مایعات بدن، دستگاه ادراری و فیلتراسیون گلومرولی

9 مفهوم در این درس

آزمونک سریع

با چند پرسش تصادفی، آمادگی‌ات را بسنج

در حال آماده‌سازی آزمونک…

پاتووفیزیولوژی انواع شوک گردش خونی

تعریف و مکانیسم‌های شوک گردش خونی

شوک گردش خونی (Circulatory Shock) به اختلال شدید سیستم قلبی عروقی در رساندن خون کافی به بافت‌ها اطلاق می‌شود که پیامد مستقیم آن کاهش برون‌ده قلبی، هایپوپرفیوژن بافتی و اسیدوز بافتی به دلیل سوخت‌وساز بی‌هوازی است. در شرایط شوک، کلیه‌ها به عنوان ارگان‌های حیاتی وارد عمل شده و پاسخ‌های جبرانی هورمونی را فعال می‌کنند. با کاهش فشار خون و جریان خون کلیه، ترشح هورمون‌های رنین و ADH (هورمون ضد ادراری) به شدت افزایش می‌یابد. هورمون ADH با افزایش بازجذب آب در لوله‌های جمع‌کننده و رنین از طریق مسیر آنژیوتانسین و آلدوسترون با احتباس فعال آب و نمک، تلاش می‌کنند حجم مایعات درون‌عروقی و فشار خون را حفظ کنند. این واکنش جبرانی فیزیولوژیک اگرچه برای بقا حیاتی است، اما منجر به کاهش شدید جریان ادرار به کمتر از حد طبیعی (الیگوری) می‌شود.

در جریان شوک گردش خونی، فعال شدن سیستم‌های جبرانی ADH و رنین با احتباس آب و نمک، باعث کاهش جریان ادرار به کمتر از حد طبیعی می‌شود.

انواع شوک هیپوولومیک و تغییرات ویسکوزیته

شوک هیپوولومیک به دلیل کاهش حجم مایعات بدن رخ می‌دهد اما منشأ این کاهش، اثرات متفاوتی بر ویژگی‌های فیزیکی خون دارد. در شوک ناشی از اسهال و استفراغ شدید، بدن مایعات خالص و فاقد سلول را از دست می‌دهد. این امر منجر به تغلیظ خون و افزایش محسوس ویسکوزیته خون می‌گردد که مقاومت در برابر جریان خون را بیشتر می‌کند. در مقابل، در شوک ناشی از خونریزی، خون کامل (شامل پلاسما و سلول‌ها) از دست می‌رود؛ بنابراین ویسکوزیته خون در ابتدا ثابت می‌ماند و حتی ممکن است به دلیل ورود مایعات بین‌سلولی کم‌پروتئین به داخل مویرگ‌ها برای جبران حجم، ویسکوزیته کاهش یابد. با این حال، هر دو نوع شوک با کاهش بازگشت وریدی به قلب، برون‌ده قلبی را تضعیف کرده و اسیدوز بافتی ایجاد می‌کنند.

شوک‌های توزیعی: سپتیک و آنافیلاکتیک

در شوک‌های توزیعی، حجم خون طبیعی است اما اتساع شدید عروقی باعث افت فشار می‌شود. شوک سپتیک (عفونی) با تب بالا، اتساع شدید عروق سراسر بدن و افزایش اولیه برون‌ده قلبی (به علت کاهش مقاومت محیطی و پاسخ التهابی) مشخص می‌شود. یکی از عوارض پاتولوژیک و مرگبار شوک سپتیک، رسوب خون در عروق و فعال شدن آبشار انعقادی است که منجر به بروز انعقاد منتشر درون عروقی (DIC) و پیدایش لخته‌های ریز در عروق سراسر بدن می‌شود. در مقابل، شوک آنافیلاکتیک ناشی از واکنش‌های آلرژیک شدید است که در آن، اتساع عروقی وسیع و خروج مایع از رگ‌ها به سرعت رخ داده و بر خلاف شوک سپتیک، بازگشت وریدی و برون‌ده قلبی به شدت کاهش می‌یابند.

نوع شوک برون‌ده قلبی تب و دما عارضه DIC
سپتیک افزایش تب بالا
آنافیلاکتیک کاهش نرمال
هیپوولومیک کاهش کاهش دما

واژگان کلیدی

شوک گردش خونی
ناتوانی سیستم گردش خون در تامین خون و اکسیژن کافی برای بافت‌ها که منجر به اسیدوز بافتی می‌شود.
انعقاد منتشر درون عروقی (DIC)
تشکیل لخته‌های ریز در عروق سراسر بدن به علت فعال شدن فاکتورهای انعقادی در شوک سپتیک.
ویسکوزیته خون
میزان غلظت و مقاومت داخلی خون در برابر جریان یافتن که با از دست رفتن مایعات خالص افزایش می‌یابد.

اشتباه‌های رایج

  • این باور غلط که ویسکوزیته خون در همه انواع شوک هیپوولومیک افزایش می‌یابد؛ در خونریزی به علت از دست رفتن خون کامل، ویسکوزیته ثابت می‌ماند یا کاهش می‌یابد.
  • اشتباه گرفتن مشخصات شوک آنافیلاکتیک با شوک سپتیک؛ شوک سپتیک با تب بالا، اتساع شدید عروق و افزایش برون‌ده قلبی همراه است در حالی که در شوک آنافیلاکتیک برون‌ده قلبی کاهش می‌یابد.
  • تصور اینکه در جریان شوک گردش خونی جریان ادرار افزایش می‌یابد؛ در واقع مکانیسم‌های جبرانی با افزایش ADH و رنین ادرار را کاهش می‌دهند.

جمع‌بندی این مفهوم

  • شوک گردش خونی با کاهش اکسیژن‌رسانی بافتی، هایپوپرفیوژن و اسیدوز بافتی مشخص می‌شود.
  • پاسخ جبرانی کلیه به شوک شامل افزایش ترشح ADH و رنین جهت احتباس آب و نمک و کاهش جریان ادرار است.
  • تفاوت شوک هیپوولومیک اسهالی و خونریزی در ویسکوزیته خون است که در اولی افزایش و در دومی ثابت یا کاهش می‌یابد.
  • شوک سپتیک با تب بالا، اتساع عروقی، افزایش برون‌ده قلبی و عارضه خطرناک DIC همراه است.
  • شوک آنافیلاکتیک به دلیل اتساع عروقی شدید، بازگشت وریدی و برون‌ده قلبی را کاهش می‌دهد.

نکتهٔ تکمیلی

جالب است بدانید که پزشکان شوک سپتیک را در مراحل اولیه به عنوان «شوک گرم» دسته‌بندی می‌کنند. در این مرحله، به دلیل اثر سموم باکتریایی، عروق پوستی به شدت گشاد شده و پوست بیمار قرمز و گرم است. در حالی که شوک‌های دیگر مانند شوک هیپوولومیک به عنوان «شوک سرد» شناخته می‌شوند؛ زیرا بدن برای حفظ خون‌رسانی به مغز و قلب، عروق پوست را به شدت منقبض می‌کند و پوست بیمار سرد و مرطوب می‌شود.

توزیع مایعات بدن و اسمولاریته

توزیع آب در فضاهای داخل و خارج سلولی

آب بخش عمده وزن بدن را تشکیل می‌دهد و توزیع آن در دو فضای اصلی صورت می‌گیرد: فضای داخل سلولی (ICF) که حدود دو‌سوم کل آب بدن را در خود جای داده است، و فضای خارج سلولی (ECF) که یک‌سوم باقی‌مانده را شامل می‌شود. در آسیب‌های شدید مانند سوختگی که بدن آب خالص از دست می‌دهد، مایع دفع شده به تناسب توزیع آب، از هر دو فضا تامین می‌شود؛ یعنی دو‌سوم آب از دست رفته از فضای داخل سلولی و یک‌سوم آن از فضای خارج سلولی برداشته می‌شود تا تعادل غلظت حفظ گردد.

در صورت سوختگی شدید و از دست رفتن آب خالص، مایع دفع شده متناسب با توزیع آب بدن، به میزان دو‌سوم از فضای داخل سلولی (ICF) و یک‌سوم از فضای خارج سلولی (ECF) تأمین می‌شود.

محلول‌های تزریقی و جابجایی مایع بین سلول‌ها

تزریق مایعات به جریان خون مستقیماً بر حجم و اسمولاریته فضاهای داخل و خارج سلول اثر می‌گذارد. سرم نمکی ۰.۹٪ یک محلول ایزوتونیک است؛ تزریق آن فقط حجم ECF را افزایش داده و هیچ تاثیری بر اسمولاریته ECF یا حجم و اسمولاریته ICF ندارد. در مقابل، تزریق محلول‌های هیپرتونیک (مانند سالین هیپرتونیک یا دکستروز بالای ۱۰٪) اسمولاریته ECF را بالا می‌برد. این افزایش غلظت، آب را با نیروی اسمزی از فضای داخل سلولی (ICF) به خارج سلول می‌کشد تا اسمولاریته دو بخش برابر شود. در نتیجه، حجم ICF کاهش یافته و اسمولاریته نهایی هر دو فضا در سطح بالاتری به تعادل می‌رسد. تزریق سرم‌های هیپوتونیک (مانند سالین ۰.۴۵٪) اثری برعکس داشته و با رقیق کردن ECF، آب را به داخل سلول هدایت کرده و حجم ICF را افزایش می‌دهد.

