H 12 quiz alng.docx
HOOFDSTUK 12: HET URINEWEGSTELSEL
INTRODUCTIE
Druppel voor druppel - langzaam maar zeker - maken de nieren urine aan. Minuten of zelfs uren gaan voorbij terwijl de urineblaas zich langzaam vult. Uiteindelijk, hoewel je er niet eerder aan gedacht had, komt de gedachte in je op dat je naar het toilet moet, en al snel kun je aan weinig anders meer denken. We zijn ons soms bewust van onze hartslag, we kunnen bewust onze spierbewegingen controleren, en we zijn vaak bezig met onze maag, vooral als die leeg is. Maar denken we wel eens aan onze nieren? Het zijn vergeten organen, weggestopt achterin de buikholte. Met urine als hoofdproduct hebben de nieren misschien geen glamoureuze functie. Urine zelf dient geen doel; het is gewoon het eindproduct van de regulering van het interne milieu, het weggegooide afval. Maar onderschat het belang van je nieren niet; zij zorgen voor de constantheid van enkele van de meest kritische componenten van het interne milieu.
Zonder je nieren zouden de cellen waaruit je lichaam bestaat, verdrinken in een opkomende vloed van giftige afvalstoffen. Het kan een week of twee duren, maar je zou toch dood zijn.
12.1 HET URINAIRE SYSTEEM REGELT DE LICHAAMSVLOEISTOFFEN
Als een terugkerend thema in de fysiologie hebben we homeostase besproken in termen van het reguleren van de lichaamstemperatuur, de bloeddruk en andere gecontroleerde variabelen in verband met de functies van orgaansystemen.
Excretie verwijst naar processen die afvalstoffen en overtollige materialen uit het lichaam verwijderen. Laten we kort de uitscheidingsorganen en - systemen bekijken die betrokken zijn bij het beheer van metabolische afvalstoffen en het handhaven van de homeostase van water en vaste stoffen (figuur 12.1).
Het spijsverteringsstelsel voorziet het lichaam van voedingsstoffen en water, en scheidt voedselresten uit. De longen nemen zuurstof op en scheiden koolstofdioxide uit. De huid voert warmte af en verliest water en zout, vooral als we transpireren. De lever vernietigt of inactiveert talrijke stoffen, waarvan sommige als gal in de ontlasting worden uitgescheiden, Maar de belangrijkste organen bij het handhaven van de homeostase van de lichaamsvloeistoffen zijn de nieren. Het urinaire systeem bestaat uit de nieren, de urineleiders, de blaas en de urinebuis. De twee nieren produceren urine. De andere onderdelen van het urinaire systeem transporteren en slaan de urine op totdat deze uit het lichaam wordt verwijderd.
Urine bestaat voornamelijk uit water en opgeloste stoffen. Tot de opgeloste stoffen behoren verschillende ionen, geneesmiddelen, vitaminen, giftige chemicaliën en vrijwel alle kleine afvalmoleculen die ergens in het lichaam worden geproduceerd. Maar de nieren doen veel meer dan alleen vloeibaar afval afvoeren. Ze regelen ook zorgvuldig hoeveel water en zout er van minuut tot minuut uit het lichaam wordt uitgescheiden om de homeostase van het vochtvolume en de samenstelling reguleren. Met name de drie klassen van essentiële voedingsstoffen (koolhydraten, lipiden en eiwitten) komen normaal gesproken niet in de urine voor. De nieren houden essentiële voedingsstoffen vast en laten het beheer ervan over aan andere organen.
Water is de meest voorkomende molecule in uw lichaam en vertegenwoordigt ongeveer 60% van het lichaamsgewicht. Normaal gesproken wisselt u ongeveer 2½ liter water per dag uit met de externe omgeving (tabel 12.1). We consumeren het meeste water in voedsel en dranken, maar we produceren ook ongeveer 300 milliliter als
onderdeel van het celmetabolisme. Ondertussen verliezen we gestaag water door verdamping van longen en huid (zweet niet meegerekend) en door ontlasting.
De homeostase wordt alleen gehandhaafd wanneer de wateropname gelijk is aan de waterafgifte, zoals in tabel 12.1. Maar u weet uit ervaring dat de wateropname enorm kan variëren. Wanneer u veel
water inneemt of ernstig uitgedroogd raakt op een warme dag, is het aan de nieren om het overtollige water uit te scheiden of om zoveel mogelijk water te bewaren. De nieren hebben een enorm vermogen om de waterafscheiding naar behoefte aan te passen, van minimaal ongeveer 1/2 liter per dag tot bijna 1 liter per uur.
Weetje: Kameel: veel vet in bult -> kan lang zonder water want vet zorgt ook voor metabolisch water
De nieren regelen niet alleen de waterhuishouding, maar ook een breed scala aan vaste stoffen. De voornaamste door de nieren uitgescheiden stoffen zijn stikstofhoudende afvalstoffen, overtollige ionen en variabele hoeveelheid van andere stoffen.
Het normale metabolisme van eiwitten laat ons achter met overtollig stikstofhoudend afval, wat via de nieren moet worden uitgescheden. Het metabolisme van eiwitten maakt aanvankelijk ammoniak (afkomstig van stikstof in de aminogroep) vrij. Ammoniak is giftig voor cellen, maar de lever kan deze neutraliseren door snel twee ammoniakmoleculen te combineren met een molecuul koolstofdioxide tot ureum plus water. Het grootste deel van het ureum wordt uitgescheiden door de urinewegen.
Tientallen verschillende ionen worden in overmaat opgenomen met voedsel of komen vrij uit voedingsstoffen tijdens de stofwisseling. De meest voorkomende ionen in het lichaam zijn natrium (Na) en chloor (CI), die beide belangrijk zijn voor de bepaling van het volume van de extracellulaire vloeistoffen, waaronder het bloed. Het volume van het bloed beïnvloedt op zijn beurt de bloeddruk. Andere belangrijke ionen zijn kalium (K), dat de elektrische lading over de membranen in stand houdt; calcium (Ca), belangrijk voor de zenuw- en spieractiviteit; en waterstof (H), dat het zuur- base-evenwicht in stand houdt. De nieren regelen de urine-uitscheiding van deze ionen om de homeostase van al deze stoffen in stand te houden.
Traceerbare hoeveelheden van vele andere stoffen worden door de nieren uitgescheiden in directe verhouding tot de snelheid waarmee die stoffen worden geproduceerd. Hiertoe behoren creatinine, een afvalproduct dat ontstaat bij de stofwisseling van creatinefosfaat (een energiebron in de spieren), en verschillende afvalproducten die de urine zijn karakteristieke gele kleur geven.
12.2 ORGANEN VAN HET URINEWEGSTELSEL
Het urinewegstelsel bestaat uit de nieren, de urineleiders, urineblaas en urinebuis (figuur 12.2a). De primaire organen zijn de nieren; de andere drie organen bewaren en transporteren slechts de door de nieren geproduceerde urine. De nieren zijn verantwoordelijk voor de uitscheiding van metabolische afvalstoffen (vooral ureum), het handhaven van de water- en zoutbalans, en het regelen van de productie van rode bloedcellen. Bovendien dragen zij bij tot de activering van vitamine D en tot de regeling van het zuur-base-evenwicht en de bloeddruk. Hoe deze functies worden vervuld, wordt later besproken, nadat we de structuren van het urinewegstelsel hebben bekeken.
De nieren bevinden zich aan weerszijden van de wervelkolom, bij de achterste lichaamswand. Elke nier is een donker roodbruin orgaan, ongeveer zo groot als een vuist en in de vorm van een nierboon. Een nierslagader en een nierader verbinden elke nier naar respectievelijk de aorta en de inferieure vena cava (renaal komt van het Latijnse woord ren, dat "nier" betekent). Gezien in een lengtedoorsnede (figuur 12.2b) bestaat elke nier uit binnenste piramidevormige zones van dicht weefsel (nierpiramiden (renal pyramids) genoemd) die de medulla vormen en een buitenste zone die
de cortex wordt genoemd. In het midden van de nier bevindt zich een holle ruimte, het nierbekken, waar de urine zich verzamelt nadat deze is gevormd.
Bij nadere beschouwing van een doorsnede van de niercortex en het merg blijkt dat deze lange, dunne buisvormige structuren bevat, nefronen genaamd (figuur 12.2c). De nefronen hebben een gemeenschappelijk eindgedeelte, wat het verzamelkanaal (collecting duct) genoemd, waardoor urine wordt afgegeven aan het nierbekken
Het nierbekken van elke nier is doorlopend met een ureter, een gespierde buis die de urine naar de blaas transporteert (figuur 12.2). Peristaltische golven van gladde spiercontractie, die elke 10-15 seconden optreden, verplaatsen de urine uit de nieren langs de 10-inch lengte van de urineleiders naar de blaas.
De urineblaas slaat de urine op (figuur 12.3). De blaas bestaat uit drie lagen gladde spieren die aan de binnenkant bekleed zijn met epitheelcellen. Gewoonlijk kan de blaas ongeveer 600-1.000 ml urine bevatten, hoewel zo'n groot volume een ongemakkelijk gevoel kan geven. Vrouwen hebben doorgaans een kleinere blaascapaciteit dan mannen, omdat hun blaas enigszins wordt samengedrukt door de nabijgelegen baarmoeder. Mannen die ouder worden: neiging om de prostaatklier te hypertrofieren en dan knelt die de ureter een beetje dicht en de blaas kan dus minder goed geleegd worden -> zorgt voor spanning dus regelmatiger plassen. Micturitie: momenten van urinelozing bij kinderen door reflexwerking -> zindelijkheid: bewuste controle erover
Tijdens het urineren gaat de urine door de urinebuis (urethra), een enkele gespierde buis die zich uitstrekt van de blaas naar de externe opening van het lichaam. Tot dan wordt het legen van de blaas voorkomen door de interne urethrale sluitspier, waar de blaas samenkomt met de urethra of urinebuis, en de externe urethrale sluitspier verderop in de urethra. De urethra is ongeveer 8 cm lang bij mannen en ongeveer 1,5 cm bij vrouwen (figuur 12.3).
Oefening: Een vrouw bezoekt haar arts en klaagt over symptomen van een branderig gevoel bij het plassen. De dokter vraagt of ze ook rugpijn heeft. Waarom vroeg de dokter naar rugpijn?
12.3 DE INWENDIGE STRUCTUUR VAN EEN NIER
Elke nier bevat ongeveer een miljoen kleine functionele eenheden die nefronen worden genoemd (van het Griekse woord voor "nier", nephros). Een individueel nefron bestaat uit een dunne, holle buis van epitheelcellen, een tubulus genaamd, plus de bloedvaten die de tubulus voeden. De functie van het nefron is het produceren van urine. De nefronen halen echter niet alleen de afvalmoleculen uit het bloed en scheiden ze uit. In plaats daarvan verwijderen ze elke dag ongeveer 180 liter vocht uit het bloed (ongeveer 2½ keer je
lichaamsgewicht) en geven dat dan bijna allemaal terug aan het bloed, waarbij slechts een kleine hoeveelheid vocht achterblijft in de tubulus om als urine te worden uitgescheiden.
Figuur 12.4 toont het buisvormige deel van een nefron. Het nefron begint met een bekertje weefsel dat lijkt op een leeggelopen bal met één kant naar binnen geduwd, het glomerulaire kapsel (ook wel het kapsel van Bowman genoemd). Het glomerulaire kapsel omsluit een netwerk van haarvaten, de glomerulus, dat deel uitmaakt van de bloedvoorziening van het nefron.
Het proces van urinevorming begint wanneer plasmavocht wordt gefilterd uit de haarvaten van de glomerulus en in de ruimte tussen de twee lagen van het glomerulaire kapsel. Vanaf het glomerulaire kapsel loopt de tubulus verder als een lange, dunne buis met vier verschillende gebieden:
de proximale tubulus, de lus van Henle, de distale tubulus en de opvangbuis. De proximale tubulus (proximaal betekent "het dichtst bij") begint bij het glomerulaire kapsel in de cortex en eindigt in het medulla. De haarspeldvormige lus van Henle (lus van het nefron) strekt zich uit in het medulla als een afdalende ledemaat en loopt dan terug omhoog als de opgaande ledemaat. Nadat hij het glomerulaire kapsel is gepasseerd, wordt de tubulus de distale tubulus genoemd (distaal betekent "verder weg van"). Tenslotte komen de distale tubuli van tot wel duizend nefronen samen tot een verzamelkanaal. Het verzamelkanaal loopt van de cortex door de medulla naar het nierbekken.
Figuur 12.5 geeft een nadere blik op de bloedvaten die de nefronen bedienen. De nierslagader die een nier voedt, vertakt zich vele malen om de miljoen nefronen te bedienen. Uiteindelijk wordt elk nefron door één arteriole gevoed, de afferente arteriole (afferent betekent "gericht op"). De afferente arteriole komt een glomerulair kapsel binnen en splitst zich vervolgens vele malen om het netwerk van capillairen te vormen dat de glomerulus. Hier worden plasmavocht en vaste stoffen uit het bloed in de kapselruimte gefilterd.
De glomerulaire capillairen komen weer samen en worden de efferente arteriole (efferent betekent "weg gericht"), die gefilterd bloed uit de glomerulus vervoert. De efferente arteriole splitst zich weer op in een ander capillair netwerk dat de proximale en distale tubuli in de cortex omgeeft, de zogenaamde peritubulaire capillairen (peri- betekent "rondom"). De peritubulaire capillairen verwijderen water, ionen en voedingsstoffen, die weer worden opgenomen door de proximale en distale tubuli. De efferente arteriolen van enkele nefronen dalen af in het medulla en splitsen zich in lange, dunne haarvaten, de vasa recta (Latijn voor "rechte vaten"), die de lus van Henle en het opvangkanaal bevoorraden. Uiteindelijk stroomt het gefilterde bloed in steeds grotere aders die uitgroeien tot de enkele nierader die naar de vena cava inferior leidt.
12.4 VORMING VAN URINE: FILTRATIE, REABSORPTIE EN SECRETIE
Zoals gezegd regelt het urinaire systeem de uitscheiding van water en ionen om een homeostase van vochtvolume en - samenstelling te bereiken. Het scheidt bepaalde afvalstoffen uit en houdt tegelijkertijd kostbare voedingsstoffen. Hoe selecteren de nieren wat en hoeveel ze uitscheiden in de urine? Bij de vorming van urine zijn drie processen betrokken (figuur 12.6)
Glomerulaire filtratie. De verplaatsing van een eiwitvrije oplossing van vocht en oplosmiddelen uit de glomerulus in de ruimte binnen het glomerulaire kapsel.
Tubulaire reabsorptie. De terugkeer van de meeste vloeistof en vaste stoffen naar de peritubulaire capillairen
Tubulaire secretie. De toevoeging van bepaalde vaste stoffen uit de peritubulaire capillairen of vasa recta aan de tubulus.
