Biologi I

Och även om njurarna är det viktigaste osmoregulatoriska organet spelar huden och lungorna också en roll i processen. Vatten och elektrolyter förloras genom svettkörtlar i huden, vilket bidrar till att återfukta och kyla hudytan, medan lungorna utsöndrar en liten mängd vatten i form av slemsekret och via avdunstning av vattenånga.

Njurar: Det viktigaste organet för osmoreglering

Figur 1. Njurarna filtrerar blodet och producerar urin som lagras i blåsan innan den elimineras genom urinröret. (kredit: modifiering av arbete av NCI)

Njurarna, som illustreras i figur 1, är ett par bönformade strukturer som ligger strax under och bakom levern i peritonealhålan. Binjurarna sitter ovanpå varje njure och kallas också för suprarenala körtlar. Njurarna filtrerar blodet och renar det. Allt blod i människokroppen filtreras många gånger om dagen av njurarna; dessa organ använder nästan 25 procent av det syre som tas upp via lungorna för att utföra denna funktion. Syre gör det möjligt för njurcellerna att effektivt tillverka kemisk energi i form av ATP genom aerob andning. Filtratet som kommer ut ur njurarna kallas urin.

Njurarnas struktur

Utternt omges njurarna av tre lager, som illustreras i figur 2. Det yttersta lagret är ett segt bindvävslager som kallas njurfascia. Det andra lagret kallas den perirenala fettkapseln, som hjälper till att förankra njurarna på plats. Det tredje och innersta lagret är njurkapseln. Internt har njuren tre regioner – en yttre cortex, en medulla i mitten och njurbäckenet i den region som kallas njurens hilum. Hilum är den konkava delen av bönformen där blodkärl och nerver går in i och ut ur njuren; det är också utgångspunkten för urinledarna. Njurbarken är kornig på grund av närvaron av nefronerna, njurens funktionella enhet. Medulla består av flera pyramidala vävnadsmassor, som kallas njurpyramiderna. Mellan pyramiderna finns utrymmen som kallas njurkolumner genom vilka blodkärlen passerar. Pyramidernas spetsar, som kallas njurpapiller, pekar mot njurbäckenet. Det finns i genomsnitt åtta njurpyramider i varje njure. Njurpyramiderna tillsammans med det angränsande kortikala området kallas njurloberna. Njurbäckenet leder till urinledaren på utsidan av njuren. På insidan av njuren förgrenar sig njurbäckenet i två eller tre förlängningar som kallas större kalcier, vilka vidare förgrenar sig i mindre kalcier. Uretrarna är urinförande rör som går ut ur njuren och töms i urinblåsan.

Figur 2. Njurens inre struktur visas. (kredit: modifiering av arbete av NCI)

Eftersom njuren filtrerar blodet är dess nätverk av blodkärl en viktig del av dess struktur och funktion. De artärer, vener och nerver som försörjer njurarna går in och ut vid njurhjälmen. Njurens blodförsörjning börjar med förgreningen av aorta till njurartärerna (som var och en har ett namn baserat på den region av njuren som de passerar genom) och slutar med utgången av njurvenerna för att gå samman med den nedre hålvenen (vena cava inferior). Njurartärerna delar sig i flera segmentala artärer när de kommer in i njurarna. Varje segmentartär delar sig ytterligare i flera interlobära artärer och går in i njurkolumnerna, som försörjer njurloberna. De interlobära artärerna delar sig vid korsningen mellan njurbarken och märgen för att bilda de bågformade artärerna. De bågformade artärerna bildar bågar längs basen av de medullära pyramiderna. De kortikala radiatartärerna strålar, som namnet antyder, ut från de bågformade artärerna. De kortikala strålande artärerna förgrenar sig i många afferenta arterioler och går sedan in i de kapillärer som försörjer nefronerna. Venerna följer artärernas väg och har liknande namn, förutom att det inte finns några segmentala vener.

Som tidigare nämnts är njurens funktionella enhet nefronet, som illustreras i figur 3. Varje njure består av över en miljon nefron som prickar njurbarken, vilket ger den ett granulärt utseende när den sektioneras sagittalt. Det finns två typer av nefroner – kortikala nefroner (85 procent), som ligger djupt i njurbarken, och juxtamedullära nefroner (15 procent), som ligger i njurbarken nära njurmärgen. Ett nefron består av tre delar – en njurkropp, en njurtubuli och det tillhörande kapillärnätet, som har sitt ursprung i de kortikala strålartärerna.

Figur 3. Nephronet är njurens funktionella enhet. Glomerulus och konvoluterade tubuli är belägna i njurbarken, medan samlingsgångarna är belägna i pyramiderna i märgen. (kredit: modifiering av arbete av NIDDK)

Njurkroppen

Njurkroppen, som ligger i njurbarken, består av ett nätverk av kapillärer som kallas glomerulus och kapseln, en skålformad kammare som omger den, som kallas den glomerulära eller Bowmans kapsel.

