گردیزه‌ها یا همان نفرون‌ها، ساختارهای خاصی در کلیه هستند که واحدهای عملکردی این اندام محسوب می‌شوند. در هر کلیه بین یک الی یک‌ و نیم میلیون نفرون وجود دارد که به طور پیوسته مشغول تصفیه کردن خون بدن هستند تا علاوه بر حذف مواد زائد و سموم، حجم مایعات بدن نیز تنظیم شود. برای آشنایی با فعالیت نفرون‌ها باید ابتدا با ساختار خاص آن‌ها آشنا شویم، زیرا ساختار نفرون‌ها به نحوی ایجاد شده است که سلول‌های آن قادر به انجام سه مرحله اساسی و مورد نیاز برای تشکیل و دفع ادرار باشند، این سه مرحله فیلتراسیون یا تراوش ، بازجذب و ترشح هستند.

در این مطلب از مجله فرادرس ضمن آن که یاد می‌گیریم نفرون چیست، با آناتومی و فعالیت نفرون‌ها نیز آشنا می‌شویم. در ادامه شیوه خون‌رسانی به نفرون‌ها را بررسی می‌کنیم؛ سپس انواع نفرون‌ها و دستگاه جنب گلومرولی که با نفرون‌ها همکاری تنگاتنگی دارد را می‌شناسیم و در گام آخر به سراغ نحوه تنظیم فعالیت نفرون‌ها به وسیله هورمون‌ها و دیگر مولکول‌های تنظیم‌کننده می‌رویم.

نفرون چیست؟

«نفرون‌ها» (Nephrons) واحدهای عملکردی و ساختاری کلیه‌ها هستند که وظیفه تصفیه کردن خون، متعادل‌سازی ترکیبات موجود در گردش خون، ساخت ادرار و دفع مواد زائد به وسیله آن را برعهده دارند. هر کلیه دارای بیش از یک میلیون نفرون است که در بخش قشر کلیه قرار دارند، در حقیقت در برش عرضی کلیه‌ها ظاهر دانه‌دانه قشر کلیه به دلیل وجود همین نفرون‌ها است. ساختار نفرون را می‌توان به دو بخش اصلی تقسیم کرد که در ادامه آن‌ها را نام می‌بریم.

• «جسمک کلیوی» ( Renal Corpuscle): از دو بخش گلومرول و کپسول بومن تشکیل شده است.
• «لوله‌کلیوی» یا «توبول کلیوی» (Renal Tubule): لوله‌ای طویل که به کپسول بومن متصل است و به سه بخش لوله نزدیک، قوس هنله و لوله دور تقسیم می‌شود.

ساختار و عملکرد نفرون‌ها در زیست‌شناسی دهم مورد بحث و بررسی قرار می‌گیرد. برای تسلط به تمام نکات این موضوع و دیگر عناوین مطرح شده در این پایه، پیشنهاد می‌دهیم از فیلم آموزش زیست شناسی پایه دهم فرادرس استفاده کنید که لینک آن در کادر زیر درج شده است.

اولین مرحله فیلتراسیون یا تصفیه خون در جسمک کلیوی انجام می‌شود، خون در این مرحله باید از سد ۳ لایه زیر بگذرد.

1. سلول‌های اندوتلیال دیواره مویرگ
2. غشای پایه سلول‌های اندوتلیال
3. فضای خالی موجود بین سلول‌های پودوسیت پوشاننده کپسول

بخش زیادی از خون از این سدها می‌گذرد و وارد لوله کلیوی می‌شود. اجزایی که از گردش خون خارج نمی‌شوند، مواردی مانند سلول‌های خونی و پروتئین‌های پلاسما هستند. مایع خارج شده از خون در لوله‌های کلیوی حرکت می‌کند و در همین زمان سلول‌های پوششی سازنده دیواره لوله مشغول پردازش این مایع هستند تا دسته‌ای از مواد به خون بازگردند و مواد باقی‌مانده توسط ادرار دفع شوند.

این فرآیند حجم مایعات و بسیاری از ترکیبات بدن را تنظیم می‌کند. آن‌چه که در پایان لوله کلیوی مشاهده می‌شود، ادرار است که از آب، مواد زائد متابولیسمی و سموم تشکیل شده است. با وجود این توضیحات می‌توان گفت که روند تولید ادرار در کلیه‌ها به وسیله نفرون‌ها انجام می‌شود و این ساختارها نیز در سه قدم اصلی قادر به ساخت ادرار هستند.

• تراوش
• بازجذب
• ترشح

نفرون‌ها بر اساس محل قرارگیری و شکل ظاهری که دارند به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند که در ادامه آن‌ها را نام می‌بریم.

1. «نفرون‌های قشری» (Cortical Nephrons)
2. «نفرون‌های جنبی مرکزی» (Juxtamedullary Nephrons)

نفرون‌ها چند فعالیت جانبی نیز دارند که از اهمیت بالایی در بدن برخوردار هستند. در ادامه کمی به آن‌ها می‌پردازیم.

• تولید رنین: با تولید رنین، نفرون‌ها قادر به تنظیم فشار خون هستند.
• تولید هورمون اریتروپویتین: این هورمون در تولید گلبول‌های قرمز نقش دارد.
• تبدیل کلسی‌دیول به کلسی‌تونین: با تبدیل کلسی‌دیول به کلسی‌تونین که فرم فعال ویتامین D است، نفرون ها در جذب کلسیم نقش دارند.

شکل نفرون

نفرون در پستانداران، لوله‌ای بلند است که طول آن به طور حدودی در بازه ۳۵ تا ۵۵ میلی‌متر قرار دارد. این لوله دو سر مختلف دارد که هر کدام ویژگی خاصی دارند.

• ابتدای نفرون: در ابتدای نفرون بخش بسته، تاخورده و گسترده‌ای وجود دارد که به صورت یک ساختار فنجانی شکل با دو دیواره در آمده است. این بخش را با عنوان کپسول بومن یا جسمک کلیوی می‌شناسیم.
• انتهای نفرون: انتهای این لوله به مجرایی ختم می‌شود که به آن مجرای جمع‌کننده ادرار می‌گوییم.

برای درک بهتر شکل نفرون‌ها پیشنهاد می‌دهیم به تصویر زیر توجه کنید.

یادگیری اندام‌ها و دستگاه‌های بدن انسان با فرادرس

بدن انسان از دوازده دستگاه مختلف ساخته شده است که هر کدام از آن‌ها دارای اندام‌های مختلفی هستند. فعالیت هماهنگ و تنظیم‌شده اندام‌ها برای انجام درست وظایف هر دستگاه ضروری است؛ بنابراین برای شناخت دستگاه‌ها، در مراحل ابتدایی باید اندام‌ها و بافت‌های سازنده آن دستگاه را بشناسیم که این موضوع نیز در چند سطح مختلف آناتومی، فیزیولوژی، هیستولوژی و سلولی انجام می‌شود. با توجه به پیچیدگی‌های بافتی و فعالیت‌های اندام‌ها مختلف بدن، یادگیری تمام نکات مربوط به دستگاه‌های مختلف امری پیچیده و زمان‌بر به حساب می‌آید.

یکی از راه‌های کوتاه کردن زمان یادگیری، استفاده از فیلم‌های آموزشی است که به طور تخصصی از ابتدا شروع به بررسی موضوع مدنظر می‌کنند و پس از ارائه اطلاعات اولیه، نکات تخصصی‌تر را گام به گام مطرح می‌کنند. طراحی چنین مسیر یادگیری نیازمند برنامه‌ریزی آموزشی جامعی است که فرادرس به کمک مدرسین متخصص با شناسایی نیاز علم‌آموزان آن را در دستور کار خود قرار داده است و فیلم‌های آموزشی مختلفی را منتشر می‌کند که در ادامه تعدادی از آن‌ها را معرفی می‌کنیم.

ساختار نفرون

نفرون‌ها واحدهای عملکردی کلیه هستند که وظایف بسیار مهمی برعهده دارند. این واحدها که مسئول تولید ادرار و تصفیه خون هستند، به ساختار خاص خود برای به نتیجه رساندن فعالیت‌‌هایی که بر عهده دارند، متکی هستند. بنابراین حالا که می‌دانیم نفرون چیست، در این بخش با ساختار آن به طور کامل و جزئی آشنا می‌شویم. به صورت کلی می‌توان ساختار هر نفرون را به دو بخش اصلی تقسیم کرد.

1. «جسمک کلیوی» یا «کپسول کلیوی» (Renal Corpuscle)
2. «لوله‌ کلیوی» یا «توبول کلیوی» (Renal Tubule)

جسمک کلیوی در قشر کلیه قرار دارد در حالی که لوله‌های کلیوی به سمت بخش مرکزی کلیه پیش‌روی می‌کنند. لوله کلیوی به واسطه لوله اتصال‌دهنده به مجرایی منتهی می‌شود که به آن «مجرای جمع‌کننده» (Collecting Ducts) می‌گوییم. ادرار تولید شده توسط چندین نورون به این مجرای جمع‌آوری کننده ریخته می‌شود و در نهایت در بخش مرکزی کلیه، لوله‌های جمع‌‌کننده ادرار به یکدیگر می‌پیوندند تا ادرار تولید شده توسط تمام نفرون‌ها، کلیه را به مقصد مثانه ترک کند.

نفرون‌های موجود در کلیه بر اساس شیوه توزیع در این اندام و مورفولوژی به دو دسته تقسیم می‌شوند که در ادامه با آن‌ها به کمک یک جدول آشنا می‌شویم.

هر نفرون شبکه مویرگی خاصی دارد که از یکی از سرخرگ‌های بین لوبولی کلیه منشعب شده است و به صورت سرخرگ آوران وارد نفرون می‌شود تا ساختاری به نام «گلومرول» (Glomerulus) را بسازد. این سرخرگ مسیر خود را ادامه داده و از گلومرول خارج می‌شود تا سرخرگ وابران را بسازد که در اطراف لوله‌های کلیوی دومین شبکه مویرگی را می‌سازد. توضیحاتی که در این بخش ارائه شد، تنها برای آشنایی کلی با ساختار نفرون‌ها بود، بنابراین در ادامه بخش‌هایی مجزا را به هر یک از عناوینی که تعریف شد، اختصاص می‌دهیم و با فعالیت هر قسمت از نفرون‌ بیشتر آشنا می‌شویم.

