Urineproductie door de nieren 2

Het glomerulaire filtraat stroomt achtereenvolgens door de proximale tubulus, Lis van Henle, distale tubulus, verzameltubulus en verzamelbuis, voordat het wordt uitgescheiden als urine. Tijdens dit proces worden sommige stoffen gereabsorbeerd vanuit de tubulus terug het peritubulaire capillaire bloed in. Andere stoffen worden juist uitgescheiden.

Reabsorptie en secretie door de renale tubuli
De urine die wordt gevormd is de resultante van drie processen die in de nier plaatsen hebben:
• Urine-excretie = Glomerulaire filtratie – Tubulaire reabsorptie + Tubulaire secretie

Tubulaire secretie is de nettobeweging van opgeloste stoffen vanuit de peritubulaire capillairen in de tubuli
Sommige stoffen bereiken de tubuli niet alleen door glomerulaire filtratie, maar ook door de secretie vanuit de peritubulaire capillairen. Dit gaat middels twee stappen: (1) diffusie van de stof vanuit de peritubulaire capillairen naar het renale interstitium en (2) via actief en /of passief transport over het tubulair epitheel in het lumen. Kaliumionen, Waterstofionen en sommige organische zuren en basen worden actief getransporteerd.

Reabsorptie van opgeloste stoffen en water vanuit de tubuli in de peritubulaire capillairen
Om een stof te resorberen, moet die stof achtereenvolgens over het renale tubulaire epitheel, de interstitiële vloeistof en het peritubulaire capillaire membraan getransporteerd worden. Opgeloste stoffen kunnen over het celmembraan getransporteerd worden (=transcellulaire route), middels actief of passief transport. Ook kunnen opgeloste stoffen tussen de cellen door getransporteerd worden (=paracellulaire route); deze transportvorm is passief.
Water wordt tussen de epitheliale cellen middels osmose getransporteerd.
Na absorptie in de interstitiële vloeistof, worden water en opgeloste stoffen over het peritubulaire capillair middels ultrafiltratie getransporteerd. Dit proces wordt beïnvloed door hydrostatische en colloïd osmotische druk. In contrast met de glomerulaire capillairen, die grote hoeveelheden water en opgeloste stoffen filtreren, absorberen de peritubulaire capillairen juist grote hoeveelheden water en opgeloste stoffen.

Reabsorptiesnelheid kan erg variëren.
Sommige stoffen die worden gefiltreerd (zoals glucose en aminozuren), worden door de tubuli geheel gereabsorbeerd.
De meeste ionen in het plasma (zoals Natrium, Chloride en Bicarbonaat) worden ook in grote mate gereabsorbeerd door de tubuli. Dit hangt echter af van de behoefte van het lichaam. Metabolieten (zoals ureum en creatinine) worden in grote hoeveelheden uitgescheiden.

Actief transport kost energie en verloopt tegen de Electrochemische gradiënt. Energiegekoppeld transport wordt actief transport genoemd. De Natrium/Kalium-ATPase-pomp is hier een goed voorbeeld van. Deze pomp is erg belangrijk voor de reabsorptie van Natrium. Het basolaterale membraan heeft een zeer uitgebreid Natrium/Kalium-ATPase-systeem wat ATP hydrolyseert en de vrijgekomen energie gebruikt uit de cel het interstitium in te pompen. Tegelijkertijd wordt Kalium vanuit het interstitium de cel ingepompt. Het verwijderen van Natrium uit de cel stimuleert diffusie van Natrium in het tubulaire lumen.
In sommige delen van het nefron zijn er mechanismen die juist het transport van Natrium de cel in. In de proximale tubulus is er een uitgebreide borstelzoom. De borstelzoom vergroot het oppervlak met een factor 20. Er zijn ook transporteiwitten voor Natrium op de luminale zijde van het membraan aanwezig. Deze binden Natrium aan de luminale zijde en transporteren vervolgens het gebonden Natrium de cel in. Deze transporteiwitten zijn ook belangrijk voor het transport van glucose en aminozuren.