محلول تزریقی حجم ECF حجم ICF اسمولاریته نهایی
ایزوتونیک (۰.۹٪) افزایش بدون تغییر بدون تغییر
هیپرتونیک افزایش کاهش افزایش
هیپوتونیک (۰.۴۵٪) افزایش افزایش کاهش

محاسبه اسمولاریته و رفتار گلبول‌های قرمز

اسمولاریته یک محلول به تعداد کل ذرات تفکیک‌شده در آن وابسته است. به عنوان مثال، محلول حاوی ۱ میلی‌مول CaCl۲ در آب به سه ذره (یک یون کلسیم و دو یون کلر) تفکیک می‌شود، در حالی که ۱ میلی‌مول NaCl به دو ذره تفکیک می‌گردد؛ بنابراین CaCl۲ نسبت به NaCl با مولاریته یکسان، هیپراسموتیک است. همچنین گلوکز در آب تفکیک نمی‌شود، پس محلول ۱.۵ میلی‌مولار گلوکز (اسمولاریته ۱.۵ میلی‌اسمولار) نسبت به محلول ۱ میلی‌مولار NaCl (اسمولاریته ۲ میلی‌اسمولار به دلیل تفکیک به دو ذره) هیپواسموتیک است. رفتار سلول‌ها در این محلول‌ها به نفوذپذیری غشاء نیز بستگی دارد. قرار دادن گلبول‌های قرمز در محلول بسیار هایپراسموتیک ۲۸۰ میلی‌مولار NaCl (اسمولاریته ۵۶۰ میلی‌اسمولار) به سرعت آب را از سلول خارج کرده و آن را چروکیده می‌کند. اما اگر سلول‌ها پس از انکوباسیون، به محلول ۳۰۰ میلی‌اسمولار (شامل ۱۴۰ میلی‌مولار NaCl و ۲۰ میلی‌مولار اوره) منتقل شوند، به علت ایزواسمولار بودن این محلول با پلاسما و نفوذپذیری تدریجی اوره به داخل سلول، گلبول‌ها دوباره آب جذب کرده و به حجم اولیه خود بازمی‌گردند.

برای مثال، گلبول‌های قرمز در محلول بسیار غلیظ ۵۶۰ میلی‌اسمولار NaCl چروکیده می‌شوند، اما با انتقال به محلول ۳۰۰ میلی‌اسمولار حاوی اوره، به دلیل تعادل غلظتی به حجم اولیه بازمی‌گردند.

واژگان کلیدی

مایع داخل سلولی (ICF)
مایع درون سلول‌های بدن که حدود دوسوم کل آب بدن را تشکیل می‌دهد.
مایع خارج سلولی (ECF)
مایع بیرون سلول‌ها شامل پلاسما و مایع میان‌بافتی که یک‌سوم آب بدن را شامل می‌شود.
اسمولاریته
غلظت ذرات فعال اسمزی در یک لیتر محلول که با تعداد ذرات حاصل از تفکیک ماده رابطه مستقیم دارد.

اشتباه‌های رایج

  • این اشتباه که سرم نمکی ۰.۴۵٪ یک محلول هایپرتونیک است؛ در واقع این سرم هیپوتونیک بوده و سرم دکستروز بالای ۱۰٪ هایپرتونیک است.
  • تصور اینکه در سوختگی شدید مایعات از دست رفته فقط از ECF تامین می‌شوند؛ به دلیل ارتباط اسمزی، دوسوم مایع دفع شده از ICF و یک‌سوم از ECF برداشته می‌شود.
  • این فرض غلط که ۱.۵ میلی‌مولار گلوکز نسبت به ۱ میلی‌مولار NaCl هیپراسموتیک است؛ به دلیل تفکیک NaCl به دو ذره, اسمولاریته آن بیشتر از گلوکز غیرقابل‌تفکیک است.

جمع‌بندی این مفهوم

  • دوسوم آب بدن در فضای داخل سلولی و یک‌سوم آن در فضای خارج سلولی قرار دارد.
  • در سوختگی شدید و از دست رفتن آب خالص، مایع دفع شده به نسبت دوسوم از ICF و یک‌سوم از ECF تامین می‌شود.
  • تزریق محلول ایزوتونیک ۰.۹٪ سالین فقط حجم ECF را افزایش داده و تاثیری بر اسمولاریته یا حجم سلول‌ها ندارد.
  • تزریق محلول هیپرتونیک اسمولاریته هر دو بخش را افزایش داده و با خروج آب از سلول، حجم ICF را کم می‌کند.
  • اسمولاریته تابع تعداد ذرات تفکیک شده است و سلول‌ها در محلول‌های ایزواسمولار با پلاسما به حجم اولیه خود می‌رسند.

نکتهٔ تکمیلی

جالب است بدانید که اگر فردی به جای آب آشامیدنی، آب دریا بنوشد، به سرعت دچار کم‌آبی شدید و حتی مرگ می‌شود. آب دریا اسمولاریته‌ای حدود ۱۰۰۰ میلی‌اسمول بر لیتر دارد که بسیار هایپرتونیک‌تر از پلاسما (حدود ۳۰۰ میلی‌اسمول بر لیتر) است. با ورود آب دریا به ECF، آب از درون سلول‌های بدن به خارج کشیده می‌شود تا غلظت را متعادل کند. این چروکیدگی سلولی به ویژه در مغز، منجر به اختلالات شدید عصبی و تشدید فوق‌العاده احساس تشنگی می‌گردد.

اختلالات غلظت سدیم پلاسما

تنظیم سدیم پلاسما و بیماری‌های غدد

سدیم فراوان‌ترین کاتیون مایع خارج سلولی است و غلظت آن عامل اصلی تعیین‌کننده اسمولاریته پلاسما است. تنظیم دقیق این غلظت برای حفظ حجم سلول‌ها اهمیت حیاتی دارد. تغییر در ترشح هورمون‌های تنظیم‌کننده آب و الکترولیت‌ها مانند آلدوسترون و هورمون ضد ادراری (ADH) مستقیماً غلظت سدیم پلاسما را دستخوش تغییر می‌کند. بیماری آدیسون (نارسایی قشر غده فوق کلیوی) نمونه‌ای از این اختلالات است. در این بیماری، ترشح هورمون آلدوسترون به شدت کاهش می‌یابد. از آنجا که آلدوسترون مسئول بازجذب فعال سدیم در توبول‌های کلیه است، کاهش آن منجر به دفع شدید سدیم از طریق ادرار و بروز هایپوناترمی (کاهش غلظت سدیم پلاسما) می‌شود.

کاهش ترشح آلدوسترون در بیماری آدیسون با دفع سدیم منجر به هایپوناترمی می‌شود، در حالی که افزایش ترشح آلدوسترون در آلدوسترونیسم اولیه منجر به هایپرناترمی می‌گردد.

سندرم ترشح نامناسب ADH (SIADH)

اختلال هورمونی دیگری که منجر به هایپوناترمی می‌شود، سندرم ترشح نامناسب هورمون ضد ادراری (SIADH) نام دارد. در این سندرم، ترشح بیش از حد و کنترل‌نشده هورمون ADH رخ می‌دهد. این امر کلیه‌ها را وادار می‌کند تا مقادیر بسیار زیادی آب را از لوله‌های جمع‌کننده بازجذب کرده و به خون بازگردانند. این حجم بالای آب بازجذب شده، مایع خارج سلولی را رقیق کرده و منجر به بروز هایپوناترمی تامینی (ترققی) می‌شود؛ یعنی مقدار کل سدیم بدن تغییر نکرده اما به دلیل افزایش حجم پلاسما، غلظت آن به شدت کاهش یافته است.

دیابت بی‌مزه و آلدوسترونیسم اولیه

در سمت مقابل، اختلالاتی وجود دارند که غلظت سدیم پلاسما را افزایش داده و باعث هایپرناترمی می‌شوند. دیابت بی‌مزه یکی از این بیماری‌ها است که به دلیل کاهش ترشح ADH (دیابت بی‌مزه مرکزی) یا عدم تاثیر ADH بر کلیه‌ها (دیابت بی‌مزه کلیوی) رخ می‌دهد. بدون اثر ADH، کلیه‌ها توانایی بازجذب آب را از دست داده و حجم عظیمی ادرار بسیار رقیق تولید می‌کنند. دفع مداوم آب خالص از بدن باعث غلیظ شدن مایعات خارج سلولی و بالا رفتن غلظت سدیم پلاسما (هایپرناترمی) می‌شود. آلدوسترونیسم اولیه نیز به دلیل ترشح بیش از حد آلدوسترون و بازجذب فعال سدیم در کلیه‌ها، سدیم پلاسما را افزایش داده و هایپرناترمی ایجاد می‌کند.

