PBL Fall 5: Njuren 1


Fallet

Person dricker mycket och pissar mycket.
Urinet visar sig vara utspätt och ADH nivåerna är låga, precis som plasmaosmolariteten.
Vid törstprov ändras värdena och urinet koncentreras.

 

Studiemål

  • Njuren
    • Anatomi
    • Funktion
  • Hur bildas urin
    • Filtration
    • Reabsobtion
    • Sekretion
  • Permabilitet
    • Na+
    • Cl-
    • Proteiner
    • Glukos
    • Urea
    • Ca2+
    • Mg2+
  • Urinvägarna
    • Urinledare
    • Urinblåsa
    • Miktionsreflex
  • Ord
    • Clearance
    • Sievingskoefficient
  • Fallet
    • ADH
    • Osmalitet
  • Farmakologilista

 

Kursmål

  • Beskriva njurens uppbyggnad ur makroskopiskt och mikroskopiskt perspektiv samt hur
    njurens blodkärl förlöper
  • Förklara hur njuren skapar ett primärt filtrat
  • Redogöra för hur njuren koncentrerar urinen
  • Beskriva urinblåsans och urinvägarnas morfologi, funktion och reglering
  • Redogöra för hur njuren reglerar vätskebalansen och de i denna reglering ingående
    hormonella mekanismerna

 

Farmakologilista

Ingen.

 

Tentafrågor

  • Namnge de anatomiska strukturerna
  • Hur beräknas den glomerulära filtrationshastigheten (GFR)
  • Beskriv fyra kriterier som behöver uppfyllas för att ett ämne skall vara en bra markör för GFR. Använd t.ex. inulin som exempel.
  • Beskriv hur urea utsöndras och reabsorberas i njuren efter att det passerat proximala tubuli samt förklara funktionen av denna utsöndring /reabsorption
  • Vilken endoteltyp finns i glomerulus och varför är just denna typ fördelaktig här?
  • Hur kan GFR hållas konstant trots förändringar i blodtryck?
  • Vilka krafter bestämmer filtrationstrycket över glomerulus? Jämför med perifer vävnad och ange storleken på trycken.

 

Sammanfattning

Njurens funktioner är många.

  • Utrensning av slagg och främmande produkter ur kroppen
  • Vatten och elektrolytbalans
  • Kroppsvätskor osmolalitet och elektrolytkoncentration
  • Artärtryck: Utsöndrar Renin
  • Syra-bas balans
  • Sekretion, metabolism och utsöndring av hormoner
  • Gluconeogenesis: Glukos från aminosyror.
  • Reglerar Erythrocyte produktion: Utsöndrar detta och stimulerar bildandet av röda blodkroppar i benmärgen.
  • Reglering av D-vitamin, producerar aktiva formen av D-vitamin, Calcitriol (D3)

 

Vätska in och ut ur kroppen

En persons intag av vätska varierar kraftigt mellan dagar och personer. Normalt intar man ungefär 2100 ml/dag via vatten och 200 ml/dag via oxidering av kolhydrater. Från kroppen försvinner sedan passivt "omedvetet" runt 350 ml /dag via huden och diffusion (inte svettning, detta sker även hos folk utan svettkörtlar). En lika stor del, 350 ml/dag går via lungorna som får med sig fukt ut. Sjunker temperaturen kommer mer vätska att följa med och förklarar varför vi blir torra i halsen när det är kallt.

Förlust av vätska kan ske snabbt via träning och ökad svettning. Normalt svettas man ungefär 1 dl/dag och vid träning, samt varma klimat, kan det stiga till 1-2 liter/dag. Får man brännskador saknar även huden sin skyddande kolesterol-vägg som hindrar diffusion. Därför är det viktigt med mycket vätska till personer med brännskador.

En liten mängd (1dl/dag) kommer ut genom avföringen (ökar kraftigt vid diare), medan den stora mängden kommer via njurarna och urinen. 

Blodet består till 60% av plasma, alltså sådant som inte är celler.

Blodet och vätskan i interstitial liknar varandra väldigt mycket eftersom kapillärbädden är permeable för joner osv. Dock kan proteiner oftast inte passera och dessa är i högre koncentration i blodet. Detta bidrar till att blodet har något mer positiva joner (attraheras av de negativa proteinerna) och något färre negativa (kat) -joner. Omvänt blir det då i interstitial som har mer negativa och mindre positiva. Av praktiska skäl anser man dock att de liknar varandra.

  

Osmos

Utbyte mellan plasma och extracellulärt område görs vid kapillärbäddar och drivs dels av det hydrostatiska trycket och dels av det osmatiska.

 

Tittar man istället på extracellulärt och intracellulärt så drivs det av osmotiska utbytet. Joner har svårt att passera membranet och vatten kommer därför dras till den del där koncentrationen av ett jonslag är störst, för att jämna ut. Antingen torkas cellen ut eller så kan den sprängas av för mycket vatten. Det är nu man inser att en balans behövs hos våra joner. 

Osmolality: Osmala koncentrationen. Osmol/kg
Osmolarity: Osmol/liter
Dessa är väldigt lika eftersom 1 liter vatten väger nästan 1 kg.

