1. No category

Vesitasapainon säätely
Kappaleet 26 ja 27 Tortora 12ed
Yleistä
n Noin 60%
ruumiinpainosta on
vettä
n Yli puolet solujen
sisällä
n Loput
solunulkoisessa
nesteessä
n
n
n
Kudosneste
Plasma
Lymfa
Homeostaasi
n
n
n
n
n
n
Solunulkoisen nesteen koostumus
Tilavuus
Ravinteita ruuansulatuskanavan kautta
Maksa tuottaa proteiineja verenkiertoon
Hengitys poistaa hiilidioksidin
Munuaisilla ylläpitävät plasman koostumusta
ja tilavuutta!
n Munuaiset poistavat vieraita- ja kuonaaineita!
Munuiasten toimintatapa
n Munuaisessa noin 1 milj. nefronia
n
hiussuonikeränen, munuaistiehyt
n Veri suodatetaan (primaarivirtsa) ja
kuljetetaan lopuksi virtsarakkoon.
n Filtraatio, reabsorptio, sekreetio
Toimintatapa
n Suodattuminen
n Reabsorptio
n Sekreetio
Munuaisten tärkeimmät tehtävät
n Erottaa kuona-aineet ja poistaa ne
n Erottaa vieraat aineet
n Pitää solunulkoisen nesteen osmoottisen paineen
n
n
n
n
n
vakiona
Säätelevät solunulkoisen nesteen tilavuutta
Säätelevät solunulkoisen nesteen ionipitoisuutta
(Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42- och PO43-)
Happo- emäs tasapaino (H+, HCO3-)
Muodostaa EPOa ja reniinia, aktivoi kalsidiolin
kalsitrioliksi (vitamiini D)
Glukoneogeneesi
Munuaisen rakenne
Nefronin rakenne
nefronin rakenne
Hiussuonikeränen, glomerulus
n Noin 10 samansuuntaista hiussuonea
n Verta tulee afferentin- ja poistuu efferentin
pikkuvaltimon kautta (virtausnopeuden säätely)
n Efferentti pikkuvaltimo haarautuu peritubulaarisksi
hiussuoniksi
n Glomerulusta ympäröi sidekudoskotelo,
keräsenkotelo. Tämän uloin lehti muodostaa
tiehytjärjestelmän.
Kiemuratiehyeet
n Proksimaalinen tubulus (kiemuratiehyt),
henlen linko, distaalinen kiemuratiehyt,
kokoojaputki.
n Distaalinen kiemuratiehyt kulkee tuoja- ja
viejäsuonen välistä lähellä hiussuonikerästä
(macula densa)
n Kokoojaputki tyhjenee munuaisnystyn kautta
munuaisaltaaseen.
Proksimaalisella ja distaalisella
kiemuratiehyeessä erilaiset olosuhteet
n Proksimaalisen
kiemuratiehyeen solut
soveltuvat hyvin suurten
neste ja ionimäärien
kuljettamiseen. Mutta
soluvälit ”vuotavat”
n Distaalisen
kiemuratiehyeen soluilla
pieni kuljetuskapasiteetti
edelliseen verrattuna,
mutta eivät ”vuoda”
n Rakenne seuraa
toimintaa!
Verenvirtaus munuaisten hiussuonissa
n Munuaisten läpi yli litra verta minuutissa!
n
Tehokas plasman koostumuksen säätely
n Verenkierto voimakasta kuorikerroksessa,
vähäisempää ytimessä -> oleellista virtsan
tiivistyksen kannalta
n Verenpaine glomerulussuonissa korkeampi
kuin verenkierron hiussuonissa. Johtuu siitä,
että tuoja- ja viejäsuonten ominaisuudet
erilaisia
Glomeruluksen toiminta
Suodatus
n Noin 125ml alkuvirtsaa / minuutti
n
Melkein valkuaisaineetonta plasmaa
n Kaikki valkuaisaineita pienemmät aineet
suodattuvat alkuvirtsaan (peptidihormonit, urea,
glukoosi, aminohapot, ketonit ym.
n Olosuhteet -> ei takaisinimeytymistä!
n Suodatuspaine pyritään aina pitämään vakiona!
n koko plasma suodattuu 60 kertaa
vuorokaudessa
n
edellytys tarkalle säätelylle!
