Böbrek fizyolojisi

Böbrekler insan vücudundaki en karmaşık organlardan biridir ve çok sayıda işlevleri bulunmaktadır. Böbreklerin işlevlerinin anlaşılması için fizyolojisinin iyi bilinmesi gerekmektedir. Boşaltım organları olarak böbrekler, kansıvısında derişimleri olağan değerleri dışında olan elementlerin ve bilesiklerin idrarda atılımlarını düzenleyerek, derişimlerini kontrol altında tutar. Böylece gerek fizyolojik önemi olan moleküller (elektrolitler, glikoz) gerekse de organik atıklar kansıvısında belirli düzeyler arasında izler, ve vücudun dengesini (homeostaz) bozmaz. Vücut dengesinin ayarlanmasını büyük ölçüde üstlenen böbrekler, ayrıca, vücuttaki türlü sıvı bölmelerinin hacmini ve bunların her birindeki çözeltilerin derişimlerini de düzenler. Böbrekler aynı zamanda birer iç salgı bezleridir (endokrin organlardır): renin, eritropoietin salgılayıp, vitamin D'yi etkin duruma getiren tepkimeyi tetikler.

Bu maddede önce kavramlar teker teker irdelenecek, ondan sonra böbreğin işlevleri bu temeller üzerine oturtulacaktır.

Kavramlar

Böbrek arındırması

Arındırma (klirens olarak da bilinir) kavramı, birim zamanda moleküllerin kansıvısından temizlenmesiyle ilgilidir. Bütün-vücut arındırması bir molekülün vücuttan tüm organlarca birim zamanda atılmasının ölçüsüdür.

Tanım olarak, böbrek arındırması böbrekler tarafından birim zamanda bir molekülün bütünüyle arındırıldığı kansıvısının hacmidir. Bir molekülün böbrek arındırması ne denli çoksa, o denli yüksek hacimde kansıvısından bütünüyle temizleniyor demektir. Bir molekülün böbrek arındırmasının denklemi:

${\displaystyle C={\frac {UV}{P}}}$

C = bir molekülün arındırılması (mL/dakika) , U = o molekülün idrardaki derişimi (mg/mL) , V = birim zamanda idrar hacmi (mL/dakika), U*V = bir molekülün birim zamanda idrardaki toplam ağırlığı (mg/dakika), and P = o molekülün kansıvısındaki derişimi.

Türlü moleküllerin böbrek arındırması

Herhangi bir molekülün böbrek arındırması hesaplanabilir. Bir bileşiğin niteliğine göre böbrek arındırması sıfırdan 600 mL/dakika'ya dek çıkabilir. Bileşiklerdeki bu ayrımların nedeni, böbreklerin o bileşikleri ne miktarda süzdüğüne, borucuklarda ne oranda geri emildiğine ve salgılanıldığına bağlıdır. Örneğin, albümin bileşiğinin böbrek arındırması sıfıra yakındır, çünkü albümin yumakçık (glomerülüs) yapısından süzülmez. Glikozun da böbrek arındırması sıfıra yakındır, ancak bunun nedeni albümin'inkinden ayrıdır: glikoz, albüminin aksine yumakçıkta süzülür, ancak neredeyse tümü yakınsal borucuklarda geri emilir. Dolayısıyla, idrarda olağan koşullarda hiç glikoz bulunmaz. Bu da glikozün böbrek arındırmasının sıfır olduğu anlamına gelir; böbrek kandan glikozu hiç arındırmaz.

Öteki elementlerin ve bilesiklerin (Na+, üre, fosfat ve Cl- gibi) böbrek arındırması sıfırın üstündededir, çünkü yumakçıkta süzülürler ve kısmen geri emilirler. Inülin (fruktozun çoklu bileşiğidir) özel bir durumdur. İnülin tümüyle yumakçık kılcal damarlarından süzülebilir, geri emilimi ve ek salgılanımı da gerçekleşmez. Dolayısıyla inülin bileşiğinin böbrek arındırması, yumakçık süzme hızıyla (ing. glomerular filtration rate, GFR) eşittir.

Bunun aksine para-aminohippurik asit (PAH) gibi bileşiklerin böbrek arındırması en yüksek düzeydedir, çünkü yüksek oranda süzülürler ve salgılanırlar.

Bir bileşiğin böbrek arındırması, C[bileşik adı] biçiminde gösterilir.

Arındırma oranları

Yukarıda da belirtilgidiği gibi inülin bileşiğinin durumu özeldir: kanda ne derişimde inülin varsa yumakçıkta süzüldüğü, ve borucuklarda hiç geri emilime ve ek salgılanılmaya uğramadığı için C[inulin], yumakçık süzme hızına eşittir: inülin birim zamanda ne oranda süzülüyorsa (ml/dakika), aynı oranda idrarla atılır.

