Ledvina jako regulační orgán, Ledvina jako regulační orgán,

perfúze ledviny, perfúze ledviny,

GFRGFR

Přednáška z patologické fyziologie 17. 3. 2004

Hlavní funkce ledvinHlavní funkce ledvin

Regulace vnitřního prostředí organizmu – udržováním

Koncentrací nízkomolekulárních látek Objemu tělesných tekutin Vylučováním některých katabolitů Regulaci acidobazické rovnováhy Dlouhodobá regulace TK Udržování tkáňové tenze kyslíku

Téměř všechny funkce ledvin – jsou závislé na dostatečně velkém průtoku krve ledvinami

Průtok krve ledvinou a filtrace

Autoregulace ledviny

Jako u všech orgánů platí i pro perfuzi ledviny Ohmova formule: PPrůtok krve ledvinou = RBF = -------,

R

kde P = Pa - Pe a R = Ra + Re

R však musí být proměnlivé (tzv. autoregulace ledviny), neboť jak renální perfuze, tak GFR jsou v širokém rozmezí systémových tlaků (90-190 mm Hg středního arteriálního tlaku čili 11-25 kPa) konstantní (obr. 17). Další termín: renální tok plazmy (RPF)

RBF = ——— = ————— P PR Ra + Re

17

Formule R = Ra + Re platí aspoň zhruba, poněvadž vasa afferentia a vasa efferentia jsou hlavními místy cévního odporu v ledvinách (obr. 18)

A - „NORMÁLNÍ“ PROFIL

B - KONSTRIKCE AFERENTNÍ ARTERIOLY, POKLES PGC

C - KONSTRIKCE EFERENTNÍ ARTERIOLY, VZESTUP PGC

P - „NORMÁLNÍ“ PERFUZNÍ TLAK LEDVINNÉHO OBĚHU

PRŮBĚH HYDROSTATICKÉHO TLAKU V OBĚHU LEDVIN

18

Horní formuli můžeme tedy přepsat jako P

RBF = ------------, Ra + Re

tj. RBF nebo RPF poklesne při zvýšení Ra, Re nebo obou.

RBF je regulován ve dvojím konfliktním zájmu:

- při mírném poklesu systémového tlaku autoregulačně

- při výrazném poklesu je ledvina “odstavena” prerenální azotémie, případně s morfologickými důsledky (akutní tubulární nekróza), obr. 19 B a C

Autoregulaci ledviny nelze co do mechanizmu zaměňovat s regulací cirkulujícího volumu, i když v obou hraje roli RAS (v autoregulaci to ještě není zcela jasné)

Homeostazování volumu obstarává endokrinní RAS proti poruchám typu ztráty nebo přebytku vody, soli atd. (obr. 20)

Autoregulace ledviny zajišťuje homeostázu prokrvení ledviny a GFR navzdory kolísání systémového tlaku (např. při změnách polohy těla) a je vytvářena

- tzv. myogenním (Baylissovým) reflexem (rozpínané cévy se i in vitro kontrahují – asi vstup kalcia do svalových buněk)

- tubuloglomerulární zpětnou vazbou (TGF), která je asi tvořena lokálním (parakrinním) RAS (obr. 21)

AUTOREGULACE LEDVINY

RPF

GFR

EGM

MDMDMDMDGC RENIN

Re Ra

21

Renin je tvořen hlavně v juxtaglomerulárním aparátu, pod vlivem

- baroreceptorů v aferentních arteriolách (reagují na snížený perfuzní tlak, srv. Gold- blattova svorka, renovaskulární hypertenze)

- macula densa, reagující na elektrolytové slo-- žení v distálním tubulu

- veget. nervstva: sympatikus zvyšuje, parasym- patikus snižuje produkci reninu

Působení RAS je však v dalším jak parakrinní, tak endokrinní

Vztah mezi koncentrací látek v plazmě Vztah mezi koncentrací látek v plazmě a jejich vylučováním v ledvinácha jejich vylučováním v ledvinách

Činnost ledviny je možné si představit jako činnost regulačního orgánu, udržujícího (spolu s plícemi a trávicím systémem) složení plazmy na konstantní úrovni.

Homeostazované hodnoty složek plazmy ovlivňuje řada faktorů, z hlediska vylučovací činnosti ledvin především tzv. extrarenální zátěž (EZ)

Koncentrace látek v plazmě (PX) je extrarenální zátěží “rušena”, naopak však i sama do jednotlivých složek EZ zasahuje (do produkce, příjmu, přestavby, ukládání látky).

PX je renálním vylučováním korigována, k tomu však musí mít možnost do vylučování zpětnovazebně zasahovat

to se děje přímým, triviálním způsobem při filtraci

nebo nepřímo přes neurální a hormonální zpětné vazby (obr. 2)

K+

Ca2+

HPO42-

H+

.

.

.