Secundaire actieve reabsorptie van glucose en aminozuren verloopt via het renaal tubulaire membraan.
Tijdens secundair actief transport reageren twee of meer stoffen met een specifiek membraaneiwit en worden gelijktijdig over het membraan getransporteerd. Een van de stoffen diffundeert met de electrochemische gradiënt mee. De energie die hierbij vrijkomt wordt gebruikt om de andere stof tegen de electrochemische gradiënt in. Secundair actief transport vraagt geen extra energie in de vorm van ATP.

Transportmaxima worden vaak bereikt voor het actief transport. Veel voedingsstoffen, zoals glucose en aminozuren worden middels secundair actief transport gereabsorbeerd. Aan het transport van deze stoffen is een maximum verbonden. Wanneer de filtratiesnelheid de transportsnelheid overschrijdt, dan wordt de betreffende stof met de urine uitgescheiden.

Passieve waterreabsorptie middels osmose is gekoppeld een Natriumreabsorptie.
Wanneer stoffen middels actief of passief transport het interstitium in stromen, stijgt de concentratie van die stoffen daar. Dit veroorzaakt een concentratieverschil wat resulteert in osmose van water in dezelfde richting waar de opgeloste stoffen heen gaan. Sommige delen van de renale tubulus (vooral de proximale tubulus) zijn zeer permeabel voor water. Reabsorptie vindt zeer snel plaats en er is een zeer kleine concentratiegradiënt over het membraan. In het ascenderende deel van de Lis van Henle is de permeabiliteit water laag en water wordt slecht gereabsorbeerd ondanks de grote osmotische gradiënt. In de distale tubulus, verzameltubulus en verzamelbuis hangt de permeabiliteit voor water af van de aan- of afwezigheid van AntiDiuretischHormoon (ADH). In de aanwezigheid van ADH zijn genoemde delen van de tubulus zeer permeabel voor water.

Sommige stoffen worden gereabsorbeerd middels passieve diffusie.
Als Natrium (een positief ion) wordt gereabsorbeerd door de tubulaire cel, diffunderen negatieve ionen (zoals Chloride) door de paracellulaire ruimte passief mee. Ook treedt reabsorptie van Chloride op door de concentratiegradiënt die ontstaat wanneer water wordt gereabsorbeerd.
Neutrale stoffen zoals Ureum worden ook passief gereabsorbeerd, omdat osmotische reabsorptie van water genoemde stoffen concentreert in het tubulaire lumen. Dit veroorzaakt diffusie naar het renale interstitium. Ureum en andere stoffen worden echter niet snel gereabsorbeerd, waardoor grote hoeveelheden van deze stoffen met de urine worden uitgescheiden.

Reabsorptie en secretie over verschillende delen van het nefron
De proximale tubulus heeft een grote reabsorptiecapaciteit. Ongeveer 65 procent van het gefiltreerde water, Natrium, Cholride, Kalium en andere electrolyten worden in de proximale tubulus gereabsorbeerd. Een belangrijke functie van de proximale tubulus is het behouden van bruikbare stoffen zoals, glucose, aminozuren, eiwitten, water en electrolyten. De proximale tubulus is weinig permeabel voor afvalstoffen van het lichaam. Ook worden er weinig afvalstoffen gereabsorbeerd.

