Ledvinné Pánvičky: Strojní zařízení, Které Koncentruje Moč v Papily

k velkému překvapení mnohých, kardiostimulátor pro ureterální peristaltiku spočívá v ledvinách, v blízkosti kortikální-medulární junkce (3). V důsledku toho, ledvinné pánvičky (v unipapillate savců) a ledvinné kalichy (v multipapillate zvířata) rytmicky smlouvy, nutí krev a tekutiny z renální papily; když se sval uvolní, tekutiny a krve návrat (17)., Navrhujeme, aby ledvinová papila fungovala jako pumpa, a to střídáním pozitivních a negativních tlaků generovaných peristaltickými kontrakcemi pánevní stěny. Voda se pohybuje do sběrného kanálku buněk v důsledku malé pozitivní hydrostatický tlak na stěny buněk, který je generován pomocí peristaltické vlny tlačí tekutiny prostřednictvím sběrných kanálků. Následně se tekutina pohybuje z buněk v důsledku podtlaku generovaného elastickými silami, které rozšiřují papilu během odrazu, a tekutina je z interstitia odstraněna Vasa recta., Tento model se nejvíce zabývá savci, kteří mají relativně dlouhou papilu. (Nejvyšší stupeň koncentrace moči se vyskytuje u savců s nejdelší papilou, kde se očekává, že peristaltika bude mít největší účinek; viz Ref. 17).

savci a ptáci jsou jedinými obratlovci, o nichž je známo, že produkují koncentrovanou moč pomocí renálního medulárního protiproudového systému (18)., Tyto dva protiproudové systémy však vykazují funkční a anatomické rozdíly, které se zdají souviset se skutečností, že ptáci vylučují kyselinu močovou, zatímco savci vylučují většinu svého odpadního dusíku ve formě močoviny. V ptačí ledviny, není močoviny akumulace v ledvinné dřeni a není tam žádný prostor pro moč kontaktovat renální dřeně, protože dřeň je obklopena těsné listů pojivové tkáně. U savčích ledvin hraje akumulace močoviny v renální medulce důležitou roli v mechanismu, který koncentruje moč ve sběrných kanálech., Kromě toho je ledvinová Medulka savců obklopena svalovou pánevní stěnou ve tvaru trychtýře(obr. 1A), který zanechává komplikovaný močový prostor mezi renální medulou a vnitřkem pánevní stěny.

v tomto bodě je nutné vyjasnit terminologii. V ledvinách s mnoha papilami, jako je lidská ledvina, je každá papila obklopena kalichem ve tvaru trychtýře. To odpovídá tomu, co nazýváme pánev v ledvinách pouze jednou papilou., V lidské ledvině se jedná o oddělení mezi kalicemi a močovodem, které se nazývá pánve. Tento oddíl není přítomen v ledvinách s jednou papilou, kde je pánev přímým prodloužením močovodu.

plexus vláken hladkého svalstva se nachází ve stěně ledvinové pánve a kalic. V unipapillate ledvinách existují dvě odlišné vrstvy., Vnitřní vrstva obsahuje vlákna, která běží různými směry, vkládají se do místa, kde se pánevní stěna spojuje se základnou papily, a jsou spojitá s hladkým svalem močovodu; vnější vrstva je bohatě inervovaná, ale je rozptýlenější a pokrývá pouze ledvinovou pánev, která se spojuje na místech s vnitřní vrstvou, ale nakonec končí náhle na křižovatce s močovodem(obr. 2a; Ref. 7). Ačkoli vrstvy hladkého svalstva v kaliceální stěně v multipapilátových ledvinách nejsou tak odlišné(obr., 2B), vnitřní vlákna mají tendenci vkládat v blízkosti křižovatky kaliceální stěny a základny papily, zatímco vnější vlákna se dále rozšiřují(svalový levátor fornicis; Ref. 15), tvořící zahuštěný kruh kolem tubulů a vasa recta, který směřuje k papile (Ringmuskel der Papille; Ref. 10). Hladké svaly pokračují až do pojivové tkáně spojené s obloukovými tepnami a žilami( peripyramidová vlákna; Ref. 16)., Koordinovaná Peristaltická kontrakce těchto hladkých svalů tak může vyvinout rytmický čerpací účinek na celou renální medulku, což je funkce, kterou Henle (10) poprvé navrhl jako mechanismus na podporu vyprazdňování těchto tubulů umístěných v ledvinové papile.