OBECNÉ ZPĚTNOVAZEBNÍ HOMEOSTAZOVÁNÍ SLOŽEK PLAZMY LEDVINOU

EZ

REGULAČNÍ ORGÁN (LEDVINA)

REGULUJÍCÍSYSTÉMY

FILTRACE

RESORP- CE

REGULÁ- TOR

ŘÍZENÝ SYSTÉM (PLAZMA)

GFR * Px = (V * Ux)PŘI ČISTÉ FILTRACI (KREATININ, INULIN)SLOŽITĚJŠÍ PŘÍPADYPŘÍMÉHO VLIVU Px

(OBR. 8 A OBR. 9)KONC. LÁTEK V TUB.BUŇKÁCH

REGULACE PŘES SYMP.N.S., ADH, ALDO, PTH

SIGNÁLY K ŘÍDICÍM CENTRŮM

NEPŘÍMÝ VLIV Px2

PŘÍMÝ VLIV Px

.

NA NULU (KREAT., KYS. MOČOVÁ, FARMAKA . . . )

NA VELMI PŘESNOU HODNOTU (Na+, K+, H+ . . . )

NAD URČ. PRAHEM NA JEHO HODNOTU (HPO4

2-, GLUKOZA PŘI HYPERGLYKEMII)

LÁTKY SE HOMEOSTAZUJÍ

Stoupne-li PX v důsledku zvýšené EZX při nezměněné funkci ledvin (glomerulární filtrační rychlosti, GFR), ustaví se po čase nový ustálený stav, kdy EZ = PX * GFR

EZČASEM

95% SE NE-FILTRUJE

USTÁLENÝ STAV

KDY EZ = Px * GFR

Mf

.

ABSORPCE,PRODUKCE,MOBILIZACE MINUSMIMOLEDV.VYLUČOVÁNÍ,ODBOURÁVÁNÍ,USKLADŇOVÁNÍ

Px* GFR

Px ZDE JEN UDÁVÁPOMĚR EZ GFR

EZ

Px

3

,

Px* GFR

GFRČASEM

USTÁLENÝ STAV, KDY EZ = Px * GFR

VYLUČOVÁNÍ JE ZDE MÍROU PRO- DUKCE, NIKOLIV GFR

Px

4

Klesne-li funkce ledvin (GFR) při nezměněné EZX, ustaví se po čase nový ustálený stav, kdy EZ = PX * GFR

5

Tyto příklady platí pro kreatinin, inulin, glukózu (nad prahem rezorpce) atd. při nepřítomnosti reabsorpce nebo sekrece látky v tubulech

Vztah mezi PKREATININ a GFR je podle rovnice EZKREATININ = PKREATININ * GFR hyperbolický a tudíž z diagno-stického hlediska je PKREATININ indikátor málo senzitivní (obr. 5)

Glomerulární filtrační rychlost (GFR)

GF – je proces ultrafiltrace plazmy do Bowmanova pouzdra (analogický tvorbě tkáňového moku v arteriální části mikrocirkulace)

Tlaky v kapiláře glomerulu se chovají zcela jinak než v systémové cirkulaci.

Zdá se, že bod dosažení rovnováhy mezi hydrostatickými a onkotickými složkami leží fyziologicky uvnitř kapiláry, ovšem může se i fyziologicky podél délky kapiláry snadno pohybovat (obr. 22)

Dvě kapilární sítě nefronu jsou řazeny za sebou

PcPi

PGC PGC

i

GC GC

PBS PBS

22

Pozn. k obr.: faktor vypuzující tekutinu z kapiláry je (Pc+i), faktor nasávající je (c+Pi).

c

Pro GFR se běžně používá Starlingovy rovnice, ale ta má řadu vad:

její některé faktory nejsou na sobě nezávislé předpokládá konstantní tlaky podél kapiláry, dále, že máme velikost filtrační plochy pod kontrolou atd. nevyjadřuje jednoznačným způsobem vliv perfuze (RBF nebo RPF)

Hydrostatický tlak v kapiláře je dán poměrně složitou souhrou aferentního a eferentního tlaku a odporu (obr. 23, 24)

FAKTORY URČUJÍCÍ GFR

STARLINGOVY SÍLY

GFR = F * Lp * PUF

vGC

PUF = (PGC - PBS) - (GC - BS)

P

RePa + RaPe

Ra + Re

PGC =

23

24

Na druhé straně je zřejmé, že GFR je určována perfuzí (i když zatím exaktně nezvládnutelným způsobem).

Jedině za fyziologických okolností (bodu rovnováhy je dosaženo v průběhu kapiláry) můžeme předpokládat lineární vztah mezi oběma.

Jestli však za patologických situací klesá hydraulická vodivost membrány vůči rychlosti proudu plazmy, bod rovnováhy “mizí za obzor” a GFR nedrží krok s RPF.

V limitním případě už přestává být GFR závislá na RPF vůbec (obr. 25)

RENÁLNÍ TOK PLAZMY

GFR

FYZIOL.

PATOL.

HRUBĚPATOL.

RPF

?

vGC

Lp

25

.

