Nieres: šķidruma tilpuma un nātrija-kālija līdzsvara regulēšana

Nieres regulē divas dažādas funkcijas, kuras bieži tiek jauktas. Pirmā ir plazmas osmolaritāte un "brīvais ūdens", tas ir, cik daudz ūdens tiek izvadīts neatkarīgi no izšķīdušajām vielām. Otrā ir efektīvais cirkulējošais tilpums, ko organisms uztver caur baroreceptoriem un nieru perfūzijas sensoriem, un kas nosaka nātrija aizturi. [1]

Galvenais fizioloģiskais likums ir šāds: nātrijs galvenokārt nosaka ārpusšūnu šķidruma tilpumu, jo tas ir galvenais katjons ārpusšūnu nodalījumā, savukārt ūdens "pielāgojas" osmolaritātei. Tādēļ, ja tilpums ir nepietiekams, organisms var saglabāt nātriju un ūdeni pat uz samazināta nātrija līmeņa asinīs rēķina, savukārt, ja tilpums ir pārmērīgs, tiek aktivizēti nātriurēzes mehānismi. [2]

Efektīvais cirkulējošais tilpums ne vienmēr ir vienāds ar kopējo ķermeņa šķidruma tilpumu. Piemēram, sirds mazspējas vai cirozes gadījumā kopējais ķermeņa šķidruma daudzums var būt palielināts, bet nieres "uztver" zemu efektīvo perfūziju un turpina saglabāt nātriju. Tas izskaidro tūskas paradoksu un vienlaicīgu tieksmi uz hiponatriēmiju. [3]

Nieru sensorajā aparātā ietilpst jukstaglomerulārais aparāts, makulas densa un intrarenēlie asinsvadu mehānismi. Makulas densa analizē nātrija hlorīda piegādi distālajiem reģioniem, sasaistot kanāliņu "sāls slodzi" ar aferentu arteriolu tonusu un renīna izdalīšanos. Tas saista filtrāciju, nātrija un hormonālās reakcijas vienā cilpā. [4]

Virs nieres darbojas hormonu un nervu sistēmas "tālā ķēde". Renīna-angiotenzīna-aldosterona sistēma uzlabo nātrija reabsorbciju un aizsargā orgānu perfūziju, kad spiediens ir apdraudēts. Vazopresīns palielina savākšanas kanālu ūdens caurlaidību, savukārt nātrijurētiskie peptīdi dara pretējo, atvieglojot nātrija izdalīšanos priekškambaru distensijas laikā. [5]

1. tabula. Osmolaritāte pret tilpumu: kas tiek regulēts un ar kādiem signāliem

Kas tiek regulēts?	Galvenais kontroles "objekts"	Galvenie sensori	Galvenie efektora mehānismi nierēs	Tipisks klīniskais iznākums
Plazmas osmolaritāte	bezmaksas ūdens	hipotalāma osmoreceptori	vazopresīns, akvaporīns 2 savākšanas kanālos	Hiponatriēmija un hipernatriēmija biežāk ir saistītas ar ūdens iekļūšanu organismā.
Efektīvais cirkulācijas tilpums	nātrija un ārpusšūnu šķidruma tilpums	baroreceptori, nieru perfūzija, makula densa	Renīns, angiotenzīns, aldosterona sistēma, simpātiskā sistēma, spiediena nātriurēze, nātriurētiskie peptīdi	Tūska un hipovolēmija biežāk ir saistītas ar nātrija lietošanu.

