Urinevorming

De vorming van de uiteindelijke urine door de nieren bestaat uit verschillende hoofdprocessen:

• ultrafiltratie van arterieel bloed in de nierglomeruli;
• heropname van stoffen in de tubuli, afscheiding van een aantal stoffen in het lumen van de tubuli;
• de synthese van nieuwe stoffen door de nieren, die zowel het lumen van de tubulus als het bloed binnendringen;
• de werking van het tegenstroomsysteem, waardoor de uiteindelijke urine geconcentreerd of verdund wordt.

Ultrafiltratie

Ultrafiltratie vanuit bloedplasma naar de kapsel van Bowman vindt plaats in de haarvaten van de nierglomeruli. SCF is een belangrijke indicator voor de urineproductie. De waarde ervan in één nefron hangt af van twee factoren: de effectieve ultrafiltratiedruk en de ultrafiltratiecoëfficiënt.

De drijvende kracht van ultrafiltratie is de effectieve filtratiedruk, die het verschil is tussen de hydrostatische druk in de haarvaten en de som van de oncotische druk van eiwitten in de haarvaten en de druk in het glomerulaire kapsel:

P _-effect = P _hydr - (P _onc + P _caps )

Waarbij P _effect de effectieve filtratiedruk is, P _hydr de hydrostatische druk in de haarvaten, P _onc de oncotische druk van eiwitten in de haarvaten en P _caps de druk in het glomerulaire kapsel.

De hydrostatische druk aan de afferente en efferente uiteinden van de capillairen bedraagt 45 mm Hg. Deze druk blijft constant over de gehele filtratielengte van de capillaire lus. Deze druk wordt tegengewerkt door de oncotische druk van plasma-eiwitten, die naar het efferente uiteinde van de capillair toe toeneemt van 20 mm Hg tot 35 mm Hg, en door de druk in het kapsel van Bowman, die 10 mm Hg bedraagt. De effectieve filtratiedruk bedraagt dus 15 mm Hg (45 - [20 + 10]) aan het afferente uiteinde van de capillair en 0 (45 - [35 + 10]) aan het efferente uiteinde, wat, omgerekend naar de gehele lengte van de capillair, ongeveer 10 mm Hg bedraagt.

Zoals eerder vermeld, is de wand van de glomerulaire capillairen een filter dat cellulaire elementen, grootmoleculaire verbindingen en colloïdale deeltjes tegenhoudt, terwijl water en laagmoleculaire stoffen er vrij doorheen kunnen. De toestand van het glomerulaire filter wordt gekenmerkt door de ultrafiltratiecoëfficiënt. Vasoactieve hormonen (vasopressine, angiotensine II, prostaglandinen, acetylcholine) veranderen de ultrafiltratiecoëfficiënt, wat van invloed is op de SCF.

Onder fysiologische omstandigheden produceert de totaliteit van alle nierglomeruli 180 liter filtraat per dag, d.w.z. 125 ml filtraat per minuut.

Heropname van stoffen in de tubuli en hun secretie

De reabsorptie van gefilterde stoffen vindt voornamelijk plaats in het proximale deel van het nefron, waar alle fysiologisch waardevolle stoffen die het nefron zijn binnengedrongen en ongeveer 2/3 van de gefilterde natrium-, chloor- en waterionen worden geabsorbeerd. Het bijzondere van reabsorptie in de proximale tubulus is dat alle stoffen worden geabsorbeerd met een osmotisch equivalent volume water en de vloeistof in de tubulus praktisch isoosmotisch blijft ten opzichte van het bloedplasma, terwijl het volume primaire urine aan het einde van de proximale tubulus met meer dan 80% afneemt.

Het werk van het distale nefron vormt de samenstelling van urine door zowel reabsorptie als secretie. In dit segment wordt natrium gereabsorbeerd zonder een equivalent volume water en worden kaliumionen uitgescheiden. Waterstof- en ammoniumionen komen vanuit de tubulaire cellen het lumen van het nefron binnen. Het elektrolyttransport wordt gereguleerd door antidiuretisch hormoon, aldosteron, kininen en prostaglandinen.

Tegenstroomsysteem

De activiteit van het tegenstroomsysteem wordt gevormd door het synchrone werk van verschillende structuren van de nier: de aflopende en oplopende dunne segmenten van de lis van Henle, de corticale en medullaire segmenten van de verzamelbuizen en de rechte vaten die de gehele dikte van het niermerg doordringen.

De basisprincipes van het tegenstroomsysteem van de nieren:

• in alle stadia beweegt water slechts passief langs de osmotische gradiënt;
• de distale rechte tubulus van de lis van Henle is ondoordringbaar voor water;
• in de rechte tubulus van de lis van Henle vindt actief transport van Na ⁺, K ⁺, Cl plaats;
• het dunne aflopende deel van de lis van Henle is ondoordringbaar voor ionen en doordringbaar voor water;
• er is een ureumcyclus in de binnenste medulla van de nier;
• Het antidiuretisch hormoon zorgt ervoor dat de verzamelbuizen doorlaatbaar zijn voor water.