Je zřejmé, že k jednotnému formálnímu popisu má filtrace v glomerulu ještě daleko. Jednou z příčin komplikací je asi pružnost cév, která se zatím zanedbává. Souvislost RPG a GFR by se dala zhruba vyjádřit takto:

RPFOhmův zákon

Ra + Re

PUF

Lp

F

GFR

26

F GFR

Typické patofyziologické změny GFR a RPF

Tubulární resorpce/sekreceTubulární resorpce/sekrece

Analogií zpětné resorpce tkáňového moku do krve ve venózní části mikrocirkulace

Komplexní povaha – aktivní i pasivní děje

epitelové buňky ledvinných tubulů

(a jejich hormonální řízení)

Různé části tubulů různé funkce

Proximální tubulusProximální tubulus

Henleova kličkaHenleova klička

Distální tubulusDistální tubulus

Sběrací kanálkySběrací kanálky

ZPĚTNÁ VAZBA POMOCÍ Px JE RŮZNÁ DLE RŮZ.CHOVÁNÍ LÁTKY V TUBULECH:

POUZE FILTROVANÁ LÁTKA

LÁTKA S PROCENTUÁLNÍ RESORPCÍ (UREA)

VYLUČ.MNOŽSTVÍ

Px*GFR

Mf

REABSORPCE

EZ

Px Px

RESORPCE50% Mf

.

VYLOUČ. MN.

6

POHYB PODÉL ČÁRY NENÍOKAMŽITÝ A ČASEM SEZASTAVÍ NA EZ = Px* GFR

FILTR. FILTR.

Při resorpci s nasycením (prahem) závisí vylučování ledvinami na maximální resorpční rychlosti a na afinitě přenášečů k metabolitu

Resorpce s prahem a vysokou afinitou:

vše pod resorpčním maximem se resorbuje (glukóza, někt. aminokyseliny); v oblasti ohybu křivky resorpce je vylučování výborným “regulátorem” plazmatické koncentrace, obr. 8

PTH

VYLOUČ.

RES.

GLAK

PODPRAH. PGL

RESORPCE S NASYCENÍM

VYSOKÁ AFINITA:

TOK

Px ZDE NERE-GULUJE NIC,VŠECHNY VÝKYVYEZ Px ZŮSTÁVAJÍ

VÝBORNĚREGULUJE(TAKÉ HYPER-GLYKEMIE)Ů

TM

8

H2PO42-

NÍZKÁ AFINITA:

TM

VYLUČ.

RES.

AK KYS. MOČOVÁ

VŠECHNORESORBOVÁNOPAK NIC NEREGULUJE

PKM REGULUJE,ALE NEPŘÍLIŠEFEKTIVNĚ

Resorpce s nízkou afinitou;

vylučování je opět regulátorem plazmatické koncentrace, ale méně efektivním :

9

FILTR.

Pojem ledvinné clearance:

Je zřejmé, že .

CX * PX = UX * V,

zcela očištěný objem plazmy musel nést stejnou “nálož” jako stejný objem plazmy předtím, tj. muselo se ztratit z oběhu CX * PX látky za minutu. To platí bez ohledu na cesty vylučování či reabsorpce

Clearance látek, které se chovají v tubulu různě, mají různý vztah ke GFR (obr.11, 12, 13)

Cx = ————— < GFRUx * V PxUx

Px

Px * Cx = Ux * V

GFRCx

V.

.

.

OBECNÝ PŘÍPAD:

12

VÝPOČET GFR:

GFR = Ukr * V Pkr

Pkr * GFR = Ukr * V

.

.GFR .

Ukr * V.

Ckr

13

PAH

RPF

RPF * PPAH

RPF * PPAH = V * UPAH

V * UPAH

.

.

14

Clearance látek, které se téměř výhradně secernují stěnou tubulu (a nefiltrují v glomerulu), slouží jako ukazatel perfuze ledviny, např. PAH :

Zajímavý detail o konvergenci clearance látek různého typu ke GFR s rostoucím PX viz skripta obr. 16.4

Osmolální clearance a clearance volné vody:

Osmolální clearance je analogem pojmu clearance běžných metabolitů a stejně tak se i vypočítává; clearance volné vody

představuje rozdíl mezi množstvím moče a osmolální clearancí.

Mezi oběma je tedy úzký vztah, obr. 15

OSMOLÁLNÍ A VODNÍ CLEARANCE

COSM * POSM = V * UOSM

COSM = V * UOSM

POSM

JE - LI

POSM = UOSM

PAK

COSM = V

.

.

.

15

OSMOLÁLNÍ CLEARANCE :

JE - LI

PAK

.

POSM > UOSM

COSM < V

(moč hypoosmolální, tělo ztrácí vodu)

1 > UOSM

POSM

0 < 1 -UOSM

POSM

JE - LI

PAK

.

POSM < UOSM

COSM > V

(moč hyperosmolální, tělo zadržuje vodu)

.

.

.

0 < V - COSM

.

V > COSM

.

0 > V - COSM

.

V < COSM

.

0 < V ( 1 - ) UOSM

POSM

0 < V V * UOSM

POSM COSM

.

..

.

.

.

clearance volné vody clearance volné vody,ztráta vody menší než

solutů