Integratie van renale regelmechanismen

De concentratie van Kalium in de extracellulaire vloeistof is normaliter 4,2 mEq/L. De concentratie Kalium kan 0,3 mEq/L afwijken. Het is lastig om de extracellulaire Kaliumconcentratie te reguleren, daar maar 2 procent van de totale hoeveelheid Kalium zich buiten de cellen bevindt. In dit artikel wordt niet alleen de regulatie van Kalium maar ook van andere electrolyten in de extracellulaire vloeistof beschreven.

De verdeling van Kalium wordt gereguleerd
Een Kaliumrijke maaltijd kan dodelijk zijn, als Kalium niet spoedig de cel in wordt getransporteerd. Absorptie van 40 mmol Kalium in 14 liter extracellulaire vloeistof, zou de extracellulaire Kaliumconcentratie met 2,9 mmol/L doen toenemen. Gelukkig wordt het geabsorbeerde Kalium snel door de cellen opgenomen.

Insuline is het belangrijkste hormoon wat de opname van Kalium katalyseert. Na een Kaliumrijke maaltijd stijgt de Kaliumconcentratie bij mensen met Diabetes Mellitus erg strek. Inname van Kalium heeft de secretie van Aldosteron tot gevolg. Aldosteron stimuleert de opname van Kalium door de cellen. Het syndroom van Conn kan hypokaliumie tot gevolg hebben, daar de Aldosteronsecretie bij deze ziekte is toegenomen. De ziekte van Addison heeft juist hyperkaliumie tot gevolg.

Een metabole acidose heeft een hogere extracellulaire Kaliumconcentratie tot gevolg. Een metabole alkalose verlaagt juist de extracellulaire Kaliumconcentratie. Celbeschadiging heeft een uitstroom van Kaliumionen tot gevolg, waardoor hyperkaliumie ontstaat.

Uitscheiding van Kalium vindt met name in de distale tubulus en verzameltubulus plaats. Uitscheiding van Kalium vindt met name in de nieren plaats. De uitscheiding met de ontlasting is maar 5 tot 10 procent van de totale uitscheiding van Kalium. Uitscheiding van Kalium wordt bepaald door drie processen: (1) de snelheid van:
• Kaliumfiltratie (GFR x plasma Kaliumconcentratie)
(2) de snelheid van reabsorptie van Kalium door de tubulus en (3) de snelheid van Kaliumexcretie door de tubulus. Ongeveer 65 procent van het gefilterde Kalium wordt door de proximale tubulus gereabsorbeerd. 25 tot 30 procent wordt van het gefilterde Kalium wordt door de Lis van Henle gereabsorbeerd.
De dag tot dag variatie van de Kaliumuitscheiding is het meest afhankelijk van de uitscheiding door de distale en verzameltubulus en niet van de glomerulaire filtratie of tubulaire reabsorptie. Kalium wordt soms gereabsorbeerd in laatstgenoemde segmenten van het nefron en soms uitgescheiden. Als veel Kalium wordt ingenomen, vindt de benodigde Kaliumuitscheiding met name in de distale en verzameltubulus plaats.

Kaliumuitscheiding vindt in de principiële cellen van het laatste segment van de distale tubulus en corticale verzameltubulus plaats. Uitscheiding van Kalium vanuit het peritubulaire capillaire bloed in het tubulaire lumen is een proces wat uit drie stappen bestaat: (1) passieve diffusie van Kalium vanuit het bloed naar het interstitium, (2) actief transport van Kalium vanuit het interstitium in de cellen door de Natrium-Kalium-ATPase-pomp (op het basolateral membraan) en (3) passieve diffusie van Kalium vanuit de cel naar de tubulaire vloeistof. De belangrijkste factoren die de Kaliumuitscheiding door de principiële cellen beïnvloeden zijn:
• Toegenomen extracellulaire Kaliumconcentratie stimuleert de Kaliumuitscheiding. De mechanismen die dit effect bewerkstelligd zijn de Natrium-Kalium-ATPase-pomp, gestegen Kaliumgradiënt vanuit de interstitiële vloeistof naar het tubulaire lumen en het effect van een gestegen Aldosteronsecretie.
• Gestegen Aldosteronsecretie stimuleert de Kaliumuitscheiding. Dit komt door stimulering van de Natrium-Kalium-ATPase-pomp en een gestegen permeabiliteit voor Kalium van het luminale membraan.
• Gestegen tubulaire circulatie stimuleert de Kaliumuitscheiding. Wanneer Kalium wordt uitgescheiden, stijgt de luminale Kaliumconcentratie. Hierdoor daalt de diffusie van Kaliumrichting de tubulus. Door de toegenomen tubulaire circulatie wordt continue Kalium door de tubulus gespoeld. De netto stijging van de tubulaire Kaliumconcentratie wordt geminimaliseerd, waardoor de netto Kaliumuitscheiding stijgt.
• Acidose inhibeert de Kaliumuitscheiding. Waterstofionen inhiberen namelijk de Natrium-Kalium-ATPase-pomp.