 

Räkneexempel
Osmatiska trycket av 0.9% NaCl räknas ut enligt:
0.9% = 0.9 gram NaCl
0.9g/100ml eller 9g/l
Molmassan NaCl: 58.5g/mol
9/58.5 = 0.154
Varje mol är egentligen två delar (Na+ och Cl-)
2*0.154 = 0.308 osm/L
Osmolariteten är 308 mOsm/L
Potentiella osmatiska trycket blir därför:
19.3 mm Hg/mOsm/L * 308 mOsm/L = 5944 mm Hg 

Detta betyder att varje mMol av en jon som inte kan passera membranet ger ett ökat tryck på 19.3 mm Hg!

Eftersom man vet om att dessa förhållanden finns, måste man vara försiktig när man stoppa in något i kroppen. När man är uttorkad ger man inte vanligt vatten utan 5% glukos intravenöst. Detta då osmotiska trycket är samma som i cellerna och inte orsakar skada.

 

Njurens Anatomisk översikt

Njurarna finns i par och sitter i mitten av buken. Från njurarna går sedan vars en urinledare ner till urinblåsan.

 

 
 

 

 

Njuren är unik i att den har två kapillärbäddar (Glomerular och Peritublar) i serie och delade av efferenta arterioler. Arteriolerna reglerar hydrostatiska trycket i båda nätverken. Genom att styra motsådant kan man styra filtration.

 

  • Högt hydrostatiskt tryck i Glomerular ger mer filtrering (60 mm Hg)
  • Lågt Hydrostatiskt tryck i Peritubular ger mer snabbar återabsorbtion (13 mm Hg)

 

Excretion av metaboliskt avfall

Njurarna gör sig av med mycket avfall och några av dessa är

  • Urea, bildas från våra aminosyror
  • Creatinine, från våra musklers creatine
  • Uric Acid, från Nukleinsyra
  • Bilirubin, Hemoglobins slutprodukt vid nerbrytning,

 

Nephron

Nephron är sedan den funktionella enhet som sitter mellan Cortex och ner i Medullas Pyramider. Det är hit blodet dumpar allt den vill göra sig av med. Kroppen har ungefär 1,000,000 av dessa och de återbildas inte. Från 40 års ålder börjar de försvinna med ungefär 10% per 10 år. Alltså har man ungefär 40% av antal kvar vid 80 års ålder. Detta anpassas dock hos övriga enheter.

 

Nephronen består av:

  • Bowman Capsule: Filtrerar blodet
  • Cortical Glomerulus, omsluten av Bowman Capsule
  • Loop of Henle: Tunn del där nedåtgående och uppåtgående loopen vänder
  • Tubule: Filtrerad vätska blir urin
  • Macula densa: Slutet av tjocka stigande tuben är område med speciella epitelceller.

 

Dess funktion är att

  • Filtrerar (i Glomerulus)
  • Tublär Reabsorbtion (Hela Nephronet)
  • Tubulär Secretion (Hela Nephronet)

 

Flödet i Nephornet är

  • Glomerulus
  • Proximal Convulated Tubule
  • Loop of Henle descending loop
  • Loop of Henle ascending loop
  • Distal Convulated Tuble (går runt Glomerulus)
  • Vertikalt bort till Collecting duct
  • Går ihop till urinledaren

 

Olika typer av Nephron

  • Juxtamedullary
    • Nephronet ligger längre ner vid gränsen till medulla.
    • Går ner i medulla med lång Loop of Henle
    • Vasa Recta parallellt som ger bättre utbyte för vatten och gör urin mer eller mindre koncentrerat.
  • Cortical
    • Nephronet ligger högre upp ut i cortex.
    • Håller sig långt uppe och har kort Loop of Henle

 

 

Det finns olika möjligheter av vad som händer med substanser vid filtering, reabsorbtion och sekrering.

  • Substans filtreras fritt i Glomerulus men sekreras inte och reabsorberas inte. Alltså blir excretionen samma som filtrationen. Creatinine och Insulin är exempel och gör att i princip allt som filtreras även lämnar kroppen.
  • Substans filtreras fritt i Glomerulus men reabsorberas även tillbaka till blodet. Detta gäller flera elektrolyter som Natrium och Klorid
  • Substans filtreras fritt i Glomerulus men excreteras inte då allt reabsorberas till blodet igen. Exempel är Glukos, aminosyror, och gör att vi spara dessa viktiga delar.
  • Substans filtreras fritt i Glomerulus men även extra mängder kommer via peritubular kapillärer. Exempel: Organiska syror och baser och gör att de snabbt kan rensas från blodet.

 

Anledningen till högt GFR (Glomerulus Filtration Rate), som ju betyder att kroppen måste reabsorbera enorma mängder, är att det möjliggör snabb filtrering. Det medför även att kroppens vätskor kan filtreras flera gånger per dag. Plasmans volym är ungefär 3L, medan GFR ligger runt 180 L/dag.

 

Filtrering i Glomerulus

Glomerulusen får in enorma mängder blod som den ska filtrera per dag, men allt kommer inte igenom. Protein och blodkroppar är för stora för att ta sig igenom. Av de molekyler som är mindre har även fett och Ca2+ svårt att ta sig igenom eftersom det ligger bundet till protein, som då är för stort. I övrigt liknar vätskar som tar sig igenom den från Plasman i blodet.

GFR (Glomerulus Filtration rate) ligger runt 20% av njurens plasmaflöde. Denna bestäms av

  • Balansen mellan hydrostatisk och colid osmotisk kraft över kapillärerna
  • Kapillärernas filtrations Coefficient (Kf), alltså permabilitet och area att filtrera genom

Filtrationen här är bättre än i övriga kroppen eftersom det är högre tryck och och Kf vilket ger en GFR på ungefär 125 ml/min eller 180 L/dag.