بیماری وضعیت هورمونی سطح سدیم پلاسما علت اصلی اختلال
آدیسون کاهش آلدوسترون هایپوناترمی دفع فعال سدیم در ادرار
SIADH افزایش ADH هایپوناترمی رقیق شدن پلاسما با آب
دیابت بی‌مزه کاهش/مهار ADH هایپرناترمی دفع شدید آب خالص
آلدوسترونیسم اولیه افزایش آلدوسترون هایپرناترمی بازجذب بیش از حد سدیم

واژگان کلیدی

هایپوناترمی
کاهش غلظت سدیم پلاسما به کمتر از حد طبیعی که با تورم سلولی همراه است.
هایپرناترمی
افزایش غلظت سدیم پلاسما به بیش از حد طبیعی که منجر به خروج آب از سلول‌ها می‌شود.
سندرم SIADH
ترشح غیرعادی و بیش از حد هورمون ضد ادراری که با احتباس شدید آب موجب رقیق شدن سدیم پلاسما می‌شود.

اشتباه‌های رایج

  • تصور اینکه بیماری آدیسون با افزایش آلدوسترون موجب هایپرناترمی می‌شود؛ در حالی که آدیسون ناشی از کمبود آلدوسترون بوده و هایپوناترمی ایجاد می‌کند.
  • این باور غلط که دیابت بی‌مزه و آلدوسترونیسم اولیه اثرات متضادی بر غلظت سدیم پلاسما دارند؛ در واقع هر دو منجر به افزایش غلظت سدیم پلاسما (هایپرناترمی) می‌شوند.
  • اشتباه فرض کردن مکانیسم هایپوناترمی در SIADH به عنوان دفع سدیم؛ این اختلال صرفاً به دلیل احتباس آب و رقیق شدن پلاسما رخ می‌دهد.

جمع‌بندی این مفهوم

  • غلظت سدیم پلاسما تحت کنترل مستقیم هورمون‌های آلدوسترون و ADH قرار دارد.
  • کاهش ترشح آلدوسترون در بیماری آدیسون با مهار بازجذب سدیم کلیه، باعث هایپوناترمی می‌شود.
  • در سندرم SIADH، ترشح بیش از حد ADH با بازجذب بالای آب پلاسما را رقیق کرده و هایپوناترمی تامینی ایجاد می‌کند.
  • دیابت بی‌مزه به دلیل دفع بالای آب خالص و آلدوسترونیسم اولیه به دلیل بازجذب سدیم، هر دو عامل بروز هایپرناترمی هستند.
  • شناسایی ریشه هایپوناترمی و هایپرناترمی برای درمان مناسب تعادل اسمزی بافت‌ها ضروری است.

نکتهٔ تکمیلی

جالب است بدانید نامگذاری «دیابت بی‌مزه» (Diabetes Insipidus) ریشه در تاریخ پزشکی دارد. واژه دیابت به معنی «عبور مایع از مجرا» است که به تکرر ادرار اشاره دارد. پزشکان در گذشته برای تشخیص بیماری‌ها، ادرار بیمار را می‌چشیدند! در دیابت شیرین (Mellitus) به دلیل وجود گلوکز، ادرار شیرین بود. اما در دیابت بی‌مزه به دلیل کمبود ADH و دفع حجم عظیمی از آب خالص بدون قند، ادرار کاملاً بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌مزه بود و پزشکان از این طریق آن دو را از هم متمایز می‌کردند.

آناتومی عروقی و همودینامیک کلیه

ساختار عروق کلیه و توزیع مقاومت

گردش خون کلیوی ویژگی‌های همودینامیک منحصر‌به‌فردی دارد و مجهز به دو شبکه مویرگی متوالی (گلومرولی و دور توبولی) است که توسط آرتریول‌ها به هم متصل شده‌اند. بیشترین سهم مقاومت در برابر جریان خون کلیوی مربوط به آرتریول‌های وابران (۴۳٪) است. پس از آن، آرتریول‌های آوران با ۲۶٪، شریان‌های بین‌لوبولی با ۱۶٪ و مویرگ‌های دور توبولی با ۱۰٪ در رتبه‌های بعدی مقاومت عروقی قرار دارند. جالب اینکه مویرگ‌های گلومرولی کلیه مقاومت بسیار کمی در برابر جریان خون دارند که حتی از مقاومت مویرگ‌های سیستمیک در سایر نواحی بدن نیز کمتر است. این مقاومت ناچیز، فشار هیدروستاتیک بالا و یکنواختی را در سراسر گلومرول فراهم می‌کند که برای فیلتراسیون کارآمد ضروری است.

بیشترین میزان مقاومت عروقی در کلیه مربوط به آرتریول‌های وابران (۴۳٪) است، در حالی که مقاومت مویرگ‌های گلومرولی بسیار کم بوده و از مویرگ‌های سیستمیک سایر بدن کمتر است.

شیب فشار اسمزی کلوئیدی و کسر فیلتراسیون

با حرکت خون در طول مویرگ‌های گلومرولی کلیه، مایع بدون پروتئین به طور مداوم فیلتر شده و وارد کپسول بومن می‌شود. این خروج مایع باعث می‌شود پروتئین‌های باقی‌مانده در پلاسما تدریجاً تغلیظ شوند؛ بنابراین فشار اسمزی کلوئیدی از سمت آرتریول آوران به سمت آرتریول وابران افزایش می‌یابد. نسبت کل مایع فیلتر شده به پلاسما را کسر فیلتراسیون (Filtration Fraction یا FF) می‌نامند که از تقسیم میزان فیلتراسیون گلومرولی (GFR) بر جریان پلاسمای کلیوی (RPF) به دست می‌آید. تغییر در کسر فیلتراسیون مستقیماً بازجذب توبولی را تحت تأثیر قرار می‌دهد؛ برای مثال، کاهش کسر فیلتراسیون (FF) غلظت پروتئین‌های مویرگ‌های دور توبولی را کم کرده و با کاهش فشار اسمزی کلوئیدی این مویرگ‌ها، میزان بازجذب مایع از توبول‌ها را کاهش می‌دهد.

ارتباط جریان خون و مصرف اکسیژن در کلیه

جریان خون کلیوی (RBF) بسیار فراتر از نیازهای متابولیک بافت کلیه است. کارکرد اصلی این جریان خون عظیم، فراهم کردن پلاسما برای فیلتراسیون گلومرولی است. میزان بازجذب سدیم و مصرف اکسیژن در بافت کلیه با میزان جریان خون کلیوی رابطه مستقیم دارد. وقتی جریان خون کلیوی افزایش می‌یابد، GFR بالا رفته و مقدار سدیم فیلتر شده به درون توبول‌ها بیشتر می‌شود. کلیه برای بازجذب فعال این سدیم اضافی، نیاز به فعالیت بیشتر تلمبه‌های سدیم-پتاسیم دارد که این کار با مصرف انرژی و در نتیجه افزایش مستقیم مصرف اکسیژن کلیه همراه است. بنابراین، بخش اعظم اکسیژن مصرفی کلیه صرف فرآیند فعال بازجذب سدیم فیلتر شده می‌شود.

بخش عروق کلیه سهم مقاومت ویژگی همودینامیک
آرتریول وابران ۴۳٪ بیشترین مقاومت عروقی کلیه
آرتریول آوران ۲۶٪ تنظیم‌کننده جریان ورودی
مویرگ گلومرول بسیار کم کمتر از مویرگ‌های سیستمیک
مویرگ دور توبولی ۱۰٪ محل بازجذب مایعات

واژگان کلیدی

کسر فیلتراسیون (FF)
نسبت میزان فیلتراسیون گلومرولی (GFR) به جریان پلاسمای کلیوی (RPF) که نشان‌دهنده درصد پلاسما فیلتر شده است.
جریان پلاسمای کلیوی (RPF)
حجم پلاسمایی که در واحد زمان از کلیه‌ها عبور می‌کند و مبنای محاسبه کسر فیلتراسیون.
آرتریول وابران
سرخرگچه خروجی از گلومرول که بیشترین مقاومت عروقی کلیه را ایجاد می‌کند.

اشتباه‌های رایج

  • محاسبه کسر فیلتراسیون (FF) با تقسیم GFR بر جریان خون کلیوی (RBF)؛ در حالی که فرمول صحیح تقسیم GFR بر جریان پلاسمای کلیوی (RPF) است.
  • تصور اینکه بیشترین مقاومت عروقی کلیه در مویرگ‌های گلومرولی یا آرتریول آوران قرار دارد؛ در صورتی که آرتریول وابران با ۴۳٪ رتبه اول مقاومت را دارد.
  • این فرض غلط که افزایش جریان خون کلیوی مصرف اکسیژن را کاهش می‌دهد؛ با افزایش جریان خون، فیلتراسیون سدیم و بازجذب فعال آن افزایش یافته و مصرف اکسیژن بالا می‌رود.

