Τι εννοούμε με τον όρο ομοιόσταση και πως εξασφαλίζεται από τους νεφρούς;

Ποιες είναι οι άλλες νεφρικές λειτουργίες;

Πως εξασφαλίζεται η σταθερότητα της σπειραματικής διήθησης;

Πως ορίζεται η νεφρική κάθαρση και πως η κλασματική απέκκριση μιας ουσίας;

Πως εξασφαλίζεται η σταθερότητα του όγκου των υγρών του σώματος και πως συμμετέχει ο νεφρός σε αυτή τη διαδικασία;

1. Την αποβολή των τοξικών ουσιών, τόσο των ενδογενών (π.χ. προϊόντα μεταβολισμού), όσο και των εξωγενών (π.χ.  φάρμακα).
2. Την διατήρηση σταθερών του όγκου και της ωσμωτικότητας του εξωκυττάριου υγρού και της συγκέντρωσης των ηλεκτρολυτών, παρά τις διακυμάνσεις στην εξωγενή πρόσληψη ύδατος και ηλεκτρολυτών.
3. Τη διατήρηση της οξεοβασικής ισορροπίας.

Επίσης ο νεφρός έχει και σημαντική ενδοκρινική λειτουργία καθώς:

1. Παράγοντας ερυθροποιητίνη συμμετέχει στη ρύθμιση της ερυθροποίησης.
2. Ενεργοποιώντας τη βιταμίνη D, συμμετέχει στο μεταβολισμό των οστών

Τέλος, ο νεφρός συμμετέχει στη ρύθμιση της αρτηριακής πίεσης μέσω

1. της ρύθμισης του εξωκυττάριου όγκου και
2. της παραγωγής αγγειοδραστικών ουσιών (αγγειοτασίνη ΙΙ, προσταγλανδίνες, κινίνες).

Οι κύριες νεφρικές λειτουργίες που συμβάλουν στην ομοιόσταση είναι:

• Η σπειραματική διήθηση
• Η σωληναριακή επαναρρόφηση
• Η σωληναριακή απέκκριση.

Με τη λειτουργία της σπειραματικής διήθησης εξασφαλίζεται η παραγωγή άφθονου διηθήματος (περίπου 180 λίτρων ημερησίως), ώστε να επιτευχθεί η αποτελεσματική αποβολή των τοξικών ουσιών.

Με τις σωληναριακές λειτουργίες επιτυγχάνεται η επεξεργασία του διηθήματος ώστε ρυθμιστεί η αποβολή υγρών και ηλεκτρολυτών στα ούρα ανάλογα με τις ανάγκες του οργανισμού και την εξωγενή πρόσληψή τους.

Α. ΣΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΗΘΗΣΗ

Οι νεφροί αν και αποτελούν το 0.5% της συνολικής σωματικής μάζας, δέχονται το 20% της καρδιακής παροχής, έχουν δηλαδή 40 φορές μεγαλύτερη αιμάτωση από τη μέση αιμάτωση των λοιπών οργάνων του ανθρώπου. Από τη νεφρική ροή πλάσματος (περίπου 0.5 lt/min), το 20-30% περνά τη διηθητική μεμβράνη ως σπειραματικό διήθημα ( περίπου 125 ml/min ή 180 lt/24ωρο). Η συντριπτική πλειοψηφία του ύδατος και των ηλεκτρολυτών που διηθούνται επαναρροφούνται από τα σωληνάρια, αφήνοντας τις τοξικές ουσίες να αποβληθούν στον απαιτούμενο όγκο ούρων.

Η σπειραματική διήθηση και η νεφρική ροή πλάσματος παραμένουν σταθερές σε ένα μεγάλο εύρος διακύμανσης της συστηματικής πίεσης και του εξωκυτττάριου όγκου και αυτό επιτυγχάνεται με τη συνεργασία των νεφρικών αυτορρυθμιστικών μηχανισμών.

Λόγω της ύπαρξης των ρυθμιστικών μηχανισμών, η  νεφρική ροή αίματος και η σπειραματική διήθηση παραμένει σταθερή σε ένα μεγάλο εύρος διακύμανσης της συστηματικής αρτηριακής πίεσης (Σ.Α.Π.:80- 200 mmHg).

