25.6 Endurupptaka í nýrnapíplum

Allt að um 180 L af gaukulsíuvökva myndast á sólarhring, svo megnið af vatninu og gagnlegum uppleystum efnum verður að endurupptaka. Endurupptaka og seyti eiga sér stað í nærpíplu, Henle-lykkju, fjærpíplu, tengipíplu og safnrásakerfi (tafla 25.5 og mynd 25.17). Hlutar píplunnar hafa mismunandi flutningsprótín og gegndræpi. Sum ferli eru óvirk, en natríum-kalíumdæla í grunn- og hliðlægri himnu og aðrar virkar dælur mynda stigla sem knýja mikinn annars stigs virkan flutning. Endurupptaka vatns í nærpíplu og þunnum niðurgangandi armi er að mestu óhjákvæmileg, en vatnsgegndræpi síðari fjærhluta og safnrása er stillt með þvagtemprandi hormóni (ADH). Aldósterón eykur einkum Na⁺-endurupptöku og seyti K⁺ í síðari fjærhluta, tengipíplu og safnrásum; renín hefur óbein áhrif um renín-angíótensín-aldósterón-kerfið. Í einfölduðu massajafnvægi kaflans nær um 10 prósent af upphaflegu vatnsmagni, eða um 18 L, að fjærhluta nýrungs og safnrásakerfi. Hlutfallið er breytilegt og endurupptakan þar verður hvorki bókstaflega öll né engin.

Virkur flutningur nýtir orku úr nettóvatnsrofi ATP til að flytja efni gegn rafefnafræðilegum stigli. Flutningurinn er sértækur og byggist á flutningsprótínum eða dælum, ekki viðtökum. Natríum-kalíumdælan (Na+/K+-ATPasi) flytur til dæmis þrjár Na+-jónir út úr frumu og tvær K+-jónir inn í hana í hverri hringrás.

Við örvað flæði færist efni einnig niður rafefnafræðilegan stigul án beinnar notkunar ATP, en um sértækt burðarprótín eða jónagöng. Flutningur glúkósa um GLUT-prótín og flæði Na+ um opin jónagöng eru dæmi. Samflutningur og mótflutningur eru hins vegar tengd flutningsferli þar sem tvö eða fleiri efni færast saman.

Samferjur flytja tvö eða fleiri efni samtímis í sömu átt en gagnferjur í gagnstæðar áttir. Ferlin geta nýtt jónastigul sem ATP-dæla viðheldur og kallast þá annars stigs virkur flutningur. Í nærpíplu viðheldur Na+/K+-ATPasi í grunn- og hliðlægri himnu lágum Na+-styrk í frumunni og þar með sterkum rafefnafræðilegum stigli fyrir Na+ úr pípluholinu. Á topplægu himnunni flytja Na+-glúkósa-samferjur, SGLT2 og SGLT1, Na+ and inn í frumuna. Na+ fer niður stigulinn en knýr flutning glúkósa gegn styrkfallanda hans. Na+/K+-ATPasinn viðheldur drifkraftinum og glúkósi fer síðan um GLUT2 eða GLUT1 yfir grunn- og hliðlægu himnuna í millifrumuvökva og háræðar um nýrnapíplur.

Nýrungurinn endurupptekur ^mest af Ca++, Na+, glúkósa og amínósýrum til að viðhalda samvægi. Hann seytir jafnframt efnum á borð við K+, ammoníak (NH3), kreatínín og ýmis lyf, en þvagefni er bæði endurupptekið og seytt eftir pípluhlutum. Lungun stuðla að sýru-basa-jafnvægi með því að losa CO₂; þau skilja ekki út frítt H+. Nýrun seyta H+ og endurheimta eða seyta HCO3– (tafla 25.6). Um 50 prósent síaðs þvagefnis endurupptekur nærpíplan. Þvagefnisferjur í innri mergsafnrás _og akvapórín í aðalfrumum eru stýrð af ADH og stuðla að endurhringrás þvagefnis og vatnsendurupptöku. Tölur töflunnar eru einfölduð massajafnvægisdæmi: prótín í þvagi er ekki bókstaflega alltaf núll og nettóseytun kreatíníns getur valdið því að meira skilst út en síast.

