Biologie I

Ačkoli jsou ledviny hlavním osmoregulačním orgánem, kůže a plíce hrají v tomto procesu také důležitou roli. Voda a elektrolyty se ztrácejí prostřednictvím potních žláz v kůži, které pomáhají zvlhčovat a ochlazovat povrch kůže, zatímco plíce vylučují malé množství vody ve formě slizničních sekretů a prostřednictvím odpařování vodní páry.

Ledviny: Hlavní osmoregulační orgán

Obrázek 1. Ledviny filtrují krev a produkují moč, která se před vyloučením močovou trubicí ukládá v močovém měchýři. (kredit: úprava práce NCI)

Ledviny, znázorněné na obrázku 1, jsou dvojice struktur fazolovitého tvaru, které se nacházejí těsně pod játry a za nimi v peritoneální dutině. Nadledviny se nacházejí na vrcholu každé ledviny a nazývají se také nadledviny. Ledviny filtrují krev a čistí ji. Veškerá krev v lidském těle je mnohokrát denně filtrována ledvinami; tyto orgány spotřebují na tuto funkci téměř 25 % kyslíku vstřebaného plícemi. Kyslík umožňuje ledvinovým buňkám účinně vyrábět chemickou energii ve formě ATP prostřednictvím aerobního dýchání. Filtrát vycházející z ledvin se nazývá moč.

Struktura ledvin

Zevně jsou ledviny obklopeny třemi vrstvami, které jsou znázorněny na obrázku 2. Ledviny se skládají ze tří vrstev. Nejzazší vrstvu tvoří tuhá vrstva pojivové tkáně zvaná ledvinová fascie. Druhá vrstva se nazývá perirenální tukové pouzdro, které pomáhá ukotvit ledviny na místě. Třetí a nejvnitřnější vrstvou je ledvinové pouzdro. Vnitřně má ledvina tři oblasti – vnější kůru, dřeň uprostřed a ledvinovou pánvičku v oblasti zvané hilus ledviny. Hilus je konkávní část fazolovitého tvaru, kde do ledviny vstupují a vystupují krevní cévy a nervy; je to také místo výstupu močovodů. Kůra ledviny je zrnitá díky přítomnosti nefronů – funkční jednotky ledviny. Dřeň se skládá z mnoha pyramidových tkáňových útvarů, které se nazývají ledvinové pyramidy. Mezi pyramidami jsou prostory zvané ledvinové sloupce, kterými procházejí cévy. Konce pyramid, nazývané ledvinové papily, směřují k ledvinové pánvičce. V každé ledvině je v průměru osm ledvinových pyramid. Ledvinové pyramidy spolu s přilehlou korovou oblastí se nazývají ledvinové laloky. Ledvinová pánvička ústí do močovodu na vnější straně ledviny. Na vnitřní straně ledviny se ledvinová pánvička větví na dvě nebo tři prodloužení, která se nazývají velké kalichy, které se dále větví na malé kalichy. Močovody jsou močové trubice, které vystupují z ledviny a vyprazdňují se do močového měchýře.

Obrázek 2: Močovody. Je znázorněna vnitřní stavba ledviny. (kredit: úprava práce NCI)

Protože ledviny filtrují krev, je síť jejich cév důležitou součástí jejich struktury a funkce. Tepny, žíly a nervy, které ledvinu zásobují, vstupují a vystupují v ledvinovém hilu. Zásobování ledvin krví začíná větvením aorty do ledvinových tepen (které jsou pojmenovány podle oblasti ledviny, kterou procházejí) a končí výstupem ledvinových žil, které se spojují s dolní dutou žílou. Ledvinové tepny se při vstupu do ledvin rozdělují na několik segmentálních tepen. Každá segmentální tepna se dále dělí na několik interlobárních tepen a vstupuje do ledvinových sloupců, které zásobují ledvinové laloky. Interlobární tepny se rozdělují na rozhraní kůry a dřeně ledvin a vytvářejí obloukovité tepny. Obloukovité tepny ve tvaru „luku“ tvoří oblouky podél základny dřeňových pyramid. Kortikální radiální tepny, jak název napovídá, vyzařují z arkuátních tepen. Kortikální paprsčité tepny se větví na četné aferentní arterioly a poté vstupují do kapilár zásobujících nefrony. Žíly sledují dráhu tepen a mají podobné názvy, až na to, že neexistují žádné segmentální žíly.

Jak již bylo zmíněno, funkční jednotkou ledviny je nefron, znázorněný na obrázku č. 3. Každá ledvina se skládá z více než milionu nefronů, které jsou posety ledvinnou kůrou, což jí při sagitálním řezu dává zrnitý vzhled. Existují dva typy nefronů – kortikální nefrony (85 %), které jsou hluboko v kůře ledvin, a juxtamedulární nefrony (15 %), které leží v kůře ledvin v blízkosti dřeně ledvin. Nefron se skládá ze tří částí – ledvinného tělíska, ledvinného tubulu a přidružené kapilární sítě, která vychází z kortikálních radiálních arterií.