De Lis van Henle bestaat uit drie kenmerkende functionele eenheden: Descenderende Dunne segment, Ascenderende Dunne segment en het Ascenderende Dikke segment. De Lis van Henle loopt diep de nier in (het niermerg) en speelt een belangrijke rol in het concentreren van urine. Het Descenderende segment van de Lis van Henle is zeer permeabel voor water. Water wordt snel gereabsorbeerd vanuit de tubulaire vloeistof in het hyperosmotische interstitium (osmolariteit stijgt tot 1200 tot 1400mOsm/L in het niermerg). Ongeveer 20 procent van het glomerulaire filtraat wordt gereabsorbeerd in het Dunne Segment van de Lis van Henle, waardoor de tubulaire vloeistof hyperosmotisch wordt.
In de dunne en dikke segmenten van het ascenderende deel van de Lis van Henle is de permeabiliteit voor water verwaarloosbaar. Hier wordt echter veel Natrium, Chloride en Kalium gereabsorbeerd, waardoor de tubulaire vloeistof hypotoon wordt. Tegelijkertijd veroorzaakt het actieve transport van NatriumChloride vanuit het dikke ascenderende segment van de Lis van Henle een zeer hoge concentratie van deze ionen in de interstitiële vloeistof van het niermerg. Vergelijkbaar met het transport van NatriumChloride in de proximale tubulus, is reabsorptie van genoemde stoffen in de Lis van Henle gekoppeld aan de Natrium/Kalium-ATPase-pomp in de basolaterale membraan. Ook wordt NatriumChloride snel getransporteerd door een 1-Natrium, 2-Chloride, 1-Kalium Cotransporter. Ongeveer 25 procent van het gefiltreerde Natrium, Chloride en Kalium wordt gereabsorbeerd in de Lis van Henle, waarvan het meeste in het dikke ascenderende segment. Aanzienlijke hoeveelheden van Calcium, Bicarnonaat en Magnesium worden ook gereabsorbeerd in het dikke ascenderende segment van de Lis van Henle. Het dikke ascenderende segment van de Lis van Henle is de plaats waar Lisdiuretica (Furosemide) werken. Lisdiuretica inhiberen de 1-Natrium, 2-Chloride, 1-Kalium Cotransporter.

Het eerste deel van de distale tubulus verdunt de tubulaire vloeistof. Het dikke ascenderende segment van de Lis van Henle mondt uit in de distale tubulus. Het eerste deel van de distale tubulus is een deel van het juxtaglomerulaire complex. Het juxtaglomerulaire complex voorziet het nefron van feedback, om zo de glomerulaire filtratie (GFR) en bloedvoorziening te reguleren. Het volgende deel van de distale tubulus heeft dezelfde eigenschappen als her ascenderende deel van de Lis van Henle. Het resorbeert veel ionen, maar is impermeabel voor ureum en water. Vloeistof wat dit deel van het nefron verlaat, heeft een osmolariteit van 100 mOsm/L.
Een NatriumChloride-cotransporter transporteert NatriumChloride vanuit het lumen de epitheliale cellen van de distale tubulus in. Thiazidediuretica (om Decompensatio Cordis en hypertensie te behandelen) inhiberen de NatriumChloride-cotransporter.

Het laatste gedeelte van de distale tubulus en verzameltubulus hebben dezelfde functie. Het tweede deel van de distale tubulus en verzameltubulus hebben dezelfde functionele kenmerken. Beide delen bestaan uit twee celtypen: de principiële cellen, die Natrium en water absorberen en Kalium uitscheiden en intercalacerende cellen, welke Kalium absorberen en Waterstofionen uitscheiden.
De tubulaire membranen van beide segmenten zijn bijna geheel impermeabel voor ureum en de permeabiliteit voor water wordt gereguleerd door de ADH-concentratie. Wanneer de ADH-concentratie hoog is, zijn deze gedeelten erg permeabel voor water. De reabsorptie van Natrium en de uitscheiding van Kalium door de principiële cellen staat onder de invloed van Aldosteron. Uitscheiding van Waterstofionen is belangrijk voor het zuur-base-evenwicht in het lichaam.
De principiële cellen vormen het werkzame gebied voor Kaliumsparende diuretica.