Suodatus
n Glomeruluksen
paine
n Keräsenkotelon
paine
n Plasman
kolloidiosmoottinen
paine
Suodatuksen säätely
n tuojasuonten supistus
n
suodatus vähenee huomattavasti
n
glomerulussuonten paine alas
n viejäsuonten supistus
n
suodatus vähenee jonkin verran
n
glomerulussuonten paine ylös
n Koska mekanismit ovat vastavaikutteisia
suodatuspainetta ajatellen, niiden avulla
voidaan pitää suodatuspaine vakiona!
Suodatuksen muutokset
Autoregulaatio
n säätelyä verenpaineen mukaan
n stressin mukaan
n autonominen hermosto (sympatikus)
n angiotensiini
Autoregulaatio I
n Verenpaineen nousu lisää tuojasuonten
vastusta ja suodatuspaine pysyy vakiona
n Verenpaineen lasku lisää viejäsuonten
vastusta ja suodatuspaine pysyy vakiona
Autoregulaatio II
n Jos verenpaine matalana minuutteja
n
n
Reniini (tuojasuonen erikoistuneet lihassolut
sekä macula densa)
Angiotensiini II -> viejäsuonten supistus
n Verenpaineen lasku lisää viejäsuonten
vastusta ja suodatuspaine pysyy vakiona
Madaltunut verenpaine siis
n Suurentaa verenkierron kokonaisvastusta
n Heikentää munuaisten läpivirtaavan veren määrää
(paine pysyy vakiona) ja verta saadaan tärkeisiin
elimiin
n Angiotensiini II lisää viejäsuonien vastusta ->
peritubulaarisuonten verenpaine laskee -> enemmän
nestettä imeytyy niihin -> enemmän nestettä
verenkiertoon -> verenpaine ja tilavuus kasvavat.
n Angiotensiini II kiihdyttää myös aldosteronin
tuotantoa -> tehostunut Na+ takaisinotto ->
tehostunut veden imeytyminen
n Vaikka virtaus munuaisten läpi pienenee, paine pysyy
samana -> kuona-aineiden eritys pysyy lähes
muuttumattomana
Munuaistiehyen toiminta
n Tarkoitus muodostaa suodatetusta plasmasta
virtsaa
n glomeruluksissa suodattuu alkuvirtsaa
n tiehyissä voidaan ottaa aineita aktiivisesti
takaisin valikoiden
n tai poistaa aktiivisesti valikoiden
Takaisinimeytyminen
n Erikoistunut kuljettamaan takaisin aineita,
joita elimistö tarvitsee
n Valikoivaa
n Energiaa vaativaa
n On vastuussa veriplasman koostumuksen
säätelystä
n
Esim, vuorokaudessa alkuvirtsaan suodattuu
150g sokeria ja 1.5kg suolaa!
Takaisinimeytyminen
Kuljetusmekanismit
n Passiivisia tai aktiivisia
n Neutraalien molekyylien passiivinen kuljetus
aina konsentraatiogradientin mukaan
n Ionien passiiviseen kulkeutumiseen vaikuttaa
solun kalvojännite! (positiiviset ionit
negatiiviseen suuntaan jne.)
n Aktiivinen kuljetus primaarisesti tai
sekundaarisesti aktiivista
Aktiivinen takaisinimeytyminen
n Natrium, glukoosi,
aminohapot ym.
Aktiivinen takaisinimeytyminen
primaarinen (Na+)
Sekundaarisesti aktiivinen kuljetus,
glukoosi, aminohapot,..
