Hoewel de nieren het belangrijkste osmoregulerende orgaan zijn, spelen ook de huid en de longen een rol in het proces. Water en elektrolyten gaan verloren via zweetklieren in de huid, die helpen het huidoppervlak te bevochtigen en af te koelen, terwijl de longen een kleine hoeveelheid water afvoeren in de vorm van slijmafscheidingen en via verdamping van waterdamp.
De nieren: The Main Osmoregulatory Organ
Figuur 1. De nieren filteren het bloed en produceren urine die in de blaas wordt opgeslagen voordat ze via de urinebuis wordt afgevoerd. (credit: bewerking van werk van NCI)
De nieren, afgebeeld in figuur 1, zijn een paar boonvormige structuren die zich net onder en achter de lever in de buikholte bevinden. Bovenop elke nier zitten de bijnieren, die ook wel de suprarenale klieren worden genoemd. De nieren filteren en zuiveren het bloed. Al het bloed in het menselijk lichaam wordt vele malen per dag gefilterd door de nieren; deze organen verbruiken bijna 25 procent van de zuurstof die via de longen wordt opgenomen om deze functie uit te voeren. Zuurstof stelt de niercellen in staat op efficiënte wijze chemische energie in de vorm van ATP te produceren via aërobe ademhaling. Het filtraat dat uit de nieren komt, wordt urine genoemd.
Structuur van de nieren
Uitwendig zijn de nieren omgeven door drie lagen, die in figuur 2 zijn geïllustreerd. De buitenste laag is een taaie bindweefsellaag die de nierfascie wordt genoemd. De tweede laag is het perirenale vetkapsel, dat helpt de nieren op hun plaats te verankeren. De derde en binnenste laag is het nierkapsel. Inwendig heeft de nier drie gebieden: een buitenste cortex, een medulla in het midden en het nierbekken in het gebied dat hilum van de nier wordt genoemd. Het hilum is het holle deel van de boonvorm waar de bloedvaten en zenuwen de nier in- en uitgaan; het is ook het uittredepunt voor de urineleiders. De niercortex is korrelig door de aanwezigheid van nefronen – de functionele eenheid van de nier. Het merg bestaat uit meerdere piramidale weefselmassa’s, de renale piramiden genoemd. Tussen de piramiden bevinden zich ruimten die renale kolommen worden genoemd en waar de bloedvaten doorheen lopen. De uiteinden van de piramiden, die renale papillen worden genoemd, wijzen naar het nierbekken. Er zijn gemiddeld acht nierpiramiden in elke nier. De nierpiramiden en het aangrenzende corticale gebied worden de nierlobben genoemd. Het nierbekken leidt naar de urineleider aan de buitenkant van de nier. Aan de binnenzijde van de nier vertakt het nierbekken zich in twee of drie uitsteeksels, de grote kelken genoemd, die zich weer vertakken in de kleine kelken. De urineleiders zijn urinedragende buisjes die de nier verlaten en uitmonden in de urineblaas.
Figuur 2. De inwendige structuur van de nier is afgebeeld. (credit: bewerking van werk van NCI)
Praktijkvraag
Welke van de volgende beweringen over de nier is onjuist?
- Het nierbekken mondt uit in de urineleider.
- De nierpiramiden bevinden zich in de medulla.
- De cortex bedekt het kapsel.
- Nefronen bevinden zich in de niercortex.