Obrázek 3: Nefron se skládá ze tří částí – ledvinného tělíska, ledvinného tubulu a přidružené kapilární sítě, která vychází z kortikálních radiálních arterií. Nefron je funkční jednotka ledviny. Glomerulus a stočené kanálky se nacházejí v kůře ledviny, zatímco sběrné kanálky jsou umístěny v pyramidách dřeně. (kredit: úprava práce NIDDK)

Renální tělísko

Renální tělísko, které se nachází v kůře ledvin, se skládá ze sítě kapilár známé jako glomerulus a kapsuly, pohárkovité komory, která jej obklopuje, zvané glomerulární nebo Bowmanova kapsula.

Renální tubulus

Renální tubulus je dlouhá a stočená struktura, která vychází z glomerulu a lze ji rozdělit na tři části podle funkce. První část se nazývá proximální stočený tubulus (PCT) kvůli své blízkosti ke glomerulu; zůstává v kůře ledvin. Druhá část se nazývá Henleova klička neboli nefritická klička, protože tvoří smyčku (se sestupným a vzestupným raménkem), která prochází dření ledviny. Třetí část ledvinového tubulu se nazývá distální stočený tubulus (DCT) a tato část je rovněž omezena na kůru ledvin. DCT, který je poslední částí nefronu, se spojuje a vyprazdňuje svůj obsah do sběrných kanálků, které lemují dřeňové pyramidy. Sběrací kanálky shromažďují obsah z více nefronů a spojují se, když vstupují do papil dřeně ledviny.

Kapilární síť v nefronu

Kapilární síť, která vychází z ledvinových tepen, zásobuje nefron krví, kterou je třeba filtrovat. Větev, která vstupuje do glomerulu, se nazývá aferentní arteriola. Větev, která opouští glomerulus, se nazývá eferentní arteriola. Síť kapilár uvnitř glomerulu se nazývá glomerulární kapilární řečiště. Jakmile eferentní arteriola opustí glomerulus, vytvoří peritubulární kapilární síť, která obklopuje části ledvinného tubulu a interaguje s nimi. V kortikálních nefronech obklopuje peritubulární kapilární síť PCT a DCT. U juxtamedulárních nefronů tvoří peritubulární kapilární síť síť kolem Henleovy kličky a nazývá se vasa recta.

Funkce a fyziologie ledvin

Ledviny filtrují krev v třístupňovém procesu. Nejprve nefrony filtrují krev, která protéká kapilární sítí v glomerulu. Téměř všechny rozpuštěné látky, s výjimkou bílkovin, jsou odfiltrovány do glomerulu procesem zvaným glomerulární filtrace. Za druhé se filtrát shromažďuje v ledvinových kanálcích. Většina rozpuštěných látek se reabsorbuje v PCT procesem zvaným tubulární reabsorpce. V Henleově kličce pokračuje filtrát ve výměně rozpuštěných látek a vody s ledvinnou dření a peritubulární kapilární sítí. Během tohoto kroku dochází také k reabsorpci vody. Poté se do ledvinových tubulů vylučují další rozpuštěné a odpadní látky během tubulární sekrece, což je v podstatě opačný proces než tubulární reabsorpce. Sběrací kanálky sbírají filtrát pocházející z nefronů a spojují se v dřeňových papilách. Odtud papily odvádějí filtrát, nyní nazývaný moč, do menších kalichů, které se nakonec přes ledvinovou pánvičku spojí s močovody. Celý tento proces je znázorněn na obrázku 4.

Obrázek 4. Schéma nefronu.

Každá část nefronu (zobrazená na obrázku 4) plní jinou funkci při filtraci odpadních látek a udržování homeostatické rovnováhy. (1) Glomerulus vytlačuje tlakem malé rozpuštěné látky z krve. (2) Proximální stočený tubulus reabsorbuje ionty, vodu a živiny z filtrátu do intersticiální tekutiny a aktivně transportuje toxiny a léky z intersticiální tekutiny do filtrátu. Proximální stočený tubulus také upravuje pH krve selektivním vylučováním amoniaku (NH3) do filtrátu, kde reaguje s H+ za vzniku NH4+. Čím je filtrát kyselejší, tím více amoniaku se vylučuje. (3) Sestupná Henleova klička je vystlána buňkami obsahujícími akvaporiny, které umožňují přechod vody z filtrátu do intersticiální tekutiny. (4) V tenké části vzestupné Henleovy kličky difundují ionty Na+ a Cl- do intersticiální tekutiny. V tlusté části jsou tytéž ionty aktivně transportovány do intersticiální tekutiny. Protože dochází ke ztrátám solí, ale ne vody, filtrát se při cestě vzhůru končetinou stále více ředí. (5) V distálním stočeném tubulu jsou ionty K+ a H+ selektivně vylučovány do filtrátu, zatímco ionty Na+, Cl- a HCO3- jsou reabsorbovány, aby se udržovala rovnováha pH a elektrolytů v krvi. (6) Sběrací kanálek reabsorbuje rozpuštěné látky a vodu z filtrátu a vytváří zředěnou moč. (kredit: úprava práce NIDDK)