Veden takaisinimeytyminen
Passiivinen takaisinimeytyminen
n Riippuvainen:
n
n
Konsentraatiogradientista
Rasvaliukoisuudesta
Sekreetio
n Aineiden siirtyminen peritubuaarisista
suonista munuaistiehyeisiin
n Aktiivista tai sekundaarisesti aktiivista
n Esimerkkejä
n
n
n
n
n
Protonit
Urea
Hormonit
Lääkeaineet
Jne (mutta vain ionisoituneet aineet)
Glukoosi ja pienet aminohapot
n Glukoosi – Kaikki suodatettu glukoosi
reabsorboidaan proksimaalisessa
tubuluksessa. Sama pätee esim.
aminohappoihin, ketoneihin, maitohappoon
n Pienimmät proteiinit suodattuvat mutta
reabsorboidaan
Natrium
n Natrium – Tarkoin säädelty. Tärkeä myös
sekundaarisesti aktiivisen kuljetuksen kannalta. 70%
kaikesta alkuvirtsan natriumista reabsorboidaan.
n Natriumin reabsorptio -> vesi seuraa osmoottisesti
n
n
Aldosteroni
n lisää natriumin takaisinottoa ja kaliumin eritystä.
Koska suhde 3/2 vesi seuraa suoniin
Atriopeptidi (ANP)
n Vähentää natriumin takaisinottoa
n Homeostatic
responses to salt
ingestion
Interstitial
fluid
P cell of distal nephron
Blood
1 Aldosterone combines with
a cytoplasmic receptor.
Lumen
of distal
tubule
2
1
3 Translation and
protein synthesis
New
channels
New pumps
4
Proteins modulate
existing channels and pumps
K+ secreted
5
Na+ reabsorbed
Aldosterone
Aldosterone
receptor
3 New protein channels and
pumps are made.
ATP
4 Aldosterone-induced
proteins modify existing
proteins.
K+
K+
Na+
2 Hormone-receptor complex
initiates transcription in
the nucleus.
ATP
K+
5 Result is increased Na+
reabsorption and
K+ secretion.
Na+
Na+
n The renin-angiotensin-aldosterone system
(RAAS)
Liver
Blood
pressure
constantly
produces
Granular
cells
(kidney)
Angiotensinogen
in the plasma
produce
Renin
ANG I in plasma
Blood vessel
endothelium
contains
ACE
(enzyme)
ANG II in
plasma
Arterioles
Vasoconstrict
Adrenal
cortex
Cardiovascular
control center
in medulla
oblongata
Cardiovascular
response
Hypothalamus
Aldosterone
Vasopressin
Blood
pressure
Thirst
Na+ reabsorption
Volume
and maintain
osmolarity
Sodium Balance
n Decreased blood pressure stimulates renin
secretion
Blood
pressure
Cardiovascular
control
center
GFR
direct effect
NaCl
transport
Sympathetic
activity
across
Macula densa
of distal tubule
Paracrines
Granular cells of
afferent arteriole
Renin
secretion
Figure 20-14
Sodium Balance
n Natriuretic peptides promote salt and water
excretion
Increased
blood volume
causes increased
atrial stretch
Myocardial
cells
stretch and
release
Natriuretic peptides
Hypothalamus
Kidney
Less
vasopressin
Increased Decreased
renin
GFR
Adrenal
cortex
Less aldosterone
Medulla
oblongata
Decreased
blood pressure
NaCl and
H2O excretion
Figure 20-15
Kalsium
n Säädellään ulosteen ja munuaisten avulla
n Kalsiumin takaisinotonsäätely tapahtuu
distaalisessa kiemuratiehyessä
n
n
Kalsitoniini
Parathormoni
Kalium
n Kalium – proksimaalisessa tubuluksessa
aktiivinen K+ reabsorbointi, distaalisessa
tubuluksessa aktiivinen K+ sekreetio!
n
n
Melkein kaikki kaikki kalium reabsorboidaan
roksimaalisessa tubuluksessa. Säätely täten
pääasiallisesti distaalisessa tubuluksessa!
