Munuaisen keskeistä työtä suorittavia munuaisrakenteita ei voi nähdä paljain silmin. Vain valo- tai elektronimikroskooppi voi paljastaa nämä rakenteet. Silloinkin tarvitaan sarjapoikkileikkauksia ja tietokonerekonstruktiota, jotta saamme kattavan kuvan nefronin ja siihen liittyvien verisuonten toiminnallisesta anatomiasta.

Nefronit: Toiminnallinen yksikkö

Nefronit ottavat yksinkertaisen suodoksen verestä ja muokkaavat sen virtsaksi. Monet muutokset tapahtuvat nefronin eri osissa ennen kuin virtsa syntyy hävitettäväksi. Nefronipopulaation pääasiallinen tehtävä on tasapainottaa veriplasma homeostaattisiin asetuspisteisiin ja erottaa mahdolliset toksiinit ja ylimääräiset ravinteet virtsaan. Ne tekevät tämän suoriutumalla kolmesta perustehtävästä – suodattumisesta, takaisinimeytymisestä ja erittymisestä. Niillä on myös muita toissijaisia toimintoja, jotka kontrolloivat kolmea aluetta: verenpainetta (reniinin tuotannon kautta), punasolujen tuotantoa ja kalsiumin imeytymistä (muuttamalla kalsidioli kalsitrioliksi, joka on D-vitamiinin aktiivinen muoto).

Nepronien sijainti aivokuoressa ja ydinverisuonessa

Poistetun munuaisen kuoressa aivokuori erottuu helposti, sillä se näyttää vaaleammalta muuhun munuaisen osaan verrattuna. Sieltä löytyvät kaikki munuaissolukot sekä sekä proksimaaliset kierteiset tubulukset (PCT) että distaaliset kierteiset tubulukset (DCT). Joissakin nefroneissa on lyhyt Henlen silmukka, joka ei ulotu aivokuoren ulkopuolelle. Näitä nefroneita kutsutaan kortikaalisiksi nefroneiksi. Noin 15 prosentilla nefroneista on pitkät Henlen silmukat, jotka ulottuvat syvälle ydinlaskimoon, ja niitä kutsutaan juxtamedullaarisiksi nefroneiksi. Juxtamedullaaristen nefronien pitkiä Henlen silmukoita ympäröivät erikoistuneet verisuonet, joita kutsutaan vasa recta -verisuoniksi, ja ne toimivat siten, että ne palauttavat tehokkaasti ioneja ja vettä takaisin vereen.

Munuaiskehä

Munuaiskehä koostuu glomerulukseksi kutsutusta kapillaarien tupsusta, jota ympäröi suurelta osin Bowmanin kapseli (glomeruluskapseli). Glomerulus (kuva 1) on ainutlaatuinen korkeapaineinen kapillaarivuode afferenttien ja efferenttien valtimoiden välissä. Sen korkea paine johtuu siitä, että se on ainoa kapillaarivuode, jossa on sekä afferentti että efferentti valtimo. Paineen lisäämiseksi entisestään afferentti arteriole on halkaisijaltaan laajempi kuin efferentti arteriole. Glomeruluksen kapillaarit ovat aukkoisia maksimoidakseen sen nestemäärän, joka pystyy poistumaan verestä filtraatiksi.

Bowmanin kapseli ympäröi glomerulusta muodostaen luumenin, joka sieppaa filtraatin ja ohjaa sen nefronin proksimaaliseen kierteiseen tubulukseen. Bowmanin kapselin uloin osa, parietaalikerros, on yksinkertaista levyepiteeliä. Se siirtyy glomerulaarisiin kapillaareihin läheisessä syleilyssä muodostaen kapselin viskeraalisen kerroksen. Tässä solut eivät ole levyepiteelisoluja, vaan ainutlaatuisia podosyyttejä, jotka ulottuvat sormimaisina käsivarsina peittämään glomerulaariset kapillaarit (kuva 2).