Η νεφρική αυτορρύθμιση έχει ως σκοπό τη διατήρηση σταθερής GFR σε μεταβολές της συστηματικής αρτηριακής πίεσης. Αυτό επιτυγχάνεται με την σύσπαση του προσαγωγού αρτηριδίου όταν αυξάνεται η συστηματική πίεση και με τον τρόπο αυτό εμποδίζεται η μεταφορά της αυξημένης πίεσης στο σπείραμα. Αντίθετα επί μειωμένης αρτηριακής πίεσης το προσαγωγό διαστέλλεται και συστέλλεται το απαγωγό αρτηρίδιο και έτσι διατηρείται η σπειραματική υδροστατική πίεση σταθερή.

Σε κλινικές καταστάσεις υπότασης ή μείωσης του δραστικού όγκου αίματος (υποογκαιμία, καρδιακή ανεπάρκεια, κίρρωση, βαρύ νεφρωσικό σύνδρομο) η διέγερση του συστήματος ρενίνης -αγγειοτασίνης και κατά δεύτερο ρόλο του συμπαθητικού συστήματος διαδραματίζει κεντρικό ρόλο στη διατήρηση της σπειραματικής πίεσης διήθησης, συστέλλοντας το απαγωγό κυρίως αρτηρίδιο  και σε αυτό συμβάλει και η διέγερση της ενδονεφρικής παραγωγής προσταγλανδινών, οι οποίες διαστέλλουν το προσαγωγό κυρίως αρτηρίδιο. Σε τέτοιες καταστάσεις η φαρμακευτική αναστολή του συστήματος ρενίνης- αγγειοτασίνης (αναστολείς μετατρεπτικού ενζύμου ή αναστολείς των υποδοχέων αγγειοτασίνης ΙΙ) ή της σύνθεσης των προσταγλανδινών (μη στεροειδή αντιφλεγμονώδη φάρμακα) μπορεί να έχει καταστροφικές συνέπειες για τη σπειραματική διήθηση λόγω καταστολής των αυτορρυθμιστικών μηχανισμών του νεφρού. 

Β. ΣΩΛΗΝΑΡΙΑΚΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ

Ο ρόλος του σωληναρίου όπως αναφέρθηκε είναι η απορρόφηση και η έκκριση ουσιών από το σπειραματικό διήθημα, ώστε να επιτευχθεί η πρόσφορη συγκέντρωσή του στα ούρα.

ΚΑΘΑΡΣΗ ΟΥΣΙΩΝ- ΚΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΑΠΕΚΚΡΙΣΗ

Οι βασικές λειτουργίες που καθορίζουν την νεφρική απέκκριση μιας ουσίας είναι η σπειραματική διήθηση, η σωληναριακή επαναρρόφηση και η σωληναριακή έκκριση.  Για μια δεδομένη ουσία και οι τρεις διαδικασίες μπορεί να συμβαίνουν και το τελικό ποσοστό που θα απεκκριθεί εξαρτάται από την ποσοτική συσχέτιση των διαδικασιών αυτών.

Ως νεφρική κάθαρση μιας δεδομένης ουσίας X ορίζεται ο όγκος του πλάσματος (Cx) που καθαίρεται πλήρως από την ουσία αυτή στη μονάδα του χρόνου (εκφράζεται σε ml/min).

Για μια ουσία η οποία διηθείται ελεύθερα στο σπείραμα και δεν εκκρίνεται ούτε επαναρροφάται από τα σωληνάρια η κάθαρσή της ισούται με τη σπειραματική διήθηση (GFR). Μια τέτοια ουσία είναι η ινουλίνη και ο υπολογισμός της κάθαρσής της αποτελεί αξιόπιστη μέθοδο υπολογισμού της GFR.

Η ινουλίνη είναι εξωγενής ουσία και απαιτεί την εξωγενή ενδοφλέβια χορήγησή της για τη μέτρηση της GFR, για το λόγο αυτό στην κλινική πράξη ο υπολογισμός της GFR γίνεται με τον υπολογισμό της κάθαρσης της κρεατινίνης. Η κρεατινίνη είναι ενδογενής ουσία η οποία παράγεται σε σταθερό ρυθμό από την κρεατίνη των μυών και η οποία διηθείται ελεύθερα στο σπείραμα, δεν επαναρροφάται, εκκρίνεται όμως σε μικρό ποσοστό από τα σωληνάρια. Συνεπώς η κάθαρσή της είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από την GFR. Καθώς όμως η μέτρηση της συγκέντρωσής της στο πλάσμα με τις συνήθεις μεθόδους υπερεκτιμά την πραγματική της συγκέντρωση, τείνοντας να μειώσει την υπολογιζόμενη GFR, η υπολογιζόμενη από την κάθαρση κρεατινίνης GFR έχει μη ουσιαστική διαφορά από την πραγματική.