De vloeistof en opgeloste stoffen die in de tubulus achterblijven, vormen de urine, die uiteindelijk wordt uitgescheiden. Omdat er geen materie wordt aangemaakt of vernietigd, is de hoeveelheid van elke in de urine uitgescheiden stof gelijk aan de gefilterde hoeveelheid, min de hoeveelheid die weer in het bloed wordt opgenomen, plus de hoeveelheid die in de tubulus wordt uitgescheiden:
gefilterd - opnieuw opgenomen + secretie (beweging van stoffen in lichaam) = uitgescheiden (weg uit lichaam)
Oefening: Leg uit waarom het logisch is dat sommige stoffen die worden gefilterd (zoals water, zout, glucose en aminozuren) bijna volledig worden gereabsorbeerd, maar andere niet of nauwelijks (geneesmiddelen, afvalstoffen), overtollige waterstofionen, etc.).
Urinevorming begint met glomerulaire filtratie, het proces waarbij een grote hoeveelheid eiwitvrije plasma uit de glomerulaire capillairen in de glomerulaire gang wordt gefilterd. De titratiebarrière bestaat uit twee celtypen aangepaste buisvormige epitheelcellen, podocyten genaamd, die het buitenoppervlak van de capillairen overschrijden en omgeven, en de capillaire cellen zelf (figuur 12.7a) Vloeistof passeert eerst door poriën in de capillaire cellen (figuur 12.7b) en vervolgens door minuscule spleten tussen cytoplasmatische extensies van de podocyten om de glomerulaire ruimte binnen te gaan.
De podocyten en de glomerulaire capillaire cellen zijn als de zeef die wordt, ze zijn zeer gespecialiseerd in het filteren van een groot volume vloeistof. Samen zijn ze bijna 100 keer meer doorlaatbaar voor water en kleine vaste stoffen dan de haarvaten in de meeste andere vaatbedden. Ze zijn echter ook zeer selectief; ze zijn minder permeabel dan andere haarvaten voor grote eiwitten en hele cellen. Bijgevolg bevat de gefilterde vloeistof, het zogenaamde glomerulaire filtraat, water en alle kleine vaste stoffen in dezelfde concentratie als in bloedplasma, maar het bevat geen grote eiwitten of bloedcellen.
De twee nieren produceren samen ongeveer een half kopje glomerulair litraat per minuut, maar liefst 180 liters per dag. Zet die hoeveelheid af tegen de dagelijkse urine-uitscheiding van ongeveer 1,5 liter, en je ziet hoe efficiënt de nieren zijn in het reabsorberen van gefilterde substanties.
Glomerulaire filtratie wordt aangedreven door een hoge bloeddruk in de glomerulaire haarvaten - ongeveer twee keer zo hoog als in enig ander haarvat. De reden dat de glomerulaire capillaire druk zo hoog is, is dat de efferente arteriole veel nauwer is dan de afferente arteriole. Door de combinatie van een hoge druk in de glomerulaire capillairen en hun lekheid kunnen grote hoeveelheden plasmavocht uit de capillairen worden gefilterd en in de glomerulaire ruimte terechtkomen. De nieren zelf hoeven geen energie te verbruiken om het filtraat te produceren. De filtratiesnelheid wordt op twee manieren geregeld:
-In rusttoestand geven drukgevoelige cellen in de arteriolen en cellen in de tubuluswanden chemische stoffen af die de diameter van de afferente arteriolen aanpassen. Deze lokale feedbackmechanismen houden de glomerulaire filtratiesnelheid relatief constant, waardoor de nieren hun regulerende functies kunnen uitvoeren.
-In tijden van stress (zoals na bloedverlies of tijdens het lopen van een marathon) vernauwt de sympathische afdeling van het autonome zenuwstelsel afferente en efferente arteriolen, waardoor de bloedstroom en de snelheid van glomerulaire filtratie en urinevorming afnemen. Deze vernauwing is slechts een onderdeel van de normale mechanismen om in tijden van nood de bloedstroom te herverdelen naar meer kritische organen. De nieren blijven ongedeerd omdat zij geen hoge bloedstroom nodig hebben om te overleven. In feite is een vermindering van de urinevorming en het waterverlies precies wat in zulke tijden nodig is.
Als de delicate zeefachtige structuur van de glomerulaire capillairen wordt verstoord, kunnen eiwitten de filtratiebarrière passeren en in de tubulusvloeistof terechtkomen. Dit wordt proteïnurie genoemd, het verschijnen van eiwitten in de urine. Aanhoudende proteïnurie is een teken van glomerulaire schade, misschien door toxines of aanhoudende hoge bloeddruk. Tijdelijke proteïnurie kan echter voorkomen na zware inspanning, zelfs bij gezonde mensen. De reden hiervoor is onbekend, maar het is mogelijk dat de verminderde nierdoorbloeding tijdens het sporten ervoor zorgt dat het bloed langer in contact blijft met de glomerulaire barrière, waardoor meer plasma-eiwitten doorlekken. Proteïnurie door inspanning is niet gevaarlijk en verdwijnt binnen een dag of zo.
TUBULAIRE REABSORPTIE BRENGT GEFILTERD WATER EN OPGELOSTE STOFFEN TERUG IN HET BLOEDTubulaire reabsorptie, de tweede stap in de vorming van urine, brengt gefilterd water en opgeloste stoffen uit de tubulus terug in het bloed van de peritubulaire haarvaten of vasa recta. Terwijl het filtraat door de tubulus stroomt, worden de belangrijkste voedingsstoffen bijna volledig gereabsorbeerd - alle gefilterde glucose, aminozuren en bicarbonaat, en meer dan 99% van het water en natrium. Ongeveer 50% van het ureum wordt ook gereabsorbeerd. Het eindproduct - urine - bevat net genoeg water en natrium om de dagelijkse nettotoename uit alle andere bronnen te compenseren, het equivalent van alle ureum dat in één dag wordt
geproduceerd, en sporen van andere ionen en afvalstoffen. Sommige afvalproducten, zoals creatinine, worden helemaal niet gereabsorbeerd zodra ze gefilterd zijn (tabel 12.2). De meeste tubulaire reabsorptie vindt plaats in de proximale tubulus, waarbij de fijnafstemming en regulering van de reabsorptie wordt overgelaten aan de meer distale gebieden. Een goed voorbeeld is water. De proximale tubulus neemt altijd ongeveer 65-70% van het water op, en de lus van Henle nog eens 25%, beide volledig ongeregeld. De distale tubulus en collecting duct reabsorberen samen minder dan 10%, maar toch is het hier dat de waterafscheiding effectief wordt geregeld.
Om te worden gereabsorbeerd, moeten stoffen de laag epitheelcellen van de proximale tubuli passeren om de
bloedcapillairen te bereiken. Net als de epitheelcellen van het spijsverteringskanaal hebben proximale tubuli een "borstelrand" van microvilli die de oppervlakte vergroot. In proximale tubulicellen zijn de microvilli naar het lumen (de binnenkant) gericht (figuur 12.8). Het proces van reabsorptie van water, vaste stoffen en voedingsstoffen uit het filtraat begint in de proximale tubulus.
Reabsorptie in de proximale tubulus (figuur 12.9) is een aaneenschakeling van gebeurtenissen, die alle afhankelijk zijn van slechts één actieve stap:
het actieve transport van natrium uit de proximale tubulaire cel aan de capillaire zijde.
Van daaruit gaan de natriumionen diffunderen in een capillair. Dat actieve transport van natrium uit de proximale tubuluscel zet op zijn beurt
een concentratiegradiënt op die de gefaciliteerde diffusie van natrium uit het tubulaire lumen in de proximale tubuluscel bevordert. Samen resulteren deze stappen in de reabsorptie van natrium uit het filtraat terug in het bloed. Maar dat is nog maar het begin. Omdat natrium een positief geladen ion is,
drijft zijn diffusie in de cel de diffusie van chloride door de tubulaire cel aan. (Negatieve ladingen moeten positieve volgen om elektrische neutraliteit te behouden.) En omdat natrium en chloride ook osmotische deeltjes zijn,
veroorzaakt hun diffusie een concentratiegradiënt voor water die ook de reabsorptie van water door diffusie bevordert. Tenslotte wordt de gefaciliteerde diffusie van natrium naar binnen over het luminale celmembraan gebruikt als energiebron voor
het secundaire actieve transport (ook wel co-transport genoemd) van glucose en aminozuren naar de cel.
Eenmaal in de cel diffunderen de glucose en aminozuren naar de interstitiële vloeistof en uiteindelijk naar de peritubulaire capillairen. (het transport van natrium zorgt ervoor dat glucose en aminozuren kunnen worden getransporteerd -> daarom kruisje op de tekening)
De sleutel tot het hele proces is het actieve transport van natrium (Na) over het tubulaire celmembraan aan de capillaire zijde van de cel. Voor deze stap is energie nodig in de vorm van ATP. Het actieve natriumtransport houdt de intracellulaire natriumconcentratie laag, waardoor natrium vanaf de luminale zijde in de cel kan diffunderen. Negatief geladen chloride-ionen volgen om de elektrische neutraliteit te handhaven, en water volgt om het osmotisch evenwicht te handhaven. Tenslotte wordt de diffusie van natrium over het luminale membraan gebruikt als energiebron voor de reabsorptie van glucose en aminozuren.
Merk op dat de reabsorptie van water, zout, glucose en aminozuren in de proximale tubulus allemaal afhankelijk is van slechts één metabolisch energieverbruikend proces: het primaire actieve transport van natrium uit de tubulaire epitheelcel. Reabsorptie in de meer distale gebieden van de tubulus, hoewel in mindere mate, is ook afhankelijk van het actieve transport van natrium als de energievebruikende stap.
Enkele stoffen ondergaan een beweging in een tegengestelde richting van tubulaire reabsorptie. Tubulaire secretie is de beweging van stoffen uit de capillairen (hetzij peritubulaire capillairen of vasa recta) naar het lumen van de tubulus. Tubulaire secretie is een mechanisme om ongewenste stoffen uit het bloed te verwijderen en uit te scheiden in de urine, bovenop de hoeveelheden die al in de urine zitten door filtratie. (Stoffen die via tubulaire secretie worden uitgescheiden, worden doorgaans niet opnieuw opgenomen in de proximale tubuli). Tubulaire secretie kan plaatsvinden door actief transport of passieve diffusie, afhankelijk van de stof die wordt uitgescheiden.
Tubulaire secretie speelt een cruciale rol bij het verwijderen van bijna alle bepaalde chemische stoffen uit het bloed, waaronder toxische en vreemde stoffen en geneesmiddelen. De lijst van stoffen die in de tubulus worden uitgescheiden omvat penicilline, cocaïne, marihuana, veel conserveringsmiddelen en sommige pesticiden. Merk op dat de nieren niet altijd bepalen welke vreemde stoffen eigenlijk goed voor ons zijn. De meeste tubulaire secretie vindt plaats in de distale tubulus, niet in de proximale tubulus.
Sommige stoffen die van nature in het lichaam voorkomen worden gecontroleerd door tubulaire secretie, juist om normale homeostatische niveaus te handhaven. De proximale tubulus scheidt waterstof (H) en ammonium (NH) af om het zuur-base evenwicht van het lichaam te regelen, en de distale tubulus scheidt kalium (K) af om mineraalniveaus op een gezond niveau te houden.
12.5 HET PRODUCEREN VAN VERDUNDE OF GECONCENTREERDE URINE
Uw nieren kunnen urine produceren die meer verdund of meer geconcentreerd is dan plasma. Met andere woorden, de nieren kunnen water bewaren als er een tekort is en het afvoeren als er te veel is. Dit vermogen hangt af van een hoge concentratie oplosmiddelen in het niermerg, gekoppeld aan het vermogen om de waterdoorlaatbaarheid van de opvangkanalen naar behoefte te veranderen. Dit gebeurt door de concentratie van het hormoon antidiuretisch hormoon (ADH) uit de achterste hypofyse te variëren (zie hoofdstuk 10). ADH verhoogt de permeabiliteit van de verzamelbuis voor water: Hoe dit het volume en de concentratie van de urine regelt, wordt hierna beschreven.
Als je snel een groot glas water drinkt, wordt heel het water opgenomen door je spijsverteringsstelsel en komt het in je bloed terecht, waardoor je bloedvolume toeneemt en de concentratie van ionen in bloed en lichaamsvloeistoffen afneemt. Het meeste water komt in je cellen terecht. Om osmotische zwelling en schade aan cellen te voorkomen, passen de nieren het proces van urinevorming aan, zodat u minder water opnieuw opneemt en verdunde urine produceert. Figuur 12.10a illustreert dit proces. Het proces van de vorming van verdunde begint de dalende tak van de lus van Henle.
De afdalende lus is zeer doorlaatbaar voor water (is ook veel dunner hierdoor). Omdat de opgeloste concentratie in de interstitiële vloeistof hoger is dan in het lumen, diffundeert water uit de lus, in de interstitiële vloeistof en uiteindelijk in het bloed. Dit heeft tot gevolg dat de overblijvende vloeistof meer geconcentreerd wordt.
Wanneer de vloeistof de haarspeldbocht van de lus omdraait, zal de permeabiliteit van de tubulus veranderen. Het eerste deel van de opstijgende lidmaat is permeabel voor NaCl en ureum, maar niet voor water. Omdat er zoveel water was verwijderd in de dalende ledemaat, zal de natriumconcentratie in de opstijgende lidmaat nu hoger zijn dan in de interstitiële vloeistof van het medulla. Door de verandering in permeabiliteit kan NaCl nu uit de opstijgende ledemaat diffunderen naar de interstitiële vloeistof van de medulla.
Ondertussen diffundeert ureum vanuit de verzamelbuis in de opgaande lus. De concentratie van ureum in het diepste (binnenste) gedeelte van de medulla is in feite vrij hoog, omdat ureum wordt gereabsorbeerd uit het opvangkanaal. Met andere woorden, ureum recycleert – van de verzamelbuis naar het opgaand deel van de lus van Henle, en weer terug naar de verzamelbuis. Door deze kringloop van de verzamelkanalen kunnen de ureumconcentraties in de interstitiële vloeistof van de medulla veel hoger worden dan in het bloedplasma.
Het laatste deel van de opgaande lijn van de lus van Henle wordt ondoorlaatbaar voor zout, ureum en water, zodat er geen passieve diffusie plaatsvindt. Dit deel van de opgaande lus transporteert echter actief natriumchloride (zout) naar de interstitiële vloeistof via een proces waarvoor energie nodig is in de vorm van ATP. Bijgevolg neemt de interstitiële vloeistof vaste stoffen op, terwijl de resterende vloeistof in de tubulus verdunt.
Actieve zoutreabsorptie zonder reabsorptie van water gaat door in de distale tubulus en het opvangkanaal.