Nefronin suodatuskalvon muodostavat glomeruluksen fenestroitunut endoteeli, tyvikalvo ja Bowmanin kapselin podosyytit. Podosyyteillä on ulokkeita, jotka kiinnittyvät toisiinsa muodostaen suodatusrakoja, jolloin ulokkeiden väliin jää pieniä aukkoja, jotka muodostavat seulan. Kun veri kulkee glomeruluksen läpi, 10-20 prosenttia plasmasta suodattuu näiden seulan kaltaisten sormien väliin, jolloin Bowmanin kapseli sieppaa sen ja ohjaa sen proksimaaliseen kierteiseen tubulukseen. Kun glomerulaaristen kapillaarien fenestrae (ikkunat) vastaavat podosyyttien ”sormien” välisiä tiloja, ainoa asia, joka erottaa kapillaarin luumenin ja Bowmanin kapselin luumenin toisistaan, on niiden yhteinen tyvikalvo (kuva 3).

Filtraatin muodostuminen

Suodatuskalvo mahdollistaa filtraatin hyvin nopean siirtymisen kapillaarista kapseliin. Glomeruluksen fenestraatiot ja podosyyttien suodatusraot estävät verisolujen tai suurten proteiinien suodattumisen, mutta päästävät useimmat muut aineosat läpi. Nämä aineet läpäisevät esteen helposti, jos niiden koko on alle 4 nm, ja useimmat aineet läpäisevät esteen vapaasti 8 nm:n kokoon asti.

Aineiden kykyyn läpäistä tämä este vaikuttaa lisäksi niiden sähköinen varaus. Podosyytteihin ja tyvikalvoon liittyvät proteiinit ovat negatiivisesti varautuneita, joten ne yleensä hylkivät negatiivisesti varautuneita aineita ja päästävät positiivisesti varautuneet aineet helpommin läpi. Tyvikalvo estää keskikokoisten ja suurten proteiinien, kuten globuliinien, suodattumisen.

Kaiken kaikkiaan suodattumista säätelevät kapillaarien endoteelisolujen fenestraatiot, suodatusrakoilla varustetut podosyytit, kalvon varaus ja kapillaarisolujen välinen tyvikalvo. Tuloksena syntyy filtraatti, joka ei sisällä soluja tai suuria proteiineja ja jossa positiivisesti varautuneet aineet ovat lievästi vallitsevia.

Proksimaalinen kierteinen tubulus (PCT)

Bowmanin kapselin keräämä filtraatti on hyvin laimea liuos, jossa on vettä, suoloja, ravinteita ja jätteitä. Suurin osa filtraatissa olevista aineista ja vedestä on välttämättömiä ravintoaineita, jotka on palautettava vereen. Nefronin tubulaarisen verkoston tehtävänä on erottaa ravintoaineet jätteistä ja täydentää veri selektiivisesti filtraattiin tulleella vedellä, suoloilla ja ravintoaineilla.

Filtraatti poistuu Bowmanin kapselista ja kulkeutuu proksimaaliseen kierukkatubulukseen (kuva 1). Sitä kutsutaan ”kierteiseksi” sen kieroutuneen rakenteen vuoksi. Yksinkertaiset kuutiosolut muodostavat tämän tubuluksen, jonka luminaalipinnalla on näkyviä mikrovilloja, jotka muodostavat harjan reunan. Nämä mikrovillat luovat suuren pinta-alan maksimoidakseen liukoisten aineiden (Na+, Cl-, glukoosi jne.) imeytymisen ja erittymisen, joka on nefronin tämän osan olennaisin tehtävä.

Suurin osa suodoksesta löytyvistä ravintoaineista palautetaan proksimaalisen kierukkatubulin kautta takaisin vereen. Tämä tapahtuu tubuluksen seinämän solujen toimesta, jotka aktiivisesti kuljettavat ravinteita kalvojensa läpi. Tämä prosessi vaatii ATP:tä, joten näissä soluissa on suuri määrä mitokondrioita ATP:n tuotantoa varten. On tärkeää huomata, että peritubulaariset kapillaarit ovat lähellä tubuluksia, mikä mahdollistaa aineiden tehokkaan liikkumisen nefronin tubulusten ja verenkierron välillä (kuva 1).

