Funkční anatomie ledvin Clearance doc. MUDr. Markéta Bébarová, Ph.D. Fyziologický ústav Lékařská fakulta Masarykovy univerzity Tato prezentace obsahuje pouze stručný výtah nejduležitějších pojmů a faktů. V žádném případně není sama o sobě dostatečným zdrojem pro studium ke zkoušce z Fyziologie. Funkce ledvin > Vylučování odpadních produktů a toxinů > Kontrola objemu a složení tělesných tekutin, osmolality > Udržování acidobazické rovnováhy > Regulace krevního tlaku > Sekrece, metabolismus a exkrece hormonů > Glukoneogenéza Struktura ledvin Cortical radiate vein Cortical radiate artery Arcuate vein Arcuate artery Interlobar vein Interlobar artery Segmental arteries Renal vein Renal artery Renal pelvis Ureter Renal medulla Renal cortex (a) Frontal section illustrating major blood vessels O 2013 Pearson Educjton Inc Aorta I Renal artery 1 Segmental artery I Interlobar artery 1 Arcuate artery 1 Cortical radiate artery I Afferent arteriole Inferior vena cava t Renal vein t Interlobar vein t Arcuate vein I Cortical radiate vein 4 Peritubular capillaries -or vasa recta í Efferent arteriole -► Glomerulus (capillaries) J Nephron-associated blood vessels (see Figure 25.7) (b) Path of blood flow through renal blood vessels http://classes.midlandstech.edu/carterp/Courses/bio211/chap25/chap25.htm Struktura ledvin Cortical nephron > Short nephron loop • Glomerulus further from the cortex-medulla junction • Efferent arteriole supplies peritubular capillaries Juxtamedullary nephron • Long nephron loop • Glomerulus closer to the cortex-medulla junction • Efferent arteriole supplies vasa recta Rena)- corpuscle http://classes.midla ndstech.edu/carter p/Courses/bio211/c hap25/chap25.htm Struktura nefronu thin descending limb Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Struktura nefronu - glomerulus B Fenestrations Guy ton & Hall. Textbook of Medical Physiology C Basal lamina Endothelium mezangiální buňky Struktura nefronu - glomerulus B Fenestrations Guy ton & Hall. Textbook of Medical Physiology C Basal lamina Endothelium Struktura nefronu - glomerulus > Vysoká rychlost filtrace v glomerulech Zajištěna vysokou permeabilitou glomerulární membrány > Prevence prostupu bílkovin Negativní náboj všech vrstev glomerulární membrány Effective molecular diameter (nm) Ganong 's Review of Medical Physiology Struktura nefronu - tubulus thin descending limb Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition > glomerulus > proximální stočený kanálek Struktura nefronu - tubulus ml Distal convoluted tubule Proximal convoluted tubule Collecting duct Outer medulla Inner medulla Loop of Henle, thin descending limb > glomerulus > proximální stočený kanálek > Henleova klička Loop of Henle, thin descending limb Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Loop of Henle, thick ascending limb i. Struktura nefronu - tubulus Ganong s Re vie wof Medical Physiology, 23rd edition limb t / Struktura nefronu - tubulus Cortical nephron > Short nephron loop • Glomerulus further from the cortex-medulla junction • Efferent arteriole supplies peritubular capillaries Juxtamedullary nephron • Long nephron loop • Glomerulus closer to the cortex-medulla junction • Efferent arteriole supplies vasa recta Renat-corpuscle http://classes.midla ndstech.edu/carter p/Courses/bio211/c hap25/chap25.htm Struktura nefronu - tubulus Loop of Henle, thin descending limb Inner medulla > glomerulus > proximální stočený kanálek > Henleova klička > distální stočený kanálek Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Distal convoluted tubule Struktura nefronu - tubulus J IB W Proximal convoluted tubule Distal convoluted tubule Loop of Henle, thin descending limb jdi Collecting duct v. Outer medulla Inner medulla > glomerulus > proximální stočený kanálek > Henleova klička > distální stočený kanálek > sběrný