Tegen de tijd dat het buisvocht het einde van het opvangkanaal bereikt, is het een zeer verdunde oplossing van veel water, een beetje ureum en heel weinig zout. Je moet misschien vaak plassen als je een zeer verdunde urine vormt, omdat je nieren meer dan een liter urine per uur produceren.
Oefening: Als de lus van Henle zou worden verwijderd, d.w.z. als de proximale tubulus rechtstreeks verbonden zou zijn met de distale tubulus, zou de nier dan nog steeds in staat zijn verdunde urine te produceren?
Verzamelbuis: water zou kunnen uitlaten maar de doorlaatbaarheid van hier voor water wordt door hormonen gereguleerd -> ‘s nachts wordt er bvb altijd meer water uit urine gehaald (daarom is urine in de ochtend zo donker) -> antiduretisch hormoon
Soms is te weinig water ons probleem, misschien door transpiratie of door het leven in een droog klimaat. Minder water in het bloed betekent een lager bloedvolume, een dalende bloeddruk en een risico op uitdroging van de lichaamscellen. Opnieuw compenseren je nieren, dit keer door meer water te heropnemen. Het resultaat is een meer geconcentreerde urine. We plassen minder als we uitgedroogd zijn, omdat de nieren meer water van het glomerulaire filtraat opnieuw opnemen dan normaal (figuur 12.10b). De vorming van geconcentreerde urine is vergelijkbaar met de vorming van verdunde urine totdat de tubulaire vloeistof het opvangkanaal bereikt. In aanwezigheid van ADH is het verzamelkanaal zeer doorlaatbaar voor water, en dus wordt water gereabsorbeerd door passieve diffusie wanneer de verzamelbuis door het binnenste merg loopt. Bijgevolg wordt slechts een klein volume sterk geconcentreerde urine uitgescheiden.
12.6 URINEREN IS AFHANKELIJK VAN EEN REFLEX
Urineren hangt af van een neurale reflex, de mictiereflex. Hierbij zijn de twee urethrale sluitspieren en de blaas betrokken. De interne urethrale sluitspier, die bestaat uit gladde spieren, ligt in het verlengde van de gladde spieren van de blaas. Hij blijft samengetrokken, tenzij de blaas wordt geleegd. De externe urethrale sluitspier is een skeletspier en staat daarom onder vrijwillige controle. Normaal gesproken wordt de externe urethrale sluitspier gesloten door tonische activiteit van somatische motorneuronen, gecontroleerd door de hersenen. Wanneer de blaas zich vult met een kopje (ruwweg 250 ml) of meer urine, begint hij uit te rekken. Het uitrekken stimuleert sensorische zenuwen, die signalen sturen naar het ruggenmerg. De zenuwen in het ruggenmerg zetten een onvrijwillige (parasympathische autonome) reflex in gang die de gladde spieren van de blaas samentrekt en de interne urethrale sluitspier ontspant.
De input van de rekreceptor gaat ook naar de hersenen, die de activiteit van de somatische motorneuronen van de externe urethrale sluitspier verminderen, zodat deze zich kan ontspannen en de urine kan doorstromen.
Mensen hebben meestal niet de mogelijkheid om te plassen als de drang toeslaat. Gelukkig kunnen de hersenen de mictiereflex vrijwillig opheffen door de activiteit van de somatische zenuwen die de externe urethrale sluitspier aansturen te verhogen. Hierdoor wordt het plassen uitgesteld, zo nodig voor langere tijd. Wanneer we uiteindelijk besluiten om te plassen, wordt de activiteit van de somatische zenuwen uitgeschakeld, ontspant de externe urethrale sluitspier en wordt er geplast. Het vrijwillig voorkomen van urineren wordt steeds moeilijker naarmate de blaas zijn maximale capaciteit nadert.
Oefening: Wanneer een nier veel urine produceert (figuur 12.10a), verbruikt hij dan meer energie (werkt hij harder) dan wanneer het urinevolume laag is (figuur 12.10b)? Leg uit.
12.7 DE NIEREN DRAGEN OP VELE MANIEREN BIJ TOT DE HOMEOSTASE
De nieren zijn veel meer dan alleen de organen die urine produceren. Zoals eerder gezegd, spelen ze ook andere belangrijke rollen in het lichaam. De nieren:
dragen bij tot het behoud van de waterbalans
dragen bij tot het behoud van de zoutbalans
scheiden een enzym af dat betrokken is bij de controle van het bloedvolume en bloeddruk
handhaven zuur-base evenwicht en pH van het bloed
regelen de productie van rode bloedcellen
een inactieve vorm van vitamine D activeren
De nieren zijn verantwoordelijk voor het handhaven van de homeostase (door uitscheiding) van vrijwel elk type ion in het lichaam, aangezien ionen niet kunnen worden aangemaakt of vernietigd door metabole processen. Omdat de nieren hormonen afscheiden, zijn het ook endocriene organen. En door het vitamine D-molecuul chemisch te veranderen zodat het als vitamine kan functioneren, spelen ze ook een rol in het metabolisme. De rode draad in deze activiteiten is het handhaven van de homeostase.
Zoals eerder gezegd wordt het bloedvolume mede bepaald door de hoeveelheid water in het lichaam. Veranderingen in het bloedvolume zullen waarschijnlijk leiden tot parallelle veranderingen in de bloeddruk, dus is het belangrijk dat het bloedvolume binnen een tamelijk smal bereik wordt gehouden. Maar het is ook belangrijk dat de concentratie van oplosbare stoffen in het bloed constant wordt gehouden. Als de oplosbaarheidsconcentratie in het bloed constant wordt gehouden onder een grote variatie van omstandigheden, dan kan de controle van het bloedvolume worden bepaald door de regeling van de zoutbalans, zoals we hieronder zullen zien. De nieren, de hypothalamus van de hersenen en de achterste hypofyse van het endocriene systeem delen de functie van het handhaven van de waterbalans. Dit evenwicht wordt bereikt door een negatieve terugkoppeling waarbij het hormoon ADH betrokken is (figuur 12.11).
Wanneer de concentratie van oplosbare stoffen in het bloed stijgt (te weinig water in vergelijking met de hoeveelheid oplosbare stoffen in het bloed), zorgen de ADH-producerende neuronen in
de hypothalamus ervoor dat ADH wordt afgescheiden uit de hypofyse in het bloed. ADH circuleert naar de nieren, waar het de doorlaatbaarheid van de verzamelbuis voor water vergroot. Hierdoor kan meer water worden gereabsorbeerd, waardoor de hoeveelheid water die in de urine wordt uitgescheiden afneemt. Merk op dat een verhoogde reabsorptie van water door de nieren niet resulteert in een netto toename van water of een daling van de oplosbaarheidsconcentratie in het bloed. Dat komt omdat al het gereabsorbeerde water al in het bloed zat voordat het in de glomerulaire kapsel werd gefilterd. De stijging van de concentratie oplosbare stoffen in het bloed stimuleert echter niet alleen de ADH- secretie, maar geeft ook een gevoel van dorst en dus drinken we meer water. Het is het toegenomen water in dat uiteindelijk de solutieconcentratie in het bloed weer naar normaal doet dalen.
Normaal is er wat ADH in het bloed aanwezig. Hierdoor kan het controlemechanisme ook reageren op een teveel aan water. Wanneer er te veel water is en de oplosbaarheidsniveaus in het bloed dalen, geeft de hypothalamus de achterste hypofyse het signaal om de afscheiding van ADH te verminderen. De daling van de ADH-concentratie maakt de renale verzamelbuis minder doorlaatbaar voor water, zodat het teveel aan water wordt uitgescheiden. We hebben ook minder dorst als we al meer dan genoeg water hebben.
De term diurese verwijst naar een hoge urinestroom. Een diureticum is een stof die de vorming en uitscheiding van urine verhoogt. Diuretica, zoals furosemide (Lasix), worden voorgeschreven om het bloedvolume en de bloeddruk te verlagen bij bepaalde patiënten, zoals mensen met congestief hartfalen of hypertensie. Cafeïne is een mild diureticum omdat het de reabsorptie van natrium remt en als natrium wordt uitgescheiden neemt het water mee. Alcohol is ook een diureticum, maar via een ander mechanisme: het remt de afgifte van ADH. Het resultaat is dat de renale tubuli minder doorlaatbaar worden voor water, en meer water wordt uitgescheiden. Als u te veel alcohol drinkt, kunt u zich de volgende dag uitgedroogd en dorstig voelen.
De controle van het bloedvolume is sterk afhankelijk van de zoutbalans van het lichaam. De uitscheiding van natrium (zout) door de nieren wordt geregeld door aldosteron, een steroïdhormoon uit de bijnier. Aldosteron zorgt ervoor dat meer natrium wordt gereabsorbeerd uit de distale tubulus en het opvangkanaal, terug in het bloed. Hoge concentraties aldosteron zorgen ervoor dat bijna al het gefilterde natrium wordt gereabsorbeerd, zodat minder dan 50 milligram (0,05 gram) per dag in de urine wordt uitgescheiden. Bij lage niveaus van het hormoon kan wel 20-25 gram natrium per dag worden uitgescheiden. Als we bedenken dat de gemiddelde Noord-Amerikaan dagelijks ongeveer 10 gram natrium consumeert, zien we dat aldosteron meer dan voldoende controle over natriumuitscheiding biedt.
Oefening: Je hebt net een grote peper-en-kaas pizza gegeten met een enorme hoeveelheid natrium. (Je hebt nauwelijks iets gedronken, dus je bloeddruk verandert niet merkbaar). Zal dit je ADH en aldosteron niveaus doen stijgen of dalen? Wat zullen je nieren doen als reactie?
Gezien wat aldosteron doet, zouden we kunnen denken dat de concentratie ervan wordt bepaald door het natriumgehalte in het bloed. Dit is gedeeltelijk waar, want de natriumconcentratie in het bloed is een zwakke stimulans voor de secretie van aldosteron. De echte regelaar van de aldosteronafscheiding is echter het renine- angiotensinesysteem.
Het renine-angiotensinesysteem beantwoordt niet aan de klassieke definitie van een hormoon, omdat er niet één klier is die een hormoon in het bloed afgeeft. Voor de productie van een biologisch actief peptide hormoon (angiotensine II) die functioneren als een hormoon zijn veeleer drie verschillende organen nodig (nieren, lever en longen). Het renine- angiotensinesysteem is de belangrijkste hormonale regelaar van de bloeddruk en het bloedvolume, zowel direct (via vasoconstrictie) als indirect (via de secretie van aldosteron).
De controlerende component van het renine-angiotensinesysteem is een enzym dat renine heet. Renine wordt gesynthetiseerd en opgeslagen in gespecialiseerde cellen van de afferente arteriole in een gebied nabij de glomerulus dat het juxtaglomerulaire apparaat wordt genoemd (figuur 12.12), het gebied waar de afferente en efferente arteriolen in nauw contact staan met de distale tubulus. Wanneer de bloeddruk in de afferente arteriole daalt of wanneer de stroomsnelheid van de vloeistof in de tubulus in het gebied van het juxtaglomerulaire apparaat afneemt, wordt renine afgescheiden in het bloed van de afferente arteriole. Stimulatie van de sympathische zenuwen naar de nier verhoogt ook de afscheiding van renine.
Hoe de secretie van renine uiteindelijk leidt tot een terugkeer van een laag bloedvolume en een normale bloeddruk wordt geïllustreerd in figuur 12.13. Een daling van het bloedvolume voldoende om de bloeddruk te verlagen, een toename van de activiteit van de renale sympathische zenuwen of een afname van de vloeistofstroom in de niertubuli
zijn signalen aan de nieren om renine af te scheiden. In de bloedbaan hecht renine zich aan een grote inactieve eiwitmolecule, angiotensinogeen genaamd, en splitst deze in de lever. Het product van de splitsing van angiotensinogeen is een fragment van 10 aminozuren, angiotensine I genaamd.
Angiotensine I is biologisch inactief, maar wanneer het door de longen gaat, hakt een ander enzym, dat vooral in longweefsel voorkomt en angiotensine-converterend enzym (ACE) heet, er nog eens twee aminozuren af, waardoor een peptide van slechts acht aminozuren ontstaat, angiotensine II genaamd.
Angiotensine II is een biologisch actief peptide met verschillende belangrijke effecten. Ten eerste veroorzaakt angiotensine II vernauwing van kleine bloedvaten (voornamelijk arteriolen), waardoor de bloeddruk weer normaal wordt. Angiotensine II- geïnduceerde vasoconstrictie kan optreden binnen enkele minuten na de secretie van renine.
Bovendien is angiotensine II een krachtige stimulans voor de afgifte van aldosteron uit de bijnieren. Vanaf dit punt kent u al de werking van de andere betrokken hormonen; aldosteron zorgt ervoor dat de nieren meer zout opslaan, waardoor de concentratie oplosbare stoffen in het bloed toeneemt en ook de ADH-geïnduceerde waterretentie op gang komt. Over het geheel genomen leidt de verhoogde water- en zoutretentie door de nieren, in combinatie met water en zout in de voeding, tot een langzame maar zekere terugkeer van het bloedvolume naar normaal binnen enkele uren.
Historisch gezien leidde de kennis van de wijze waarop het renine-angiotensinesysteem de bloeddruk en het bloedvolume regelt, tot de ontwikkeling van een van de belangrijkste klassen geneesmiddelen voor de behandeling van hoge bloeddruk, de zogenaamde ACE-remmers. Zoals de naam al aangeeft, remmen ACE-remmers de werking van het angiotensine-converterend enzym in de longen. In aanwezigheid van ACE-remmers wordt de normale productie van angiotensine II geblokkeerd. Zonder angiotensine II daalt de aldosteronconcentratie, neemt de natrium- en wateruitscheiding door de nieren toe, en wordt het bloedvolume iets kleiner. Bovendien verwijden de bloedvaten zich (omdat de door angiotensine II veroorzaakte vaatvernauwing afneemt), zodat de bloeddruk daalt. Deze effecten zijn precies wat nodig is om hypertensie onder controle te krijgen.
Er is nog een andere regelaar van de renale natriumuitscheiding die geen verband houdt met aldosteron: een peptidehormoon dat atriaal natriuretisch hormoon (ANH) heet. (Een natriureticum is een stof die de uitscheiding van natrium verhoogt.) Wanneer de boezems van het hart worden uitgerekt door een te hoog bloedvolume, scheiden zij ANH af in de bloedstroom. ANH remt de natriumreabsorptie in de distale tubuli en verzamelbuizen van de nieren, wat leidt tot een verhoogde natriumuitscheiding. Nogmaals, ADH zorgt ervoor dat water het zout volgt om de concentratie oplosbare stoffen in het bloed op peil te houden. Kortom, het effect van ANH is tegengesteld aan dat van aldosteron; ANH beschermt het lichaam tegen zout- en waterovermaat, en aldosteron beschermt het lichaam tegen zout- en watertekort.