Nýrahnoðrinn síar blóðið og myndar gaukulsíuvökva sem inniheldur venjulega hvorki blóðfrumur né mikið af stórum prótínum. Frá gaukulhýðinu að enda safnrásanna breytist vökvinn með endurupptöku og seyti þar til endanlegt þvag myndast. Fyrstu umfangsmiklu breytingarnar verða í nærpíplu. Heitið endurupptaka vísar til þess að efni sem áður komu inn í líkamann, meðal annars um meltingarveg, eru tekin aftur úr pípluvökvanum. Um 99 prósent síaðs vatns og mest af uppleystu efnunum verða að skila sér til blóðrásar. Háræðar um nýrnapíplur og beinar æðar taka við efnunum. Vökvastöðuþrýstingur í gaukulháræðum knýr síun en Starling-kraftar, einkum lágur háræðaþrýstingur og hár kvoðuosmósuþrýstingur eftir síun, auðvelda upptöku í háræðar um píplurnar. Na+/K⁺-ATPasar í grunn- og hliðlægri himnu flytja Na⁺ úr pípluþekjufrumum og leyst efni og vatn fylgja eftir. Þessi nær jafnosmótíska vatnsendurupptaka í nærpíplu kallast skyldubundin vatnsendurupptaka (mynd 25.18).

Fleiri efni fara yfir þekju nærpíplu en nokkurs annars hluta nýrungsins. Amínósýrur og glúkósi eru meðal annars flutt með Na+-samferjum. Topplæg himna snýr að pípluholinu en grunn- og hliðlæg himna að grunnhimnu, millifrumuvökva og háræðum. Nærpíplan er klædd einföldu teningsþekjuvef, ekki æðaþeli, og samsetning ferja, dæla og ganga er ólík á himnuflötunum. Na+-tengdur flutningur tekur meðal annars þátt í upptöku Cl–, Ca++, amínósýra, glúkósa og fosfats (3 − 4; ${\text{PO}}_4^{3-}$), en flutningsleiðirnar eru mismunandi fyrir hvert efni. Na⁺/K⁺-ATPasinn nýtir ATP og flytur K+ inn um grunn- og hliðlægu himnuna. Efni sem fara inn um samferjur geta farið út um örvað flæði eða aðrar sértækar ferjur. Verulegur hluti K+, Ca++ og Mg++ fer milli frumna; það er millifrumuflutningur, ekki yfirfrumuflutningur.

Um 67 prósent síaðs vatns og Na+ og svipað hlutfall K+ endurupptekur nærpíplan. Við eðlilegar aðstæður endurupptekur hún nær 100 prósent glúkósa og amínósýra. Þegar síað glúkósaálag fer yfir flutningshámarkið, Tm, metta SGLT-ferjur og sykurmiga getur komið fram. Eldri _{kennslutölur} gáfu um 375 mg/min hjá körlum, 300 mg/min hjá konum og blóðstyrk nálægt 200 mg/dL, en þröskuldur og hámarksflutningur eru breytileg milli einstaklinga og þessi kynjaskipting er ekki algild viðmiðun. Sykurmiga sést meðal annars við sykursýki, meðgöngu, lækkaðan nýrnaþröskuld og meðferð með SGLT2-hemlum; mikið sykurát eitt sér er ekki venjuleg skýring. Glúkósi og Na+ fara saman inn um SGLT-ferjur á topplægri himnu. Na+ fer niður rafefnafræðilegan stigul en ^glúkósi gegn eigin styrkfallanda. Na+/K+-ATPasinn flytur Na+ út um grunn- og hliðlægu himnuna og GLUT-ferjur flytja glúkósa áfram. Um helmingur ^Cl– og breytilegt magn Ca++, Mg++ og fosfats (2 − ^4; ${\text{HPO}}_4^{2-}$ ) endurupptakast einnig í nærpíplu.

Endurheimt bíkarbónats _(HCO3–) er mikilvæg fyrir sýru-basa-jafnvægi. Kolsýruanhýdrasi (CA) hraðar sama afturkræfa efnahvarfi og nýtist við flutning CO2 í rauðkornum, sýrumyndun í maga og myndun HCO3– í brisi. Í nærpíplu er ensímið bæði innan frumna og á pensilbrúninni. Síað HCO3– fer yfirleitt ekki óbreytt inn um topplægu himnuna. Seytt H⁺ hvarfast við það og myndar H2CO3, sem kolsýruanhýdrasi klýfur í CO2 og vatn. CO₂ flæðir inn í frumuna, þar sem hvarfið gengur til baka og myndar HCO3–. Bíkarbónat fer síðan með Na+ um ^{NBCe1-samferju} yfir grunn- og hliðlægu himnuna (mynd 25.19). NHE3-gagnferja flytur Na+ inn og H+ út í pípluholið; H+ er þannig að mestu endurnýtt meðan Na+ og bíkarbónat endurheimtast. Na+-stigullinn er viðhaldið af ^{Na+/K+-ATPasa.}

Henle-lykkjur eru mislangar og gerð þunnra og þykkra hluta ræðst af flokki og dýpt nýrungsins. Stuttar lykkjur barkarnýrunga ná yfirleitt skammt í ytri merg, en langar lykkjur mergnándarnýrunga geta teygt sig djúpt í merginn. Sérhæft gegndræpi niður- og uppgangandi arma gerir kleift að taka Na+ og vatn aftur upp og ^mynda osmótískan stigul í merg. Pípluvökvi kemur nær jafnosmólalítískur inn í lykkjuna, um 278–300 mOsmol/kg, getur nálgast um 1200 mOsmol/kg við lykkjubeygju í mjög þéttu þvagi og verður oft þynnri, jafnvel um 100 mOsmol/kg, eftir þykka uppgangandi arminn. Tölurnar eru nálganir og breytast með vökvastöðu og ADH. Beinar æðar skila enduruppteknum efnum og vatni til blóðrásar án þess að skola burt mergstigulinn.

Þunni niðurgangandi armurinn er klæddur einföldu flöguþekjuefni og er mjög gegndræpur fyrir vatni um AQP1, en flutningur jóna og þvagefnis er sértækur og breytilegur eftir hluta. Þegar pípluvökvinn fer niður í sífellt þéttari merg getur osmólalitet hans hækkað úr um 300 mOsmol/kg í allt að um 1200 mOsmol/kg. Allt að um 15 prósent síaðs vatns geta verið endurupptekin hér. Lítið magn Na+ og annarra efna getur einnig færst yfir, en ^armurinn er fyrst og fremst vatnsgegndræpur.

Uppgangandi armurinn hefur stuttan þunnan hluta og lengri þykkan hluta. Þykki hlutinn er klæddur einföldu teningsþekjuefni án pensilbrúnar og er nær ógegndræpur fyrir vatni. NKCC2-samferjan endurupptekur einkum Na+, K⁺ og Cl–. Þegar NaCl er fjarlægt en vatn situr eftir verður pípluvökvinn lágosmólalítískur áður en hann nær fjærpíplu. Flutningur NaCl í millifrumuvökva stuðlar jafnframt að háu osmólaliteti nýrnamergs.

Na+/K+-ATPasar í grunn- og hliðlægri himnu viðhalda Na⁺-stigli sem knýr ^{NKCC2-samferjuna} á topplægri himnu; hún tekur Na+, K⁺ og Cl– inn í frumuna. Na+ ^er síðan dælt út til millifrumuvökva og Cl– og Cl– fara út um sértæk klóríðgöng, fremur en að fylgja Na+ milli frumna sem meginleið. Mest af K+ sem kemur inn um NKCC2 fer aftur í pípluholið um ROMK-göng. Endurhringrás K+ gerir holið jákvætt miðað við ^{millifrumuvökvann;} hún skilur því ekki einfaldlega eftir eitt Na+ og tvö Cl– sem neikvætt millifrumuumhverfi. Jákvæð holspenna knýr Na+, K+, Ca++ og ^Mg++ milli frumna til millifrumuvökva og beinna æða.

Henle-lykkjan myndar gagnstreymismagnara (mynd 25.20). Vökvi rennur í gagnstæðar áttir í samliggjandi örmum, og endurtekin vatnsgegndræpi niðurgangandi arms og virkur Na+-saltflutningur uppgangandi arms margfalda lítinn staðbundinn mun í langsum osmótískan stigul. Beinar æðar starfa hins vegar aðallega sem gagnstreymisskiptir og varðveita stigulinn.

Ammoníak (NH3) myndast meðal annars við amínósýruumbrot, og lifrin breytir miklu af köfnunarefninu í minna eitrað þvagefni; frítt NH2 er ekki einfaldlega eina millistigið í allri niðurbrotsleiðinni. Þvagefni stuðlar að osmótíska mergstiginum. Það flyst úr innri mergsafnrás í millifrumuvökva um sértækar ferjur og hluti þess fer aftur inn í þunna arma, svonefnd endurhringrás þvagefnis. Samspil Na+-saltflutnings, vatnsflæðis og endurhringrásar þvagefnis gerir nýrum kleift að mynda þétt þvag. Nettóáhrif gagnstreymismagnarans eru varðveisla vatns og Na+ eftir þörfum, en þvagefni skilst einnig út sem úrgangsefni.

Nærpíplufrumur taka upp glútamín og mynda við ammoníumframleiðslu í nýrum NH2 og síðan NH3, ekki með einfaldri eins skrefs amínósviptingu. ${\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4}^{+}$ seytist í pípluholið, meðal annars um NHE3 þar sem það getur komið í stað H⁺, en Na+ er tekið aftur upp. Hver glútamínsameind getur gefið tvær ${\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4}^{+}$-jónir og tvær nýjar ${\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3}^{-}$-jónir. Ferlið myndar þannig nýtt HCO3– sem fer til blóðs. Sýra skilst út sem NH4+ og HCO3– bætist við blóðvökva. Vatn fer úr niðurgangandi armi um akvapórín, en þykki uppgangandi armurinn er vatnsógegndræpur. Na+/K+-ATPasinn viðheldur Na⁺-stigli og Na+/K⁺/2Cl–-samferjan NKCC2 nýtir hann til upptöku úr pípluholi. Pípluvökvinn þynnist þannig og getur nálgast 50–100 mOsmol/L.