kanálek Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Collecting duct Tvorba moče Afferent arteriole Efferent arteriole Glomerular capillaries Bowman's capsule 1. Filtration 2. Reabsorption 3. Secretion 4. Excretion v Urinary excretion Excretion = Filtration - Reabsorption 4- Secretion Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology 1) Glomerulární filtrace 2) Tubulární resorpce 3) Tubulární sekrece 4) Exkrece moči Tvorba moče A. Filtration only Substance A B. Filtration, partial reabsorption _ Substance Urine Urine Guyton &Hall. Textbook of Medical Physiology Kreatinin Některé další odpadní produkty Elektrolyty C. Filtration, complete reabsorption ■ - ' 1 D. Filtration, secretion Substance C Substance D Urine Aminokyseliny Glukóza Urine PAH Toxické látky Organické kyseliny a báze Tvorba moče A. Filtration only Substance A B. Filtration, partial reabsorption _ Substance C. Filtration, complete reabsorption (ft Substance C D. Filtration, secretion Substance D Urine Urine Guyton &Hall. Textbook of Medical Physiology Urine Urine Kreatinin Některé další odpadní produkty Concentration in Substance Urine |Uj Plasma (P) U/P Ratio Glucose (mg/dL) 0 100 0 Na+ [mEq/L) 90 140 0.6 Urea [mg/dL) 900 15 60 Creatinine [mg/dL) 150 1 150 PAH Toxické látky Organické kyseliny a báze tfs> Tvorba moče - Glomerulární filtrace Proximal tubule Capillary loops Bowman's space Bowman's capsule Podocytes B GFR = 125 ml/min = 180 l/den FF = 0,2 profiltrováno 20% plazmy! Afferent arteriole Efferent arteriole Epithelium Basement * membrane Endothelium Fenestrations Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology 800 600 :§ 400 E 200 - 0 Renal blood flow Glomerular filtration 70 140 210 Arterial pressure (mm Hg) Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Tvorba moče - Glomerulární filtrace Rychlost glomerulární filtrace (GFR) závisí na: 1) Kapilární filtračním koeficientu Kf (permeabilita a plocha glomerulární membrány;mezangiální bb.) 2) Rovnováze hydrostatických a koloidně-osmotických sil GFR = K • čistý filtrační tlak Tvorba moče - Glomerulární filtrace Rychlost glomerulární filtrace (GFR) závisí na: 1) Kapilární filtračním koeficientu Kf (permeabilita a plocha glomerulární membrány;mezangiální bb.) 2) Rovnováze hydrostatických a koloidně-osmotických sil GFR = K • čistý filtrační tlak Tvorba moče - Glomerulární filtrace GFR = Kf ■ čistý filtrační tlak 800 600 c ^ 400 E 200 Renal blood flow Glomerular filtration 70 1 40 210 Arterial pressure (mm Hg) Afferent arteriole Glomerular Glomerular hydrostatic colloidosmotic pressure pressure Hg) (32 mm Hg) Efferent arteriole Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition nB tPfl Bowman's capsule pressure (18 mm Hg) nB = 0 Ouyton & Hall. Textbook of Medical Physiology Za fyziologických podmínek: čistý filtrační tlak = PG + nB - PB - nG = 60 + 0 - 18 - 32 = 10 mmH GFR = Kf ■ (PG + 7Tß - PB - nG) Tvorba moče - Glomerulární filtrace Vas afferens, vas efferens ' vstup a výstup vysokotlaké glomerulární kapilární sítě P - P v a v © • průtok krve glomerulem = - RV.a. + Rv.e. + • t odporu ve vas aff. či vas eff. -> i průtoku ledvinou (pokud je stabilní arteriální tlak) • řídí glomerulární filtrační tlak: s-■* konstrikce vas aff. -» i tlaku v glomerulu -» i filtrace konstrikce vas eff. -» t tlaku v glomerulu -» t filtrace Tvorba moče - Tubulární procesy Peritubular capillary Tubular cells FILTRATION Lumen Paracellular path Transcellular path Solutes REABSORPTION EXCRETION Guyton & Hail. Textbook of Medical Physiology Tvorba moče - Tubulární procesy Aktivní transportní mechanismy 1) Primární aktivní transport 2) Sekundární aktivní transport 3) Pinocytóza (velké molekuly, např. bílkoviny, zejména v proximálním tubulu) Tvorba moče - Tubulární procesy Aktivní transportní mechanismy 1) Primární aktivní transport