Renaltubuli

Renaltubuli är en lång och slingrig struktur som utgår från glomerulus och kan delas in i tre delar baserat på funktion. Den första delen kallas proximal convoluted tubule (PCT) på grund av dess närhet till glomerulus; den stannar i njurbarken. Den andra delen kallas Henles slinga eller nefritisk slinga, eftersom den bildar en slinga (med nedåtgående och uppåtgående grenar) som går genom njurmärgen. Den tredje delen av njurtubuli kallas distala konvoluterade tubuli (DCT) och denna del är också begränsad till njurbarken. DCT, som är den sista delen av nefronet, ansluter och tömmer sitt innehåll i samlingskanaler som kantar de medullära pyramiderna. Samlingsgångarna samlar innehåll från flera nefroner och smälter samman när de kommer in i papillerna i njurmärgen.

Kapillärnätverket inom nefronen

Kapillärnätverket som utgår från njurartärerna förser nefronen med blod som behöver filtreras. Den gren som kommer in i glomerulus kallas afferent arteriole. Den gren som lämnar glomerulus kallas efferent arteriole. Inom glomerulus kallas nätverket av kapillärer för den glomerulära kapillärbädden. När den efferenta arteriole lämnar glomerulus bildar den det peritubulära kapillärnätverket, som omger och interagerar med delar av njurtubuli. I kortikala nefroner omger det peritubulära kapillärnätverket PCT och DCT. I juxtamedullära nefroner bildar det peritubulära kapillärnätverket ett nätverk runt Henles slinga och kallas vasa recta.

Njurarnas funktion och fysiologi

Njurarna filtrerar blodet i en trestegsprocess. Först filtrerar nefronerna blodet som rinner genom kapillärnätverket i glomerulus. Nästan alla lösningsmedel, utom proteiner, filtreras ut i glomerulus genom en process som kallas glomerulär filtrering. För det andra samlas filtratet upp i njurtuberkulorna. De flesta lösningsämnen återabsorberas i PCT genom en process som kallas tubulär reabsorption. I Henle-slingan fortsätter filtratet att utbyta lösningsmedel och vatten med njurmedulla och det peritubulära kapillärnätverket. Vatten återabsorberas också under detta steg. Därefter utsöndras ytterligare lösningsmedel och avfall i njurtubuli under den tubulära sekretionen, som i huvudsak är den motsatta processen till den tubulära reabsorptionen. Samlingskanalerna samlar upp filtrat som kommer från nefronerna och smälter samman i de medullära papillerna. Härifrån levererar papillerna filtratet, som nu kallas urin, till de mindre calyces som så småningom ansluter till urinledarna genom njurbäckenet. Hela denna process illustreras i figur 4.

Figur 4. Ett diagram över nefronet.

Varje del av nefronet (som syns i figur 4) utför en annan funktion när det gäller att filtrera avfall och upprätthålla den homeostatiska balansen. (1) Glomerulus tvingar ut små lösningsmedel ur blodet genom tryck. (2) Den proximalt konvoluterade tubuli återabsorberar joner, vatten och näringsämnen från filtratet till interstitiell vätska och transporterar aktivt toxiner och läkemedel från interstitiell vätska till filtratet. Den proximalt konvoluterade tubuli justerar också blodets pH-värde genom att selektivt utsöndra ammoniak (NH3) till filtratet, där den reagerar med H+ för att bilda NH4+. Ju surare filtratet är, desto mer ammoniak utsöndras. (3) Den nedåtgående Henle-slingan är fodrad med celler som innehåller akvaporiner som gör att vatten kan passera från filtratet till den interstitiella vätskan. (4) I den tunna delen av Henles stigande slinga diffunderar Na+- och Cl-joner till interstitialvätskan. I den tjocka delen transporteras samma joner aktivt in i interstitialvätskan. Eftersom salt men inte vatten förloras, blir filtratet mer utspätt när det rör sig uppåt i lemmen. (5) I den distala konvoluterade tubuli utsöndras selektivt K+- och H+-joner till filtratet, medan Na+-, Cl- och HCO3-joner reabsorberas för att upprätthålla pH- och elektrolytbalansen i blodet. (6) Samlingskanalen reabsorberar lösningsmedel och vatten från filtratet och bildar utspädd urin. (kredit: modifiering av arbete av NIDDK)

Glomerulär filtrering

Glomerulär filtrering filtrerar bort de flesta lösningsmedel på grund av högt blodtryck och specialiserade membran i den afferenta arteriole. Blodtrycket i glomerulus upprätthålls oberoende av faktorer som påverkar det systemiska blodtrycket. De ”läckande” förbindelserna mellan endotelcellerna i det glomerulära kapillärnätverket gör att lösta ämnen lätt kan passera igenom. Alla lösningsmedel i de glomerulära kapillärerna, utom makromolekyler som proteiner, passerar genom passiv diffusion. Det finns inget energibehov i detta skede av filtreringsprocessen. Glomerulär filtrationshastighet (GFR) är den volym glomerulärt filtrat som bildas per minut av njurarna. GFR regleras av flera olika mekanismer och är en viktig indikator på njurarnas funktion.

