Neerud: vedelikumahu ja naatriumi-kaaliumi tasakaalu reguleerimine

Neerud reguleerivad kahte erinevat funktsiooni, mida sageli segamini aetakse. Esimene on plasma osmolaarsus ja "vaba vesi", st kui palju vett eritub olenemata lahustunud ainetest. Teine on efektiivne ringlev maht, mida keha tajub baroretseptorite ja neerude perfusiooniandurite kaudu ning mis määrab naatriumipeetuse. [1]

Peamine füsioloogiline reegel on järgmine: naatrium määrab peamiselt rakuvälise vedeliku mahu, kuna see on rakuvälise vedeliku peamine katioon, samas kui vesi "kohandub" osmolaarsusega. Seega, kui maht on ebapiisav, suudab keha naatriumi ja vett säilitada isegi vere naatriumisisalduse vähenemise hinnaga, samas kui maht on liiga suur, käivituvad natriureesi mehhanismid. [2]

Efektiivne vereringemaht ei ole alati võrdne kogu keha vedelikumahuga. Näiteks südamepuudulikkuse või tsirroosi korral võib kogu keha vedelikumaht küll suureneda, kuid neerud "tajuvad" madalat efektiivset perfusiooni ja jätkavad naatriumi säilitamist. See selgitab tursete paradoksi ja samaaegset kalduvust hüponatreemiale. [3]

Neeru sensoorne aparaat hõlmab jukstaglomerulaarset aparaati, kollatähni ja neerupealiste veresoonte mehhanisme. Kollatähn analüüsib naatriumkloriidi kohaletoimetamist distaalsetesse piirkondadesse, sidudes tubulaarse "soolakoormuse" aferentsete arterioolide toonuse ja reniini vabanemisega. See seob filtratsiooni, naatriumi ja hormonaalsed reaktsioonid üheks ahelaks. [4]

Neeru kohal toimib hormoonide ja närvisüsteemi "kaugring". Reniin-angiotensiin-aldosterooni süsteem suurendab naatriumi reabsorptsiooni ja kaitseb elundi perfusiooni rõhu languse korral. Vasopressiin suurendab kogumiskanalite vee läbilaskvust, samas kui natriureetilised peptiidid toimivad vastupidiselt, hõlbustades naatriumi eritumist kodade laienemise ajal. [5]

Tabel 1. Osmolaarsus vs. maht: mida reguleeritakse ja milliste signaalide abil

Mis on reguleeritud?	Peamine kontrolli "objekt"	Peamised andurid	Peamised efektormehhanismid neerudes	Tüüpiline kliiniline tulemus
Plasma osmolaarsus	tasuta vesi	hüpotalamuse osmoretseptorid	vasopressiin, akvaporiin 2 kogumiskanalites	Hüponatreemia ja hüpernatreemia on sagedamini seotud veega
Efektiivne ringlev maht	naatriumi ja rakuvälise vedeliku maht	baroretseptorid, neeruperfusioon, kollatähni tihedus	Reniin, angiotensiin, aldosterooni süsteem, sümpaatiline süsteem, rõhu all olev natriurees, natriureetilised peptiidid	Tursed ja hüpovoleemia on sagedamini seotud naatriumiga

Allikas. [6]

Naatriumi ja mahu reguleerimine: kus nefronis "soola saatus otsustatakse"

Naatriumi filtreerimine glomerulites on peaaegu täielik ja lõplik eritumine on tavaliselt väike jääk tohutust filtreeritud kogusest. Seega on naatriumi füsioloogia peamiselt nefroni segmentide reabsorptsiooni füsioloogia ja selle reguleerimine hormoonide, rõhu ja soola kohaletoimetamise abil distaalsetesse piirkondadesse. [7]

Proksimaalne tubul absorbeerib suurema osa naatriumist ja veest ligikaudu isoosmootselt. See on "massi" piirkond, mis sõltub suuresti hemodünaamikast ja peritubulaarsetest jõududest, samuti neerupealiste hormonaalsetest signaalidest. Füsioloogiline põhjendus on suurema osa filtraadi kiire ja efektiivne tagastamine, jättes "peenhäälestuse" distaalsetele piirkondadele. [8]

Henle'i silmuse paks tõusev osa absorbeerib märkimisväärse osa naatriumist, jäädes samal ajal praktiliselt veele mitteläbilaskvaks. See kombinatsioon loob tingimused uriini lahjendamiseks ja medullaarse osmootse gradiendi tekkeks, mida hiljem kasutatakse uriini kontsentreerimiseks. See segment mängib ka olulist rolli ioonide töötlemisel, mis toetavad transpordisüsteeme ja elektrilisi gradiente. [9]