Aldosteron is een zeer belangrijk hormoon voor de controle van de Kaliumionen concentratie. Aldosteron en Kalium zijn op een direct terugkoppelingsmechanisme aan elkaar gekoppeld. Dit terugkoppelingsmechanisme functioneert als volgt: wanneer de extracellulaire Kaliumconcentratie de normale grens dreigt te overschrijden, wordt de Aldosteronsecretie gestimuleerd. Hierdoor stijgt de Kaliumuitscheiding.

Controle van de calciumuitscheiding en calciumconcentratie
Zoals voor alle voedingsstoffen geldt, moet ook de inname van Calcium in balans zijn met de uitscheiding. In tegenstelling tot Natrium en Kalium wordt een grote hoeveelheid Calcium met de faeces uitgescheiden. Ongeveer 10 procent van de ingenomen Calcium wordt door de darm opgenomen. 99 procent van het Calcium in het lichaam is in het skelet opgeslagen. Ongeveer 1 procent van het Calcium zit in de intracellulaire vloeistof. Ongeveer 0,1 procent van het calcium zit in de extracellulaire vloeistof. Het skelet kan als een reservevoorraad van Calcium functioneren wanneer de extracellulaire Calciumconcentratie dreigt te dalen.

Het Parathormoon (PTH) reguleert de Calciumopname en –afgifte van het bot. Een verlaagde extracellulaire Calciumconcentratie stimuleert de secretie van PTH. PTH stimuleert de reabsorptie van Calcium vanuit het bot. Hierdoor komen grote hoeveelheden Calcium in de extracellulaire vloeistof. Wanneer de extracellulaire Calciumconcentratie is gestegen, daalt de PTH secretie. Calcium wordt dan vastgelegd in het bot.

Het skelet heeft echter geen onuitputtelijke voorraad van Calcium. Op de lange termijn moet de inname van Calcium in balans zijn met de uitscheiding van Calcium door de darmen en nieren. De belangrijkste regulator van de Calciumconcentratie is PTH. PTH kent de volgende effecten: (1) PTH stimuleert de botresorptie, (2) PTH stimuleert de activatie van Vitamine D, die de absorptie van Calcium uit de darm stimuleert en (3) PTH stimuleert de tubulaire Calciumreabsorptie.

PTH heeft invloed op de Calciumuitscheiding door de nieren. Calcium wordt niet uitgescheiden door de tubulus. De uitscheiding van Calcium is daarom afhankelijk van de Calciumfiltratie en tubulaire reabsorptie. PTH stimuleert de Calciumreabsorptie vanuit de tubulus. PTH stimuleert de Calciumreabsorptie in het dikke segment van het ascenderende deel van de Lis van Henle en de distale tubulus. Een lage PTH-spiegel stimuleert de Calciumuitscheiding doordat de Calciumreabsorptie is verminderd. Een gestegen Fosfaatconcentratie stimuleert de secretie van PTH. Een metabole acidose stimuleert de Calciumreabsorptie, waar een metabole alkalose de Calciumreabsorptie vermindert.

Controle van het extracellulaire volume
Bij de bespreking van de controle van het extracellulaire volume dienen factoren die de hoeveelheid NatriumChloride reguleren in acht worden genomen. De hoeveelheid extracellulair NatriumChloride is namelijk in evenwicht met het totale extracellulaire volume. In de meeste gevallen wordt het extracellulaire volume gereguleerd door de nieren.

De Natriumuitscheiding is in evenwicht met de Natriuminname. Een belangrijke aanname bij de regulatie van elk extracellulair electrolyt is dat de inname gelijk moet zijn aan de uitscheiding.

Natriumuitscheiding wordt beïnvloed door glomerulaire filtratie en tubulaire reabsorptie. De nieren passen de Natrium- en wateruitscheiding aan door de filtratiesnelheid en tubulaire reabsorptie te beïnvloeden.

