De nyrestrukturer, der udfører nyrens vigtige arbejde, kan ikke ses med det blotte øje. Kun et lys- eller elektronmikroskop kan afsløre disse strukturer. Selv da er det nødvendigt med serielle snit og computerrekonstruktion for at give os et omfattende billede af den funktionelle anatomi af nefronet og dets tilknyttede blodkar.

Nephronerne: Den funktionelle enhed

Nephroner tager et simpelt filtrat af blodet og modificerer det til urin. Der sker mange ændringer i de forskellige dele af nefronet, før urinen dannes til bortskaffelse. Nephronpopulationens hovedopgave er at afbalancere blodplasmaet til homøostatiske setpunkter og udskille potentielle toksiner og overskydende næringsstoffer i urinen. Det gør de ved at udføre tre hovedfunktioner – filtrering, reabsorption og sekretion. De har også yderligere sekundære funktioner, der udøver kontrol på tre områder: blodtryk (via produktion af renin), produktion af røde blodlegemer og kalciumabsorption (via omdannelse af calcidiol til calcitriol, den aktive form af D-vitamin).

Nephronernes placering i cortex og medulla

I en dissekeret nyre er det let at identificere cortex; den fremstår lysere i farven sammenlignet med resten af nyren. Alle nyrekroppene samt både de proximale konvolutterede tubuli (PCT’er) og de distale konvolutterede tubuli (DCT’er) findes her. Nogle nefroner har en kort Henle-sløjfe, der ikke går ud over cortexen. Disse nefroner kaldes kortikale nefroner. Omkring 15 % af nefronerne har lange Henle-sløjfer, der strækker sig dybt ind i medulla, og de kaldes juxtamedullære nefroner. De lange Henle-sløjfer i juxtamedullære nefroner er omgivet af specialiserede blodkar kaldet vasa recta og fungerer til effektivt at returnere ioner og vand til blodet.

Nyrelegemet

Nyrelegemet består af en tue af kapillærer kaldet glomerulus, der stort set er omgivet af Bowmans kapsel (glomerulær kapsel). Glomerulus (figur 1) er et unikt højtrykskapillærbed mellem afferente og efferente arterioler. Det høje tryk skyldes, at det er det eneste kapillærbed, der har både en afferent og en efferent arteriole. For at øge trykket yderligere har den afferente arteriole en bredere diameter end den efferente arteriole. Kapillærerne i glomerulus er fenestrerede for at maksimere den mængde væske, der kan forlade blodet og blive til filtrat.

Bowmans kapsel omgiver glomerulus for at danne et lumen, der opfanger og leder filtrat til nefronets proximalt konvolutterede tubulus. Den yderste del af Bowmans kapsel, det parietale lag, er et simpelt pladeepithel. Det går over på de glomerulære kapillærer i en tæt omfavnelse og danner kapslens viscerale lag. Her er cellerne ikke pladeformede, men udelukkende podocytter, der strækker fingerlignende arme ud for at dække de glomerulære kapillærer (figur 2).

Nephronets filtreringsmembran er dannet af glomerulus’ fenestrerede endothel, en basalmembran og podocytterne i Bowmans kapsel. Podocytterne har fremspring, der interdigiterer for at danne filtreringsspalte, idet de efterlader små huller mellem graferne for at danne en si. Når blodet passerer gennem glomerulus, filtreres 10 til 20 % af plasmaet mellem disse si-lignende fingre for at blive opfanget af Bowmans kapsel og ledt videre til den proximale konvolut-tubulus. Hvor fenestrae (vinduer) i de glomerulære kapillærer svarer til rummene mellem podocyt-“fingrene”, er det eneste, der adskiller kapillærlumen og lumenet i Bowmans kapsel, deres fælles basalmembran (figur 3).

Filtratdannelse

Filtreringsmembranen muliggør en meget hurtig bevægelse af filtrat fra kapillær til kapsel. Fenestrationerne i glomerulus og podocytfiltreringsspalterne forhindrer filtrering af blodceller eller store proteiner, men lader de fleste andre bestanddele passere. Disse stoffer passerer let, hvis de er mindre end 4 nm i størrelse, og de fleste passerer frit op til 8 nm i størrelse.

En yderligere faktor, der påvirker stoffernes evne til at passere denne barriere, er deres elektriske ladning. De proteiner, der er forbundet med podocytter og basalmembranen, er negativt ladede, så de har en tendens til at frastøde negativt ladede stoffer og lade positivt ladede stoffer passere lettere. Basalmembranen forhindrer filtrering af mellemstore til store proteiner såsom globuliner.