In de verzamelbuizen van het niermerg vindt de laatste bewerking van urine plaats.
Hoewel de verzamelbuizen in het niermerg maar 10 procent van het gefiltreerde water en Natrium reabsorberen, zijn de verzamelbuizen zeer belangrijk in de uiteindelijke uitscheiding van water en opgeloste stoffen. Hieronder volgen een aantal specifieke kenmerken van dit tubulaire segment:
• De permeabiliteit voor water wordt beïnvloed door ADH.
• De verzamelbuis is zeer permeabel voor Uruem, waardoor Ureum gereabsorbeerd kan worden. Hierdoor stijgt de urineconcentratie.
• De verzamelbuis kan Waterstofionen tegen de concentratiegradiënt uitscheiden. Hierdoor is de verzamelbuis zeer belangrijk in het reguleren van het zuur-base-evenwicht.

Regulatie van de tubulaire reabsorptie
Het is van vitaal belang dat het evenwicht tussen tubulaire reabsorptie en glomerulaire filtratie zeer precies wordt gereguleerd. Dit evenwicht staat onder de invloed van het zenuwstelsel, hormonen en een aantal lokale mechanismen. Een belangrijk kenmerk van tubulaire reabsorptie is dat de uitscheiding van water en opgeloste stoffen onafhankelijk gereguleerd kan worden, met name door een aantal hormonen.

Glomerulairetubulaire evenwicht is het vermogen van de tubulus om de reabsorptie te verhogen als reactie op een hogere filtratie. Wanneer de GFR toeneemt, neemt de tubulaire reabsorptie met ongeveer dezelfde hoeveelheid toe.
Wanneer het glomerulaire filtraat door de tubuli stroomt, wordt 99 procent van het water en opgeloste stoffen gereabsorbeerd. Opname verloopt achtereenvolgens door het renale interstitium en de peritubulaire capillairen. Van de 125 ml/min die door de glomerulaire capillairen wordt gefiltreerd, wordt 124 ml/min weer gereabsorbeerd.
Peritubulaire capillaire reabsorptie staat onder de invloed van hydrostatische en colloïd osmotische druk welke over het capillair werken en capillaire filtratie coëfficiënt (Kf). Deze relatie kan als volgt worden weergegeven:
• Reabsorptie = Kf(Pc – Pif – πc – πif)
Pc is de peritubulaire capillaire hydrostatische druk. Pif is de interstitiële hydrostatische druk. πc is de colloïd osmotische druk van de peritubulaire capillaire plasma-eiwitten. πif is de colloïd osmotische druk van eiwitten in het interstitium.] De twee belangrijkste factoren van de peritubulaire capillaire reabsorptie die direct worden beïnvloed door renale hemodynamische invloeden zijn: hydrostatische en colloïd osmotische druk van de peritubulaire capillairen.
De peritubulaire capillaire hydrostatische druk wordt beïnvloed door de arteriële druk en de weerstand van de afferente en efferente arteriolen.
De peritubulaire capillaire colloïd osmotische druk wordt beïnvloed door de systemische colloïd osmotische druk en de filtratie fractie (=GFR/renale doorbloeding). Wanneer de filtratiefractie toeneemt, stijgt ook de hoeveelheid plasma die wordt gefiltreerd door de glomerulaire capillairen. Dit heeft tot gevolg dat het plasma wat in het capillair blijft meer plasma-eiwitten bevat. Een stijging van de filtratiefractie heeft een gestegen reabsorptie tot gevolg.

Stijging van de arteriële druk verlaagt de tubulaire reabsorptie. Zelfs een kleine stijging van de arteriële druk kan de uitscheiding van Natrium en water doen toenemen. Dit wordt tensienatriuresis en tensiediuresis genoemd. De toegenomen urineproductie  door een gestegen arteriële druk wordt gereguleerd door drie mechanismen.
• Een stijging van de arteriële druk, veroorzaakt maar een kleine toename van de doorbloeding van de nier en GFR. In gezonde nieren stijgt de nierdoorbloeding en GFR maar
• 10 procent bij een stijging van de arteriële druk van 75 tot 160 mmHg. Dit komt door het autoregulatiemechanisme van de nier.
• Een stijging van de arteriële druk veroorzaakt met name een stijging van de peritubulaire capillaire hydrostatische druk van de vasa recta. Dit veroorzaakt een daling van de peritubulaire capillaire reabsorptie van Natrium uit het tubulaire lumen. Hierdoor daalt de Natrium en water reabsorptie en neemt de uitscheiding van urine toe.
• Een stijging van de arteriële druk verlaagt de uitscheiding van Angiotensine II, wat een verminderde reabsorptie tot gevolg heeft.