جسمک کلیوی

جسمک کلیوی اولین بخش از ساختار نفرون است که با آن مواجه می‌شویم، این بخش وظیفه فیلتراسیون پلاسمای خون را برعهده دارد و اولین نقطه تولید ادرار به حساب می‌آید. جسمک کلیوی هر نفرون از دو بخش زیر تشکیل شده است.

1. گلومرول: شبکه‌ای از مویرگ‌هایی است که سرخرگ کلیوی منشعب شده‌اند.
2. کپسول گلومرولی یا کپسول بومن: ساختاری سلولی است که در اطراف گلومرول وجود دارد.

کپسول گلومرولی از دو لایه جداری و درونی تشکیل شده است. لایه داخلی توسط سلول‌های خاصی به نام «پودوسیت‌ها» (Podocytes) ساخته شده است. پودوسیت‌ها دیواره‌های مویرگ‌های گلومرولی را به نحوی می‌پوشانند که به نظر می‌رسد در هم تنیده شده‌اند، در اصل این سلول‌ها زوائد سیتوپلاسمی ایجاد می‌کنند که دیواره مویرگ‌ها را در بر می‌گیرد. زوائد سیتوپلاسمی یا پاهای کاذب پودوسیت‌های مختلف به نحوی گسترش پیدا می‌کنند که شکاف‌های باریکی بین آن‌ها وجود داشته باشد تا ترکیبات مختلفی که درحین فیلتراسیون از خون خارج می‌شوند، مسیری برای عبور از سد این سلول‌ها داشته باشند.

لایه جداری که از سلول‌های پوششی سنگ‌فرشی ساده تشکیل شده است، به بخش دیگر نفرون یعنی توبول کلیوی متصل است و به این ترتیب ساختار منسجم نفرون شکل می‌گیرد. شکل‌گیری ساختار جسمک کلیوی به نحوی است که این بخش دارای دو قطب است.

1. «قطب عروقی» (Vascular Pole): مویرگ‌هایی که از به کپسول بومن وارد و خارج می‌شوند از این قطب عبور می‌کنند.
2. «قطب لوله‌ای» (Tubular Pole): مایع حاصل از فیلتراسیون از این قطب کپسول بومن را ترک کرده و وارد بخش لوله کلیوی نفرون می‌شود.

گلومرول

گلومرول شبکه‌ یا کلافی توپی‌شکل از مویرگ‌هایی است که از سرخرگ آوران منشعب شده‌اند و در فرآیند تراوش یا فیلتراسیون نقش دارند. این کلاف مویرگی در درون کپسول بومن جا گرفته است. خون تصفیه نشده با ورود به گلومرول اولین مرحله تولید ادرار را آغاز می‌کند. سه سد مختلف در برابر مایعات و ترکیبات خون وجود دارد که با کنترل فرآیند فیلتراسیون اجازه خروج اجزایی مانند سلول‌های خونی از مویرگ‌ها را نمی‌دهند، در ادامه این سه سد را نام می‌بریم.

1. سلول‌های اندوتلیال مویرگ‌های گلومرولی
2. غشای پایه مویرگ‌های گلومرولی
3. سلول‌های پوششی یا اپیتلیال کپسول بومن (پودوسیت‌ها)

در ادامه با اختصاص دادن بخش‌های مجزا با این سه جزء بیشتر آشنا می‌شویم، اما می‌توانید به کمک تصویر زیر موقعیت مکانی هر یک را متوجه شوید.

سلول‌های اندوتلیال

اندوتلیوم مویرگ گلومرولی دارای تعداد زیادی «منفذ» (Fenestrae) است که قطری در حدود ۷۰ نانومتر دارند. این منافذ سدی در برابر عبور آب، پروتئین‌ها یا حتی مولکول‌های بزرگ‌تر به حساب نمی‌آیند، بلکه آن‌ها از فیلتراسیون سلول‌های خونی، مانند گلبول‌های قرمز خون جلوگیری می‌کنند.

سطح داخل مویرگی سلول‌های اندوتلیال توسط ترکیبی به نام «گلیکوکالیکس» (Glycocalyx) پوشانده شده است که نوعی گلیکوزآمینوگلیکان دارای بار منفی است. بار منفی این ساختار باعث دفع مولکول‌هایی می‌شود که بار منفی دارند، بنابراین به این شیوه نیز از خروج بعضی از ترکیبات خون جلوگیری می‌شود.

غشای پایه مویرگ‌های گلومرولی

غشای پایه ساختاری است که دور تا دور اندوتلیوم مویرگی را می‌پوشاند و از ترکیبات مختلفی تشکیل شده است که در ادامه مهم‌ترین اجزای سازنده آن را نام می‌بریم.

1. «کلاژن نوع چهار» (Type IV Collagen)
2. «پروتئوگلیکان‌های هپاران سولفات» (Heparan Sulfate Proteoglycans)
3. «لامینین» (Laminin)

پروتئوگلیکان‌های هپاران سولفات مولکول‌هایی با بار منفی هستند که آن‌ها نیز اثری مشابه با گلیکوکالیکس سطح درونی مویرگ‌ها ایجاد می‌کنند، یعنی این مولکول‌ها نیز عبور مولکول‌هایی با بار منفی از عرض غشای پایه را محدود می‌کنند.

ساختار غشای پایه دارای سه لایه است که از لحاظ ضخامت و تراکم با یکدیگر متفاوت هستند، این لایه‌ها فیلتراسیون مواد محلول در خون با اندازه بزرگ و متوسط را محدود می‌کنند. در جدول زیر با این سه لایه، ترکیبات سازنده و فعالیت آن‌ها بیشتر آشنا می‌شویم.

سلول‌های پوششی

پودوسیت‌ها نوعی سلول پوششی تخصص یافته هستند که لایه درونی کپسول بومن را می‌سازند. این سلول‌ها دارای پاهای کاذب هستند که اطراف مویرگ‌ها را می‌پوشانند و به کمک سازمان‌دهی ویژه‌ای که دارند، منافذی را می‌سازند که آن‌ها را با عنوان «روزنه‌های فیلتراسیون» (Filtration Slits) می‌شناسیم.

این روزنه‌های فیلتراسیون توسط پوششی نازک پوشانده شده‌اند که به آن «دیافراگم روزنه» (Slit Diaphragm) می‌گوییم، روی دیافراگم روزنه، سوراخ‌های بسیار کوچکی وجود دارد که اجازه عبور مولکول‌های بزرگی مانند پروتئین‌ها را نمی‌دهد. روی پودوسیت‌ها نیز مشابه با سلول‌های اندوتلیال پوشش گلیکوکالیکس وجود دارد که باعث محدود شدن فیلتراسیون آنیون‌های بزرگ می‌شود.

کپسول بومن

کپسول بومن که به آن کپسول گلومرولی نیز گفته می‌شود، ساختار سلولی است که گلومرول را در بر می‌گیرد. این کپسول از دولایه سلولی تشکیل شده است که لایه درونی آن را سلول‌های پودوسیت می‌سازند و لایه بیرونی نیز تشکیل شده از سلول‌های سنگفرشی ساده است. مایعاتی که در گلومرول از خون خارج می‌شوند در چندین سطح و لایه تصفیه یا فیلتر می‌شوند که نتیجه آن، ایجاد مایعی است که به آن «فیلترات» (Filtrate) می‌گوییم.

فیلترات در نفرون به مایعی گفته می‌شود که پس از چند مرحله پالایش یا همان اولترافیلتراسیون تولید شده است. فیلترات از کپسول بومن به سمت بخش لوله کلیوی حرکت می‌ کند تا با انجام فرآیندهای مختلف روی آن ادرار ساخته شود.

توبول کلیوی

سیستم توبولی یا لوله‌ای بخشی از نفرون است که مسئولیت پردازش فیلترات و تبدیل آن به ادرار را دارد. برای تولید ادرار باید مولکول‌های ضروری که در فیلترات وجود دارند، طی فرآیند بازجذب به خون بازگردند و ترکیبات غیرضروری و زائد به این ماده ترشح شوند. سیستم توبول کلیوی سه بخش اصلی دارد که در ادامه آن‌ها را نام می‌بریم.

• «لوله نزدیک» (Proximal Tubule): لوله نزدیک دارای دو بخش است که آن‌ها را با نام‌های «لوله پیچ‌خورده نزدیک» (Convoluted Proximal Tubule) و «لوله مستقیم نزدیک» (Straight Proximal Tubule) می‌شناسیم.
• «قوس هنله» (Loop Of Henle): در قوس هنله دو بخش نزولی و صعودی وجود دارند.
• «لوله دور» (Distal Tubule): لوله دور نیز دارای دو بخش است که آن‌ها را با نام‌های «لوله مستقیم دور» (Straight Distal Tubule) و «لوله پیچ‌خورده دور» (Convoluted Distal Tubule) می‌شناسیم.

لوله پیچ‌خورده دور که آخرین بخش ساختاری یک نفرون به حساب می‌آید، به کمک لوله رابط به مجرای جمع‌کننده متصل می‌شود که لوله‌ای برای جمع‌آوری ادرار تولید شده در نفرون‌ها است و چندین نفرون ترکیب نهایی که می‌سازند را به آن می‌ریزند. مجاری جمع‌کننده ادرار در بخش مرکزی کلیه به یکدیگر می‌پیوندند و به این ترتیب ادرار تولید شده در نفرون‌ها به طور کامل جمع‌آوری می‌شود تا از کلیه خارج شود.

لوله نزدیک

لوله نزدیک اولین بخش از سیستم لوله‌ای است که فیلترات به آن وارد مي‌شود، این بخش از دو قسمت پیچ خورده و مستقیم تشکیل شده است که موقعیت مکانی آن‌ها در ساختار کلیه، متفاوت با یکدیگر است.

• لوله پیچ‌خورده نزدیک: در قشر کلیه قرار دارد و پیوسته با فضای کپسولی است. این بخش به دو قسمت S۱ و S۲ تقسیم می‌شود.
• لوله مستقیم نزدیک: لوله مستقیم دور که با عنوان بخش ضخیم پایین‌رونده نیز شناخته می‌شود، به سمت بخش مرکزی کلیه می‌رود و در این ناحیه دیده می‌شود. این بخش دارای دو قسمت است، بخش انتهایی S۲ و S۳.

هر دو بخش لوله نزدیک از سلول‌های پوششی مکعبی ساده ساخته شده‌اند که دارای میتوکندری‌ها و میکروویلی‌های زیادی هستند. «میکروویلی» (Microvilli) یا ریزپررزها زوائد میکروسکوپی غشای پلاسمایی هستند که با هدف افزایش سطح انتشار سلول ایجاد می‌شوند و ظاهری مسواک‌مانند به سطح سلول می‌دهند.