Filtrationsmängden är ungefär 20% av plasman och räknas enligt:
Filtrationsnivå = GFR / Plasmaflödet

 

 
 
 

E = F-R+S

E: Mängd i urin

F: Mängd filtrerat

R: Mängd Reabsorberat

S: Mängd Sekrerat

 

 

 
 
 

Kapillärerna liknar vanliga men har ett extra yttre lager som består av Podocyter och omger basalmembranet. Dessa har små fötter som sträcker sig ut och mellan finns hål (slit pores) som molekyler kan ta sig genom. Epitelcellerna är negativt laddare och hindrar därför lite extra proteiner från att flöda igenom (som oftast är negativt laddade). Albumin är ett sådant exempel, en protein som är negativt laddat och därför inte kan passera.

Anledningen att det kan filtreras så bra här är att endotelet har massa små hål, kallas fenestrae, liknande de fenestrae kapillärer man hittar i levern. Endotellagret är alltså både tjockare och har fler hål, därför kan det fortfarande filtrera så effektivt.

Man räknar ut filtreringstrycket genom:

Filtrations (10 mmHg) = Glomerulus Hydrostatic (60 mmHg) - Bowman Capsule (18 mmHg) - Glomerulus Oncotic (32 mmHg).

 

 

GFR = Kf * (PG - PB - PiG + PiB)

 

PG: Glomerulus hydrostatiska tryck
PB: Bowman capsulre hydrostatiska tryck
PiG: Colloid Osmotisk tryck från Glomerulus kappilära protein
PiB: Colloid Osmotiskt tryck från Bowman kapillära protein (Denna ska normalt vara så låg att det räknas bort).

 

 Trots ett konstant hydrostatiskt tryck i Glomerulus så kommer ett minskat blodflöde leda till minskad GFR och ett ökat blodföde leda till ökat GFR. Filteringen blir dessutom sämre ju närmare efferenterna man kommer. Detta då mer och mer har filtrerats och det osmatiska trycket ökar mer mot efferenta arteriolerna än afferenta arteriolerna.

Om de Efferenta (utgående) arteriolerna drar ihop sig ökar motståndet och det hydrostatiska trycket i Glomerulus och GFR ökar. Om de Efferenta arteriolerna drar ihop sig för mycket, kommer dock flödet minska totalt och GFR minskar, alltså har den två faser.

Minskar man de afferent arteriolerna (ingående), ökat moståndet och flödet till Glomerulus minskar. Detta leder även till minskad GFR.

 

Påverkan av blodflöde och GFR

Faktorer som kan minska GFR

Påverkan

Effekt

Orsak

Kf -

GFR -

Sjukdom, t.ex. diabetes

Pb +

GFR -

Njursten, trycket ökar

PiG +

GFR -

Ökad plasmaprotein eller minskar blodflöde till njurar

Pg -

GFR -

Minskat Artärtryck (liten påverkan pga autoregulering)
Minskat Angiotensin II (läkemedel som blockerar)
Ökat Symnpatisk aktivitet, vasokonstriktion (Na/Endothelin)

 

Sympatiska nervsystemet och Hormoner

Sympatiska nervsystemets verkar viktigast till att minska GFR under fight/flight, som vi allvarliga skador eller försvarspositioner. Hos en frisk individ verkar sympatiska nervsystemet har lite inverkan på njurarnas blodflöde.

Adrenalin och Noradrenalin får samma inverkan då de reagerar med Sympatiska systemet.

Andra vasodilaterande substanser som Endothelin, Prostaglandin, NO osv verkar också vidga och på så sätt öka GFR med ökat blodflöde och tryck.

 

Autoreglering av blodflödet

Normalt regaleras blodflödet för att upprätthålla ett tillräckligt syretillflöde åt vävnaden. Hos njurarna är det annorlunda eftersom mängden blod och syre vida överstiger behoven.  I njurarna regleras istället blodflöde för att upprätthålla en konstant GFR, vatten och ämnen.

Regleringen är mycket viktig för om trycket skulle öka utan autoreglering, med 25% skulle mängden vätska GFR hanterar öka från 180 till 225L/dag. Skulle reabrobtionen var konstant på 180L/dag skulle det bildas 45L urin per dag, vilket normalt är 1.5L. Eftersom vår plasma bara är runt 3L, skulle man snabbt dömmas. 

När GFR ökar så kommer reabrorbtionen öka och hindra detta och autoregulationen hindrar GFR från att ändras kraftigt.

I den ena typen av Nephron finns Juxtaglomerular complex som innehåller Macula Densa. Dessa koppals till Afferenta och Efferenta arteriolernas feedback system. 

Macula Densa är ett område med speciella epitelceller i distala tubules. Detta områden känner av förändringar i flödet genom mätning av NaCl halterna. En minskning av NaCl hos Macula Densa leder till två saker:

  • Minskar motståndet i afferenta arteriolerna, vilket ökar hydrostatiska trycket och får tillbaka GFR till normal nivå.
  • Ökar Renin-utsöndring från Juxtaglomerular cellerna i afferent och efferenta arterioler.
    • Detta leder till enzyomutsöndring, Angiotenesin I blir ombildat till Angiotenesin II som då kontraherar efferenta arterioler och ökar glomerular hydrostatiskt tryck och återställer GFR till normalt.