جمع‌بندی این مفهوم

  • ساختار عروق کلیه دارای دو شبکه مویرگی متوالی است که آرتریول وابران بیشترین مقاومت (۴۳٪) را در آن دارد.
  • مویرگ‌های گلومرولی کلیه دارای مقاومت بسیار پایینی هستند که حتی از مویرگ‌های سیستمیک بدن کمتر است.
  • فشار اسمزی کلوئیدی در طول مویرگ‌های گلومرولی از سمت آوران به وابران به علت خروج مایع افزایش می‌یابد.
  • کسر فیلتراسیون از تقسیم GFR بر RPF به دست می‌آید و کاهش آن با افت فشار اسمزی مویرگ‌های دور توبولی، بازجذب را کم می‌کند.
  • مصرف اکسیژن در بافت کلیه با جریان خون رابطه مستقیم داشته و عمدتاً صرف بازجذب فعال سدیم می‌شود.

نکتهٔ تکمیلی

جالب است بدانید کلیه‌ها با وجود اینکه تنها حدود نیم درصد از کل وزن بدن را تشکیل می‌دهند، اما نزدیک به بیست‌ودو درصد از کل خون پمپ‌شده توسط قلب را دریافت می‌کنند. این خون‌رسانی حیرت‌انگیز نه برای پاسخ به نیازهای تنفسی بافت کلیه، بلکه برای فیلتر و تصفیه مداوم سموم از پلاسما طراحی شده است. خون در کلیه‌ها هر روز بیش از سیصد بار تصفیه می‌شود تا ترکیب شیمیایی مایعات بدن ثابت بماند.

نیروهای استارلینگ و فیلتراسیون گلومرولی

ساختار سد فیلتراسیون و اثر بار الکتریکی

غشای فیلتراسیون گلومرولی سدی است که اجازه عبور انتخابی مواد را بر اساس اندازه و بار الکتریکی آن‌ها می‌دهد. این غشا از سه لایه اندوتلیوم، غشای پایه و پودوسیت‌ها تشکیل شده است. غشای پایه گلومرول دارای بارهای منفی شدیدی است که توسط گلیکوپروتئین‌های ساختاری ایجاد می‌شوند. این بار منفی باعث دفع الکترواستاتیک آنیون‌ها (ذرات با بار منفی) می‌شود؛ بنابراین، قابلیت فیلتراسیون آنیون‌ها به طور محسوس کمتر از کاتیون‌هایی (ذرات با بار مثبت) با اندازه و وزن مولکولی مشابه است. نفروپاتی با حداقل تغییر (Minimal change nephropathy) نمونه‌ای بارز از اختلال در این سد است؛ در این بیماری بار منفی سد گلومرولی از بین می‌رود. در نتیجه، پروتئین‌های پلاسما مانند آلبومین که بار منفی دارند، دیگر دفع نشده و وارد ادرار می‌شوند که این امر با افزایش ضریب فیلتراسیون گلومرولی (Kf) و میزان فیلتراسیون همراه است.

به علت بار منفی سد فیلتراسیون گلومرولی، قابلیت فیلتراسیون آنیون‌ها کمتر از کاتیون‌هایی با اندازه مشابه است؛ از بین رفتن این بار در نفروپاتی با حداقل تغییر منجر به دفع پروتئین در ادرار می‌شود.

نیروهای استارلینگ و تنظیم فیزیولوژیک GFR

میزان فیلتراسیون گلومرولی (GFR) توسط تعادل نیروهای هیدروستاتیک و اسمزی کلوئیدی در عرض غشای گلومرول (نیروهای استارلینگ) تعیین می‌شود. مهم‌ترین مؤلفه استارلینگ که در تنظیم روزانه و فیزیولوژیک GFR نقش کلیدی ایفا می‌کند، فشار هیدروستاتیک گلومرول است. این فشار مستقیماً فیلتراسیون را به جلو می‌راند. در مقابل، فشار اسمزی کلوئیدی پلاسما یک نیروی بازدارنده است و افزایش آن (مثلاً با افزایش غلظت پروتئین‌های خون) موجب کاهش GFR می‌شود. همچنین، کسر فیلتراسیون (FF) با خارج کردن مایع و تغلیظ پروتئین‌های گلومرول، فشار اسمزی کلوئیدی را در انتهای گلومرول بالا برده و فیلتراسیون بیشتر را محدود می‌کند.

فشار کپسول بومن در شرایط فیزیولوژیک و پاتولوژیک

فشار هیدروستاتیک درون کپسول بومن نیز یک نیروی بازدارنده فیلتراسیون است. در شرایط فیزیولوژیک و طبیعی، تغییرات فشار کپسول بومن نقشی به عنوان فاکتور تنظیم‌کننده GFR ایفا نمی‌کند، زیرا این فشار نسبتاً ثابت است. با این حال، در شرایط پاتولوژیک مانند انسداد مجاری ادراری (حضور سنگ در حالب یا هیپرتروفی پروستات)، تجمع ادرار در سیستم مجاری باعث برگشت مایع و بالا رفتن شدید فشار هیدروستاتیک کپسول بومن (PB) می‌شود. این افزایش فشار بازدارنده، تفاضل فشار فیلتراسیون را کاهش داده و موجب کاهش شدید یا توقف کامل GFR می‌گردد.

برای مثال، انسداد مجرای حالب توسط یک سنگ کلیوی، با بالا بردن فشار هیدروستاتیک درون کپسول بومن، نیروی بازدارنده فیلتراسیون را افزایش داده و GFR را به شدت کاهش می‌دهد.

واژگان کلیدی

ضریب فیلتراسیون (Kf)
حاصل‌ضرب مساحت سطح فیلتراسیون در نفوذپذیری غشای گلومرول که عامل تعیین‌کننده سرعت فیلتراسیون است.
فشار هیدروستاتیک گلومرول
فشار مایع درون مویرگ گلومرول که نیروی اصلی به جلو راندن مایع به درون کپسول بومن است.
نفروپاتی با حداقل تغییر
نوعی بیماری کلیوی که با از بین رفتن بار منفی غشای پایه و بروز پروتئینوری شدید مشخص می‌شود.

اشتباه‌های رایج

  • این فرض غلط که فشار کپسول بومن یک فاکتور تنظیم‌کننده فیزیولوژیک و روزمره برای GFR است؛ این فشار در حالت عادی ثابت بوده و فقط در شرایط پاتولوژیک مانند انسداد مجاری تغییر می‌کند.
  • تصور اینکه بار الکتریکی غشای گلومرول تاثیری بر عبور مواد ندارد؛ بارهای منفی غشای پایه فیلتراسیون آنیون‌ها را در مقایسه با کاتیون‌های هم‌اندازه مهار می‌کنند.
  • اعتقاد به اینکه در نفروپاتی با حداقل تغییر ضریب فیلتراسیون (Kf) کاهش می‌یابد؛ در واقع Kf و میزان فیلتراسیون پروتئین‌ها افزایش می‌یابد.

جمع‌بندی این مفهوم

  • سد فیلتراسیون گلومرولی عبور مواد را بر اساس اندازه ذرات و بار الکتریکی آن‌ها فیلتر می‌کند.
  • بار الکتریکی منفی غشای پایه مانع عبور آنیون‌ها در مقایسه با کاتیون‌های هم‌اندازه می‌شود.
  • در نفروپاتی با حداقل تغییر، آسیب به بارهای منفی غشاء موجب نشت پروتئین‌ها به ادرار و افزایش Kf می‌شود.
  • فشار هیدروستاتیک گلومرول مهم‌ترین فاکتور تنظیم‌کننده فیزیولوژیک میزان فیلتراسیون روزانه کلیه است.
  • انسداد مجاری ادراری مانند وجود سنگ حالب، با افزایش فشار هیدروستاتیک کپسول بومن، GFR را کاهش می‌دهد.

نکتهٔ تکمیلی

جالب است بدانید که پروتئین آلبومین به اندازه کافی کوچک است که بتواند از منافذ غشای فیلتراسیون گلومرولی عبور کند، اما به دلیل داشتن بار الکتریکی منفی خالص در pH فیزیولوژیک بدن، توسط بارهای منفی هم‌نام غشای پایه گلومرول پس زده می‌شود. این دافعه الکترواستاتیک قوی، شبیه به دو قطب هم‌نام آهنربا عمل کرده و مانع از هدر رفتن روزانه مقادیر زیادی آلبومین حیاتی پلاسما از طریق ادرار می‌شود.

مقاومت آرتریول‌ها و فیلتراسیون کلیوی

کنترل مقاومت آرتریول‌های آوران و وابران

میزان فیلتراسیون گلومرولی (GFR) وابستگی شدیدی به فشار هیدروستاتیک گلومرول دارد که خود توسط مقاومت آرتریول‌های آوران (ورودی) و وابران (خروجی) تنظیم می‌شود. کاهش مقاومت شریانچه آوران جریان ورودی خون را تسهیل کرده و فشار هیدروستاتیک گلومرول را بالا می‌برد که منجر به افزایش GFR می‌شود؛ در مقابل، افزایش مقاومت آرتریول آوران با محدود کردن جریان خون ورودی، فشار هیدروستاتیک گلومرول و GFR را کاهش می‌دهد.

افزایش مقاومت شریانچه آوران با کاهش فشار هیدروستاتیک گلومرولی میزان GFR را کاهش می‌دهد، اما افزایش خفیف تا متوسط مقاومت شریانچه وابران با سد کردن راه خروجی، GFR را بالا می‌برد.

