řízena hydrostatickými a koloidně-osmotickými silami (obdobně jako GFR) GFR = Kf • čistý filtrační tlak i _ TRR = Kf ■ čistá resorpční síla O} Tvorba moče - Tubulární procesy Fyzikální síly působící v peritubulárních kapilárách a intersticiu Peritubular capillary Interstitial fluid Tubular cells Tubular lumen 13 mm Hg 32 mm Hg rif 6 mm Hg 15 mm Hg Bulk flow H20 H20 10 mm Hg Net reabsorption pressure Na Ig) ----Na + Guy ton & Hall. Textbook of Medical Physiology Tvorba moče - Tubulární procesy Tubuloglomerulární zpětná vazba t GFR ->■ t přítok vody a solutu k macula densa -> konstrikce aff. arterioly (tromboxan A2 ?) -> ^ GFR Glomerulotubulární rovnováha t GFR ->• t onkotického tlaku v peritubulárních kapilárách ->■ t resorpce v tubulech Glomerulo-tubular balance Renal arteriolar pressure Glomerular capillary pressure GFR Solute reabsorption in proximal tubule Solute reabsorption in thick ascending limb Salt and fluid delivery to the distal tubule Tubulo- glomerular feedback Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition?* Tvorba moče - Tubulární procesy 1) 2) 3) 4) 5) 65% Proximální tubulus úplná resorpce látek klíčových pro organismus (glukóza, aminokyseliny) částečná resorpce látek důležitých pro organismus (ionty -Na+, K+, Cľ, aj.) resorpce vody sekrece H+ resorpce HC03~ Výsledek: izoosmotická tekutina, objem významně snížen Guy ton & Hall. Textbook of Medical Physiology Tvorba moče - Tubulární procesy Henleova klička 1) tenké sestupné raménko - pasivní resorpce vody osmózou 2) tlusté vzestupné raménko - aktivní resorpce iontů (Na+/K+/2CI" symport), sekrece H+, resorpce HC03" Tvorba moče - Tubulární procesy Henleova klička 1) tenké sestupné raménko - pasivní resorpce vody osmózou 2) tlusté vzestupné raménko - aktivní resorpce iontů (Na+/K+/2CI" symport), sekrece hľ, resorpce HC03" Renal Tubular lumen interstitial Tubular fluid tells :>y nV) Paracellular Na+i K+ ^----------____------------Mg^ Ca^ diffusion r < , i Na+ * / \ N; ■ci- A r< >2cie é \ Loop diuretics • Furosemide • Ethacrynic acid • Bumetanide Tvorba moče - Tubulární procesy Distální tubulus 1) juxtaglomerulární aparát 2) aktivní resorpce solutů obdobná jako v tlustém raménku Henleovy kličky, rovněž neprostupný pro močovinu a vodu - tzv. diluční segment („ředí" tubulární tekutinu) Early distal tubule Renal interstitial fluid Tubular cells V, Tubular lumen (-10mV) Na+ Na- ■ci- ci- Výsledek: hypotonická tekutina Thiazide diuretics: Tvorba moče - Tubulární procesy Sběrací kanálek (+ konec distálního tu bul u) ) principiální buňky - resorpce Na+ a vody (ADH), sekrece K Late distal tubule and collecting tubule Principal cells Intercalated cells HC03- Renal interstitial fluid Tubular cells Tubular lumen (-50 mV) Na+ Aldosterone antagonists • Spironolactone • Eplerenone Na channel blockers • Amiloride • Triamterene A?, Tvorba moče - Tubulární procesy Sběrací kanálek (+ konec distálního tu bulu) 1) principiální buňky - resorpce Na+ a vody (ADH), sekrece K+ 2) vmezeřené buňky - sekrece H+, resorpce HC03~ a K+ Late distal tubule and collecting tubule Principal Renal interstitial fluid Tubular cells Tubular lumen CI"--- cr HCO3- + H+ Intercalated cells HC03- H2C03 Carbonic anhydrase CO, H20 + CO-, Tvorba moče - Tubulární procesy Sběrací kanálek - medulární část 1) resorpce Na+ a Cl~, vody (ADH) i urey 2) sekrece H+, resorpce HC03" Medullary collecting duct Funkční vyšetření ledvin ŕ-\ Clearance Vyšetření funkce