Avots. [6]

Nātrija un tilpuma regulēšana: kur nefronā "tiek izlemts sāls liktenis"

Nātrija filtrācija glomerulos ir gandrīz pabeigta, un galīgā izdalīšanās parasti ir neliels atlikums no milzīgā filtrētā daudzuma. Tādēļ nātrija fizioloģija galvenokārt ir reabsorbcijas fizioloģija nefrona segmentos un tās regulēšana ar hormoniem, spiedienu un sāļu piegādi distālajiem reģioniem. [7]

Proksimālie kanāliņi aptuveni izoosmotiski reabsorbē lielāko daļu nātrija un ūdens. Šis ir "masas" reģions, kas ir ļoti atkarīgs no hemodinamikas un peritubulāriem spēkiem, kā arī no intrarenālajiem hormonālajiem signāliem. Fizioloģiskais pamatojums ir ātri un efektīvi atgriezt lielāko daļu filtrāta, atstājot "precīzo regulēšanu" distālajos reģionos. [8]

Henles cilpas biezais augšupejošais atzars reabsorbē ievērojamu nātrija daļu, vienlaikus praktiski saglabājot ūdensnecaurlaidību. Šī kombinācija rada apstākļus urīna atšķaidīšanai un medulāra osmotiskā gradienta veidošanai, ko vēlāk izmanto urīna koncentrēšanai. Šim segmentam ir arī izšķiroša nozīme jonu apstrādē, kas atbalsta transporta sistēmas un elektriskos gradientus. [9]

Distālais izliektais kanāliņš un savienojošais kanāliņš reabsorbē mazāku nātrija daļu, taču tieši šeit sākas nātrija-kālija pāreja. Šajos segmentos mainās kontroles loģika: "masveida" reabsorbcijas vietā tiek aktivizēta precīza hormonālā regulācija, un nātrija transports ietekmē lūmena elektrisko potenciālu un līdz ar to kālija sekrēciju. [10]

Savākšanas kanāls ir nātrija, ūdens un kālija regulācijas galapunkts. Šeit epitēlija nātrija kanāls ir galvenais nātrija iekļūšanas punkts šūnā, un nātrija-kālija ATPāze uz bazolaterālās membrānas pabeidz transportēšanu, radot apstākļus negatīvam lūmena lādiņam un kālija sekrēcijai. Aldosterons un vazopresīns var koordinēti pastiprināt šos mehānismus. [11]

2. tabula. Nefrona segmenti un galvenie nātrija transporta mehānismi

Segments	Aptuvenā nātrija reabsorbcijas daļa	Galvenie pārvadātāji un kanāli	Kas visvairāk regulē?
Proksimālā kanāliņa	apmēram 60–65%	nātrija ūdeņraža apmaiņas līdzeklis, nātrija glikozes kotransportētājs un citi	perfūzija, intrarenālie signāli, spiediena nātriurēze
Henles cilpas biezā augšupejošā daļa	apmēram 25%	nātrija kālija 2 hlorīda kotransportētājs, paracelulārais transports	makulas densa, medulārā hemodinamika
Distālā savītā kanāliņa	apmēram 5–10%	nātrija hlorīda kotransportētājs	kālijs kā "signāls" nātrija pārdalei distāli
Savienojošā kanāliņa un savākšanas kanāls	apmēram 3–5%	epitēlija nātrija kanāls, nātrija kālija ATPāze	aldosterons, vazopresīns, nātrijurētiskie peptīdi, šķidruma plūsma

Avots. [12]

Tilpuma atkarīgo nātrijurēzi mediē ne tikai hormoni, bet arī spiediena nātrijurēze. Palielinoties perfūzijas spiedienam, nieres samazina nātrija reabsorbciju kanāliņos, kā rezultātā palielinās nātrija daudzums urīnā un pakāpeniski samazinās ekstracelulārais tilpums. Šis mehānisms tiek uzskatīts par būtisku ilgtermiņa asinsspiediena kontrolei. [13]

Spiediena nātrijurēze darbojas caur intrarenāliem faktoriem: izmaiņām smadzeņu asins plūsmā, intersticiālajā spiedienā, slāpekļa oksīdā, prostaglandīnos un citos autakoīdos, kā arī angiotenzīna 2 lokālās ietekmes pavājināšanās dēļ. Tas rada “pāreju” uz mazāku nātrija reabsorbciju, īpaši proksimālajos reģionos. [14]

