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 r sama o sobě dostatečným zdrojem i pro studium ke zkoušce z Fyziologie, k A 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 l > 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 Pearaon Eduuton Inc Aorta Renal artery Segmental artery Interlobar artery Arcuate artery Cortical radiate artery ■i Afferent arteriole L Inferior vena cava í Renal vein í Interlobar vein í ■*• Arcuate vein í 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 ledví Cortical nephron Juxtamedtillary nephron - Short nephron loop • Long nephron loop • Glomerulus lurtfrer Irom the cortex-medulla junction • Glomerul js closer to the cortex-medulla junction - Efferent arteriole supplies peritubular capillaries ■ Efferent arteriole supplies vasa recta http://classes.mid la ndstech.edu/carter p/Courses/bio211/c hap25/chap25.htm Struktura nefronu Distal convoluted tubule Proximal convoluted tubule Loop of Henle, thick ascending ** limb Collecting duct Outer medulla Inner medulla Loop of Henle, thin descending limb Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition F renal cortical tissue (180X) A Struktura nefronu - glomerulus Proximal tubule Podocytes Capillary loops Bowman's space Bowman's capsule B Basal lamina Endothelium Afferent arteriole Efferent arteriole Epithelium Basement membrane Endothelium Fenestrations Guyton &Hall. Textbook of Medical Physiology Basal lamina Endothelium Podocyte mezangiální buňky Struktura nefronu - glomerulus Guyton &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 Distal convoluted tubule Proximal convoluted tubule Loop of Henle, thick ascending ** limb I---' Collecting duct Outer medulla Inner medulla Loop of Henle, thin descending limb Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition > glomerulus > proximální stočený kanálek o o Proximal convoluted tubule Struktura nefronu - tubulus Inner medulla Loop of Henle, thin descending limb > glomerulus > proximální stočený kanálek > Henleova klička Loop of Henle, thin descending limb Loop of Henle, thick ascending Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition limb Struktura nefronu - tubulus Distal convoluted tubule Proximal convoluted tubule Lo thin ú Collecting duct Renal nerves Efferent arteriole Juxtaglomerular cells merular \ \ v lis * \ Afferent arteriole > glomerulus > proximální stočený kanálek > Henleova klička Loop of Henle, thin descending limb Loop of Henle, thick ascending Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition limb Struktura nefronu - tubul Cortical nephron Juxtamedullary nephron • Short nephron loop • Long nephron loop • Glomerulus further from the cortex-medulla junction • Glomerulus closer to the cortex-medulla (unction • Efferent arteriole supplies peritubular capillaries * Efferent arteriole supplies vasa recta http://classes.midla ndstech.edu/carter p/Courses/bio211/c hap25/chap25.htm Cortical radiate vein Cortical radiate artery Afferent arteriole Collecting duct Efferent arteriole Struktura nefronu - tubulus Inner medulla > glomerulus > proximální stočený kanálek > Henleova klička > distální stočený kanálek Loop of Henle, thin descending limb Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Distal convoluted tubule Struktura nefronu - tubulus Distal convoluted tubule Proximal convoluted tubule Loop of Henle, thick ascending ** limb I---' Collecting duct Outer medulla Inner medulla > glomerulus > proximální stočený kanálek > Henleova klička > distální stočený kanálek > sběrný kanálek Loop of Henle, thin descending limb Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition Collecting duct Tvorba moče Afferent arteriole 4 Efferent arteriole Glomerular capillaries Bowman's capsule 1. Filtration 2. Reabsorption 3. Secretion 4. Excretion Peritubular capillaries Renal vein v Urinary excretion Excretion = Filtration - Reabsorption + Secretion Guyton &Hall. Textbook of Medical Physiology 1) Glomerulární filtrace 2) Tubulární resorpce 3) Tubulární sekrece 4) Exkrece moči A Tvorba moče Guyton &Hall. Textbook of Medical Physiology ■ Kreatinin ■ Elektrolyty ■ Některé další odpadní produkty C. Filtration, complete