Oefening: Een man verliest een grote hoeveelheid bloed bij een ongeluk. Hoe zal dit de afscheiding van renine beïnvloeden, en wat zal er gebeuren in reactie?
Oefening: Waardoor stijgt de ADH? Stijgt het voor of na de andere getoonde gebeurtenissen in het diagram?
Onthoud dat zuren moleculen zijn die waterstofionen (H+) kunnen afstaan en basen moleculen die een waterstofion kunnen aannemen. Veel van de metabolische reacties van het lichaam genereren H+. Als ze niet worden geëlimineerd, zouden deze zuren zich ophopen - een gevaarlijke situatie, omdat de pH van het bloed binnen een relatief smal bereik van 7,35-7,45 moet blijven. Elke verandering in de pH van het bloed door meer dan een paar tienden van een eenheid buiten dit bereik kan fataal zijn De nieren nemen deel aan de handhaving van het zuur-base-evenwicht, een rol die zij delen met verschillende buffers in het lichaam en met de longen. De nieren doen dit op twee manieren:
Reabsorptie van gefilterd bicarbonaat. (Figuur 12.14a). Nierbuiscellen scheiden H+ uit in het tubulaire lumen. Het grootste deel van het afgescheiden H+ verbindt zich met bicarbonaat (HCO3-) dat door de glomerulus wordt gefilterd, waardoor water en kooldioxide (CO2) ontstaan. De CO2 en het water worden vervolgens weer in de cel opgenomen, waar ze weer uiteenvallen in H+ en HCO3-. Het H+ wordt weer uitgescheiden, maar het HCO3- diffundeert in het bloedcapillair. In feite is de secretie van H+ een mechanisme om bijna alle gefilterde HCO3- weer op te nemen of terug te krijgen Als bijna alle gefilterde HCO3- is teruggevonden, wordt alle extra afgescheiden H+ gebufferd door negatief geladen ionen in de urine (fosfaat en sulfaat) en uiteindelijk uitgescheiden in de urine.
Nieruitscheiding van zuur als ammonium. (Figuur 12.14b). Nierbuiscellen produceren ammonium (NH4+) en HCO3- als onderdeel van hun normale metabolisme van het aminozuur glutamine in de cel. Het NH4+ wordt in het tubule
lumen getransporteerd en vervolgens in de urine uitgescheiden. Het nieuwe HCO3- diffundeert in het bloed om het HCO3- verloren uit de longen tijdens de ademhalingscontrole van CO2-concentratie te vervangen. Onze voeding voorziet ons gewoonlijk van een kleine hoeveelheid overtollige H+ die moet worden uitgescheiden om in evenwicht te blijven. Het grootste deel van onze dagelijkse productie van H+ komt voort uit de aanmaak van CO2 tijdens de stofwisseling, die door de longen wordt verzorgd. De renale uitscheiding van H+ met sulfaat, fosfaat en ammoniak compenseert precies de overtollige zuurinname per dag.
Oefening: Als u een zeer hoge berg beklimt, zult u door de lage luchtdruk van grote hoogte waarschijnlijk licht gaan hyperventileren. Dit veroorzaakt een toestand die ademhalingsalkalose wordt genoemd, waarbij de pH van het bloed 2017 te hoog wordt. Moet de nier in deze situatie meer of minder H+ ionen uitscheiden? Leg uit.
Een zeer belangrijke functie van de nieren is het reguleren van de productie van rode bloedcellen in het beenmerg. Zij doen dit door het afscheiden van een hormoon, erytropoëtine (zie figuur 6.6). Wanneer bepaalde zuurstofgevoelige cellen verspreid over de nieren een daling van de voor hen beschikbare hoeveelheid zuurstof waarnemen, verhogen zij hun afscheiding van erytropoëtine, die vervolgens het beenmerg stimuleert om meer rode bloedcellen te produceren. De aanwezigheid van meer rode bloedcellen verhoogt de zuurstofdragende capaciteit van het bloed.
Zodra er weer normaal zuurstof wordt geleverd, verlagen de zuurstofgevoelige cellen hun snelheid van erytropoëtine afscheiding, en vertraagt de RBC-productie. De regulering van de erytropoëtineafscheiding door zuurstofgevoelige cellen in de nieren maakt deel uit van de negatieve feedback-loop voor het regelen van de beschikbaarheid van zuurstof voor alle cellen, omdat het de zuurstofdragende capaciteit van het bloed binnen normale grenzen houdt.
Vitamine D is belangrijk voor de opname van calcium en fosfaat uit het spijsverteringskanaal en de ontwikkeling van gezonde botten en tanden. We nemen wat vitamine D op uit voedsel, maar het lichaam maakt het ook zelf aan in een proces van drie stappen waarbij de huid, de lever en de nieren betrokken zijn. De synthese van vitamine D begint wanneer de ultraviolette stralen in het zonlicht een steroïdemolecuul in de huid treffen dat lijkt op cholesterol, waardoor een inactieve vorm van vitamine D ontstaat. De inactieve vitamine D wordt naar de lever vervoerd, waar het chemisch wordt veranderd, en vervolgens naar de nieren, waar het onder invloed van bijschildklierhormoon (PTH) uit de bijschildklier wordt omgezet in zijn actieve vorm. Bij nierfalen kan deze laatste stap niet plaatsvinden. Daarom hebben mensen met langdurig nierfalen vaak een tekort aan vitamine D.
12.8 AANDOENINGEN VAN DE URINEWEGEN
Het goede nieuws over urinewegaandoeningen is dat de nieren een enorme functiereserve hebben. Je kunt prima overleven met één nier, en zelfs met één nier die maar half zo goed werkt als zou moeten. Toch doen zich soms problemen met het urinewegstelsel voor. Daartoe behoren nierstenen, urineweginfecties en nierfalen.
Soms kristalliseren mineralen (zouten worden aggregaten) in de urine in het nierbekken en vormen vaste massa's die nierstenen worden genoemd. De meeste stenen hebben een diameter van minder dan 5 millimeter en worden zonder problemen met de urine uitgescheiden. Andere kunnen groter worden en een urineleider verstoppen, waardoor de urinestroom wordt geblokkeerd en veel pijn wordt veroorzaakt. Nierstenen kunnen operatief worden verwijderd of worden vergruisd met ultrasone schokgolven, waarna de vergruisde fragmenten kunnen worden uitgescheiden met minder pijn.
Een urineweginfectie (UTI) verwijst naar de aanwezigheid van microben in de urine of een infectie in een deel van het urinewegstelsel. De symptomen zijn onder meer zwelling en roodheid rond de plasopening, een brandend gevoel of pijn bij het plassen, moeite met plassen, bedplassen, lage rugpijn en soms zichtbaar bloed en pus in de urine. De meeste UTI's worden veroorzaakt door bacteriën die vanaf het lichaamsoppervlak in de urinebuis terechtkomen.
Hoewel UTI's bij mannen kunnen voorkomen, komen ze vaker voor bij vrouwen omdat de urinebuis van vrouwen korter is, waardoor organismen gemakkelijker de blaas kunnen bereiken. Vanuit de urinebuis en de blaas kunnen microben via de urineleiders naar de nieren reizen. Daarom is het belangrijk om alle UTIS onmiddellijk te behandelen. De meeste gevallen kunnen worden genezen met antibiotica.
Nierfunctiestoornissen die van korte duur en mogelijk te verhelpen zijn, worden acuut nierfalen genoemd. Aandoeningen die de nierfunctie tijdelijk kunnen aantasten zijn onder meer een aanhoudende daling van de bloeddruk tot onder de druk die nodig is voor de nierfiltratie, grote nierstenen in het nierbekken, infecties, transfusiereacties, brandwonden, ernstige verwondingen en giftige geneesmiddelen of chemicaliën. Acuut nierfalen komt vrij vaak voor na ernstige verwondingen door verplettering of wanneer de bloedtoevoer naar een of meer ledematen te lang is onderbroken. De reden is dat als het spierweefsel sterft, komen er grote hoeveelheden eiwitten vrij in het bloed. Deze kunnen de filtratiebarrière in de nieren verstoppen, waardoor de filtratie wegvalt en de urinestroom geheel of vrijwel geheel stopt. Veel gangbare medicijnen zijn giftig voor de nieren als ze te lang of in hoge doses worden ingenomen. De nieren zijn bijzonder kwetsbaar vanwege hun reabsorptie-efficiëntie, waardoor schadelijke stoffen in de urine geconcentreerd worden. Het toxiciteitsprobleem kan worden voorkomen door veel water drinken en een meer verdunde urine uitscheiden.
Als de renale tubulaire cellen niet de voedingsstoffen krijgen die ze nodig hebben of als de glomerulaire filtratie te lang geblokkeerd is, kunnen de tubuli verstopt raken met dode tubulaire cellen en celresten. Als dat gebeurt, kan het onvermogen om urine te produceren permanent worden. Chronisch nierfalen, ook bekend als nierziekte in het eindstadium (end stage renal desease) (ESRD), wordt gedefinieerd als langdurige onomkeerbare schade die leidt tot ten minste 60% minder functionerende nefronen en niet meer goed functionerende nieren. Mensen met ESRD kunnen minder dan 10% van de normale filtercapaciteit van de nieren hebben, en sommigen hebben in wezen helemaal geen nierfunctie meer. Een van de meest voorkomende oorzaken van ESRD is diabetes. Ongeveer 20-30% van de mensen met diabetes ontwikkelt uiteindelijk een milde vorm van nierinsufficiëntie, diabetische nefropathie genaamd. De aandoening wordt eerst gediagnosticeerd als een bescheiden maar progressief verlies van nierfiltercapaciteit, samen met de aanwezigheid van proteïne in de urine; beide zijn tekenen van glomerulaire schade. Diabetische nefropathie evolueert vaak naar ESRD, vooral wanneer de bloedsuiker niet voldoende onder controle. In de Verenigde Staten is diabetische nefropathie nu verantwoordelijk voor ongeveer 40% van alle nieuwe gevallen van ESRD per jaar.
Oefening: Een jonge man ligt in het ziekenhuis na een auto-ongeluk. Na drie dagen produceert hij geen urine meer. De artsen waren niet te bezorgd op de eerste dag, maar nu lijken ze erg bezorgd. Waarom de verandering in hun houding?
Het lichaam kan onherstelbaar beschadigde nefronen niet vervangen. Er blijven dus twee opties over voor mensen met ernstig nierfalen: dialyse of een niertransplantatie. Bij dialyse wordt geprobeerd de functies van gezonde nieren te dupliceren. Een dialysetechniek die thuis kan worden uitgevoerd zonder niermachine heet continue ambulante peritoneale dialyse (CAPD). Bij deze procedure wordt dialysevloeistof (een vloeistof die lijkt op extracellulaire vloeistof) rechtstreeks in de buikholte gebracht via een toegangspoort die permanent in de buikwand is geïmplanteerd. De vloeistof blijft enkele uren in de buikholte en wisselt gedurende die tijd afvalstoffen en ionen uit met de haarvaten. Daarna wordt de vloeistof afgetapt en weggegooid. Als CAPD regelmatig wordt uitgevoerd, kan het bescheiden doeltreffend zijn. Het is gemakkelijk en laat bewegingsvrijheid toe. Er is echter een risico van infectie door de toegangspoort door de buikwand.
Bij een andere vorm van dialyse, hemodialyse genaamd, wordt het bloed van de patiënt door een kunstniermachine geleid die bestaat uit halfdoorlatende membranen die in contact staan met een grote hoeveelheid schone vloeistof (figuur 12.15). Metabolische afvalstoffen en overtollige ionen diffunderen uit het bloed in de dialysevloeistof, die wordt afgevoerd. De procedure is duur (meer dan 50.000 dollar per jaar) en tijdrovend. Gewoonlijk moet de patiënt meerdere keren per week naar een medische locatie, een dialyse-eenheid genaamd, voor een behandeling die een hele ochtend of middag in beslag neemt.
Veel mensen die momenteel nierdialyse ondergaan, zullen dat de rest van hun leven blijven doen. Hoewel dialyse een levensreddende techniek is, is het geen perfecte oplossing. Het is moeilijk, zo niet onmogelijk, om met kunstmatige middelen een volledige homeostase van alle ionen en afvalstoffen te bereiken. Bovendien vervangt dialyse de nierhormonen niet.
De beste hoop voor patiënten met chronische nierinsufficiëntie is het ontvangen van een gedoneerde nier, hetzij van een levende persoon, hetzij van een kadaver. Toen men in de jaren zestig met niertransplantaties begon, kwamen de meeste gedoneerde nieren van levende naaste familieleden, omdat de grootste uitdaging erin bestond een goede immunologische match te vinden zodat het lichaam van de ontvanger de vreemde nier niet zou afstoten. Met de komst van betere geneesmiddelen om het immuunsysteem te onderdrukken, verbeterde technieken voor weefselmatching, nationale databanken van patiënten en snel straaltransport is het nu haalbaar om de donornier van een kadaver te krijgen. Het grootste knelpunt is nu dat niet genoeg mensen hebben aangeboden hun organen na hun dood te doneren. Duizenden mensen die momenteel op wachtlijsten staan, zullen sterven voordat zij een nier kunnen ontvangen.
Urinaire incontinentie (verlies van controle over de blaas) komt vaak voor bij oudere mensen. Aanhoudende urine- incontinentie ontwikkelt zich met de leeftijd omdat met het ouder worden de blaasspieren minder goed strekken, wat leidt tot een afname van de blaascapaciteit en symptomen van een overactieve blaas - de sterke en plotselinge behoefte om te plassen als gevolg van samentrekkingen of krampen van de blaas (ook wel "aandrangincontinentie" genoemd). Andere geslachtsneutrale oorzaken zijn neurologische aandoeningen die de neurale controle van het plassen verstoren en obstructies zoals tumoren of stenen.
Vrouwen ontwikkelen vaker urine-incontinentie dan mannen. Tijdens de zwangerschap kunnen hormonale veranderingen en het toegenomen gewicht van de vergrote baarmoeder tijdelijke incontinentie veroorzaken. Zwangerschap en bevalling kunnen vrouwen ook vatbaar maken voor incontinentie op latere leeftijd, omdat de vaginale bevalling de zenuwen of spieren die betrokken zijn bij de blaascontrole kan beschadigen. Ten slotte leidt een afname van oestrogeen bij vrouwen na de menopauze tot een verslechtering van het blaasslijmvlies. Bij mannen kan urine-incontinentie het gevolg zijn van een vergrote prostaat of prostaatkanker.
Behandelingen voor incontinentie variëren. Blaastraining, beheer van vochtinname en bepaalde oefeningen kunnen helpen. Anticholinerge geneesmiddelen kunnen een overactieve blaas kalmeren. Voor vrouwen kan een urethrale inlegger helpen. Afhankelijk van de aard van het probleem zijn ook verschillende chirurgische technieken mogelijk.