Bu durumdan dolayı başka bileşiklerin böbrek arındırması inülininkiyle oranlanabilir:

${\displaystyle a.o.={\frac {Cx}{Cinulin}}}$

a.o. = arındırma orani, Cx = x bileşiğinin böbrek arındırması, Cinülin = inülin bileşiğinin böbrek arındırması.

• Bu oranın 1'e eşit olduğu durumlarda (Cx/Cinulin=1), x bileşiğinin arındırması inülininki ile aynıdır. X bileşiği de, tıpkı inülin gibi tümüyle süzülmeli, geri emilmemeli ve salgılanmamalıdır; ancak bu durumda arındırması inülininkine eşit olabilir.
• Bu oranın 1'den küçük olduğu durumlarda (Cx/Cinulin<1), x bileşiğinin arındırması inülininkinden düşüktür. Bileşik ya inülin gibi tümüyle süzülmüyor, ya da büyük oranda geri emiliyor anlamına gelmektedir. Örneğin, albümin hiç süzülmediği için, albüminin arındırması inülininkinden azdır. Ayrıca, Na+, Cl-, HCO3-, fosfat, üre, glikoz ve amino asitlerin böbrek arındırmaları da inülininkinden düşüktür, çünkü bu moleküller süzüldükten sonra geri emilime uğrarlar.
• Bu oranın 1'den büyük olduğu durumlarda (Cx/Cinulin>1), x bileşiğinin arındırması inülininkinden büyüktür. Bu, x bileşiğinin süzüldüğü ve aynı zamanda borucuk gözelerince salgılandığı anlamına gelmektedir. Örnek olarak organik asitler ve bazlar, ve kimi durumlarda potasyum verilebilir.

Böbreğin kan akışı (BKA)

Böbrekler yürek çıktısının (yürekten birim zamanda pompalanan kan miktarıdir) yaklaşık %25'ini alırlar. Yürek çıktısının dakikada 5 litre olduğu varsayılırsa, böbrek kan akışı dakikada 125 mililitre olup, bir günde 180 litreye ulaşabilir. Böbreğin böyle yüksek oranda bir kan akışı olması, böbreklerin insan vücudundaki önemi göz önüne alındığında şaşırtıcı değildir.

BKA'nın ayarlanması

Herhangi bir örgende olduğu gibi BKA (Q) böbrek atar ile toplar damar arasındaki basınç farkıyla (∆P) doğru orantılı, ve böbrek damarlarının direnciyle de (R) ters orantılıdır. Böbrekleri öbür örgenlerden ayıran bir özelliği, getirici ve götürücü olmak üzere iki öbek atar damarcık bulunmasıdır. Dolayısıyla gerek getirici damarların, gerekse de götürücü damarların dirençleri ayarlanarak bu verilerle böbreğin tüm direnci ayarlanabilir. Böbrek damarlarını büzen ve genişleten içsel bileşikler:

Damar büzücü	Damar genişletici
sempatik sinirler (katekolaminler)	PGE2
Angiotensin II	PGI2
Endotelin	Nitrik oksit (NO2)
	Bradikinin
	Dopamin

