Princip protiproudu je biologický provozní princip zapojený do termoregulace mnoha zvířat, do dýchání ryb, jako jsou žraloci, a do procesů, jako je lidský moč koncentrace. Diuréza u lidí se vyskytuje převážně v takzvané Henleově kličce v dřeni ledvin a je charakterizována systémy opačného směru proudění. Jednou související poruchou je dědičný a mutační Barrterův syndrom.
Jaký je princip protiproudu?
V lidském těle je princip protiproudu zvláště důležitý pro výměnu látek v ledvina tkáň. Princip biologického protiproudu má různé významy. Ve světě zvířat hraje funkční princip roli hlavně v termoregulaci. V lidském těle je to zvláště důležité pro výměnu látek v ledvina tkáň. Směr protiproudu v sousedních tkáních zajišťuje účinnost výměny látek. Protiproudé systémy u člověka ledvina tkáně slouží zejména k zachování látek a energie. V lidském těle představuje Henleova smyčka v nefronu ukázkovým příkladem funkčního principu protiproudu v sousedních anatomických strukturách. Henleova klička je termín používaný k popisu smyčkové části systému renálních tubulů umístěné v dřeni ledvin, která slouží především ke koncentraci moči. Smyčka Henle, a tedy jeden z nejdůležitějších protiproudých principů u lidí, se odehrává ve vnější medulární zóně. Princip je důležitý pro diurézu nebo tvorbu moči a skládá se ze tří odlišných složek s opačným směrem proudění. Žraloci a jiné ryby také používají pro dýchání princip protiproudu. Mají protiproudý výměník, ve kterém kyslík-chudý krev splňuje kyslík- bohaté médium. Během výměny plynu dochází ke kontaktu mezi krev a více okysličeného média pro udržení kyslík parciální tlakový rozdíl a podporovat další příjem O2 z média.
Funkce a účel
Protiproudý systém lidských ledvin se skládá ze tří odlišných složek. První z nich je tenká sestupná větev takzvané Henleovy smyčky, druhý prvek je tvořen tlustou vzestupnou částí smyčky a třetí prvek odpovídá intersticiu, které je umístěno mezi prvními dvěma složkami. Tenká sestupná část Henleho smyčky je propustná pro voda. Silná vzestupná část smyčky není. Ve vzestupné části smyčky Henle, sodík ionty migrují z moči do sousedního interstitia. K této migraci dochází aktivním přenosem. voda nemigruje do interstitia, ale zůstává v moči. Na rozdíl od sodík, voda není vůbec schopen dosáhnout interstitia kvůli nepropustným částem Henleovy smyčky. Z tohoto důvodu se tekutina stává hypotonickou, zatímco intersticium získává hypertonicitu. Voda nakonec teče do interstitia, které se stalo hypertonickým, ze sestupné tenké části Henleovy smyčky. Je to proto, že v této části smyčky je stěna propustná pro vodu. Tímto způsobem se koncentruje primární moč: koncentrace dochází v sestupné části smyčky bez dalšího výdeje energie. V průběhu se z primární moči odstraňuje voda koncentrace principem protiproudu. Zpětné získávání vody v ledvinách je možné díky principu pasivně, a tím je spojeno s reabsorpcí sodík. Tento postup je extrémně energeticky účinný. Smyčka Henle má několik fází, z nichž všechny jsou do procesu zapojeny současně. Současná funkce výše popsaného principu ve všech fázích Henleho kličky vede k frakční koncentraci moči. Koncentrace elektrolyty je nejvyšší v apikální části Henleovy smyčky, protože v této části byla voda odstraněna z primární moči po celé vzdálenosti tenké sestupné končetiny. Protiproudový princip tedy přispěl k energeticky účinné koncentraci Hanse v opačném směru toku sousedních tkání ve Henleho ledvinové smyčce.
Nemoci a nemoci
Když je Henleova ledvinová smyčka ovlivněna onemocněním, někdy dochází k poruchám protiproudého principu, a tím i koncentrace moči. Relativně vzácným dědičným onemocněním Henleovy smyčky je Bartterův syndrom. Toto onemocnění konkrétněji postihuje tlustou vzestupnou větev smyčky. Příčinou onemocnění je porucha Na + / K + / 2Cl- kotransporter, o kterém se předpokládá, že je furosemid citlivý. Jiné varianty onemocnění jsou spojeny s defektem v apikálním K + kanálu nebo výsledkem defektu v bazo-laterálním Cl-kanálu. Tyto kanály spolupracují s Na + / K + / 2Cl-kotransportem v reabsorpci NaC1 v ředicím segmentu a významně přispívají k fungování protiproudého principu ve vzestupné větvi smyčky ve zdravé ledvině. Kvůli narušené spolupráci mezi kotransportéry a kanály může být reabsorbováno nedostatečné množství iontů sodíku. Kvůli snížené reabsorpci byla krev poklesy tlaku. Kvůli alarmujícímu poklesu krevní tlak, tlakové receptory ve stěně aorty iniciují uvolňování katecholaminu. Kromě toho pokles krevní tlak také vede ke sníženému průtoku krve do vasa afferentia. Tento snížený průtok krve stimuluje uvolňování renin. Výsledkem je hyperreninemický hyperaldosteronismus. U onemocnění typu IV existuje porucha u Barttina, která odpovídá esenciální β-podjednotce v kanálu ClC-K. Tato podjednotka je zapojena nejen do bazo-laterální smyčkové membrány Henle, ale také do bazo-laterální membrány vnitřního ucha. Z tohoto důvodu je tento podtyp nemoci charakterizován nejen narušeným protiproudým principem, ale navíc hluchotou. Všechna ostatní onemocnění ledvinové dřeňové zóny mohou také narušit protiproudý princip, například ledviny rakovina or nekróza ledvinové tkáně, která se tam nachází. Poruchy koncentrace v moči a její funkční princip mohou být navíc způsobeny četnými mutacemi. Pouze u Barrterova syndromu bylo zdokumentováno celkem pět kauzálních mutací.