Aldosteroni lisää eritystä
Vesi
n Veden määrä virtsassa vaihtelee
n Riippuu
n
n
juodun nesteen määrästä
syödyn ruuan mineraalipitoisuudesta
n
n
osmolaliteetti!
veren määrästä
Virtsan väkevöityminen
n Säädellään tarpeen mukaan
n Tärkeitä säätelijöitä mm. ADH
n plasman osmolaliteetti n. 300mosmol/kg
n Munuaisten osmolaliteetti kasvaa mentäessä
kuorikerrokselta ytimeen päin. Tämä
mahdollistaa väkevöitymisen!
Virtsan väkevöityminen
Distal
tubule
Proximal
tubule
1 Isosmotic fluid leaving the
proximal tubule becomes
progressively more concentrated
in the descending limb.
300 mOsM
300 mOsM
300
CORTEX
100
MEDULLA
1
3
2
600 mOsM
Only water
reabsorbed
Ions
reabsorbed
but no
water
Permeability to
water and solutes
is regulated by
hormones.
Variable reabsorption
of water and solutes
900 mOsM
2 Removal of solute in the thick
ascending limb creates
hyposmotic fluid.
3 Hormones control distal nephron
permeability to water and solutes.
4 Urine osmolarity depends on
reabsorption in the collecting
duct.
Loop
of
Henle
1200
1200 mOsM
Collecting
duct
4
50–1200 mOsM
urine excreted
Figure 20-4
Countercurrent Heat Exchanger
Warm
blood
Cold
blood
Warm Warm
blood blood
Heat lost
to external
environment
Limb
(a)
(b)
Figure 20-9
Water Balance
Filtrate entering the
descending limb
300
mOsM
600
Blood in the
vasa recta
300
mOsM
300
mOsM
500
500
600
The ascending limb pumps
out Na+, K+, and Cl–
100
mOsM
600
n Countercurrent
exchange in the
medulla of the
kidney
600
900
900
900
1200
Vasa recta
900
1200
mOsM
1200
mOsM
Loop of Henle
KEY
H2O =
K+ =
Cl– =
Na+ =
(a)
Figure 20-10a
Ion reabsorption
4 100 mOsm
leaving
the loop
n Active reabsorption
of ions in the thick
ascending limb
creates a dilute
filtrate in the lumen
3 Water cannot
follow solute
2 Salt
reabsorption
Cells of ascending
loop of Henle
1 1200 mOsm
entering
ascending
loop of Henle
Interstitial
fluid
(b)
KEY
H2O =
K+ =
Cl– =
Na+ =
Figure 20-10b
Kyky tuottaa vahvaa tai laimeata virtsaa
Excretion
n The relationship between clearance and
excretion
KEY
Filtration
(100 mL/min)
= 100 mL of
plasma or filtrate
1 Plasma concentration
is 4/100 mL.
2
1
2 GFR = 100 mL /min
3 100 mL plasma is
reabsorbed.
Glucose
molecules
4 Clearance depends on
renal handling of solute.
3
No glucose
excreted
100 mL,
100% glucose
reabsorbed
4 Glucose
clearance
= 0 mL/min
(a) Glucose clearance
Figure 19-17a
Virtsa
n Keräytyy munuaisaltaisiin, poistuu virtsateitä pitkin.
n Alkuvirtsaa suodattuu noin 180 litraa vuorokaudessa,
178.5 imeytyy takaisin.
n Ei sisällä tärkeitä ravinne ja rakennusaineita, K ja Na
pitoisuudet vaihtelevat.
n Virtsan mukana ulos kuona-aineita. Päivitäin
tuotettava ainakin 500ml virtsaa
n Aminohappojen hajoamistuotteet
n
Urea, KREATINIINI (huom, ei kreatiini!)
Micturition
n The storage of urine and the micturition reflex
Higher
CNS
input
Relaxed
(filling)
state
Bladder
(smooth muscle)
Internal sphincter (smooth
muscle) passively contracted
External sphincter (skeletal
muscle) stays contracted
Tonic
discharge
(a) Bladder at rest
Figure 19-18a
Micturition
Stretch
receptors
Sensory neuron
1
Parasympathetic
neuron
2
Higher CNS
input may
facilitate or
inhibit reflex
3
2 Parasympathetic neurons fire.
Motor neurons stop firing.