• Sempatik sinir sistemi ve dolaşan katekolaminler: Getirici ve götürücü damarların ikisi de sempatik sinir sistemince uyarılırlar, ve alfa-1 alıcıları yoluyla büzülürler. Ancak, getirici damarlar üzerinde götürücülerdekine göre çok daha sayıda alfa-1 alıcıları bulunduğu için, sempatik sinir sistemince uyarılma arttıkça, getirici damarlar daha çok büzülür, ve bundan dolayı BKA da, GFR de azalır. Ağır bir kanamanın gerçekleştiği durumlarda, bu olgu gerçekleşmektedir; kan yitimini azaltmak için, böbrek getirici damarları da olmak üzere, vücuttaki damarcıkların çoğu büzülmektedir. Böylece böbrek kan akışından ödün vermeyle, dolaşım sistemi kan yitimini azaltmaya çalışır.
• Anjiyotansin II: Anjiyotansin II getirici ve götürücü damarların ikisi için de güçlü bir büzücüdür. Buna bağlı olarak, bu iki damarı da büzerek direnci arttırır, ve BKA'yı buna koşut olarak azaltır. Ancak, götürücü damarlar, anjiyotansine karşı daha duyarlıdır ve bundan dolayı yumakçık süzme hızı (GFR) değişen bir biçimde etkilenir. Düşük düzeyde anjiyotansin bulunduğu durumlarda, GFR artar, yüksek düzeyde anjiyotansin bulunduğu durumlarda ise GFR azalır. Ağır kanamaların olduğu durumlarda kan yitimi, kan basıncının düşmesine neden olup, renin-anjiyotansin sisteminı tetikler. Bu durumda yüksek düzeye oluşan anjiyotansin II, getirici ve götürücü damarları büzerek BKA'yı da GFR'yi de azaltır.
• Prostaglandinler: birçok prostaglandin (PGE2, PGI2) böbrekte yerel olarak bireşimlenip, getirici ile götürücü damarların genişlemelerine neden olur. Kanama olma durumlarında, sempatik sinir sistemini uyaran ve anjiyotensin II'nin artmasına neden olan düzenek aynı zamanda prostaglandinlerin de artmasına yol açar. Bu yukarıda açıklanan sempatik sinir dizgesinin etkisine ters düşmektedir; sempatik sinir dizgesi, kan yitimini önlemek amacıyla böbrek damarları da olmak üzere, damarcıkları büzmektedir, ancak prostaglandinler bu büzme etkisini dengelemek amacıyla damarları genişletirler. Prostaglandinlerin bu ayarlayıcı özelliği olmaması durumunda, damarların aşırı daralmasından böbrek yetmezliği gelişebilir. Steroid dışı yangı önleyici ilaçlar (NSAİİ) prostaglandinlerin bireşimlenmesini baskıladıkları için, kanamalarda alınmaları durumunda böbreğin kan akışını keskin bir biçimde azaltıp, böbrekleri tehlikeye sokabilir.
• Dopamin: Norepinefrinin öncül bileşiği olan dopamin, türlü örgenlerin damarlarında seçici özellikler gösterir. Düşük düzeylerde, beyin, yürek, bağırsak, ve böbrek damarcıklarını genişletirken, derideki ve kaslardaki damarcıkları büzer. Böylece, kanama durumlarında düşük ölçüde dopamin verilmesi, böbreğin ve birçok önemli örgenin kan akışının aşırı düşmesini önleyip, bu örgenleri koruyabilir. Ancak, buna karşın, kanama gibi ağır durumları olup, böbrek yetmezliğine ilerleyen hastalara dopamin verilmesinin, böbreğin işlevini iyileştirdiği tam olarak kanıtlanmamıştır.

Plazma ve idrar oluşurken; nefronlar ve nefronlarla ilişkili kan damarlarının katılımı söz konusudur. Bu mekanizma temelde 3 aşamada gerçekleşir. Bunlar:

• Glomeruler filtrasyon
• Tubuler reabsorbsiyon
• Tubuler sekresyon’dur.

Bowman kapsülünde glomeruler filtrasyon sonucunda kan plazmasının ultrafiltratı oluşur. Ultrafiltrattaki kompozisyon proximal tubule gelerek tubuler reabsorbsiyon ve sekresyon sonucu değişir, tubuler sıvı adını alır. Tubuler sıvı pelvis renalis’e geldiği an idrar adını alır.

Glomeruler Filtrasyon

Bir köpekte ortalama olarak glomeruler filtrasyon oranı (GFR) 4 ml/kg’dır. Molekül ağırlığı 70.000’in üzerinde olan pro-teinler filtrasyona uğramaz kabul edilirler. Zira en küçük plazma proteini olan Albumin, 69.000 MA’na sahiptir ve plazmadaki yoğunluğunun %0,2-0,3’ünü filtratta görmek olasıdır. Hemoglobin (Hb) ise 68.000 MA’na sahip olup yak-laşık olarak %5 oranında filtratta görülebilir. Damar içi eritrosit parçalanması (intravasküler hemolizis) kısa zamanda ve fazla miktarda olursa plazma haptoglobulin’in Hb bağlama kapasitesi (saturasyon) aşılır ve böylece idrarda mak-roskopik olarak renk değişikliği ile karakterize hemoglobinuri görülür. Eğer tubuler Hb oranı çok fazla yükselirse ve tubullerden su geri emilimi devam ederse, Hb lümende çök-meye başlar ve tubuler obstrüksiyona neden olur.

Otoregülasyon Mekanizması

Afferent arterioldeki myojenik gerilim reseptörlerinin verdiği fizyolojik yanıt olarak tanımlanır. Makula densa hücreleri Na+ ve Cl- düzeyindeki değişikliklere karşı duyarlıdır. Glomeruler hidrostatik basıncın, daha doğrusu hemodinamik basıncın artması ile GFR de artar. Bu artış, Makula densa hücrelerine gelen Na+ ve Cl- düzeyinde artış demektir ve fizyolojik yanıt afferent arteriyolün daralması ve Mezangiyal kontraksiyon-dur. Ortalama sistemik kan basıncı yaklaşık olarak 80 mm/Hg’ nın altına düşerse GFR de azalacaktır. Bu durum, Makula densa hücrelerine gelen Na+ ve Cl- düzeyinde azalma anlamına gelecektir. Afferent arteriollerdeki Jugstaglomeruler hücrelerden Renin-Angiotensin 1 ve 2 salınır. Angiotensin efferent arteriolleri daraltır ve fizyolojik en güçlü vazokonstriktif maddedir. Bu daralma sonucunda tubuler akımı normalize etmek içinböbrekler harekete geçer ve glomeruler hidrostatik basınç ile GFR’yi artırır. Kan hacminde azalmanın söz konusu olduğu durumlarda yani hipovolemi tablosu şekillendiği durumlarda devreye sempatik sistem de girer.