Glomerulární filtrace

Glomerulární filtrace odfiltruje většinu rozpuštěných látek díky vysokému krevnímu tlaku a specializovaným membránám v aferentní arteriole. Krevní tlak v glomerulu je udržován nezávisle na faktorech, které ovlivňují systémový krevní tlak. „Děravá“ spojení mezi endotelovými buňkami glomerulární kapilární sítě umožňují snadný průchod rozpuštěných látek. Všechny rozpuštěné látky v glomerulárních kapilárách, s výjimkou makromolekul, jako jsou bílkoviny, procházejí pasivní difuzí. V této fázi filtrace není potřeba žádná energie. Glomerulární filtrace (GFR) je objem glomerulárního filtrátu, který ledviny vytvoří za minutu. GFR je regulována mnoha mechanismy a je důležitým ukazatelem funkce ledvin.

Tubulární reabsorpce a sekrece

Tubulární reabsorpce probíhá v PCT části ledvinového tubulu. Reabsorbují se téměř všechny živiny, a to buď pasivním, nebo aktivním transportem. Reabsorpce vody a některých klíčových elektrolytů je regulována a může být ovlivněna hormony. Sodík (Na+) je nejrozšířenějším iontem a většina z něj je reabsorbována aktivním transportem a poté transportována do peritubulárních kapilár. Protože je Na+ aktivně transportován z tubulu, následuje ho voda, aby se vyrovnal osmotický tlak. Voda je také nezávisle reabsorbována do peritubulárních kapilár díky přítomnosti akvaporinů neboli vodních kanálků v PCT. K tomu dochází v důsledku nízkého krevního tlaku a vysokého osmotického tlaku v peritubulárních kapilárách. Každá rozpuštěná látka má však své transportní maximum a její přebytek není reabsorbován.

V Henleově kličce se mění propustnost membrány. Sestupné raménko je propustné pro vodu, nikoli pro rozpuštěné látky; u vzestupného raménka je tomu naopak. Henleova klička navíc zasahuje do dřeně ledvin, která má přirozeně vysokou koncentraci solí a má tendenci absorbovat vodu z ledvinového tubulu a koncentrovat filtrát. Při postupu hlouběji do dřeně se osmotický gradient zvyšuje. Protože dvě strany Henleovy kličky plní protichůdné funkce, jak je znázorněno na obrázku 5, funguje jako násobič protiproudu. Vasa recta v jejím okolí funguje jako protiproudový výměník.

Obrázek 5. Henleova klička.

Henleova klička (na obrázku 5) funguje jako protiproudový multiplikátor, který využívá energii k vytváření koncentračních gradientů. Sestupné rameno je propustné pro vodu. Voda proudí z filtrátu do intersticiální tekutiny, takže osmolalita uvnitř končetiny se při sestupu do dřeně ledviny zvyšuje. V dolní části je osmolalita uvnitř kličky vyšší než v intersticiální tekutině. Při vstupu filtrátu do vzestupného limbu tedy ionty Na+ a Cl- vystupují iontovými kanály přítomnými v buněčné membráně. Dále nahoru je Na+ aktivně transportován z filtrátu a Cl- jej následuje. Osmolarita se udává v jednotkách miliosmolů na litr (mOsm/L)

V době, kdy filtrát dosáhne DCT, je většina moči a rozpuštěných látek již reabsorbována. Pokud tělo potřebuje další vodu, může být v tomto okamžiku veškerá voda reabsorbována. Další reabsorpce je řízena hormony, o nichž bude pojednáno v další části. K vylučování odpadních látek dochází v důsledku nedostatečné reabsorpce v kombinaci s tubulární sekrecí. Nežádoucí produkty, jako jsou metabolické odpady, močovina, kyselina močová a některé léky, se vylučují tubulární sekrecí. Většina tubulární sekrece probíhá v DCT, ale část probíhá v časné části sběrného kanálku. Ledviny také udržují acidobazickou rovnováhu vylučováním přebytečných iontů H+.

Přestože se části ledvinových tubulů nazývají proximální a distální, ve zkříženém sledviny jsou tubuly umístěny blízko u sebe a jsou v kontaktu s glomeruly. To umožňuje výměnu chemických poslů mezi různými typy buněk. Například vzestupné raménko DCT Henleovy kličky má masu buněk zvanou macula densa, které jsou v kontaktu s buňkami aferentních arteriol zvanými juxtaglomerulární buňky. Makula densa a juxtaglomerulární buňky společně tvoří juxtaglomerulární komplex (JGC). JGC je endokrinní struktura, která vylučuje enzym renin a hormon erytropoetin. Když hormony spustí buňky macula densa v DCT v důsledku změn objemu krve, krevního tlaku nebo elektrolytové rovnováhy, mohou tyto buňky okamžitě sdělit problém kapilárám v aferentních a eferentních arteriolách, které se mohou stáhnout nebo uvolnit a změnit tak rychlost glomerulární filtrace ledvin.

.