Motor neuron
Internal sphincter
3
External sphincter
1 Stretch receptors fire.
2
Tonic
discharge
inhibited
3 Smooth muscle contracts.
Internal sphincter passively
pulled open. External sphincter
relaxes.
(b) Micturition
Figure 19-18b
Virtsan määrään vaikuttavia tekiöitä
n takaisinimeytyminen
n sympatikuksen aktiivisuus
n reniini-ANP-angiotensiini-aldosteroni
n ADH
n verenpaineenmuutokset
n kolloidiosmoottinen paine
Elimistön nestemäärän ja osmolaliteetin
säätely
n Nestetasapainoa säätelevät mekanismit aktivoi
n
Verimäärän pieneneminen tai suureneminen
n
painereseptorit
§ angiotensiin, reniini
n
Osmolaliteetin pieneminen tai suureneminen
n
osmoreseptorit
§ ADH, jano
ADH-järjestelmä
n ADH eritys aktivoituu:
n
n
Osmolariteetti korkea hypotalamuksessa
Yli 10% lasku verenmäärässä
n
n
Painereseptorit laskimoissa ja sydämen oikeassa
eteisessä
TILAVUUTTA TARKKAILEVAT RESEPTORIT
”VOITTAVAT” OSMOLARITEETTIA
TARKKAILEVAT, nk. override
Veden reabsorptio
n Vasopressiini lisää
kokoojaputken
permeabiliteettia
vedelle
n
Akvaporiineja
liitetään
kokoojaputken
solukalvoon
Figure 20-5a
Veden reabsorptio- akvaporiineja
kokoojaputkisolujen apikaalipuolelle
n Vasopressin causes insertion of water pores
into the apical membrane
Cross section of
kidney tubule
Collecting
duct
lumen
Medullary
interstitial
fluid
Collecting duct cell
Vasa
recta
1 Vasopressin binds to
membrane receptor.
Filtrate
300 mOsM
600 mOsM
600 mOsM
H2O
H2O
H2O
2 Receptor activates cAMP
second messenger system.
H2O
4
700 mOsM
Storage vesicles
3 Cell inserts AQP2 water
pores into apical membrane.
Second
2
messenger
signal
Exocytosis
of vesicles
3 Aquaporin-2
water pores
1
cAMP
Vasopressin
4 Water is absorbed by
osmosis into the blood.
Vasopressin
receptor
Figure 20-6
Figure 20-7
Virtsanmäärää muuttavat tekijät
Blood volume/
Blood pressure
DEHYDRATION
accompanied by
RENAL
MECHANISMS
RENIN-ANGIOTENSIN
SYSTEM
CARDIOVASCULAR
MECHANISMS
+
Carotid and aortic
baroreceptors
+
Granular
cells
CVCC
+
Flow at
macula densa
HYPOTHALAMIC
MECHANISMS Hypothalamic
osmoreceptors
Atrial volume
receptors; Carotid
and aortic
baroreceptors
+
Volume
conserved
Renin
Angiotensinogen
Parasympathetic
output
GFR
+
Osmolarity
Sympathetic
output
Hypothalamus
+
ANG I
Vasopressin
release from
posterior pituitary
ACE
+
Heart
Arterioles
+
+
+
ANG II
Thirst
+
Adrenal
cortex
Vasoconstriction
Rate
osmolarity inhibits
Force
Aldosterone
Peripheral
resistance
Distal
nephron
Distal
nephron
Na+
reabsorption
Cardiac
output
Blood
pressure
H2 O
and
reabsorption
Volume
Osmolarity
H2 O
intake
Happo-emästasapaino
Happo- emästasapaino
n Plasman normaali pH 7.38–7.42
n H+ konsentraatio tarkoin säädelty
n Proteiinien tertaarirakenne altistuu muutoksille, jos pH
liian alhainen tai korkea
n Epänormaali pH vaikuttaa myös keskushermostoon
n Asidoosi: neuronien ärsytyskynnys korkeampi,