Aldosteron verhoogt de reabsorptie van Natrium en de uitscheiding van Kalium. Aldosteron wordt uitgescheiden door de nierschors. Aldosteron werkt met name op de principiële cellen van de corticale verzameltubulus in. Aldosteron stimuleert de Natrium/Kalium-ATPase-pomp. Hierdoor neemt de reabsorptie van Natrium en de uitscheiding van Kalium toe. Wanneer er geen Aldosteron uitgescheiden kan worden, door bijvoorbeeld een afname van nierweefsel of slecht functionerende nieren, (Ziekte van Addison) treedt er groot verlies van Natrium op. Kalium hoopt zich op. Een zeer hoge uitscheiding van Aldosteron, wat voorkomt bij patiënten met niertumoren (Syndroom van Conn, veroorzaakt een ophoping van Natrium en verlies van Kalium.

Angiotensine II verhoogt de Natrium- en Waterreabsorptie. Angiotensine II is het krachtigste hormoon in het behoud van Natrium voor het lichaam. Angiotensine II veroorzaakt reabsorptie van Natrium op drie manieren:
• Angiotensine II stimuleert de Aldosteronsecretie, wat de Natriumreabsorptie verhoogt.
• Angiotensine II veroorzaakt een constrictie van de efferente arteriolen, wat de peritubulaire capillaire hydrostatische druk verlaagt en de filtratiefractie verhoogt (door een verlaagde doorbloeding van de nier). Beide veranderingen verhogen de reabsorptie ter hoogte van de peritubulaire capillairen. Ook stijgt de tubulaire reabsorptie van Natrium en water.
• Angiotensine II stimuleert de Natriumreabsorptie. Met name in de proximale tubulus.
Deze acties van Angiotensine II veroorzaken een significante Natrium- en waterreabsorptie door de nier, bij een lage bloeddruk, een laag extracellulair vochtvolume, of beide. Een lage bloeddruk en een laag extracellulair vochtvolume kunnen voorkomen bij ernstige bloedingen, of bij een groot verlies van zout en water.

ADH verhoogt de waterreabsorptie. ADH wordt uitgescheiden door het posterieure deel van de epiphysis. ADH verhoogt de permeabiliteit voor water in de distale tubulus, verzameltubulus en verzamelbuis. Hierdoor neemt de reabsorptie van water door het nefron toe en stijgt de concentratie van de urine. Door dit effect van ADH blijft water behouden voor het lichaam. Dehydratie stimuleert de uitscheiding van ADH. Wanneer ADH niet wordt uitgescheiden blijven de eerder genoemde delen bijna impermeabel voor water, waardoor de nieren veel water uitscheiden.

Atrium Natriuretisch Peptide (ANP) verlaagt de Natrium- en waterreabsorptie.
Gespecialiseerde cellen van de atria van het hart scheiden ANP uit wanneer deze worden gerekt. Hogere bloedspiegels van ANP verlagen de reabsorptie van Natrium en water door de renale tubulus.

Parathormoon verhoogt de Calcium- en verlaagt de Fosfaatreabsorptie. Parathormoon is een zeer belangrijk hormoon in de Calcium/Fosfaat-huishouding. In de nieren veroorzaakt het met name in de distale tubulus de reabsorptie van Calcium. In de proximale tubulus verlaagt Parathormoon de reabsorptie van Fosfaat.

