Reabsorptie

c Tubulaire Waterreabsorptie en het Urineconcentratiemechanisme

Tubulaire reabsorptie van water bij vogels kan variëren van minder dan 70% tot meer dan 99% van het gefilterde volume. Als gevolg daarvan kan de uiteindelijke concentratie van vogelurine variëren van verdund (ongeveer 40 mmol/kg) tot hyperosmotisch (2-3 maal de osmolaliteit van het plasma).

Zowel micropunctuurstudies van oppervlakkige (RT) proximale tubuli (Laverty en Dantzler, 1982) als studies van geïsoleerde, geperfundeerde proximale tubuli van dieper gelegen (transitionele) nefronen (Brokl et al., 1994) suggereren dat, net als bij zoogdieren, de proximale tubuli van vogels ongeveer 70% van het gefilterde volume water absorberen. De reabsorptie is afhankelijk van actieve natriumreabsorptie, maar niet van de aanwezigheid of reabsorptie van bicarbonaat (Brokl et al., 1994).

Regulatie van waterreabsorptie vindt echter niet plaats in de proximale tubulus, maar in meer distale nefronsegmenten. Zoals hierboven opgemerkt, zijn vogels, evenals zoogdieren, in staat een urine te produceren die geconcentreerder is dan het plasma. Het fundamentele mechanisme achter dit vermogen zou bij vogels en zoogdieren hetzelfde zijn, namelijk een systeem van tegenstroomvermenigvuldigers dat een osmolariteitgradiënt in het niermerulla veroorzaakt.

Eerdere studies van het niermerulla van vogels brachten een aantal basiskenmerken aan het licht die in verband worden gebracht met een tegenstroomvermenigvuldigingsmechanisme van de urineconcentratie. De MT-nefronen bezitten lussen van Henle die zich parallel aan de verzamelbuizen in de niermerulla uitstrekken. 22Na autoradiografie suggereerde actieve Na+ reabsorptie binnen de medullaire kegel (Emery et al., 1972), en dit was consistent met een osmotische gradiënt die voornamelijk bestond uit NaCl langs de lengte van de medulla (Skadhauge en Schmidt-Nielsen, 1967b; Emery et al., 1972). Willen de dalende en klimmende ledematen van Henle bij vogels echter fungeren als tegenstroomvermenigvuldigers met één effect (d.w.z. tegenstroomvermenigvuldigers waarvan de energiebron één enkel actief transportproces is, zoals voorgesteld voor de nier van zoogdieren (zie bijv. Jamison en Kriz, 1982)), dan moeten zij drie kenmerken bezitten: (1) het vermogen om voldoende energie op te wekken om een transversaal verschil in osmotische druk te ontwikkelen, (2) verschillen in permeabiliteit, en (3) tegenstroom. De laatste van deze vereisten wordt verondersteld uit de anatomie. Recente studies hebben zich dan ook toegespitst op de evaluatie van de transport- en permeabiliteitskenmerken van het nefron.

i. Descending Thin Limb (DTL) De overgang van pars recta (rechte dalende ledemaat van de proximale tubulus) naar DTL vindt plaats met een abrupte overgang in celmorfologie nabij de basis van de medullaire kegel (Braun en Reimer, 1988). De fysiologische eigenschappen van aviaire DTL zijn bestudeerd voor alleen het bovenste segment van één enkele soort (Coturnix coturnix; Nishimura et al., 1989). De DTL-segmenten van de Coturnix slagen er niet in een elektrische potentiaal te genereren, zowel wanneer ze worden ondergedompeld in isosmotische media als wanneer ze worden blootgesteld aan een transepitheliale ionengradiënt; deze resultaten zijn het gevolg van een afwezigheid van elektrogenetisch ionentransport, gecombineerd met hoge maar bijna gelijke permeabiliteiten voor Na+ en Cl- (Nishimura et al., 1989). In tegenstelling tot de hoge ion permeabiliteiten, heeft de Coturnix DTL een lage permeabiliteit voor water (Nishimura et al., 1989).