Natriurētiskie peptīdi ir fizioloģiska reakcija uz priekškambaru stiepšanos un tilpuma slodzi. Nierēs tie pastiprina nātrija izdalīšanos, tostarp ietekmējot epitēlija nātrija kanālu savākšanas kanālos un caur intrarenālajām signalizācijas sistēmām, kas saistītas ar ciklisko guanozīna monofosfātu. To var uztvert kā nātrija aiztures sistēmu "bremzi". [15]

3. tabula. Hormoni un lokālie faktori, kas kontrolē nātrija līdzsvaru

Regulators	Kad aktivizēts	Galvenā ietekme uz nierēm	Kopējais nātrija daudzums un tilpums
Renīna-angiotenzīna-aldosterona sistēma	samazināts efektīvais tilpums, samazināts nātrija daudzums makulas blīvumā, simpātiska aktivācija	uzlabo nātrija reabsorbciju distālajos reģionos, saglabājot perfūziju	nātrija un ūdens aizture, tilpuma palielināšanās
Natriurētiskie peptīdi	tilpuma pārslodze, priekškambaru paplašināšanās	pastiprināta nātrijurēze, epitēlija nātrija kanāla inhibīcija	nātrija un ūdens zudums, tilpuma samazināšanās
Simpātiskā nervu sistēma	stress, šķidruma zudums, hipotensija	samazināta nieru asins plūsma, renīna stimulācija, palielināta nātrija reabsorbcija	nātrija aizture
Spiediena nātrijurēze	paaugstināts perfūzijas spiediens	nātrija reabsorbcijas inhibīcija kanāliņos	palielināta nātrija izdalīšanās
Intrarenālie autakoīdi	mainās līdz ar perfūzijas un sāls līmeņa svārstībām	transporta precizēšana proksimālajos un medulārajos reģionos	nātrijurēzes nobīde vēlamajā virzienā

Avots. [16]

Ūdens un osmolaritātes regulēšana: vazopresīns, akvaporīns 2 un medulārais gradients

Plazmas osmolaritāti galvenokārt uztur ūdens, nevis nātrija, kontrole. Šīs sistēmas galvenais hormons ir vazopresīns, kas izdalās, reaģējot uz paaugstinātu osmolaritāti, un to var aktivizēt arī ievērojama efektīvā tilpuma samazināšanās. Nierēs vazopresīns palielina savākšanas kanālu ūdens caurlaidību. [17]

Galvenais molekulārais notikums ir vazopresīna saistīšanās ar 2. tipa vazopresīna receptoru savākšanas kanāla galveno šūnu bazolaterālajā membrānā. Tas izraisa intracelulārus signālus, kas pārvieto akvaporīnu 2 uz apikālo membrānu, padarot to ūdens caurlaidīgu. Ātra kanāla translokācija nodrošina precīzu kontroli, savukārt akvaporīna 2 ekspresijas izmaiņas nodrošina adaptāciju stundu un dienu laikā. [18]

Ūdens var tikt reabsorbēts tikai osmotiskā gradienta klātbūtnē starp kanāliņa lūmenu un intersticiju. Šo gradientu rada Henles pretplūsmas multiplikatora cilpa un uztur apmaiņa smadzeņu asinsvados, kā arī urīnvielas ieguldījums. Tādēļ "urīna koncentrācija" ir kombinēta nātrija transporta Henles cilpā un savākšanas kanālu regulētās ūdens caurlaidības funkcija. [19]

Svarīgi ir tas, ka ūdens fizioloģijā vazopresīns nav vienīgā ietekme uz akvaporīnu 2. Tā ekspresiju un translokāciju var ietekmēt prostaglandīni, bradikinīns, dopamīns, endotelīns un citi intrarenālie signāli. Tas palīdz izskaidrot, kāpēc viena un tā pati vazopresīna koncentrācija var izraisīt atšķirīgas reakcijas dažādiem indivīdiem un apstākļiem. [20]