• Uitscheiding = Glomerulaire filtratie – Tubulaire reabsorptie

Glomerulaire filtratie en tubulaire reabsorptie worden door verschillende factoren beïnvloed; hormonen, sympathische prikkeling en arteriële druk. De normale glomerulaire filtratie is 180 L/dag. De tubulaire reabsorptie is normaal 178,5 L/dag. Kleine wijzigingen in de GFR of tubulaire reabsorptie kunnen grote effecten op de renale uitscheiding hebben.

Tubulaire reabsorptie en GFR worden binnen nauwe grenzen gereguleerd. Zelfs wanneer de GFR en de tubulaire reabsorptie worden verstoord, heeft de nier nog altijd twee buffers: (1) het glomerulotubulaire evenwicht wat ervoor zorgt dat de reabsorptie toeneemt, wanneer de GFR en de totale hoeveelheid gefiltreerd Natrium toeneemt en (2) Macula Densa welke bij een gestegen NatriumChloride aanbod aan de distale tubulus (door een gestegen GFR of gedaalde Natriumreabsorptie in de Lis van Henle) een constrictie van de afferente arteriolen en een daling van de GFR veroorzaakt.
Omdat beide mechanismen niet perfect functioneren, leiden veranderingen van de GFR en tubulaire reabsorptie tot aanzienlijke veranderingen van de Natrium- en wateruitscheiding. Wanneer dat gebeurt, zorgen systemische terugkoppelingsmechanismen voor veranderingen van de bloeddruk en hormoonspiegels.

Belang van Natriurese en Diurese voor de handhaving van de Natrium- en vochtbalans
Een van de krachtigste mechanismen die zowel extracellulair vochtvolume, bloedvolume als de Natriumbalans en vochtbalans handhaven is de bloeddrukregulatie. De invloed van de nieren op de circulatie speelt een belangrijke rol in de bloeddrukregulatie op de lange termijn.

Druk diurese is het effect van de arteriële druk op de urineproductie. Druk natriurese is het effect van arteriële druk op de Natriumuitscheiding. Omdat diurese en natriurese gelijktijdig voorkomen, wordt meestal alleen van natriurese gesproken.

Natriurese is een belangrijk terugkoppelingsmechanisme in de handhaving van de vochtbalans. Bij veranderingen in Natrium- en vochtinname treedt bovengenoemd mechanisme in werking. Natriurese handhaaft de vochtbalans en voorkomt grote schommelingen van de bloeddruk, extracellulair vochtvolume en arteriële druk op de volgende wijze:
• Wanneer de vochtinname de uitscheiding van urine overschrijdt, ontstaat een ophoping van vocht in het lichaam. Er ontstaat een kleine toename van het bloedvolume en extracellulair vochtvolume.
• Een toename van het bloedvolume verhoogt de gemiddelde circalutoire vullingsdruk en Hart-Minuut-Volume (HMV).
• Een stijging van het HMV verhoogt de arteriële druk. Een stijging van de arteriële druk verhoogt de urineproductie door een toegenomen Natriurese. Een kleine stijging van de bloeddruk heeft een zeer grote stijging van de urineproductie tot gevolg.
• Een verhoogde vochtuitscheiding komt in balans met de toegenomen vochtinname.

Het genoemde terugkoppelingsmechanisme voorkomt een ophoping van zout en water in het lichaam wanneer er veel zout en water wordt genuttigd. Als de nieren normaal functioneren, veroorzaakt een grote inname van zout en water slechts een kleine stijging van de bloeddruk, extracellulair vochtvolume en arteriële druk. Het tegenovergestelde gebeurd wanneer de zout- en vochtinname laag is.

Verdeling van extracellulair vocht over het interstitium en het vaatbed
Ingenomen zout en water bereiken eerst het bloed, maar er vindt echter snel een verdeling van genoemde stoffen over het interstitium en bloedplasma plaats. Bloedvolume en het volume van de extracellulaire vochtvolume worden gelijktijdig gereguleerd. Er zijn echter situaties die deze verdeling ernstig kunnen beïnvloeden. Het verlies van vocht in het interstitium (=oedeem) kan door de volgende factoren komen: (1) gestegen capillaire hydrostatische druk, (2) afgenomen plasma colloïd osmotische druk, (3) toegenomen permeabiliteit van de capillairen en (4) verstopping van de lymfevaten.