 

Utöver dessa mekanismer finns från tidigare PBL-fall Myogenic mekanismer, alltså när trycket ökar kommer glatta muskler att spännas ut och kunna kontrahera mer, vilket motverkar flödesökningen. Skulle trycket minska, drar musklerna ihop sig och flödet behålls.

Ett kraftigt intag av protein (bryts ner till aminosyror) eller diabetes som leder till ökad mängd glukos kommer att filtreras men sedan reabsorberas igen i proximala tuble. Detta tillsammans med NaCl, vilket leder till minskade mängd NaCl hos Macula Densa som då kommer öka blodflödet och GFR till njuren.

 

Tubular Reabsorbtion och Secretion

Efter filtrering i Glomerulus kommer en reabsorption och secretion att ske. Detta är via Tubular och tillåter mer utbyte av molekyler och vätska.

Urin excretion = Glomerular Filtration - Tubular Reabsorption + Tubular Secretion
Reabrobtion är när blodet tar tillbaka.
Secretion är när blodet avger till Tubular. 

Till skillnad från Glomerular filtration (som är relativt oselektiv bortsett från proteiner), så sker här olika beroende på substans (som beskrivits längre upp). Glukos reabsorberas nästan komplett medan Urea inte gör det alls. Andra varierar beroende på behov i kroppen. Det är på grund av denna selektiva reglering per substans som gör att kroppen kan hålla en bra miljö.

För att kroppen ska kunna reabsorbera måste substanserna ta sig igenom epitelet från tubular, genom interstitia och till peritubular kapillärerna till blodet genom ultrafiltrering (bulk flow). Detta sker då via aktiv eller passiv transport och vatten via passiv osmos.

Paracell transport innebär bredvid cellerna
Transcellular transport innebär genom epitelcellerna som sitter ihop med tight junction.

Aktiv Transport vid reabsorption

Primär aktiv transport

De primära aktiva transporter man känner till i njuren (använder ATP):

  • Natrium/Kalium
  • Vatten
  • Vatten/Kalium
  • Kalcium

 

Natrium tar sig tillbaka till blodet genom minst tre mekanismer

  • Natrium tar sig genom membranet från Tubular lumen genom ATP pump Na+/K+.
  • Natrium diffunderar genom membranet och av Tubluar och sedan mellan cellerna tas upp via Na+/K+ pump.
  • Na+ och vatten ihop med annat tas upp av interstitia och sedan kapillärerna direkt, alltså slipper gå via epitelcellerna (som i två övre).

 

Natrium går alltså via diffusion från tubular in i cellerna och pumpas sedan från cellerna ut via Na+/K+ pumpar. Det går via diffusion eftersom pumparna medför en lägre gradient och då kommer jonerna passivt drivas in i cellen. En delen blir aktiv, andra passiv.

 

Sekundär aktiv transport

När två eller fler substanser sammarbetar med ett specifikt membranprotein (carrier-molekyl) och blir tillsammans transporterade över membranet.  Detta är hur aminosyror och glukos hanteras och är så effektivt att i princip allt reabsorberas.

Det kan då vara att t.ex. natrium går till sin elektrokemiska gradient för att föra över glukos mot sin. Kräver därför inte ATP utan tar energi från den andra processen som har det naturligt.

Glukos och aminosyror kan sedan lämna cellen och passera basolaterala membranet till kapillärerna genom passiv diffusion eftersom koncentrationen är mycket högre.

SGLT1 och 2 (Sodium Glucose co-transporters) finns i början och slutet av tuben. 90% reabsorberas av SGLT2 som finns i början och 10% av SGLT1 som finns i slutet. GLUT2 finns sedan på andra sidan cellen för att få ut glukos igen.

Aminosyra kräver först en co-transporter in till cell från tubular och sedan kan passivt diffundera till blodbanan.

Aktiv transport klassa det som om bara ett av stegen är under aktiv transport, även om det andra är passiv (diffusion).

 

Aktiv Pinocytos

När proteiner ska tas upp är det genom pinocytos (dricka) proteinerna, främst i den proximala delen av tubule, som står för det. Då omgångas proteinerna aktivt och bryts sedan ner till aminosyror som kan utsöndras vidare till interstitia.

  

Begränsningar vid reabsorption

Aktiva

Eftersom det krävs enzymer, kanaler och pumpar för att utföra de aktiva transporterna så har dessa även en begränsning. Så länge mängden (Tubular Load) ämnen är under kapaciteten (Transport Maximum) kommer t.ex. Glukost inte komma ut i urinen. Om man dock har diabetes och mängderna ökar, kommer inte reabsorption kunna sker fullt och man ser glukosen komma ut. Glukos kommer synas redan innan man når Transport Maximum eftersom alla Nephron är något olika i den bemärkelsen.

 

Passiva

Är det passiv transport finns andra begränsningar som styr:

  • Elektrokemiska gradienten
  • Permabiliteten
  • Tiden som substansen är i kontakt med tubule

Exempel på detta är Na+ i proximala Tubule.

 

 

Vatten

Vatten förflyttar sig istället via Osmos och detta i den proximala delen där tight junction (inte så tighta som det låter) gör att vatten kan röra sig enklare. Vatten flyttar sig även genom cellerna. Anledningen till att vatten kan röra sig via osmos är de tidigare processerna som driver ut koncentrationer av joner från Tubule, och då vill vatten även dras med. Vattendragen kan även göra att vissa andra molekyler flyter med i "vinden" (solvent drag).