Σε περιπτώσεις προχωρημένης νεφρικής ανεπάρκειας, όπου η σπειραματική διήθηση της κρεατινίνης έχει μειωθεί σημαντικά, η σωληναριακή έκκριση της αποτελεί σημαντικό ποσοστό της απεκκρινόμενης από τα ούρα κρεατινίνης και η κάθαρσή της υπερεκτιμά σημαντικά την GFR.     

Αν μια ουσία διηθείται και στη συνέχεια απεκκρίνεται πλήρως από τα σωληνάρια τότε το πλάσμα που εγκαταλείπει τον νεφρό έχει πλήρως καθαρθεί από αυτή. Συνεπώς η κάθαρσή της ισούται με τη νεφρική ροή πλάσματος (RPF). Τέτοια ουσία είναι το παρα-αμινο-ιππουρικό (PAH), ένα εξωγενές οργανικό ανιόν το οποίο χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της νεφρικής ροής πλάσματος.

Κλασματική απέκκριση ουσιών: το ποσοστό της διηθούμενης ποσότητας μιας ουσίας X το οποίο απεκκρίνεται τελικά στα ούρα αποτελεί την κλασματική απέκκριση μιας ουσίας (FeX).

Μια ουσία που εκκρίνεται σε μεγαλύτερο βαθμό παρά επαναρροφάται έχει κλασματική απέκκριση μεγαλύτερη από 100%. Αντίθετα ουσίες που επαναρροφόνται έχουν κλασματική απέκκριση μικρότερη από 100%. Το τελευταίο ισχύει για τις περισσότερες ενδογενείς χρήσιμες ουσίες. Έτσι σε φυσιολογικές συνθήκες η κλασματική απέκκριση της γλυκόζης και των διττανθρακικών είναι μηδέν (πλήρης επαναρρόφηση) και του νατρίου μικρότερη από 1%.

Στην κλινική πράξη ο υπολογισμός της κλασματικής απέκκρισης ορισμένων ουσιών προσφέρει χρήσιμες διαγνωστικές πληροφορίες. Παράδειγμα είναι η χρήση της κλασματικής απέκκρισης νατρίου (FeNa) για τη διαφορική διάγνωση μεταξύ προνεφρικής αζωθαιμίας (FeNa<1%) και οξείας σωληναριακής νέκρωσης (FeNa>1%).  Επίσης η κλασματική απέκκριση διττανθρακικών χρησιμοποιείται στη διαφορική διάγνωση της νεφρικής σωληναριακής οξέωσης τύπου ΙΙ (Fe HCO3> 15%) από τις άλλες μορφές νεφρική σωληναριακής οξέωσης.

ΟΜΟΙΟΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΟΓΚΟΥ ΤΩΝ ΥΓΡΩΝ

Από τις πρώτες προτεραιότητες των ομοιοστατικών λειτουργιών του οργανισμού είναι η προστασία του όγκου των υγρών σώματος και κυρίως του εξωκυττάριου όγκου και του πραγματικού ή δραστικού κυκλοφορούντος όγκου (ECV, Effective circulating volume).  Στη ρύθμιση αυτή κεντρικό ρόλο έχει ο νεφρός.

Στην πλειονότητα των περιπτώσεων ο ECV έχει σταθερή αναλογία με τον συνολικό εξωκυττάριο όγκο και διαταραχές του αντικατοπτρίζουν διαταραχές του εξωκυττάριου όγκου. Εξαίρεση αποτελούν οι διαταραχές στις οποίες ενώ ο συνολικός εξωκυττάριος όγκος είναι αυξημένος, ο ECV είναι ελαττωμένος είτε λόγω μείωσης της καρδιακής παροχής (καρδιακή ανεπάρκεια) είτε λόγω αρτηριακής ή και φλεβικής αγγειοδιαστολής (σηψαιμία, αναφυλαξία, κύηση) είτε λόγω μετακίνησης υγρών από τον ενδαγγειακό χώρο σε τρίτους χώρους (βαρύ νεφρωσικό με σοβαρή υπολευκωματιναιμία, κίρρωση με ασκίτη).

