Vastavirtaperiaate

Vastavirtaperiaate on biologinen toiminnallinen periaate, joka osallistuu monien eläinten lämmön säätelyyn, kalojen, kuten haiden, hengittämiseen ja prosesseihin, kuten ihmisen virtsapitoisuus. Suurin osa ihmisten diureesista tapahtuu munuaismedulan ns. Henle-silmukassa, ja sille on tunnusomaista järjestelmä, jolla on vastakkaiset virtaussuunnat. Yksi liittyvä sairaus on perinnöllinen ja mutaatioon liittyvä Barrterin oireyhtymä.

Mikä on vastavirtaperiaate?

Biologisella vastavirtaperiaatteella on erilaiset merkitykset. Eläinmaailmassa toiminnallinen periaate on tärkeä rooli ensisijaisesti lämmön säätelyssä. Ihmiskehossa se on erityisen merkityksellinen aineiden vaihdossa munuaiskudoksessa. Naapurikudosten virtauksen vastakkainen suunta varmistaa aineiden vaihdon tehokkuuden.

Ihmisen munuaiskudoksen vastavirtajärjestelmiä käytetään erityisesti aineiden ja energian säästämiseen. Nephronin sisällä oleva Henle-silmukka on esimerkki ihmiskehossa vastavirtavirran toiminnallisesta periaatteesta viereisissä anatomisissa rakenteissa. Munuaisen tubulaarijärjestelmän silmäosaan, joka sijaitsee munuaismedulla, viitataan Henle-silmukkana Virtsa palvelee.

Henlen silmukka ja siten yksi tärkeimmistä vastavirtaperiaatteista ihmisissä tapahtuu ulommassa nivelvyöhykkeessä. Periaate on erittäin tärkeä diureesille tai virtsanmuodostukselle ja koostuu kolmesta eri komponentista, joilla on vastakkaiset virtaussuunnat.

Hait ja muut kalat käyttävät myös vastavirtaperiaatetta hengitykseen. Heillä on vastavirtavaihdin, jossa happea köyhä veri kohtaa happea sisältävän väliaineen. Kaasunvaihdon aikana veren ja happea sisältävän väliaineen välillä on kosketus hapen osapaine-eron ylläpitämiseksi ja O2: n edelleen imeytymisen edistämiseksi väliaineesta.

Toiminto ja tehtävä

Ihmisen munuaisten vastavirtajärjestelmä koostuu kolmesta eri komponentista. Ensimmäinen näistä on ns. Henle-silmukan ohuesti laskeva jalka, toinen elementti muodostaa silmukan paksun nousevan osan ja kolmas elementti vastaa interstitiumia, joka sijaitsee kahden ensimmäisen komponentin välissä.

Henlen silmukan ohut, laskeva osa on vettä läpäisevä. Paksu, nouseva silmukkaosa ei ole. Nousevan Henlen silmukkaosan sisällä natriumionit kulkeutuvat virtsasta viereiseen interstitiumiin. Tämä muutto tapahtuu aktiivisella kuljetuksella. Vesi ei kulkeudu interstitiumiin, mutta pysyy virtsassa. Toisin kuin natrium, Henlen silmukan läpäisemättömät osat tekevät mahdottomaksi veden pääsyn välitilaan. Tämän vuoksi nesteestä tulee hypotonia, kun taas interstitiumista tulee hypertonista.

Lopuksi vesi virtaa hypertoniseen interstitiumiin Henlen silmukan laskevasta ohuesta osasta. Koska tässä silmukan osassa seinä on vedenläpäisevä. Tällä tavalla primaari virtsa konsentroidaan: konsentraatio tapahtuu silmukan laskevassa osassa ilman ylimääräisiä energiamenoja. Vesi poistuu primäärivirtsistä, kun se väkevöidään vastavirtaperiaatteella.

Munuaisten veden talteenotto on mahdollista passiivisen periaatteen ansiosta, ja se liittyy natriumin uudelleenabsorptioon. Tämä lähestymistapa on erittäin energiatehokas.

Henlen silmukalla on useita kerroksia, jotka kaikki ovat mukana prosessissa samanaikaisesti. Kuvatun periaatteen samanaikainen toteuttaminen kaikilla Henle-silmukan tasoilla johtaa virtsan jakeiseen konsentraatioon. Elektrolyyttien pitoisuus on korkein Henlen silmukan apikaalisessa osassa, koska tässä osassa vettä poistettiin primaarivirtsistä ohuesti laskevan reiden koko pituudella. Vastavirtaperiaate on myötävaikuttanut Hansin energiatehokkaaseen pitoisuuteen naapurikudosten vastakkaisella virtaussuunnalla munuaisten Henlen silmukassa.

Löydät lääkkeesi täältä

Sairaudet ja vaivat

Jos sairaudet vaikuttavat munuaisten Henlen silmukkaan, toisinaan tapahtuu vastavirtaperiaatteen ja siten virtsan pitoisuuden häiriöitä. Bartterin oireyhtymä on suhteellisen harvinainen perinnöllinen sairaus Henlen silmukasta. Tarkemmin sanottuna tämä sairaus vaikuttaa silmukan paksuun nousevaan haaraan. Taudin syy on vika Na + / K + / 2Cl-kotransportterissa, jonka sanotaan olevan furosemidiherkkä. Muihin sairauden muunnelmiin liittyy huipun K + -kanavan vika tai ne menevät takaisin basolateraalisen Cl-kanavan vikaan. Nämä kanavat toimivat yhteistyössä Na + / K + / 2Cl - fekaalikuljetuksen kanssa NaC1: n imeytymisen aikana laimennussegmentissä, ja terveessä munuaisessa ne edistävät merkittävästi vastavirtaperiaatteen toimivuutta silmukan nousevassa haarassa.

Yhteiskuljettajan ja kanavien välisen häiriintyneen yhteistyön takia ei voida absorboida tarpeeksi natriumioneja. Vähentyneen imeytymisen vuoksi potilaan verenpaine laskee. Verenpaineen hälyttävän alhaisen laskun takia aortan seinämän painereseptorit aloittavat katekoliamiinin vapautumisen.

Lisäksi verenpaineen lasku johtaa myös vähentyneeseen verenvirtaukseen vasa -herneksessä. Tämä vähentynyt verenvirtaus stimuloi reniinin vapautumista. Hyperrenineeminen hyperaldosteronismi on seurausta. Tyypin IV sairaudessa bartiinissa on vika, joka vastaa ClC-K-kanavan välttämätöntä p-alayksikköä. Tämä alayksikkö ei ole vain osallisena basolateralisessa Henlen silmukkakalvossa, vaan myös basolateraalisessa sisäkorvan kalvossa. Tästä syystä tälle sairauden alamuodolle ei ole ominaista vain häiriintynyt vastavirtaperiaate, vaan myös kuurous.

Kaikki muut munuaismedulan vyöhykkeen sairaudet voivat myös häiritä vastavirtaperiaatetta, esimerkiksi munuaissyöpä tai siinä sijaitsevan munuaiskudoksen nekroosi. Lisäksi lukuisat mutaatiot voivat aiheuttaa häiriöitä virtsan pitoisuuksissa ja sen toimintaperiaatteessa. Pelkästään Barrterin oireyhtymästä on dokumentoitu yhteensä viisi syy-mutaatiota.