I den distala delen av Tubule (Loop of Henle) är vatten inte lika genomsläppligt. Detta kan dock korrigeras med hjälp av hormonet ADH (Antidiuretic Hormone) som gör att vatten blir mer genomsläppligt även där. 

Proximalt: Alltid väldigt permeabelt och vatten flödar över lätt.
Distalt: Vatten kan i princip inte flöda över men beror på mängden ADH.

 

Urea

Urea är väldigt dåligt permeabelt och via aktiv transport (Urea transporters) kan urea passivt läcka tillbaka med ungefär 50%.

 

Creatinine

Denna kan i princip inte alls läcka igenom och kommer därför att utsöndras nästan hela mängden som filtreras i Glomerulus.

 

Reabsobtion och secretion i olika delar av Tubule

Olika delar av tubule reabsorberar olika mycket och olika ämnen. Den stora delen (65%) av vatten, Na+ och Cl- sker i proximala tubule. Detta eftersom proximala delen är:

  • Metabolt mycket aktiv och har mycket mitokondrier som kan driva aktiva och passiva transporter.
  • Har ett lumen som är mycket veckat och skrovligt som tillåter stor kontaktyta och kanaler.

 

Tittar man på NaCl så kommer Na+ att reabsorberas ihop med t.ex. Glukos och aminosyror i början av tubule. Detta gör att Cl- koncentrationen kommer öka men att i nästa del kommer Na+ och Cl- att reabsorberas ihop. I slutet är sedan Cl- så mycket högre koncentration att det kommer gå via specifika kanaler. Vatten följer hela tiden med ut och därför är Na+ koncentrationen relativt konstant. 

Denna förändring medför att Na+ hålls relativt konstant, Glukos och Aminosyror sjunker snabbt i koncentration och Creatinine som inte reabsorberas allt ökar snabbt i koncentration. 

Loop of Henle är även uppbygg med olika segment

  • Tunn nedåtgående
    • Mycket permeablet för vatten vilket är huvudsaken för att reabsorbera vatten. 20% av allt vatten tas tillbaka här.
    • Delvis permeabelt för de flesta lösningar inklusive urea och Na+.
  • Tjock uppåtgående
    • Möjlighet till mer metabolism och aktiv transport och därför tar främst hand om Na+, Cl-, K+. Ungefär 25% av allt reabsorberas här.
    • Viss reabsobtion av positiva joner Mg2+, Ca2+, Na+, K+ på grund av laddningsskillnader i Lumen och Interstitia.
  • Tunn uppåtgående
    • Har sämre reabsorbtionsförmåga än de andra två delarna och tar inte upp nämnvärd mängd av de som tjocka delen tar.
  • Distal Tubule
    • Principal cells:  Reabsorberar Na+ och vatten från lumen och sekrerar K+ till lumen.
    • Intercalated type A cells : Sekrerar H+ till lumen och HCO3 (bikarbonat) till reabsorbtion.
    • Intercalated typ B cells : Motsatt typ A, HCO3 till lumen och H+ till reabsorbtion.
    • Senare distala har två celltyper:

Reglering av Tubular Reabsorbtion

Det är viktigt att hålla en balans i kroppen och därför kan reabsorbtion reglears via nerver, hormon och lokalt, precis som med glomerulus. Dessa kan verka oberoende av varandra. 

Glomerulutubular balans innebär att om GFR ökar så kommer även reabsorbtionen att korrigera sig efter ökade flödet och bebehålla 65% av GFR.

En minskning av motstånd efferent eller afferent hos Peritubular Capillary ger ökat flöde och tryck. Detta leder till minska Reabsorbtion. Ökar man istället motstånden Efferent eller Afferent kommer trycket att minska och Reabsorbtionen att öka. 

Vatten kommer röra sig automatiskt åt det håll som molekyler rör sig åt. Däremot kan moelkyler gå åt båda hållen (Tubular Lumen och Peritubular Capillary) beroende på omständigheterna. Dessa Tight Junctions som sitter i epitelet är inte så "tight" utan ganska leaky.

 

ADH

  • Ökar vattenabrobtion genom att öka permabiliteten i distala tubule, collecting tubule och collecting duct epitel för att motverka uttorkning.
  • ADH binder till V2 receptorer och ökar bildandet av cAMP och aktiverar kinas som kommer starta Aquaporin-2 (AQP-2) som är vid lumen i epitel. AQP-2 binder till cellmembranet och gör att det släpper igenom vatten, bildar hål. AQP-3 och 4 finns sedan på basal-sidan för att transportera genom cellen.

 

Urinkoncentration och reglering av extracellulär miljö

Kroppen kan oberoende av varandra reglera mängden ämnen och vatten som ska utsöndras i urinet. En viktig primär faktor för detta är ADH. 

När osmolariteten i kroppen ökar (mängden substanser ökar för mycket i koncentration) kan ADH utsöndras från hypofysen (posteriora) vilket påverkar distala Tubule och mer vatten tas upp i kroppen (spär ut) igen. Omvänt om mängden vätska är för hög, kommer ADH mängden att minska och mer vatten gå ut i urinet. 

Olika delar av Tuble har olika upptag av substanser och vatten och därför förändras osmloariteten under tiden det rör sig i gångarna.

  • I början liknar den det i plasma
  • Sedan blir det mer koncentrerat eftersom nere i medulla av njurar är mer koncentrerat
  • Nästa del, den stigande, kan inte vatten tränga igenom, men andra substanser, därför blir det nu mer utspätt och osmolariteten minskar.
  • Sista biten styrs av ADH och är beroende av den.