Het sympathische zenuwstelsel stimuleert de reabsorptie van Natrium. Stimulatie van het sympathische zenuwstelsel veroorzaakt een constrictie van de afferente en efferente arteriolen. Hierdoor daalt de GFR. Tegelijkertijd stimuleert het sympathische zenuwstelsel de reabsorptie van Natrium in de proximale tubulus en in het ascenderende deel van de Lis van Henle. Ook stimuleert het sympathische zenuwstelsel de uitscheiding van Renine en Angiotensine II.

Klaringsmethoden om de nierfunctie te kwantificeren
Nierklaring is het plasmavolume wat per minuut geheel van een bepaalde stof geklaard wordt. Voor een bepaalde stof (X), wordt nierklaring gedefinieerd als de hoeveelheid plasma (in ml) die van die stof (X) per minuut wordt gezuiverd. Klaring kan uitgedrukt worden met de volgende formule:
• Cx = (Ux X V)/Px
Cx is de nierklaring in milliliters per minuut, Ux X Vis de uitscheidingssnelheid van een stof X (Ux is de concentratie van X in de urine en V is de urineproductie in milliliters per minuut) en Px is de plasmaconcentratie van X. Nierklaring kan gebruikt worden om een aantal nierfuncties te bepalen, zoals de GFR, tubulaire reabsorptie en tubulaire uitscheiding van een aantal stoffen.

Met creatinine of inuline kan de nierklaring geschat worden. Creatinine is een metaboliet van skeletspiermetabolisme. Creatinine wordt gefiltreerd door de glomerulus, maar wordt verder niet meer gereabsorbeerd of uitgescheiden door de tubuli. De 125 ml plasma die elke minuut door de tubuli gefiltreerd (GFR) wordt, is geklaard van creatinine. Dit betekent dat de creatinineklaring ongeveer gelijk is aan de GFR. Daarom wordt creatinine vaak gebruikt als index voor de GFR. Een nauwkeurigere methode om de GFR te bepalen is de klaring van inuline. Inuline is een polysacharide wat niet wordt gereabsorbeerd of uitgescheiden door de nieren.

Klaring van Para-aminohipurrisch zuur (PAH) wordt gebruikt om de plasmavloed de schatten. PAH wordt gefiltreerd, niet gereabsorbeerd, maar wel gesecerneerd door de tubuli. Daarom is de klaring van PAH groter dan de GFR. Negentig procent van het plasma wat door de nier stroomt, wordt geklaard van PAH. Klaring van PAH (Cpah) kan gebruikt worden om te bepalen hoeveel plasma er door de nier stroomt:
• Cpah = (Upah X V)/Ppah = Renale Plasmavloed
Upah en Ppah zijn urine- en plasmaconcentratie van PAH. V is de snelheid waarmee urineproductie. De filtratiefractie is GFR/Renale plasmavloed ratio.

Tubulaire reabsorptie of secretie kan berekend worden wanneer de klaring bekend is.
Stoffen die compleet gereabsorbeerd worden door de tubuli (aminozuren en glucose), hebben een klaringssnelheid van 0. Stoffen die voor het grootste deel weer worden gereabsorbeerd (bijvoorbeeld Natrium) hebben een klaring kleiner dan 1 procent van de GFR. Afvalstoffen van het metabolisme zoals ureum hebben een grote klaring. De tubulaire reabsorptie wordt berekend  als het verschil tussen de filtratiesnelheid (GFR X Px) en de snelheid waarmee de stof met de urine wordt uitgescheiden (Ux X V).
• Reabsorptie = (GFR X Px) – (Ux X V)
Wanneer de excretiesnelheid van een stof groter is dan het filtraat, dan is de snelheid waarmee de stof in de urine verschijnt de som van GFR plus tubulaire secretie. De secretiesnelheid is het verschil tussen de excretie van een stof met de urine en de filtratiesnelheid.
• Secretie x = (Ux X V) – (GFR X Px)

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

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