Οι μεταβολές του δραστικού κυκλοφορούντος όγκου γίνονται αντιληπτοί από αισθητήρες (τασεουποδοχείς) με αποτέλεσμα την κινητοποίηση μηχανισμών για την επαναφορά στο φυσιολογικό μέσω δύο κύριων μηχανισμών:

1. Τη ρύθμιση της αιμοδυναμικής κατάστασης του κυκλοφορικού.

2. Τη ρύθμιση της αποβολής νατρίου και νερού από το νεφρό (εικόνα 1)

Η πρώτη αντίδραση του οργανισμού στη μείωση του ECV είναι η κινητοποίηση αιμοδυναμικών μηχανισμών (συμπαθητικό σύστημα, ρενίνη-αγγειοτασίνη ΙΙ) που προκαλούν ταχυκαρδία και αύξηση των περιφερικών αντιστάσεων για την επαναφορά της αρτηριακής πίεσης και την προστασία της αιμάτωσης των ζωτικών οργάνων. Η αντίδραση αυτή είναι ταχύτατη (εντός λεπτών) αλλά δεν αντιμετωπίζει την αιτία του προβλήματος που είναι η απώλεια του όγκου.

Η οριστική αντιμετώπιση γίνεται από την ικανότητα του νεφρού να ρυθμίζει τη απώλεια νατρίου και ύδατος. Έτσι επί μείωσης του όγκου μειώνεται η αποβολή νατρίου και ύδατος και επανέρχεται ο όγκος στο φυσιολογικό. Το αντίστροφο γίνεται επί αύξησης του δραστικού κυκλοφορούντος όγκου. Η νεφρική ρύθμιση καθυστερεί (12-24 ώρες) αλλά προσφέρει οριστική και αιτιολογική αντιμετώπιση της διαταραχής.

Πως, όμως, ρυθμίζεται η αποβολή νατρίου και ύδατος από τον νεφρό;

Επί μείωσης του εξωκυττάριου όγκου μειώνεται η νεφρική ροή αίματος και η σπειραματική πίεση διήθησης και άρα μειώνεται και η διηθούμενη ποσότητα νατρίου και ύδατος. Συγχρόνως αυξάνεται η επαναρρόφησή τους από νεφρικά σωληνάρια λόγω της δράσης του συστήματος ρενίνης-αγγειοτασίνης και του συμπαθητικού συστήματος, ενώ αυξάνει και το αίσθημα της δίψας με αποτέλεσμα την αυξημένη πρόσληψη νερού. Τέλος διεγείρεται η έκκριση αντιδιουρητικής ορμόνης με αποτέλεσμα την κατακράτηση νερού από τα αθροιστικά σωληνάρια και την αποβολή συμπυκνωμένων ούρων.

Αποτέλεσμα των ανωτέρω μηχανισμών είναι η αποκατάσταση του δραστικού κυκλοφορούντος όγκου και άρα και του εξωκυττάριου όγκου. Εξαίρεση αποτελούν οι καταστάσεις που προαναφέρθηκαν, στις οποίες οι ανωτέρω μηχανισμοί που κινητοποιούνται για την αποκατάσταση του δραστικού όγκου, επιδεινώνουν ακόμα περισσότερο τον ήδη αυξημένο εξωκυττάριο όγκο.

Σε καταστάσεις αυξημένου ECV γίνεται ακριβώς η αντίθετη διαδικασία (αναστολή της διέγερσης του συμπαθτικού και της έκκρισης ρενίνης, αύξηση της σπειραματικής διήθησης και μείωση της επαναρρόφησης νατρίου και ύδατος, έκκριση νατριουρητικού πεπτιδίου και αναστολή της έκκρισης αντιδιουρητικής ορμόνης). Αποτέλεσμα είναι η αύξηση της απέκκρισης νερού και νατρίου και η επάνοδος του δραστικού κυκλοφορούντος όγκου στο φυσιολογικό.