Nerveuze en hormonale factoren vergroten het effect van het renaal-lichaamsvocht terugkoppelingssysteem
Nerveuze en hormonale mechanismen reageren op Natriurese om schommelingen in bloedvolume, extracellulaire vochtvolume en arteriële druk te minimaliseren. Een afwijkende nierfunctie, of abnormale nerveuze en hormonale factoren beïnvloeden de nieren zodat ernstige afwijkingen in bloeddruk en lichaamsvochtvolumes kunnen optreden.

Controle door het sympathische zenuwstelsel. De nieren zijn rijkelijk voorzien van sympathische zenuwvezels. Onder bepaalde omstandigheden kunnen veranderingen van sympathische prikkeling de Natrium- en wateruitscheiding beïnvloeden. Wanneer het bloedvolume door een ernstige bloeding afneemt, neemt de sympathische prikkeling van toe, doordat de afgenomen druk in de longvaten en andere plaatsen in de thorax waar de bloeddruk laag is. De toegenomen sympathische activiteit heeft verschillende effecten: (1) vasoconstrictie van de niervaten (dus afname van de GFR) (2) gestegen tubulaire reabsorptie van water en zout en (3) gestegen Reninesecretie, Angiotensine II-synthese en Aldosteronsecretie. Angiotensine II en Aldosteron verhogen de tubulaire reabsorptie. Alle mechanismen spelen een belangrijke rol in het normaliseren van het bloedvolume, wat voor kan komen bij een afgenomen bloedvolume, lage arteriële druk of beide.

Een afname van de sympathische activiteit draagt bij aan de snelle uitscheiding van vocht na een maaltijd die veel vocht bevat.

Angiotensine II speelt een belangrijke rol bij de Natrium- en Wateruitscheiding.
Wanneer de zoutinname hoog is, neemt de Reninesecretie af. Hierdoor daalt de Angiotensine II-synthese. Wanneer de zoutinname laag is, stijgt de Angiotensine II-synthese. Hierdoor wordt meer Natrium en water gereabsorbeerd. Veranderingen in de activiteit van het Renine-Angiotensine II systeem, functioneert als een versterker van de Natriurese. Hoewel Angiotensine II een zeer krachtig hormoon is, zijn de effecten van Angiotensine II maar van korte duur. Dit komt omdat de nier snel reageert op de toegenomen bloeddruk, door weer Natrium en water uit te scheiden.

Een blokkade van de Angiotensine II-synthese (zoals ACE-remmers en Angiotensine II antagonisten) vergroot de capaciteit van de nieren om zout en water uit te scheiden, maar veroorzaakt maar kleine veranderingen van het extracellulair vochtvolume. Bij een blokkade van Angiotensine II neemt de uitscheiding van zout en water toe. De arteriële druk neemt echter af. Hierdoor ontvangen de nieren minder bloed. Dit effect van Angiotensine II-blokkers is zeer belangrijk om de bloeddruk te verlagen bij mensen met hypertensie.

Aldosteron speelt een belangrijke rol bij de Natriumuitscheiding. De functie van Aldosteron bij de uitscheiding van Natrium staat in nauwe relatie met Angiotensine II. Angiotensine II stimuleert de Aldosteronsecretie, welke bijdraagt aan de afgenomen Natriumuitscheiding. Als de Natriuminname toeneemt, daalt de Aldosteronsecretie. Veranderingen in de Aldosteronsecretie draagt bij aan de natriurese, om zo de Natriumbalans te handhaven bij veranderingen in de Natriuminname. Wanneer er afwijkingen zijn in de Aldosteronsecretie zijn, is de gestegen Natriumreabsorptie en afgenomen Natriumuitscheiding van tijdelijke aard.

ADH is van invloed op de wateruitscheiding. ADH zorgt ervoor dat de nieren zeer geconcentreerde urine formeren, terwijl de Natriumuitscheiding normaal blijft. Dit effect is zeer belangrijk wanneer de waterinname daalt. Wanneer het extracellulair vochtvolume toeneemt, daalt de ADH-spiegel in het bloed. Hierdoor wordt weer meer water uitgescheiden. Hoge ADH-spiegel vergroot het extracellulaire vochtvolume met 10 tot 15 procent. Wanneer de arteriële druk echter toeneemt, scheiden de nieren weer water uit, omdat de diurese toeneemt.

