Ledviny mají zásadní význam pro udržování homeostázy. Podílejí se na metabolismu vody, udržují krevní tlak, acidobazickou rovnováhu, koncentrace iontů a osmolaritu. Funkce ledvin je často porušena při defektu jiných orgánů nebo systémů (selhávání srdce, selhávání jater, diabetes mellitus, endokrinní onemocnění (Connův syndrom), hypertenze, autoimunitní onemocnění). Přesto jsou příznaky poškození ledvin aspoň zpočátku velmi nenápadné. V ledvinách nejsou receptory pro bolest – má je jen ledvinná kapsula a uretery. Prvním příznakem tak mohou být až změny ve vylučování moči (objemu nebo složení). Později se mohou přidávat další příznaky: poruchy krevního tlaku, otoky nebo anémie. Poškození ledvin často vede k poškození dalších orgánů.
Ledviny jsou pro život nezbytné, normální funkci však zvládne obstarat i jedna ledvina. Funkce ledvin se dají rozdělit do několika kategorií:
10.1 Funkce ledvin
Ledviny jsou pro život nezbytné, normální funkci však zvládne obstarat i jedna ledvina. Funkce ledvin se dají rozdělit do několika kategorií:
Homeostatické funkce
- Řízení objemu krve a krevního tlaku: V závislosti na objemu krve se mění glomerulární filtrace a vylučování moči. Při zvýšení objemu krve se zvýší srdeční výdej, tím se zvýší arteriolární tlak i filtrační tlak v ledvinách. Ledviny tvoří větší množství primární moči i moči definitivní, čímž se přebytečná tekutina vyloučí (tlaková polyurie). Při snížení cirkulujícího objemu či tlaku se snižuje glomerulární filtrace a aktivuje se systém renin – angiotenzin – aldosteron, který zvyšuje v distálním tubulu vstřebávání vody z primární moči.
- Regulace krevního objemu a tlaku je umožněna také dalšími humorálními mechanismy: atriálním natriuretickým peptidem (v proximálním a distálním tubulu zvyšuje vylučování sodíku a vody v ledvinách) a antidiuretickým hormonem v distálním tubulu (zvyšuje retenci volné vody – vody bez solutů – ledvinami).
- Udržování koncentrace iontů v plazmě: aldosteron resorbuje sodík a chloridy a vylučuje draslík a vodík; parathormon vstřebává vápník a vylučuje fosfáty. Koncentrace iontů ovlivňuje i antidiuretický hormon (resorpcí nebo vylučováním volné vody).
- Udržování acidobazické rovnováhy: Do glomerulárního filtrátu se kontinuálně filtruje velké množství bikarbonátových iontů a do tubulů jsou aktivně secernovány ionty vodíkové. Podle potřeby se bikarbonát nebo H+ vylučuje do definitivní moči, čímž se udržuje pH plazmy. Změna velikosti výdeje bikarbonátů i vodíkových iontů je úměrná už velice malým změnám v extracelulární koncentraci těchto iontů. Intrarenální mechanismy, které dovolují změnit množství vylučovaného H+, jsou poměrně komplikované, a proto úprava acidobazické rovnováhy ledvinami nastupuje na rozdíl od krevního nárazníkového systému (několik sekund) a dýchacího systému (několik minut) až za několik dní. Výhodou je však možnost regulace po poměrně dlouhou dobu.
- Vylučovací funkce: Do moči se ledvinami vylučují látky, kterých je v těle nadbytek (voda, ionty). Vylučují se do ní i zplodiny metabolismu jako je kyselina močová (produkt metabolismu purinů), urobilinogen (degradační produkt bilirubinu), močovina (produkt metabolismu bílkovin) a kreatinin (konečný produkt kreatinového metabolismu svalů). Kromě toho se močí vylučují i látky cizorodé, které se do těla dostaly například jako léky. Podmínkou je rozpustnost ve vodě.
Endokrinní funkce
Ledviny jsou schopny produkovat, aktivovat nebo katabolizovat některé hormony.