یکی دیگر از ویژگی‌های این سلول‌ها این که غشای پلاسمایی در هر در دو سطح «غشای راسی» (Apical Membrane) و «غشای قاعده‌ای» (Basolateral Membrane) دارای تعداد زیادی کانال است که باعث می‌شود سلول قابلیت زیادی در انتقال یون‌ها و دیگر ترکیباتی داشته باشد که باید جابه‌جا شوند.

این مورفولوژی خاص متناسب با عملکرد لوله نزدیک شکل گرفته است، در اصل لوله نزدیک بیش از نیمی از آب و مولکول‌هایی که در گلومرول از خون خارج شده‌اند را به خون بازمی‌گرداند، بنابراین در لوله نزدیک شاهد فرآیند «بازجذب» (Reabsorption) آب و ترکیبات مختلف، به خون هستیم. حضور میتوکندری‌های فراوان در سلول‌های مکعبی نیز برای تولید انرژی موردنیاز فرآیند بازجذب است.

قوس هنله

قوس هنله که با عنوان «قوس نفرون» (Nephron loop) نیز شناخته می‌شود، بخشی از نفرون است که به شکل یک قوس یا حرف U انگلیسی است و در بخش مرکزی کلیه یا «مدولا» قرار دارد. از منظر بافت‌شناسی قوس هنله دارای دو بخش زیر است.

• شاخه نازک پایین‌رونده یا نزولی هنله
• شاخه نازک بالارونده یا صعودی هنله

هر دو شاخه از سلول‌های پوششی سنگفرشی ساده تشکیل شده‌اند و در مورد آن‌ها چند نکته ویژه وجود دارد که در ادامه آن‌ها را ذکر می‌کنیم.

• اندامک‌های سلولی کمی دارند.
• تعداد میکروویلی‌ها یا کم است یا به طور کلی فاقد ساختار میکروویلی هستند.
• توانایی ترشحی کمی دارند.

در اطراف قوس هنله شبکه مویرگی وجود دارد که همراه با یکدیگر فعالیت تنظیمی در مورد سطح آب و نمک‌های موجود در فیلترات دارند. از جمله نمک‌های موجود در فیلترات می‌توان به سدیم، کلسیم و پتاسیم اشاره کرد. نفوذپذیری شاخه صعودی و نزولی نسبت به آب و نمک‌ها متفاوت است، در ادامه به کمک یک جدول تفاوت این دو را بررسی می‌کنیم.

لوله دور

لوله دور نیز مشابه با لوله نزدیک دارای دو بخش مستقیم و پیچ‌خورده است. بخش مستقیم لوله دور همان شاخه ضخیم بالارونده است که در ادامه قوس هنله می‌بینیم. بخش پیچ‌خورده در قشر کلیه قرار دارد، بنابراین بخش مستقیم از مرکز کلیه (مدولا) به سمت قشر کلیه می‌رود و به همین دلیل به آن بخش بالارونده می‌گوییم.

هر دو بخش لوله دور دارای سلول‌های پوششی مکعبی ساده هستند. با وجود آن که لوله دور از لحاظ ساختار سلولی مشابه با لوله نزدیک است، تفاوت ساختار مهمی میان سلول‌های این دو بخش نفرون وجود دارد. سلول‌های اپیتلیال مکعبی لوله‌دور میکروویلی‌های کمتری نسبت به لوله نزدیک دارند.

در لوله دور نیز شاهد فرآیندهای بازجذب و ترشح هستیم، اما میزان بازجذب و ترشح رخ داده در لوله دور کمتر از لوله نزدیک است. تعداد زیاد میتوکندری‌ در سلول‌های سازنده لوله مستقیم دور، این امکان را ایجاد می‌کند که این سلول‌ها قادر به بازجذب ترکیبات مفیدی مانند الکترولیت‌ها و ترشح مواد زائد باقی‌مانده از طریق انتقال فعال باشند. انتقال فعال نوعی از انتقال است که نیاز به انرژی دارد و میتوکندری‌ها مسئول تامین این انرژی برای سلول هستند. هورمون آلدسترون قادر به اثرگذاری بر سلول‌های این بخش است و به این ترتیب می‌تواند بازجذب سدیم را تحت کنترل داشته باشد.

سیستم جمع‌کننده ادرار

سیستم جمع‌کننده کلیه در اصل مجموعه‌ای از لوله‌هایی است که ادرار را از نفرون‌های مختلف دریافت کرده و به «کالیس‌های» (calices) کوچک کلیه منتقل می‌کنند. لوله‌های پیچ‌خورده دور چندین نفرون که در همسایگی هم قرار دارند، به یک لوله یا مجرای جمع‌کننده منتهی می‌شوند و ادراری که در هر نفرون تولید شده است را به آن می‌ریزند.

مجاری جمع‌کننده از بخش مرکزی کلیه عبور می‌کنند و در راس هر هرم کلیوی به یکدیگر می‌پیوندند؛ در این نقطه با بهم پیوستن چندین لوله جمع‌کننده، مجرایی به نام «مجرای پاپیلاری» (Papillary Duct) یا «مجرای بلینی» (Duct Of Bellini) تشکیل می‌شود. مجرای بلینی در نهایت به کالیس کوچک می‌رسد و به این ترتیب ادرار از نفرون‌ها جمع‌آوری می‌شود.

انواع مجاری ادرار

مجاری جمع‌کننده ادرار با توجه به موقعیتی که در قشر یا مدولای کلیه دارند، به دو دسته مختلف تقسیم می‌شوند که ساختار سلولی متفاوتی نیز با یکدیگر دارند. در ادامه با ساختار سلولی این دو دسته و مجاری پاپیلاری آشنا می شویم.

• «مجاری جمع‌کننده قشری» (Cortical Collecting Ducts): سلول‌های پوششی مکعبی ساده
• مجاری جمع‌کننده مرکزی» (Medullary Collecting Ducts): سلول‌های پوششی استوانه‌ای ساده
• مجاری پاپیلاری: سلول‌های پوششی استوانه‌ای ساده

دو نوع سلول دیگر نیز علاوه بر سلول‌های اصلی سازنده هر مجرا، در این مجاری دیده می‌شود که در ادامه آن‌ها را معرفی می‌کنیم.

• «سلول‌های اصلی» (Principal Cells): زمانی که نمونه بافتی را رنگ‌آمیزی می‌کنیم، سلول‌های اصلی به صورت سلول‌هایی کمرنگ دیده می‌شوند. این سلول‌ها نقش مهمی در انتقال یون‌ها دارند.
• «سلول‌های بینابینی» (Intercalated Cells): سلول‌های بینابینی پس از رنگ‌آمیزی به صورت سلول‌هایی تیره قابل تشخیص هستند. این سلول‌ها مسئول تعادل اسید-باز هستند.

مجاری ادرار آخرین نقاطی هستند که بدن می‌تواند در ترکیب ادرار تولید شده تغییر ایجاد کند و در صورت نیاز، آب یا الکترولیت‌های موجود در آن را بازجذب کند و غلظت ادرار را افزایش دهد. به طور معمول این بازجذب که باعث غلیظ‌تر شدن ادرار می‌شود، تحت تاثیر هورمون آنتی‌دیورتیک انجام می‌شود. پس از پایان مجاری جمع‌کننده مرکزی، فرآیند بازجذب دیگر در ادامه مسیر صورت نخواهد گرفت.

دستگاه جنب گلومرولی

حالا که یاد گرفتیم نفرون چیست، قصد داریم معرفی کوتاهی از دستگاهی داشته باشیم که می‌تواند بر عملکرد نفرون‌ها اثرگذار باشد. «دستگاه جنب گلومرولی» ( Juxtaglomerular Apparatus | JGA) ناحیه‌ای تخصصی است که با نفرون در ارتباط است اما از لحاظ ساختاری به آن پیوسته نیست و ساختاری مجزا به حساب می‌آید که در ناحیه قطب عروقی نفرون قرار دارد. این دستگاه دو فعالیت مهم دارد.

1. تنظیم جریان خون و نرخ فیلتراسیون گلومرولی
2. تنظیم فشار خون سیستمیک

برای ارائه توضیحات تکمیلی در مورد فعالیت دستگاه جنب گلومرولی، ابتدا باید با ساختار سلولی آن آشنا شویم، بنابراین در بخش‌های بعد به بررسی جزئی ساختار و فعالیت این دستگاه می‌پردازیم.

ساختار دستگاه جنب گلومرولی

دستگاه جنب گلومرولی دارای سه نوع سلول مختلف در ساختار خود است که در ادامه با آن‌ها و وظایفشان آشنا می‌شویم.

1. «ماکولا دنسا» (Macula Densa): در دیواره لوله دور، در نقطه‌ای که لوله دور با گلومرول تماس دارد، حضور دارند. در این نقطه، سلول‌های مکعبی لوله دور فشرده شده‌اند و به همین دلیل شکل آن‌‌ها استوانه‌ای شده است.
2. «سلول‌های گرانولار جنب گلومرولی» (Juxtaglomerular Granular (JG) cells): سلول‌های ماهیچه صاف تغییر یافته‌ای هستند که در اطراف سرخرگ آوران دیده و گاهی سرخرگ وابران دیده می‌شوند.
3. «سلول‌های مسنجیال خارج گلومرولی» (Extraglomerular Mesangial Cells): این سلول‌ها در فضای مثلثی موجود بین سرخرگ‌های آوران و وابران حضور دارند.

فعالیت دستگاه جنب گلومرولی

پیش‌تر گفتیم که دستگاه جنب گلومرولی مسئول تنظیم فشار خون سیستمیک، تنظیم جریان‌خون و نرخ فیلتراسیون است. در این بخش قصد داریم با هر یک از این موارد بیشتر و بهتر آشنا شویم.

جریان خون گلومرولی توسط مکانیسم بازخوردی تنظیم می‌شود که ماکولا دنسا در آن تحت تاثیر قرار می‌گیرد. در اصل ماکولا دنسا به سطح بالای سدیم کلرید موجود در فیلترات حساس است و با شناسایی آن، مواد شیمیایی خاصی به خون آزاد می‌کند که قابلیت منقبض کردن عروق را دارند. این مواد شیمیایی باعث انقباض سرخرگچه آوران می‌شوند که دو نتیجه در پی دارد.

