De nierstructuren die het essentiële werk van de nier verrichten, zijn niet met het blote oog te zien. Alleen een licht- of elektronenmicroscoop kan deze structuren zichtbaar maken. Zelfs dan zijn seriële secties en computerreconstructie nodig om ons een volledig beeld te geven van de functionele anatomie van het nefron en de bijbehorende bloedvaten.

Nefronen: The Functional Unit

Nefronen nemen een eenvoudig filtraat van het bloed en zetten dit om in urine. Er vinden vele veranderingen plaats in de verschillende delen van het nefron voordat de urine wordt aangemaakt om te worden afgevoerd. De voornaamste taak van de nefronpopulatie is het bloedplasma in evenwicht te brengen tot homeostatische setpoints en potentiële toxines en overtollige voedingsstoffen uit te scheiden in de urine. Zij doen dit door drie hoofdfuncties uit te voeren: filteren, reabsorberen en uitscheiden. Zij hebben ook bijkomende secundaire functies die op drie gebieden controle uitoefenen: bloeddruk (via productie van renine), productie van rode bloedcellen, en calciumabsorptie (via omzetting van calcidiol in calcitriol, de actieve vorm van vitamine D).

Positie van nefronen binnen de cortex en medulla

In een ontlede nier is de cortex gemakkelijk te herkennen; deze lijkt lichter van kleur vergeleken met de rest van de nier. Alle nierlichaampjes en zowel de proximale geconvolueerde tubuli (PCT’s) als de distale geconvolueerde tubuli (DCT’s) worden hier aangetroffen. Sommige nefronen hebben een korte lus van Henle die niet voorbij de cortex uitsteekt. Deze nefronen worden corticale nefronen genoemd. Ongeveer 15 procent van de nefronen hebben lange lussen van Henle die tot diep in het merg doorlopen en worden juxtamedullaire nefronen genoemd. De lange lussen van Henle in de juxtamedullaire nefronen zijn omgeven door gespecialiseerde bloedvaten, de vasa recta, die ionen en water efficiënt aan het bloed teruggeven.

Nierlichaampje

Het nierlichaampje bestaat uit een pluk haarvaten, de glomerulus genaamd, die grotendeels omgeven is door het kapsel van Bowman (glomerulair kapsel). De glomerulus (figuur 1) is een capillair bed met een unieke hoge druk tussen afferente en efferente arteriolen. Deze hoge druk is het gevolg van het feit dat dit het enige capillaire bed is dat zowel een afferente als een efferente arteriole heeft. Om de druk verder te verhogen, heeft de afferente arteriole een grotere diameter dan de efferente arteriole. De capillairen van de glomerulus zijn gefenestreerd om de hoeveelheid vloeistof die het bloed kan verlaten om filtraat te worden, te maximaliseren.

Het kapsel van Bowman omgeeft de glomerulus en vormt een lumen dat filtraat opvangt en leidt naar de proximale convoluole tubulus van het nefron. Het buitenste deel van het kapsel van Bowman, de pariëtale laag, is een eenvoudig plaveiselepitheel. Het gaat in een innige omhelzing over op de glomerulaire haarvaten en vormt zo de viscerale laag van het kapsel. Hier zijn de cellen niet squameus, maar uniek podocyten die vingerachtige armen uitstrekken om de glomerulaire haarvaten te bedekken (Figuur 2).

Het filtratiemembraan van het nefron wordt gevormd door het venestervormige endotheel van de glomerulus, een basaal membraan en de podocyten van het kapsel van Bowman. Podocyten hebben uitsteeksels die interdigiteren om filtratiespleten te vormen, waarbij kleine openingen tussen de cijfers overblijven om een zeef te vormen. Wanneer het bloed door de glomerulus stroomt, filtert 10 tot 20 procent van het plasma tussen deze zeefachtige vingers om te worden opgevangen door het kapsel van Bowman en naar de proximale convoluole tubulus te worden geleid. Waar de fenestrae (vensters) in de glomerulaire haarvaten overeenkomen met de ruimten tussen de “vingers” van de podocyten, is het enige dat het lumen van de haarvaten scheidt van het lumen van het kapsel van Bowman hun gemeenschappelijke keldermembraan (figuur 3).