- Renin je secernován jako odpověď na snížené prokrvení ledvin, na stimulaci autonomním systémem nebo na sníženou koncentraci sodíku a chloru v distálním tubulu. Renin je součástí systému renin-angiotenzin-aldosteron, který udržuje složení krevní plazmy a účastní se na regulaci krevního tlaku.
- Erytropoetin je látka, která vzniká z 90 – 95 % v ledvinách a reguluje tvorbu červených krvinek. Hormon trombopoetin udržuje produkci trombocytů.
- V ledvinách se aktivuje vitamín D: přirozený vitamín D (cholekalciferol) i syntetický (ergokalciferol) podstupují v ledvinách závěrečnou přeměnu na nejaktivnější podobu – kalcitriol. Funkcí vitamínu D je podporovat vstřebávání vápníku a fosfátů ve střevě a podílet se na řízení metabolismu vápníku v kosti.
- Ledviny se podílejí i na odbourávání parathormonu (enzymy na povrchu ledvinných tubulů) a inzulínu.
Metabolické funkce
ledvin spočívají v produkci glukózy. Ledviny produkují ve stresu glukoneogenezou asi 10 – 15 % glukózy, potřebné jako zdroj energie při stresové odpovědi organismu.
Při onemocnění obou ledvin není organismus schopný homeostázu organismu udržovat. Při akutním selhání ledvin jsou porušeny především homeostatické funkce. Nevylučují se látky, které se vylučovat mají, a proto se hromadí v organismu: retence vody způsobuje hypertenzi a po přesáhnutí kompenzačních mechanismů se vyvíjejí otoky; retencí kyselin vzniká acidóza. Hromadí se také další odpadní látky – močovina, kreatinin, kyselina močová, draslík, fosfáty a další.
Při chronickém (dlouhodobém) selhávání se rozvíjejí jako první poruchy endokrinních funkcí (anémie z nedostatku erytropoetinu a osteopatie z nedostatku aktivního vitamínu D, nadbytku parathormonu). V závěrečné fázi chronického selhání vznikají poruchy metabolických funkcí (změna metabolismu cukrů).
10.2 Funkční jednotka ledviny
Makroskopicky je ledvina členěna na kůru a dřeň. Funkční jednotkou ledviny je nefron. Nefron se skládá z glomerulu, Bowmanova pouzdra, proximálního tubulu, Henleovy kličky, distálního tubulu a sběracího kanálku. V každé ledvině je kolem 1,2 milionu nefronů, jejichž funkce v kůře a dřeni se liší. 70 procent nefronů, uložených v kůře, má krátké Henleovy kličky a na koncentraci moči se podílí jen nepatrně. Nefrony, které skutečně zodpovídají za koncentraci moči, jsou nefrony uložené těsně u dřeně. Mají hluboké Henleovy kličky provázené vasa recta.
V glomerulu tvořeném klubíčkem kapilár s širší přívodnou arteriolou (vas afferens) a užší odvodnou arteriolou (vas efferens) se ultrafiltruje plazma přes filtrační membránu tvořenou endotelem kapilár, bazální membránou a sítí, tvořenou uzounkými štěrbinami mezi výběžky speciálních buněk – podocytů (vnitřní list Bowmanova pouzdra), obalujících glomerulární kapiláru. Mezi kapilárami glomerulu jsou mezangiální buňky. Tvoří mechanickou oporu kapilárám, ale jsou také schopné řídit průtok krve a filtraci v glomerulu řízením průsvitu kapilár. Vyskytují se zde i buňky podobné makrofágům, které kontrolují kvalitu filtrátu a jsou schopné reagovat produkcí nejrůznějších substancí (prostaglandiny, ale i růstové faktory a interleukiny – mediátory zánětu). Při dlouhodobém zatěžování (např. při hyperglykémii) produkují velké množství mezangiální hmoty, která poškozuje funkce glomerulů.
Krev odtékající vas efferens do žilního systému, protéká nejdříve dalším kapilárním řečištěm, které zásobuje tubuly vlastního nefronu (i několika okolních) kyslíkem a živinami a pak vytváří vasa recta (viz dále).