Distaalne keerdunud tuubul ja ühendustuubul absorbeerivad väiksema osa naatriumist, kuid just siit algab naatriumi-kaaliumi üleminek. Nendes segmentides nihkub kontrollloogika: „massiliselt“ imendumise asemel aktiveerub täpne hormonaalne regulatsioon ja naatriumi transport mõjutab valendiku elektrilist potentsiaali ja seega ka kaaliumi sekretsiooni. [10]

Kogumiskanal on naatriumi, vee ja kaaliumi regulatsiooni lõpp-punkt. Siin on epiteeli naatriumikanal naatriumi peamine sisenemispunkt rakku ja basolateraalsel membraanil olev naatrium-kaalium ATPaas viib transpordi lõpule, luues tingimused negatiivseks luumenilaenguks ja kaaliumi sekretsiooniks. Aldosteroon ja vasopressiin saavad neid mehhanisme koordineeritult võimendada. [11]

Tabel 2. Nefroni segmendid ja naatriumi transpordi peamised mehhanismid

Segment	Naatriumi tagasiimendumise ligikaudne osakaal	Peamised transportijad ja kanalid	Mis kõige rohkem reguleerib?
Proksimaalne tubule	umbes 60–65%	naatriumvesinikvaheti, naatriumglükoosi kotransporter ja teised	perfusioon, neerupealiste signaalid, rõhu all olev natriurees
Henle'i silmuse jäme tõusev osa	umbes 25%	naatriumkaalium2kloriidi kotransporter, paratsellulaarne transport	macula densa, medullaarne hemodünaamika
Distaalne keerdunud tuubul	umbes 5–10%	naatriumkloriidi kotransporter	kaalium kui naatriumi distaalse ümberjaotamise "signaal"
Ühendustoru ja kogumiskanal	umbes 3–5%	epiteeli naatriumikanal, naatriumkaalium ATPaas	aldosteroon, vasopressiin, natriureetilised peptiidid, vedelikuvool

Allikas. [12]

Mahust sõltuvat natriureesi vahendavad lisaks hormoonidele ka rõhuline natriurees. Perfusioonirõhu tõustes vähendab neer naatriumi reabsorptsiooni tubulaarselt, mis viib naatriumi hulga suurenemiseni uriinis ja rakuvälise mahu järkjärgulise vähenemiseni. Seda mehhanismi peetakse pikaajalise vererõhu kontrolli keskseks teguriks. [13]

Rõhust tingitud natriurees toimib neerupealiste tegurite kaudu: muutused neerude verevoolus, interstitsiaalses rõhus, lämmastikoksiidis, prostaglandiinides ja teistes autakoidides ning angiotensiin 2 lokaalse mõju nõrgenemise kaudu. See tekitab „nihke“ naatriumi reabsorptsiooni vähenemise suunas, eriti proksimaalsetes piirkondades. [14]

Natriureetilised peptiidid on füsioloogiline reaktsioon kodade venitusele ja naatriumi koormusele. Neerudes suurendavad nad naatriumi eritumist, sealhulgas läbi oma mõju epiteeli naatriumikanalile kogumiskanalites ja läbi tsüklilise guanosiinmonofosfaadiga seotud neerupealiste signaalimissüsteemide. Seda võib tajuda naatriumi säilitavate süsteemide "pidurina". [15]

Tabel 3. Naatriumi tasakaalu kontrollivad hormoonid ja lokaalsed tegurid

Regulaator	Aktiveerimisel	Peamine mõju neerudele	Naatriumi kogusisaldus ja maht
Reniin-angiotensiin-aldosterooni süsteem	efektiivne maht vähenenud, naatriumi vähenemine kollatähnis, sümpaatiline aktivatsioon	naatriumi reabsorptsiooni suurendamine distaalsetes piirkondades, säilitades perfusiooni	naatriumi- ja veepeetus, veremahu suurenemine
Natriureetilised peptiidid	mahu ülekoormus, kodade laienemine	suurenenud natriurees, epiteeli naatriumikanali pärssimine	naatriumi ja vee kaotus, mahu vähenemine
Sümpaatiline närvisüsteem	stress, vedelikukaotus, hüpotensioon	neerude verevoolu vähenemine, reniini stimulatsioon, naatriumi reabsorptsiooni suurenemine	naatriumipeetus
Rõhu natriurees	suurenenud perfusioonirõhk	naatriumi tubulaarse reabsorptsiooni pärssimine	suurenenud naatriumi eritumine
Intrarenaalsed autakoidid	muutuda koos perfusiooni ja soola kõikumistega	transpordi peenhäälestamine proksimaalses ja medullaarses piirkonnas	natriureesi nihkumine soovitud suunas

Allikas. [16]

Vee ja osmolaarsuse regulatsioon: vasopressiin, akvaporiin 2 ja medullaarne gradient