Peritubular capillary Tubular epithelial cells Tubular lumen Interstitial Basement fluid membrane channels Intercellular space Na+ (-3 ITW) flight junction Brush border (luminal membrane) Guyton &Hall. Textbook of Medical Physiology Tvorba moče - Tubulární procesy Aktivní transportní mechanismy 1) Primární aktivní transport - Na+/K+ ATPáza - H+ATPáza - Ca2+ATPáza Tvorba moče - Tubulární procesy Aktivní transportní mechanismy 2) Sekundární aktivní transport Interstitial fluid Tubular cells Co-transport ----- Glucose -70 mV ■----Amino acids XT'" <^ < Na+ < i r Na+ A / Am Tubular lumen Glucose symport ino acids k+ (atp}^ -70mv ^ ( ^ antiport ^___ Counter-transport Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology Tvorba moče - Tubulární procesy Aktivní transportní mechanismy Látky podléhající aktivnímu transportu mají tzv. transportní maximum (dáno saturací přenašeče). 900 n Tvorba moče - Tubulární procesy Aktivní transportní mechanismy Látky podléhající aktivnímu transportu mají tzv. transportní maximum (dáno saturací přenašeče). resorpce Substance Transport Maximum Glucose 375 mg/min Phosphate 0.10 mM/min Sulfate 0.06 mM/m in Amino acids 1.5 mM/min Urate 15 mg/min Lactate 75 mg/min Plasma protein 30 mg/min sekrece Substance Transport Maximum Creatinine 16 mg/min Para-aminohippuric acid 80 mg/min Guy ton & Hall. Textbook of Medical Physiology Tvorba moče - Tubulární procesy Aktivní transportní mechanismy Látky podléhající aktivnímu transportu bez transportního maxima („gradient-time transport). - resorpce Na+ v proximálním tubulu Čím větší koncentrace Na+ v proximálním tubulu, tím větší rychlost resorpce. Čím pomalejší tok tekutiny v proximálním tubulu, tím více Na+ resorbováno. V distálnějších částech tubulu už podléhá transport Na+ transportnímu maximu (těsnější tight junctions, transport menší) - může být zvýšeno např. aldosteronem. Tvorba moče - Tubulární procesy Aktivní transportní me( 1) Primární aktivní transport 2) Sekundární aktivní transport 3) Pinocytóza (velké molekuly, např. bílkoviny, zejména v Peritubular capillary Tubular epithelial cells Tubular lumen Na (-70 mV) (-3 mv) Basal channels ^Tight junction Brush border (luminal membrane) Interstitial Basement fluid membrane Intercellular space Pasivní transportní mechanismy 1) Resorpce H20 osmózou ■ v proximálním tubulu (vysoce propustný pro H20) ■ aktivní resorpce solutů -> koncentrační gradient mezi lumen a intersticiem H20 osmózou do intersticia (gradient zrušen) 2) Resorpce solutů difúzí ■ Cľ (Na+ do intersticia, resorpce vody osmózou) ■ urea (resorpce vody osmózou) Tvorba moče - Tubulární procesy Peritubular capillary i i i i Tubular epithelial cells Tubular lumen Interstitial fluid i-3 mvj Tight junction Brush border (luminal membrane) Basement membrane Intercellular space Lumen negative potential Na~ reabsorption H20 reabsorption t Luminal Cl~ concentration t Luminal urea concentration \ Passive Cl~ reabsorption Passive urea reabsorption Guy ton & Hall. Textbook of Medical Physiology Tvorba moče - Tubulární procesy Peritubular capillary Tubular cells FILTRATION Lumen Paracellular path Transcellular path Solutes REABSORPTION EXCRETION Guyton & Hail. Textbook of Medical Physiology Tvorba moče - Tubulární procesy Fyzikální síly působící v perltubulárních kapilárách a intersticiu - tubulární resorpce řízena hydrostatickými a koloidně-osmotickými silami (obdobně jako GFR) GFR = Kf • čistý filtrační tlak čistá resorpční síla TRR = K Tvorba moče - Tubulární procesy Fyzikální síly působící v peritubulárních kapilárách a intersticiu Peritubular capillary Interstitial fluid 13 mm Hg 32 mm Hg if 6 mm Hg 71 if 15 mm Hg L Tubular cells Tubular lumen H20 -----Na Guy ton & Hail. Textbook of Medical Physiology Tvorba moče - Tubulární procesy Tubuloglomerulární zpětná vazba Glomerulotubulární rovnováha Glomerulo-tubular balance Renal arteriolar pressure Glomerular capillary pressure GFR Solute reabsorption in proximal tubule Solute reabsorption in thick ascending limb Salt and fluid delivery to the distal tubule Tubulo- glomerular feedback Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition? 1) 2) 3) 4) 5) 65% Tvorba moče - Tubulární procesy Proximální tubulus úplná resorpce látek klíčových pro organismus (glukóza, aminokyseliny) částečná resorpce látek důležitých pro organismus (ionty -Na+, K+, Cľ, aj.) resorpce vody sekrece H+ resorpce HC03~ Výsledek: izoosmotická tekutina, objem významně snížen Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology Tvorba moče - Tubulární procesy Henleova klička 1) tenké sestupné raménko - pasivní resorpce vody osmózou 2) tlusté vzestupné raménko - aktivní resorpce iontů (Na+/K+/2CI" symport), sekrece hľ, resorpce HC03" Tvorba moče - Tubulární procesy Henleova klička 1) tenké sestupné raménko - pasivní resorpce vody osmózou 2) tlusté vzestupné raménko - aktivní resorpce iontů (Na+/K+/2CI" symport), sekrece H+, resorpce HC03" Renal Tubular interstitial Tubular |urnen fluid tells (+3 mV) Paracellular ^a"1", ^+ _ diffusion c Na+ Y_ 2CI--^ / K+ ■Ch K+ ✓ \ Loop diuretics • Furosemide ^Sä*N. • Ethacrynic acid • Bumetanide Tvorba moče - Tubulární procesy Distální tubulus 1) juxtaglomerulární aparát 2) aktivní resorpce solutů obdobná jako v tlustém raménku Henleovy kličky, rovněž neprostupný pro močovinu a vodu - tzv. diluční segment („ředí" tubulární tekutinu) Tvorba moče - Tubulární procesy Sběrací kanálek (+ konec distálního tu bul u) 1) principiální buňky - resorpce Na+ a vody (ADH), sekrece K Late distal tubule and collecting tubule Principal cells Intercalated cells Renal interstitial fluid Tubular cells Tubular lumen (-50 mV) Aldosterone antagonists • Spironolactone • Eplerenone Na+ channel blockers • Amiloride • Triamterene Tvorba moče - Tubulární procesy Sběrací kanálek (+ konec distálního tubulu) 1) principiální buňky - resorpce Na+ a vody (ADH), sekrece K 2) vmezeřené buňky - sekrece H+, resorpce HC03~ a K+ Late distal tubule Renal Tubular Tvorba moče - Tubulární procesy Sběrací kanálek - medulární část 1) resorpce Na+ a Cľ, vody (ADH) i urey 2) sekrece H+, resorpce HC03" Medullary collecting duct Tvorba moče - Tubulární procesy 0.02H ; výrazná sekrece v porovnání s H20 Proximal tubule Loop of Henle Distal tubule Collecting i tubule výrazná resorpce v porovnání s H20 Guyton &Hall. Textbook of Medical Physiology Clearance = objem plazmy, která je ledvinami od dané látky očištěna za čas Pomocí clearance lze kvantifikovat exkreční schopnost ledvin, rychlost průtoku ledvinami i základní funkce ledvin (GFR, tubulární resorpce a sekrece). V -Us V -Us [ml/min] Clearance Stanovení rychlosti průtoku plazmy ledvinami (RPF) Clearance látky, která je v glomerulotubulárním aparátu nefronu plně očištěna z plazmy. PAH (paraaminohippurová kyselina) očištěna z 90% PPAH = 0.01 mg/ml (j Renal plasma flow RPF = 5,85 x 1 mg/min 0,01 mg/ml = 585 ml/min ► Renal venous PAH = 0.001 mg/ml UpAH = 5.85 mg/ml V = 1 ml/min Guyton &Hall. Textbook of Medical Physiology Korekce na extrakcni pomer PAH (EPAH): PAH PpAH " VpAH PAH = 0,9 585 ml/min > RPF =-= 650 ml/min 0,9 Clearance Stanovení rychlosti glomerulární filtrace (GFR) Clearance látky, která je v glomerulu plně filtrována a není v tubulech resorbována ani secernována. Inulin Kreatinin Uirulin = 125 m9/ml V = 1 ml/min Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology Clearance Stanovení filtrační frakce (FF) FF je frakce plazmy, která se profiltruje glomerulární membránou. PP = GFR = 125 ml/min = Q 1Q _^ -20% plazmy je v RPF 650 ml/min ' glomerulu profiltrováno. Výpočet tubulární resorpce/sekrece A. GFR • Ps > V • Us látka je resorbována. B. GFR • Po < V • Uo látka je secernována.