Równowaga wodna i nerki PDF

Preview

Summary

Download Równowaga wodna i nerki PDF

Description

Woda w organizmie  

Środowisko wewnętrzne charakteryzuje się homeostazą Homeostaza przejawia się szeregiem parametrów:  izowolemia – stała objętość środowiska wewnętrznego  izoosmia – stałe ciśnienie osmotyczne  izojonia – stały skład jonowy  izohydria – stałe pH  stałe stężenie metabolitów  stała liczba elementów morfotycznych  izotermia – stała temperatura wewnętrzna

przedział – może skupiać, integrować szereg przestrzeni anatomicznych lub też części tych przestrzeni anatomicznych o podobnej charakterystyce np. przedział zewnątrzkomórkowy – skupia anatomiczną przestrzeń krwi, część anatomicznej przestrzeni nerek, część anatomicznej przestrzeni wątroby itd. Zawartość wody waha się od 60 do 65% całkowitej masy ciała  krew – 90%  wątroba, mięśnie, mózg – 70-75%  kości 10%  tłuszcz ok. 20%

 



  

 

     





Bilans wodny organizmu Mamy równoważnie, która z jednej strony wskazuje nam na niedobór wody, a z drugiej strony na jej nadmiar Dowóz wody:  z napojem 1,3l/dobę  woda oksydacyjna 0,3l/dobę Utrata wody:  z moczem 1,5l/dobę]  pocenie się, przez skórę 0,1l/dobę  z kałem 0,9l/dobę Normalnie mama do czynienie z bilansem wodnym, czyli równowaga między utrata i dowozem wody Jeżeli mamy do czynienia z niedoborem wody – pragnienie Nadmiar wody – zwiększone wydalanie moczu Jakie bariery wydzielają poszczególne przedziały wodne Błona komórkowa  jest to błona osmotyczna  przepuszczalna dla wody, selektywna dla substancji Ściana naczyń krwionośnych  błona dializacyjna  zatrzymuje substancje koloidowe, białka  przepuszczalna dla wody i substancji drobnocząsteczkowych Transport przez te bariery Zależny od warstwy lipidowej w błonie komórkowej  warstwy lipidowe powodują to, że substancje rozpuszczalne w tłuszczach łatwiej przechodzą, natomiast te rozpuszczalne w wodzie gorzej kanały wodne niektóre substancje wymagają przenośników transport bierny polegający na prostej dyfuzji  substancja dyfunduje zgodnie z gradientem stężeń bierny transport w postaci dyfuzji ułatwionej  dyfuzja zgodnie z gradientem stężeń przy udziale przenośnika aktywny transport  transport pierwotnie aktywny – czerpie bezpośrednio energię ze źródeł energii, najczęściej jest to ATP  transport wtórnie aktywny – istnieje jakiś mechanizm energochłonny napędzający i głównie w stosunku do niego odbywa się transport substancji przez błonę komórkową Przedziały wodne Woda zewnątrzkomórkowa (stanowi 35% całkowitej wody organizmu)  woda śródmiąższowa  woda wewnątrznaczyniowa  woda osoczowa  woda krwinek czerwonych  woda transcelularna (woda zawarta pomiędzy warstwami nabłonka) Woda wewnątrzkomórkowa  ma charakter jednorodny

Ocena przedziałów wodnych Zasada Stewarda  Na określenie objętości przestrzeni wodnej  Objętość przedziału jest obliczana poprzez dodanie do tego przedziału jakiegoś markera  Po jakimś czasie dojdzie do rozprzestrzenienia tego wskaźnika  Dochodzi do ustalenia plateau przy stałej koncentracji wskaźnika w przedziale  Na bazie tej koncentracji, tego stężenia w fazie plateau, a więc równomiernego rozprzestrzeniania tego wskaźnika w przedziale wodnym oraz na bazie ilości wskaźnika podanego do tego przedziału jesteśmy w stanie wyliczyć objętość przedziału

   

substancja używana w tym celu nie powinna przechodzić przez żadną barierę i nie powinna być metabolizowana oraz wydalana żadna z substancji nie spełnia tych warunków w związku z tym powstaje modyfikacja równania Stewarda

Pojawiają się jednak pewne problemy: jak określić koncentrację w przedziale w momencie podania?? - jest to pojęcie teoretyczne jak ominąć problem opuszczania markera z przedziału wodnego??