• کاهش فشار گلومرولی
• کاهش نرخ فیلتراسیون

این سیستم پاسخ فشار موجود در نفرون‌ها را به نسبت ثابت نگه می‌دارد که این موضوع برای عملکرد نفرون‌ها دارای اهمیت است. فشار خون سیستمیک از طریق سیستم رنین-آنژیوتانسین-آلدسترون تنظیم می‌شود. در صورتی که فشار خون سیستمیک پایین باشد، گیرنده‌هایی خاص به نام «بارورسپتور» (Baroreceptor) که در دیواره آئورت قرار دارند، با شناسایی میزان پایین فشار خون سیستمیک روی سلول‌های گرانولار جنب گلومرولی اثر میگذارند تا این سلول‌ها آنزیمی به نام رنین را ترشح کنند.

رنین ترشح شده باعث فعال شدن سیستم رنین-آنژوتانسین-آلدسترون می‌شود و از طریق سلسه واکنش‌هایی که به راه می‌افتد عملکرد نفرون‌ها به نحوی تنظیم می‌شود که فشار خون سیستمیک افزایش یابد. با توجه به اهمیت این سیستم، در بخش تنظیم فعالیت نفرون‌ها به بررسی جزئیات آن می‌پردازیم.

وظیفه نفرون چیست؟

نفرون‌ها مسئول حفظ هومئوستازی مایعات بدن از طریق دفع مواد زائد به ادرار هستند. آناتومی نفرون به صورتی است که این ساختار قادر به تولید ادرار از خون در سه مرحله زیر است.

1. «فیلتراسیون» (Filtration): در طی فیلتراسیون آب و مواد محلول در آن از مویرگ‌های گلومرولی خارج می‌شوند.
2. «بازجذب» (Reabsorption): در این فرآیند، آب و مولکول‌هایی که در طی فیلتراسیون از گردش خون خارج شده بودند، بازجذب شده و به جریان خون موجود در مویرگ‌های اطراف نفرون باز می‌گردند.
3. «ترشح» (Secretion): در این فرآیند آب و مولکول‌هایی که باید دفع شوند، از مویرگ‌های دور لوله‌ای خارج شده و به ادرار در حال تولید اضافه می‌شوند.

وظیفه گلومرول

در گلومرول ترکیبات خون از مویرگ‌ها خارج شده و وارد کپسول بومن می‌شود، این فرآیند که مشابه با روند تصفیه کردن یک محلول به کمک غشایی خاص است را با عنوان «فراپالایش» یا «اولترافیلتراسیون» (Ultrafiltration) می‌شناسیم.

اولترافیلتراسیون نوعی فیلتراسیون است که تحت فشار رخ می‌دهد. در گلومرول نفرون‌ها، سرخرگچه‌های آوران و وابران مسئول ایجاد فشار مورد نیاز فرآیند اولترافیلتراسیون هستند. برای ایجاد گرادیان فشار در سراسر گلومرول، سرخرگچه آوران در بخش ابتدایی گلومرول گشاد می‌شود و سرخرگچه وابران نیز در بخش انتهایی گلومرول منقبض می‌شود. نتیجه این دو اتفاق، فیلتراسیون تحت فشار است.

نرخ فیلتراسیون مولکول‌هایی با بار مشابه با وزن مولکولی آن‌ها ارتباطی معکوس دارد، یعنی مولکول کوچکی مانند گلوکز با وزن مولکولی ۱۸۰ دالتون به راحتی از فیلتر ایجاد شده توسط ساختار ساختار کپسول بومن عبور می‌کند، اما آلبومین با وزن مولکولی ۶۹ کیلودالتون به سختی قادر به عبور از سد فیلتراسیون است.

عامل دیگری که بر عبور مواد در حین فیلتراسیون گلومرولی اثرگذار است، بار الکتریکی مولکو‌ل‌ها است. مولکول‌های بزرگی که بار منفی دارند، در مقایسه با مولکول‌هایی با وزن مولکولی مشابه و بار مثبت، به سختی از سد فیلتراسیون عبور می‌کنند. دلیل این امر نیز به ساختار سدهای موجود در جسمک‌ کلیوی باز می‌گردد که در بخش ساختار نفرون با آن‌ها آشنا شدیم.

وظیفه لوله پیچ‌خورده نزدیک

لوله پیچ‌خورده نزدیک که بلافاصله بعد از کپسول بومن دیده می‌شود، مسئول اصلی بازجذب است. در حقیقت، بخش اعظمی از آب و ترکیباتی که در حین فیلتراسیون گلومرولی از خون خارج می‌شوند باید به خون بازگردند، بنابراین در اولین بخش از لوله کلیوی شاهد بازجذب مواد هستیم. در این بخش از نفرون‌ها ترشح نیز اتفاق می‌افتد، بنابراین فرآیند‌های مرتبط با لوله پیچ‌خورده نزدیک را در دو بخش بازجذب و ترشح بررسی می‌کنیم.

بازجذب

در لوله پیچ‌خورده نزدیک نفرون‌ها مقدار زیادی از مواد وارد شده به کپسول بومن بازجذب می‌شود. بازجذب فرآیندی است که در طی آن آب و مواد محلولی که وارد لوله پیچ‌خورده نزدیک شده‌اند، به جریان خون بازگردانده می‌شود. این مواد از طریق روش انتقالی به نام «انتقال توده‌ای» (Bulk Transport) جابه‌جا می‌شوند. شیوه انتقال به این صورت است که آب و ترکیبات محلول از فضای داخل لوله پیچ‌خورده نزدیک وارد فضای بین بافتی می‌شوند، سپس به «مویرگ‌های دور لوله ای» (Peritubular Capillaries) منتقل می‌شوند.

میزان بازجذب مواد مختلف در لوله پیچ‌خورده نزدیک متفاوت است، به همین دلیل در ادامه درصد بازجذب تعدادی از مهم‌ترین موادی که باید طی فرآیند بازجذب به گردش خون بازگردند را مطرح می‌کنیم.

• ۶۵ درصد آب، سدیم، پتاسیم و کلرید
• ۱۰۰ درصد گلوکز
• ۱۰۰ درصد آمینواسیدها
• ۸۵ الی ۹۰ درصد بی‌کربنات

این میزان بازجذب به دلیل وجود کانال‌های غشایی مختلف در دو سطح از سلول‌ها صورت می‌گیرد.

1. غشای قاعده‌ای: غشای سلول در سمت فضای بینابینی سلول‌ها
2. غشای راسی: غشای سلول در سمت فضای درونی لوله

برای بازجذب مولکول‌های مختلف دو مسیر متفاوت وجود دارد.

1. «مسیر درون‌سلولی» (Transcellular Route): ترکیبات محلول از وارد سلول‌ها می‌شوند، در سلول حرکت می‌کنند و از سمتی دیگر خارج می‌شوند؛ یعنی برای انتقال مواد از مسیر داخل سلول استفاده می‌شود.
2. «مسیر پیراسلولی» (Paracellular Route): انتقال مواد از فضای موجود بین سلول‌ها انجام می‌شود و ترکیبات مختلف وارد سلول نمی‌شوند.

سدیم، نیروی محرکه اصلی برای بازجذب در لوله پیچ‌خورده نزدیک است؛ دلیل این موضوع این است که ناقل‌های همسوبر یا «سیموپورتر» (Symporter) زیادی در این ناحیه از نفرون وجود دارند که با سدیم در ارتباط هستند. به عنوان مثال، انتقال دهنده گلوکز و سدیم که روی غشای قاعده‌ای قرار دارد، سدیم و گلوکز را به یک سمت منتقل می‌کند. سدیم به طور معمول با مواد دیگری که باید جابه‌جا شوند، منتقل می‌شود؛ بنابراین حرکت سدیم در جهت شیب غلظت خود به ترکیبات دیگر کمک می‌کند که برخلاف شیب غلظت حرکت کنند.

به منظور ایجاد شیب غلظت الکتروشیمیایی سدیم، «پمپ سدیم پتاسیم» ($$text{Na}^+ text{-K}^+ text{-ATPases}$$

بخش S۱ لوله پیچ‌خورده نزدیک نسبت به اوره و یون‌های کلرید نفوذناپذیر است، بنابراین در این بخش غلظت این مواد افزایش می‌یابد، این موضوع باعث ایجاد شیب غلظتی می‌شود که در بخش‌های S۲ و S۳ مورد استفاده قرار می‌گیرند. سدیم اضافی نیز از طریق مکانیسم انتقال ناهمسو بازجذب می‌شود، به این صورت که برای بازجذب سدیم، یون‌های دیگری از قبیل «یون هیدروژن» ($$text{H}^+$$) به درون لوله ترشح می‌شوند.

هم‌ترابر

«هم‌ترابر» (Co-Transport) به انتقال چند ماده حل‌شونده به طور همزمان از طریق کانالی یکسان اشاره دارد که دو نوع مختلف از آن را می‌شناسیم. در بخش قبل کمی با هم‌ترابری آشنا شدیم، اما با توجه به اهمیت انتقال مواد در حین بازجذب، در این بخش بیشتر به این دو کانال می‌پردازیم.

1. همسوبرها: این کانال‌ها مواد را در یک جهت منتقل می‌کنند. به عنوان مثال کانال همسوبر سدیم گلوکز، سدیم و گلوکز را از درون سلول به خارج سلول منتقل می‌کند.
2. ناهمسوبرها: کانال‌های ناهمسوبر یا «آنتی‌پورتر» (Antiporters) مواد را در جهت‌های متفاوتی منتقل می‌کنند.

«همسوبرهای سدیم-آمینواسید» ($$text{Na}^+$$/Amino acid symporters) در بخش راسی سلول‌های ناحیه S۱ لوله پیچ‌خورده نزدیک وجود دارند و باعث می‌شوند همراه با سدیم که در جهت شیب غلظت خود حرکت می‌کند، آمینواسیدها نیز وارد سلول شوند تا به گردش خون بازگردانده شوند.

«ناهمسوبر یون‌های سدیم-هیدروژن» ($$text{Na}^+ / text{H}^+$$

حرکت آب

در لوله پیچ‌خورده نزدیک میزان زیادی از مواد محلول به جریان خون بازگردانده می‌شوند که این موضوع باعث می‌شود که غلظت مواد محلول موجود در لوله کاهش یابد و در مقابل غلظت آن‌ها در فضای بینابینی سلول‌ها افزایش یابد، در نتیجه شیب غلظتی که به وجود می‌آید، آب با استفاده از اسمز به سمت فضای بینابینی حرکت می‌کند. آب به طور عمده از مسیر پیراسلولی خارج می‌شود اما می‌تواند برای انتقال از مسیر درون‌سلولی نیز استفاده کند و محدودیتی برای آن وجود ندارد.