ledvinová pánev savců umožňuje moči kontaktovat epitel pokrývající vnitřní a vnější ledvinovou medulku., V průřezech unipapillatových savčích ledvin se zdá, že pánev obklopuje pouze vnitřní medulku a má jednoduchý tvar trychtýře. Odlitky pánevního močového prostoru však odhalují přítomnost řady rozšíření podobných listům(obr. 1B). V pánevních prostorech existuje obrovská variace, která se pohybuje od jednoduchého tvaru trychtýře po nejpropracovanější rozšíření pánve. Sekundární sáčky a smilnice se nacházejí ve všech typech savčích ledvin. Jsou to močové prostory, ve kterých může moč kontaktovat velmi tenký epitel pokrývající vnější medulární tkáň (viz Ref. 13)., V jednoduchém schématu průřezu ledviny hlodavců je vidět, že vnitřní medulla a papilla visí v pánevním prostoru. Vedle renální medulky je přepážka, která je spojitá s močovodem. Každá přepážka má řadu paprsků, které vyzařují směrem k kůře a tvoří smilnice. Mezi paprsky je vnější okraj přepážky volný a má semilunární okraj. Za tímto okrajem se sekundární sáčky rozprostírají mezi přepážkou a vnější medulou. Smilnice se dostanou až do kůry., Kapiláry jsou umístěny přímo pod tenkým epitelem a je pravděpodobné, že mezi těmito kapilárami a močí, která dosahuje pánevních rozšíření, dochází k výměně rozpuštěné látky a vody. Propracované smilnice v pískové Kryse maximalizují možnost výměny vody a rozpuštěných látek mezi močí v pánvi a kapilárami ve vnější medulce. Neexistují však žádné důkazy, které by naznačovaly, že schopnost koncentrace moči je u savců zvýšena nejkomplikovanějšími a nejkomplexnějšími rozšířeními pánve., Tyto struktury spíše umožňují zvířatům reagovat na intoxikaci vodou rychlým zploštěním gradientu rozpuštěné látky podél renální papily (17).

urodynamické příhody se vyskytují v ledvinné pánvi

“ ledvinová pánev není tuhý a nehybný dutý prostor. Tato skutečnost je známa již více než 55 let….“(15), a to bylo napsáno v roce 1940! Křeček je zvláště vhodný pro pozorování urodynamických událostí v ledvinné pánvi, protože má jednu, poměrně dlouhou papilu., Po pečlivém odstranění několika vrstev tuku a pojivové tkáně jsou viditelné svalové kontrakce peripelvické stěny, zejména když je papilla transilluminována fiberoptickým světlem. U křečka je rychlost peristaltických kontrakcí obvykle 13 / min (17) ve srovnání se 7/min u miniaturních prasat (ale 12-13/min u izolovaných vepřových ledvin; Refs. 4 a 20), 0,3/min u psa (ale 13-17/min v izolované Psí ledvině; Refs. 3 a 6) a 2-3 / min u lidí (2). Tato peristaltika má hluboký vliv na velikost a tvar papily., Jak se stěna Stahuje, papilla se zužuje. Jeho průměr je snížen až o 20%, což znamená, že plocha průřezu je snížena až o 36%. V okamžiku, kdy se Peristaltická vlna pohybuje kolem špičky, papilla se odrazí nahoru. Průměrný pohyb je ∼300 µm (17).

Hladká svalovina se nachází ve stěně ledvinné pánvičky do báze papily v obou unipapillate a multipapillate ledviny, ale není nalezen v papily sám (Obr. 2)., Peristaltické kontrakce jsou řízeny kardiostimulátorem umístěným v nejvyšších částech pánve (9), který převažuje nad pomalejšími rytmy vnitřními k úsekům pánevní stěny a močovodu.