Overordnet set reguleres filtreringen af fenestrationer i kapillære endothelceller, podocytter med filtreringsspalter, membranladning og basalmembranen mellem kapillærcellerne. Resultatet er dannelsen af et filtrat, der ikke indeholder celler eller store proteiner og har en lille overvægt af positivt ladede stoffer.

Proximal Convoluted Tubule (PCT)

Filtrat, der opsamles af Bowman-kapslen, er en meget fortyndet opløsning af vand, salte, næringsstoffer og affaldsstoffer. De fleste af de stoffer og det vand, der findes i filtratet, er essentielle næringsstoffer, som skal tilbage til blodet. Funktionen af nefronets tubulære netværk er at skelne næringsstoffer fra affaldsstoffer og selektivt genopfylde blodet med det vand, de salte og næringsstoffer, der kom ind i filtratet.

Filtrat forlader Bowmans kapsel og kommer ind i den proximale konvolut-tubulus (figur 1). Den kaldes “konvoluted” på grund af sin snoede struktur. Enkle kuboidale celler danner denne tubulus med fremtrædende mikrovilli på den luminale overflade, der danner en børstegrænse. Disse mikrovilli skaber et stort overfladeareal for at maksimere absorptionen og udskillelsen af opløste stoffer (Na+, Cl-, glukose osv.), hvilket er den mest essentielle funktion i denne del af nefronet.

De fleste næringsstoffer, der findes i filtratet, returneres til blodet i den proximale konvolut-tubulus. Dette sker ved at celler i tubulusvæggen aktivt transporterer næringsstoffer gennem deres membraner. Denne proces kræver ATP, og derfor besidder disse celler en høj koncentration af mitokondrier til ATP-produktion. Det er vigtigt at bemærke, at de peritubulære kapillærer ligger tæt på tubuli, hvilket muliggør en effektiv bevægelse af stoffer mellem nefrontubuli og blodtilførslen (figur 1).

Henle-sløjfen

De nedadgående og opadgående dele af Henle-sløjfen (undertiden omtalt som nefronsløjfen) er naturligvis blot fortsættelser af den samme tubulus. De løber ved siden af hinanden og parallelt med hinanden efter at have lavet en hårnålesvingning på det dybeste punkt i deres nedstigning. Den nedadgående Henle-sløjfe består af en indledende kort, tyk del og en lang, tynd del, mens den opadgående sløjfe består af en indledende kort, tynd del efterfulgt af en lang, tyk del. Den nedadgående tykke del består af simpelt kuboid epithel svarende til det i den proximale tubulus convoluted tubulus og er ansvarlig for den aktive transport af salte tilbage til blodet. Den nedadgående og den opadgående tynde del består af simpelt pladeepitel og er ansvarlig for diffusion af vand tilbage til blodet. Den opstigende tykke del består af simpelt kubisk epitel svarende til det distale konvolutet tubulus.

Distal konvolutet tubulus (DCT)

Det distale konvolutet tubulus er ligesom det proximale konvolutet tubulus meget snoet og er dannet af simpelt kubisk epitel. Den distale konvoluterede tubulus er dog kortere end den proximale konvoluterede tubulus og har færre mikrovilli på den apikale overflade. Disse celler skal imidlertid også pumpe ioner mod deres koncentrationsgradient, så man finder et stort antal mitokondrier, om end færre end i den proximale konvolut-tubulus. Den distale konvolut tubulus reagerer på hormonsignaler, der regulerer urinsammensætningen.

Samlingskanaler

Samlerkanalerne er sammenhængende med nefronet, men er teknisk set ikke en del af det. Faktisk samler hver kanal filtrat fra flere nefroner med henblik på endelig modifikation. Samlingskanalerne smelter sammen, når de går dybere ned i medulla, og danner ca. 30 terminale kanaler, som tømmes ved en papil. De er beklædt med simpelt pladeepithel med receptorer for antidiuretisk hormon (ADH). Når disse celler stimuleres af antidiuretisk hormon, indsætter de aquaporin-kanalproteiner i deres membraner, der, som navnet antyder, tillader vand at passere fra kanalens lumen gennem cellerne og ind i de interstitielle rum for at blive genoptaget af vasa recta (blodkar, der omgiver tubuli). Denne proces gør det muligt at genvinde store mængder vand fra filtratet tilbage i blodet. I mangel af antidiuretisk hormon er disse kanaler ikke indsat, hvilket resulterer i udskillelse af vand i form af fortyndet urin. De fleste, om ikke alle, celler i kroppen indeholder aquaporinmolekyler, hvis kanaler er så små, at kun vand kan passere. Der kendes mindst 10 typer af aquaporiner hos mennesker, og seks af dem findes i nyrerne. Funktionen for alle aquaporiner er at tillade vands bevægelse gennem den lipidrige, hydrofobiske cellemembran.

Kapitelgennemgang

Nyrens funktionelle enhed, nefronet, består af nyrekorpusklen, den proximale konvolut-tubulus, Henles løkke og den distale konvolut-tubulus. Kortikale nefroner har korte Henle-sløjfer, mens juxtamedullære nefroner har lange Henle-sløjfer, der strækker sig ind i medulla. Omkring 15 % af nefronerne er juxtamedullære. Glomerulus er et kapillærbed, der filtrerer blodet hovedsageligt på grundlag af partikelstørrelse. Filtratet opfanges af Bowmans kapsel og ledes til den proximale tubulus convoluted tubulus. En filtreringsmembran dannes af podocytternes sammensmeltede basalmembraner og de kapillære endothelceller, som de omslutter. Filtratet kommer ind i den proximale tubulus convoluted tubulus, hvor der sker absorption og sekretion af flere stoffer. De nedadgående og opadgående dele af Henle-kredsløbet består af tykke og tynde segmenter. Absorption og sekretion fortsætter i den distale konvoluterede tubulus, men i mindre omfang end i den proximale konvoluterede tubulus. Hver samlekanal opsamler den dannende urin fra flere nefroner og reagerer på det bageste hypofysehormon antidiuretisk hormon ved at indsætte aquaporinvandkanaler i cellemembranen for at finjustere vandgenoptagelsen.

Selvkontrol

Svar på nedenstående spørgsmål for at se, hvor godt du forstår de emner, der blev behandlet i det foregående afsnit.

Glossar

angiotensin-konverterende enzym (ACE): enzym produceret af lungerne, der katalyserer reaktionen af inaktivt angiotensin I til aktivt angiotensin II

angiotensin I: protein produceret ved renins enzymatiske virkning på angiotensinogen; inaktiv forløber for angiotensin II

angiotensin II: protein produceret ved ACE’s enzymatiske virkning på inaktivt angiotensin I; forårsager aktivt vasokonstriktion og stimulerer aldosteronfrigivelse fra binyrebarkhinde

angiotensinogen: inaktivt protein i kredsløbet produceret af leveren; forløber for angiotensin I; skal modificeres af enzymerne renin og ACE for at blive aktiveret

>aquaporin: proteindannende vandkanaler gennem cellens lipiddobbeltlag; tillader vand at passere; aktivering i samleledningerne er under kontrol af ADH

Børstegrænse: dannet af mikrovilli på overfladen af visse kuboidale celler; i nyren findes den i PCT; øger overfladearealet for absorption i nyren

fenestrationer: små vinduer gennem en celle, der muliggør hurtig filtrering baseret på størrelse; dannet på en sådan måde, at stoffer kan passere gennem en celle uden at blive blandet med celleindholdet

filtreringsspalter: dannes af podocytternes stilke; stoffer filtreres mellem stilkene baseret på størrelse

danner urin: filtrat, der undergår modifikationer gennem sekretion og reabsorption, før der dannes ægte urin

juxtaglomerulært apparat (JGA): placeret i krydset mellem DCT og de afferente og efferente arterioler i glomerulus; spiller en rolle i reguleringen af renal blodgennemstrømning og GFR

juxtaglomerulær celle: modificerede glatte muskelceller i den afferente arteriole; udskiller renin som reaktion på et fald i blodtrykket

macula densa: celler, der findes i den del af DCT, der danner JGA; registrerer Na+-koncentrationen i den dannende urin

mesangial: kontraktile celler, der findes i glomerulus; kan trække sig sammen eller slappe af for at regulere filtreringshastigheden

pedikler: fingerlignende fremspring af podocytter, der omgiver glomerulære kapillærer; de griber ind i hinanden og danner en filtreringsmembran

podocytter: celler, der danner fingerlignende processer; danner det viscerale lag af Bowmans kapsel; podocytternes stilke griber ind i hinanden og danner en filtreringsmembran

renin: enzym produceret af juxtaglomerulære celler som reaktion på nedsat blodtryk eller sympatisk nervøs aktivitet; katalyserer omdannelse af angiotensinogen til angiotensin I