Nefrony: Schemat Procesu Filtracji i Jak To Działa
- Szczegóły
Nefrony są podstawowym elementem strukturalno-funkcjonalnym nerek. W jednej nerce znajduje się około miliona nefronów mikroskopijnej wielkości. Tak jak neuron jest podstawową jednostką układu nerwowego, tak nefron jest nią w układzie moczowym. To one odpowiadają za filtrację, zagęszczanie moczu i resorpcję zwrotną wody, jonów i związków organicznych.
Zaburzenie ich funkcjonowania na skutek cukrzycy, nadciśnienia czy zmian miażdżycowych stanowi zagrożenie dla zdrowia, a w skrajnych przypadkach - dla życia. Nefrony zlokalizowane są w większości (80%) w korze nerki (w jej środkowej i zewnętrznej części). Ich cechą charakterystyczną są krótkie pętle Henlego (odpowiadające m.in. za zagęszczanie moczu).
Budowa Nefronu
Podstawową funkcjonalną jednostką nerki jest nefron składający się z:
- ciałka nerkowego,
- kanalika krętego.
Ciałko nerkowe to kłębuszek naczyń włosowatych otoczony przez torebkę kłębuszka zwaną torebką Bowmana. Torebka kłębuszka przechodzi w kanalik kręty. Podstawowym elementem budowy zanercza jest nefron, który składa się z ciałka nerkowego oraz kanalików.
W skład kanalika nerkowego wchodzą następujące elementy: kanalik proksymalny kręty (kanalik bliższy, I rzędu), pętla Henlego, złożonej z ramienia wstępującego i zstępującego, kanalik dystalny kręty (kanalik dalszy, II rzędu).
Przeczytaj także: Budowa, Działanie i Zastosowanie Filtrów Powietrza
Proces Tworzenia Moczu
Nefrony odpowiadają za filtrację krwi i wytwarzanie moczu. Zasadniczo produkcję moczu można podzielić na dwa główne etapy. Nefrony pozwalają odzyskać i zwrócić do krwiobiegu część odfiltrowanej wody wraz z jonami (sód, potas, wapń, magnez, chlor) i związkami organicznymi (glukoza, aminokwasy i kwasy organiczne).
W efekcie ze 110-220 litrów przepływającego w ciągu doby przez nefron moczu pierwotnego wydalone zostaje zaledwie 1-1,5 litra moczu ostatecznego. Odzyskiwanie wody zwiększa się przy odwodnieniu organizmu (np. w czasie upałów). Mocz powstaje w wyniku szeregu następujących po sobie zjawisk.
- Filtracja: Powstanie moczu pierwotnego w wyniku wstępnego przefiltrowania krwi i oddzielenia od niej "odpadów". Etap filtracji (przesączania) jest nieselektywnym procesem, który zachodzi między naczynkami włosowatymi kłębuszka nerkowego a ścianką torebki Bowmana. W ciałku nerkowym powstaje mocz pierwotny. To nic innego jak odfiltrowana krew, pozbawiona białek i elementów morfotycznych, czyli erytrocytów (czerwonych krwinek), leukocytów (białych krwinek) i trombocytów (płytek krwi).
- Resorpcja: Zwrotne wchłanianie z moczu pierwotnego wody i substancji potrzebnych organizmowi, których nie powinien wraz z moczem tracić. Mocz jest znacznie zagęszczany, traci na swojej objętości. Mocz pierwotny poddawany jest w kanaliku nerkowym procesom resorpcji zwrotnej, zagęszczania i sekrecji. Resorpcja zwrotna zabezpiecza organizm przed wydaleniem za dużej ilości wody i innych substancji. Resorpcja pozwala na zachowanie w organizmie równowagę płynów ustrojowych.
- Sekrecja: Wydzielanie kolejnych substancji toksycznych z nerek do tworzącego się moczu.
Kolejno filtracja, resorpcja oraz sekrecja powodują powstanie moczu ostatecznego.