Ūdens un nātrija attiecības izpaužas konfliktsituācijās. Smaga tilpuma deficīta gadījumā organisms var "pieļaut" ūdens aizturi, izmantojot vazopresīnu, pat ja osmolaritāte ir zema, jo perfūzijas uzturēšana kļūst par prioritāti. Tas ir viens no fizioloģiskajiem hiponatriēmijas cēloņiem apstākļos ar zemu efektīvo tilpumu. [21]

4. tabula. Vazopresīns un akvaporīns 2: ātra un ilgtermiņa ūdens kontrole

Regulējuma līmenis	Kas notiek	Atbildes laiks	Tipiska nozīme
Ātri	akvaporīna 2 pārvietošana uz apikālo membrānu	minūtes	ātri samazina diurēzi un saglabā ūdeni
Ilgtermiņa	akvaporīna 2 daudzuma izmaiņas šūnā	stundas un dienas	pielāgošanās hroniskai dehidratācijai vai ūdens pārslodzei
Signāla apturēšana	akvaporīna 2 iekšējā atgriešanās šūnā	minūtes	atjauno ūdens izturību un noņem lieko ūdeni
Modulācija ar citiem faktoriem	autakoīdu un hormonu ietekme	mainīgais	izskaidro individuālās atšķirības reakcijā

Avots. [22]

Kālija līdzsvars: kāpēc distālais nefrons nosaka, cik daudz kālija izdalās ar urīnu

Kālijs ir galvenais katjons šūnās, un tā koncentrācijai plazmā jāpaliek šaurā diapazonā, jo tas ietekmē membrānas potenciālu un sirds un nervu sistēmas darbību. Kālija līdzsvars tiek uzturēts divos līmeņos: ātra pārdale starp šūnām un plazmu un lēnākas izmaiņas nieru ekskrēcijā. [23]

Nieres ilgtermiņā uztur kālija līdzsvaru galvenokārt ar kālija sekrēciju distālajā nefronā, nevis filtrāciju. Ir svarīgi atcerēties pretrunīgo faktu, ka distālais nefrons var vai nu palielināt, vai samazināt kālija izdalīšanos, un tas ir atkarīgs no aldosterona, nātrija piegādes distālajam nefronam, šķidruma plūsmas ātruma un skābju-bāzes līdzsvara. [24]

Aldosterons pastiprina kālija sekrēciju, izmantojot vairākus koordinētus mehānismus: tas palielina nātrija-kālija ATPāzes aktivitāti, palielina nātrija iekļūšanu caur epitēlija nātrija kanālu, padara lūmenu negatīvāku un tādējādi palielina elektrisko "grūdienu" kālija izvadīšanai caur kālija kanāliem. Šis ir klasisks piemērs tam, kā palielināta nātrija reabsorbcija automātiski uzlabo kālija izdalīšanos. [25]

Galvenie kālija sekrēcijas kanāli distālajā nefronā ietver nieru ārējo serdes kālija kanālu un lielos plūsmas jutīgos kālija kanālus. Nieru ārējais serdes kālija kanāls nodrošina bazālo sekrēciju un precīzi regulē kālija uzņemšanu, savukārt lielie plūsmas jutīgie kālija kanāli ir īpaši svarīgi pie lielas plūsmas ātruma, piemēram, lietojot dažus diurētiskos līdzekļus.[26]

Mūsdienu izpratni par nātrija un kālija attiecībām ir nostiprinājis "kālija sensora" jēdziens distālajā līkumotajā kanāliņā. Ar zemu kālija uzņemšanu palielinās nātrija hlorīda kotransportētāja aktivitāte, mazāk nātrija nonāk savākšanas kanālā un samazinās kālija sekrēcija. Ar augstu kālija uzņemšanu notiek pretējais: nātrija hlorīda kotransportētājs tiek kavēts, distāli tiek piegādāts vairāk nātrija un kālijs tiek izvadīts vieglāk. [27]