keskushermoston toiminta alhaisempi
n Alkaloosi: hypereksitabiliteetti; neuronien ärsytyskynnys
alhaisempi
n pH-häiriöt
n Kytköksissä K+ häiriöihin
Vetyionien ja pH-tasapaino elimistössä
Fatty acids
Amino acids
H+ input
CO2 (+ H2O)
Lactic acid
Ketoacids
Plasma pH
7.38–7.42
Buffers:
• HCO3– in extracellular fluid
• Proteins, hemoglobin, phosphates in cells
• Phosphates, ammonia in urine
CO2 (+ H2O)
H+ output
H+
Figure 20-18
Happojen ja emästen “input” elimistöön
n Hapot
n Orgaaniset hapot
n Diet and intermediates
n Ääriolosuhteissa
n Metabolic organic acid production can increase
n Ketoacids
n
Diabetes
n CO2 tuotanto
n Acid production
n Emäkset
n Emäksisiä Few dietary sources of bases
pH homeostaasi
n Puskurit
n Moderate changes in pH
n Combines with or releases H+
n Cellular proteins, phosphate ions, and hemoglobin
n Hengitys
n Rapid response
n 75% of disturbances
n Munuaisten säätely
n Slowest of the three mechanisms
n Directly excreting or reabsorbing H+
n Indirectly by change in the rate at which HCO3– buffer is
reabsorbed or excreted
pH häiriöt
Plasma H+
( pH)
by Law of Mass Action
Plasma
PCO2
n The reflex
Negative feedback
Central
chemoreceptors
Respiratory
control centers
in the
medulla
Action potentials in somatic
motor neurons
Negative feedback
pathway for
respiratory
compensation
of metabolic
acidosis
Carotid and aortic
chemoreceptors
Muscles of ventilation
Rate and depth of breathing
Plasma H+
( pH)
by Law of Mass Action
Plasma
PCO2
Figure 20-19
pH häiriöt: munuaisten
kompensaatiomekanismi asidoosissa
Acidosis
pH = H+
Nephron
cells
HPO42–
filtered
Blood
CO2 + H2O
Carbonic Anhydrase
H+
secreted
H+ + HCO3–
H+
H2PO4–
Excreted
in urine
Amino acids +
NH4+
H+
HCO3–
reabsorbed
HCO3– buffer
added to
extracellular
fluid
Figure 20-20
Happo-emästasapainoon vaikuttavat
transportterit munuaistubuluksissa
n Apical Na+-H+ exchanger (NHE)
n Basolateral Na+-HCO3– symport
n H+-ATPase
n H+-K+-ATPase
n Na+-NH4+ antiport
Renal Compensation
Glomerulus
Bowman’s
capsule
Interstitial
fluid
Peritubular 1 Na+-H+ antiport
capillary
secretes H+.
Filtration
Proximal tubule cell
HCO3– Na+
1 Na+
Secreted H+
HCO3–
Filtered
2 CA
+
2 H+ in filtrate combines
with filtered HCO3– to
form CO2.
4
3 CO2 diffuses into cell
and combines with water
to form H+ and HCO3–.
Na+
H+
4 H+ is secreted again
and excreted.
Na+
HCO3–
H+
3
H2O + CO2
CO2 + H2OCA H+ + HCO3–
Na+
HCO3– 5
6 Glutamine is metabolized
ion and
Reabsorbed to ammonium
–
HCO3 .
6 Glutamine
Secreted H+ and NH4+
will be excreted
7
NH4+
Na+
aKG
HCO3–
Na+
5 HCO3– is reabsorbed.
HCO3– 8
Na+
7 NH4+ is secreted and
excreted.
8 HCO3– is reabsorbed.
Figure 20-21, steps 1–8
Intercalated Cells
n Type A
intercalated cells
function in
acidosis
Figure 20-22a
Intercalated Cells
n Type B
intercalated cells
function in
alkalosis
Figure 20-22b
Happo-emästasapaino
Table 20-2