      

po podaniu wskaźnika jego stężenie w przedziale gwałtownie wzrasta – szybka dystrybucja później następuje spadek jego stężenia, bo wskaźnik zaczyna się rozprzestrzeniać następnie mamy jakiś ponowny napływ tego wskaźnika po jakimś czasie kształtuje się tzw. powolna dystrybucja – powolne rozmieszczanie wskaźnika w danym przedziale na bazie tej powolnej dystrybucji musimy znaleźć czas t1 oraz t2 i różnicę stężeń w tych czasach dalej przeciągamy linię przez dwa punkty oznaczające stężenie w czasie t1 i t2 i tą linię przeciągamy aż do osi rzędnych w momencie przecięcia z osią rzędnych ustalamy stężenie wskaźnika w momencie podania

Mierzenie całkowitej wody organizmu  Może być oznaczana zasadą Stewarda (woda oznakowana trytem, deuterem – substancje, które łatwo rozprzestrzeniają się przez wszystkie błony organizmu)  Eksykacja – wysuszanie tkanki do samej masy  daną tkankę o określonej masie wysusza się odparowując wodę i to co zostanie odejmuje się od tej masy pierwotnej  w ten sposób otrzymujemy ilość wody w próbce z danego narządu  mnożąc otrzymaną wartość przez masę danego narządu otrzymamy całkowitą ilość wody  poprzez pomiar gęstości  gęstość to jest masa podzielona przez objętość  waży się dany narząd  następnie określa się jego objętość  Całkowita woda organizmu TBW = chuda masa ciała * 0,73  bo w chudej asie ciała mamy 73% wody  również gęstość tej chudej masy ciała jest stała i wynosi 1,1  zmiany w gęstości i zawartości wody zależą od zawartości tłuszczu (10-cio procentowy wzrost zawartości tłuszczu powoduje spadek gęstości o 0,02 g/cm3  znając te zależności określa się rzecz następującą:

wzrost zawartości tłuszczu prowadzi do spadku gęstości i jednocześnie do spadku udziału całkowitej ilości wody