Oavsett om ADH finns eller inte kommer urinet vara utspätt i förhållande till plasma (1/3 av plasma). Saknas ADH kommer dock inget vattenupptag att sker i slutet av Tublue och den blir än mer utspädd.

Hindrar man peritubular capillary reabsorbtion kommer man även hindra tubular lumen reabsorbtion eftersom det hänger ihopa. Koncentrationerna kommer reglera flöde och ökar dem eller minskar på ena stället så påverkar det i följd.

Kroppen måste reglera vätskeniveån mycket nogrannet och vid uttrokning behöver kroppen ta tillbaka maximalt med vatten från njurarna. Detta kan leda till att så mycket som 1300 mOsm/L eller upp till 5 gånger koncentrationen av plasma kommer ut i urinet.

Anledningen till att havsvatten torkar ut en är att kroppen får i sig den mängd salt som också motsvarar vätska njurarna måste göra sig av med. Dricker man en liter havssalt måste man göra sig av med en liter urin. Dock måste njurarna även göra sig av med urea och annat, vilket leder till att 1 liter havsvatten kräver 1.5l urin för att göra sig av med. Alltså en förlust av vätska. Djur som kan skapa högre koncentration av urin kan dock dricka havsvatten! 

Man kan använda urinspecific gravity, alltså väga urin för att avgöra mängden lösning i det. För varje 0.001g/ml som ökar, så ökar det med 35 mOsmol/L. Förhållandet är linjärt.

Kraven för att skapa koncentrerat urin är

  • Ökade mängder ADH: Leder till ökar permabilitet och med vatten avleds från tubule
  • Höga osmatiska nivåer i njurens interstitia: gör att vatten dras dit

Anledningen till att njurens medulla har sådan koncentration av substanser är

Olika aktiva och co-transprort pumpar och hur urea och molekyler diffunderar i medulla ( Loop of Henle)

Blodflödet är även mindre (5% av njurens) i medulla för att än minska förlusten av koncentration till blodet. Vasa Recta (blodådran som går bredvid loopen) kommer att bli mer och mer koncentrerad under tiden den försörjer omgivningen. Vid nedåtgående kommer vatten att läcka ut och lösning in, så 300 mOsm/L blir 1200 mOsm/L. Vägen upp blir sedan tvärtom, vatten går tillbaka och lösning ut, allt så det följer gradienterna och slutet blir 350 mOsm/L.

 

Urea

En frisk person kissar ut ungefär 20-50% av den urea som filtreras och detta beror på koncentrationen i plasma, GFR och reabrosbtionen. Där är transporter (UT-A1 och A3) som tar upp samt A2 som stoppar tillbaka i Tubule. Som syns på bilden kan även Urea cirkulera i systemet flera gånger innan det åker ut ur kroppen, vilket hjälper att koncentrera och bibehålla vätskenivå i kroppen (speciellt om man har låg vätskenivå).

  

ADH

ADH Påverkar olika delar av tublule.n Som kan se ändrar sig främst Loop och Henle och sedan ju längre mot slutet av kedjan man kommer, ju större påverkan har ADH på processen.

Det år Hypthalamus som säger åt hypofysen att utsödra ADH. Det är när osmoreceptorer i hypotalamus får signalering om stigande koncentrationer som processen startar och ADH kommer ut i blodet. Skador på området kan leda till störningar på ADH utsöndring, törst och salt-aptit.

Även barorceptorer från carotis via Vagus och Glossopharangeus är inblanade genom att känna av trycket i blodet. Vid minskat tryck eller minskad blodvolym kommer mer ADH att utsöndras som svar för att korrigera detta. Osmosreceptorer (se bild) ger liknande svar.

Morfin och Nikotin, illamående påverkar också och ökar ADH nivåerna.
Alkohol minskar ADH nivåerna och förklarar varför man blir mes kissnödig när man dricker alkohol.

 

Reglering av K+, Ca2+, PO43-och Mg2+

Kalium - K+

98% av allt Kalium finns i våra celler och bara en liten del i det extracellulära. Detta innebär att när vi äter en måltid som är rik på Kalium kommer mängden öka kraftigt i det extracellulära om vi inte rensar bort snabbt. Detta görs genom njurarna och Insulin hjälper signalera cellerna att ta upp Kalium. För att korrigera för minskad/ökad intag av Kalium kan cellerna ta upp eller sekrera om det behövs.

Aldosteron är en annan hormon som utsöndras vid intag av Kalium. Denna får cellerna, precis som Insulin, att ta upp Kalium. Brist på Aldosteron kommer öka det extracellulära och vid överproduktion minska det.

B2 stimulerar eller hämmare påverkar också Kaliumförflyttning och vid stimulering tar cellerna upp Kalium, vid blockering av B2-receptorer kommer cellerna utsöndra.

Muskelarbete utsöndrar K+ från cellerna, Syra hindrar ATP-pump (Na+/K+) och ökar även det extracellulärt.

 

Den större delen av daglig reglering av Kalium sker i sena distala och corticala collecting tubule. Här är det extra tätt med Principal Cells.

Processen sker genom först ta upp Kalium från njurens Interstitia via ATP-pump (Na+/K+) för att sedan föras ut i Tubular lumen (Passiv diffusion) genom två sepciella kanaler ROMK (Renal Outer Medullary Potatium Channels) och BK (Big Potasium Channels). 