Omdat de nier bloed filtert, is het netwerk van bloedvaten een belangrijk onderdeel van de structuur en functie van de nier. De slagaders, aders en zenuwen die de nier van bloed voorzien, komen binnen en gaan naar buiten bij het niergezwel. De bloedvoorziening van de nieren begint met de aftakking van de aorta in de nierslagaders (die elk een naam hebben op basis van het deel van de nier waar ze doorheen lopen) en eindigt met het verlaten van de nieraders om samen te komen met de vena cava inferior. De nierslagaders splitsen zich bij het binnenkomen van de nieren in verschillende segmentale slagaders. Elke segmentale slagader splitst zich verder in verschillende interlobale slagaders en komt in de nierkolommen, die de nierlobben bevoorraden. De interlobaire slagaders splitsen zich op de overgang van de niercortex en de medulla en vormen de arcuate slagaders. De arcuate “boogvormige” slagaders vormen bogen langs de basis van de medullaire piramiden. Corticale uitgestraalde arteriën stralen, zoals de naam al aangeeft, uit van de arcuate arteriën. De corticale stralingsslagaders vertakken zich in talrijke afferente arteriolen, en komen dan in de haarvaten die de nefronen bevoorraden. De aders volgen de weg van de slagaders en hebben soortgelijke namen, behalve dat er geen segmentale aders zijn.
Zoals eerder vermeld, is de functionele eenheid van de nier het nefron, geïllustreerd in figuur 3. Elke nier bestaat uit meer dan een miljoen nefronen die de niercortex bedekken, waardoor deze er korrelig uitziet wanneer hij sagittaal wordt doorgesneden. Er zijn twee soorten nefronen: de cortexnefronen (85%), die zich diep in de niercortex bevinden, en de juxtamedullaire nefronen (15%), die in de niercortex dicht bij het medulla liggen. Een nefron bestaat uit drie delen: een niercorpus, een niertubule en het bijbehorende capillaire netwerk, dat zijn oorsprong vindt in de corticale stralingsarteriën.
Figuur 3. Het nefron is de functionele eenheid van de nier. De glomerulus en de convoluole tubuli bevinden zich in de cortex van de nier, terwijl de verzamelbuizen zich in de piramiden van het merg bevinden. (credit: modificatie van werk van NIDDK)
Praktijkvraag
Welke van de volgende beweringen over het nefron is onjuist?
- Het verzamelkanaal mondt uit in de distale convolueerde tubulus.
- Het kapsel van Bowman omgeeft de glomerulus.
- De lus van Henle ligt tussen de proximale en distale convolueerde tubuli.
- De lus van Henle mondt uit in de distale convolueerde tubule.
Niercorpuscle
De niercorpuscle, gelegen in de niercortex, bestaat uit een netwerk van haarvaten bekend als de glomerulus en het kapsel, een komvormige kamer die het omringt, genaamd de glomerulaire of Bowman’s kapsel.
Renale tubulus
De renale tubulus is een lange en kronkelige structuur die uit de glomerulus voortkomt en op basis van functie in drie delen kan worden verdeeld. Het eerste deel wordt de proximale geconvolueerde tubulus (PCT) genoemd vanwege de nabijheid van de glomerulus; het blijft in de niercortex. Het tweede deel wordt de lus van Henle of nefrietlus genoemd, omdat deze een lus vormt (met dalende en stijgende ledematen) die door het niermerulla loopt. Het derde deel van de niertubule wordt de distale convoluole tubule (DCT) genoemd en ook dit deel is beperkt tot de niercortex. De DCT, het laatste deel van het nefron, sluit aan en leegt zijn inhoud in verzamelbuizen die de medullaire piramiden omzomen. De verzamelbuizen verzamelen de inhoud van meerdere nefronen en smelten samen wanneer zij de papillen van de niermedulla binnengaan.
Capillair Netwerk binnen het nefron
Het capillair netwerk dat uitgaat van de nierslagaders voorziet het nefron van bloed dat moet worden gefilterd. De tak die de glomerulus binnenkomt, wordt de afferente arteriole genoemd. De tak die de glomerulus verlaat, wordt de efferente arteriole genoemd. Binnen de glomerulus wordt het netwerk van haarvaten het glomerulaire capillaire bed genoemd. Zodra de efferente arteriole de glomerulus verlaat, vormt hij het peritubulaire capillaire netwerk, dat delen van de niertubule omgeeft en ermee in wisselwerking staat. In corticale nefronen omringt het peritubulaire capillaire netwerk de PCT en DCT. In juxtamedullaire nefronen vormt het peritubulaire capillaire netwerk een netwerk rond de lus van Henle en wordt het vasa recta genoemd.