ترشح

ترشح فرآیندی است که در طی آن ماده‌ای از خون گرفته شده و به لوله پیچ‌خورده نزدیک منتقل می‌شود. با توجه به این که در هر دقیقه تنها ۲۰ درصد خون فیلتر می‌شود، ترشح از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا مسیری جایگزین برای ورود مواد به داخل لوله کلیوی به حساب می‌آید. مواد خاصی به لوله پیچ‌خورده نزدیک ترشح می‌شوند که در ادامه با آن‌ها آشنا می‌شویم.

• اسیدها و بازهای آلی: از جمله اسیدها و بازهای آلی که ترشح می‌شوند، می‌توان به نمک‌های صفراوی، اوره، اگزالات و کاتکول‌آمین‌ها اشاره کرد که محصولات زائد متابولیسم سلول‌ها هستند.
• یون‌های هیدروژن: یون‌ هیدروژن در حفظ تعادل اسید و باز بدن نقشی کلیدی دارد، ترشح این یون اجازه بازجذب بیکربنات را با استفاده از آنزیم کربنیک آنهیدراز می‌دهد. نتیجه ترشح یک مولکول $$text{H}^+$$، بازجذب یک مولکول بی‌کربنات و یک مولکول $$text{Na}^+$$ است؛ به کمک این روش، حدود ۸۵ درصد بی‌کربناتی که در طی فیلتراسیون خارج می‌شود به گردش خون بازمی‌گردد.
• داروها یا سموم: ترشح کاتیون‌های آلی مانند دوپامین یا مورفین در غشا راسی سلول‌های لوله‌ای انجام می‌شود.

فرآیند ترشح مواد مختلف نقش بسیار مهمی در تنظیم ترکیبات شیمیایی خون و حفظ هومئوستاز بدن دارد.

وظیفه قوس هنله

فعالیت قوس هنله در سه سطح ساختاری زیر بررسی می‌شود که در هر بخش شاهد تبادل مواد متفاوتی هستیم.

1. شاخه نازک نزولی یا شاخه نازک پایین‌رونده (Thin Descending Limb)
2. شاخه نازک صعودی یا شاخه نازک بالارونده (Thin Ascending Limb)
3. شاخه ضخیم صعودی یا شاخه ضخیم بالارونده (Thick Ascending Limb | TAL)

در ادامه با اختصاص دادن بخش‌هایی مجزا به هر یک از این قسمت‌های قوس هنله با عملکرد هر بخش به خوبی آشنا می‌شویم.

شاخه نازک نزولی

شاخه نزولی قوس هنله نفوذ‌پذیری بالایی نسبت به آب دارد، بنابراین در این بخش شاهد بازجذب آب به صورت غیرفعال و از طریق «کانال‌های آکواپورین‌۱» (AQP1) هستیم. در این بخش علاوه بر آب، بازجذب مقادیر کمی اوره و سدیم و یون‌های دیگر نیز رخ می‌دهد.

نیروی محرک بازجذب آب در این بخش، سیستمی است که آن را با عنوان «تقویت جریان مخالف» (Counter-Current Multiplication) می‌شناسیم. این سیستم به دلیل نفوذناپذیری ساختار شاخه ضخیم صعودی نسبت به آب ایجاد می‌شود، بنابراین پیش از آشنایی دقیق با آن، بهتر است که با شاخه ضخیم صعودی و فعالیت آن آشنا شویم.

شاخه نازک صعودی

شاخه نازک صعودی نسبت به آب نفوذناپذیر است، زیرا سلول‌های سازنده این قسمت قوس هنله فاقد کانال‌های آکواپورین هستند. در این ناحیه شاهد بازجذب غیرفعالانه $$text{Na}^+$$ از طریق «کانال‌های سدیمی اپی‌تلیالی» (Epithelial Sodium Channel | ENaC) هستیم. یون‌های کلرید ($$text{Cl}^-$$) نیز در این بخش به کمک فعالیت کانال‌های کلرید، بازجذب می‌شوند.

با توجه به تفاوت اسمولاریتی موجود بین فضای بین سلولی و فضای درونی لوله، در این بخش مقداری حرکت پیراسلولی نیز برای یون‌های $$text{Na}^+$$ و $$text{Cl}^-$$ اتفاق می‌افتد.

شاخه ضخیم صعودی

شاخه ضخیم صعودی جایگاه اصلی بازجذب سدیم در قوس هنله است. این بخش از قوس هنله نسبت به آب نفوذناپذیر است و بازجذب سدیم نیز به صورت فعال انجام می‌شود. انرژی موردنیاز برای بازجذب سدیم توسط پمپ سدیم-پتاسیم موجود در غشای قاعده‌ای سلول‌های این ناحیه تامین می‌شود که به صورت فعالانه سه یون سدیم را به بیرون سلول و دو یون پتاسیم را به درون سلول پمپ می‌کنند. فعالیت این پمپ باعث کاهش غلظت سدیم و همچنین بار منفی درون سلول می‌شود که به این ترتیب می‌توان گفت حضور پمپ سدیم-پتاسیم باعث ایجاد شیب الکتروشیمیایی شده است.

پس از کاهش غلظت سدیم در سلول، این یون با استفاده از «ناقل همسوبر سدیم-پتاسیم-کلر» (NKCC2 Transporter) که روی غشای رأسی قرار دارد، از منفذ درونی لوله وارد سلول می‌شود تا شیب الکتروشیمیایی را کاهش دهد. همراه با ورود هر یون سدیم، یک یون پتاسیم و دو یون کلر نیز از غشای رأسی وارد سلول می‌شوند.

یون‌های پتاسیم در سلول باقی نمی‌مانند، در حقیقت این یون‌ها با استفاده از «کانال‌های پتاسیمی بخش خارجی مدولای کلیه» (Renal Outer Medullary Potassium (ROMK) Channels) که در غشای رأسی حضور دارند، به لوله باز می‌گردند تا از تجمع پتاسیم در سلول و به طبع آن ایجاد سمیت، جلوگیری شود. یون‌های کلر سرنوشت دیگری دارند. این یون‌ها به کمک کانال‌هایی خاص به نام «CIC-KB Channel» به مایع بینابینی یا مایع میان‌بافتی منتقل می‌شوند.

نتیجه نهایی اتفاقاتی که در شاخه ضخیم صعودی رخ می‌دهند را در ادامه مورد به مورد بررسی می‌کنیم.

• حذف سدیم و حفظ آب در لوله: این موضوع باعث هیپوتونیک شدن فیلتراتی می‌شود که به لوله پیچ‌خورده دور وارد می‌شود.
• پمپ شدن سدیم به مایع بینابینی: این موضوع نیز باعث هیپراسموتیک شدن فضای مدولای کلیه می‌شود.

در این بخش شاهد بازجذب منیزیوم و کلسیم، سدیم و پتاسیم از مسیر پیراسلولی نیز هستیم.

تقویت جریان مخالف

شاخه ضخیم صعودی نسبت به آب نفوذناپذیر است، در نتیجه مایع میان‌سلولی در این بخش غلیظ‌تر از بخش‌های دیگر است که همین موضوع باعث افزایش اسمولاریتی نیز می‌شود. افزایش اسمولاریتی این ناحیه باعث می‌شود که آب جذب شده در شاخه نزولی برای کاهش اسمولاریتی به سمت این ناحیه حرکت کند. این سیستم باعث بازجذب ۹۹ درصد حجم آب فیلتر شده می‌شود و به این ترتیب جلوی از دست رفتن آب بدن گرفته می‌شود.

وظیفه لوله پیچ‌خورده دور

برای بررسی لوله پیچ‌خورده دور باید فعالیت‌های صورت گرفته در این بخش از نفرون‌ها را در دو سطح مختلف بررسی کنیم.

1. ابتدای لوله پیچ‌خورده دور
2. انتهای لوله پیچ‌خورده دور و مجرای جمع‌کننده ادرار

ابتدای لوله پیچ‌خورده دور

بخش ابتدایی لوله پیچ‌خورده دور نسبت به آب نفوذناپذیر است، بنابراین در این بخش شاهد بازجذب آب نیستیم. وظیفه اصلی بخش ابتدایی لوله پیچ‌خورده دور، بازجذب یون‌ها است؛ در ادامه تعدادی از مهم‌ترین یون‌هایی که در این بخش بازجذب می‌شوند را نام می‌بریم.

• سدیم
• کلسیم
• کلرید

با سلول‌های ماکولا دنسا در هنگام معرفی دستگاه جنب‌گلومرولی آشنا شدیم، این سلول‌های اپی‌تلیال در بخش ابتدایی لوله پیچ‌خورده دور واقع شده‌اند و در مکانیسم «پاسخ توبولوگلومرولار» (Tubuloglomerular Feedback) نقش دارند. پاسخ توبولوگلومرولار به ماکولا دنساها این امکان را می‌دهد که میزان فیلتراسیون گلومرولی و جریان خون همان نفرون را کنترل کنند.

حرکت یون‌ها وابسته به حضور پمپ سدیم-پتاسیم در غشای قاعده‌ای سلول‌ها است. فعالیت این پمپ باعث کاهش غلظت سدیم داخل سلول‌ها می‌شود، در نتیجه آن شاهد ایجاد شیب غلظتی هستیم که محرک ورود سدیم از سطح غشای راسی به درون سلول است. با توجه به این که برای ایجاد شیب غلظت ATP مصرف می‌شود، می‌توان گفت که این فرآیند بازجذب به وسیله انتقال فعال اولیه صورت می‌گیرد.

در هنگام ورود سدیم از منفذ درونی لوله پیچ‌خورده دور، کلرید نیز وارد سلول می‌شود، این انتقال توسط پروتئین همسوبر سدیم-کلرید انجام می‌شود که قابلیت انتقال این دو یون به داخل سلول را دارد. کلرید پس از ورود به سلول، در غشای قاعده‌ای سلول توسط «ناقل غشایی تک‌بر» (Uniporter) مخصوص به خود، از سلول خارج و وارد مایع خارج‌ سلولی می‌شود، بنابراین انتقال کلرید از فضای درونی لوله به سلول، باعث تجمع این یون درون سلول‌های لوله پیچ‌خورده دور نمی‌شود.