Jak oszacować przedział zewnątrzkomórkowy Badamy na podstawie zasady rozcieńczania Wskaźnik nie może przechodzić przez błonę komórkową – nie może dostawać się do przedziału wewnątrzkomórkowego Wskaźniki – np. inulina, a więc polimer fruktozy Na zasadzie Stewarda Jeżeli chodzi o przedział wewnątrznaczyniowy Wskaźnikiem musi być substancja, która nie wychodzi poza naczynia Np. białka znakowane izotopem Jak oszacować przedział wewnątrzkomórkowy Odjęcie od całkowitej wody organizmu wodę przedziału zewnątrzkomórkowego Zmiany przedziałów wodnych Przedział wewnątrzkomórkowy jest kluczowy, jeżeli chodzi o utrzymanie homeostazy. Zmiany w nim kompensowane są w pierwszej kolejności, dopiero potem w przedziale zewnątrzkomórkowym Zmiana osmolarności przedziału wewnątrzkomórkowego jest kompensowana w czasie kilku minut (wykorzystywany jest do tego przedział zewnątrzkomórkowy) Zaburzenia w gospodarce wodnej Izoosmotyczna hipowolemia gdy spada objętość płynów ustrojowych *w stanach głodowych *w przypadku oparzeń *wymiotów, biegunek tracona jest woda i to co jest w niej rozpuszczone Hiperosmotyczna hipowolemia – zmniejsza się objętość płynów ustrojowych, ale przede wszystkim kosztem wody, ale to co w niej było pozostaje *stanach obniżonej zawartości wody w organizmie *przy braku wody *przy zwiększonej utracie wody np. przez zwiększone parowanie Hipoosmotyczna hipowolemia – obniża się objętość płynów ustrojowych kosztem substancji osmotycznie czynnych (woda pozostaje) Gdy zmniejsza się spożycie soli Gdy dochodzi do zwiększonej utraty soli np. w wyniku intensywnego pocenia się Izoosmotyczna hiperwolemia – zwiększenie objętości płynów ustrojowych, zarówno wody jak i substancji osmotycznie czynnych Hiperosmotyczna hiperwolemia – zwiększenie objętości płynów ustrojowych, głównie substancji osmotycznie czynnych Gdy dochodzi do zwiększonej podaży płynów hiperosmotycznych Hipoosmotyczna hiperwolemia – zwiększenie objętości płynów ustrojowych, głównie wody Przy nadmiernym spożyciu wody Przy zwiększonym zatrzymaniu wody w organizmie związane np. z nadprodukcją ADH Kompensacje a czas: 1. najpierw zachodzi naprawa osmolarności przedziału wewnątrzkomórkowego 2. następnie zachodzi naprawa osmolarności przedziału zewnątrzkomórkowego 3. na kocu zachodzi naprawa objętości płynów ustrojowych Rola nerki w utrzymaniu równowagi kwasowo – zasadowej Obrona przeciwko kwasicy  mamy do czynienia z systemem transportu jonów wodorowych H+ w odcinku kanalika łączącego oraz kanalika zbiorczego  jest to pompa wodorowa, która wymaga nakładów energii pochodzącej z ATP  wypompowuje jony H+ z komórek kanalikowych do światła kanalika  w ten sposób jony wodorowe są wydalane z moczem Źródło jonów H+  powstają w wyniku dysocjacji kwasu węglowego, który powstaje w komórkach kanalikowych z wody i dwutlenku węgla  tą reakcję katalizuje anhydraza węglanowa  kwas węglowy szybko dysocjuje na jony wodorowe i HCO3 jon H+ wydalany jest przez pompę  HCO3- zatrzymywane są w organizmie i stanowią element buforowy  mamy tutaj rodzaj antyportu z jonami Cl- w błonie przypodstawno-bocznej kanalika dalszego, części łączącej oraz kanalika zbiorczego  aniony Cl- wydostają się na zewnątrz poprzez kanał chlorkowy w błonie przypodstawno-bocznej

Obrona przed zasadowicą  W błonie przypodstawno-bocznej funkcjonuje pompa zależna od ATP – jon H + wymieniany jest na jon K+  Jony wodorowe są zatrzymywane i przechodzą do śródmiąższu Źródło jonów H+ anhydraza węglanowa wkracza do akcji  - powstaje kwas węglowy z dwutlenku węgla i wody jon wodorowy powstały z rozpadu jest zatrzymywany w organizmie wodorowęglany, czyli czynniki alkalizujące, są eliminowane do moczu anion wodorowęglanowy wędruje przez antyport, który funkcjonuje z jonami chlorkowymi w błonie

   

wierzchołkowej kanalików] 

Cl- idą do komórki, a HCO3- do moczu



Jony potasowe, których nadmiar został wprowadzony do komórki przez ta pompę wodorowo-potasową, jest eliminowany przez cykliczny kanał potasowy w błonie przypodstawno-bocznej – potas wraca do śródmiąższu

