OSMOREGULACJA I WYDALANIE Nerki są parzystym narządem, pełniącym funkcje wydalnicze (usuwanie zbędnych końcowych produktów metabolizmu) oraz osmoregulacyjne, związane z utrzymaniem w organizmie właściwej ilości wody i elektrolitów. Dodatkowo, reguluje objętość osocza (ciśnienie krwi) oraz równowagę kwasowo zasadową. Jednostką funkcjonalną nerki jest nefron (nerka człowieka zawiera ok.1.2 mln nefronów), złożony z ciałka nerkowego i kanalika, w obrębie którego wyróżnia się odcinki o zróżnicowanej strukturze i funkcji. Ciałko nerkowe składa się ze splotu naczyń włosowatych sieć dziwna tętniczo - tętnicza, zwanego kłębuszkiem, otoczonego torebką kłębuszka (Bowmana). W kłębuszku zachodzi filtracja krwi, w wyniku której do kanalika przechodzi ogromna objętość tzw. moczu pierwotnego, będącego przesączem osocza krwi, pozbawionego większości białek. Filtr kłębuszkowy jest nieselektywny, do moczu pierwotnego przechodzą zatem wszystkie składniki osocza (ale nie komórki krwi!), z których większość musi być odzyskana. W kolejnych odcinkach kanalika mają miejsce resorpcja (ponowne wchłanianie większości związków organicznych, soli mineralnych i wody) i sekrecja (czynne usuwanie końcowych produktów metabolizmu, przekształconych leków itp), powodujące, iż formujący się mocz ostateczny ma znacznie zredukowaną objętość, a ilość zawartych w nim składników odpowiada aktualnym potrzebom organizmu. W nerkach człowieka powstaje w ciągu doby ok. 200 l przesączu kłębuszkowego, natomiast objętość wydalanego moczu ostatecznego waha się w granicach 1-2 litrów.
Budowa nefronu: ciałko nerkowe (renal corpuscule) składa się z kłębuszka nerkowego (glomerulus) i torebki Bowmana (Bowman s capsule), kanalik kręty I rzędu (proximal convoluted tubule), pętla Henlego (loop of Henle) składa się z ramienia zstępującego (descending limb) oraz ramienia wstępującego (ascending limb), kanalik kręty II rzędu (distal convoluted tubule), który uchodzi do kanalika zbiorczego (collecting duct). Cortex kora nerki, medulla rdzeń nerki. Pierwsza cześć nefronu kłębuszek nerkowy składa się z sieci dziwnej, tętniczo-tętniczej, naczyń włosowatych, otoczonej torebką Bowmana. Dwie tętniczki są odpowiedzialne za przepływ krwi przez ciałko nerkowe tętniczka doprowadzająca (afferent arteriole) i tętniczka odprowadzająca (efferent arteriole). Średnica tętniczki wyprowadzającej jest mniejsza niż doprowadzjącej, co powoduje powstanie ciśnienia hydrostatycznego i wymuszenie filtracji w kłębuszku nerkowym. W wyniku filtracji poprzez śródbłonek naczyniowy, do torebki Bowmana przepływa mocz pierwotny składem zbliżony do osocza krwi lecz pozbawiony elementów morfotycznych i większości białek.
Wskaźnikiem prawidłowego działania nerek jest współczynnik przesączania kłębuszkowego, tzw. wskaźnik filtracji kłębuszkowej, GFR (glomerular filtration rate) ilość osocza przefiltrowana w jednostce czasu przez kłębuszki nerkowe. U ludzi wynosi ok 80-140 ml/min, co oznacza, że wciągu doby przez nerki filtrowane jest ok 180 litrów płynu. Szybkość filtracji w kłębuszkach nerkowych może być regulowana poprzez zmiany średnicy tętniczki doporwadzającej lub odprowadzającej, powodując ostatecznie zmianę ciśnienia hydrostatycznego w kapilarach kłębuszka nerkowego. Wzrost ciśnienia krwi powoduje zwiększenie tempa filtracji poprzez zwiększenie różnic ciśnień hydrostatycznych po obu stronach śródbłonka kłębuszka nerkowego. Znaczne zmiany ciśnienia krwi są niekorzystne dla śródbłonka naczyń włosowatych kłebuszka. Systemem regulacyjnym utrzymującym filtrację na poziomie ok 125 ml przesączu jest m.in. regulacja średnicy tętniczki doprowadzającej lub odprowadzającej. Innym czynnikiem wpływającym na szybkość filtracji jest ciśnienie hydrostatyczne tworzone w torebce Bowmana przez zwiększającą się ilość przesączu. Wzrost ciśnienia w torebce Bowmana powduje spadek szybkości filtracji poprzez zmniejszeniu różnic ciśnień hydrostatycznych po obu stronach śródbłonka kłębuszka nerkowego. Po opuszczeniu kłębuszka nerowego filtrat z torebki Bowmana jest transportowany do kanalika