پاسخ دوفازی مقاومت شریانچه وابران

شریانچه وابران تأثیر دوفازی و متفاوتی بر GFR دارد. تنگی متوسط شریانچه وابران کلیه، مقاومت خروجی را بالا برده و جریان پلاسمای کلیوی (RPF) را کاهش می‌دهد، اما با افزایش فشار هیدروستاتیک گلومرول، GFR را بالا می‌برد. با این حال، اگر انقباض آرتریول وابران شدید شود (به طوری که مقاومت آن به بیش از سه برابر حالت طبیعی افزایش یابد)، هم جریان خون کلیه و هم GFR به شدت کاهش می‌یابند. دلیل این کاهش آن است که با افت شدید جریان پلاسمای کلیوی، کسر فیلتراسیون (FF) به شدت افزایش می‌یابد؛ این امر پروتئین‌ها را درون گلومرول تغلیظ کرده و فشار اسمزی کلوئیدی گلومرول را به قدری بالا می‌برد که بر افزایش فشار هیدروستاتیک غلبه کرده و فیلتراسیون را سرکوب می‌کند. در مقاومت دقیقاً سه برابر طبیعی، GFR در کمترین میزان تغییر خود نسبت به RPF قرار دارد که نشان‌دهنده یک نقطه پلاتو است.

مقاومت وابران فشار هیدروستاتیک فشار اسمزی کلوئیدی تغییر GFR
نرمال نرمال نرمال ثابت
متوسط (تا ۳ برابر) افزایش افزایش ملایم افزایش
شدید (بیش از ۳ برابر) افزایش شدید افزایش بسیار شدید کاهش

تاثیر بر مویرگ‌های دور توبولی و بازجذب

تغییر مقاومت آرتریول‌ها نه تنها فیلتراسیون گلومرولی را کنترل می‌کند، بلکه بازجذب در شبکه مویرگی بعدی یعنی مویرگ‌های دور توبولی را نیز تغییر می‌دهد. افزایش مقاومت آرتریول وابران با سد کردن جریان خون خروجی از گلومرول، منجر به کاهش فشار هیدروستاتیک در مویرگ‌های دور توبولی می‌شود. این کاهش فشار هیدروستاتیک به عنوان یک نیروی مکش عمل کرده و میزان بازجذب مایعات و املاح را از توبول‌های کلیه به داخل خون به شدت افزایش می‌دهد. علاوه بر این، کاهش کسر فیلتراسیون (FF) با رقیق کردن مایع مویرگی و کاهش فشار اسمزی کلوئیدی مویرگ‌های دور توبولی، میزان بازجذب مایعات توبولی را کاهش می‌دهد، در حالی که انقباض متوسط وابران با افزایش فشار هیدروستاتیک گلومرول، محرک بازجذب است.

برای مثال، افزایش مقاومت آرتریول وابران به میزان چهار برابر حد نرمال با کاهش شدید جریان خون کلیه و صعود شدید فشار اسمزی کلوئیدی، GFR را پایین می‌آورد، اما بازجذب توبولی را به شدت تحریک می‌کند.

واژگان کلیدی

شریانچه آوران
رگ ورودی به گلومرول که افزایش مقاومت آن همواره جریان خون کلیه و GFR را کاهش می‌دهد.
شریانچه وابران
رگ خروجی از گلومرول که تغییر مقاومت آن اثر دوفازی بر GFR دارد.
پاسخ دوفازی
نوعی پاسخ فیزیولوژیک که در آن افزایش مقاومت وابران ابتدا GFR را بالا برده و پس از عبور از آستانه مشخص، آن را کاهش می‌دهد.

اشتباه‌های رایج

  • این اشتباه که انقباض شریانچه وابران همواره GFR را افزایش می‌دهد؛ این انقباض در مقاومت‌های بیش از سه برابر طبیعی، به دلیل صعود فشار اسمزی کلوئیدی، GFR را کاهش می‌دهد.
  • تصور اینکه افزایش مقاومت آوران فشار هیدروستاتیک گلومرول را بالا می‌برد؛ برعکس، افزایش مقاومت آوران با کاهش ورود خون، فشار هیدروستاتیک گلومرول را کاهش می‌دهد.
  • این فرض غلط که انقباض آرتریول وابران فشار مویرگ‌های دور توبولی را افزایش می‌دهد؛ این انقباض فشار هیدروستاتیک مویرگ‌های دور توبولی را کاهش داده و بازجذب را بیشتر می‌کند.

جمع‌بندی این مفهوم

  • مقاومت شریانچه‌های آوران و وابران کنترل‌کننده اصلی فشار هیدروستاتیک گلومرول و GFR است.
  • افزایش مقاومت آرتریول آوران با مهار جریان ورودی، فشار هیدروستاتیک گلومرول و GFR را کاهش می‌دهد.
  • انقباض خفیف تا متوسط آرتریول وابران با بالا بردن فشار هیدروستاتیک گلومرول، GFR را افزایش می‌دهد.
  • تنگی شدید وابران (بیش از سه برابر نرمال) با غلبه فشار اسمزی کلوئیدی بر فشار هیدروستاتیک، GFR را کاهش می‌دهد.
  • افزایش مقاومت وابران با کاهش فشار هیدروستاتیک مویرگ‌های دور توبولی، بازجذب مایعات به خون را افزایش می‌دهد.

نکتهٔ تکمیلی

جالب است بدانید که این رفتار دوفازی شریانچه وابران نوعی سوپاپ اطمینان هوشمند است. در زمان کاهش خفیف فشار خون کل بدن، انقباض متوسط شریانچه وابران فیلتراسیون گلومرولی را حفظ می‌کند تا تصفیه خون متوقف نشود. اما اگر افت فشار خون بسیار شدید و طولانی‌مدت باشد، انقباض شدید وابران با افت GFR مانع از اتلاف مایعات حیاتی بدن در ادرار می‌شود و بقای ارگان‌های حساس‌تر مانند مغز را در اولویت قرار می‌دهد.

تنظیم هورمونی عروق کلیوی

نقش عوامل منقبض‌کننده و متسع‌کننده عروق کلیوی

جریان خون کلیه (RBF) و میزان فیلتراسیون گلومرولی (GFR) تحت کنترل دقیق هورمون‌ها و مواد اتوکوئیدی موضعی قرار دارند که با تغییر مقاومت آرتریول‌ها عمل می‌کنند. هورمون‌های نوراپی‌نفرین (فعال در زمان تحریک سمپاتیک) و اندوتلین (آزاد شده از اندوتلیوم آسیب‌دیده) عوامل منقبض‌کننده عروقی بسیار قوی هستند. این مواد با منقبض کردن شریانچه‌های کلیوی، مقاومت عروقی را بالا برده و جریان خون کلیه و GFR را به شدت کاهش می‌دهند. در مقابل، عوامل متسع‌کننده عروقی مانند نیتریک اکساید (NO) و پروستاگلاندین‌ها با کاهش مقاومت عروق کلیوی، جریان خون کلیه و GFR را افزایش می‌دهند. این اتساع‌دهنده‌ها به صورت فیزیولوژیک نقش محافظتی دارند و مانع از کاهش بیش از حد جریان خون کلیه می‌شوند. این مواد به طور مستقیم عروق را گشاد می‌کنند و اثر تنظیمی مهمی در جریان خون کلیه دارند.

هورمون‌های نوراپی‌نفرین و اندوتلین با افزایش مقاومت، جریان خون کلیه و GFR را کاهش می‌دهند، در حالی که نیتریک اکساید (NO) و پروستاگلاندین‌ها اثر عکس داشته و مقاومت را کاهش می‌دهند.

آنژیوتانسین II و اثر انتخابی بر آرتریول وابران

هورمون آنژیوتانسین II (Angiotensin II) نقش منحصر‌به‌فردی در تنظیم همودینامیک کلیه دارد. این هورمون در شرایط فیزیولوژیک و افت فشار خون، ترجیحاً آرتریول‌های وابران را منقبض می‌کند. انقباض انتخابی آرتریول وابران باعث افزایش مقاومت خروجی گلومرول شده و فشار هیدروستاتیک گلومرول را بالا می‌برد؛ این پاسخ هوشمندانه مانع از کاهش فیلتراسیون گلومرولی (GFR) در شرایط کاهش جریان خون کلیه می‌شود. پروستاگلاندین‌ها و نیتریک اکساید با اثر مستقیم گشادکنندگی عروقی خود بر آرتریول آوران، از انقباض شدید آن توسط آنژیوتانسین II جلوگیری می‌کنند و به این ترتیب جریان خون ورودی به گلومرول را حفظ می‌نمایند. این عملکرد حفاظتی مانع نارسایی حاد کلیه در شرایط پرفشار می‌شود.