I etap to filtracja kłębuszkowa
Tętniczka doprowadzająca krew do kłębka jest grubsza niż naczynie odprowadzające, dlatego krew przesączając się spływa do torebki otaczającej kłębek, tworząc mocz pierwotny; który zawiera: wodę, mocznik, sole mineralne, cukier.
II etap to wchłanianie do krwi wody i związków
Które organizm może jeszcze wykorzystać. Wchłanianie odbywa się w kanalikach krętych. Powstały płyn spływa, jako mocz ostateczny, do miedniczek nerkowych.
Przeczytaj także: Schemat działania oczyszczalni ścieków
Szczegóły Procesu Filtracji
Dzięki dużemu ciśnieniu krwi płynącej przez naczynia włosowate kłębuszka nerkowego do wnętrza torebki Bowmana wtłaczane jest około 10% osocza krwi. Nerki filtrują więc bardzo dużo osocza krwi. O stopniu jego wydajności decydują różne czynniki.
Filtracja może sprawnie przebiegać dzięki różnicy ciśnień w naczyniach włosowatych kłębuszka nerkowego a innych kapilarach. Naczynia włosowate kłębuszka nerkowego mają wyższe ciśnienie hydrostatyczne. Dzieje się tak, ponieważ dużemu oporowi przepływowemu, jaki mają doprowadzające tętniczki. Mają one mniejszą średnicę niż tętniczki odprowadzające.
Innym czynnikiem wpływającym na przebieg filtracji jest to, że naczynia włosowate w kłębuszkach nerkowych są gęsto uplecione i tworzą dużą powierzchnię dla filtracji. Poza tym naczynia włosowate w kłębuszkach nerkowych mają dużą przepuszczalność, co ułatwia filtrację. Ścianę kapilary tworzy płaski nabłonek, pomiędzy jego komórkami są bardzo liczne perforacje, małe otworki umożliwiające przepuszczanie substancji.
Barierą filtracyjną są ściany naczyń włosowatych oraz błona, która okrywa szczeliny między podocytami. Bariera ta nie pozwala na przejście krwinek i płytek krwi. Ogranicza też znacznie przejścia białek z osocza. Barierę filtracyjną mogą pokonać jedynie cząsteczki osocza krwi o bardzo małych rozmiarach. Przechodzą przez nią cząsteczki glukozy, mocznik, aminokwasy, jony sodu, potasu oraz chlorkowe i tworzą filtrat.
W czasie minuty przez nerki przepływa mniej więcej 1200 ml krwi, czyli około 25% objętości krwi wyrzucanej w czasie minuty przez serce. Średnio 20% objętości osocza przepływającego przez kłębuszek nerkowy zostaje przesączona do przesączu kłębuszkowego. Reszta osocza wydostaje się z kłębuszka za pomocą tętniczek odprowadzających.
Przeczytaj także: Instrukcja: Chlorowanie studni głębinowej
Aby mocz mógł się wytwarzać konieczne jest odpowiednie ciśnienie krwi, jaka dopływa do kłębuszków naczyniowych. Ciśnienie krwi w ciałkach nerkowych to mniej więcej 50 mm Hg. Jest ono tak wysokie dzięki kilku mechanizmom. Po pierwsze węższe światło tętniczki odprowadzającej w kłębuszku nerkowych a szersze tętniczki doprowadzającej zwiększa ciśnienie krwi - powstaje nadciśnienie hydrostatyczne.
Naczynia kłębuszka są cieniutkie i przepuszczają płynne składniki osocza. Z litra krwi, która przepływa w ciągu minuty przez nerkę, około 15% objętości przesącza się do kanalików nerkowych w postaci przesączu - moczu pierwotnego, nazywanego też ultrafiltratem. Jest on izotoniczny w stosunku do krwi. Gdyby utrata wody wraz z moczem nie była ograniczana, w ciągu godziny moglibyśmy stracić całą pulę wody, jaka jest w organizmie.
