Regulatie van de osmolariteit door de nieren

Cellen moeten omgeven worden door extracellulaire vloeistof van een constante concentratie om goed te kunnen functioneren. De totale concentratie (osmolariteit) wordt bepaald door het aantal opgeloste deeltjes in een bepaald volume vloeistof. Natrium en Chloride zijn de meest voorkomende deeltjes in de extracellulaire vloeistof. In dit stuk wordt uitgelegd hoe de nieren de Natriumconcentratie van de extracellulaire vloeistof reguleren.

De nieren scheiden water uit, door minder geconcentreerde urine uit te scheiden
Wanneer er teveel water in het lichaam is, scheiden de nieren urine met een concentratie van 50 mOsm/L uit. Wanneer er echter te weinig vocht in het lichaam is kan de concentratie van de urine oplopen tot 1200-1400 mOsm/L. De nieren zijn ook in staat om een grote hoeveelheid verdunde urine, of een kleine hoeveelheid geconcentreerde urine uit te scheiden, zonder dat de totale hoeveelheid uitgescheiden stoffen afwijkt.

AntiDiuretischHormoon (ADH) beïnvloedt de urineconcentratie. Wanneer de osmolariteit van de extracellulaire vloeistof te veel stijgt, scheidt het posterieure deel van de hypofyse ADH uit. ADH verhoogt de permeabiliteit van de distale tubulus en de verzamelbuizen voor water. Hierdoor kunnen grote hoeveelheden water gereabsorbeerd worden. De totale hoeveelheid urine neemt af. De totale uitscheiding van stoffen neemt echter nier af
Wanneer er in het lichaam teveel water is en de extracellulaire vloeistofconcentratie is gedaald, dan neemt de afgifte van ADH ook af. De permeabiliteit voor water neemt af en de nieren scheiden verdunde urine uit.

Verdunde urine wordt veroorzaakt door een lage ADH-afgifte en een verlaagde reabsorptie van water. Wanneer het glomerulaire filtraat wordt gevormd, is de concentratie gelijk aan het plasma (300 mOsm/L). Wanneer vloeistof door de proximale tubulus stroomt, worden water en opgeloste stoffen in gelijke delen gereabsorbeerd, zodat de osmolariteit niet veel afwijkt. Wanneer vloeistof door het descenderende segment van de Lis van Henle stroomt, wordt water gereabsorbeerd en bereikt de vloeistof een zelfde concentratie als de omringende interstitiële vloeistof (1200-1400 mOsm/L). In het ascenderende deel (met name het dikke deel) van de Lis van Henle worden Natrium, Kalium en Chloride snel gereabsorbeerd. Omdat dit deel van de tubulus impermeabel is voor water, daalt zelfs in aanwezigheid van ADH de concentratie van de tubulaire vloeistof. Ongeacht de aanwezigheid van ADH is vocht wat het eerste deel van de distale tubulus verlaat hypotoon. De osmolariteit is ongeveer een derde van het plasma.

Wanneer de verdunde vloeistof uit het eerste deel van de distale tubulus in het late deel van de distale tubulus en verzamelbuizen stroomt, worden wederom Natrium en andere opgeloste gereabsorbeerd. In de afwezigheid van ADH is de tubulus impermeabel voor water en daalt de concentratie van de tubulaire vloeistof tot 50 mOsm/L.

De nieren behouden water door geconcentreerde urine uit te scheiden
Wanneer er te weinig water in het lichaam is en de plasma-osmolariteit en ADH-bloedspiegel is gestegen, scheiden de nieren geconcentreerde urine uit. Er zijn twee noodzakelijke voorwaarden nodig om geconcentreerde urine te vormen:
• Een hoge ADH-bloedspiegel. ADH zorgt ervoor dat de distale tubulus en verzameltubulus veel water reabsorberen.
• Een hoge concentratie van interstitiële vocht in het niermerg.

Tubulair vocht wat uit de Lis van Henle stroomt, heeft een lage osmolariteit (100 mOsm/L). Het medullaire interstitium parallel aan de verzameltubulus heeft een hoge Natrium- en Uruemconcentratie. Als vloeistof in de distale tubulus en uiteindelijk in de verzameltubulus en verzamelbuis stroomt, wordt water gereabsorbeerd totdat de tubulaire osmolariteit gelijk is aan de medullaire interstitiële osmolariteit. Dit proces leidt tot een zeer geconcentreerde urine (1200 tot 1400 mOsm/L) in de aanwezigheid van ADH.

Het niermerg kan zijn osmolariteit vergroten tot 1200-1400 mOsm/L. Om dit te bewerkstelligen moet het interstitium van het niermerg zeer veel deeltjes oplossen in een grote hoeveelheid water. Zodra dat is bereikt, wordt de hoge osmolariteit bereikt door een stroom van opgeloste stoffen en water in en uit het interstitium.