Tubulär reabsorption och sekretion

Tubulär reabsorption sker i PCT-delen av njurtubuli. Nästan alla näringsämnen reabsorberas och detta sker antingen genom passiv eller aktiv transport. Reabsorptionen av vatten och vissa viktiga elektrolyter regleras och kan påverkas av hormoner. Natrium (Na+) är den vanligaste jonen och det mesta av den reabsorberas genom aktiv transport och transporteras sedan till de peritubulära kapillärerna. Eftersom Na+ aktivt transporteras ut ur tubuli följer vatten med för att jämna ut det osmotiska trycket. Vatten återabsorberas också självständigt till de peritubulära kapillärerna på grund av förekomsten av akvaporiner, eller vattenkanaler, i PCT. Detta sker på grund av det låga blodtrycket och det höga osmotiska trycket i de peritubulära kapillärerna. Varje lösta ämne har dock ett transportmaximum och överskottet återabsorberas inte.

I Henle-slingan förändras membranets permeabilitet. Den nedåtgående limben är permeabel för vatten, inte för lösta ämnen; det motsatta gäller för den uppåtgående limben. Dessutom invaderar Henles slinga njurmedulla, som har en naturligt hög saltkoncentration och tenderar att absorbera vatten från njurtubuli och koncentrera filtratet. Den osmotiska gradienten ökar när den rör sig djupare in i märgen. Eftersom två sidor av Henle-slingan har motsatta funktioner, vilket illustreras i figur 5, fungerar den som en motströmsmultiplikator. Vasa recta runt omkring den fungerar som motströmsväxlare.

Figur 5. Henles slinga.

Henles slinga (som syns i figur 5) fungerar som en motströmsmultiplikator som använder energi för att skapa koncentrationsgradienter. Den nedåtgående lemmen är vattengenomsläpplig. Vatten flödar från filtratet till den interstitiella vätskan, så osmolaliteten inne i limben ökar när den sjunker ner i njurmärgen. I botten är osmolaliteten högre inne i loopen än i den interstitiella vätskan. När filtratet kommer in i den uppåtgående extremiteten kommer alltså Na+- och Cl-joner ut genom jonkanaler som finns i cellmembranet. Längre upp transporteras Na+ aktivt ut ur filtratet och Cl- följer med. Osmolariteten anges i enheterna milliosmol per liter (mOsm/L)

När filtratet når DCT har det mesta av urinen och de lösliga ämnena återabsorberats. Om kroppen behöver ytterligare vatten kan allt vatten återabsorberas vid denna tidpunkt. Ytterligare reabsorption styrs av hormoner, vilket kommer att diskuteras i ett senare avsnitt. Utsöndring av avfall sker på grund av bristande reabsorption i kombination med tubulär sekretion. Oönskade produkter som metaboliska avfallsprodukter, urea, urinsyra och vissa läkemedel utsöndras genom tubulär sekretion. Det mesta av den tubulära sekretionen sker i DCT, men en del sker i den tidiga delen av kollektorkanalen. Njurarna upprätthåller också syra-basbalansen genom att utsöndra överskott av H+-joner.

Och även om delar av njurtubuli benämns proximala och distala, så kan man i en kors-sNär njuren är uppbyggd är tubulerna placerade tätt intill varandra och i kontakt med varandra och glomerulus. Detta möjliggör utbyte av kemiska budbärare mellan de olika celltyperna. Till exempel har DCT:s stigande gren av Henle-slingan massor av celler som kallas macula densa, som är i kontakt med celler i de afferenta arteriolerna som kallas juxtaglomerulära celler. Tillsammans bildar macula densa och de juxtaglomerulära cellerna det juxtaglomerulära komplexet (JGC). JGC är en endokrin struktur som utsöndrar enzymet renin och hormonet erytropoietin. När hormoner utlöser macula densa-cellerna i DCT på grund av variationer i blodvolym, blodtryck eller elektrolytbalans kan dessa celler omedelbart förmedla problemet till kapillärerna i de afferenta och efferenta arteriolerna, som kan dra ihop sig eller slappna av för att ändra njurarnas glomerulära filtrationshastighet.