Atsevišķa ass ir skābju-bāzes līdzsvars. Metaboliskā acidoze parasti samazina kālija sekrēciju un palielina hiperkaliēmijas risku, savukārt metaboliskā alkaloze bieži vien rada pretējo efektu, palielinot kālija zudumu, īpaši, ja vienlaikus palielinās distālā nātrija piegāde un ir aktīvs aldosterons. Šīs attiecības ir īpaši svarīgas, lai izprastu hipokaliēmiju diurētisko līdzekļu izraisītu un noteiktu tubulopātiju gadījumā. [28]

5. tabula. Kas palielina kālija sekrēciju distālajā nefronā

Faktors	Kādas izmaiņas notiek nefronā?	Kālija līmenis urīnā
Augsts aldosterona līmenis	vairāk epitēlija nātrija kanālu un nātrija kālija ATPāzes, vairāk negatīva lūmena	palielināta kālija sekrēcija
Augsta distālā nātrija piegāde	caur epitēlija nātrija kanālu iekļūst vairāk nātrija	palielināta kālija sekrēcija
Augsta asins plūsma distālajā nefronā	lielo kālija kanālu aktivācija, gradientu uzturēšana	palielināta kālija sekrēcija
Alkaloze	apstākļi ir labvēlīgāki kālija zudumiem	palielināta kālija sekrēcija
Augsts kālija uzņemšana	nātrija hlorīda kotransportera inhibīcija, palielinot distālo nātrija piegādi	palielināta kālija sekrēcija

Avots. [29]

6. tabula. Kā diurētiskie līdzekļi maina nātrija un kālija līmeni, izmantojot nefrona segmenta fizioloģiju

Diurētisko līdzekļu klase	Galvenā darbības daļa	Kas notiek ar nātrija piegādi distāli?	Tipiska ietekme uz kāliju
Cilpas diurētiskie līdzekļi	Henles cilpas biezā augšupejošā daļa	distālā nātrija piegāde ir palielināta	hipokaliēmijas risks
Tiazīdu diurētiskie līdzekļi	distālā savītā kanāliņa	distālā nātrija piegāde ir palielināta	hipokaliēmijas risks
Kāliju aizturoši epitēlija nātrija kanālu blokatori	savākšanas kanāls	nātrija piegāde var būt augsta, bet nātrija iekļūšana šūnā ir bloķēta	hiperkaliēmijas risks
Mineralokortikoīdu receptoru antagonisti	savākšanas kanāls	aldosterona iedarbība samazinās	hiperkaliēmijas risks

Avots. [30]

7. tabula. Ātra klīniskā loģika: nātrijs ir aptuveni ūdens vai tilpuma daļa, kālijs — aptuveni distālā nātrija daļa.

Situācija	Kas parasti notiek vispirms	Ko dara niere?	Kādi testi palīdz izprast mehānismu?
Hiponatriēmija ar zemu efektīvo tilpumu	efektīvas perfūzijas trūkums	nātrija aizture un vazopresīna aktivācija ar ūdens aizturi	osmolaritāte, nātrija līmenis urīnā, klīniskā tilpuma novērtējums
Hiponatriēmija liekā ūdens dēļ	liekā brīvā ūdens	nepietiekama vazopresīna nomākšana vai augsta jutība	osmolaritāte, urīna osmolaritāte
Hipokaliēmija diurētisko līdzekļu lietošanas laikā	augsta distālā nātrija piegāde un plūsma	palielināta kālija sekrēcija	kālija līmenis urīnā, skābju-bāzes līdzsvars
Hiperkaliēmija ar samazinātu aldosterona līmeni vai tās ietekmi	vāja kālija sekrēcija	nepietiekama distālo mehānismu aktivitāte	kālijs, renīns un aldosterons, kā norādīts

Avots. [31]