De belangrijkste factoren die de osmolariteit in het niermerg vergroten, zijn:
• Actief transport van Narium en cotransport van Kalium, Chloride en andere ionen uit het dikke segment van de Lis van Henle in het interstitium van het niermerg.
• Actief transport van ionen uit de verzamelbuizen in het interstitium van het niermerg.
• Gefaciliteerd transport van grote hoeveelheden ureum uit de medullaire verzamelbuizen in het interstitium van het niermerg.
• Diffusie van kleine hoeveelheden water uit de medullaire vezameltubulus in het intestitium. De diffusie van water is echter veel kleiner dan de reabsorptie van opgeloste stoffen.

Tegengesteld transport in de Vasa Recta handhaaft de hyperosmolariteit van het niermerg. De Vasa Recta handhaaft de hoge osmolariteit van het niermerg op twee manieren:
• Circulatie in de Vasa Recta is laag. Circulatie in de Vasa Recta is maar 1 tot 2 procent de totale bloedvoorziening van de nier.
• De Vasa Recta heeft een tegengesteld transportmechanisme. Dit tegengesteld transport wordt bereikt door de U-vorm van de Vasa Recta.
Als bloed door het niermerg stroomt wordt het steeds geconcentreerder. Dit komt omdat de Vasa Recta zeer permeabel is voor water en opgeloste stoffen. Hoewel bloed dat de concentratie van bloed wat terugstroomt naar de nierschors steeds lager wordt, blijft de concentratie nog hoog.

Kwantificeren van de renale urine concentratie
Wanneer urine een lage concentratie heeft, worden relatief weinig ionen uitgescheiden en veel water. Wanneer urine een hoge concentratie heeft, worden relatief veel ionen uitgescheiden en weinig water. De snelheid waarmee een oplossing wordt geklaard kan uit gedrukt worden met de formule osmolaire klaring (Cosm). Dit is een maat waarmee een gegeven volume plasma elke minuut van opgeloste stoffen wordt geklaard:
• Cosm = (Uosm X V)/Posm
Uosm is de osmolariteit van de urine, V is stroomsnelheid van urine en Posm is de osmolariteit van het plasma. De relatieve snelheid waarmee opgeloste stoffen uit water worden geklaard, kan uitgedrukt worden met de volgende formule:
• CH2O = V – Cosm = V – (Uosm X V)/Posm
De snelheid van de vrije-waterklaring is de snelheid waarmee de nieren ionenvrij water uitscheiden. Wanneer de vrije-waterklaring positief is, wordt er relatief veel water en weinig ionen uitgescheiden. Wanneer de vrije-waterklaring negatief is, wordt er relatief weinig water en veel ionen uitgescheiden.

Afwijkingen in het concentrerend vermogen van de nieren
Een afgenomen vermogen van de nieren om de urine te concentreren kan het gevolg zijn van de volgende afwijkingen:
• Afgenomen secretie van ADH (Centrale Diabetes Insipidus). Dit komt door het onvermogen van het posterieure deel van de hypofyse om ADH te secerneren. Dit kan komen door een hoofdwond, infectie of een aangeboren afwijking.
• Het onvermogen van de nieren om adequaat te reageren op ADH (Nefrotische Diabetes Insipidus). Deze afwijking ontstaat door een slecht functionerend tegengesteld transportmechanisme. Hierdoor kan het interstitium van het niermerg niet hyperosmolair worden. Veel nierziekten kunnen tot gevolg hebben dat de nier geen geconcentreerde urine kan vormen. Een afwijkend functionerende Lis van Henle wat het gevolg is van Lisdiuretica, heeft een ook invloed op het concentrerend vermogen van de nier.
• Enkele medicijnen (zoals Lithium en Tetracyclines) kunnen het concentrerend vermogen van de nier verminderen.

Osmolariteit en Natriumconcentratie
De controle van de osmolariteit van de extracellulaire vloeistof en Natriumconcentratie zijn sterk met elkaar verbonden. Dit komt, omdat Natrium het meest voorkomende cation is in de extracellulaire vloeistof. Plasmaconcentratie van Natrium is normaliter 140 tot 145 mEq/L. Gemiddeld 142 mEq/L. Osmolariteit is gemiddeld 300 mOsm/L en varieert niet meer dan 2 tot 3 procent. Hoewel veel mechanismen de uitscheiding van Natrium en water reguleren, zijn twee mechanismen betrokken bij de regulatie van de Natriumconcentratie en de osmolariteit van de extracellulaire vloeistof:
• Het osmoreceptor-ADH feedback systeem
• Het dorstmechanisme.