je možné studovat pohyb moči ve sběrných kanálech a v pánevním prostoru obklopujícím renální papilu během peristaltických kontrakcí svalové pánevní stěny pomocí techniky zavedené Steinhausenem v roce 1964 (19). Když je barvivo Lissamin Green SF injikováno intravenózně, rychle dosáhne kapilár ledvin a je filtrováno glomerulemi., Brzy se objeví v proximálních tubulech na kortikálním povrchu ledvin. Jak se pohybuje v proximálních tubulových konvolutích, barva mizí z prvních konvolucí, když barvivo vstupuje do smyček Henle. Barevná tekutina se pak vrací do distálních tubulů. Vzhledem k tomu, že došlo k reabsorpci vody z renálních tubulů, je barvivo koncentrovanější a vypadá tmavší. Podobná sekvence je vidět v ledvinové papile. Barvivo se nejprve objeví v kapilárách a vasa recta. Poté, co byl filtrován a přesunut přes proximální konvoluce, objeví se ve smyčkách Henle., Postupně se barvivo odstraňuje ze smyček a poté, co se pohybuje distálními tubuly, vstupuje do sběrných kanálků a sběrných kanálů. Pokud je barvivo infuzováno nepřetržitě, moč pohybující se sběrnými kanály zůstane zelená.

moč může refluxovat do ledvinové pánve?

moč opouštějící kanály Bellini na špičce papily bude po každé pánevní kontrakci obecně proudit přímo do močovodu. Občas se však kolem špičky papily objeví moč, která krátce koupe dolních 50 µm močí (17)., Tento vzor, který nazýváme tip reflux, je vidět během konstantního nebo klesajícího průtoku moči. Když se průtok moči rychle zvyšuje, je však vidět jiný vzorec průtoku. Moč již neteče přímo do močovodu, protože opouští kanály Bellini. Místo toho je moč zametána do pánve, kde dosahuje všech smilnic a sekundárních sáčků. Během další kontrakce je moč zametána přes papilu a vstupuje do močovodu. Tento vzor nazýváme plným pánevním refluxem.,

plné pánevní refluxy jsou fyziologicky indukovány, když se rychlost toku moči zvyšuje rychleji než 0,05 µl/min2. Pokračují několik minut poté, co se průtok již nezvyšuje. Během stoupajícího toku moči se moč zředí a jeho osmolalita se snižuje. Moč, která je zametána do pánevních rozšíření, má tedy nižší osmolalitu než papilární tkáň. Bylo prokázáno, že plné pánevní refluxy za těchto okolností slouží ke snížení osmolality a koncentrace močoviny renální medulky., V důsledku toho mohou pánevní refluxy sloužit ke zkrácení doby potřebné k rozvoji diurézy vody po velkém příjmu vody. To může být zvláště užitečné pro pouštní zvířata, která pravidelně pijí velké množství vody, a proto musí být schopna rychle zředit moč, aby se zabránilo intoxikaci vodou (17).

peristaltika transportuje moč jako bolus do močovodu

každý, kdo prošel ledvinovým kamenem, ví, že močovod se také peristalticky Stahuje., Moč vstupující do močovodu je poháněna směrem k močovému měchýři v bolusech, močovod je uzavřen před a za každým bolusem. Při nízkých průtocích moči jsou bolusy krátké; při vyšších průtocích se bolusy prodlužují, ale lineární rychlost bolusů se nemění. Tok v močovodu je tedy velmi odlišný od průtoku v potrubí s pevným průměrem, kde by se lineární rychlost změnila v přímém poměru k průtoku. Jak se tok moči dále zvyšuje, délky bolusů se stále zvyšují, dokud není močovod naplněn z jednoho konce na druhý (17).,

peristaltické síly koncentrují moč

jak se Peristaltická vlna pohybuje dolů přes renální papilu, moč je protlačována papilárními sběrnými kanály jako bolus. Lehké mikrografy papily fixované během kontrakce ukazují, že sběrné kanály jsou uzavřeny (obr. 3A) ale že jsou široce otevřené, když je pánevní stěna uvolněná (obr. 3B). Stejně jako u močovodu jsou sběrné kanály obvykle prázdné a uzavřené za bolusem. Bolus je krátký při nízkých průtocích moči; sběrné kanály zůstávají prázdné,dokud není další bolus protlačen., Při nízkých průtocích moči mohou být prázdné až 95% času, přičemž tekutina je v kontaktu s epitelem sběrného kanálu pouze krátce. Lineární rychlost peristaltické vlny je 1,6 mm / s a rovná se rychlosti krátkého bolusu. Při vyšších průtocích moči je bolus delší, protože rychlost náběžné hrany, která je určena produkcí moči, je nižší než rychlost peristaltické vlny tlačící koncovou hranu; při nejvyšších průtocích jsou sběrné kanály prázdné pouze tehdy, když se Peristaltická vlna pohybuje přes papilu., Paradoxně je tedy doba kontaktu prodloužena (nebo průměrná lineární rychlost moči ve sběrných kanálech je pomalejší) při vyšších průtocích ve srovnání s nízkými průtoky moči.