Reacties op afwijkingen in de zoutinname
Wanneer de Natriuminname toeneemt, scheiden de nieren meer Natrium uit. De uitscheiding van Natrium is echter altijd iets vertraagd. Dit veroorzaakt een kleine toename van het extracellulair vochtvolume. De toename van het extracellulair vochtvolume zet diverse mechanismen in gang om meer Natrium uit te scheiden:
• Activatie van baroreceptoren. Deze receptoren zijn te vinden in het rechteratrium en longvaten. Deze receptoren initiëren een reflex welke sympathische prikkeling en Angiotensine II-synthese remmen, zodat de tubulaire Natriumreabsorptie daalt.
• Gestegen synthese van Atrium Natriuretisch Peptide (ANP), zodat de tubulaire Natriumreabsorptie daalt.
• Een kleine toename van de arteriële druk, hierdoor stijgt de Natriurese.
• Remming van de Angiotensine II-synthese, door de gestegen arteriële druk en de toename van het extracellulair vochtvolume. Hierdoor daalt de tubulaire Natriumreabsorptie. Door een lage Angiotensine II Spiegel neemt ook de Aldosteronsecretie af. Hierdoor daalt ook de Natriumreabsorptie.

De gecombineerde activatie van het Natriuretische systeem en onderdrukking van systemen die ervoor zorgen dat het lichaam Natrium en water vast houdt, leiden tot een toegenomen uitscheiding van Natrium en water.

Afwijkingen welke het bloed- en extracellulaire vochtvolume vergroten
Ondanks eerdergenoemde krachtige regelmechanismen welke het bloed- en extracellulaire vochtvolume binnen normale grenzen houden, kunnen afwijkende omstandigheden voor een grote stijging van het bloed- en extracellulair vochtvolume veroorzaken. De oorzaak is meestal terug te voeren tot een cardiovasculair probleem:
• Hartziekten. Hartfalen (Decompensatio Cordis) kan het bloedvolume met 10 tot 15 procent doen toenemen. Het extracellulair vochtvolume kan met 200 procent toenemen. Vochtretentie door de nieren normaliseert de arteriële druk en HMV, wanneer het hartfalen niet zeer ernstig is. Wanneer het hart echter ernstig is verzwakt, kan de arteriële druk niet voldoende stijgen om voldoende urine uit te scheiden. De nieren scheiden minder vocht uit. Er ontstaan een ernstig oedeem waaraan de patiënt kan overlijden.
• Gestegen capaciteit van de circulatie. Elke situatie welke een toename van de vasculaire capaciteit veroorzaakt, veroorzaakt tevens een toename van het bloedvolume. Zwangerschap (door toename van de vasculaire capaciteit van de uterus en placenta) en spataderen kunnen het bloedvolume met een liter doen toenemen.

Afwijkingen welke het extracellulair vochtvolume laten toenemen, maar niet het bloedvolume
Er zijn een aantal pathofysiologische situaties die een  van het extracellulaire vochtvolume veroorzaken. Het bloedvolume neemt echter niet toe, of neemt zelfs af. Oorzaak is meestal lekking van eiwitten en vocht in het interstitium. De nieren reageren op deze situatie hetzelfde als op een ernstige bloeding. De nieren houden zout en water vast, om op die wijze het bloedvolume te normaliseren. Hieronder volgen twee voorbeelden:
• Nefrotisch syndroom veroorzaakt een verlies van plasma-eiwitten met de urine. Hierdoor daalt de colloïd osmotische druk van het bloed. De capillairen filteren meer bloed en er ontstaat oedeem.
• Livercirrose, veroorzaakt een daling van synthese van plasma-eiwitten. Op plaatsen waar leverweefsel is afgestorven, ontstaat bindweefsel. Het bindweefsel in de lever vertraagt de portale bloedstroom. Dit verhoogt de capillaire druk in het portale systeem en draagt bij aan lekking van vocht en eiwitten in het peritonuem. Deze situatie wordt Ascites genoemd.

Lees ook:

Loop geen inkomsten mis, schrijf over hobby, werk of studie en verdien extra inkomsten!

Maak je eigen geldmachine in 8 stappen en wordt financieel onafhankelijk

Urineproductie door de nieren 1

Regulatie van het zuur-base evenwicht

Regulatie van de tensie door de nieren

Regulatie van de osmolariteit

Nierziekten en diuretica

Extra-, intracellulaire en interstitiële  vloeistof

Organen en orgaanstelsels

Bronnen:
JE. Hall, 2006, Pocket Companion to Textbook of Medical Physiology,  Elsevier Inc
GA Thibodeau, Patton KT 2007, Anatomy & Physiology, Mosby/Elsevier
EN Marieb, Hoehn K 2007, Human Anatomy & Physiology, Pearson/Benjamin Cummings