Jeżeli dochodzi do spadku ciśnienia krwi (do niższego niż 40mmHg), to ustaje filtracja w kłębuszka. Następuje wówczas tak zwana anuria = bezmocz. Anuria jest groźnym zaburzeniem. Nerki działają jak filtry, które dbają o oczyszczanie krwi z toksyn i zbędnych substancji takich jak kreatynina, mocznik oraz kwas moczowy, nadmiar sodu i potasu.
Nerki oczyszczają organizm również z substancji obcych, na przykład z pochodnych leków. Dzięki pracom nerek w organizmie zostaje zachowana równowaga stężeniowa. Ważne jest, aby w organizmie był utrzymany stały poziom stężenia wielu substancji.
Resorpcja Zwrotna i Sekrecja
Mocz pierwotny, powstały dzięki wstępnemu przesączeniu krwi w kłębuszkach nerkowych, przepływa do układu kanalików nerkowych, w których dzięki resorpcji zwrotnej i sekrecji zostaje przekształcony w mocz ostateczny. Resorpcja zwrotna zabezpiecza organizm przed wydaleniem za dużej ilości wody i innych substancji. Resorpcja pozwala na zachowanie w organizmie równowagę płynów ustrojowych.
W czasie tworzenia się moczu ostatecznego do krwi są oddawane aminokwasy i glukoza. W ciągu dnia kanaliki resorbują ponad 1200 gram soli i 250 gram glukozy. Wchłanianie ułatwia odpowiednia struktura jednowarstwowego nabłonka, który wyściela kanaliki nerkowe. Jest on zaopatrzony w liczne mikrokosmki, dzięki czemu znacznie zwiększa się powierzchnia resorpcyjna.
Kanaliki kręte 1 rzędu odpowiadają za resorpcję zwrotną około 65% moczu pierwotnego. W kanalikach krętych wchłonięciu zwrotnemu ulegają między innymi jony sodu, potasu i chlorków, witaminy i cząsteczki glukozy. Są one transportowane zwrotnie albo przez dyfuzję prostą albo za pomocą transportu aktywnego. Dalsza resorpcja odbywa się już w obrębie pętli Henlego oraz w kanalikach krętych 2 rzędu.
Kanaliki nerkowe wchłaniają zwrotnie do organizmu z moczu te wszystkie substancje, które są jeszcze organizmowi potrzebne, przede wszystkim wodę, białka i glukozę. Najwyższe tempo resorpcji nazywane jest maksimum kanalikowym. Dla glukozy u dorosłego człowieka maksimum kanalikowe przyjmuje wartość 320 mg/min. W normalnej sytuacji, bez żadnych zaburzeń w funkcjonowaniu organizmu, przez kanaliki nerkowe przepływa maksymalnie 125 mg/l. Glukoza jest więc w całości resorbowana zwrotnie z moczu do organizmu.
Jednak przy zaburzeniach metabolicznych albo zaburzeniach w pracy nerek w moczu ostatecznym może znaleźć się glukoza. Każda substancja oprócz maksimum kanalikowego ma wyznaczany tak zwany próg nerkowy.
Oprócz mechanizmu filtracji zachodzącej w kłębuszkach nerkowych jest inny mechanizm wydalania przez nerki substancji zbędnych organizmowi. Normalnie z moczu pierwotnego resorbowana jest cała glukoza. Dochodzi jednak do glikozurii, czyli do wydalania glukozy w moczu, jeżeli we krwi stężenie glukozy przekroczy wartość progową. Wartość progowa dla glukozy wynosi około 1,8 g/l.
Jeżeli zostanie ona przekroczona kanaliki nerkowe nie potrafią zresorbować całej zawartości glukozy w moczu pierwotnym. Podobnie jak w przypadku resorpcji glukozy rzecz się ma przy resorpcji aminokwasów.
Jak widać w przedstawionym wyżej opisie powstawania moczu skład moczu ostatecznego jest na wiele sposobów regulowany tak, aby nie zostało z organizmu wydalone nic, co jest mu do prawidłowego funkcjonowania potrzebne.
Skład Moczu Ostatecznego
Mocz ostateczny w 96% jest wodą, w której rozpuszczone są pozostałe jego składniki. 2,5% to azotany powstałe przy metabolizmie prowadzonym w organizmie (przede wszystkim mocznik). 1,5% moczu stanowią inne substancje, głównie sole mineralne i barwniki żółciowe.