HOOFDSTUK 12: HET URINEWEGSTELSEL
INTRODUCTIE
Druppel voor druppel - langzaam maar zeker - maken de nieren urine aan. Minuten of zelfs uren gaan voorbij terwijl de urineblaas zich langzaam vult. Uiteindelijk, hoewel je er niet eerder aan gedacht had, komt de gedachte in je op dat je naar het toilet moet, en al snel kun je aan weinig anders meer denken. We zijn ons soms bewust van onze hartslag, we kunnen bewust onze spierbewegingen controleren, en we zijn vaak bezig met onze maag, vooral als die leeg is. Maar denken we wel eens aan onze nieren? Het zijn vergeten organen, weggestopt achterin de buikholte. Met urine als hoofdproduct hebben de nieren misschien geen glamoureuze functie. Urine zelf dient geen doel; het is gewoon het eindproduct van de regulering van het interne milieu, het weggegooide afval. Maar onderschat het belang van je nieren niet; zij zorgen voor de constantheid van enkele van de meest kritische componenten van het interne milieu.
Zonder je nieren zouden de cellen waaruit je lichaam bestaat, verdrinken in een opkomende vloed van giftige afvalstoffen. Het kan een week of twee duren, maar je zou toch dood zijn.
12.1 HET URINAIRE SYSTEEM REGELT DE LICHAAMSVLOEISTOFFEN
Als een terugkerend thema in de fysiologie hebben we homeostase besproken in termen van het reguleren van de lichaamstemperatuur, de bloeddruk en andere gecontroleerde variabelen in verband met de functies van orgaansystemen.
Excretie verwijst naar processen die afvalstoffen en overtollige materialen uit het lichaam verwijderen. Laten we kort de uitscheidingsorganen en - systemen bekijken die betrokken zijn bij het beheer van metabolische afvalstoffen en het handhaven van de homeostase van water en vaste stoffen (figuur 12.1).
Het spijsverteringsstelsel voorziet het lichaam van voedingsstoffen en water, en scheidt voedselresten uit. De longen nemen zuurstof op en scheiden koolstofdioxide uit. De huid voert warmte af en verliest water en zout, vooral als we transpireren. De lever vernietigt of inactiveert talrijke stoffen, waarvan sommige als gal in de ontlasting worden uitgescheiden, Maar de belangrijkste organen bij het handhaven van de homeostase van de lichaamsvloeistoffen zijn de nieren. Het urinaire systeem bestaat uit de nieren, de urineleiders, de blaas en de urinebuis. De twee nieren produceren urine. De andere onderdelen van het urinaire systeem transporteren en slaan de urine op totdat deze uit het lichaam wordt verwijderd.
Urine bestaat voornamelijk uit water en opgeloste stoffen. Tot de opgeloste stoffen behoren verschillende ionen, geneesmiddelen, vitaminen, giftige chemicaliën en vrijwel alle kleine afvalmoleculen die ergens in het lichaam worden geproduceerd. Maar de nieren doen veel meer dan alleen vloeibaar afval afvoeren. Ze regelen ook zorgvuldig hoeveel water en zout er van minuut tot minuut uit het lichaam wordt uitgescheiden om de homeostase van het vochtvolume en de samenstelling reguleren. Met name de drie klassen van essentiële voedingsstoffen (koolhydraten, lipiden en eiwitten) komen normaal gesproken niet in de urine voor. De nieren houden essentiële voedingsstoffen vast en laten het beheer ervan over aan andere organen.
Water is de meest voorkomende molecule in uw lichaam en vertegenwoordigt ongeveer 60% van het lichaamsgewicht. Normaal gesproken wisselt u ongeveer 2½ liter water per dag uit met de externe omgeving (tabel 12.1). We consumeren het meeste water in voedsel en dranken, maar we produceren ook ongeveer 300 milliliter als
onderdeel van het celmetabolisme. Ondertussen verliezen we gestaag water door verdamping van longen en huid (zweet niet meegerekend) en door ontlasting.
De homeostase wordt alleen gehandhaafd wanneer de wateropname gelijk is aan de waterafgifte, zoals in tabel 12.1. Maar u weet uit ervaring dat de wateropname enorm kan variëren. Wanneer u veel
water inneemt of ernstig uitgedroogd raakt op een warme dag, is het aan de nieren om het overtollige water uit te scheiden of om zoveel mogelijk water te bewaren. De nieren hebben een enorm vermogen om de waterafscheiding naar behoefte aan te passen, van minimaal ongeveer 1/2 liter per dag tot bijna 1 liter per uur.
Weetje: Kameel: veel vet in bult -> kan lang zonder water want vet zorgt ook voor metabolisch water
De nieren regelen niet alleen de waterhuishouding, maar ook een breed scala aan vaste stoffen. De voornaamste door de nieren uitgescheiden stoffen zijn stikstofhoudende afvalstoffen, overtollige ionen en variabele hoeveelheid van andere stoffen.
Het normale metabolisme van eiwitten laat ons achter met overtollig stikstofhoudend afval, wat via de nieren moet worden uitgescheden. Het metabolisme van eiwitten maakt aanvankelijk ammoniak (afkomstig van stikstof in de aminogroep) vrij. Ammoniak is giftig voor cellen, maar de lever kan deze neutraliseren door snel twee ammoniakmoleculen te combineren met een molecuul koolstofdioxide tot ureum plus water. Het grootste deel van het ureum wordt uitgescheiden door de urinewegen.
Tientallen verschillende ionen worden in overmaat opgenomen met voedsel of komen vrij uit voedingsstoffen tijdens de stofwisseling. De meest voorkomende ionen in het lichaam zijn natrium (Na) en chloor (CI), die beide belangrijk zijn voor de bepaling van het volume van de extracellulaire vloeistoffen, waaronder het bloed. Het volume van het bloed beïnvloedt op zijn beurt de bloeddruk. Andere belangrijke ionen zijn kalium (K), dat de elektrische lading over de membranen in stand houdt; calcium (Ca), belangrijk voor de zenuw- en spieractiviteit; en waterstof (H), dat het zuur- base-evenwicht in stand houdt. De nieren regelen de urine-uitscheiding van deze ionen om de homeostase van al deze stoffen in stand te houden.
Traceerbare hoeveelheden van vele andere stoffen worden door de nieren uitgescheiden in directe verhouding tot de snelheid waarmee die stoffen worden geproduceerd. Hiertoe behoren creatinine, een afvalproduct dat ontstaat bij de stofwisseling van creatinefosfaat (een energiebron in de spieren), en verschillende afvalproducten die de urine zijn karakteristieke gele kleur geven.
12.2 ORGANEN VAN HET URINEWEGSTELSEL
Het urinewegstelsel bestaat uit de nieren, de urineleiders, urineblaas en urinebuis (figuur 12.2a). De primaire organen zijn de nieren; de andere drie organen bewaren en transporteren slechts de door de nieren geproduceerde urine. De nieren zijn verantwoordelijk voor de uitscheiding van metabolische afvalstoffen (vooral ureum), het handhaven van de water- en zoutbalans, en het regelen van de productie van rode bloedcellen. Bovendien dragen zij bij tot de activering van vitamine D en tot de regeling van het zuur-base-evenwicht en de bloeddruk. Hoe deze functies worden vervuld, wordt later besproken, nadat we de structuren van het urinewegstelsel hebben bekeken.
De nieren bevinden zich aan weerszijden van de wervelkolom, bij de achterste lichaamswand. Elke nier is een donker roodbruin orgaan, ongeveer zo groot als een vuist en in de vorm van een nierboon. Een nierslagader en een nierader verbinden elke nier naar respectievelijk de aorta en de inferieure vena cava (renaal komt van het Latijnse woord ren, dat "nier" betekent). Gezien in een lengtedoorsnede (figuur 12.2b) bestaat elke nier uit binnenste piramidevormige zones van dicht weefsel (nierpiramiden (renal pyramids) genoemd) die de medulla vormen en een buitenste zone die
de cortex wordt genoemd. In het midden van de nier bevindt zich een holle ruimte, het nierbekken, waar de urine zich verzamelt nadat deze is gevormd.
Bij nadere beschouwing van een doorsnede van de niercortex en het merg blijkt dat deze lange, dunne buisvormige structuren bevat, nefronen genaamd (figuur 12.2c). De nefronen hebben een gemeenschappelijk eindgedeelte, wat het verzamelkanaal (collecting duct) genoemd, waardoor urine wordt afgegeven aan het nierbekken
Het nierbekken van elke nier is doorlopend met een ureter, een gespierde buis die de urine naar de blaas transporteert (figuur 12.2). Peristaltische golven van gladde spiercontractie, die elke 10-15 seconden optreden, verplaatsen de urine uit de nieren langs de 10-inch lengte van de urineleiders naar de blaas.
De urineblaas slaat de urine op (figuur 12.3). De blaas bestaat uit drie lagen gladde spieren die aan de binnenkant bekleed zijn met epitheelcellen. Gewoonlijk kan de blaas ongeveer 600-1.000 ml urine bevatten, hoewel zo'n groot volume een ongemakkelijk gevoel kan geven. Vrouwen hebben doorgaans een kleinere blaascapaciteit dan mannen, omdat hun blaas enigszins wordt samengedrukt door de nabijgelegen baarmoeder. Mannen die ouder worden: neiging om de prostaatklier te hypertrofieren en dan knelt die de ureter een beetje dicht en de blaas kan dus minder goed geleegd worden -> zorgt voor spanning dus regelmatiger plassen. Micturitie: momenten van urinelozing bij kinderen door reflexwerking -> zindelijkheid: bewuste controle erover
Tijdens het urineren gaat de urine door de urinebuis (urethra), een enkele gespierde buis die zich uitstrekt van de blaas naar de externe opening van het lichaam. Tot dan wordt het legen van de blaas voorkomen door de interne urethrale sluitspier, waar de blaas samenkomt met de urethra of urinebuis, en de externe urethrale sluitspier verderop in de urethra. De urethra is ongeveer 8 cm lang bij mannen en ongeveer 1,5 cm bij vrouwen (figuur 12.3).
Oefening: Een vrouw bezoekt haar arts en klaagt over symptomen van een branderig gevoel bij het plassen. De dokter vraagt of ze ook rugpijn heeft. Waarom vroeg de dokter naar rugpijn?
12.3 DE INWENDIGE STRUCTUUR VAN EEN NIER
Elke nier bevat ongeveer een miljoen kleine functionele eenheden die nefronen worden genoemd (van het Griekse woord voor "nier", nephros). Een individueel nefron bestaat uit een dunne, holle buis van epitheelcellen, een tubulus genaamd, plus de bloedvaten die de tubulus voeden. De functie van het nefron is het produceren van urine. De nefronen halen echter niet alleen de afvalmoleculen uit het bloed en scheiden ze uit. In plaats daarvan verwijderen ze elke dag ongeveer 180 liter vocht uit het bloed (ongeveer 2½ keer je
lichaamsgewicht) en geven dat dan bijna allemaal terug aan het bloed, waarbij slechts een kleine hoeveelheid vocht achterblijft in de tubulus om als urine te worden uitgescheiden.
Figuur 12.4 toont het buisvormige deel van een nefron. Het nefron begint met een bekertje weefsel dat lijkt op een leeggelopen bal met één kant naar binnen geduwd, het glomerulaire kapsel (ook wel het kapsel van Bowman genoemd). Het glomerulaire kapsel omsluit een netwerk van haarvaten, de glomerulus, dat deel uitmaakt van de bloedvoorziening van het nefron.
Het proces van urinevorming begint wanneer plasmavocht wordt gefilterd uit de haarvaten van de glomerulus en in de ruimte tussen de twee lagen van het glomerulaire kapsel. Vanaf het glomerulaire kapsel loopt de tubulus verder als een lange, dunne buis met vier verschillende gebieden:
de proximale tubulus, de lus van Henle, de distale tubulus en de opvangbuis. De proximale tubulus (proximaal betekent "het dichtst bij") begint bij het glomerulaire kapsel in de cortex en eindigt in het medulla. De haarspeldvormige lus van Henle (lus van het nefron) strekt zich uit in het medulla als een afdalende ledemaat en loopt dan terug omhoog als de opgaande ledemaat. Nadat hij het glomerulaire kapsel is gepasseerd, wordt de tubulus de distale tubulus genoemd (distaal betekent "verder weg van"). Tenslotte komen de distale tubuli van tot wel duizend nefronen samen tot een verzamelkanaal. Het verzamelkanaal loopt van de cortex door de medulla naar het nierbekken.
Figuur 12.5 geeft een nadere blik op de bloedvaten die de nefronen bedienen. De nierslagader die een nier voedt, vertakt zich vele malen om de miljoen nefronen te bedienen. Uiteindelijk wordt elk nefron door één arteriole gevoed, de afferente arteriole (afferent betekent "gericht op"). De afferente arteriole komt een glomerulair kapsel binnen en splitst zich vervolgens vele malen om het netwerk van capillairen te vormen dat de glomerulus. Hier worden plasmavocht en vaste stoffen uit het bloed in de kapselruimte gefilterd.
De glomerulaire capillairen komen weer samen en worden de efferente arteriole (efferent betekent "weg gericht"), die gefilterd bloed uit de glomerulus vervoert. De efferente arteriole splitst zich weer op in een ander capillair netwerk dat de proximale en distale tubuli in de cortex omgeeft, de zogenaamde peritubulaire capillairen (peri- betekent "rondom"). De peritubulaire capillairen verwijderen water, ionen en voedingsstoffen, die weer worden opgenomen door de proximale en distale tubuli. De efferente arteriolen van enkele nefronen dalen af in het medulla en splitsen zich in lange, dunne haarvaten, de vasa recta (Latijn voor "rechte vaten"), die de lus van Henle en het opvangkanaal bevoorraden. Uiteindelijk stroomt het gefilterde bloed in steeds grotere aders die uitgroeien tot de enkele nierader die naar de vena cava inferior leidt.
12.4 VORMING VAN URINE: FILTRATIE, REABSORPTIE EN SECRETIE
Zoals gezegd regelt het urinaire systeem de uitscheiding van water en ionen om een homeostase van vochtvolume en - samenstelling te bereiken. Het scheidt bepaalde afvalstoffen uit en houdt tegelijkertijd kostbare voedingsstoffen. Hoe selecteren de nieren wat en hoeveel ze uitscheiden in de urine? Bij de vorming van urine zijn drie processen betrokken (figuur 12.6)
Glomerulaire filtratie. De verplaatsing van een eiwitvrije oplossing van vocht en oplosmiddelen uit de glomerulus in de ruimte binnen het glomerulaire kapsel.
Tubulaire reabsorptie. De terugkeer van de meeste vloeistof en vaste stoffen naar de peritubulaire capillairen
Tubulaire secretie. De toevoeging van bepaalde vaste stoffen uit de peritubulaire capillairen of vasa recta aan de tubulus.