Alltså regleras utsöndringen via Principal Cells främst av:

  • ATP-pumpens aktivitet.
  • Elektrokemiska gradienten mellan blod och tubular lumen.
  • Permeabilitet hos cellmembran mot tubular lumen.

Vid Kalium-brist kan reabsorbtion ske genom Type A Intercalated Cells i Late Distal och Collection Tubule. Dessa använder då Hydrogen-Potasium ATP-ase och byter ut Kalium mot H+.

Vid en förhöjd mängd Kalium kommer istället sekretion ske via Type B Intercalated Cells i Late Distal och Collecting Tubule. Kalium pumpas in i cellerna via K+/H+ ATP-pump och via diffusion går de sedan in i tubule. 

  • Ökande faktorer för sekretion:
    • Ökad extracellulär K+ koncentration
    • Ökad mängd Aldosterone
    • Ökad Tubular flöde
  • Minskade faktorer för sekretion
    • Ökad mängd H+ koncentration (Acidosis) 
  • Ökat K+ intag
  • Ökad Plasmakoncentration
    • Utsöndring av Aldosterone
  • K+ Sekretion i kortical collecting tubules
  • K+ Excretion

Högt Na+ intag hindrar Aldosterone, vilket då skulle minska sekretion av K+. Dock utgör en ökad Na+ intag även ökad GFR, vilket gör att det kompenserar för den minskade mängden Aldosterone och K+ sekretionen består.

 

Calcium - Ca2+

Calcium är även den en viktig substans som måste ballanseras för att undvika ge symtom som arytmier eller kramper i muskler.  Den regleras noggrant och har ett system utöver just njuren. Stora delar (90%) försvinner ut genom avföring snarare än via njurarna. 99% av all Calcium i kroppen sparas i vårt skelett, 0.1% extracellulärt och resten i cellerna.

PTH (Parathyroidea Hormon) är viktig för att reglera omsättningen av ben. Minskar Calcium kommer PTH öka vilket leder till:

  • Vitamin D3 aktivering -> Upptag av Ca2+ från mag/tarm
  • Reabrobtion av Ca2+ via njurarna
  • Ca2+ utsöndring från skelettet

Calcium filtreras och reabsorberas men sekreras inte! 40% av plasmacalcium är bundet till protein och kan därför inte filtreras (för stort, protein filtreras normalt inte).

99% av det filtrerade Calciumet reabsorberas igen. Calcium reabroberas ofta ihop med vatten och därför berörs även Calcium när vattnets reabsorption ändras. 

  • 65% proximal
    • Diffusion från tubule till epitel.
    • ATP driven pump tar det vidare ut
      • Calcium-ATPase
      • Na+/Ca2+ ATP-Co-Transporter
  • 30% Loop of Henle (Thich Ascending)
    • Passive diffusion genom paracell väg
    • PTH stimuleradtrd transcellulär
  • 5% Distalt.

 

Magnesium Mg2+

Mer än hälften av vår kropps magnesium finns lagrad i våra ben och precis som med Calcium bara en lite del utanför våra celler (1%).

Normalt utsöndrar man 10-15% av den magnesium som filtreras och Loop of Henle är den primära området där det reabsorberas (65%).

Övergripande reglering

Om man blir sjuk (svullna njurar, feber) så kan GFR öka vilket ger ett ökat flöde och risk för ökad mängd urin. Detta kompenserar dock kroppen för genom:

  • Glomerulotubular Balance: Ökar reabsoptionen av den extra NaCl som filtreras
  • Macula Densa Feedback: När mängden NaCl ökar vid Macula Densa sker en konstriktion av afferenta arterioler, vilket minskar GFR igen. 

Trots varierande intag av föde hålls kroppen konstans enligt följande kedjeeffekt

  • Förändring i blodvolym ger en ändring i Cardiac Output
  • Ändring i Cardiac Output ger ändring på blodtryck
  • Förändring i blodtryck kommer ge stor förändring på urinutsöndring
  • Blodvolymen ändras beroende på urin

 

Clearance

Clearance är ett begrepp inom farmakologi och fysiologi och som är ett mått på den hypotetiska plasmavolym som är helt befriad från en viss substans per tidsenhet.

Matematiskt definieras clearance som

Clearance rate = Cs = Us * V / Ps  (ml/min)
Us: Urinkoncentrationen av substansen s
V: Urin flödeshatsighet
Ps: Plasmakoncentrationen av substans s

 

Man kan använda Creatinen för att estimera GFR

GFR är insulinclearance.

 

Man kan använda PAH Clearance för att mäta RPF

Om mängden som filtreras ut och utsöndras är samma som kommer in blir Cs = RPF. PAH rensas ut med ungefär 90% och kan därför användas för att räkna ut RPF.

 

Filtration Fraction räknas ut med GFR och RPF

Används genom att räkna ut mängden plasma som filtreras genom glomerulus. Därför använder man GFR (insulin clearande) och RPF (PAH Clearande).

T.ex: FF = GFR/RPF = 125/650 = 0,19

 

Sieving coefficient

Är ett mått på jämnvikten av koncentrationer av massa mellan två överförande system. Alltså två strömmar som delar något. Flödeskoncentrationerna från donerande till mottagande.

System med en koefficient större än 1 behöver påverkan utifrån för att tillföra energi. Är värdet mindre än 1 är koncentrationerna inte i jämnvikt.

