Fyziologický ústav Lékařská fakulta Masarykovy univerzity Řízení činnosti ledvin Regulace vnitřního prostředí ledvinami doc. MUDr. Markéta Bébarová, Ph.D. Tato prezentace obsahuje pouze stručný výtah nejdůležitějších pojmů a faktů. V žádném případně není sama o sobě dostatečným zdrojem pro studium ke zkoušce z Fyziologie. Řízení činnosti ledvin Ganong´s Review of Medical Physiology, 23rd edition Řízení průtoku krve ledvinami 1) Myogenní autoregulace 2) Nervová regulace 3) Humorální regulace Ganong´s Review of Medical Physiology, 23rd edition - dominuje - udržováním stabilního průtoku při různých systémových tlacích zajišťuje stabilní činnost ledvin (stabilní tlak v glomerulech a tedy i glomerulární filtrace) Řízení průtoku krve ledvinami 1) Myogenní autoregulace 2) Nervová regulace - podřízena potřebám systémového oběhu - průtok ledvinami tvoří 25 % srdečního výdeje – ovlivňuje TK - sympatikus - noradrenalin lehká zátěž (emoční i fyzická) + vzpřímená polohy těla →  sympatického tonu →  tonu v. aff. i eff. →  průtoku ledvinami, ale bez snížení GFR ( FF) sympatický tonus významně  během anestezie, vlivem bolesti, vážného krvácení, ischemie mozku apod. (GFR už pak může ) Řízení průtoku krve ledvinami u zdravých osob – minoritní význam 3) Humorální regulace - podílí se na řízení systémového tlaku a řízení tělesných tekutin - noradrenalin, adrenalin (z dřeně nadledvin) Řízení průtoku krve ledvinami → konstrikce aff. a eff. arterioly →  průtok krve ledvinami a GFR v souladu se  aktivitou sympatiku (význam tedy malý s výjimkou vážných stavů, např. závažného krvácení) 3) Humorální regulace - podílí se na řízení systémového tlaku a řízení tělesných tekutin - noradrenalin, adrenalin (z dřeně nadledvin) Řízení průtoku krve ledvinami - endotelin → konstrikce aff. a eff. arterioly →  průtok krve ledvinami a GFR → konstrikce aff. a eff. arterioly →  průtok krve ledvinami a GFR uvolňován lokálně z poškozeného endotelu (fyziologicky význam při hemostáze; patologicky je jeho hladina zvýšena např. při preeklampsii, akutním selhání ledvin, chronické urémii) 3) Humorální regulace - podílí se na řízení systémového tlaku a řízení tělesných tekutin - NO (z endotelu) Řízení průtoku krve ledvinami - prostanglandiny (PGE2, PGI2), bradykinin kontinuální bazální produkce → vazodilatace v ledvině → stabilní úroveň průtoku krve ledvinami a GFR → vazodilatace fyziologicky minoritní význam omezují vliv vazokonstrikčních působků, což zabraňuje velkému  průtoku krve ledvinou a GFR nesteroidní antiflogistika během stresu (chirurgický výkon,  objemu tekutin) může → významný  GFR 3) Humorální regulace - podílí se na řízení systémového tlaku a řízení tělesných tekutin - Renin-angiotensinový systém Ganong´s Review of Medical Physiology, 23rd edition Řízení průtoku krve ledvinami Řízení průtoku krve ledvinami Tubuloglomerulární zpětná vazba - zajišťuje konstantní přísun NaCl do distálního tubulu a brání nadměrným změnám renální exkrece 3) Humorální regulace Řízení průtoku krve ledvinami Tubuloglomerulární zpětná vazba Ganong´s Review of Medical Physiology, 23rd edition Guyton  Hall. Textbook of Medical Physiology 3) Humorální regulace Guyton  Hall. Textbook of Medical Physiology PG πG PBπB πB = 0 Za fyziologických podmínek: čistý filtrační tlak = PG + πB – PB - πG = 60 + 0 – 18 - 32 = 10 mmHg GFR = Kf  (PG + πB – PB – πG) GFR = Kf  čistý filtrační tlak Ganong´s Review of Medical Physiology, 23rd edition Řízení glomerulární filtrace - mechanismy ne zcela známé (změny fyzikálních sil?) Řízení tubulární resorpce Glomerulotubulární rovnováha - zvýšení rychlosti tubulární resorpce při zvýšené náloži tekutiny tekoucí tubuly (prevence přetížení distálních částí t.) - zajišťuje rovnováhu mezi glomerulární filtrací a tubulární resorpcí 1) Lokální regulace 2) Nervová regulace 3) Humorální regulace - zejména v proximálním tubulu 1) Lokální regulace - mechanismy lokální (patrné