reabsorption Urine ■ Aminokyseliny ■ Glukóza D. Filtration, secretion 1^ Urine ■ PAH ■ Toxické látky ■ Organické kyseliny a báze Tvorba moče A. Filtration only Substance A B. Filtration, partial reabsorption C. Filtration, complete reabsorption D. Filtration, secretion Substance Substance C Substance D Urine Urine Guyton &Hall. Textbook of Medical Physiology Urine Kreatinin Některé další odpadní produkty Concentration in Substance Urine (U) Plasma (P) UP 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 Urine PAH Toxické látky Organické kyseliny a báze Tvorba moče - Glomerulární filtrace Proximal tubule Podocytes Capillary loops Bowman's space Bowman's capsule B GFR = 125 ml/min = 180 l/den FF = 0,2 profiltrováno 20% plazmy! Afferent arteriole Efferent arteriole Epithelium Basement membrane Endothelium Fenestrations Guy ton &Hall. Textbook of Medical Physiology 800 r 600 - J 400 200 Renal blood flow Glomerular filtration 70 140 210 Arterial pressure (mm Hg) Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition A 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 koloidné-osmotických sil 1 GFR = Kf • čistý filtrační tlak A 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 koloidné-osmotických sil 1 GFR = Kf • čistý filtrační tlak A Tvorba moče - Glomerulární filtrace GFR = Kf ■ čistý filtrační tlak 800 600 ;§ 400 e 200 Renal btood flow ^/ Afferent arteriole Glomerular filtration 70 140 210 Arterial pressure (mm Hg) Glomerular Glomerular hydrostatic colloid osmotic pressure pressure Hg) (32 mm Hg) Efferent arteriole ~\ (60 mm I Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd edition ° Bowman's capsule pressure (18 mm Hg) nB = 0 Cuyton & Hall. Textbook of Medical Physiology Za fyziologických podmínek: čistý filtrační tlak = PG + nB - PB - nG = 60 + 0 - 18 - 32 = 10 mmH GFR = Kf ■ (PG + nB-PB- nG) Tvorba moče - Glomerulární filtrace Vas afferens, vas efferens ' vstup a výstup vysokotlaké glomerulární kapilární sítě P - P V 3 V 6 • 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:_ -N 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 Active Passive (diffusion) Osmosis REABSORPTION FILTRATION Lumen Paracellular path Transcellular path Solutes EXCRETION \ Guyton &Hall. 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 Basal channels Na+ (-3 mv) ^Tight junction Brush border (luminal membrane) Interstitial Basement fluid membrane Intercellular space Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology Tvorba moče - Tubulární procesy Aktivní transportní mechanismy 1) Primární aktivní transport - Na+/K+ ATPáza - H+ATPáza - H+/K+ATPáza - Ca2+ATPáza Tvorba moče - Tubulární procesy Aktivní transportní mechanismy 2) Sekundární aktivní transport Interstitial fluid Tubular cells Co-transport ----- Glucose <(atp) Na+ -70 mV ----Amino acids < > k Glu < > r Na+ < ; k Na+ < ^ ^ Am Tubular lumen Glucose symport Amino acids Ok Na+ < / k Na+ ^ (atp)^ -70mv [ľ ( \ antiport Counter-transport Guy ton &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 Guyton &Hall. Textbook of Medical Physiology 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 O.lOmM/min Sulfate 0.06 mM/min Amino acids 1.5 mM/min Urate 15 mg/min Lactate 75 mg/min Plasma protein 30 mg/min sekrece Substance Creatinine Para-aminohippuric acid Transport Maximum 16 mg/min 80 mg/min Guyton &Hall. Textbook of Medical Physiology Tvorba moče - Tubulární procesy Aktivní transportní met 1) Primární aktivní transport 2) Sekundární aktivní transport 3) Pinocytóza (velké molekuly, napr. bílkoviny, zejména v Peritubular capillary Tubular epithelial cells Tubular lumen ........ Na+ (ATP) (-3 mv) (-70 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 k intersticiem H20 osmózou do intersticia (gradient zrušen) 2) Resorpce solutů difúzí ■ Cľ (Na+ do intersticia, resorpce vody osmózou) urea (resorpce vody osmózou) A Tvorba moče - Tubulární procesy Peritubular capillary Tubular Tubular epithelial cells lumen i Tight junction Brush border (luminal membrane) Interstitial Basement fluid membrane Intercellular space t Lumen negative potential Na+ reabsorption \ H20 reabsorption \ \ \ \ Passive CI" reabsorption Luminal Cl~ concentration Luminal urea concentration Passive urea reabsorption Guyton & Hall. Textbook of Medical Physiology Tvorba moče - Tubulární procesy Peritubular capillary Tubular cells Active Passive (diffusion) Osmosis REABSORPTION FILTRATION Lumen Paracellular path Transcellular path Solutes EXCRETION \ Guyton &Hall. Textbook of Medical Physiology Tvorba moče - Tubulární procesy Fyzikální síly působící v peritubulárních kapilárách a intersticiu - tubulární resorpce řízena hydrostatickými a koloidně-osmotickými silami (obdobně jako GFR) GFR = Kf • čistý filtrační tlak Tvorba moče - Tubulární procesy Fyzikální síly působící v peritubulárních kapilárách a intersticiu Peritubular capillary 13 mm Hg 32 mm Hg Interstitial fluid 6 mm Hg 7t jf 15 mm Hg Bulk Li i flow Tubular cells Tubular lumen H20 10 mm Hg Net reabsorption pressure -----Na + Guy ton & Hall. 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 editiorp Tvorba moče - Tubulární procesy 65% Proximální tubulus 1) úplná resorpce látek klíčových pro organismus (glukóza, aminokyseliny) 2) částečná resorpce látek důležitých pro organismus (ionty -Na+, K+, CI-, aj.) 3) resorpce vody 4) sekrece H+ 5) resorpce HC03" Výsledek: L izoosmotická tekutina, objem významně S n I Ze n 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+/2Cľ symport), sekrece H+, resorpce HC03" Thin descending loop of Henle Thick ascending loop of Henle tzv. protiproudový násobič Výsledek: hypotonická tekutina, objem dále snížen Tvorba moče - Tubulární procesy Henleova klička 1) tenké sestupné raménko - pasivní resorpce vody osmózou 2) tlusté vzestupné raménko - aktivní resorpce iontů (Na+/K+/2Cľ symport), sekrece H+, resorpce HC03" Renal i Tubular interstitial Tubular |umen fluid I cells (+8mV) Paracellular J Na^ K+ ^----------____------------Mg". Ca" diffusion Loop diuretics • Furosemide *i**!ľ"*<* • 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) ^ Early distal tubule Renal interstitial fluid Tubular cells (atA Na+ ■ci- Výsledek: hypotonická tekutina Tubular lumen (-10mV) Na+ ci- A Thiazide diuretics: jt ■* Tvorba moče - Tubulární procesy Sběrací kanálek (+ konec distálního tu bulu) 1) principiální buňky - resorpce Na+ a vody (ADH), sekrece K+ 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 HCCy a K+ Late distal tubule and collecting tubuler Principal cells Intercalated cells Renal interstitial fluid L Tubular cells Ch--- in Cľ HC03+H+ 4 H2C03 i Carbonic anhydrase CO, H20 + CO^ Tubular lumen ■►cr -►H+ A Tvorba moče - Tubulární procesy Sběrací kanálek - medulární část 1) resorpce Na+ a Ch, vody (ADH) i urey 2) sekrece H+, resorpce HC03" Medullary collecting duct Tvorba moče - Tubulární procesy Funkční vyšetření íedvín Clearance Vyšetření funkce ledvinných tubulů a) Vyšetrení koncentrační schopnosti ledvin - Koncentrační pokus žízněním (velmi nepríjemné; po 12 hod žíznění odběr moči ve 4-hod intervalech - hustota, osmolalita; i odběr krve) - Ad i u ret i nový test (šetrnější k pacientovi; po večeři bez tekutin už vyšetřovaný nepije, ráno aplikace ADH přes nosní sliznici - hustota a osmolalita moči) a) Vyšetření zřeďovacích funkcí (test reakce na zvýšený příjem vody - u zdravého snížení ■ s produkce ADH + zvýšení diurézy, moč sníženou osmolalitu) \j 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). Clearance PpAH = 0-01 mg/ml I Stanovení rychlosti průtoku plazmy ledvinami (RPF) Clearance látky, která je v glomerulotubulárním aparátu nefronu plně očištěna z plazmy. PAH (paraaminohippurová kyselina) očištěna z 90% RPF = 5,85 x 1 mg/min 0,01 mg/ml = 585 ml/min Renal plasma flow 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): 585 ml/min P PAH " VpAH PAH = 0,9 —> RPF = PAH 0,9 = 650 ml/min Clearance Stanovení rychlosti glomerulární filtrace (GFR) Clearance látky, která je v glomerulu plně filtrována a není v tubulech resorbována ani secernována. Inulin Kreatinin Uinulin = 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. GFR = 125 ml/min _ Q ig _^ -20% plazmy je v RPF 650 ml/min ' glomerulu profiltrováno. Výpočet tubulární resorpce/sekrece A. GFR • Ps > V • Us látka je resorbována. B. GFR • Pq < V • Uc látka je secernována.