第41章浸透圧調節と排泄
Glomerular Filtration糸球体濾過
Glomerular filtration filters out most of the solutes due to high blood pressure and specialized membranes in the afferent arteriole. The blood pressure in the glomerulus is maintained independent of factors that affect systemic blood pressure. The “leaky” connections between the endothelial cells of the glomerular capillary network allow solutes to pass through easily. All solutes in the glomerular capillaries, except for macromolecules like proteins, pass through by passive diffusion. There is no energy requirement at this stage of the filtration process. Glomerular filtration rate (GFR) is the volume of glomerular filtrate formed per minute by the kidneys. GFR is regulated by multiple mechanisms and is an important indicator of kidney function.
英語のヒント
糸球体濾過では、高い血圧と輸入細動脈の特殊な膜によって、大部分の溶質が濾し出される。糸球体の血圧は、全身の血圧に影響する要因とは独立に維持される。糸球体毛細血管網の内皮細胞間にある「漏れやすい」結合により、溶質は容易に通過できる。タンパク質のような高分子を除き、糸球体毛細血管内のすべての溶質は受動拡散で通過する。この濾過の段階ではエネルギーを必要としない。糸球体濾過量(GFR)は、腎臓が1分間に作る糸球体濾液の容積である。GFRは複数の仕組みによって調節され、腎機能の重要な指標となる。
Tubular Reabsorption and Secretion尿細管再吸収と分泌
Tubular reabsorption occurs in the PCT part of the renal tubule. Almost all nutrients are reabsorbed, and this occurs either by passive or active transport. Reabsorption of water and some key electrolytes are regulated and can be influenced by hormones. Sodium (Na+) is the most abundant ion and most of it is reabsorbed by active transport and then transported to the peritubular capillaries. Because Na+ is actively transported out of the tubule, water follows it to even out the osmotic pressure. Water is also independently reabsorbed into the peritubular capillaries due to the presence of aquaporins, or water channels, in the PCT. This occurs due to the low blood pressure and high osmotic pressure in the peritubular capillaries. However, every solute has a transport maximum and the excess is not reabsorbed.
英語のヒント
尿細管再吸収は、尿細管のPCTの部分で起こる。ほとんどすべての栄養素が、受動輸送または能動輸送によって再吸収される。水と一部の重要な電解質の再吸収は調節されており、ホルモンの影響を受けることがある。ナトリウム(Na+)は最も多いイオンで、その大部分は能動輸送によって再吸収され、尿細管周囲毛細血管へ運ばれる。Na+が尿細管の外へ能動輸送されるため、浸透圧を均すように水も後に続く。また、PCTにはアクアポリン、すなわち水チャネルがあるので、水は独立して尿細管周囲毛細血管へ再吸収される。これは、その毛細血管の血圧が低く、浸透圧が高いために起こる。ただし、どの溶質にも輸送極量があり、それを超える分は再吸収されない。
In the loop of Henle, the permeability of the membrane changes. The descending limb is permeable to water, not solutes; the opposite is true for the ascending limb. Additionally, the loop of Henle invades the renal medulla, which is naturally high in salt concentration and tends to absorb water from the renal tubule and concentrate the filtrate. The osmotic gradient increases as it moves deeper into the medulla. Because two sides of the loop of Henle perform opposing functions, as illustrated in Figure 41.8, it acts as a countercurrent multiplier. The vasa recta around it acts as the countercurrent exchanger.
英語のヒント
ヘンレ係蹄では、膜の透過性が変わる。下行脚は水を通すが、溶質は通さない。上行脚ではその逆である。また、ヘンレ係蹄は腎髄質へ入り込む。腎髄質はもともと塩分濃度が高く、尿細管から水を吸収して濾液を濃縮する傾向がある。髄質の深部へ進むほど、浸透圧勾配は大きくなる。図41.8のように、ヘンレ係蹄の両側は反対の機能を果たすため、対向流増幅系として働く。その周囲の直血管は、対向流交換器として働く。
By the time the filtrate reaches the DCT, most of the urine and solutes have been reabsorbed. If the body requires additional water, all of it can be reabsorbed at this point. Further reabsorption is controlled by hormones, which will be discussed in a later section. Excretion of wastes occurs due to lack of reabsorption combined with tubular secretion. Undesirable products like metabolic wastes, urea, uric acid, and certain drugs, are excreted by tubular secretion. Most of the tubular secretion happens in the DCT, but some occurs in the early part of the collecting duct. Kidneys also maintain an acid-base balance by secreting excess H+ ions.
英語のヒント
濾液がDCTに達するころには、尿と溶質の大部分が再吸収されている。体がさらに水を必要とするなら、この時点で水をすべて再吸収できる。それ以降の再吸収はホルモンによって調節される。ホルモンについては後の節で扱う。老廃物の排泄は、再吸収されないことと尿細管分泌の組み合わせによって起こる。代謝老廃物、尿素、尿酸、特定の薬物など、不要な物質は尿細管分泌によって排泄される。尿細管分泌の大部分はDCTで起こるが、一部は集合管の初めの部分でも起こる。腎臓はまた、過剰なH+を分泌して、酸塩基平衡を保つ。
Although parts of the renal tubules are named proximal and distal, in a cross-section of the kidney, the tubules are placed close together and in contact with each other and the glomerulus. This allows for exchange of chemical messengers between the different cell types. For example, the DCT ascending limb of the loop of Henle has masses of cells called macula densa, which are in contact with cells of the afferent arterioles called juxtaglomerular cells. Together, the macula densa and juxtaglomerular cells form the juxtaglomerular complex (JGC). The JGC is an endocrine structure that secretes the enzyme renin and the hormone erythropoietin. When hormones trigger the macula densa cells in the DCT due to variations in blood volume, blood pressure, or electrolyte balance, these cells can immediately communicate the problem to the capillaries in the afferent and efferent arterioles, which can constrict or relax to change the glomerular filtration rate of the kidneys.
英語のヒント
尿細管の各部には近位や遠位という名前が付いているが、腎臓の断面では、尿細管は互いに近接し、相互に、また糸球体とも接している。これにより、異なる種類の細胞の間で化学的な伝達物質をやり取りできる。例えば、DCTのヘンレ係蹄上行脚には緻密斑という細胞の集まりがあり、輸入細動脈にある傍糸球体細胞と接している。緻密斑と傍糸球体細胞は一緒になって、傍糸球体装置(JGC)を形成する。JGCは、酵素レニンとホルモンのエリスロポエチンを分泌する内分泌構造である。血液量、血圧、電解質平衡の変動によってホルモンがDCT内の緻密斑細胞を刺激すると、これらの細胞はその問題を、輸入細動脈と輸出細動脈の毛細血管へ直ちに伝えられる。血管は収縮または弛緩して、腎臓の糸球体濾過量を変えることができる。