De vloeistof en opgeloste stoffen die in de tubulus achterblijven, vormen de urine, die uiteindelijk wordt uitgescheiden. Omdat er geen materie wordt aangemaakt of vernietigd, is de hoeveelheid van elke in de urine uitgescheiden stof gelijk aan de gefilterde hoeveelheid, min de hoeveelheid die weer in het bloed wordt opgenomen, plus de hoeveelheid die in de tubulus wordt uitgescheiden:
gefilterd - opnieuw opgenomen + secretie (beweging van stoffen in lichaam) = uitgescheiden (weg uit lichaam)
Oefening: Leg uit waarom het logisch is dat sommige stoffen die worden gefilterd (zoals water, zout, glucose en aminozuren) bijna volledig worden gereabsorbeerd, maar andere niet of nauwelijks (geneesmiddelen, afvalstoffen), overtollige waterstofionen, etc.).
Urinevorming begint met glomerulaire filtratie, het proces waarbij een grote hoeveelheid eiwitvrije plasma uit de glomerulaire capillairen in de glomerulaire gang wordt gefilterd. De titratiebarrière bestaat uit twee celtypen aangepaste buisvormige epitheelcellen, podocyten genaamd, die het buitenoppervlak van de capillairen overschrijden en omgeven, en de capillaire cellen zelf (figuur 12.7a) Vloeistof passeert eerst door poriën in de capillaire cellen (figuur 12.7b) en vervolgens door minuscule spleten tussen cytoplasmatische extensies van de podocyten om de glomerulaire ruimte binnen te gaan.
De podocyten en de glomerulaire capillaire cellen zijn als de zeef die wordt, ze zijn zeer gespecialiseerd in het filteren van een groot volume vloeistof. Samen zijn ze bijna 100 keer meer doorlaatbaar voor water en kleine vaste stoffen dan de haarvaten in de meeste andere vaatbedden. Ze zijn echter ook zeer selectief; ze zijn minder permeabel dan andere haarvaten voor grote eiwitten en hele cellen. Bijgevolg bevat de gefilterde vloeistof, het zogenaamde glomerulaire filtraat, water en alle kleine vaste stoffen in dezelfde concentratie als in bloedplasma, maar het bevat geen grote eiwitten of bloedcellen.
De twee nieren produceren samen ongeveer een half kopje glomerulair litraat per minuut, maar liefst 180 liters per dag. Zet die hoeveelheid af tegen de dagelijkse urine-uitscheiding van ongeveer 1,5 liter, en je ziet hoe efficiënt de nieren zijn in het reabsorberen van gefilterde substanties.
Glomerulaire filtratie wordt aangedreven door een hoge bloeddruk in de glomerulaire haarvaten - ongeveer twee keer zo hoog als in enig ander haarvat. De reden dat de glomerulaire capillaire druk zo hoog is, is dat de efferente arteriole veel nauwer is dan de afferente arteriole. Door de combinatie van een hoge druk in de glomerulaire capillairen en hun lekheid kunnen grote hoeveelheden plasmavocht uit de capillairen worden gefilterd en in de glomerulaire ruimte terechtkomen. De nieren zelf hoeven geen energie te verbruiken om het filtraat te produceren. De filtratiesnelheid wordt op twee manieren geregeld:
-In rusttoestand geven drukgevoelige cellen in de arteriolen en cellen in de tubuluswanden chemische stoffen af die de diameter van de afferente arteriolen aanpassen. Deze lokale feedbackmechanismen houden de glomerulaire filtratiesnelheid relatief constant, waardoor de nieren hun regulerende functies kunnen uitvoeren.
-In tijden van stress (zoals na bloedverlies of tijdens het lopen van een marathon) vernauwt de sympathische afdeling van het autonome zenuwstelsel afferente en efferente arteriolen, waardoor de bloedstroom en de snelheid van glomerulaire filtratie en urinevorming afnemen. Deze vernauwing is slechts een onderdeel van de normale mechanismen om in tijden van nood de bloedstroom te herverdelen naar meer kritische organen. De nieren blijven ongedeerd omdat zij geen hoge bloedstroom nodig hebben om te overleven. In feite is een vermindering van de urinevorming en het waterverlies precies wat in zulke tijden nodig is.
Als de delicate zeefachtige structuur van de glomerulaire capillairen wordt verstoord, kunnen eiwitten de filtratiebarrière passeren en in de tubulusvloeistof terechtkomen. Dit wordt proteïnurie genoemd, het verschijnen van eiwitten in de urine. Aanhoudende proteïnurie is een teken van glomerulaire schade, misschien door toxines of aanhoudende hoge bloeddruk. Tijdelijke proteïnurie kan echter voorkomen na zware inspanning, zelfs bij gezonde mensen. De reden hiervoor is onbekend, maar het is mogelijk dat de verminderde nierdoorbloeding tijdens het sporten ervoor zorgt dat het bloed langer in contact blijft met de glomerulaire barrière, waardoor meer plasma-eiwitten doorlekken. Proteïnurie door inspanning is niet gevaarlijk en verdwijnt binnen een dag of zo.
TUBULAIRE REABSORPTIE BRENGT GEFILTERD WATER EN OPGELOSTE STOFFEN TERUG IN HET BLOEDTubulaire reabsorptie, de tweede stap in de vorming van urine, brengt gefilterd water en opgeloste stoffen uit de tubulus terug in het bloed van de peritubulaire haarvaten of vasa recta. Terwijl het filtraat door de tubulus stroomt, worden de belangrijkste voedingsstoffen bijna volledig gereabsorbeerd - alle gefilterde glucose, aminozuren en bicarbonaat, en meer dan 99% van het water en natrium. Ongeveer 50% van het ureum wordt ook gereabsorbeerd. Het eindproduct - urine - bevat net genoeg water en natrium om de dagelijkse nettotoename uit alle andere bronnen te compenseren, het equivalent van alle ureum dat in één dag wordt
geproduceerd, en sporen van andere ionen en afvalstoffen. Sommige afvalproducten, zoals creatinine, worden helemaal niet gereabsorbeerd zodra ze gefilterd zijn (tabel 12.2). De meeste tubulaire reabsorptie vindt plaats in de proximale tubulus, waarbij de fijnafstemming en regulering van de reabsorptie wordt overgelaten aan de meer distale gebieden. Een goed voorbeeld is water. De proximale tubulus neemt altijd ongeveer 65-70% van het water op, en de lus van Henle nog eens 25%, beide volledig ongeregeld. De distale tubulus en collecting duct reabsorberen samen minder dan 10%, maar toch is het hier dat de waterafscheiding effectief wordt geregeld.
Om te worden gereabsorbeerd, moeten stoffen de laag epitheelcellen van de proximale tubuli passeren om de
bloedcapillairen te bereiken. Net als de epitheelcellen van het spijsverteringskanaal hebben proximale tubuli een "borstelrand" van microvilli die de oppervlakte vergroot. In proximale tubulicellen zijn de microvilli naar het lumen (de binnenkant) gericht (figuur 12.8). Het proces van reabsorptie van water, vaste stoffen en voedingsstoffen uit het filtraat begint in de proximale tubulus.
Reabsorptie in de proximale tubulus (figuur 12.9) is een aaneenschakeling van gebeurtenissen, die alle afhankelijk zijn van slechts één actieve stap:
het actieve transport van natrium uit de proximale tubulaire cel aan de capillaire zijde.
Van daaruit gaan de natriumionen diffunderen in een capillair. Dat actieve transport van natrium uit de proximale tubuluscel zet op zijn beurt
een concentratiegradiënt op die de gefaciliteerde diffusie van natrium uit het tubulaire lumen in de proximale tubuluscel bevordert. Samen resulteren deze stappen in de reabsorptie van natrium uit het filtraat terug in het bloed. Maar dat is nog maar het begin. Omdat natrium een positief geladen ion is,
drijft zijn diffusie in de cel de diffusie van chloride door de tubulaire cel aan. (Negatieve ladingen moeten positieve volgen om elektrische neutraliteit te behouden.) En omdat natrium en chloride ook osmotische deeltjes zijn,
veroorzaakt hun diffusie een concentratiegradiënt voor water die ook de reabsorptie van water door diffusie bevordert. Tenslotte wordt de gefaciliteerde diffusie van natrium naar binnen over het luminale celmembraan gebruikt als energiebron voor
het secundaire actieve transport (ook wel co-transport genoemd) van glucose en aminozuren naar de cel.
Eenmaal in de cel diffunderen de glucose en aminozuren naar de interstitiële vloeistof en uiteindelijk naar de peritubulaire capillairen. (het transport van natrium zorgt ervoor dat glucose en aminozuren kunnen worden getransporteerd -> daarom kruisje op de tekening)
De sleutel tot het hele proces is het actieve transport van natrium (Na) over het tubulaire celmembraan aan de capillaire zijde van de cel. Voor deze stap is energie nodig in de vorm van ATP. Het actieve natriumtransport houdt de intracellulaire natriumconcentratie laag, waardoor natrium vanaf de luminale zijde in de cel kan diffunderen. Negatief geladen chloride-ionen volgen om de elektrische neutraliteit te handhaven, en water volgt om het osmotisch evenwicht te handhaven. Tenslotte wordt de diffusie van natrium over het luminale membraan gebruikt als energiebron voor de reabsorptie van glucose en aminozuren.
Merk op dat de reabsorptie van water, zout, glucose en aminozuren in de proximale tubulus allemaal afhankelijk is van slechts één metabolisch energieverbruikend proces: het primaire actieve transport van natrium uit de tubulaire epitheelcel. Reabsorptie in de meer distale gebieden van de tubulus, hoewel in mindere mate, is ook afhankelijk van het actieve transport van natrium als de energievebruikende stap.
Enkele stoffen ondergaan een beweging in een tegengestelde richting van tubulaire reabsorptie. Tubulaire secretie is de beweging van stoffen uit de capillairen (hetzij peritubulaire capillairen of vasa recta) naar het lumen van de tubulus. Tubulaire secretie is een mechanisme om ongewenste stoffen uit het bloed te verwijderen en uit te scheiden in de urine, bovenop de hoeveelheden die al in de urine zitten door filtratie. (Stoffen die via tubulaire secretie worden uitgescheiden, worden doorgaans niet opnieuw opgenomen in de proximale tubuli). Tubulaire secretie kan plaatsvinden door actief transport of passieve diffusie, afhankelijk van de stof die wordt uitgescheiden.
Tubulaire secretie speelt een cruciale rol bij het verwijderen van bijna alle bepaalde chemische stoffen uit het bloed, waaronder toxische en vreemde stoffen en geneesmiddelen. De lijst van stoffen die in de tubulus worden uitgescheiden omvat penicilline, cocaïne, marihuana, veel conserveringsmiddelen en sommige pesticiden. Merk op dat de nieren niet altijd bepalen welke vreemde stoffen eigenlijk goed voor ons zijn. De meeste tubulaire secretie vindt plaats in de distale tubulus, niet in de proximale tubulus.
Sommige stoffen die van nature in het lichaam voorkomen worden gecontroleerd door tubulaire secretie, juist om normale homeostatische niveaus te handhaven. De proximale tubulus scheidt waterstof (H) en ammonium (NH) af om het zuur-base evenwicht van het lichaam te regelen, en de distale tubulus scheidt kalium (K) af om mineraalniveaus op een gezond niveau te houden.
12.5 HET PRODUCEREN VAN VERDUNDE OF GECONCENTREERDE URINE
Uw nieren kunnen urine produceren die meer verdund of meer geconcentreerd is dan plasma. Met andere woorden, de nieren kunnen water bewaren als er een tekort is en het afvoeren als er te veel is. Dit vermogen hangt af van een hoge concentratie oplosmiddelen in het niermerg, gekoppeld aan het vermogen om de waterdoorlaatbaarheid van de opvangkanalen naar behoefte te veranderen. Dit gebeurt door de concentratie van het hormoon antidiuretisch hormoon (ADH) uit de achterste hypofyse te variëren (zie hoofdstuk 10). ADH verhoogt de permeabiliteit van de verzamelbuis voor water: Hoe dit het volume en de concentratie van de urine regelt, wordt hierna beschreven.
Als je snel een groot glas water drinkt, wordt heel het water opgenomen door je spijsverteringsstelsel en komt het in je bloed terecht, waardoor je bloedvolume toeneemt en de concentratie van ionen in bloed en lichaamsvloeistoffen afneemt. Het meeste water komt in je cellen terecht. Om osmotische zwelling en schade aan cellen te voorkomen, passen de nieren het proces van urinevorming aan, zodat u minder water opnieuw opneemt en verdunde urine produceert. Figuur 12.10a illustreert dit proces. Het proces van de vorming van verdunde begint de dalende tak van de lus van Henle.
De afdalende lus is zeer doorlaatbaar voor water (is ook veel dunner hierdoor). Omdat de opgeloste concentratie in de interstitiële vloeistof hoger is dan in het lumen, diffundeert water uit de lus, in de interstitiële vloeistof en uiteindelijk in het bloed. Dit heeft tot gevolg dat de overblijvende vloeistof meer geconcentreerd wordt.
Wanneer de vloeistof de haarspeldbocht van de lus omdraait, zal de permeabiliteit van de tubulus veranderen. Het eerste deel van de opstijgende lidmaat is permeabel voor NaCl en ureum, maar niet voor water. Omdat er zoveel water was verwijderd in de dalende ledemaat, zal de natriumconcentratie in de opstijgende lidmaat nu hoger zijn dan in de interstitiële vloeistof van het medulla. Door de verandering in permeabiliteit kan NaCl nu uit de opstijgende ledemaat diffunderen naar de interstitiële vloeistof van de medulla.
Ondertussen diffundeert ureum vanuit de verzamelbuis in de opgaande lus. De concentratie van ureum in het diepste (binnenste) gedeelte van de medulla is in feite vrij hoog, omdat ureum wordt gereabsorbeerd uit het opvangkanaal. Met andere woorden, ureum recycleert – van de verzamelbuis naar het opgaand deel van de lus van Henle, en weer terug naar de verzamelbuis. Door deze kringloop van de verzamelkanalen kunnen de ureumconcentraties in de interstitiële vloeistof van de medulla veel hoger worden dan in het bloedplasma.
Het laatste deel van de opgaande lijn van de lus van Henle wordt ondoorlaatbaar voor zout, ureum en water, zodat er geen passieve diffusie plaatsvindt. Dit deel van de opgaande lus transporteert echter actief natriumchloride (zout) naar de interstitiële vloeistof via een proces waarvoor energie nodig is in de vorm van ATP. Bijgevolg neemt de interstitiële vloeistof vaste stoffen op, terwijl de resterende vloeistof in de tubulus verdunt.
Actieve zoutreabsorptie zonder reabsorptie van water gaat door in de distale tubulus en het opvangkanaal.