Filtraatvorming

Het filtratiemembraan maakt een zeer snelle verplaatsing van filtraat van capillair naar kapsel mogelijk. De fenestraties van de glomerulus en de filtratiespleten van de podocyten verhinderen de filtratie van bloedcellen of grote eiwitten, maar laten de meeste andere bestanddelen door. Deze stoffen passeren gemakkelijk als zij minder dan 4 nm groot zijn en de meeste passeren vrij tot een grootte van 8 nm.

Een bijkomende factor die van invloed is op het vermogen van stoffen om deze barrière te passeren is hun elektrische lading. De eiwitten die geassocieerd zijn met podocyten en het keldermembraan zijn negatief geladen, zodat ze de neiging hebben negatief geladen stoffen af te stoten en positief geladen stoffen gemakkelijker te laten passeren. Het keldermembraan voorkomt filtratie van middelgrote tot grote eiwitten zoals globulinen.

Over het geheel genomen wordt filtratie geregeld door fenestraties in capillaire endotheelcellen, podocyten met filtratiespleten, membraanlading, en het keldermembraan tussen de capillaire cellen. Het resultaat is de vorming van een filtraat dat geen cellen of grote eiwitten bevat, en een licht overwicht heeft van positief geladen stoffen.

Proximale Convoluted Tubule (PCT)

Filtraat opgevangen door het kapsel van Bowman is een zeer verdunde oplossing van water, zouten, voedingsstoffen, en afvalstoffen. De meeste stoffen en het water in het filtraat zijn essentiële voedingsstoffen die naar het bloed moeten worden teruggevoerd. De functie van het tubulaire netwerk van het nefron is voedingsstoffen van afvalstoffen te scheiden en het bloed selectief aan te vullen met het water, de zouten en de voedingsstoffen die in het filtraat terecht zijn gekomen.

Filtraat verlaat het kapsel van Bowman en komt in de proximale convoluale tubulus (figuur 1). Deze wordt “convoluted” genoemd vanwege zijn gedraaide structuur. Eenvoudige kuboïdale cellen vormen deze tubulus met opvallende microvilli op het luminale oppervlak, die een borstelrand vormen. Deze microvilli creëren een groot oppervlak om de absorptie en secretie van oplosmiddelen (Na+, Cl-, glucose, enz.) te maximaliseren, de meest essentiële functie van dit deel van het nefron.

Het merendeel van de voedingsstoffen in het filtraat wordt teruggevoerd naar het bloed in de proximale convoluale tubulus. Dit gebeurt door cellen in de wand van de tubuli die actief voedingsstoffen over hun membranen transporteren. Dit proces vereist ATP, en daarom bezitten deze cellen een hoge concentratie mitochondriën voor de productie van ATP. Het is belangrijk op te merken dat de peritubulaire haarvaten zich dicht bij de tubuli bevinden, waardoor een efficiënt transport van stoffen tussen de nefron tubuli en de bloedtoevoer mogelijk is (figuur 1).

Lus van Henle

De dalende en stijgende gedeelten van de lus van Henle (soms de nefronlus genoemd) zijn natuurlijk gewoon voortzettingen van dezelfde tubulus. Zij lopen naast en evenwijdig aan elkaar nadat zij op het diepste punt van hun afdaling een haarspeldbocht hebben gemaakt. De afdalende lus van Henle bestaat uit een initieel kort, dik gedeelte en een lang, dun gedeelte, terwijl de opgaande lus bestaat uit een initieel kort, dun gedeelte gevolgd door een lang, dik gedeelte. Het afdalende dikke gedeelte bestaat uit eenvoudig kuboïdaal epitheel, vergelijkbaar met dat van de proximale convoluale tubulus, en is verantwoordelijk voor het actieve transport van zouten terug naar het bloed. Het dalende en stijgende dunne gedeelte bestaan uit eenvoudig plaveiselepitheel en zijn verantwoordelijk voor de diffusie van water terug in het bloed. Het opgaande dikke gedeelte bestaat uit eenvoudig cuboïdaal epitheel, vergelijkbaar met de distale convoluted tubule.

Distal Convoluted Tubule (DCT)

De distale convoluted tubule is, net als de proximale convoluted tubule, zeer gedraaid en wordt gevormd door eenvoudig cuboïdaal epitheel. De distale convoluted tubule is echter korter dan de proximale convoluted tubule en heeft minder microvilli aan de apicale oppervlakte. Deze cellen moeten echter ook ionen pompen tegen de concentratiegradiënt in, zodat er grote aantallen mitochondriën te vinden zijn, hoewel minder dan in de proximale convoluted tubule. De distale convoluted tubule reageert op hormonale signalen die de samenstelling van de urine regelen.

Collecting Ducts

De verzamelbuizen zijn doorlopend met het nefron, maar maken er technisch gezien geen deel van uit. In feite verzamelt elk kanaal filtraat van verschillende nefronen voor de uiteindelijke modificatie. Verzamelkanalen smelten samen naarmate zij dieper in de medulla afdalen en vormen ongeveer 30 eindkanalen, die uitmonden in een papil. Zij zijn bekleed met eenvoudig plaveiselepitheel met receptoren voor antidiuretisch hormoon (ADH). Gestimuleerd door antidiuretisch hormoon brengen deze cellen aquaporine-eiwitten in hun membranen in, die, zoals hun naam al aangeeft, water uit het lumen van de buisjes door de cellen naar de interstitiële ruimten laten stromen, waar het door de vasa recta (bloedvaten rond de tubuli) wordt teruggewonnen. Dit proces maakt het mogelijk grote hoeveelheden water uit het filtraat terug te winnen in het bloed. Bij afwezigheid van antidiuretisch hormoon worden deze kanalen niet ingebracht, met als gevolg dat water wordt uitgescheiden in de vorm van verdunde urine. De meeste, zo niet alle, lichaamscellen bevatten aquaporinemoleculen, waarvan de kanalen zo klein zijn dat alleen water kan passeren. Bij de mens zijn ten minste 10 soorten aquaporines bekend, waarvan er zes in de nieren worden aangetroffen. De functie van alle aquaporines is de beweging van water over het lipiderijke, hydrofobe celmembraan mogelijk te maken.

Hoofdstukbespreking

De functionele eenheid van de nier, het nefron, bestaat uit het nierlichaampje, de proximale gekonvolueerde tubulus, de lus van Henle, en de distale gekonvolueerde tubulus. Corticale nefronen hebben korte lussen van Henle, terwijl juxtamedullaire nefronen lange lussen van Henle hebben die doorlopen tot in het merg. Ongeveer 15 procent van de nefronen zijn juxtamedullair. De glomerulus is een capillair bed dat het bloed voornamelijk filtert op basis van deeltjesgrootte. Het filtraat wordt opgevangen door het kapsel van Bowman en naar de proximale convoluole tubulus geleid. Een filtratiemembraan wordt gevormd door de samengesmolten keldermembranen van de podocyten en de capillaire endotheelcellen die zij omsluiten. Het filtraat komt in de proximale convoluted tubule waar absorptie en secretie van verschillende stoffen plaatsvindt. De dalende en stijgende ledematen van de lus van Henle bestaan uit dikke en dunne segmenten. Absorptie en secretie gaan door in de distale convoluted tubule, maar in mindere mate dan in de proximale convoluted tubule. Elke verzamelbuis verzamelt vormende urine van verschillende nefronen en reageert op het hypofysehormoon antidiuretisch hormoon door aquaporine waterkanalen in het celmembraan in te brengen om de waterrecuperatie te verfijnen.

Zelfcontrole

Beantwoord de onderstaande vraag of vragen om te zien hoe goed u de onderwerpen begrijpt die in het vorige hoofdstuk zijn behandeld.