Jako peristaltické kontrakce pohybuje dolů papily, sběrné potrubí kapalina je tlačena přes potrubí při rychlosti větší než rychlost, s níž tekutina se tvoří, čímž se zvyšuje hydrostatický tlak na stěny potrubí. Při nízkých rychlostech produkce moči opouští papilu z kanálků Bellini pouze polovina tekutiny v koncovém sběrném kanálu., Zbývající objem je absorbován do epiteliálních buněk sběrného kanálu, jejichž objemy se zvyšují přibližně o objem tekutiny absorbované z lumenu sběrného kanálu během každé peristaltické kontrakce. Jak kontrakce prochází, sběrné kanály se uzavírají za močovým bolusem (17).

Ostia kanálků Bellini jsou obvykle patentovány (obr. 3C), ale často se zdá, že obsahují prolapsovanou medulární tkáň v ledvinách od obézních králíků (obr., 3D), obezita je charakterizována mírným stupněm arteriální hypertenze (+11 mmHg u těchto králíků a podobnými nadmořskými výškami u obézních psů a lidí), zvýšeným renálním intersticiálním hydrostatickým tlakem (19 vs. 9 mmHg u obézních vs. štíhlých psů) a výrazně rozšířeným vnitřním medulárním intersticiem (u králíků, psů a lidí; Ref. 5)., Tak rozšířen interstitium může poskytnout větší než normální odolnost vůči peristaltické rush tekutiny prostřednictvím sběrných kanálků, což zvyšuje intersticiální tlak v parenchymu ledvin a má za následek zvýšený arteriální tlak systémově, stejně jako výhřez medulární obsah z ostie.

smyčky Henle jsou také částečně vyprázdněny během pánevní kontrakce. To lze vidět po bolusové injekci Lissamine Green SF, když se tekutina ve smyčkách dočasně zezelená., Každá kontrakce objeví zmáčknout kapaliny z smyčky, s některými kapalina tlačena retrográdní a zbytek směrem ke špičce.

peristaltické kontrakce pánevní stěny hluboce ovlivňují papilární průtok krve. Papilla uvnitř pánevní stěny se stává bledou, když se stěna kolem ní Stahuje, přičemž kapiláry se během každé kontrakce zužují. Při pečlivém pozorování pod mikroskopem je vidět, že průtok krve se pravidelně zastavuje a poté se krátce pohybuje retrográdně v sestupných kapilárách., Měření ukázala, že průtok krve je zastaven ∼30% času. Světelné a elektronové mikroskopie z renálních papil stanovena na samém konci kontrakce ukázaly, že kapilár, stejně jako smyčky Henle a sběrných kanálků, byly pevně zavřené, vzhledem k tomu, že ty z uvolněné papily byly všechny otevřené. Tento přerušovaný tok může pomoci zachovat osmotický gradient podél ledvinové papily, protože nepřetržitý tok by vedl ke zvýšenému odstranění papilárních solutů (17).,

papilla rebound přesune vodu do vasa recta

Peristaltická kontrakce komprimuje i protahuje papilu, což způsobuje, že se stává delší a užší. Během časného relaxačního období (1 s) se papilla odrazí na kratší a širší uvolněnou formu. Sběrné kanály zpočátku zůstávají zavřené, ale voda se pohybuje z buněk do intersticia v důsledku negativního hydrostatického tlaku generovaného elastickými vlastnostmi intersticiální matrice., Od vzestupné vasa recta jsou uvázána na jiné struktury, které jsou otevřeny jako tkáň expanduje při odrazu, umožňující vody pro vstup (14). Brzy se krev vrátí do Vasa recta, nejprve na sestupnou a pak na vzestupnou vasa recta, tlačící podél sloupce vody, která vstoupila do Vasa recta z interstitia. V této době se tubulární tekutina také vrací do smyček Henle.

při pozdní relaxaci (2 s) se sbírají kanály otevřené, když do nich proudí moč shora., Zbývající struktury, i nadále fungovat normálně, s tvarem papily beze změny, vasa recta otevřít průtok krve, a smyčkami Henle otevřít tekutinou nadále proudit skrze ně.