Tegen de tijd dat het buisvocht het einde van het opvangkanaal bereikt, is het een zeer verdunde oplossing van veel water, een beetje ureum en heel weinig zout. Je moet misschien vaak plassen als je een zeer verdunde urine vormt, omdat je nieren meer dan een liter urine per uur produceren.
Oefening: Als de lus van Henle zou worden verwijderd, d.w.z. als de proximale tubulus rechtstreeks verbonden zou zijn met de distale tubulus, zou de nier dan nog steeds in staat zijn verdunde urine te produceren?
Verzamelbuis: water zou kunnen uitlaten maar de doorlaatbaarheid van hier voor water wordt door hormonen gereguleerd -> ‘s nachts wordt er bvb altijd meer water uit urine gehaald (daarom is urine in de ochtend zo donker) -> antiduretisch hormoon
Soms is te weinig water ons probleem, misschien door transpiratie of door het leven in een droog klimaat. Minder water in het bloed betekent een lager bloedvolume, een dalende bloeddruk en een risico op uitdroging van de lichaamscellen. Opnieuw compenseren je nieren, dit keer door meer water te heropnemen. Het resultaat is een meer geconcentreerde urine. We plassen minder als we uitgedroogd zijn, omdat de nieren meer water van het glomerulaire filtraat opnieuw opnemen dan normaal (figuur 12.10b). De vorming van geconcentreerde urine is vergelijkbaar met de vorming van verdunde urine totdat de tubulaire vloeistof het opvangkanaal bereikt. In aanwezigheid van ADH is het verzamelkanaal zeer doorlaatbaar voor water, en dus wordt water gereabsorbeerd door passieve diffusie wanneer de verzamelbuis door het binnenste merg loopt. Bijgevolg wordt slechts een klein volume sterk geconcentreerde urine uitgescheiden.
12.6 URINEREN IS AFHANKELIJK VAN EEN REFLEX
Urineren hangt af van een neurale reflex, de mictiereflex. Hierbij zijn de twee urethrale sluitspieren en de blaas betrokken. De interne urethrale sluitspier, die bestaat uit gladde spieren, ligt in het verlengde van de gladde spieren van de blaas. Hij blijft samengetrokken, tenzij de blaas wordt geleegd. De externe urethrale sluitspier is een skeletspier en staat daarom onder vrijwillige controle. Normaal gesproken wordt de externe urethrale sluitspier gesloten door tonische activiteit van somatische motorneuronen, gecontroleerd door de hersenen. Wanneer de blaas zich vult met een kopje (ruwweg 250 ml) of meer urine, begint hij uit te rekken. Het uitrekken stimuleert sensorische zenuwen, die signalen sturen naar het ruggenmerg. De zenuwen in het ruggenmerg zetten een onvrijwillige (parasympathische autonome) reflex in gang die de gladde spieren van de blaas samentrekt en de interne urethrale sluitspier ontspant.
De input van de rekreceptor gaat ook naar de hersenen, die de activiteit van de somatische motorneuronen van de externe urethrale sluitspier verminderen, zodat deze zich kan ontspannen en de urine kan doorstromen.
Mensen hebben meestal niet de mogelijkheid om te plassen als de drang toeslaat. Gelukkig kunnen de hersenen de mictiereflex vrijwillig opheffen door de activiteit van de somatische zenuwen die de externe urethrale sluitspier aansturen te verhogen. Hierdoor wordt het plassen uitgesteld, zo nodig voor langere tijd. Wanneer we uiteindelijk besluiten om te plassen, wordt de activiteit van de somatische zenuwen uitgeschakeld, ontspant de externe urethrale sluitspier en wordt er geplast. Het vrijwillig voorkomen van urineren wordt steeds moeilijker naarmate de blaas zijn maximale capaciteit nadert.
Oefening: Wanneer een nier veel urine produceert (figuur 12.10a), verbruikt hij dan meer energie (werkt hij harder) dan wanneer het urinevolume laag is (figuur 12.10b)? Leg uit.
12.7 DE NIEREN DRAGEN OP VELE MANIEREN BIJ TOT DE HOMEOSTASE
De nieren zijn veel meer dan alleen de organen die urine produceren. Zoals eerder gezegd, spelen ze ook andere belangrijke rollen in het lichaam. De nieren:
dragen bij tot het behoud van de waterbalans
dragen bij tot het behoud van de zoutbalans
scheiden een enzym af dat betrokken is bij de controle van het bloedvolume en bloeddruk
handhaven zuur-base evenwicht en pH van het bloed
regelen de productie van rode bloedcellen
een inactieve vorm van vitamine D activeren
De nieren zijn verantwoordelijk voor het handhaven van de homeostase (door uitscheiding) van vrijwel elk type ion in het lichaam, aangezien ionen niet kunnen worden aangemaakt of vernietigd door metabole processen. Omdat de nieren hormonen afscheiden, zijn het ook endocriene organen. En door het vitamine D-molecuul chemisch te veranderen zodat het als vitamine kan functioneren, spelen ze ook een rol in het metabolisme. De rode draad in deze activiteiten is het handhaven van de homeostase.
Zoals eerder gezegd wordt het bloedvolume mede bepaald door de hoeveelheid water in het lichaam. Veranderingen in het bloedvolume zullen waarschijnlijk leiden tot parallelle veranderingen in de bloeddruk, dus is het belangrijk dat het bloedvolume binnen een tamelijk smal bereik wordt gehouden. Maar het is ook belangrijk dat de concentratie van oplosbare stoffen in het bloed constant wordt gehouden. Als de oplosbaarheidsconcentratie in het bloed constant wordt gehouden onder een grote variatie van omstandigheden, dan kan de controle van het bloedvolume worden bepaald door de regeling van de zoutbalans, zoals we hieronder zullen zien. De nieren, de hypothalamus van de hersenen en de achterste hypofyse van het endocriene systeem delen de functie van het handhaven van de waterbalans. Dit evenwicht wordt bereikt door een negatieve terugkoppeling waarbij het hormoon ADH betrokken is (figuur 12.11).
Wanneer de concentratie van oplosbare stoffen in het bloed stijgt (te weinig water in vergelijking met de hoeveelheid oplosbare stoffen in het bloed), zorgen de ADH-producerende neuronen in
de hypothalamus ervoor dat ADH wordt afgescheiden uit de hypofyse in het bloed. ADH circuleert naar de nieren, waar het de doorlaatbaarheid van de verzamelbuis voor water vergroot. Hierdoor kan meer water worden gereabsorbeerd, waardoor de hoeveelheid water die in de urine wordt uitgescheiden afneemt. Merk op dat een verhoogde reabsorptie van water door de nieren niet resulteert in een netto toename van water of een daling van de oplosbaarheidsconcentratie in het bloed. Dat komt omdat al het gereabsorbeerde water al in het bloed zat voordat het in de glomerulaire kapsel werd gefilterd. De stijging van de concentratie oplosbare stoffen in het bloed stimuleert echter niet alleen de ADH- secretie, maar geeft ook een gevoel van dorst en dus drinken we meer water. Het is het toegenomen water in dat uiteindelijk de solutieconcentratie in het bloed weer naar normaal doet dalen.
Normaal is er wat ADH in het bloed aanwezig. Hierdoor kan het controlemechanisme ook reageren op een teveel aan water. Wanneer er te veel water is en de oplosbaarheidsniveaus in het bloed dalen, geeft de hypothalamus de achterste hypofyse het signaal om de afscheiding van ADH te verminderen. De daling van de ADH-concentratie maakt de renale verzamelbuis minder doorlaatbaar voor water, zodat het teveel aan water wordt uitgescheiden. We hebben ook minder dorst als we al meer dan genoeg water hebben.
De term diurese verwijst naar een hoge urinestroom. Een diureticum is een stof die de vorming en uitscheiding van urine verhoogt. Diuretica, zoals furosemide (Lasix), worden voorgeschreven om het bloedvolume en de bloeddruk te verlagen bij bepaalde patiënten, zoals mensen met congestief hartfalen of hypertensie. Cafeïne is een mild diureticum omdat het de reabsorptie van natrium remt en als natrium wordt uitgescheiden neemt het water mee. Alcohol is ook een diureticum, maar via een ander mechanisme: het remt de afgifte van ADH. Het resultaat is dat de renale tubuli minder doorlaatbaar worden voor water, en meer water wordt uitgescheiden. Als u te veel alcohol drinkt, kunt u zich de volgende dag uitgedroogd en dorstig voelen.
De controle van het bloedvolume is sterk afhankelijk van de zoutbalans van het lichaam. De uitscheiding van natrium (zout) door de nieren wordt geregeld door aldosteron, een steroïdhormoon uit de bijnier. Aldosteron zorgt ervoor dat meer natrium wordt gereabsorbeerd uit de distale tubulus en het opvangkanaal, terug in het bloed. Hoge concentraties aldosteron zorgen ervoor dat bijna al het gefilterde natrium wordt gereabsorbeerd, zodat minder dan 50 milligram (0,05 gram) per dag in de urine wordt uitgescheiden. Bij lage niveaus van het hormoon kan wel 20-25 gram natrium per dag worden uitgescheiden. Als we bedenken dat de gemiddelde Noord-Amerikaan dagelijks ongeveer 10 gram natrium consumeert, zien we dat aldosteron meer dan voldoende controle over natriumuitscheiding biedt.
Oefening: Je hebt net een grote peper-en-kaas pizza gegeten met een enorme hoeveelheid natrium. (Je hebt nauwelijks iets gedronken, dus je bloeddruk verandert niet merkbaar). Zal dit je ADH en aldosteron niveaus doen stijgen of dalen? Wat zullen je nieren doen als reactie?
Gezien wat aldosteron doet, zouden we kunnen denken dat de concentratie ervan wordt bepaald door het natriumgehalte in het bloed. Dit is gedeeltelijk waar, want de natriumconcentratie in het bloed is een zwakke stimulans voor de secretie van aldosteron. De echte regelaar van de aldosteronafscheiding is echter het renine- angiotensinesysteem.
Het renine-angiotensinesysteem beantwoordt niet aan de klassieke definitie van een hormoon, omdat er niet één klier is die een hormoon in het bloed afgeeft. Voor de productie van een biologisch actief peptide hormoon (angiotensine II) die functioneren als een hormoon zijn veeleer drie verschillende organen nodig (nieren, lever en longen). Het renine- angiotensinesysteem is de belangrijkste hormonale regelaar van de bloeddruk en het bloedvolume, zowel direct (via vasoconstrictie) als indirect (via de secretie van aldosteron).
De controlerende component van het renine-angiotensinesysteem is een enzym dat renine heet. Renine wordt gesynthetiseerd en opgeslagen in gespecialiseerde cellen van de afferente arteriole in een gebied nabij de glomerulus dat het juxtaglomerulaire apparaat wordt genoemd (figuur 12.12), het gebied waar de afferente en efferente arteriolen in nauw contact staan met de distale tubulus. Wanneer de bloeddruk in de afferente arteriole daalt of wanneer de stroomsnelheid van de vloeistof in de tubulus in het gebied van het juxtaglomerulaire apparaat afneemt, wordt renine afgescheiden in het bloed van de afferente arteriole. Stimulatie van de sympathische zenuwen naar de nier verhoogt ook de afscheiding van renine.
Hoe de secretie van renine uiteindelijk leidt tot een terugkeer van een laag bloedvolume en een normale bloeddruk wordt geïllustreerd in figuur 12.13. Een daling van het bloedvolume voldoende om de bloeddruk te verlagen, een toename van de activiteit van de renale sympathische zenuwen of een afname van de vloeistofstroom in de niertubuli
zijn signalen aan de nieren om renine af te scheiden. In de bloedbaan hecht renine zich aan een grote inactieve eiwitmolecule, angiotensinogeen genaamd, en splitst deze in de lever. Het product van de splitsing van angiotensinogeen is een fragment van 10 aminozuren, angiotensine I genaamd.
Angiotensine I is biologisch inactief, maar wanneer het door de longen gaat, hakt een ander enzym, dat vooral in longweefsel voorkomt en angiotensine-converterend enzym (ACE) heet, er nog eens twee aminozuren af, waardoor een peptide van slechts acht aminozuren ontstaat, angiotensine II genaamd.
Angiotensine II is een biologisch actief peptide met verschillende belangrijke effecten. Ten eerste veroorzaakt angiotensine II vernauwing van kleine bloedvaten (voornamelijk arteriolen), waardoor de bloeddruk weer normaal wordt. Angiotensine II- geïnduceerde vasoconstrictie kan optreden binnen enkele minuten na de secretie van renine.
Bovendien is angiotensine II een krachtige stimulans voor de afgifte van aldosteron uit de bijnieren. Vanaf dit punt kent u al de werking van de andere betrokken hormonen; aldosteron zorgt ervoor dat de nieren meer zout opslaan, waardoor de concentratie oplosbare stoffen in het bloed toeneemt en ook de ADH-geïnduceerde waterretentie op gang komt. Over het geheel genomen leidt de verhoogde water- en zoutretentie door de nieren, in combinatie met water en zout in de voeding, tot een langzame maar zekere terugkeer van het bloedvolume naar normaal binnen enkele uren.
Historisch gezien leidde de kennis van de wijze waarop het renine-angiotensinesysteem de bloeddruk en het bloedvolume regelt, tot de ontwikkeling van een van de belangrijkste klassen geneesmiddelen voor de behandeling van hoge bloeddruk, de zogenaamde ACE-remmers. Zoals de naam al aangeeft, remmen ACE-remmers de werking van het angiotensine-converterend enzym in de longen. In aanwezigheid van ACE-remmers wordt de normale productie van angiotensine II geblokkeerd. Zonder angiotensine II daalt de aldosteronconcentratie, neemt de natrium- en wateruitscheiding door de nieren toe, en wordt het bloedvolume iets kleiner. Bovendien verwijden de bloedvaten zich (omdat de door angiotensine II veroorzaakte vaatvernauwing afneemt), zodat de bloeddruk daalt. Deze effecten zijn precies wat nodig is om hypertensie onder controle te krijgen.
Er is nog een andere regelaar van de renale natriumuitscheiding die geen verband houdt met aldosteron: een peptidehormoon dat atriaal natriuretisch hormoon (ANH) heet. (Een natriureticum is een stof die de uitscheiding van natrium verhoogt.) Wanneer de boezems van het hart worden uitgerekt door een te hoog bloedvolume, scheiden zij ANH af in de bloedstroom. ANH remt de natriumreabsorptie in de distale tubuli en verzamelbuizen van de nieren, wat leidt tot een verhoogde natriumuitscheiding. Nogmaals, ADH zorgt ervoor dat water het zout volgt om de concentratie oplosbare stoffen in het bloed op peil te houden. Kortom, het effect van ANH is tegengesteld aan dat van aldosteron; ANH beschermt het lichaam tegen zout- en waterovermaat, en aldosteron beschermt het lichaam tegen zout- en watertekort.