Við skil fjærpíplu og safnrásar eru samkvæmt þessari kennslunálgun um 20 prósent síaðs vatns og 10 prósent Na⁺ enn í pípluvökvanum. Án frekari vatnsendurupptöku gætu myndast um 20–25 lítrar þvags á sólarhring. Beinar æðar taka við vatni og efnum án þess að skola burt mergstigulinn. Þegar þær ganga niður í merg fara Na+ og þvagefni inn í blóð en vatn út; á uppleið fara Na+ og þvagefni aftur í millifrumuvökvann en vatn inn í blóð. Þetta eru gagnstreymisskipti sem takmarka tap stigulsins; hægfara flæðið þjónar fyrst og fremst því hlutverki, ekki því að koma í veg fyrir að blóðfrumur skorpni eða springi. Of hratt flæði gæti flutt of mikið Na+ og þvagefni úr mergnum.

Um 80 prósent síaðs vatns hafa verið endurupptekin áður en þynntur pípluvökvi berst í fjærpíplu. Fyrri hluti fjærpíplu er lítt vatnsgegndræpur og endurupptaka þar er ekki sjálfkrafa 10–15 prósent vatns. Seinni fjærpípla og tengipípla geta tekið upp vatn þegar ADH eykur gegndræpi. Aldósterón eykur ^{Na+/K+-ATPasa} og ENaC-göng einkum í síðari fjærhluta, tengipíplu og safnrás. Na+-endurupptaka gerir pípluholið neikvæðara og getur ýtt undir Cl–-flutning, en klóríð fer einnig um sértækar ferjur og milli frumna. Háræðar um nýrnapíplur taka við enduruppteknum efnum og vatni.

Fjærpíplan fínstillir endurupptöku Ca++. Kalkkirtlahormón (PTH) eykur virkni TRPV5-kalsíumganga á topplægri himnu og þar með upptöku Ca++ úr pípluvökva. Na+-stigullinn knýr síðan NCX1-gagnferju sem flytur Ca++ út um grunn- og hliðlægu ^himnuna, ásamt PMCA-kalsíumdælu. Kalsítríól (1,25-díhýdroxývítamín D) eykur meðal annars myndun kalbindíns sem bindur Ca++ og auðveldar innanfrumuflutning. Ca++ fer ekki út með útfrumun; það fer um NCX1 og PMCA. Kalsíum sem er ekki ^{endurupptekið} skilst út með þvagi.

^Endurupptaka Na+ getur stuðlað að varðveislu vatns og utanfrumuvökva, en vatn fylgir aðeins þar sem þekjan er vatnsgegndræp, einkum undir áhrifum ADH. Angíótensín II þrengir æðar og örvar aldósterónlosun úr nýrnahettuberki. Aldósterón eykur natríumendurupptöku og stuðlar þannig til lengri tíma að varðveislu utanfrumurúmmáls; áhrifin á blóðþrýsting ráðast einnig af nýrnastarfsemi, vatnsinntöku og öðrum stjórnbrautum.

Aðalfrumur hafa viðtaka fyrir bæði ADH og aldósterón. ADH stýrir fyrst og fremst vatnsgegndræpi en aldósterón eykur Na+-endurupptöku og seyti K⁺. Það eykur ENaC-natríumgöng og K+-göng á topplægri himnu og Na+/K+-ATPasa á grunn- og hliðlægri himnu; ^Na+ fer inn um ^ENaC. Við aukið aldósterón er meira Na+ endurupptekið, og vatn getur fylgt Na+ ef ADH hefur gert þekjuna vatnsgegndræpa. Na+/K+-ATPasinn flytur ^K+ inn í frumuna frá millifrumuvökva, ekki beint í pípluholið; ROMK- og BK-göng seyta því síðan. Þegar aldósterón minnkar situr meira Na+ eftir í pípluvökva og seyti K+ minnkar yfirleitt. Na+ og Cl– geta einnig verið endurupptekin saman í fyrri fjærpíplu um NCC. Seyti K+ tengist Na+-endurupptöku, pípluflæði og kalíumstyrk en er ekki í föstu beinu hlutfalli.

Innskotsfrumur gegna mikilvægu hlutverki í sýru-basa-jafnvægi. Alfa-innskotsfrumur taka K+ og HCO3– aftur upp og seyta H+, sem hækkar sýrustig blóðvökva ^og sýrir þvag. Beta-innskotsfrumur geta snúið meginflutningnum við með því að seyta bíkarbónati og taka vetnisjónir aftur upp, til dæmis við efnaskiptalýtingu.