ledvinných tubulů a) Vyšetření koncentrační schopnosti ledvin - Koncentrační pokus žízněním (velmi nepříjemné; po 12 hod žíznění odběr moči ve 4-hod intervalech - hustota, osmolalita; i odběr krve) - Ad i u ret i nový test (šetrnější k pacientovi; po večeři bez tekutin už vyšetřovaný nepije, ráno aplikace ADH přes nosní sliznici - hustota a osmolalita moči) a) Vyšetření zřeďovacích funkcí (test reakce na zvýšený příjem vody - u zdravého snížení é produkce ADH + zvýšení diurézy, moč sníženou osmolalitu) \\j Clearance = objem plazmy, která je ledvinami od dané látky zcela očištěna za čas Pomocí clearance lze kvantifikovat exkreční schopnost ledvin, rychlost průtoku ledvinami i základní funkce ledvin (GFR, tubulární resorpce a sekrece). V -Us vus [ml/min] Cs - clearance látky S Ps - koncentrace látky S v plazmě V - rychlost tvorby moče Us - koncentrace látky S v moči (V • Us - rychlost exkrece látky S močí) Clearance Stanovení rychlosti průtoku plazmy ledvinami (RPF) Clearance látky, která je v glomerulotubulárním aparátu nefronu plně očištěna z plazmy. PAH (paraaminohippurová kyselina) očištěna z 90% PPAH = 0.01 mg/ml Renal plasma flow RPF = 5,85 x 1 mg/min 0,01 mg/ml = 585 ml/min >- Renal venous PAH = 0.001 mg/ml UpAH = 5.85 mg/ml V = 1 m /min Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology Korekce na extrakcni pomer PAH (EPAH): PAH PpAH " VpAH PAH = 0,9 585 ml/min > RPF =-= 650 ml/min 0,9 Clearance Stanovení rychlosti glomerulární filtrace (GFR) GFR Clearance látky, která je v glomerulu plně filtrována a není v tubulech resorbována ani secernována. Inulin - polysacharid, který není v těle vytvářen, nutno aplikovat i.v. (nachází se v kořenech některých rostlin) Kreatinin - produkt svalového metabolismu, v plazmě přibližně v konstantním množství (není nutno aplikovat i.v.) Nejrozšířenější odhad GFR v klinické praxi! Pinuiin = 1 mg/ml (0 Amount filtered = Amount excreted GFR x PlnU|in - UirU|in x V '-'inulin x V inulin GFR = 125 ml/rmin Uinulin= 125 m9/ml V = 1 ml/min Guyton & Hail. Textbook of Medical Physiology Clearance Stanovení filtrační frakce (FF) FF je frakce plazmy, která se profiltruje glomerulární membránou. FF= GFR 125 ml/min = Qig ^-20% plazmy je v RPF 650 ml/min ' glomerulu profiltrováno. Výpočet tubulární resorpce/sekrece A GFR • P > V • U Rychlost filtrace látky je větší než její s s exkrece močí =^> látka je resorbována. B GFR • P < V • U Rychlost filtrace látky je menší než její s s exkrece močí =^> látka je secernována. Protiproudový systém ledvin Despopoulos, Color Atlas of Physiology © 2003 Protiproudový systém ledvin Vznik hyperosmolarity dřeně - role Henleovy kličky 1) Aktivní transport Na+ a kotransport Na+ s K+ a Cl" z tlusté vzestupné části Henleovy kličky - gradient až 200 mOsm/l 2) Neprostupnost vzestupného raménka Henleovy kličky pro HoO Thick ascending loop of Henle Renal interstitial fluid v. Na+, CI-, K+ Ca", HCOa-r Mg Wh* f K+ V / > Tubular cells Paracellular diffusion Tubular lumen (+8 mV) Na+, K+ ■ Mg^, Ca^ Na+ ■Ch K+ ten H+—\ / » J—2Ch Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology Protiproudový systém ledvin Vznik hyperosmolarity dřeně - role Henleovy kličky 1) Aktivní transport Na+ a kotransport Na+ s K+ a Cl" z tlusté vzestupné části Henleovy kličky - gradient až 200 mOsm/l 2) Neprostupnost vzestupného raménka Henleovy kličky pro H20 3) Prostupnost sestupného raménka Henleovy kličky pro H20 Thin descending loop