Amoniak  ma możliwość wiązania jonów wodorowych  amoniak może występować w dwóch formach:  wolnego amoniaku  jonu amonowego  w komórkach kanalika krętego bliższego z glutaminy powstaje amoniak ( w wyniku dezaminacji glutaminy powstaje kwas glutaminowy, dalej kwas  ketoglutarowy, a dalej dwie cząsteczki amoniaku)  ten amoniak dyfunduje zgodnie z gradientem stężeń (wolny amoniak łatwo penetruje przez warstwy lipidowe błon komórkowych) do światła kanalika bliższego  tutaj on wiąże jon wodorowy, który dostał się tu na zasadzie antyportu z jonami sodowymi  tworzy się jon amonowy  błona wierzchołkowa komórek kanalikowych jest nieprzepuszczalna dla jonów amonowych  w związku z tym jon amonowy zostaje w moczu  do dalszych części nefronu wędruje w postaci siarczanów amonu Gruba część wstępująca pętli nefronu  błona wierzchołkowa komórek tej grubej pętli jest nieprzepuszczalna dla amoniaku  tutaj mamy transport w postaci wymiennika  jon amonowy, który tutaj dociera może być do wnętrza komórki transportowany w wyniku antyportu z jonami potasowymi  wolny amoniak powstały z jonu amonowego nie może opuścić komórki przez błonę wierzchołkową, natomiast migruje on do śródmiąższu i następnie dostaje się znowu do ramienia zstępujacego pętli  to zjawisko funkcjonuje jako wzmacniacz przeciwprądowy i zwiększa znacznie stężenia amoniaku w rdzeniu nerki  następnie ten amoniak jest zbierany aktywnie przez kanalik zbiorczy  a stamtąd jest wydalany w moczu ostatecznym  jest to tzw. cykl amoniak – jon amonowy o wzajemnych relacjach między wolnym amoniakiem a jonem amonowym decyduje pH im bardziej kwaśne jest ono, tym więcej jest jonu amonowego, im więcej zasadowe, tym więcej jest wolnego amoniaku Zagęszczanie moczu – w jaki sposób powstaje mocz ostateczny  istnieje bardzo duży gradient osmotyczny pomiędzy częścią korową a rdzenną nerki  w części korowej osmolarność wynosi 300 mosm/l (miliosmów na litr)  osmolarność wzrasta w kierunku rdzenia  w brodawce osmolarność wynosi 1200 mosm/l  tak więc osmolarnośc nerki zawarta jest między 300 a 1200 mosm/l Takie wysokie (1200) ciśnienie osmotyczne grozi ucieczką wody z komórek nefronu Jak komórki nefronu przystosowują się do życia w środowisku hiperosmotycznym:  w komórkach kanalików nerkowych, szczególnie w pętli kanalika zbiorczego, znajdują się tzw. osmolity  są to substancje takie jak betaina, pochodne glicerynowe  są osmotycznie czynne – zatrzymują wodę w komórce Jak dochodzi do zagęszczania moczu: Zagęszczanie moczu zachodzi głownie w trakcie przepływu moczu przez warstwy rdzeniowe nerki Obligatoryjne zagęszczanie moczu mamy też w kanaliku bliższym (tam reabsorbowane jest około 70% filtratu – tam woda podąża za wchłanianymi substancjami) W części zstępującej nefronu oraz w kanaliku zbiorczym mamy wchłanianie wody wynikające z gradientu osmotycznego – dyfuzja wody do śródmiąższu Mechanizmy ułatwiające autozagęszczanie moczu: Wzmacniacz przeciwprądowy  Funkcjonuje pomiędzy częścią zstępującą i wstępującą pętli nefronu  Część wstępująca jest nieprzepuszczalna dla wody, ale tam aktywnie wypompowywany jest sód do śródmiąższu  Powoduje to wzrost ciśnienia osmotycznego śródmiąższu  Część zstępująca jest przepuszczalna dla wody  W części wstępującej mamy do czynienia z aktywnym wypompowywaniem NaCl do śródmiąższu  Powoduje to wzrost ciśnienia osmotycznego w śródmiąższu, co umożliwia dyfuzję wody z ramienia zstępującego pętli do śródmiąższu  W ten sposób mamy wzmocnienie przeciwprądowe oparte na różnej przepuszczalności błony  Wraz z wypompowywaniem NaCl zmniejsza się ciśnienie osmotyczne moczu Wymiennik przeciwprądowy  Naczynia proste przebiegają równolegle do pętli i nie dochodzi do wypłukiwania substancji osmotycznie czynnych do rdzenia nerki, co utrzymuje bardzo wysokie ciśnienie osmotyczne i gradient osmotyczny w nerce  Mamy naczynie tętnicze zstępujące, które zdąża wzdłuż pętli nefronu do rdzenia nerki  To naczynie przepływa przez warstwy o bardzo wysokim ciśnieniu osmotycznym co powoduje ucieczkę wody z tego naczynia do śródmiąższu  Wzrasta więc ciśnienie osmotyczne krwi przepływającej rdzeń nerki  Jednocześnie część tej wody, która ucieka do śródmiąższu z powrotem przedostaje się do naczynia wstępującego, naczynia żylnego  Ubytek wody, który w ten sposób nastąpił w trakcie przepływu przez rdzeń nerki, jest wyrównywany właśnie przez wymiennik przeciwprądowy Oba te zjawiska pozwalają na utrzymanie wysokiego gradientu osmotycznego w nerce i tym samym pozwalają na zagęszczanie moczu Mocznik  W tworzeniu gradientu osmotycznego istotne znaczenie ma też mocznik, który też jest substancją osmotycznie czynną  Część nieprzepuszczalna dla mocznika: Część wstępująca i...  Mamy krążenie mocznika między kanalikiem zbiorczym, śródmiąższem i pętlą zstępującą  Obecność mocznika w śródmiąższu powoduje wzrost ciśnienia osmotycznego