 

Miktionsreflexen

Glatta musklerna i urinblåsan kallas Detrusor Muscle, sträcker sig åt alla håll och kan öka trycket i blåsa med 40-60 mm Hg. Dessa celler är kopplade med gap-junctions och tillåter därför en gemensam kontraktion för att tömma blåsan.

 

I blåsan finns sedan en triangulär area kallad Trigone och skiljer sig genom att vara väldigt len medan resterande innerdel (mucosa) av blåsan är sträv. Från denna triangel bildas sedan urinröret ut och runt här finns mycket elastiska fibrer ihop med den glatta muskulaturen. Detta bilder den interna Sphinkter muskeln. Denna inre muskel hjälper att hålla inne uriner tills att en tröskelnivå av tryck nås.

 

Längre ut hittar man sedan den Externa Sphinkter musklen (ligger i Urogenitala Diaphragm). Denna är, till skillnad från Interna, viljestyrt och kan hindra ofrivillig urinering även om kroppens egna system vill tömma. Mellan interna och externa hittar man prostatan hos män.

 

Urin kommer från njurarnas urinledare och ner till blåsan. Denna vätska ändrar inte sin sammansättning något nämnvärt från att den lämnat njurarna.  Flödet sker genom en pacemaker aktivitet som trycker ner det till urinblåsan från njurarna. Vid varje sådan stöt ökar trycker ner mot blåsa och hindrar reflux (bakflöde).

Där finns även rikligt med smärtnerver vid blåsa och skulle man få njursten så kan det blockera gångarna. Då är kroppen konstruerad så att den skickar signaler till njuren att sluta producera urin och arteriolerna drar ihop sig för att undvika skada. Detta kallas Ureterorenal Rexlex

Desto mer blåsan fylls, ju snabbare ökar trycket och spikar av reflexen för tömning börjar komma från sträck reflexer. Musklerna kontraherar och relaxerar vilket gör att spikarna uppstår.

Det gör i 3 steg cykel

  • Progressiv och snabb ökning av tryck
  • En period med bibehållet tryck
  • Återgående av tryck till basnivå

Reflexen går sedan och kopplar till n. Pudendens som går till den External Sphincter musklen. Då är där dels den frivilliga och dels den autonoma styrningen. Den autonoma kommer vilja inhibera och släppa ut medan den frivilliga kommer vilja hålla igen (om det är olämpligt att tömma). Ju mer som blåsa fylls med, desto svårare blir det att hålla emot. Styrning från högre nivå kan påverka:

  • Hålla reflexen delvis inhiberad förutom när man behöver
  • Hindra tömning även om reflexen sker genom spänna external sphincter musklen
  • Vid tömning hjälpa reflexen att tömma blåsan

Frivillig tömning sker normalt genom att man spänner magmusklerna, vilket ökar trycket i blåsan. Detta gör att sträckreflexer triggas och samtidigt inhiberar externa sphincter musklen och tömning blir möjlig. Normalt töms hela blåsan eller möjligen 5-10 ml kvar.

 

 
 

I PONS finns det centra som styr just tömningen av urinblåsan.

 

  • M3 i blåsan. Kontraherar när n. Pelvic som är Parasymatisk skickar ut Acetylkolin
  • Nikotinerga. Kontraherar External Sphincter Muskel via n. Pudendens med hjälp av Acetylkolin och Somatisk styrning.
  • B3 och A1 tar emot Noradrenalin från n. Hypogastic som är Sympatiskt styrd.
  • Känsel från n. Pelvic kommer från glatta musklerna i blåsan för att ge signal om spänningen och när man behöver kissa.

 

Sympatiska systemet blir ansvarig för att hålla in urin genom att relaxera muskelr i blåsan och spänna den inre Sphincter musklen.

Parasympatsiak blir därför ansvarig för att pissa.

 

När blåsan innehåller lite urin

  • Långsamma impulser från blåsans känselnerv (orsakad av musklerna spänning)
  • Går in Sacralt upp till n. Hypogastic och stimulerar B3 och A3 receptorn för att spänna Internal Sphincter och relaxera muskler.
  • Det stimuleras även inhibitatorisk n. Pelvic och M3 receptorn för att minska kontraktion av blåsa.

 

När blåsan innehåller mycket urin

 

  • Mycket urin orsakar sträckning i musklerna som känselnerv känner (n. Pelvic)
  • Snabba signaler skickas in i Sacral nivå och signalerar neuron och upp till PONS (Micturition center).
  • Inhiberar n.Hypogastic som leder till minskad B3 och A1 stimulering. Alltså mindre relaxering av blåsan (den börjar spänna sig) och mindre spänning i Internal Sphincter Muskel (den börjar öppna sig).
  • Stimulerar även n. Pelvic via M3 receptor och får musklerna att kontrahera i blåsan.
  • Inhibering av n. Pudendens, får somatiskt styrda ner för att hålla den Externa Sphincter muskel och undvika kissa på oss. Desto större stimulering ju svårare blir det för oss att viljestyrt hålla oss.

 

Vid påbörjad tömning (Voiding) kommer en loop att starta och Pelvic efferent kommer stimulera Pelvic afferent och se till att musklerna späns tills blåsan är tömd.

 

 

Del

Receptor

Funktion

Tom blåsa

Full blåsa

N. Pelvic

M3 (Ach)

Relaxera glatta muskler

-

+

N. Hypogastic

B3 (Na)
A1 (Na)

Kontrahera glatta muskler
Kontrahera Int Sphincter

 

 

 
 

 

Länkar och videos

Bra bilder som översiktligt visar var molekyler går in/ut osv.