Afhankelijk van de waterhuishouding van het lichaam kunnen de nieren hypotone, sterk verdunde of osmotisch geconcentreerde urine uitscheiden. Alle delen van de tubuli en vaten van het niermerg nemen deel aan dit proces en functioneren als een roterend vermenigvuldigingssysteem met tegenstroom. De essentie van de activiteit van dit systeem is als volgt. Het ultrafiltraat dat de proximale tubulus binnenkomt, wordt kwantitatief gereduceerd tot 3/4-2/3 van zijn oorspronkelijke volume door de reabsorptie van water en daarin opgeloste stoffen in dit deel. De vloeistof die in de tubulus achterblijft, verschilt qua osmolariteit niet van bloedplasma, hoewel deze een andere chemische samenstelling heeft. Vervolgens passeert de vloeistof uit de proximale tubulus het dunne dalende segment van de lis van Henle en beweegt verder naar de top van de nierpapil, waar de lis van Henle een bocht van 180° maakt en de inhoud door het opstijgende dunne segment naar de distale rechte tubulus stroomt, die parallel aan het dalende dunne segment ligt.

Het dunne, afdalende segment van de lus is permeabel voor water, maar relatief onpermeabel voor zouten. Hierdoor stroomt water vanuit het lumen van het segment naar het omliggende interstitiële weefsel langs de osmotische gradiënt, waardoor de osmotische concentratie in het lumen van de tubulus geleidelijk toeneemt.

Nadat de vloeistof de distale rechte tubulus van de lis van Henle is binnengedrongen, die daarentegen waterafstotend is en van waaruit het actieve transport van osmotisch actief chloor en natrium naar het omringende interstitium plaatsvindt, verliest de inhoud van dit gedeelte zijn osmotische concentratie en wordt hypo-osmoaal, wat de naam "het verdunnende segment van het nefron" verklaart. In het omringende interstitium vindt het tegenovergestelde proces plaats: de accumulatie van een osmotische gradiënt door Na ⁺, K ⁺ en Cl. Hierdoor bedraagt de transversale osmotische gradiënt tussen de inhoud van de distale rechte tubulus van de lis van Henle en het omringende interstitium 200 mOsm/l.

In de binnenste zone van de medulla wordt de osmotische concentratie extra verhoogd door de circulatie van ureum, dat passief via het tubuli-epitheel binnenkomt. De accumulatie van ureum in de medulla hangt af van de verschillende permeabiliteit van de corticale verzamelbuizen en de verzamelbuizen van de medulla voor ureum. De corticale verzamelbuizen, de distale rechte tubulus en de distale gekronkelde tubulus zijn ondoordringbaar voor ureum. De verzamelbuizen van de medulla zijn zeer permeabel voor ureum.

Terwijl de gefilterde vloeistof vanuit de lis van Henle door de distale gekronkelde tubuli en corticale verzamelbuizen stroomt, neemt de ureumconcentratie in de tubuli toe door de reabsorptie van water zonder ureum. Nadat de vloeistof de verzamelbuizen van de medulla interna is binnengedrongen, waar de permeabiliteit voor ureum hoog is, komt de vloeistof in het interstitium terecht en wordt vervolgens teruggevoerd naar de tubuli in de medulla interna. De toename van de osmolaliteit in de medulla is te danken aan ureum.

Als gevolg van de genoemde processen neemt de osmotische concentratie toe van de cortex (300 mOsm/l) naar de nierpapil en bereikt deze 1200 mOsm/l, zowel in het lumen van het begin van het dunne opstijgende deel van de lis van Henle als in het omliggende interstitiële weefsel. De corticomedullaire osmotische gradiënt, gecreëerd door het tegenstroomvermenigvuldigingssysteem, bedraagt dus 900 mOsm/l.

Een extra bijdrage aan de vorming en instandhouding van de longitudinale osmotische gradiënt wordt geleverd door de vasa recta, die de loop van de lis van Henle volgen. De interstitiële osmotische gradiënt wordt in stand gehouden door de effectieve afvoer van water via de opstijgende vasa recta, die een grotere diameter hebben dan de afdalende vasa recta en bijna twee keer zo talrijk zijn. Een uniek kenmerk van de vasa recta is hun permeabiliteit voor macromoleculen, wat resulteert in een grote hoeveelheid albumine in de medulla. Eiwitten creëren interstitiële osmotische druk, wat de waterreabsorptie bevordert.

De uiteindelijke concentratie van urine vindt plaats in de verzamelbuizen, waarvan de permeabiliteit voor water verandert afhankelijk van de concentratie uitgescheiden ADH. Bij hoge ADH-concentraties neemt de permeabiliteit van het membraan van de verzamelbuiscellen voor water toe. Osmotische krachten zorgen ervoor dat water vanuit de cel (door de basale membraan) naar het hyperosmotische interstitium stroomt, wat zorgt voor egalisatie van de osmotische concentraties en het ontstaan van een hoge osmotische concentratie van de uiteindelijke urine. Bij afwezigheid van ADH-productie is de verzamelbuis praktisch ondoordringbaar voor water en blijft de osmotische concentratie van de uiteindelijke urine gelijk aan de concentratie van het interstitium in de niercortex; er wordt dus isoosmotische of hypoosmolaire urine uitgescheiden.

De maximale verdunning van de urine hangt dus af van het vermogen van de nieren om de osmolaliteit van de tubulaire vloeistof te verlagen door het actieve transport van kalium-, natrium- en chloride-ionen in het opstijgende deel van de lis van Henle en het actieve transport van elektrolyten in de distale tubulus contortus. Als gevolg hiervan wordt de osmolaliteit van de tubulaire vloeistof aan het begin van de verzamelbuis lager dan die van bloedplasma en bedraagt 100 mOsm/l. Bij afwezigheid van ADH, met aanvullend transport van natriumchloride vanuit de tubuli in de verzamelbuis, kan de osmolaliteit in dit deel van het nefron afnemen tot 50 mOsm/l. De vorming van geconcentreerde urine hangt af van de aanwezigheid van een hoge osmolaliteit van het interstitium in de medulla en de productie van ADH.