محل ساخت رنین در کلیه

رنین (Renin) هورمونی کلیدی است که آغازگر مسیر تولید آنژیوتانسین II می‌باشد. این هورمون توسط سلول‌های جنب‌گلومرولی (Juxtaglomerular یا JG) که سلول‌های صاف عضلانی تغییریافته در دیواره آرتریول‌های آوران و وابران هستند، سنتز و ترشح می‌شود. رنین نقش اساسی در فیدبک‌های تنظیمی کلیه بازی می‌کند؛ با این حال، رنین در سلول‌های ماکولا دنسا سنتز نمی‌شود و این سلول‌ها صرفاً وظیفه انتقال سیگنال به سلول‌های جنب‌گلومرولی جهت ترشح رنین را بر عهده دارند.

ماده فعال عروقی اثر بر عروق کلیوی تغییر جریان خون کلیه تغییر GFR
نوراپی‌نفرین انقباض عروق کاهش کاهش
نیتریک اکساید اتساع عروق افزایش افزایش
آنژیوتانسین II انقباض انتخابی وابران کاهش ملایم حفظ پایداری GFR

واژگان کلیدی

سلول‌های جنب‌گلومرولی (JG)
سلول‌های تخصص‌یافته در دیواره آرتریول‌های کلیوی که وظیفه سنتز و ترشح رنین را دارند.
آنژیوتانسین II
هورمون منقبض‌کننده عروقی که ترجیحاً با انقباض آرتریول وابران، از افت GFR در شرایط کاهش فشار جلوگیری می‌کند.
پروستاگلاندین‌ها
مواد متسع‌کننده عروق کلیوی که با گشاد کردن آرتریول آوران، اثرات انقباضی آنژیوتانسین II را خنثی می‌کنند.

اشتباه‌های رایج

  • تصور اینکه هورمون رنین توسط سلول‌های ماکولا دنسا سنتز می‌شود؛ رنین منحصراً در سلول‌های جنب‌گلومرولی (JG) دیواره شریانچه‌ها ساخته و ترشح می‌شود.
  • این باور غلط که نیتریک اکساید و پروستاگلاندین‌ها با مهار ترشح رنین مانع انقباض آرتریول آوران می‌شوند؛ آن‌ها با اثر گشادکنندگی مستقیم عروقی این کار را انجام می‌دهند.
  • فرض اینکه نوراپی‌نفرین و اندوتلین با گشاد کردن شریانچه‌ها جریان خون کلیه را افزایش می‌دهند؛ در حالی که آن‌ها منقبض‌کننده عروق بوده و مقاومت را بالا می‌برند.

جمع‌بندی این مفهوم

  • نوراپی‌نفرین و اندوتلین از منقبض‌کننده‌های قوی عروق کلیه بوده و جریان خون و GFR را کاهش می‌دهند.
  • نیتریک اکساید و پروستاگلاندین‌ها با کاهش مقاومت عروقی، متسع‌کننده عروق بوده و جریان خون و GFR را بالا می‌برند.
  • آنژیوتانسین II با انقباض انتخابی آرتریول‌های وابران، مانع از افت شدید GFR در شرایط کاهش فشار می‌شود.
  • پروستاگلاندین‌ها و NO اثرات منقبض‌کننده آنژیوتانسین II را روی آرتریول آوران خنثی می‌کنند.
  • رنین در سلول‌های جنب‌گلومرولی ساخته و ترشح می‌شود و فرآیند تولید آنژیوتانسین II را آغاز می‌کند.

نکتهٔ تکمیلی

جالب است بدانید که مصرف داروهای ضد التهاب غیر‌استروئیدی (NSAIDs) مانند ایبوپروفن و دیکلوفناک می‌تواند کارکرد کلیه‌ها را به شدت مختل کند. این داروها با مهار تولید پروستاگلاندین‌ها در کلیه، باعث می‌شوند آرتریول‌های آوران به شدت منقبض شوند (چون دیگر اثر گشادکنندگی پروستاگلاندین‌ها برای مقابله با آنژیوتانسین II وجود ندارد). این پدیده به ویژه در افراد مسن یا دهیدراته، منجر به افت شدید جریان خون کلیه و نارسایی حاد کلیوی می‌شود.

مکانیسم‌های خودتنظیمی و فیدبک کلیوی

مکانیسم میوژنیک خودتنظیمی کلیه

کلیه مجهز به مکانیسم‌های خودتنظیمی قدرتمندی است تا جریان خون و GFR را در محدوده وسیعی از تغییرات فشار خون شریانی، ثابت نگه دارد. یکی از این مکانیسم‌ها، خودتنظیمی میوژنیک (Myogenic Mechanism) نام دارد. هنگامی که فشار خون شریانی افزایش می‌یابد، کشیدگی عضلات صاف جدار رگ رخ می‌دهد. این کشش فیزیکی، کانال‌های کلسیم حساس به کشش را در غشای سلول‌های عضلانی صاف باز کرده و با ورود کلسیم، انقباض خودبه‌خودی رگ صورت می‌گیرد. این افزایش مقاومت عروقی مانع از ورود فشار اضافی به مویرگ‌های گلومرولی شده و GFR را ثابت نگه می‌دارد. مکانیسم میوژنیک کاملاً عضلانی و عروقی است و هیچ ارتباطی با فعال‌سازی یا ترشح هورمون رنین ندارد.

مکانیسم میوژنیک در پاسخ به کشش جدار رگ ناشی از افزایش فشار خون رخ داده و با باز کردن کانال‌های کلسیم باعث انقباض عروق می‌شود و ارتباطی با فعال‌سازی ترشح رنین ندارد.

فیدبک توبولی-گلومرولی و سلول‌های ماکولا دنسا

مکانیسم خودتنظیمی دیگر، فیدبک توبولی-گلومرولی (Tubuloglomerular Feedback) است که از طریق سلول‌های ماکولا دنسا (لکه متراکم) اعمال می‌شود. این سلول‌های اپی‌تلیالی تخصص‌یافته در ابتدای توبول دیستال قرار دارند و به غلظت سدیم و کلر (NaCl) مایع توبولی حساس هستند. وقتی GFR کاهش می‌یابد، سرعت جریان مایع توبولی کند شده و سدیم بیشتری در توبول پروگزیمال بازجذب می‌شود؛ در نتیجه تحویل سدیم به ماکولا دنسا کاهش می‌یابد. ماکولا دنسا این افت سدیم را شناسایی کرده و دو پاسخ هماهنگ صادر می‌کند: اول، مقاومت شریانچه آوران را کاهش داده (اتساع آوران) تا خون بیشتری وارد گلومرول شود. دوم، ترشح رنین را از سلول‌های جنب‌گلومرولی تحریک می‌کند تا با تولید آنژیوتانسین II، شریانچه وابران منقبض شود. هر دو پاسخ با بالا بردن فشار هیدروستاتیک گلومرول، GFR را به مقدار نرمال بازمی‌گردانند.

تاثیر رژیم غذایی و مسمومیت‌ها بر فیدبک توبولی-گلومرولی

رژیم غذایی پرپروتئین با افزایش بازجذب اسیدهای آمینه و سدیم در توبول پروگزیمال، غلظت سدیم تحویلی به ماکولا دنسا را کاهش می‌دهد. این پدیده از طریق فیدبک توبولی-گلومرولی، شریانچه آوران را گشاد کرده و GFR را افزایش می‌دهد. در مقابل، مسمومیت با فلزات سنگین مانند جیوه به سلول‌های توبول پروگزیمال آسیب می‌زند و بازجذب سدیم را در ابتدای توبول کاهش می‌دهد؛ این امر باعث می‌شود مقدار زیادی سدیم به ماکولا دنسا تحویل داده شود. ماکولا دنسا در پاسخ، سیگنال انقباض شریانچه آوران (افزایش مقاومت آن) را صادر کرده و GFR را به شدت کاهش می‌دهد. همچنین، کلیه دارای تعادل گلومرولی-توبولی است که به توبول‌ها اجازه می‌دهد با افزایش بار فیلتر شده، سرعت و میزان مطلق بازجذب سدیم و آب را افزایش دهند تا از دفع ناگهانی حجم زیادی آب جلوگیری شود.

شرایط بازجذب پروگزیمال Na تحویل سدیم به ماکولا دنسا اثر بر قطر آرتریول آوران تغییر GFR
رژیم پرپروتئین افزایش کاهش اتساع (گشاد شدن) افزایش
مسمومیت با جیوه کاهش افزایش انقباض (تنگ شدن) کاهش

واژگان کلیدی

ماکولا دنسا
سلول‌های تخصص‌یافته اپی‌تلیالی در ابتدای توبول دیستال که غلظت NaCl مایع نفرون را پایش می‌کنند.
فیدبک توبولی-گلومرولی
مکانیسم خودتنظیمی که در آن ماکولا دنسا با پایش NaCl، مقاومت آرتریول آوران و ترشح رنین را تغییر می‌دهد.
تعادل گلومرولی-توبولی
توانایی توبول‌ها برای افزایش مطلق بازجذب سدیم و آب متناسب با افزایش بار فیلتر شده گلومرولی.