شیب غلظت سدیم بر جذب یون کلسیم نیز اثرگذار است. در غشای قاعده‌ای سلول‌ها کانال ناهمسوبر سدیم-کلسیم وجود دارد که کلسیم را به از سلول خارج و سدیم را به سلول وارد می‌کند. کاهش غلظت کلسیم درون سلول شیب غلظتی ایجاد می‌کند که باعث ورود یون‌های کلسیم داخل لوله به سلول می‌شود. انتقال کلسیم از منفذ درونی لوله به سلول توسط ناقل تک‌بر کلسیم انجام می‌شود که در غشای راسی حضور دارد. در این فرآیند ATP مصرف نشد، بنابراین انتقال کلسیم را انتقال فعال ثانویه می‌دانیم.

هورمون پاراتیروئید در این قسمت از لوله پیچ‌خورده دور، به گیرنده‌های خود متصل می‌شود و با افزایش کانال‌های کلسیم اثر خود را اعمال می‌کند. این هورمون می‌تواند باعث افزایش جذب کلسیم شود.

انتهای لوله پیچ‌خورده دور و مجرای جمع‌کننده ادرار

در بخش معرفی ساختار نفرون یاد گرفتیم که در این ناحیه، شاهد حضور سلول‌های اصلی و سلول‌های بینابینی هستیم. این دو دسته سلول وظایف متفاوتی برعهده دارند که در این بخش به آن‌ها می‌پردازیم.

نقش کلیدی سلول‌های اصلی که فراوانی بیشتری نسبت به سلول‌های بینابینی دارند، جذب سدیم و دفع پتاسیم است. محرک این تبادل یونی پمپ سدیم-پتاسیم موجود در غشای قاعده‌ای سلول است. شیب غلظت سدیمی ایجاد شده توسط این پمپ باعث می‌شود که کانال اپی‌تلیالی $$text{Na}^+$$ فعال شده و سدیم را وارد سلول کند.

یون پتاسیم به دلیل فعالیت پمپ سدیم-پتاسیم، در درون سلول تجمع پیدا می‌کند، از طرفی یون سدیم دارای بار مثبت است و ورود آن به سلول باعث ایجاد شیب الکتریکی می‌شود؛ این دو عامل باعث می‌شوند که سلول پتاسیم را با استفاده از ناقل تک‌بر پتاسیمی به فضای درونی لوله دفع کند.

سلول‌های بینابینی با کنترل سطح دو یونی که در ادامه نام می‌بریم، به مدیریت سطح اسید و باز کمک می‌کنند.

• $$text{H}^+$$
• «یون بی‌کربنات» ($$text{HCO}_3^-$$

در این بخش از ساختار نفرون‌ها، دو نوع سلول بینابینی وجود دارند که هر کدام فعالیتی خاص را برای رسیدن به هدف بالا انجام می‌دهند، در ادامه با فعالیت هر یک آشنا می‌شویم.

• سلول‌های بینابینی نوع A
• سلول‌های بینابینی نوع B

سلول‌های بینابینی نوع A از دو نوع ناقل مختلف برای ترشح $$text{H}^+$$ به فضای درون لوله و بازجذب $$text{HCO}_3^-$$

• هیدروژن ATPase
• هیدروژن-پتاسیم ATPase

این دو ناقل در سلول‌های بینابینی نوع B در سمت دیگری وجود دارد که باعث می‌شود وظیفه این سلول‌ها ترشح $$text{HCO}_3^-$$

بازجذب آب در مجرای جمع‌کننده ادرار

وظیفه اصلی مجرای جمع‌کننده، بازجذب آب است. بازجذب آب تحت کنترل «هورمون ضدادراری» (ADH) و آکوآپورین‌ها است. در بخش مربوط به تنظیم فعالیت نفرون‌ها با این هورمون بیشتر آشنا می‌شویم اما به طور کل می‌توان گفت که این هورمون باعث افزایش تعداد کانال‌‌های آکوآپورین ۲ در سطح رأسی غشای سلول‌های لوله‌ای مجرای جمع‌کننده می‌شود. افزایش تعداد این کانال‌های آبی، میزان نفوذپذیری سلول نسبت به آب را نیز افزایش می‌دهد و به این ترتیب بر غلظت ادرار افزوده می‌شود.

بازیافت اوره

هورمون آنتی‌دیورتیک باعث افزایش بازجذب اوره در بخش مرکزی مجرای جمع‌کننده ادرار می‌شود. شاخه ضخیم صعودی نفرون نسبت به آب نفوذناپذیر و نسبت به اوره نفوذپذیر است. این موضوع به این معنی است که اوره قابلیت خروج از مجرای جمع‌کننده و ورود به فضای بینابینی یا فضای میان‌بافتی را دارد، سپس این مولکول می‌تواند وارد شاخه ضخیم صعودی شود تا شیب غلظت خود را کاهش دهد. اوره زمانی که در مایع بینابینی قرار دارد نیز به عنوان اسمول موثر عمل می‌کند و به این ترتیب باعث می‌شود که حجم بیشتری از آب در نفرون بازجذب شود.

غلظت نهایی ادرار

به طور کلی روزانه حدود ۱۸۰ لیتر فیلترات وارد هر نفرون می‌شود که ۶۵ درصد آن در لوله پیچ‌خورده نزدیک بازجذب می‌شود. در ادامه مسیر فیلترات، ۱۵ درصد این مایع در شاخه نزولی قوس هنله بازجذب می‌شود. شاخه نزولی هنله با گذر از بخش مرکزی کلیه (مدولا) باعث می‌شود که فیلترات از ناحیه‌ای گذر کند که مایع بینابینی غلیظی دارد، با توجه به این که سلول‌های این بخش، نسبت به آب نفوذپذیر هستند، آب با استفاده از اسمز از لوله خارج شده و به این ترتیب به غلظت فیلترات افزوده می‌شود.

هنگامی که فیلترات به نوک هرم کلیوی می‌رسد، غلظت فیلترات با غلظت مایع بینابینی برابر می‌شود. در این ناحیه غلظت فیلترات به حدود ۱۲۰۰ میلی‌اسمول بر لیتر می‌رسد. در ادامه مسیر از این غلظت کاسته می‌شود، زیرا همان‌طور که در بررسی ساختار نفرون آموختیم، شاخه صعودی هنله نسبت به آب نفوذناپذیر است و در این بخش، تنها شاهد خروج مواد محلول هستیم. نکته‌ای که در مورد عبور فیلترات از بخش صعودی باید به یاد داشته باشیم این است که حجم آن تغییر نمی‌کند ولی غلظت آن کاهش می‌یابد. 

با رسیدن فیلترات به لوله پیچ‌خورده دور که در قشر کلیه قرار دارد، غلظت فیلترات به ۱۰۰ میلی‌اسمول بر لیتر می‌رسد که از غلظت مایع بینابینی موجود در قشر کلیه کمتر است. لوله پیچ‌خورده دور و مجرای جمع‌کننده تحت تاثیر هورمون ضد ادراری، نسبت به آب نفوذپذیر هستند؛ بنابراین در صورت حضور این هورمون، آب به کمک فرآیند اسمز، از فیلترات خارج شده و وارد مایع بینابینی می‌شود که همین موضوع باعث افزایش غلظت مایع بینابینی می‌شود.

پیش‌روی فیلترات در مجرای جمع‌کننده به سمت هرم کلیوی، با افزایش غلظت این مایع همراه است. به طوری که با رسیدن فیلترات به هرم کلیوی، ۱۹ درصد دیگر از فیلترات نیز بازجذب شده و غلظت آن دوباره به ۱۲۰۰ میلی‌اسمول بر لیتر می‌رسد. این روند به ما نشان می‌دهد که در حضور هورمون ضد ادراری، حدود ۱ درصد فیلترات یا حتی کمتر از این میزان، به عنوان ادرار از کلیه‌ها دفع می‌شود.

جدول فعالیت بخش‌های مختلف نفرون

با توجه به وظایف گوناگونی که بخش‌های مختلف نفرون‌ها بر عهده دارند، در این بخش به کمک یک جدول خلاصه‌ای از وظایف تمام بخش‌ها را ارائه می‌دهیم تا به جمع‌بندی کاملی در مورد مسیر تولید ادرار در کلیه‌ها برسیم.

انواع نفرون‌ها

تا اینجای این مطلب به طور کامل یاد گرفتیم ساختار و وظایف نفرون چیست، اما باید به این موضوع نیز بپردازیم که در ساختار کلیه‌ها دو نوع نفرون وجود دارند. این دو دسته را با نام‌های زیر می‌شناسیم.

• «نفرون‌های قشری» (Cortical Nephrons)
• «نفرون‌های جنبی‌میانی» (Juxtamedullary Nephrons)

برای درک بهتر تفاوت‌های موجود میان این دو نفرون، ابتدا بخش‌هایی مجزا را به بررسی و معرفی هر یک از آن‌ها اختصاص می‌دهیم، سپس به کمک یک جدول آن‌ها را مقایسه می‌کنیم.

نفرون‌های قشری

اکثر نفرون‌هایی که در ساختار کلیه می‌بینیم، از نوع نفرون‌های قشری هستند. بخش ابتدایی این نفرون‌ها در قسمت بالایی قشر کلیه قرار دارد و قوس هنله آن‌ها نیز به عمق بخش مرکزی کلیه (مدولا) نفوذ نمی‌کند. نفرون‌های قشری به دو دسته تقسیم می‌شوند که در ادامه با آن‌ها آشنا می‌شویم.

• «نفرون‌های قشری سطحی» (Superficial Cortical Nephrons): در بخش سطحی قشر کلیه دیده می‌شوند.
• «نفرون‌های میانی‌قشری» (Midcortical Nephrons): در بخش میانی قشر کلیه دیده می‌شوند.

نفرون‌های قشری مسئول اصلی کنترل حجم پلاسما در شرایطی هستند که بدن نیازی به حفظ آب ندارد.

نفرون‌های جنبی میانی

گلومرول نفرون‌های جنبی میانی در بخش پایینی قشر کلیه، نزدیک مدولا قرار دارد، بنابراین شاهد نفوذ قوس هنله به بخش عمق مدولای کلیه هستیم. این نفرون‌ها که فراوانی کمتری نسبت به نفرون‌‌های قشری در کلیه دارند، دارای گلومرول‌های بزرگی هستند که نرخ فیلتراسیون گلومرولی را در آن‌ها افزایش می‌دهد. به این ترتیب، نفرون‌های جنبی میانی مسئول رقیق‌سازی یا افزایش غلظت ادرار هستند. ساختار وازا رکتای اطراف قوس هنله این نفرون‌ها گسترده‌تر از نفرون‌های قشری است و همین موضوع باعث می‌شود که این نفرون‌ها بتوانند میزان آب بیشتری جذب و ادرار غلیظ‌تری تولید کنند.