Tubuler Transport

Tubulus'larda Sodyum ve Hidrojen transportu.

Nefron boyunca ve toplayıcı kanallar boyunca tubuler sıvı ile ilişkili tüm rezorpsiyon ve sekresyon işlemleridir. Bowman kapsülünden pelvis renalis’e kadar gerçekleşen transportta hemodinamik basınç ve basınç fark-lılığı rol alır. Organizmada fizyolojik fonksiyonlar için gerekli olan Na+, Glikoz ve Aminoasitler(AA) glomeruler filtrasyon ile tubuler sıvıya geçer. Bunlar çok küçük moleküllerdir ve glomeruler filtrasyon sonucu adeta tüm kanı terk ederler. Fakat böyle olmamalı, belli bir oranda geri emilmeleri gerekmektedir. İşte bu mekanizmanın temelinde tubulus epitel hücrelerinin bazolateral membranında bulunan Na+ - K + ATPaz pompası vardır. Bikarbonat geri emilimi taşıyıcı transport aracılığı ile olur ve 1 Cl- iyonuna karşılık 1 HCO-3 şeklinde olur. Bu mekanizmanın bozulması ile renal tubuler asidozis veya alkalozis gelişir ve zamanla metabolik bir tablo alır.

BKA'nın öz ayarlanması

Birçok örgende olduğu gibi BKA geniş bir atar damar kan basıncı aralığında özayarlanır. Böbrek atardamarı basıncı 80 ile 200 mm Hg arasında değişebilse de, böbrek kan akışı bu aralıkta neredeyse durağandır. Basıncın 80 mm Hg'den düşük olduğu durumlarda böbrek kan akışı da azalır. Kan akışının bu geniş aralıkta dengede tutulmasının yolu damarcıkların direncinin değiştirilmesinden geçer. Böylece, böbrek atar damarındaki basıncın değişmesiyle, damarcıkların direnci de bununla orantılı olarak değişmelidir. (Q=∆P/R ilkesine dayanarak).

BKA'nın öz ayarlanması için direncin öncelikle getirici damarcıklarda ayarlandığına inanılmaktadır. Bu öz ayarlanmanın düzeneği tam olarak anlaşılmamaktadır. Ancak, açık olan, özerk sinir dizgesinin bu öz ayarlamada bir görevi olmadığıdır. Böbrek nakli yapılmış kişilerde, sinirsel uyarısı olmayan böbrekler de öz ayarlamayı yapabilmektedir. Bu öz ayarlamanın altında iki kuram yatmaktadır. Damarlardaki düz kas dokusundan kaynaklanan (miyojenik) ve borucuk-yumakçık geri beslemesi (tubüloglomerüler geri beslenimi):

• Miyojenik varsayımı: miyojenik varsayımı, artan kan basıncının damarları esnettiğini, ve bunun, damarların çeperlerinde yer alan düz kasların kasılma tepkesine neden olduğunu öne sürer. Bunun düzeneği, düz kas gözelerinin zarında bulunan, esneme yoluyla etkin duruma gelen kalsiyum akaklarının açılmasından geçer. Bu akaklar açıkken, damar çeperlerindeki düz kasların içine daha çok kalsiyum akar, ve bu düz kasların daha da kasılmalarına neden olur. Böylece artan kan basıncına yanıt olarak kasılan kaslar direnci arttırır, ve sonuç olarak BKA'yı dengede tutar.
• Borucuk-yumakçık geri beslemesi: Böbrek atardamarında kan basıncı artınca, BKA da, GFR de artar. GFR'nin artması daha çok çözüntü ve suyun, uç borucuklardaki maküla densa bölgesine ulaşmasına neden olup, bu bölgenin bunu sezmesine yol açar. Yumakçık bitişiği aygıtının (jukstaglomerüler aygıtı) bir parçası olan maküla densa, damar-etkeni bir bileşik salgılayarak getirici damarların büzülmesine neden olur. Getirici damarların büzülmesi BKA'yı da, GFR'yi de olağan değerlerine döndürür.