pánevní stěna je nezbytné pro peristaltiku

v Případě, pánevní stěna je resekována, průtok krve v kapilárách je kontinuální a tok v smyčky Henle a prostřednictvím sběrných kanálků je také bez přerušení., Podobně, pokud je intaktní pánev paralyzována lokálním anestetikem, ureterální peristaltika se odpojí od pánve a pánev se ochromí. Toky ve sběrných kanálech, smyčkách Henle a vasa recta jsou nyní spojité, protože když je pánevní stěna odstraněna nebo paralyzována. Fyziologické nálezy ukázaly, že když je pánevní stěna odstraněna nebo paralyzována, osmolalita a koncentrace sodíku v papilární tkáni významně klesají (17).,

Mechanismů, které se soustředí moči v papily

soustředit Se moč ve sběrné potrubí, voda musí být odstraněny ze sběrných kanálků v přebytku rozpuštěných látek. Část této vody odstranění je způsobena hromaděním rozpuštěných látek v papilární interstitium, důsledkem transportu iontů, který se vyskytuje ve vnější dřeň. Matematické modely však nemohou vysvětlit skutečné koncentrace dosažené některými zvířaty (12, 13). Zde uvedený model (obr., 4) navrhuje, aby hydrostatický tlak generovaný peristaltikou pánevní stěny přispěl k odstranění vody z lumenu sběrného kanálu ve čtyřech krocích. Za prvé, síla peristaltické kontrakce pohybuje bolus moči nejen po sběrném kanálu, ale také do buněk lemujících kanál (obr. 4A). Za druhé, negativní intersticiální tlaky, které se vyvíjejí během odrazu, mají tendenci přesouvat vodu z epiteliálních buněk do intersticia. Za třetí, vázaná vzestupná vasa recta má tendenci se otevírat před jinými strukturami(obr. 4B; Ref., 14), vytváří negativní intravaskulární hydrostatickou sílu a čerpá intersticiální tekutinu do lumenu. Za čtvrté, vzestupná vasa recta má neobvykle velkou hydraulickou propustnost a nízký koeficient odrazu na albumin (14), což umožňuje cévní vychytávání velkých i malých osmoticky aktivních částic. Společně tyto čtyři kroky představují vysoce efektivní mechanismus pohybu intersticiální tekutiny z dřeně pro daný hydrostatického nebo osmotického gradientu.

struktura modelu je na rozdíl od jiných navržených mechanismů. A co je nejdůležitější, nejedná se o nepřetržitou funkci času; místo toho musí být fyzické důsledky kontrakcí ledvinové pánve integrovány do úplného peristaltického cyklu, aby došlo k transportu vody. Za druhé, termodynamická energie není odvozena z ATP nebo iontových gradientů uvnitř papily., To je štěstí, protože se zdá, že tkáň má skromné energetické rezervy: průtok krve je pomalý, parciální tlak kyslíku je nízký (<10 Torr), mitochondrie je málo a většina energie je odvozena od anaerobní glykolýzy (8). Místo toho navrhujeme, aby termodynamická energie byla odvozena z vnějšího zdroje, a to kontrakce hladkého svalstva v bohatě vaskularizované stěně ledvinové pánve. Za třetí, některé navrhované mechanismy vyžadují, aby intersticiální oddíly měly pevný objem nebo aby renální papila měla nízkou shodu (12, 14)., Ve skutečnosti musí být ledvinová papila velmi kompatibilní, bez kapsle a malého kolagenu. Místo toho navrhujeme, aby periodické kontrakce ledvinové pánevní stěny prosazovaly konstantní objem, rytmicky se pohybující tekutina ze sběrných kanálů do vzestupné vasa recta.

tento model se výslovně nezabývá smyčkami Henle, i když jejich obsah je vyprázdněn peristaltikou stejně jako sběrné kanály., Ani to řešit transport rozpuštěných látek, ani dynamický účinek opakované pohyby čisté vody do papilární interstitium v ústech aquaporin programy, tavidla, které mohou měnit fyzikálně-chemická povaha bílkovin, kyseliny hyaluronové a proteoglykany, které vyplňují prostor. Předpokládáme, že použití současných technik začne objasňovat tyto rysy renální urodynamické aktivity.