نفرون‌های جنبی میانی در کلیه تمام موجودات وجود ندارند، در حقیقت این دسته از نفرون‌ها را تنها در پرندگان و پستانداران می‌بینیم. برای توصیف دقیق موقعیت مکانی این نفرون‌ها در کلیه انسان‌ها باید بگوییم که جسمک کلیوی نفرون‌های جنبی‌میانی در یک‌سوم داخلی قشر کلیه وجود دارد، در حالی که جسمک کلیوی نفرون‌های قشری در دو سوم بالایی یا خارجی قشر کلیه قرار دارد.

تفاوت‌ها و شباهت‌های انواع نفرون‌ها

حالا که به خوبی با نفرون‌های قشری و جنبی‌میانی آشنا شدیم، در این بخش تفاوت‌های این دو نوع نفرون را با استفاده از یک جدول مقایسه می‌کنیم.

این دو نفرون شباهت‌هایی نیز با یکدیگر دارند که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌کنیم.

• ساختار کلی هر دو نوع نفرون مشابه است و دارای بخش‌های گلومرول، کپسول بومن، لوله‌های دور و نزدیک و قوس هنله هستند.
• قوس هنله و مجرای جمع‌کننده هر دو نوع نفرون به بخش مرکزی کلیه پیشروی می‌کند.
• گلومرول، کپسول بومن و لوله‌های دور و نزدیک هر دو نوع نفرون در قشر کلیه وجود دارند.
• فعالیت هر دو نفرون مشابه است؛ آن‌ها برای تولید ادرار، خون را تصفیه می‌کنند.

خون‌رسانی به نفرون

خون‌رسانی به کلیه توسط سرخرگ کلیوی انجام می‌شود که به شاخه‌های کوچک‌تری تقسیم می‌شود تا به سرخرگچه آوران برسد که به گلومرول وارد می‌شود. «سرخرگچه‌های آوران» (Afferent Arterioles) شبکه مویرگی گلومرول‌های نفرون‌ها را تشکیل می‌دهند که دیواره‌ای منفذردار و خاص دارند. منافذ موجود در دیواره مویرگ‌ها اجازه عبور و خروج بعضی ترکیبات از جریان خون را می‌دهد و به این ترتیب فیلتراسیون خون رخ می‌دهد.

مویرگ‌های گلومرولی برخلاف دیگر مویرگ‌های بدن که به سیاهرگچه ختم می‌شوند، به «سرخرگچه وابران» (Efferent Arteriole) منتهی می‌شوند؛ بنابراین خون موجود در مویرگ‌های گلومرولی به وسیله سرخرگچه وابران گلومرول را ترک می‌کند.

سرخرگچه وابران در ادامه مسیر خود بستری مویرگی در اطراف قوس هنله نفرون ایجاد می‌کند. در نفرون‌های قشری که قوس هنله به اعماق مدولای کلیه نفوذ نمی‌کند به این بستر مویرگی «مویرگ‌های دور لوله‌ای» (Peritubular Capillaries) می‌گوییم، در حالی که در نفرون‌های میانی‌قشری که قوس هنله عمیقی دارند، به بستر مویرگی اطراف قوس هنله «وازا رکتا» (Vasa Recta) می‌گوییم. این بستر‌های مویرگی در تنظیم فشار خون و هومئوستازی یون‌ها، هم به صورت غیر فعال و هم تحت تاثیر هورمون‌ها نقش دارند.

با توجه به این توضیحات می‌توانیم متوجه شویم که هر نفرون، خون‌رسانی منحصر به فردی دارد که در ادامه با اختصاص دادن بخش‌های جداگانه به سرخرگچه‌ها، گلومرول و بسترهای مویرگی با آن ها بهتر آشنا می‌شویم، اما در صورتی که تمایل دارید تا با گردش خون کلیوی به طور کامل آشنا شوید، پیشنهاد می‌دهیم مطلب «گردش خون در کلیه – به زبان ساده» از مجله فرادرس را مطالعه کنید.

سرخرگچه آوران

سرخرگ کلیوی پس از ورود به کلیه بارها تقسیم می‌شود و شاخه‌های متعددی تشکیل می‌دهد تا به سرخرگچه‌های آوران برسد که به حدود ۱٫۳ میلیون نفرون در هر یک از کلیه‌ها خون‌رسانی می‌کنند. به سرخرگی که خون از طریق آن به گلومرول وارد می‌شود، سرخرگچه یا شریانچه آوران می‌گوییم. گروهی از سلول‌ها که با عنوان دستگاه جنب گلومرولی شناخته می‌شوند، در اطراف سرخرگچه آوران، در ناحیه ورود آن به کپسول بومن، قرار دارند. پیش‌تر با نقش سلول‌های مختلف دستگاه جنب‌گلومرول آشنا شدیم اما می‌توان مهم‌ترین اثر آن‌ها را تنظیم فشار خون دانست.

گلومرول

گلومرول کلاف مویرگی موجود در کپسول بومن است که خون از سرخرگچه آوران وارد آن می‌شود. اولین مرحله ساخت ادرار، فیلتراسیون خون در مویرگ‌های گلومرولی است که به روند آن «فیلتراسیون گلومرولی» (Glomerular Filtration) می‌گوییم. در دیواره مویرگ‌های گلومرولی منافذی وجود دارند که خروج مواد از دیواره مویرگ‌ها را تسهیل می‌کنند.

مویرگ‌های موجود در گلومرول نفوذپذیری بیشتری نسبت به «مویرگ‌های پیوسته» (Continuous Capillaries) دارند و همین موضوع باعث می‌شود که آب و مولکول‌های کوچکی مانند گلوکز، اوره و یون‌هایی مانند سدیم از دیواره آن‌ها عبور کرده و وارد کپسول بومن شوند. در اصل ترکیباتی که اندازه آن‌ها کمتر از ۴ نانومتر باشد به سادگی و آن‌هایی که اندازه‌ای کمتر از ۸ نانومتر دارند، آزادانه از دیواره مویرگ‌های گلومرولی عبور می‌کنند. منافذ گلومرولی اجازه عبور بعضی مواد را نیز نمی‌دهند که در ادامه آن‌ها را نام می‌بریم.

دلیل این‌ که این دو دسته در شرایط عادی نمی‌توانند از مویرگ‌ها عبور کنند، به اندازه بسیار بزرگ آن‌ها در مقایسه با اندازه منافذ مویرگی برمی‌گردد. در بعضی شرایط، مانند ایجاد شدن آسیب یا جراحت، ممکن است سلول‌های خونی و پروتئین ها از مویرگ خارج شده و با ادرار دفع شوند که از این موضوع می‌توان به مشکلات کلیوی پی برد.

با عبور خون از مویرگ‌های گلومرولی، ۱۰ الی ۲۰ درصد پلاسما فیلتر شده و وارد کپسول بومن و سپس لوله نزدیک نفرون می‌شود. «نرخ فیلتراسیون گلومرولی» (Glomerular Filtration Rate | GFR) عاملی بر مبنای فیلتراسیون گلومرولی است که به ما اطلاعاتی در مورد میزان یا حجم مایعی که فیلتر می‌شود، ارائه می‌دهد.

نرخ فیلتراسیون گلومرولی

نرخ فیلتراسیون گلومرولی بیان‌گر میزان مایعی است که در واحد زمان توسط کلیه تصفیه می‌شود. تفاوت فشار خون سرخرگ آوران و وابران اساس فرآیند فیلتراسیون گلومرولی است. ما در هنگام بررسی فعالیت نفرون‌ها یاد گرفتیم که پس از مرحله فیلتراسیون که در گلومرول صورت می‌گیرد، بسیاری از موادی که از خون خارج شده‌اند بازجذب می‌شوند، اما اگر ماده‌ای بازجذب نشود، نرخ فیلتراسیون گلومرولی برابر با «نرخ پاکسازی کلیوی» (Renal Clearance Rate) آن ماده خواهد بود.

روش‌های متفاوتی برای محاسبه نرخ فیلتراسیون گلومرولی وجود دارد که متداول‌ترین آن‌ها استفاده از فرمول زیر است.

غلظت پلاسما/(جریان ادرار)(غلظت ادرار)$$GFR=$$

یکی از وظایف اصلی کلیه‌ها، حفظ نرخ فیلتراسیون گلومرولی است. بسیاری از بیماری‌های کلیوی را می‌توان با محاسبه GFR شناسایی کرد، زیرا نرخ فیلتراسیون گلومرولی بازه استانداردی دارد که تغییر آن نیاز به بررسی پزشکی دارد.

سرخرگچه وابران

مویرگ‌ها پس از عبور از جسمک کلیوی، سرخرگچه دومی را می‌سازند که آن را با عنوان سرخرگچه یا شریانچه وابران می‌شناسیم. سرخرگچه وابران پیش از آن که به سیاهرگچه کلیوی ختم شود شبکه مویرگی دوم را می‌سازد که در انواع مختلف نفرون‌ها نام متفاوتی دارد.

• مویرگ‌های دور لوله‌ای: اطراف نفرون‌های قشری
• وازا رکتا: اطراف قوس هنله نفرون‌های جنبی‌میانی

اهمیت وجود این شبکه مویرگی دوم در این نکته است که بسیاری از ترکیباتی که در گلومرول از خون خارج شده‌اند، باید به خون برگردند و بعضی مواد نیز باید به مایع موجود در فضای لوله‌ای نفرون ترشح شوند تا توسط ادرار دفع شوند. با توجه به این که گلومرول بستر مویرگی بین دو سرخرگچه است و ما به جای ساختار سیاهرگچه، سرخرگچه وابران را داریم، می‌توانیم بگوییم که در نفرون‌ها شاهد وجود «سیستم پورتال» (Portal System) هستیم. این مورد تنها سیستم پورتالی است که یک سرخرگچه بین شبکه مویرگی اول و دوم وجود دارد.