Oefening: Een man verliest een grote hoeveelheid bloed bij een ongeluk. Hoe zal dit de afscheiding van renine beïnvloeden, en wat zal er gebeuren in reactie?
Oefening: Waardoor stijgt de ADH? Stijgt het voor of na de andere getoonde gebeurtenissen in het diagram?
Onthoud dat zuren moleculen zijn die waterstofionen (H+) kunnen afstaan en basen moleculen die een waterstofion kunnen aannemen. Veel van de metabolische reacties van het lichaam genereren H+. Als ze niet worden geëlimineerd, zouden deze zuren zich ophopen - een gevaarlijke situatie, omdat de pH van het bloed binnen een relatief smal bereik van 7,35-7,45 moet blijven. Elke verandering in de pH van het bloed door meer dan een paar tienden van een eenheid buiten dit bereik kan fataal zijn De nieren nemen deel aan de handhaving van het zuur-base-evenwicht, een rol die zij delen met verschillende buffers in het lichaam en met de longen. De nieren doen dit op twee manieren:
Reabsorptie van gefilterd bicarbonaat. (Figuur 12.14a). Nierbuiscellen scheiden H+ uit in het tubulaire lumen. Het grootste deel van het afgescheiden H+ verbindt zich met bicarbonaat (HCO3-) dat door de glomerulus wordt gefilterd, waardoor water en kooldioxide (CO2) ontstaan. De CO2 en het water worden vervolgens weer in de cel opgenomen, waar ze weer uiteenvallen in H+ en HCO3-. Het H+ wordt weer uitgescheiden, maar het HCO3- diffundeert in het bloedcapillair. In feite is de secretie van H+ een mechanisme om bijna alle gefilterde HCO3- weer op te nemen of terug te krijgen Als bijna alle gefilterde HCO3- is teruggevonden, wordt alle extra afgescheiden H+ gebufferd door negatief geladen ionen in de urine (fosfaat en sulfaat) en uiteindelijk uitgescheiden in de urine.
Nieruitscheiding van zuur als ammonium. (Figuur 12.14b). Nierbuiscellen produceren ammonium (NH4+) en HCO3- als onderdeel van hun normale metabolisme van het aminozuur glutamine in de cel. Het NH4+ wordt in het tubule
lumen getransporteerd en vervolgens in de urine uitgescheiden. Het nieuwe HCO3- diffundeert in het bloed om het HCO3- verloren uit de longen tijdens de ademhalingscontrole van CO2-concentratie te vervangen. Onze voeding voorziet ons gewoonlijk van een kleine hoeveelheid overtollige H+ die moet worden uitgescheiden om in evenwicht te blijven. Het grootste deel van onze dagelijkse productie van H+ komt voort uit de aanmaak van CO2 tijdens de stofwisseling, die door de longen wordt verzorgd. De renale uitscheiding van H+ met sulfaat, fosfaat en ammoniak compenseert precies de overtollige zuurinname per dag.
Oefening: Als u een zeer hoge berg beklimt, zult u door de lage luchtdruk van grote hoogte waarschijnlijk licht gaan hyperventileren. Dit veroorzaakt een toestand die ademhalingsalkalose wordt genoemd, waarbij de pH van het bloed 2017 te hoog wordt. Moet de nier in deze situatie meer of minder H+ ionen uitscheiden? Leg uit.
Een zeer belangrijke functie van de nieren is het reguleren van de productie van rode bloedcellen in het beenmerg. Zij doen dit door het afscheiden van een hormoon, erytropoëtine (zie figuur 6.6). Wanneer bepaalde zuurstofgevoelige cellen verspreid over de nieren een daling van de voor hen beschikbare hoeveelheid zuurstof waarnemen, verhogen zij hun afscheiding van erytropoëtine, die vervolgens het beenmerg stimuleert om meer rode bloedcellen te produceren. De aanwezigheid van meer rode bloedcellen verhoogt de zuurstofdragende capaciteit van het bloed.
Zodra er weer normaal zuurstof wordt geleverd, verlagen de zuurstofgevoelige cellen hun snelheid van erytropoëtine afscheiding, en vertraagt de RBC-productie. De regulering van de erytropoëtineafscheiding door zuurstofgevoelige cellen in de nieren maakt deel uit van de negatieve feedback-loop voor het regelen van de beschikbaarheid van zuurstof voor alle cellen, omdat het de zuurstofdragende capaciteit van het bloed binnen normale grenzen houdt.
Vitamine D is belangrijk voor de opname van calcium en fosfaat uit het spijsverteringskanaal en de ontwikkeling van gezonde botten en tanden. We nemen wat vitamine D op uit voedsel, maar het lichaam maakt het ook zelf aan in een proces van drie stappen waarbij de huid, de lever en de nieren betrokken zijn. De synthese van vitamine D begint wanneer de ultraviolette stralen in het zonlicht een steroïdemolecuul in de huid treffen dat lijkt op cholesterol, waardoor een inactieve vorm van vitamine D ontstaat. De inactieve vitamine D wordt naar de lever vervoerd, waar het chemisch wordt veranderd, en vervolgens naar de nieren, waar het onder invloed van bijschildklierhormoon (PTH) uit de bijschildklier wordt omgezet in zijn actieve vorm. Bij nierfalen kan deze laatste stap niet plaatsvinden. Daarom hebben mensen met langdurig nierfalen vaak een tekort aan vitamine D.
12.8 AANDOENINGEN VAN DE URINEWEGEN
Het goede nieuws over urinewegaandoeningen is dat de nieren een enorme functiereserve hebben. Je kunt prima overleven met één nier, en zelfs met één nier die maar half zo goed werkt als zou moeten. Toch doen zich soms problemen met het urinewegstelsel voor. Daartoe behoren nierstenen, urineweginfecties en nierfalen.
Soms kristalliseren mineralen (zouten worden aggregaten) in de urine in het nierbekken en vormen vaste massa's die nierstenen worden genoemd. De meeste stenen hebben een diameter van minder dan 5 millimeter en worden zonder problemen met de urine uitgescheiden. Andere kunnen groter worden en een urineleider verstoppen, waardoor de urinestroom wordt geblokkeerd en veel pijn wordt veroorzaakt. Nierstenen kunnen operatief worden verwijderd of worden vergruisd met ultrasone schokgolven, waarna de vergruisde fragmenten kunnen worden uitgescheiden met minder pijn.
Een urineweginfectie (UTI) verwijst naar de aanwezigheid van microben in de urine of een infectie in een deel van het urinewegstelsel. De symptomen zijn onder meer zwelling en roodheid rond de plasopening, een brandend gevoel of pijn bij het plassen, moeite met plassen, bedplassen, lage rugpijn en soms zichtbaar bloed en pus in de urine. De meeste UTI's worden veroorzaakt door bacteriën die vanaf het lichaamsoppervlak in de urinebuis terechtkomen.
Hoewel UTI's bij mannen kunnen voorkomen, komen ze vaker voor bij vrouwen omdat de urinebuis van vrouwen korter is, waardoor organismen gemakkelijker de blaas kunnen bereiken. Vanuit de urinebuis en de blaas kunnen microben via de urineleiders naar de nieren reizen. Daarom is het belangrijk om alle UTIS onmiddellijk te behandelen. De meeste gevallen kunnen worden genezen met antibiotica.
Nierfunctiestoornissen die van korte duur en mogelijk te verhelpen zijn, worden acuut nierfalen genoemd. Aandoeningen die de nierfunctie tijdelijk kunnen aantasten zijn onder meer een aanhoudende daling van de bloeddruk tot onder de druk die nodig is voor de nierfiltratie, grote nierstenen in het nierbekken, infecties, transfusiereacties, brandwonden, ernstige verwondingen en giftige geneesmiddelen of chemicaliën. Acuut nierfalen komt vrij vaak voor na ernstige verwondingen door verplettering of wanneer de bloedtoevoer naar een of meer ledematen te lang is onderbroken. De reden is dat als het spierweefsel sterft, komen er grote hoeveelheden eiwitten vrij in het bloed. Deze kunnen de filtratiebarrière in de nieren verstoppen, waardoor de filtratie wegvalt en de urinestroom geheel of vrijwel geheel stopt. Veel gangbare medicijnen zijn giftig voor de nieren als ze te lang of in hoge doses worden ingenomen. De nieren zijn bijzonder kwetsbaar vanwege hun reabsorptie-efficiëntie, waardoor schadelijke stoffen in de urine geconcentreerd worden. Het toxiciteitsprobleem kan worden voorkomen door veel water drinken en een meer verdunde urine uitscheiden.
Als de renale tubulaire cellen niet de voedingsstoffen krijgen die ze nodig hebben of als de glomerulaire filtratie te lang geblokkeerd is, kunnen de tubuli verstopt raken met dode tubulaire cellen en celresten. Als dat gebeurt, kan het onvermogen om urine te produceren permanent worden. Chronisch nierfalen, ook bekend als nierziekte in het eindstadium (end stage renal desease) (ESRD), wordt gedefinieerd als langdurige onomkeerbare schade die leidt tot ten minste 60% minder functionerende nefronen en niet meer goed functionerende nieren. Mensen met ESRD kunnen minder dan 10% van de normale filtercapaciteit van de nieren hebben, en sommigen hebben in wezen helemaal geen nierfunctie meer. Een van de meest voorkomende oorzaken van ESRD is diabetes. Ongeveer 20-30% van de mensen met diabetes ontwikkelt uiteindelijk een milde vorm van nierinsufficiëntie, diabetische nefropathie genaamd. De aandoening wordt eerst gediagnosticeerd als een bescheiden maar progressief verlies van nierfiltercapaciteit, samen met de aanwezigheid van proteïne in de urine; beide zijn tekenen van glomerulaire schade. Diabetische nefropathie evolueert vaak naar ESRD, vooral wanneer de bloedsuiker niet voldoende onder controle. In de Verenigde Staten is diabetische nefropathie nu verantwoordelijk voor ongeveer 40% van alle nieuwe gevallen van ESRD per jaar.
Oefening: Een jonge man ligt in het ziekenhuis na een auto-ongeluk. Na drie dagen produceert hij geen urine meer. De artsen waren niet te bezorgd op de eerste dag, maar nu lijken ze erg bezorgd. Waarom de verandering in hun houding?
Het lichaam kan onherstelbaar beschadigde nefronen niet vervangen. Er blijven dus twee opties over voor mensen met ernstig nierfalen: dialyse of een niertransplantatie. Bij dialyse wordt geprobeerd de functies van gezonde nieren te dupliceren. Een dialysetechniek die thuis kan worden uitgevoerd zonder niermachine heet continue ambulante peritoneale dialyse (CAPD). Bij deze procedure wordt dialysevloeistof (een vloeistof die lijkt op extracellulaire vloeistof) rechtstreeks in de buikholte gebracht via een toegangspoort die permanent in de buikwand is geïmplanteerd. De vloeistof blijft enkele uren in de buikholte en wisselt gedurende die tijd afvalstoffen en ionen uit met de haarvaten. Daarna wordt de vloeistof afgetapt en weggegooid. Als CAPD regelmatig wordt uitgevoerd, kan het bescheiden doeltreffend zijn. Het is gemakkelijk en laat bewegingsvrijheid toe. Er is echter een risico van infectie door de toegangspoort door de buikwand.
Bij een andere vorm van dialyse, hemodialyse genaamd, wordt het bloed van de patiënt door een kunstniermachine geleid die bestaat uit halfdoorlatende membranen die in contact staan met een grote hoeveelheid schone vloeistof (figuur 12.15). Metabolische afvalstoffen en overtollige ionen diffunderen uit het bloed in de dialysevloeistof, die wordt afgevoerd. De procedure is duur (meer dan 50.000 dollar per jaar) en tijdrovend. Gewoonlijk moet de patiënt meerdere keren per week naar een medische locatie, een dialyse-eenheid genaamd, voor een behandeling die een hele ochtend of middag in beslag neemt.
Veel mensen die momenteel nierdialyse ondergaan, zullen dat de rest van hun leven blijven doen. Hoewel dialyse een levensreddende techniek is, is het geen perfecte oplossing. Het is moeilijk, zo niet onmogelijk, om met kunstmatige middelen een volledige homeostase van alle ionen en afvalstoffen te bereiken. Bovendien vervangt dialyse de nierhormonen niet.
De beste hoop voor patiënten met chronische nierinsufficiëntie is het ontvangen van een gedoneerde nier, hetzij van een levende persoon, hetzij van een kadaver. Toen men in de jaren zestig met niertransplantaties begon, kwamen de meeste gedoneerde nieren van levende naaste familieleden, omdat de grootste uitdaging erin bestond een goede immunologische match te vinden zodat het lichaam van de ontvanger de vreemde nier niet zou afstoten. Met de komst van betere geneesmiddelen om het immuunsysteem te onderdrukken, verbeterde technieken voor weefselmatching, nationale databanken van patiënten en snel straaltransport is het nu haalbaar om de donornier van een kadaver te krijgen. Het grootste knelpunt is nu dat niet genoeg mensen hebben aangeboden hun organen na hun dood te doneren. Duizenden mensen die momenteel op wachtlijsten staan, zullen sterven voordat zij een nier kunnen ontvangen.
Urinaire incontinentie (verlies van controle over de blaas) komt vaak voor bij oudere mensen. Aanhoudende urine- incontinentie ontwikkelt zich met de leeftijd omdat met het ouder worden de blaasspieren minder goed strekken, wat leidt tot een afname van de blaascapaciteit en symptomen van een overactieve blaas - de sterke en plotselinge behoefte om te plassen als gevolg van samentrekkingen of krampen van de blaas (ook wel "aandrangincontinentie" genoemd). Andere geslachtsneutrale oorzaken zijn neurologische aandoeningen die de neurale controle van het plassen verstoren en obstructies zoals tumoren of stenen.
Vrouwen ontwikkelen vaker urine-incontinentie dan mannen. Tijdens de zwangerschap kunnen hormonale veranderingen en het toegenomen gewicht van de vergrote baarmoeder tijdelijke incontinentie veroorzaken. Zwangerschap en bevalling kunnen vrouwen ook vatbaar maken voor incontinentie op latere leeftijd, omdat de vaginale bevalling de zenuwen of spieren die betrokken zijn bij de blaascontrole kan beschadigen. Ten slotte leidt een afname van oestrogeen bij vrouwen na de menopauze tot een verslechtering van het blaasslijmvlies. Bij mannen kan urine-incontinentie het gevolg zijn van een vergrote prostaat of prostaatkanker.
Behandelingen voor incontinentie variëren. Blaastraining, beheer van vochtinname en bepaalde oefeningen kunnen helpen. Anticholinerge geneesmiddelen kunnen een overactieve blaas kalmeren. Voor vrouwen kan een urethrale inlegger helpen. Afhankelijk van de aard van het probleem zijn ook verschillende chirurgische technieken mogelijk.