Functie en fysiologie van de nieren
De nieren filteren het bloed in een proces van drie stappen. Eerst filteren de nefronen het bloed dat door het capillaire netwerk in de glomerulus stroomt. Bijna alle oplosmiddelen, met uitzondering van eiwitten, worden in de glomerulus uitgefilterd door een proces dat glomerulaire filtratie wordt genoemd. Vervolgens wordt het filtraat verzameld in de niertubuli. De meeste opgeloste stoffen worden weer opgenomen in de PCT door een proces dat tubulaire reabsorptie wordt genoemd. In de lus van Henle blijft het filtraat oplosmiddelen en water uitwisselen met het medulla van de nier en het peritubulaire capillaire netwerk. Tijdens deze stap wordt ook water gereabsorbeerd. Vervolgens worden extra oplosmiddelen en afvalstoffen in de niertubuli uitgescheiden tijdens tubulaire secretie, wat in wezen het tegenovergestelde proces is van tubulaire reabsorptie. De verzamelbuizen verzamelen filtraat afkomstig van de nefronen en versmelten in de medullaire papillen. Van hieruit brengen de papillae het filtraat, dat nu urine wordt genoemd, naar de kleine kelken die uiteindelijk via het nierbekken in verbinding staan met de urineleiders. Dit hele proces wordt geïllustreerd in figuur 4.
Figuur 4. Een schema van het nefron.
Elk deel van het nefron (te zien in figuur 4) vervult een andere functie bij het filteren van afvalstoffen en het handhaven van het homeostatische evenwicht. (1) De glomerulus perst door druk kleine opgeloste stoffen uit het bloed. (2) De proximale convoluale tubulus neemt ionen, water en nutriënten uit het filtraat weer op in de interstitiële vloeistof en transporteert actief toxines en geneesmiddelen uit de interstitiële vloeistof naar het filtraat. De proximale convoluale tubulus past ook de pH van het bloed aan door selectief ammoniak (NH3) in het filtraat af te scheiden, waar het met H+ reageert tot NH4+. Hoe zuurder het filtraat, hoe meer ammoniak wordt afgescheiden. (3) De afdalende lus van Henle is bekleed met cellen die aquaporines bevatten die water uit het filtraat in de interstitiële vloeistof laten stromen. (4) In het dunne deel van de klimmende lus van Henle diffunderen Na+- en Cl-ionen in de interstitiële vloeistof. In het dikke gedeelte worden diezelfde ionen actief getransporteerd naar de interstitiële vloeistof. Omdat er wel zout maar geen water verloren gaat, wordt het filtraat verdund naarmate het verder omhoog loopt. (5) In de distale convoluale tubulus worden K+- en H+-ionen selectief afgescheiden in het filtraat, terwijl Na+-, Cl- en HCO3-ionen worden gereabsorbeerd om de pH en het elektrolytenevenwicht in het bloed te handhaven. (6) De verzamelbuis absorbeert weer oplosmiddelen en water uit het filtraat, waardoor verdunde urine ontstaat. (credit: modificatie van werk van NIDDK)
Glomerulaire filtratie
Glomerulaire filtratie filtert de meeste opgeloste stoffen uit het bloed door hoge bloeddruk en gespecialiseerde membranen in de afferente arteriole. De bloeddruk in de glomerulus wordt gehandhaafd onafhankelijk van factoren die de systemische bloeddruk beïnvloeden. De “lekke” verbindingen tussen de endotheelcellen van het glomerulaire capillaire netwerk laten gemakkelijk oplosmiddelen passeren. Alle oplosmiddelen in de glomerulaire haarvaten, met uitzondering van macromoleculen zoals eiwitten, passeren door passieve diffusie. In dit stadium van het filtratieproces is er geen energie nodig. De glomerulaire filtratiesnelheid (GFR) is het volume glomerulair filtraat dat per minuut door de nieren wordt gevormd. De GFR wordt door meerdere mechanismen gereguleerd en is een belangrijke indicator van de nierfunctie.