مویرگ‌های دور لوله‌ای

مویرگ‌های دور لوله‌ای، مویرگ‌هایی نازک هستند که خون را از سرخرگچه وابران دریافت می‌کنند. این مویرگ‌ها در اطراف نفرون گسترش یافته‌اند تا نفرون توانایی بازجذب و ترشح ترکیبات مختلف را داشته باشد. مویرگ‌های دور لوله‌ای در نفرون‌های قشری، شبکه‌ای را در اطراف لوله‌های پیچ‌خورده دور و نزدیک می‌سازد، اما وازا رکتا در نفرون‌های جنبی‌میانی، شبکه مویرگی‌ گسترده‌ای در اطراف قوس هنله است. بنابراین یکی از تفاوت‌های مویرگ‌های دور لوله‌ای و وازا رکتا در محل قرارگیری آن‌ها است.

مویرگ‌های دور لوله‌ای به یکدیگر می‌پیوندند و سیاهرگچه کلیوی را می‌سازند که از تلفیق آن‌ها نیز سیاهرگ کلیوی ساخته می‌شود. سیاهرگ کلیوی حامل خون تصفیه شده‌ای است که مواد زائد آن بسیار کمتر از میزان مواد زائد موجود در سرخرگ کلیوی است.

یادگیری زیست‌شناسی سلولی و مولکولی با فرادرس

در این مطلب از مجله فرادرس، با یاد گرفتن این که نفرون چیست، متوجه شدیم که در ساختار نفرون‌ها سلول‌های متفاوتی وجود دارند که تنوع ویژگی‌ها و فعالیت‌های آن‌ها باعث شده است که کلیه‌ها بتوانند ضمن تولید ادرار و دفع مواد زائد، فشار خون بدن را تحت کنترل خود داشته باشند. شناخت انواع سلول‌ها و ویژگی‌های منحصر به فرد آن‌ها نه‌‌تنها در سیستم دفع ادرار، بلکه در کل بدن به ما کمک می‌کند تا با بافت‌ها، اندام‌ها و فعالیت‌های حیاتی دستگاه‌های مختلف بدن آشنا شویم و درکی عمیق‌تر از آن‌ها به دست آوریم.

یادگیری مباحث مربوط به حوزه سلولی و مولکولی با توجه به تنوع بسیار زیاد سلول‌ها و انواع مختلف مولکول‌هایی که فعالیت‌های متنوعی دارند، چالش برانگیز و زمان‌بر است؛ همین موضوع استفاده از منابع درست و طبقه‌بندی شده را برای ما مشخص می‌کند که در بین این منابع نیز استفاده از فیلم‌های آموزشی مدرسین متخصص می‌تواند مسیر یادگیری را بیش از پیش هموار سازد. در ادامه لینک دسترسی تعدادی از فیلم‌های آموزشی حوزه زیست سلولی و و مولکولی فرادرس را در اختیار شما قرار می‌دهیم که می‌توانند در برداشتن قدم‌های اولیه در این مسیر یاری‌رسان باشند.

مولکول‌های تنظیم‌کننده فعالیت نفرون‌ها

تعدادی مولکول‌ تنظیم‌کننده که فعالیت پاراکرین‌ دارند و هورمون‌های مختلف توانایی اثرگذاری بر فعالیت کلیه‌ها یا به طور خاص نفرون‌ها را دارند که در ادامه آن‌ها را نام می‌بریم.

• آلدسترون
• هورمون آنتی‌دیورتیک
• اندوتلین
• هورمون‌های ناتریورتیک
• هورمون پاراتیروئید

در بخش‌های قبل به طور کامل یاد گرفتیم نفرون چیست، بنابراین می‌دانیم که شناسایی نحوه اثرگذاری مولکول‌های فوق بر فعالیت نفرون‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است. در ادامه تاثیر هر یک از این موارد بر فعالیت نفرون‌ها را به طور خلاصه در بخش‌های مجزا بررسی می‌کنیم.

رنین-آنژیوتانسین-آلدسترون

رنین آنزیمی است که در سلول‌های گرانولار دستگاه جنب گلومرولی تولید می‌شد و آنژیوتانسینوژن تولید شده توسط کبد را به آنژیوتانسیون ۱ تبدیل می‌کند. ترشح رنین توسط دو عامل زیر در پاسخ به کاهش حجم مایع خارج سلولی تحریک می‌شود.

• پروستاگلاندین‌ها
• نیتریک اکسید (NO)

«آنزیم مبدل آنژیوتانسین» (Angiotensin-Converting Enzyme | ACE) هورمون نیست، اما در تنظیم فشار خون سیستمیک و فعالیت کلیه‌ها نقشی مهم دارد. این آنزیم که در ریه‌ها تولید می‌شود، می‌تواند به سطح سلول‌های اندوتلیال سرخرگچه آوران و گلومرول متصل شود. این آنزیم قادر به تبدیل آنژیوتانسین ۱ غیرفعال به آنژیوتانسین ۲ فعال است که یک منقبض‌کننده عروق قوی به حساب می‌آید. آنزیم مبدل آنژیوتانسین نقشی مهم در افزایش فشار خون دارد و در افرادی که مبتلا به فشار خون بالا هستند، داروهای مهارکننده این آنزیم می‌توانند باعث کاهش فشار خون شوند.

آنژیوتانسین دو می‌تواند به سرعت بر روی عروق اثر بگذارد و فشار خون را تنظیم کند. این ماده باعث تنگ شدن سرخرگچه‌های آوران و وابران گلومرول‌ها می‌شود که نتیجه آن افزایش فشار خون است. در شرایطی که بدن خون از دست داده یا دچار کم‌آبی شده است، آنژیوتانسین ۲ می‌تواند دو مورد زیر را کاهش دهد.

• میزان فیلتراسیون گلومرولی
• جریان خون کلیوی

با کاهش این دو عامل، جلوی از دست رفتن مایعات گرفته می‌شود و بدن می‌تواند حجم خون را حفظ کند.

آلدسترون هورمونی است که توسط قشر غدد فوق کلیه در پاسخ به آنژیوتانسین دو یا افزایش پتاسیم پلاسما به خون ترشح می‌شود. این هورمون با اثرگذاری روی نفرون‌ها باعث افزایش میزان بازجذب سدیم می‌شود و به این ترتیب از کاهش میزان آب بدن جلوگیری می‌کند.

آلدسترون در تنظیم «یون پتاسیم» ($$text{K}^+$$) نیز نقش دارد، در اصل این هورمون باعث افزایش دفع پتاسیم می‌شود. با توجه به این که اثرات ایجاد شده توسط آنژیوتانسین ۲ و آلدسترون با ترشح رنین آغاز شد، می‌توان نتیجه‌گیری کرد که ترشح رنین می‌تواند برای تنظیم فشار خون دو تاثیر یکسان با بازه زمانی اثرگذاری متفاوت ایجاد کند.

• تاثیر فوری با استفاده از انقباض عروق توسط آنژیوتانسین ۲
• تاثیر طولانی مدت با استفاده از بازجذب سدیم به دلیل ترشح آلدسترون

بنابراین سیستم رنین-آنژیوتانسین-آلدسترون، سیستمی برای حجم خون، تعادل الکترولیت‌های خون و مقاومت عروق بدن است.

هورمون آنتی‌دیورتیک

«هورمون آنتی‌دیورتیک» (Antidiuretic Hormone | ADH) یا هورمون ضد ادراری باعث بازجذب آب، کاهش حجم ادرار، حفظ اسمولاریته پلاسما و حفظ فشار خون می‌شود. این هورمون با اثرگذاری بر سلول‌های اصلی موجود در مجاری جمع‌کننده، باعث انتقال کانال‌های پروتئینی آکواپورین به غشای راسی سلول‌ها می‌شود؛ به این ترتیب آب می‌تواند از مسیر درون سلولی نیز از فضای درونی مجرای جمع‌کننده خارج شده و وارد فضای بین سلولی بخش مرکزی کلیه شود. در ادامه آب با ورود به مویرگ‌های وازا رکتا به گردش خون باز می‌گردد.

اندوتلین

اندوتلین‌ها منقبض‌کننده‌های عروق بسیار قدرتمندی هستند. این پپتیدها که دارای ۲۱ آمینواسید ساختاری هستند، توسط سلول‌های زیر تولید می‌شوند.

• سلول‌های اندوتلیال رگ‌های خونی کلیه
• سلول‌های مسنجیال
• سلول‌های لوله پیچ‌خورده دور

آزادسازی اندوتلین تحت کنترل هورمون‌های آنژیوتانسین ۲، برادی‌کینین و اپی‌نفرین است. اندوتلین‌ها به طور معمول در افراد سالم تاثیر بر فشار خون ندارند اما در افراد مبتلا به بیماری کلیوی دیابتی، سطح بالای اندوتلین باعث احتباس سدیم می‌شود. علاوه بر این، اندوتلین می‌تواند با آسیب رساندن به پودوسیت‌ها و انقباض شدید هر دو سرخرگ آوران و وابران باعث کاهش نرخ فیلتراسیون گلومرولی شود.

هورمون‌های ناتریورتیک

هورمون‌های ناتریورتیک اثری مخالف با آلدسترون دارند، یعنی دفع سدیم از کلیه‌ها را تحریک می‌کنند. این هورمون‌‌ها با مهار ترشح آلدسترون، جلوی بازجذب سدیم در مجاری جمع‌کننده را می‌گیرند. باقی ماندن سدیم در ادرار، فشار اسمزی ایجاد می‌کند که باعث از دست رفتن آب می‌شود.

هورمون‌های ناتریورتیک بر ترشح هورمون آنتی‌دیورتیک نیز اثرگذار هستند و با مهار ترشح آن، بازجذب آب را کاهش می‌دهند؛ در نتیجه این دسته از هورمون‌ها قادر به مهار بازجذب سدیم و آب در نفرون‌ها هستند.

هورمون پاراتیروئيد

هورمون پاراتیروئيد که از غدد پاراتیروئید ترشح می‌شود در پاسخ به کاهش یون کلسیم موجود در گردش خون ترشح می‌شود. هدف این هورمون لوله پیچ‌خورده نزدیک نفرون‌ها است و با اثرگذاری بر این بخش باعث ایجاد رخدادهای زیر می‌شود.

• تحریک هیدروکسیلاسیون «کلسیدیول» (Calcidiol) و تولید «کلسی‌تریول» (Calcitriol)
• جلوگیری از بازجذب فسفات

جلوگیری از بازجذب فسفات باعث می‌شود که این یون چند اتمی با ادرار دفع شود. در اصل فسفات می‌تواند در پلاسما با کلسیم ترکیب شده و کلسیم فسفات ایجاد کند که نتیجه آن کاهش کلسیم خون است، در صورتی که فسفات دفع شود، شاهد کاهش تولید کلسیم فسفات و افزایش سطح کلسیم خون خواهیم بود.