bliższego (kanalik kręty I rzędu) gdzie zachodzi resorpcja (wchłanianie) obligatoryjna. Z powrotem do krwi trafia 100% substancji potrzebnych organizmowi takich jak glukoza i aminokwasy. Na tym etapie wchłania się ok. 60% jonów sodu. Następnie w pętli Henlego zachodzi zagęszczanie (ramie zstępujące) i kolejno rozcieńczanie (ramie wstępujące) moczu prowadzące do odzyskania kolejnych 25% jonów sodu. Przepływ wody i substancji rozpuszczonych zależy od gradientu stężeń odpowiednich związków pomiędzy filtratem a przestrzenią śródmiąższową. W ostatniej części nefronu kanaliku dalszym (kanaliku krętym II rzędu) zachodzi wchłanianie fakultatywne, zależne od potrzeb organizmu (np. wchłanianie wody pod wpływem wazopresyny prowadząc do produkcji zagęszczonego moczu) oraz sekrecja (wydzielanie) kanalikowa. Do światła kanalika wydzielane są jony wodorowe, potasu, moczany, metabolity leków itp. W ten sposób nerka produkuje mocz ostateczny, w którego skład wchodzą: woda, jony sodu (1% jonów obecnych we krwi), jony potasu, jony wodorowe, mocznik, kwas moczowy, bilirubina, zbędne produkty przemiany materii, toksyny i metabolity leków. Regulacja hormonalna Przedsionkowy peptyd natriuretyczny (atrial natriuretic peptide, ANP) hormon peptydowy wytwarzany przez ściany przedsionka serca pod wpływem wysokiego stężenia jonów sodu, dużej ilości płynu pozakomórkowego lub dużej ilości krwi. Hamuje reabsorbcję jonów sodu i wody głównie w kanalikach zbiorczych nerki i prowadzi do ich zwiększonego wydalania z moczem. Wpływa również na rozszerzanie i zwężanie pewnych naczyń krwionośnych (tętniczek doprowadzających i odprowadzających kłębuszków nerkowych), co wpływa na szybkość filtrowania płynów w nerkach, a to powoduje przyspieszenie produkcji moczu. Peptyd ten hamuje układ renina angiotensyna aldosteron RAA poprzez stymulację syntezy prostaglandyn, oraz zmniejsza uwalnianie ADH. Wazopresyna hormon antydiuetyczny (ADH) neurohormon wytwarzany przez podwzgórze (magazynowany w tylnym płacie przysadki) powoduje zmniejszenie wydzielania moczu (działa antydiuretycznie). Zwiększa przepuszczalność błony kanału dystalnego dla wody (pobudza wchłanianie wody)
Aldosteron i dezoksykortykosteron (mineralokortykoidy nadnerczy) powodują zwiększenie resorpcji sodu (jonów Na + ) i sekrecję potasu (jonów K + ). Podnosi to ciśnienie krwi. Układ renina angiotensyna aldosteron (RAA) Renina uwalniana jest przez ziarniste komórki ściany tętniczki doprowadzającej krew do kłębuszka nerkowego i uczestniczy w przekształcaniu angiotensynogenu (produkowany w wątrobie) do angiotensyny I, która pod wpływem enzymu konwertującego (komórki typu I pęcherzyków płucnych) jest rozkładana do angiotensyny II, wykazującej bardzo silne działanie wazokonstrykcyjne (obkurczające naczynia krwionośne). Ponadto pobudza ona wydzielanie aldosteronu przez komórki kory nadnerczy. Czynniki stymulujące uwalnianie reniny obniżone stężenie sodu spadek ciśnienia krwi w tętniczce doprowadzającej krew do kłębuszka nerkowego zmniejszenie objętości płynu pozakomórkowego Angiotensyna II Bezpośrednio obkurcza naczynia krwionośne powodując wzrost ciśnienia tętniczego. Pobudza układ współczulny poprzez zwiększanie wydzielania adrenaliny w nadnerczach oraz nasilanie przekaźnictwa adrenergicznego w autonomicznym i ośrodkowym układzie nerwowym. Zwiększa wydzielanie aldosteronu, który pobudza proces resorpcji sodu i wydzielania potasu, działając na komórki główne kanalików zbiorczych nerki. W ten sposób przyczynia się do podwyższenia stężenia jonów sodu w osoczu i wzrostu ciśnienia krwi. Obkurcza zarówno doprowadzające, jak i odprowadzające tętniczki kłębuszka nerkowego, przy czym doprowadzające w mniejszym stopniu. W wyniku tego dochodzi do zwiększenia filtracji w nerkach. Głównym efektem pobudzenia układu RAA jest wzrost ciśnienia tętniczego.