ii. Thick Ascending Limb (TAL) De aviaire lus van Henle maakt altijd de overgang van DTL naar TAL vóór de haarspeldbocht (Figuren 1 en 7). In cellulaire morfologie lijkt de aviaire TAL op andere vertebraten-dilaterende segmenten (Nishimura, 1993; Braun en Reimer, 1988). Functionele eigenschappen van dit segment zijn onder andere een lumen-positieve spanning die Na+ en Cl- vereist en wordt geremd door de lusdiuretica bumetanide en furosemide, het vermogen om NaCl te transporteren tegen transepitheliale elektrochemische gradiënten in, en een lage permeabiliteit voor water en netto watertransport (Miwa en Nishimura, 1986; Nishimura et al., 1986). Ionenreabsorptie door de TAL is gevoelig voor solutietoevoer (versterkt door verhoogde doorstroming of concentratie; Osono en Nishimura, 1994), maar wordt niet beïnvloed door AVT (Miwa en Nishimura, 1986), forskoline of isoproterenol (Osono en Nishimura, 1994). De combinatie van actieve zoutreabsorptie en lage waterdoorlaatbaarheid impliceert dat de urine tijdens de passage door de TAL wordt verdund.

FIGUUR 7. Een voorgesteld model voor het concentratiemechanisme van aviaire urine. Tubule segmenten geïllustreerd met zware lijnen hebben een lage permeabiliteit voor water. Mogelijke regulatie-instrumenten zijn AVT-geïnduceerde vermindering van de gefiltreerde lading (getoond), stromingsgevoeligheid van de dikke opgaande ledematen, en cAMP-gemedieerde veranderingen in de waterdoorlaatbaarheid van het verzamelbuisje. Rechts is het hypothetische cascade-effect van het concentrerende mechanisme afgebeeld dat het gevolg is van de aanwezigheid van lussen van Henle van verschillende lengte.

(Uit H. Nishimura (1993) New Insights in Vertebrate Kidney Function, blz. 189-208, © Cambridge University Press 1993. Overgenomen met toestemming van Cambridge University Press.)

iii. Verzamelkanaal Het verzamelkanaal van vogels ontvangt verdunde urine van zowel de TAL als van de RT nefronen, en voor de uiteindelijke concentratie van de urine (extractie van water in het hyperosmotische interstitium) is het dus nodig dat dit nefronsegment waterdoorlatend is, of kan worden. Verschillende experimenten met proefdieren suggereren dat, net als bij zoogdieren, een verhoogde waterdoorlatendheid van het distale nefron door AVT kan worden geïnduceerd. Bijvoorbeeld, infusie van AVT in het renale portaalsysteem verhoogt de osmolariteit van de urine (hoewel de portaalstroom de medullaire nefronelementen niet zou hebben doorbloed en de osmolariteit van de urine nooit boven het plasmaniveau zou stijgen; Skadhauge 1964). Bovendien kan infusie van AVT in de systemische circulatie, althans bij lage doses, de osmolariteit van de urine verhogen en de urinestroom verminderen met weinig of geen verandering in de GFR (Ames et al., 1971; Stallone en Braun, 1985; figuur 6).

Ondanks deze bevindingen heeft een directe beoordeling van de werking van AVT op geïsoleerde, geperfundeerde verzamelbuizen van vogels geen significant effect van het hormoon aan het licht gebracht (Nishimura, 1993). De verzamelbuis van de kwartelkoning had een matige baseline permeabiliteit voor water, zelfs in afwezigheid van AVT. Hoewel forskoline (10-4 M), dat de produktie van cyclisch AMP activeert, een aanzienlijke toename van deze permeabiliteit teweegbracht, deed AVT dit slechts in geringe mate.