Plasma osmolaarsust hoitakse peamiselt vee, mitte naatriumi kontrolli abil. Selle süsteemi peamine hormoon on vasopressiin, mis vabaneb vastusena suurenenud osmolaarsusele ja mida saab aktiveerida ka efektiivse mahu olulise vähenemise korral. Neerudes suurendab vasopressiin kogumiskanalite vee läbilaskvust. [17]

Peamine molekulaarne sündmus on vasopressiini seondumine vasopressiini retseptori tüüp 2-ga kogumiskanali peamiste rakkude basolateraalsel membraanil. See käivitab rakusisesed signaalid, mis translokeerivad akvaporiin 2 apikaalsele membraanile, muutes selle veele läbilaskvaks. Kiire kanali translokatsioon tagab minimaalse kontrolli, samas kui akvaporiin 2 ekspressiooni muutused tagavad kohanemise tundide ja päevade jooksul. [18]

Vesi saab imenduda ainult osmootse gradiendi juuresolekul tubulaarse valendiku ja interstitsiumi vahel. Selle gradiendi loob Henle'i vastuvoolu multiplikaatorsilmus ning seda säilitab ainevahetus medulla veresoontes, samuti uurea panus. Seega on "uriini kontsentratsioon" Henle'i silmuse naatriumi transpordi ja kogumiskanalite reguleeritud vee läbilaskvuse kombineeritud funktsioon. [19]

Oluline on märkida, et vee füsioloogias ei ole vasopressiin ainus akvaporiin 2 mõjutaja. Selle ekspressiooni ja translokatsiooni võivad mõjutada prostaglandiinid, bradükiniin, dopamiin, endoteliin ja muud neerupealised signaalid. See aitab selgitada, miks sama vasopressiini kontsentratsioon võib erinevatel inimestel ja seisundites esile kutsuda erinevaid reaktsioone. [20]

Vee ja naatriumi vaheline seos avaldub konfliktsituatsioonides. Tõsise vedelikupeetuse korral saab keha vasopressiini kaudu "lubada" veepeetust isegi madala osmolaarsuse korral, sest perfusiooni säilitamine muutub prioriteediks. See on üks hüponatreemia füsioloogilisi põhjuseid madala efektiivse vedelikumahu korral. [21]

Tabel 4. Vasopressiin ja akvaporiin 2: kiire ja pikaajaline veekontroll

Regulatsiooni tase	Mis toimub	Reaktsiooniaeg	Tüüpiline tähendus
Kiire	akvaporiin 2 translokatsioon apikaalsele membraanile	minutit	vähendab kiiresti diureesi ja säilitab vett
Pikaajaline	akvaporiin 2 hulga muutus rakus	tunnid ja päevad	kohanemine kroonilise dehüdratsiooni või vee ülekoormusega
Signaali peatamine	akvaporiin 2 sisemine tagasivool rakku	minutit	taastada veekindlus ja eemaldada liigne vesi
Modulatsioon muude tegurite poolt	autakoidide ja hormoonide mõju	muutuja	selgitab individuaalseid erinevusi reaktsioonides

Allikas. [22]

Kaaliumi tasakaal: miks distaalne nefron otsustab, kui palju kaaliumi uriiniga eritub

Kaalium on rakkude peamine katioon ja selle plasmakontsentratsioon peab jääma kitsasse vahemikku, kuna see mõjutab membraanipotentsiaali ning südame ja närvisüsteemi talitlust. Kaaliumi tasakaal säilib kahel tasandil: kiire ümberjaotumine rakkude ja plasma vahel ning aeglasemad muutused neerude kaudu eritumises. [23]

Neerud säilitavad pikaajalist kaaliumitasakaalu peamiselt kaaliumi sekretsiooni kaudu distaalses nefronis, mitte filtreerimise teel. Oluline on meeles pidada vastupidist tõsiasja, et distaalne nefron võib kaaliumi eritumist kas suurendada või vähendada ning see sõltub aldosteroonist, naatriumi kohaletoimetamisest distaalsesse nefronisse, vedeliku voolukiirusest ja happe-aluse tasakaalust. [24]

Aldosteroon suurendab kaaliumi sekretsiooni mitmete koordineeritud mehhanismide kaudu: see suurendab naatriumi-kaaliumi ATPaasi aktiivsust, suurendab naatriumi sisenemist epiteeli naatriumikanali kaudu, muudab luumeni negatiivsemaks ja seeläbi suurendab elektrilist "tõuget" kaaliumi väljumiseks kaaliumikanalite kaudu. See on klassikaline näide sellest, kuidas suurenenud naatriumi reabsorptsioon automaatselt suurendab kaaliumi eritumist. [25]