Henlen silmukka

Henlen silmukan (johon joskus viitataan nimellä nefronin silmukka) laskeva ja nouseva osa ovat luonnollisesti vain saman tubuluksen jatkeita. Ne kulkevat vierekkäin ja yhdensuuntaisesti sen jälkeen, kun ne ovat tehneet hiusneulakäännöksen laskeutumisensa syvimmässä kohdassa. Henlen laskeva silmukka koostuu aluksi lyhyestä, paksusta osasta ja pitkästä, ohuesta osasta, kun taas nouseva silmukka koostuu aluksi lyhyestä, ohuesta osasta, jota seuraa pitkä, paksu osa. Laskeva paksu osa koostuu yksinkertaisesta kuutiomaisesta epiteelistä, joka on samanlainen kuin proksimaalisen kierteisen tubuluksen epiteeli, ja se vastaa aktiivisesta suolojen kuljettamisesta takaisin vereen. Laskeva ja nouseva ohut osa koostuu yksinkertaisesta levyepiteelistä, ja ne vastaavat veden diffuusiosta takaisin vereen. Nouseva paksu osa koostuu yksinkertaisesta kuutiomaisesta epiteelistä, joka on samanlainen kuin distaalinen kierteinen tubulus.

Distaalinen kierteinen tubulus (DCT)

Distaalinen kierteinen tubulus on proksimaalisen kierteisen tubulin tavoin hyvin kieroutunut ja muodostuu yksinkertaisesta kuutiomaisesta epiteelistä. Distaalinen kierteinen tubulus on kuitenkin lyhyempi kuin proksimaalinen kierteinen tubulus, ja sen apikaalipinnalla on vähemmän mikrovilloja. Näiden solujen on kuitenkin myös pumpattava ioneja konsentraatiogradienttiaan vastaan, joten niissä on paljon mitokondrioita, joskin vähemmän kuin proksimaalisessa kierteisessä tubuluksessa. Distaalinen kierteinen tubulus reagoi hormonaalisiin signaaleihin, jotka säätelevät virtsan koostumusta.

Keräyskanavat

Keräyskanavat ovat jatkuvia nefronin kanssa, mutta eivät teknisesti osa sitä. Itse asiassa kukin kanava kerää suodoksen useista nefronista lopullista muokkausta varten. Keräyskanavat yhdistyvät laskeutuessaan syvemmälle ydinlaskimoon muodostaen noin 30 terminaalikanavaa, jotka tyhjenevät papillassa. Niitä vuoraa yksinkertainen levyepiteeli, jossa on antidiureettisen hormonin (ADH) reseptoreita. Antidiureettisen hormonin stimuloidessa nämä solut lisäävät kalvoihinsa akvaporiinikanavaproteiineja, jotka nimensä mukaisesti sallivat veden kulkeutumisen kanavan luumenista solujen läpi interstitiaalisiin tiloihin, joista vasa recta (tubuluksia ympäröivät verisuonet) ottaa vettä talteen. Tämä prosessi mahdollistaa suurten vesimäärien palauttamisen suodoksesta takaisin vereen. Antidiureettisen hormonin puuttuessa nämä kanavat eivät ole käytössä, jolloin vesi erittyy laimeana virtsana. Useimmissa, ellei kaikissa, elimistön soluissa on akvaporiinimolekyylejä, joiden kanavat ovat niin pieniä, että vain vesi pääsee kulkemaan. Ihmisellä tunnetaan ainakin 10 erilaista akvaporiinityyppiä, joista kuusi löytyy munuaisista. Kaikkien akvaporiinien tehtävänä on mahdollistaa veden liikkuminen lipidirikkaan, hydrofobisen solukalvon läpi.

Luvun katsaus

Munuaisen toiminnallinen yksikkö, nefroni, koostuu munuaissolukappaleesta, proksimaalisesta juosteisesta tubuluksesta, Henlen silmukasta ja distaalisesta juosteisesta tubuluksesta. Kortikaalisissa nefroneissa on lyhyet Henlen silmukat, kun taas juxtamedullaarisissa nefroneissa on pitkät Henlen silmukat, jotka ulottuvat medullaan. Noin 15 prosenttia nefroneista on juxtamedullaarisia. Glomerulus on kapillaarivuode, joka suodattaa verta pääasiassa hiukkaskoon perusteella. Suodos otetaan kiinni Bowmanin kapseliin ja ohjataan proksimaaliseen kierteiseen tubulukseen. Suodatuskalvo muodostuu podosyyttien ja niiden ympäröimien kapillaarien endoteelisolujen sulautuneista tyvikalvoista. Filtraatti kulkeutuu proksimaaliseen kierteiseen tubulukseen, jossa tapahtuu useiden aineiden imeytyminen ja eritys. Henlen silmukan laskeva ja nouseva osa koostuu paksusta ja ohuesta segmentistä. Imeytyminen ja eritys jatkuvat distaalisessa kierteisessä tubuluksessa, mutta vähäisemmässä määrin kuin proksimaalisessa kierteisessä tubuluksessa. Kukin keräyskanava kerää muodostuvaa virtsaa useasta nefronista ja reagoi aivolisäkkeen takimmaiseen antidiureettiseen hormoniin lisäämällä akvaporiinivesikanavia solukalvoon veden talteenoton hienosäätöä varten.

Self Check

Vastaamalla alla oleviin kysymyksiin näet, kuinka hyvin ymmärrät edellisessä osiossa käsiteltyjä aiheita.

Sanasto

angiotensiiniä konvertoiva entsyymi (ACE): keuhkojen tuottama entsyymi, joka katalysoi inaktiivisen angiotensiini I:n reaktiota aktiiviseksi angiotensiini II:ksi

angiotensiini I: proteiini, joka syntyy reniinin entsymaattisesta vaikutuksesta angiotensiinigeeniin; angiotensiini II:n inaktiivinen esiaste

angiotensiini II: proteiini, joka syntyy ACE:n entsymaattisesta vaikutuksesta inaktiiviseen angiotensiini I:een; aiheuttaa aktiivisesti verisuonten supistumista ja stimuloi aldosteronin vapautumista lisämunuaiskuoresta

angiotensiinigeeni: maksan tuottama inaktiivinen proteiini verenkierrossa; angiotensiini I:n esiaste; aktivoituakseen reniinin ja ACE:n on muutettava sitä entsyymien avulla

akvaporiini: proteiinia muodostava vesikanava solun lipidikaksoiskerroksen läpi; sallii veden läpikulun; aktivoituminen keräyskanavissa tapahtuu ADH:n ohjaamana

harjanteen raja: Muodostuu tiettyjen kuutiosolujen pinnalla olevista mikrovilloista; munuaisissa esiintyy PCT:ssä; lisää pinta-alaa imeytymiselle munuaisissa

fenestraatiot: pieniä ikkunoita solun läpi, jotka mahdollistavat nopean suodattumisen koon perusteella; muodostuvat siten, että aineet pääsevät kulkemaan solun läpi sekoittumatta solun sisältöön

suodatusraot: muodostuvat podosyyttien pedaaleista; aineet suodattuvat pedaalien väliin koon perusteella

muodostuva virtsa: filtraatti, jota muutetaan erittymällä ja imeytymällä, ennen kuin varsinaista virtsaa syntyy

juxtaglomerulaarinen apparaatti (JGA): sijaitsee DCT:n ja glomeruluksen afferenttien ja efferenttien valtimoiden yhtymäkohdassa; osallistuu munuaisverenkierron ja GFR:n säätelyyn

juxtaglomerulaarinen solu: afferenttien valtimoiden muuntuneet sileät lihassolut; erittää reniiniä vastauksena verenpaineen laskuun

macula densa: JGA:n muodostavassa DCT:n osassa olevat solut; aistivat muodostuvan virtsan Na+-pitoisuutta

mesangiaaliset: glomeruluksessa olevat supistuvat solut; voivat supistua tai rentoutua suodatusnopeuden säätelemiseksi

pedikkelit: podosyyttien sormimaiset ulokkeet, jotka ympäröivät glomerulaarisia kapillaareja; kiinnittyvät toisiinsa muodostaen suodatuskalvon

podosyytit: soluja, jotka muodostavat sormimaisia ulokkeita; muodostavat Bowmanin kapselin viskeraalisen kerroksen; podosyyttien varret kiinnittyvät toisiinsa muodostaen suodatuskalvon

reniini: entsyymi, jota juxtaglomerulaariset solut tuottavat vasteena alentuneelle verenpaineelle tai sympaattisen hermoston aktiivisuudelle; katalysoi angiotensiinigeenin muuttumista angiotensiini I:ksi

.