Filtračním tlakem vzniká v glomerulu z krevní plazmy glomerulární filtrát (GF) neboli primární moč, která přestupuje do prostoru mezi vnitřní a vnější list Bowmanova pouzdra a odtéká do tubulů. V tubulech se stává tubulární tekutinou, která podléhá dalšímu zpracování.
Hlavním úkolem proximálního tubulu je zpětná izoosmotická resorpce velkého množství primární moči (80 až 90 % GF). Kromě vody se zde vstřebávají ionty sodíku (Na+), chlóru (Cl–), močovina, bikarbonát, draslík (K+), vápník (Ca2+), hořčík (Mg2+), fosfáty, glukóza, aminokyseliny. Resorpce je většinou aktivní (spotřebovává velké množství energie) a při jejím zvýšení (aktivací sympatiku) se zvýší resorpce všech složek (obligátní resorpce). Do Henleovy kličky odtéká izoosmotická tekutina.
Henleova klička (část intermediárního tubulu zabíhající do dřeně) je uložena mezi proximálním a distálním tubulem. Její funkcí je vytvoření hyperosmolární dřeně, která umožňuje koncentrování definitivní moči při průtoku sběracím kanálkem.
Tekutina teče ve dvou vedlejších raméncích kličky protiproudem. Sestupné raménko je volně prostupné pro vodu a ionty, takže při průchodu hyperosmolární dření se snižuje obsah kličky, po osmotickém gradientu vystupuje především velké množství vody. Tlustá část vzestupného raménka je pro vodu neprostupná a má velice aktivní mechanismus k přečerpávání Na+ a Cl– z tubulu do intersticia. Přečerpává ionty proti gradientu a snižuje tak osmolaritu tekutiny ve vzestupném raménku. Tato pro vodu neprostupná část je stěžejní pro vytvoření vysokého osmotického tlaku (hyperosmolarity) ve dřeni, která pak zajišťuje tvorbu koncentrované moči. Vytvoření hyperosmolární dřeně podporuje také resorpce močoviny v distálním tubulu a sběracím kanálku.
Henleovu kličku provázejí vasa recta (arteriolae rectae), pokračování peritubulárních kapilárních pletení pocházejících z vas efferens. Vasa recta vstupují stejně jako klička hluboko do dřeně. Tekutina v nich proudí v opačném směru než v Henleově kličce, takže sbírají nadbytečnou vodu, která se do dřeně dostala v sestupném raménku, a rovnou ji odvádějí do žilního systému. Pomáhají tak udržet vysokou osmotickou stratifikaci dřeně.
Vasa recta mají zvláštní uspořádání: mezi oběma raménky jsou vytvořeny spojky, kterými v povrchových vrstvách dřeně přestupují erytrocyty do vzestupného raménka vasa recta. Je to proto, že dřeň je hypertonická a erytrocyty procházející cévami jsou v nebezpečí poškození. Většina erytrocytů je tak odkloněna a prochází pouze povrchovými kapilárními spojkami a kolem vrcholu Henleovy kličky protéká jen plazma (skimming efekt).
Do distálního tubulu přitéká z Henleovy kličky hypotonická tekutina. Dále se zde resorbuje voda na 1 % původního objemu glomerulárního filtrátu, dále se v něm vstřebává Na+, Cl-, bikarbonáty, fosfáty, K+ a močovina. Vstřebávání je na rozdíl od proximálního tubulu řízeno hormonálně (fakultativní resorpce) podle hydratace organismu (množství extracelulární tekutiny v organismu), osmolarity a koncentrace iontů. Vstřebávání sodíku a vody v distálním tubulu závisí na aldosteronu (mineralokortikoid z kůry nadledvin) a volné vody a urey na antidiuretickém hormonu (ze zadního laloku hypofýzy). Působí zde i parathormon (vstřebává vápník a vylučuje fosfáty).
Ve sběracích kanálcích se tubulární tekutina upravuje na definitivní moč. Kanálek prochází dření směrem dolů, a protože je pro vodu prostupný, vystupuje z něj voda po osmotickém gradientu do vysoce koncentrované dřeně a tím se moč zahušťuje. I zde působí aldosteron a ADH, které podle potřeby resorpci tekutin zvyšují.