of Henle Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology Protiproudový systém ledvin Vznik hyperosmolarity dřeně - role Henleovy kličky 1) Aktivní transport Na+ a kotransport Na+ s K+ a Cl" z tlusté vzestupné části Henleovy kličky - gradient až 200 mOsm/l 2) Neprostupnost vzestupného raménka Henleovy kličky pro H20 3) Prostupnost sestupného raménka Henleovy kličky pro H20 300 3o: 300 300 300 300 300 © 1 300 300 300 300 \ 300 300 300 300 300 Í^OO 300 \ 400 ^ 200 y 400-_|200 T7 400 200 200 400 200 Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology Co Protiproudový systém ledvin Vznik hyperosmolarity dřeně - role Henleovy kličky 300 300 200 300 G) 300 400 200 @ 300 400 400 400 400 400 -:: 350150 500._300 500 300 Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology 300 350 350 150 500 500 300 '-T'fl 300 100 Repeat Steps 4-6 (j) 700 700 500 *- I I 1000 1000 800 1200 1200 1000 Protiproudový systém ledvin Vznik hyperosmolar!ty dřeně - role vasa recta Efferent arteriole Afferent arteriole Interlobular artery Juxtamedullary glomerulus Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Protiproudový systém ledvin Vznik hyperosmolarity dřeně - role vasa recta Vasa recta m Osm/L 0 300 Solute Solute Solute 600 S00 1000 Interstitium mOsm/L 300 H20 600 H20 300 H20 1000 600 800 Tooo Solute Solute Solute 600 900 1200 1200 Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology Protiproudový systém ledvin Vznik hyperosmolar! ty dřeně - role močoviny 100% remaining , ,, , , Inner dale pro vystup meduiia urey neprostupné paSIVne 50% remaining Urea 300 y&lfy......"ý \ 500 ,'/SSt 20% remaining ing facilitovaná difúze (přes UT-A1 -regulováno ADH) Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology Vodní diuréza vzniká po vypití většího množství hypotonické tekutiny začíná cca 15 min po požití, maxima dosahuje asi za 40 min samo požití -> malý j sekrece ADH resorpce vody -> j, osmolarity plazmy -osmoreceptory hypotalamu -> významný j sekrece ADH j, resorpce vody v tubulu -> t diurézy Vodní diuréza vzniká po vypití většího množství hypotonické tekutiny stav, kdy je v čase přijato větší množství vody než lze vyloučit (maximální diuréza cca 16 ml/min) hypotonická tekutina z plazmy vstupuje do buněk otok buněk až příznaky otravy vodou (křeče, kóma až smrt v důsledku otoku mozkových buněk) může vzniknout i iatrogenně - při neomezení příjmu vody po aplikaci exogenního ADH či jeho zvýšené sekreci v odpovědi na neosmotické Otrava vodou podněty (např. chirurgické trauma) Osmotická diuréza vzniká při přítomnosti většího množství neresorbovaných solutů v renálních tubulech neresorbované soluty (např. glukóza u diabetes mellitus) v proximálním tubulu -» osmotický efekt - voda zadržována v tubulu transepiteliální gradient pro Na+ klesá (Na+ v tubulu ve větším množství vody) zástava jeho resorpce v Na+proximálním tubulu Na+ zadržováno v tubulu ~ další osmotická nálož i další zadržování vody v tubulu Osmotická diuréza vzniká při přítomnosti většího množství neresorbovaných solutů v renálních tubulech více izotonické tekutiny s větším celkovým obsahem Na+ do Henleovy kličky pokles resorpce solutů v ascendentním raménku po dosažení hraničního koncentračního gradientu pro resorpci Na+ -> snížení hypertonicity dřeně více tekutiny teče i dalšími částmi tubulu + pokles hypertonicity dřeně snížení resorpce vody i ve sběrném kanálku -» zvýšená diuréza, moč se zvvšenvm obsahem solutů -~