Efekt gradientu osmotycznego  W kanaliku bliższym ciśnienie osmotyczne moczu wynosi ok. 300 mosm/l  Jest to tyle, co w korze nerki  Jest to właściwie izoosmia  Mamy tutaj olbrzymią reabsorpcję wody, ale ta woda jest odciągana przez elektrolity (podąża za elektrolitami; mamy tu zagęszczanie izoosmotyczne)  W miarę przechodzenia nefronu przez warstwy osmotycznie czynne dochodzi do ucieczki wody – część zstępująca jest przepuszczalna dla wody – osmotyczna ucieczka wody zależna od gradientu osmotycznego, zagęszczanie zależne od gradientu (woda przedostaje się do śródmiąższu a następnie do naczyń krwionośnych, które przebiegają równolegle do pętli)  W części wstępującej, cienkiej, NaCl przedostaje się biernie do śródmiąższu, a woda nie przedostaje się  Ta dyfuzja NaCl zwiększa gradient osmotyczny  W części grubej pętli mamy transport aktywny jonów sodowych; ta część jest nieprzepuszczalna dla wody  NaCl jest wypompowywanyna zewnątrz, w związku z czym dochodzi do rozcieńczania; mocz staje się wręcz hipoosmotyczny  W momencie dojścia do kanalika dalszego osmolarność moczu jest mniejsza, ponieważ NaCl jest wypompowywany aktywnie  Mocz hipotoniczny dociera do kanalika dalszego  Ostateczne zagęszczanie moczu na terenie kanalika zbiorczego  przepływ moczu przez kanalik zbiorczy powoduje ucieczkę wody na zasadzie gradientu osmotycznego (gradient osmotyczny jest czynnikiem, który decyduje o ostatecznym zagęszczaniu moczu w kanaliku zbiorczym)  w kanaliku zbiorczym mamy do czynienia z regulacją resorpcji wody przez pompę antydiuretyczną czyli ADH  w zależności od tego z jaką osmolarnością osocza krwi mamy do czynienia, mamy różny stopień zagęszczenia moczu  w warunkach fizjologicznych, a więc ciśnienia osmotycznego osocza krwi wynoszącego 300 mosm/l niewielka ilość ADH jest wydzielana w związku z tym woda reabsorbowana jest w kanaliku zbiorczym przede wszystkim na zasadzie gradientu osmotycznego osmolarność moczu ostatecznego wynosi 500 – 800 mosm/l i objetość 50 – 60 ml moczu na kg masy ciała na dobę  jeżeli osmolarność osocza krwi spadnie do 280 mosm/l: wydzielanie ADH spada ograniczenie reabsorpcji wody przy udziale ADH w kanaliku zbiorczym wówczas osmolarność moczu wypływającego z kanalika zbiorczego jest zredukowana do 50-60 mosm/l (jest to mocz bardzo rozcieńczony) jednocześnie diureza jest duża – 700 – 800 ml moczu na kg masy ciała na dobę (hiperdiureza)  w przypadku hiperosmii – ciśnienie osmotyczne 330 mosm/l większa się koncentracja ADH we krwi dochodzi do zwiększenia ekspresji kanałów wodnych umożliwia to zwiększoną reabsorpcję wody mamy do czynienia ze zjawiskiem antydiurezy, a więc hamowania wytwarzania moczu ilość moczu wynosi 25 ml na kg masy ciała na dobę, a jego osmolarność osiąga 1300 mosm/l Klirens substancji osmotycznie czynnej Ocenia się osmolarność moczu, osocza krwi, i jest to mnożone przez objętość moczu ostatecznego Stosunek stężeń substancji osmotycznie czynnych w moczu i w osoczu nazywa się osmotycznym plateau Jest ono różne u różnych zwierząt; u tych żyjących w warunkach niedoboru wody jest znacznie wyższe (maksymalna zdolność zagęszczania moczu) Wolna woda  Woda niezwiązana przez substancje osmotycznie czynne  Jest to pojęcie hipotetyczne  Klirens wolnej wody jest to objętość pomniejszona przez klirens osmotyczny  Jeśli klirens osmotyczny jest większy od objętości, to klirens wolnej wody ma wartość ujemną – zagęszczanie  Klirens = 0 – równowaga  Klirens < 0 – zagęszczanie  Klirens > 0 – rozcieńczanie Jeżeli odejmiemy od moczu izoosmotycznego wolną wodę wówczas mamy mocz hiperosmotyczny (tak jest w warunkach zagęszczania moczu) Jeżeli do izoosmotycznego moczu dodaje się wolną wodę powstaje mocz hipoosmotyczny (zjawisko rozcieńczania moczu)