Osmoreceptor-ADH feedback systeem
Wanneer de osmolariteit (plasma Natriumconcentratie) stijgt boven een normale grens, werkt het osmoreceptor-ADH feedbacksysteem als volgt:
• Gestegen osmolariteit van de extracellulaire vloeistof prikkelt de osmoreceptoren in de anterieure deel van de hypothalamus. De hypothalamus prikkelt vervolgens het posterieure deel van de hypofyse.
• Actiepotentialen die naar het posterieure deel van de hypofyse worden gestuurd, veroorzaken de secretie van ADH.
• ADH wordt door het bloed naar de nieren getransporteerd. Het veroorzaakt een gestegen permeabiliteit voor water in de distale tubulus, corticale verzameltubulus en medullaire verzameltubulus.
• Een toegenomen permeabiliteit voor water in het distale gedeelte van het nefron, heeft een toegenomen reabsorptie van water tot gevolg. Ook is de urine geconcentreerder. De extracellulaire vloeistof zal verdund worden.

ADH wordt gesynthetiseerd in de supra-optische en paraventriculaire kernen van de hypothalamus en wordt door het posterieure deel van de hypofyse gesecerneerd. Ongeveer 83 procent van ADH wordt door de supra-optische kern gevormd. 16 procent van de totale hoeveelheid wordt door de paraventriculaire kernen gevormd. Beide kernen hebben axonale verlengingen naar het posterieure deel van de hypofyse. Secretie van ADH als reactie op osmotische veranderingen verloopt snel. Plasma-ADH-spiegels kunnen binnen enkele minuten sterk stijgen.

Cardiovasculaire reflex stimuleert de secretie van  ADH door een gedaalde arteriële druk, afgenomen bloedvolume of beide. ADH-secretie wordt ook beïnvloed door cardiovasculaire reflexen. De arteriële baroreceptorreflex en cardiopulmonale reflex zijn cardiovasculaire reflexen. Afferente stimuli die door de Nervus Vagus en Nervus Glossopharyngealis naar de tractus solitarius worden geleid, beïnvloeden de ADH-synthese en secretie. Een toegenomen ADH-secretie normaliseert het bloedvolume en bloeddruk. Hoewel de normale ADH –secretie voornamelijk beïnvloed wordt door veranderingen in plasma-osmolariteit, beïnvloeden grote veranderingen in bloedvolume (zoals bij bloedingen) ook de secretie van ADH.

Dorst en de regulatie van de osmolariteit en Natriumconcentratie
De nieren minimaliseren vochtverlies door het osmoreceptor-ADH feedbacksysteem. Een adequate vochtinname is echter noodzakelijk om vochtverlies te compenseren. Vochtinname wordt gereguleerd door het dorstmechanisme. Samen met het osmoreceptor-ADH feedbacksysteem wordt osmolariteit van de extracellulaire vloeistof en Natriumconcentratie gereguleerd. Veel van de stimuli die de ADH-secretie stimuleren, stimuleren ook de dorstprikkel (bewuste zin in water). Een gestegen extracellulaire osmolariteit, gedaald extracellulair vochtvolume en gedaalde arteriële druk zijn zeer belangrijke stimuli voor de dorstprikkel. Een andere belangrijke stimuli is Angiotensine II. Angiotensine II komt vrij bij een laag bloedvolume en lage bloeddruk. Angiotensine II veroorzaakt dorst en verminderde uitscheiding van water door de nieren. Andere factoren die de vochtinname beïnvloeden zijn een droge mond, een droog muceus membraan van de oesophagus en mate van rek van de maagwand.

ADH en de dorstprikkel werken samen om de extracellulaire osmolariteit te reguleren.
Normaliter werken deze mechanismen samen om de extracellulaire osmolariteit en Natriumconcentratie nauwkeurig te reguleren. Zelfs bij een hoge zoutinname, reguleren beide mechanismen de plasma-osmolariteit. Wanneer een van beide mechanismen is uitgeschakeld, weet het andere systeem dit redelijk op te vangen.

Angiotensine II en Aldosteron spelen geen belangrijke rol in de regulatie van Extracellulaire osmolariteit en Natriumconcentratie. Hoewel beide hormonen zeer belangrijk zijn in de regulatie van Natriumuitscheiding, hebben ze een klein effect op de Natriumconcentratie van het plasma. Dit heeft twee redenen:
• Angiotensine II en aldosteron verhogen de reabsorptie van Natrium EN water door de renale tubulus. Dit vergroot het extracellulaire vochtvolume en totale hoeveelheid van Natrium, maar niet de Natriumconcentratie.
• Als de ADH en de dorstprikkel normaal functioneren, veroorzaakt elke stijging van de Natriumconcentratie van het plasma een toegenomen ADH-secretie en vochtinname.
Bij een compleet verlies van aldosteron (zoals adrenalectomy of ziekte van Addison), is er een groot verlies van Natrium door de nieren.

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

Waarom val ik niet af?

Urineproductie door de nieren 1

Regulatie van het zuur-base evenwicht

Regulatie van de tensie door de nieren

Nierziekten en diuretica

Integratie van renale regelmechanismen

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