اشتباه‌های رایج

  • این اشتباه که مکانیسم میوژنیک ترشح رنین را فعال می‌کند؛ میوژنیک ناشی از اثر مستقیم فشار بر عضلات رگ است و ارتباطی با سیستم رنین دارد.
  • تصور اینکه مسمومیت با فلزات سنگین مانند جیوه با مهار بازجذب توبولی، آرتریول آوران را گشاد می‌کند؛ برعکس، جیوه با افزایش بار سدیم در ماکولا دنسا، آرتریول آوران را منقبض کرده و GFR را به شدت کاهش می‌دهد.
  • این فرض غلط که رژیم غذایی پرپروتئین با تحویل سدیم بیشتر به ماکولا دنسا GFR را کم می‌کند؛ پروتئین بازجذب سدیم در پروگزیمال را بالا برده و با کاهش سدیم در ماکولا دنسا، GFR را بالا می‌برند.

جمع‌بندی این مفهوم

  • خودتنظیمی کلیه شامل مکانیسم میوژنیک عضلانی و فیدبک توبولی-گلومرولی شیمیایی است.
  • مکانیسم میوژنیک با کشش جدار رگ و باز شدن کانال‌های کلسیم، انقباض خودبه‌خودی برای پایداری GFR ایجاد می‌کند.
  • کاهش GFR با کاهش غلظت NaCl در ماکولا دنسا، آرتریول آوران را متسع کرده و ترشح رنین را تحریک می‌کند.
  • رژیم پرپروتئین GFR را افزایش می‌دهد، در حالی که مسمومیت با جیوه به دلیل آسیب توبولی و تحریک ماکولا دنسا، GFR را کاهش می‌دهد.
  • تعادل گلومرولی-توبولی تضمین می‌کند که سرعت بازجذب توبول‌ها متناسب با نوسانات بار فیلتر شده تغییر کند.

نکتهٔ تکمیلی

جالب است بدانید که بدون مکانیسم‌های خودتنظیمی کلیه، حتی نوسانات طبیعی فشار خون در طول فعالیت‌های روزانه می‌توانست فاجعه‌بار باشد. اگر فشار خون از ۱۰۰ به ۱۲۰ میلی‌متر جیوه صعود می‌کرد، بدون خودتنظیمی، حجم ادرار می‌توانست به بیش از ۴۰ لیتر در روز برسد که منجر به مرگ سریع ناشی از کم‌آبی شدید می‌شد. مکانیسم‌های میوژنیک و فیدبک توبولی-گلومرولی با همکار هم، نوسانات شدید فشار خون را فیلتر کرده و جریان ادرار را در حد نرمال پایدار نگه می‌دارند.

فیزیولوژی مثانه و تنظیم ادرار

آناتومی و کنترل عصبی مثانه

دفع ادرار و کنترل حجم آن تحت هدایت همزمان سیستم‌های عصبی خودمختار و پیکری انجام می‌شود. عضله جدار مثانه که عضله دتروسور (Detrusor) نام دارد، عضله‌ای صاف است. رفلکس تخلیه ادرار (Micturition Reflex) اساساً یک رفلکس نخاعی خودمختار است؛ تحریک اعصاب پاراسمپاتیک ساکرال با انتقال پیام انقباض به عضله دتروسور، موجب فشرده شدن مثانه و خروج ادرار می‌شود. در مقابل، تحریک اعصاب سمپاتیک با مهار انقباض عضله دتروسور و منقبض نگه‌داشتن اسفنکتر داخلی، تخلیه ادرار را کاهش داده و فاز ذخیره ادرار را تسهیل می‌کند. کنترل ارادی اسفنکتر خارجی مثانه (که یک عضله مخطط است) توسط بخش پیکری سیستم عصبی و از طریق عصب پودندال (Pudendal Nerve) اعمال می‌شود که به فرد اجازه می‌دهد تخلیه ادرار را به طور ارادی به تاخیر بیندازد.

انقباض عضله مثانه و تخلیه ادرار تحت کنترل اعصاب پاراسمپاتیک ساکرال انجام می‌شود، در حالی که کنترل ارادی اسفنکتر خارجی توسط عصب پودندال صورت می‌گیرد.

عوامل هورمونی و فیزیکی موثر بر جریان ادرار

میزان جریان ادرار خروجی به تعادل بین فیلتراسیون گلومرولی و بازجذب مایعات بستگی دارد. افزایش فشار شریان کلیوی، فشار هیدروستاتیک گلومرولی را بالا برده و از طریق افزایش میزان فیلتراسیون گلومرولی (GFR)، جریان ادرار را افزایش می‌دهد. در مقابل، هورمون ضد ادراری (ADH) و هورمون رنین (از طریق سیستم رنین-آنژیوتانسین-آلدوسترون) مهم‌ترین تنظیم‌کننده‌های هورمونی کاهش جریان ادرار هستند. در بیماری دیابت بی‌مزه، به دلیل نقص در تولید یا عملکرد هورمون ADH، بازجذب آب در کلیه مختل شده و ادرار بسیار رقیق و پرحجم (دیورز شدید) تولید می‌شود که می‌تواند منجر به هایپرناترمی گردد.

تاثیر شوک بر جریان ادرار

در جریان شوک گردش خونی، کلیه‌ها به عنوان ارگان‌های غیرحیاتی در فاز حاد، خون‌رسانی کمتری دریافت می‌کنند. افت فشار خون باعث فعال شدن شدید مکانیسم‌های جبرانی هورمونی می‌شود؛ در این حالت ترشح ADH و رنین به شدت افزایش می‌یابد. هورمون ADH بازجذب آب را در مجاری جمع‌کننده حداکثر می‌کند و سیستم رنین-آلدوسترون بازجذب فعال سدیم و آب را افزایش می‌دهد. این پاسخ جبرانی به منظور حفظ حجم خون و فشار سیستمیک صورت می‌گیرد که پیامد مستقیم آن احتباس آب و نمک و کاهش شدید جریان ادرار به کمتر از حد طبیعی (الیگوری) است.

نوع کنترل / عصب منشأ عصبی اثر بر عضله دتروسور مثانه تاثیر بر دفع ادرار
پاراسمپاتیک ساکرال خودمختار (غیرارادی) انقباض فعال تسهیل تخلیه ادرار
سمپاتیک خودمختار (غیرارادی) مهار انقباض کاهش تخلیه (ذخیره)
عصب پودندال پیکری (ارادی) کنترل اسفنکتر خارجی مهار ارادی دفع

واژگان کلیدی

عضله دتروسور
عضله صاف جدار مثانه که انقباض آن تحت کنترل اعصاب پاراسمپاتیک منجر به تخلیه مثانه می‌شود.
عصب پودندال
عصب پیکری (سوماتیک) که اسفنکتر خارجی مثانه را کنترل کرده و امکان تاخیر ارادی دفع ادرار را فراهم می‌کند.
دیورز
افزایش حجم ادرار دفع‌شده از کلیه‌ها که به دلایل هورمونی (مانند کمبود ADH) یا افزایش فشار خون رخ می‌دهد.

اشتباه‌های رایج

  • تصور اینکه تحریک اعصاب سمپاتیک موجب انقباض عضله مثانه و تخلیه ادرار می‌شود؛ در حالی که اعصاب پاراسمپاتیک ساکرال منقبض‌کننده مثانه هستند و سمپاتیک دفع را کاهش می‌دهد.
  • این باور غلط که در جریان شوک گردش خونی ترشح ADH و رنین کاهش یافته و ادرار پرحجم می‌شود؛ در شوک، این هورمون‌ها افزایش یافته و جریان ادرار به شدت کم می‌شود.
  • فرض غلط مبنی بر اینکه افزایش فشار شریان کلیوی از طریق GFR جریان ادرار را کم می‌کند؛ افزایش فشار با افزایش GFR، جریان ادرار را افزایش می‌دهد.

جمع‌بندی این مفهوم

  • رفلکس تخلیه ادرار تحت هدایت اعصاب پاراسمپاتیک ساکرال (انقباض) و سمپاتیک (مهار انقباض) انجام می‌شود.
  • عصب پودندال مسئول کنترل ارادی اسفنکتر خارجی مثانه و تاخیر در دفع ادرار است.
  • افزایش فشار شریان کلیوی با بالا بردن میزان فیلتراسیون گلومرولی (GFR)، حجم ادرار خروجی را افزایش می‌دهد.
  • در شوک گردش خونی، ترشح جبرانی ADH و رنین بالا رفته و جریان ادرار به شدت کم می‌شود.
  • دیابت بی‌مزه به علت نقص در عملکرد یا ترشح ADH، مانع بازجذب آب شده و ادرار بسیار رقیق و پرحجم تولید می‌کند.

نکتهٔ تکمیلی

جالب است بدانید که در کودکان خردسال، تا سن حدود دو سالگی، مسیرهای عصبی قشر مغز به اسفنکتر خارجی (از طریق عصب پودندال) هنوز کاملاً تکامل نیافته است. به همین دلیل، تخلیه ادرار در نوزادان یک رفلکس کاملاً نخاعی و غیرارادی است؛ با پر شدن مثانه و کشیدگی دیواره آن، رفلکس نخاعی فعال شده و پاراسمپاتیک بلاواسطه عضله دتروسور را منقبض کرده و مثانه خالی می‌شود. آموزش کنترل ادرار زمانی میسر می‌شود که کودک بتواند پیام‌های مهارکننده ارادی را از مغز به اسفنکتر خارجی بفرستد.