Tubulaire reabsorptie en secretie
Tubulaire reabsorptie vindt plaats in het PCT-gedeelte van de niertubule. Bijna alle voedingsstoffen worden geabsorbeerd, en dit gebeurt door passief of actief transport. De reabsorptie van water en enkele belangrijke elektrolyten wordt gereguleerd en kan door hormonen worden beïnvloed. Natrium (Na+) is het ion met de grootste overvloed en het grootste deel ervan wordt door actief transport gereabsorbeerd en vervolgens naar de peritubulaire haarvaten getransporteerd. Omdat Na+ actief uit de tubulus wordt getransporteerd, volgt water het om de osmotische druk gelijk te maken. Water wordt ook onafhankelijk gereabsorbeerd in de peritubulaire haarvaten door de aanwezigheid van aquaporines, of waterkanalen, in de PCT. Dit gebeurt als gevolg van de lage bloeddruk en de hoge osmotische druk in de peritubulaire haarvaten. Elk oplosmiddel heeft echter een transportmaximum en het teveel wordt niet geherabsorbeerd.
In de lus van Henle verandert de permeabiliteit van het membraan. Het dalende deel is doorlaatbaar voor water, niet voor opgeloste stoffen; het omgekeerde geldt voor het klimmende deel. Bovendien dringt de lus van Henle binnen in het medulla van de nier, dat van nature een hoge zoutconcentratie heeft en de neiging heeft water te absorberen uit de renale tubulus en het filtraat te concentreren. De osmotische gradiënt neemt toe naarmate men dieper in de medulla komt. Omdat twee zijden van de lus van Henle tegengestelde functies vervullen, zoals geïllustreerd in figuur 5, werkt hij als een tegenstroomvermenigvuldiger. De vasa recta eromheen fungeert als tegenstroomwisselaar.
Figuur 5. De lus van Henle.
De lus van Henle (te zien in figuur 5) fungeert als een tegenstroomvermenigvuldiger die energie gebruikt om concentratiegradiënten tot stand te brengen. Het afdalende deel is waterdoorlatend. Water stroomt van het filtraat naar de interstitiële vloeistof, zodat de osmolaliteit in de ledemaat toeneemt naarmate deze afdaalt in het medulla van de nier. Aan de onderkant is de osmolaliteit in de lus hoger dan in de interstitiële vloeistof. Wanneer het filtraat in de opgaande ledemaat terechtkomt, verlaten Na+- en Cl-ionen de ledemaat via ionenkanalen in het celmembraan. Verderop wordt Na+ actief uit het filtraat getransporteerd en Cl- volgt. Osmolariteit wordt gegeven in eenheden van milliosmol per liter (mOsm/L)
Praktijkvraag
Loopdiuretica zijn geneesmiddelen die soms worden gebruikt om hypertensie te behandelen. Deze geneesmiddelen remmen de reabsorptie van Na+- en Cl-ionen door de opgaande ledemaat van de lus van Henle. Een neveneffect is dat ze het urineren doen toenemen. Waarom denkt u dat dit het geval is?
Tegen de tijd dat het filtraat de DCT bereikt, zijn de meeste urine en opgeloste stoffen geherabsorbeerd. Als het lichaam extra water nodig heeft, kan dat op dit punt allemaal worden geabsorbeerd. Verdere reabsorptie wordt geregeld door hormonen, die in een later hoofdstuk worden besproken. Uitscheiding van afvalstoffen vindt plaats door gebrek aan reabsorptie in combinatie met tubulaire secretie. Ongewenste producten, zoals metabolisch afval, ureum, urinezuur en bepaalde geneesmiddelen, worden via de tubulaire secretie uitgescheiden. Het grootste deel van de tubulaire secretie vindt plaats in het DCT, maar een deel ook in het eerste deel van de verzamelbuis. De nieren handhaven ook een zuur-base-evenwicht door uitscheiding van overtollige H+ ionen.