Jeżeli człowiek jest zdrowy, jego mocz jest całkowicie pozbawiony drobnoustrojów. Mocz u osoby zdrowej jest klarowny, pozbawiony wszelkiej mętności. Mocz powinien być płynem bezzapachowym, o lekko żółtawym zabarwieniu od jasnosłomkowego kolory poczynając ( intensywność barwy zależy od ilości barwników). Ciśnienie osmotyczne ostatecznego moczu jest wyższe od ciśnienia osmotycznego krwi. PH moczu jest zazwyczaj lekko kwaśne.
Mocz zawiera w sobie końcowe produkty przemiany materii w postaci substancji azotowych, które powstały przy metabolizmie białek. Mocz ludzki zawiera największe ilości mocznika (2%) i znacznie mniejsze ilości amoniaku czy kwasu moczowego. Wśród składników nieorganicznych zawartych w moczu najwięcej jest kationów sodu. Są też, choć w mniejszej ilości, jony magnezu, potasu oraz wapnia. Jeżeli chodzi o aniony, to najwięcej w moczu jest anionów chlorkowych. W moczu są niewielkie ilości innych substancji, na przykład hormonów czy czasami glukoza.
Zaburzenia Pracy Nefronów
Istnieje wiele schorzeń obejmujących nefron. Funkcje nefronów ulegają zaburzeniu i stopniowo kolejne nefrony przestają prawidłowo działać. Początkowo zaburzenie funkcji nefronów nie pogarsza funkcjonowania nerek, gdyż pozostałe nefrony pracują intensywniej, przejmując funkcje zniszczonych nefronów. Dopiero, gdy ilość nefronów spadnie o około 60 proc., zaobserwować można spadek wartości GFR i wzrost wartości kreatyniny we krwi.
Przyczyny zaburzeń w funkcjonowaniu nefronów mogą być następujące:
- powstanie kamieni nerkowych gromadzących się w miedniczce nerkowej (choroby śródmiąższowe nerek),
- infekcje bakteryjne nerek (choroby kłębuszkowe nerek),
- zmiany nowotworowe w obrębie nerek i układu moczowego,
- powstawanie torbieli w miąższu nerkowym,
- uszkodzenie kłębuszków nerkowych w przebiegu cukrzycy lub nadciśnienia,
- schorzenia autoimmunologiczne, w przebiegu których atakowane są kłębuszki nerkowe.
Właściwości Moczu
Mocz jest to przejrzysty płyn o jasnożółtym zabarwieniu i charakterystycznym zapachu. W ciągu doby człowiek wydala średnio około 600-2500 ml moczu. W skład moczu wchodzą: mocznik, kwas moczowy, amoniak, sole mineralne, woda. Obecność w moczu białka, cukru, barwników żółciowych pozwala określić stan chorobowy.
Białko w moczu sugeruje o uszkodzeniu nerek. Obecność cukru świadczy o chorobie trzustki. Kwas moczowy występuje w moczu pacjentów chorych na białaczkę. Mocz chorych na żółtaczkę ma ciemniejszą barwę, a to za sprawą barwników żółciowych. Stwierdzenie w moczu czerwonych krwinek może wskazywać na kamicę nerkową.
Tabela: Składniki Moczu i Ich Znaczenie
| Składnik Moczu | Normalna Zawartość | Znaczenie Kliniczne |
|---|---|---|
| Woda | 96% | Podstawa objętości moczu |
| Mocznik | 2% | Produkt metabolizmu białek |
| Sole Mineralne | 1.5% | Regulacja elektrolitów |
| Kwas Moczowy | Śladowe ilości | Wzrost przy dnie moczanowej |
| Glukoza | Brak | Obecność może wskazywać na cukrzycę |
| Białko | Brak lub śladowe ilości | Obecność może wskazywać na uszkodzenie nerek |
tags: #nefrony #schemat #procesu #filtracja #jak #to