خلاصهٔ درس

کلیه چطور خون را تصفیه می‌کند؟

Physiology · Renal Physiology

توزیع مایعات و اسمولاریته

  • دوسوم آب بدن داخل سلول (ICF) و یک‌سوم خارج سلول است.
  • در سوختگی، دوسوم آب دفع‌شده از مایع داخل سلول تأمین می‌شود.
  • تزریق سالین ۰.۹٪ فقط حجم خارج سلولی (ECF) را افزایش می‌دهد.
  • سالین هیپرتونیک با خروج آب، حجم داخل سلول را کم می‌کند.
  • اسمولاریته محلول به تعداد ذرات تفکیک‌شده بستگی دارد.
اسمولاریته (Osmolarity)
غلظت ذرات فعال اسمزی در یک لیتر محلول

نکته: گلبول قرمز در محلول ۵۶۰ میلی‌اسمولار چروکیده شده اما با اوره به حجم اولیه برمی‌گردد.

اختلالات سدیم و هورمون‌ها

  • غلظت سدیم پلاسما تحت کنترل مستقیم آلدوسترون و ADH است.
  • کاهش آلدوسترون در آدیسون با دفع سدیم، هایپوناترمی می‌دهد.
  • در سندرم SIADH، ترشح زیاد ADH باعث هایپوناترمی ترققی می‌شود.
  • دیابت بی‌مزه با دفع آب خالص، سبب هایپرناترمی پلاسما می‌شود.
  • آلدوسترونیسم با افزایش بازجذب سدیم، هایپرناترمی می‌دهد.
هایپوناترمی (Hyponatremia)
کاهش غلظت سدیم به کمتر از حد طبیعی

نکته: در دیابت بی‌مزه به دلیل دفع حجم عظیم آب بدون قند، ادرار کاملاً بی‌رنگ و بی‌مزه است.

عروق کلیه و تنظیم مقاومت

  • بیشترین مقاومت عروقی کلیه در آرتریول وابران (۴۳٪) است.
  • مویرگ گلومرول مقاومت بسیار کمتری از مویرگ سیستمیک دارد.
  • کسر فیلتراسیون (FF) از تقسیم GFR بر RPF به دست می‌آید.
  • تنگی شدید وابران (>۳ برابر) با صعود فشار اسمزی، GFR را کم می‌کند.
  • نوراپی‌نفرین و اندوتلین با افزایش مقاومت، GFR را کاهش می‌دهند.
کسر فیلتراسیون (FF)
نسبت GFR به جریان پلاسمای کلیوی (RPF)

نکته: کلیه‌ها با وجود وزن نیم درصدی، ۲۲ درصد از کل خون پمپ‌شده قلب را دریافت می‌کنند.

سد فیلتراسیون و استارلینگ

  • بار منفی غشای پایه، عبور آنیون‌ها را نسبت به کاتیون‌ها مهار می‌کند.
  • در نفروپاتی با حداقل تغییر، فقدان بار منفی غشا سبب پروتئینوری می‌شود.
  • فشار هیدروستاتیک گلومرول، عامل اصلی تنظیم فیزیولوژیک GFR است.
  • افزایش فشار اسمزی کلوئیدی پلاسما، سبب کاهش فیلتراسیون می‌شود.
  • انسداد حالب با افزایش فشار کپسول بومن، GFR را به شدت کاهش می‌دهد.
ضریب فیلتراسیون (Kf)
حاصل‌ضرب مساحت سطح در نفوذپذیری غشای گلومرول

نکته: بار منفی آلبومین باعث دفع هم‌نام آن توسط غشای پایه و مانع خروج آن از خون می‌شود.

خودتنظیمی و رفلکس‌های دفع

  • مکانیسم میوژنیک با ورود کلسیم سبب انقباض خودبه‌خودی رگ می‌شود.
  • افت سدیم در ماکولا دنسا سبب اتساع آرتریول آوران و ترشح رنین می‌شود.
  • رژیم پرپروتئین GFR را زیاد و مسمومیت با جیوه آن را کم می‌کند.
  • عضله دتروسور مثانه با تحریک اعصاب پاراسمپاتیک ساکرال منقبض می‌شود.
  • در شوک گردش خونی، افزایش ADH و رنین سبب الیگوری (کاهش ادرار) می‌شود.
عضله دتروسور (Detrusor)
عضله صاف جدار مثانه که باعث تخلیه آن می‌شود

نکته: در کودکان زیر ۲ سال به دلیل عدم تکامل مهار مغز، دفع ادرار کاملاً غیرارادی است.

نکات کلیدی (تله‌های آزمون)

  • در خونریزی ویسکوزیته خون ثابت می‌ماند، نه اینکه مانند اسهال افزایش یابد.
  • در سوختگی دوسوم آب دفع‌شده از فضای داخل سلولی تأمین می‌شود، نه خارج سلولی.
  • مکانیسم هایپوناترمی در SIADH احتباس آب و رقیق شدن پلاسما است، نه دفع سدیم.
  • بیشترین مقاومت عروق کلیه در آرتریول وابران است، نه آوران یا مویرگ گلومرول.
  • رنین در سلول‌های جنب‌گلومرولی ساخته می‌شود، نه سلول‌های ماکولا دنسا.
  • انقباض شدید وابران (>۳ برابر) GFR را کاهش می‌دهد، نه اینکه افزایش دهد.

یک تست از این درس

خودت را بسنج

در صورت افت فشار شریانی و کاهش GFR، کدام مسیرهای جبرانی عروقی و هورمونی در کلیه فعال می‌شوند؟

  1. نوراپی‌نفرین و اندوتلین با گشاد کردن شریانچه‌های کلیوی جریان خون کلیه و GFR را افزایش می‌دهند؛ تعادل گلومرولی-توبولی میزان بازجذب سدیم و آب را در پاسخ به افزایش بار فیلتر شده افزایش می‌دهد؛ و کنترل اسفنکتر خارجی مثانه ارادی و تحت کنترل عصب پودندال است.
  2. خودتنظیمی میوژنیک در پاسخ به افت فشار شریانی و کشیدگی دیواره رگ ترشح رنین را فعال می‌کند؛ پروستاگلاندین‌ها و نیتریک اکساید با اثر مستقیم گشادکنندگی عروق مانع از انقباض آرتریول‌های آوران می‌شوند؛ و میزان بازجذب سدیم و مصرف اکسیژن در بافت کلیه با میزان جریان خون کلیوی رابطه مستقیم دارد.
  3. فیدبک توبولی-گلومرولی مقاومت شریانچه آوران را کاهش داده و ترشح رنین را افزایش می‌دهد؛ آنژیوتانسین دو با انقباض ترجیحی آرتریول‌های وابران از کاهش GFR پیشگیری می‌کند؛ و کاهش فشار هیدروستاتیک مویرگ‌های دور توبولی میزان بازجذب مایع را بالا می‌برد و آب را نگه می‌دارد.
  4. کاهش کسر فیلتراسیون با افزایش فشار اسمزی کلوئیدی مویرگ‌های دور توبولی میزان بازجذب را افزایش می‌دهد؛ مهم‌ترین نیروی استارلینگ در تنظیم روزانه GFR فشار هیدروستاتیک مویرگ‌های گلومرول است؛ و انسداد مجاری ادراری با افزایش فشار کپسول بومن موجب کاهش GFR می‌شود.
دیدن پاسخ و توضیح

پاسخ درست: گزینه ۳

گزینه ۳ درست است. کاهش GFR باعث کاهش تحویل NaCl به ماکولا دنسا شده و از طریق فیدبک توبولی-گلومرولی، مقاومت شریانچه آوران را کاهش می‌دهد (اتساع آوران) و ترشح رنین را افزایش می‌دهد. آنژیوتانسین دو با انقباض ترجیحی آرتریول‌های وابران، فشار هیدروستاتیک گلومرول را بالا نگه داشته و از افت GFR جلوگیری می‌کند. کاهش فشار هیدروستاتیک مویرگ‌های دور توبولی نیز (مثلاً به علت افزایش مقاومت وابران) نیروی محرک بازجذب توبولی را افزایش می‌دهد. بررسی سایر گزینه‌ها: گزینه ۱: نوراپی‌نفرین و اندوتلین عوامل منقبض‌کننده عروق هستند که مقاومت عروقی را افزایش و جریان خون کلیه و GFR را کاهش می‌دهند. گزینه ۲: مکانیسم خودتنظیمی میوژنیک ارتباطی با فعال‌سازی ترشح رنین ندارد و کشش جدار رگ آن را برای فعال‌سازی رنین تحریک نمی‌کند. گزینه ۴: کاهش کسر فیلتراسیون (FF) با رقیق شدن پروتئین‌ها و کاهش (نه افزایش) فشار اسمزی کلوئیدی مویرگ‌های دور توبولی همراه است که میزان بازجذب را کاهش می‌دهد.

تمرین بیشتر در اپ

درس‌های دیگر این بخش · فیزیولوژی