Hoewel delen van de renale tubuli proximaal en distaal worden genoemd, wordt in een kruis-sectie van de nier zijn de tubuli dicht bij elkaar geplaatst en staan zij in contact met elkaar en met de glomerulus. Dit maakt de uitwisseling van chemische boodschappers tussen de verschillende celtypes mogelijk. Zo heeft de DCT opgaande ledemaat van de lus van Henle massa’s cellen, macula densa genaamd, die in contact staan met cellen van de afferente arteriolen, juxtaglomerulaire cellen genaamd. Samen vormen de macula densa en de juxtaglomerulaire cellen het juxtaglomerulaire complex (JGC). Het JGC is een endocriene structuur die het enzym renine en het hormoon erytropoëtine afscheidt. Wanneer hormonen de macula densa cellen in de DCT triggeren als gevolg van variaties in bloedvolume, bloeddruk, of elektrolytenbalans, kunnen deze cellen het probleem onmiddellijk doorgeven aan de haarvaten in de afferente en efferente arteriolen, die kunnen vernauwen of ontspannen om de glomerulaire filtratiesnelheid van de nieren te veranderen.
Nefroloog
Een nefroloog bestudeert en behandelt ziekten van de nieren – zowel die welke nierfalen veroorzaken (zoals diabetes) als de aandoeningen die door nierziekten worden veroorzaakt (zoals hypertensie). Bloeddruk, bloedvolume en veranderingen in de elektrolytenbalans vallen onder de bevoegdheid van een nefroloog.
Nefrologen werken meestal samen met andere artsen die patiënten naar hen doorverwijzen of met hen overleggen over specifieke diagnoses en behandelplannen. Patiënten worden meestal doorverwezen naar een nefroloog voor symptomen zoals bloed of eiwit in de urine, zeer hoge bloeddruk, nierstenen, of nierfalen.
Nefrologie is een subspecialisme van de interne geneeskunde. Om nefroloog te worden, wordt de medische opleiding gevolgd door een aanvullende opleiding om het diploma van interne geneeskunde te behalen. Een extra twee of meer jaar wordt specifiek besteed aan het bestuderen van nieraandoeningen en de bijbehorende effecten op het lichaam.
In samenvatting: De nieren en osmoregulerende organen
De nieren zijn de belangrijkste osmoregulerende organen in het zoogdiersysteem; zij filteren het bloed en houden de osmolariteit van lichaamsvloeistoffen op 300 mOsm. Ze zijn omgeven door drie lagen en bestaan inwendig uit drie verschillende gebieden – de cortex, de medulla en het bekken.
De bloedvaten die het bloed in en uit de nieren transporteren, ontspringen respectievelijk bij de aorta en de vena cava inferior en gaan daar weer uit over in de aorta. De nierslagaders vertakken zich vanuit de aorta en komen de nier binnen, waar zij zich verder verdelen in segmentale, interlobaire, arcuate en corticale radiate arteriën.
Het nefron is de functionele eenheid van de nier, die actief bloed filtert en urine produceert. Het nefron bestaat uit het nierlichaampje en de niertubuli. Corticale nefronen worden aangetroffen in de niercortex, terwijl juxtamedullaire nefronen worden aangetroffen in de niercortex dicht bij het niermerulla. Het nefron filtert en wisselt water en oplosmiddelen uit met twee sets bloedvaten en de weefselvloeistof in de nieren.
Er zijn drie stappen in de vorming van urine: glomerulaire filtratie, die optreedt in de glomerulus; tubulaire reabsorptie, die optreedt in de renale tubuli; en tubulaire secretie, die ook optreedt in de renale tubuli.