i v izolovaném proximálním tubulu) Řízení tubulární resorpce Fyzikální síly působící v peritubulárních kapilárách a intersticiu 1) Lokální regulace - tubulární resorpce řízena hydrostatickými a koloidně-osmotickými silami (obdobně jako GFR) GFR = Kf  čistý filtrační tlak TRR = Kf  čistá resorpční síla Řízení tubulární resorpce Fyzikální síly působící v peritubulárních kapilárách a intersticiu 1) Lokální regulace - tubulární resorpce řízena hydrostatickými a koloidně-osmotickými silami (obdobně jako GFR) GFR = Kf  čistý filtrační tlak TRR = Kf  čistá resorpční síla Řízení tubulární resorpce Fyzikální síly působící v peritubulárních kapilárách a intersticiu 1) Lokální regulace Guyton  Hall. Textbook of Medical Physiology Řízení tubulární resorpce Fyzikální síly působící v peritubulárních kapilárách a intersticiu – změny v intersticiu (Pif a πif) 1) Lokální regulace Guyton  Hall. Textbook of Medical Physiology ↑ Pif ↓ πif ↑ resorpce → ↓ Pif a ↑πif → ↓ backleak Řízení tubulární resorpce 2) Hormonální regulace - význam – umožňuje regulovat resorpci jednotlivých solutů samostatně (jiné mechanismy nespecificky ovlivňují celkovou resorpci!) Aldosteron Angiotenzin II Natriuretické peptidy (zejména ANP) Antidiuretický hormon Parathormon Urodilatin (renální NP) Řízení tubulární resorpce 3) Nervová regulace Sympatikus - i při malém zvýšení aktivity (přes α-rec. v epiteliích): → konstrikce aff. i eff. arterioly → ↓ průtoku ledvinami → ↓ Pc → ↑ TRR přímo přes ↑ resorpce Na+ v proximálním tubulu, vzestupném raménku Henleovy kličky a snad i v distálnějších částech tubulu - při výrazném zvýšení aktivity nepřímo: → ↑ resorpce soli a vody Plnění a vyprazdňování močového měchýře cystometrogram Regulace vnitřního prostředí ledvinami Homeostáza Udržování konstantního objemu a složení tělesných tekutin Udržování pH tělesných tekutin = udržování stálých podmínek vnitřního prostředí Hospodaření s vodou a minerály - regulace ledvinami - Tělesné tekutiny a jejich objemy Guyton  Hall. Textbook of Medical Physiology Udržování konstantního objemu a složení tělesných tekutin je základním předpokladem udržení homeostázy organismu. Tělesné tekutiny tvoří cca 60 % hmotnosti těla. Tělesné tekutiny a jejich objemy Udržování konstantního objemu a složení tělesných tekutin je základním předpokladem udržení homeostázy organismu. Tělesné tekutiny a jejich objemy Guyton  Hall. Textbook of Medical Physiology Udržování konstantního objemu a složení tělesných tekutin je základním předpokladem udržení homeostázy organismu. 5 % hmotnosti těla 15 % hmotnosti těla 40 % hmotnosti těla Tělesné tekutiny tvoří cca 60 % hmotnosti těla. Transcelulární tekutina (1-2 l) – specializovaný typ ECT. (tekutina peritoneální, perikardiální, synoviální, cerebrospinální a intraokulární) Rovnováha mezi příjmem a výdejem tělesných tekutin Guyton  Hall. Textbook of Medical Physiology Tělesné tekutiny a jejich objemy Guyton  Hall. Textbook of Medical Physiology ECT vs. ICT Tělesné tekutiny a jejich složení Guyton  Hall. Textbook of Medical Physiology plazma vs. IST Tělesné tekutiny a jejich složení osmolalita 285 mosm/kg H2O    příjem NaCl, ztráta vody → výstup vody z ICT („svrašťování buněk)  příjem NaCl,  příjem vody → voda osmoticky nasávána do ICT (edém buněk) Tělesné tekutiny a jejich složení Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology. osmolalita 285 mosm/kg H2O    příjem NaCl, ztráta vody → výstup vody z ICT („svrašťování buněk)  příjem NaCl,  příjem vody → voda osmoticky nasávána do ICT (edém buněk) Nutná přesná regulace osmolality ECT! - osmoreceptory Tělesné tekutiny a jejich složení - ledviny (cílový orgán působení níže uvedených hormonů) - antidiuretický hormon - aldosteron - natriuretické peptidy Humorální řízení minerálního a vodního hospodářství Antidiuretický hormon = vazopresin - účinky: →zadržování vody v těle (sběrací tubulus, akvaporin 2) Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology. →udržování stálé TK (zadržování vody, vazokonstrikce) → glykogenolýzy, mediátor v mozku,  sekrece ACTH v adenohypofýze Humorální řízení minerálního a vodního hospodářství Antidiuretický hormon = vazopresin - regulace sekrece: Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology. -  osmolality -  objemu ECT  -  osmolality,  objemu ECT  - bolest, emoce, stres (chirurgický), fyzická námaha; stání - nauzea, zvracení - angiotensin II - morfin, nikotin, barbituráty, … - alkohol; antagonisté opiátů - hlavní steroid s mineralokortikoidním účinkem - mechanismus účinku: vazba na mineralokortikoidní receptor → vazba hormonreceptorového komplexu na DNA → mRNA → syntéza proteinů: - zejména Na+/K+-ATPáza -  počtu amiloridem-inhibovatelných Na+-kanálů v membráně cílových buněk -  aktivity H+-pumpy sběrných kanálků kůry ledvin -  aktivity Na+/H+-antiportu v distálních i proximálních částech nefronů Nástup účinku až za 10 – 30 min ! Humorální řízení minerálního a vodního hospodářství Aldosteron → resorpce Na+ z moče, potu, slin, žaludeční šťávy → vylučování K+ močí,  acidity moči (směna za Na+) → obsahu K+ a  obsahu Na+ v buňkách svalů a mozku - ACTH z adenohypofýzy (přechodný účinek) - renin-angiotenzin-aldosteronový systém - přímý stimulační účinek  plazmatické koncentrace K+ (i malá změna – i po jídle bohatém na K+ - ovoce, zelenina) a  Na+ (až velká změna) Humorální řízení minerálního a vodního hospodářství Aldosteron - hlavní steroid s mineralokortikoidním účinkem - účinky: - regulace sekrece: Renin-angiotenzin-aldosteronový systém Ganong´s Review of Medical Physiology Humorální řízení minerálního a vodního hospodářství - ACTH z adenohypofýzy (přechodný účinek) - renin-angiotensin-aldosteronový systém - přímý stimulační účinek  plazmatické koncentrace K+ (i malá změna – i po jídle bohatém na K+ - ovoce, zelenina) a  Na+ (až velká změna) Humorální řízení minerálního a vodního hospodářství Aldosteron - hlavní steroid s mineralokortikoidním účinkem - regulace sekrece: - atriální natriuretický peptid (inhibice sekrece reninu,  reaktivity zona glomerulosa na angiotensin II) - jiné hormony adenohypofýzy (kromě již zmíněného ACTH; udržení reaktivity zona glomerulosa) - jeden z natriuretických peptidů (dále BNP – srdce, CNP – mozek) - tvořen ve svalových bb. srdečních síní, nalezen i v mozku - receptory (ANPR-A – největší afinita k ANP, ANPR-B – CNP, ANPR-C – všechny známé typy NP) - krátký biologický poločas Humorální řízení minerálního a vodního hospodářství Atriální natriuretický peptid → natriuréza (1.  GFR – zvětšení povrchu pro filtraci relaxací mesangiálních bb., 2.  exkrece Na+ působením na ledvinné tubuly) →  reaktivity hladkých svalů cév na vazokontrikční látky → inhibice sekrece reninu,  reaktivity zona glomerulosa na stimuly  sekreci aldosteronu → inhibice sekrece ADH →  vylučování vody  -  CVT při změně polohy těla z lehu do stoje  -  objemu ECT (protažení síňových bb. při vyšší náplni) - jeden z natriuretických peptidů (dále BNP – srdce, CNP – mozek) →  TK (i přes mozkový kmen) Humorální řízení minerálního a vodního hospodářství Atriální natriuretický peptid - účinky (přes ↑ cGMP): - regulace sekrece: Ganong´s Review of Medical Physiology Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology. hypokalcémie hyperkalcémie Humorální řízení minerálního a vodního hospodářství Vápník v těle Humorální řízení minerálního a vodního hospodářství Hormonální řízení kalcémie Parathormon Vitamín D Kalcitonin Humorální řízení minerálního a vodního hospodářství Hormonální řízení kalcémie Acidobazická rovnováha - regulace ledvinami - Acidobazická rovnováha, její regulace 1) Pufry 2) Plícemi 3) Ledvinami Acidobazická rovnováha je regulována: ▪ rychlá regulace (sekundy) ▪ rychlá regulace (minuty až hodiny) ▪ pomalejší regulace (v řádu hodin až dní), ale nejvýkonější ▪ eliminace kyselin a bazí z těla ▪ eliminace CO2 z těla (H2CO3 → H2O + CO2) ▪ výkyvy pH tlumí vyvazováním a uvolňováním H+: pufr + H+ H - pufr [H+] [H+] upřednostňován směr doprava, dokud je volný pufr k dispozici upřednostňován směr doleva, H+ uvolňovány Acidobazická rovnováha, její regulace Regulace acidobazické rovnováhy ledvinami ▪ exkrecí kyselé či alkalické moči ▪ neustále v glomerulu filtrováno velké množství HCO3 ▪ neustále secernováno velké množství H+ v tubulech ledvin denně se vytvoří při metabolismu cca 80 mEq neprchavých kyselin – nutno vyloučit ledvinami GFR 180 l/den, [HCO3 - ]plazma 24 mEq/l → denně profiltrováno 4320 mEq HCO3 - - běžně téměř vše resorbováno ▪ filtrovaný HCO3 - / secernovaný H+ Acidobazická rovnováha, její regulace Regulace acidobazické rovnováhy ledvinami 1) Sekrece H+ 2) Resorpce HCO3 - Acidobazická rovnováha, její regulace Regulace acidobazické rovnováhy ledvinami ❖ v proximálním tubulu, tlusté části Henleovy kličky a na začátku distálního tubulu Na+/H+-antiport >90% HCO3 - resorbováno – nedochází k okyselení moči! 1) Sekrece H+ 2) Resorpce HCO3 Resorpce HCO3 - přes bazolaterální membránu usnadňována: ▪ Na+-HCO3 - kotransportem ▪ Cl--HCO3 - výměníkem (proximální tubulus) (konec proximálního tubulu a dále, kromě tenkého segmentu Henleovy kličky) Acidobazická rovnováha, její regulace Regulace acidobazické rovnováhy ledvinami ❖ v proximálním tubulu, tlusté části Henleovy kličky a na začátku distálního tubulu Na+/H+-antiport >90% HCO3 - resorbováno – nedochází k okyselení moči! ❖ v konečné části distálního tubulu a sběracím tubulu primární aktivní transport H+ (interkalární buňky) základ okyselení moči 1) Sekrece H+ 2) Resorpce HCO3 - 1) Sekrece H+ 2) Resorpce HCO3 Acidobazická rovnováha, její regulace 3) Produkce nového HCO3 ❖ Fosfátový pufr (HPO4 2-, H2PO4 -) HPO4 2- a H2PO4 - se resorbují méně než voda  jejich koncentrace postupně narůstá ❖ Amoniakový pufr (NH3, NH4 +) vznik NH4 + z glutaminu v proximálním tubulu, tlusté části vzestupného raménka Henleovy kličky a v distálním tubulu Regulace acidobazické rovnováhy ledvinami ❖ Amoniakový pufr (NH3, NH4 +) Acidobazická rovnováha, její regulace sběrací tubulus (permeabilní pro NH3, ale mnohem méně pro NH4 + - exkrece močí) 50% sekrece H+, 50% nově vzniklého HCO3 - ! Regulace acidobazické rovnováhy ledvinami 1) Sekrece H+ 2) Resorpce HCO3 - 3) Produkce nového HCO3 ❖ Fosfátový pufr (HPO4 2-, H2PO4 -) HPO4 2- a H2PO4 - se resorbují méně než voda  jejich koncentrace postupně narůstá Acidobazická rovnováha, její regulace Regulace acidobazické rovnováhy ledvinami Regulace sekrece H+  -  pCO2 v ECT (respirační acidóza; přímá stimulace díky  tvorbě H+ v tubulárních buňkách) -  pH v ECT (respirační či metabolická acidóza) -  sekrece aldosteronu (stimuluje sekreci H+ interkalárními buňkami sběracích kanálků; Connův syndrom - alkalóza) Acidobazická rovnováha, její regulace Regulace acidobazické rovnováhy ledvinami Acidóza – korekce ledvinami korekce ledvinami:  HCO3 - v ECT →  filtrovaného HCO3 - → úplná resorpce HCO3 - + jeho novotvorba (HCO3 - není vylučován močí ) +  exkrece H+ močí → návrat pH ECT k normě ▪ metabolická acidóza: díky  HCO3 pH = 6,1 + log HCO3 - 0,03 x PCO2   ▪ respirační acidóza: díky  PCO2 (hypoventilace) korekce ledvinami:  PCO2 v ECT →  PCO2 v tubulárních bb. →  tvorba H+ a HCO3 - v tubulárních bb. →  sekrece H+ +  resorpce HCO3 - → návrat pH ECT k normě Acidobazická rovnováha, její regulace Regulace acidobazické rovnováhy ledvinami Alkalóza – korekce ledvinami   korekce ledvinami:  HCO3 - v ECT →  filtrovaného HCO3 → neúplná resorpce HCO3 - (nedostatek H+) →  exkrece HCO3 - močí → návrat pH ECT k normě ▪ metabolická alkalóza: díky  HCO3 ▪ respirační alkalóza : díky  PCO2 (hyperventilace) korekce ledvinami:  PCO2 v ECT →  PCO2 v tubulárních bb. →  tvorba H+ a HCO3 - v tubulárních bb. →  sekrece H+ +  resorpce HCO3 - → návrat pH ECT k normě pH = 6,1 + log HCO3 - 0,03 x PCO2