Distaalse nefroni peamisteks kaaliumi sekretsioonikanaliteks on neeru välimine medullaarne kaaliumikanal ja suured voolutundlikud kaaliumikanalid. Neeru välimine medullaarne kaaliumikanal tagab basaalsekretsiooni ja reguleerib kaaliumi tarbimist, samas kui suured voolutundlikud kaaliumikanalid on eriti olulised suure voolukiiruse korral, näiteks mõnede diureetikumide puhul.[26]

Naatriumi ja kaaliumi seose tänapäevast mõistmist on tugevdanud distaalses keerdunud tuubulis asuva "kaaliumisensori" kontseptsioon. Madala kaaliumi tarbimise korral suureneb naatriumkloriidi kotransporteri aktiivsus, kogumiskanalisse jõuab vähem naatriumi ja kaaliumi sekretsioon väheneb. Suure kaaliumi tarbimise korral toimub vastupidine: naatriumkloriidi kotransporter on pärsitud, distaalselt manustatakse rohkem naatriumi ja kaalium eritub kergemini. [27]

Eraldi telg on happe-aluse tasakaal. Metaboolne atsidoos vähendab tavaliselt kaaliumi sekretsiooni ja suurendab hüperkaleemia riski, samas kui metaboolne alkaloos teeb sageli vastupidist, suurendades kaaliumikaotust, eriti kui distaalne naatriumi manustamine on samaaegselt suurenenud ja aldosteroon on aktiivne. Need seosed on eriti olulised hüpokaleemia mõistmiseks diureetikumide poolt põhjustatud ja teatud tubulopaatiate korral. [28]

Tabel 5. Mis suurendab kaaliumi sekretsiooni distaalses nefronis

Tegur	Mis muutub nefronis?	Kaaliumi sisalduse tulemus uriinis
Kõrge aldosterooni tase	rohkem epiteeli naatriumikanalit ja naatriumkaalium-ATPaasi, rohkem negatiivset luumenit	suurenenud kaaliumi sekretsioon
Suur distaalne naatriumi manustamine	Epiteeli naatriumikanali kaudu siseneb rohkem naatriumi	suurenenud kaaliumi sekretsioon
Suur verevool distaalses nefronis	suurte kaaliumikanalite aktiveerimine, gradientide säilitamine	suurenenud kaaliumi sekretsioon
Alkaloos	tingimused on kaaliumi kadudeks soodsamad	suurenenud kaaliumi sekretsioon
Suur kaaliumi tarbimine	naatriumkloriidi kotransporteri pärssimine, suurendades naatriumi distaalset kohaletoimetamist	suurenenud kaaliumi sekretsioon

Allikas. [29]

Tabel 6. Kuidas diureetikumid muudavad naatriumi ja kaaliumi nefroni segmendi füsioloogia kaudu

Diureetikumide klass	Tegevuse peamine osa	Mis juhtub naatriumi distaalse manustamisega?	Tüüpiline mõju kaaliumile
Silmusdiureetikumid	Henle'i silmuse paks tõusev osa	distaalne naatriumi manustamine on suurenenud	hüpokaleemia oht
Tiasiiddiureetikumid	distaalne keerdunud tubule	distaalne naatriumi manustamine on suurenenud	hüpokaleemia oht
Kaaliumi säästvad epiteeli naatriumikanali blokaatorid	kogumiskanal	Naatriumi manustamine võib olla suur, kuid naatriumi sisenemine rakku on blokeeritud	hüperkaleemia oht
Mineralokortikoidretseptori antagonistid	kogumiskanal	aldosterooni toime väheneb	hüperkaleemia oht

Allikas. [30]

Tabel 7. Kiire kliiniline loogika: naatrium on seotud vee või mahuga, kaalium distaalse naatriumiga

Olukord	Mis tavaliselt esimesena tuleb	Mida neer teeb?	Millised testid aitavad mehhanismi mõista?
Hüponatreemia madala efektiivse mahuga	efektiivse perfusiooni puudumine	naatriumipeetus ja vasopressiini aktiveerimine koos veepeetusega	osmolaarsus, uriini naatrium, kliinilise mahu hindamine
Liigse vee tõttu tekkiv hüponatreemia	liigne vaba vesi	ebapiisav vasopressiini supressioon või kõrge tundlikkus	osmolaarsus, uriini osmolaarsus
Diureetikumide hüpokaleemia	kõrge distaalne naatriumi manustamine ja vool	suurenenud kaaliumi sekretsioon	kaaliumi sisaldus uriinis, happe-aluse tasakaal
Hüperkaleemia koos aldosterooni vähenemisega või selle mõjuga	nõrk kaaliumi sekretsioon	distaalsete mehhanismide ebapiisav aktiivsus	kaaliumi, reniini ja aldosterooni vastavalt näidustusele

Allikas. [31]