 

Regulacja funkcji nerek Ważnym układem jest RAS (renin angiotensin system) – układ renina – angiotensyna Jest ważnym mechanizmem obronnym w hipowolemii, czyli obniżaniu objętości płynów ustrojowych  Jeżeli zmniejsza się objętość krwi krążącej mówimy o hipowolemii  Wtedy w aparacie przykłębkowym nerki wytwarzana jest prorenina  Jeżeli zmniejsza się objętość krwi krążącej czy spada ciśnienie krwi, zmniejsza się ultrafiltracja  Zmniejsza się przez to ilość sodu docierającego do kanalika dalszego  To powoduje pobudzenie komórek plamki gęstej aparatu przykłębkowego  Mamy do czynienia z tzw. sprzężeniem zwrotnym kanalikowo – kłębkowym  Renina, wydzielana w formie proenzymu proreniny, jest enzymem odpowiedzialnym za aktywację angiotensyny  Aktywacja angiotensyny odbywa się poprzez proteolityczne odszczepienie prekursora angiotensyny I – angiotensynogenu  Angiotensynogen jest obecny we krwi  Przy udziale reniny dochodzi do jego aktywacji i wytwarza się angiotensyna I angiotensyna I ma małą aktywność biologiczną  Następnie podlega ona przekształceniu przez enzym ACE w angiotensynę II angiotensyna II jest bardzo silnym czynnikiem naczyniozwężającym, (a jednocześnie czynnikiem stymulującym wytwarzanie aldosteronu)  Powoduje to zmniejszenie przepływu krwi przez nerkę, ponieważ dochodzi do zmniejszenia filtracji kłębkowej (zmniejszenie tętniczki doprowadzającej powoduje spadek szybkości filtracji)  Jednocześnie mamy mobilizację aldosteronu, który w części kanalika dalszego i w części korowej kanalika zbiorczego zatrzymuje sód  Angiotensyna stymuluje również wydzielanie ADH, co powoduje zwiększoną reabsorpcję wody w kanaliku zbiorczym  Zwiększa się pobranie NaCl, zwiększa się też pragnienie

Aldosteron  Mineralokortykoid wytwarzany przez korę nadnerczy  Stymulowany do wydzielania przez angiotensynę II  Odpowiedzialny za zwiększone wydalanie potasu przez nerki i zwiększoną reabsorpcję sodu  Pierwotnym czynnikiem zwiększającym wydzielanie aldosteronu jest wzrost stężenia potasu we krwi  powoduje...