iv. Urineconcentratiemechanisme Nishimura (Nishimura, 1993; Osono and Nishimura, 1994) heeft een model van het aviaire urineconcentratiemechanisme voorgesteld waarin het hierboven beschreven bewijsmateriaal is verwerkt (figuur 7). Het enige effect dat de urineconcentratie drijft is actieve ionenherabsorptie door de TAL. Deze geherabsorbeerde ionen komen de DTL binnen door passieve diffusie zonder begeleidende water flux. De lage waterdoorlaatbaarheid van de DTL houdt de volumestroom door de lus op peil, wat de ionenreabsorptie door de stroomgevoelige TAL zou moeten bevorderen. Het resultaat is dat de urine geconcentreerd is wanneer het door de DTL afdaalt, en vervolgens verdund wordt wanneer het door de TAL opstijgt. Tegelijkertijd accumuleert het interstitium rond de lus ionen en wordt het geconcentreerd. De gevoeligheid van de TAL voor de afgifte van oplosmiddelen betekent dat het uiteinde van de lus (aan het begin van het TAL-epitheel) de plaats moet zijn waar de meeste ionen worden gereabsorbeerd, en dit zou moeten bijdragen tot het genereren van een concentratiegradiënt in de medulla. Deze effecten worden versterkt door de tegenstroom en kunnen nog worden versterkt door interactie tussen de Henle-lussen die op verschillende diepten in de medullaire kegel draaien (Layton, 1986). Wanneer de urine vervolgens door de verzamelbuis afdaalt, kan deze osmotisch in evenwicht komen met het interstitium via de basispermeabiliteit voor water van dit nefronsegment. De precieze rol van AVT in dit mechanisme moet nog worden opgehelderd. Maar zelfs als AVT in de eerste plaats de fitratiesnelheid van RT nefronen vermindert en niet door een tubulair effect, dan zou de verminderde stroom door de verzamelbuizen een grotere equilibratie van water tussen tubulus en interstitiële vloeistof mogelijk maken. Het model moet ook nog in overeenstemming worden gebracht met nieuwe details van de anatomie van de nieren bij vogels. Bij sommige vogelsoorten bijvoorbeeld zijn de dalende en stijgende ledematen van Henle van elkaar gescheiden door een ring van verzamelbuizen over de hele diepte van de medullaire kegel (Cassoti and Richardson, 1993). Tenslotte is het opmerkelijk dat NaCl slechts een klein deel van de totale osmolaliteit van de urine uitmaakt (Skadhauge, 1977; Hughes et al., 1992; Goldstein 1993b); de rol van andere ionen dan NaCl in de urineconcentratie verdient onderzoek.

v. Netto Effect: Het netto-effect van het concentrerende medullaire mechanisme is dat vogels in het algemeen in staat zijn hun urine te concentreren tot een osmolariteit die 2 tot 3 maal zo hoog is als die van plasma. (Een uitzondering hierop is het verslag dat de zoutmoeras savannemus, Passerculus sandwichensis beldingi, bij het drinken van zeewater cloaca vocht uitscheidde met een osmolariteit die 4,5 maal zo hoog is als die van plasma (Poulson en Bartholomew, 1962)). Het concentratievermogen van de urine varieert in het algemeen omgekeerd evenredig met het lichaamsgewicht, zodat kleine vogels (10-25 g) zich meestal concentreren tot ongeveer 1000 mmol/kg, grotere vogels (>500-1000 g) meestal tot ongeveer 600-700 mmol/kg (Goldstein en Braun, 1989). Dit patroon kan het gevolg zijn van de afhankelijkheid van de urineconcentratie van metabolisch actieve processen (actieve ionenreabsorptie), samen met de afnemende snelheid van het celmetabolisme die gepaard gaat met een toenemende lichaamsmassa (Greenwald, 1989). Het blijft onduidelijk in hoeverre andere kenmerken van de anatomie van de nieren, zoals de verhouding tussen RT en MT nefronen, de lengte van de medullaire kegels, of de verhouding van de niermassa die bestaat uit medullair weefsel, verband houden met het concentratievermogen van de urine, onafhankelijk van het effect van de lichaamsmassa (Johnson, 1974; Goldstein en Braun, 1989; Warui, 1989). Tenminste binnen nauw verwante soorten lijkt de urineconcentratie samen te hangen met het aandeel van het medullair weefsel in de nieren (Skadhauge, 1981).

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *