نفرون چیست؟ انواع، اجزا و عملکرد به شکل جزء به جزء

نفرون ها واحد عملکرد کلیه هستند و شناخت عملکرد نفرون مساوی با شناخت عملکرد کلیه محسوب میشود. هر نفرون متشکل از کپسول بومن، عروق خونی و یک سری لوله هاست که در نهایت عملکرد این گروه با هم به تولید ادرار منتهی میشود. این مقاله در سلامتانه به طور مفصلی به نفرون ها میپردازد و انوع آن و عملکرد آن شرح داده خواهد شد.

اجزا و عملکرد نفرون

مقدمه: سلول های تشکیل دهنده هر یک از قسمت های لوله نفرونی (اعم از توبول پروگزیمال ، شاخه نزوله قوس هنله و …) هر کدام تخصص یافته اند و فعالیت های منحصر به فرد دارند. این فعالیت ها یا حالت جذبی دارند (مثلاً مواد مفید را جذب می کنند) یا حالت دفعی دارند که مواد مضر را دفع می کنند و این فرآیند ، ترشح نام دارد . البته میزان فعالیت جذب از فعالیت های ترشحی (دفعی) بیشتر است.

شروع کار از لوله پروگزیمال است . بعد از توبول پروگزیمال ، قسمت نازک نزولی قوس هنله قرار دارد ، بعد آن به ترتیب ، لوله هنله ، قسمت نازک صعودی هنله ، قسمت ضخیم صعودی هنله ، توبول دیستال و مجاری جمع کننده ( مجاری جمع کننده قشری، مجاری جمع کننده مدولاری خارجی و مجاری جمع کننده مدولاری داخلی ).

توبول پروگزیمال (توبول صعودی)

در توبول پروگزیمال (توبول صعودی) سدیم، گلوکز و حتی پروتئین ها توسط سلول های اپی تلیالی بازجذب می شوند . یکسری ترنسپورتر ها (ناقل ها) در سطح این سلول های اپی تلیالی قرار دارند که قسمت عمده نمک ، قند و به دنبال آنها آب را جذب می کنند ، بخاطر همین فرآیند ها ، ۶۰ % نمک فیلتره شده ، تا ۹۰ % بیکربنات و بیشتر مواد مواد مغزی بدن اعم از گلوکز و آمینو اسید ها از توبول پروگزیمال بازجذب می شوند.

با اختلال در این بخش لوله نفرونی ، گلوکز ، آمینو اسید ها و پروتئین ها و نمک ها دفع می شوند ، حاصل پیشرفت این عارضه در کودکان “سندروم فانکونی” نام دارد که با دفع قند ها و اسید های آمینه همراه است .این سندروم منشا مادر زادی دارد.

هنله نزولی

قسمت عمده NaCL  و آب از توبول پروگزیمال جذب می شود ، در قسمت نزولی قوس هنله مقداری آب جذب می شود ، در قوس هنله نمک جذب می شود .

هنله صعودی

در اینجا پمپی وجود دارد که  با مصرف ATP جذب Na و Cl به همراه یک K و یک Cl را انجام میدهد، که در مجموع میشود : ۲Cl, K, Na

• پمپ ذکر شده نوعی Cotransporter (هم انتقالگر) است
• در نوعی بیماری اطفال ، بخاطر اختلال این پمپ ، به هم ریختگی مایعات بدن ، دفع پتاسیم از خون و از دست دادن حجم آب بدن دیده می شود ، نام این بیماری ، “سندروم بارتر“ است . علائم آن شامل افت سدیم ، پتاسیم ، کلر و کم آبی است
• ۱۵-۲۰% از NaCl که در توبول پروگزیمال جذب نشده بود ، از قوس هنله جذب می شود .

توبول دیستال

در توبول دیستال نفرون دیگر تقریباً تمام آب و املاحی که باید بازجذب  شوند، این اتفاق برایشان رخ داده و مواد باقی مانده باید دفع شوند . حال ، توبول دیستال و هر ۳ مجاری جمع کننده ادرار  بنا به شرایط بدن آماده فعالیت می باشد .

• ۵% از NaCl فیلتر شده (به همراه مقدار کمی آب ) از توبول دیستال جذب می شوند
• در این توبول ، پمپی وجود دارد که یک Na را به همراه یک Cl باز جذب میکند .( Cotransporter)
• یکسری از دارو ها تحت عنوان دیورتیک ها ( دارو های ادرار آور ) مثل ” هیدروکلرونیازید” که نوعی کاهنده فشار خون است با مهار این پمپ منجر به دفع Na , Cl میشود که نهایتاً باعث کاهش فشار خون می شود.

توبول جمع کننده

یکی از سلول های مهم این قسمت که پرینسیپل (Principal) نام دارد در بخش cortical آن قرار گرفته ، کارش جذب یک Na و دفع یک K است. هورمون آلدسترون تحریک جذب این یون سدیم از این سلول ها را تحریک میکند. آنژیوتانسین ۲ نیز باعث ترشح آلدوسترون میشود.

در برخی از بیماری ها ، سلول پرینسیپل دچار اختلال شده است ،مثلاً در اثر پر کاری این سلول ها ، دفع K زیاد شده و فرد دچار هایپوکالمی می شود . یکی از راه های دفع K اضافی بدن توسط نفرون ها، بجز فیلتراسیون گلومرولی ، ترشح آن بواسطه همین سلول های Principal است . در مواقعی که غذای پتاسیم دار (مثل موز) مصرف می کنیم ، پتاسیم اضافی خون اگر توسط این سلول ها دفع نشود ، نتیجه آن مرگ در اثر آریتمی قلبی می باشد . اما این سلول ها این K اضافی را حس کرده و به واسطه پمپ Na/k ATPase آزاد کرده و سپس دفع می کنند . در اثر کم کاری این سلول ها ، هایپرکالمی رخ میدهد.

کار سلول های ناحیه Medullary لوله های جمع کننده ادرار با داشتن نوعی پمپ ، جذب K و دفع یک H است. H که شاخص اسیدی بدن است از همین مکان بواسطه ترشح دفع می شود . نام این سلول ها Intercalated Type A میباشد.د۴-۵% مایع فیلتره شده از مجاری جمع کننده بازجذب می شود.

افرادی که سطح آلدسترون بدنشان بالاست ، بعضاً دچار افزایش فشار خون و همچنین هایپوکالمی میشوند. همچنین افرادی که دارو های کاهنده فشار خون با عملکرد سرکوب آلدسترون مصرف می کنند ، دچار عارضه جانبی از نوع هایپرکالمی خواهند شد.

سلول های ناحیه medullary Collecting Duct Inner

در نفرون ها این سلول ها نسبت به آب کاملاً نفوذ ناپذیرند، اما در عمق این سلول ها (یعنی در عمق کلیه) محیطی کاملاً غلیظ قرار دارد که حاصل بازجذب املاح از توبول های پیشین و حریص به بازجذب آب است ، اما همانطور که گفته شد ، در حالت عادی ، به علت نفوذ ناپذیری این توبول ها ، این آب بازجذب نمی شود . اما در مواقعی که به همین آب هم نیاز هست ، سلول های این ناحیه ، وارد عمل می شوند و بخاطر ارتباط تنگاتنگ با هورمون ADH دارند، از این هورمون تاثیر پذیرفته و با باز شدن یکسری کانال ها ، آب را جذب می کنند.

نتیجه گیری: تلغیظ ادرار در مواقعی است که فشار خون یا حجم مایعات خارج سلولی افت کرده است . حالت عکس این پدیده ، در مواقعی که سلول های Inner Medullary Duct کار نکنند اتفاق می افتد که ADH اثرگذار نیست و نتیجه آن افزایش حجم ادرار است . در مواقعی که فرد با شرایط کم آبی روبرست و نیاز به تغلیظ ادرار دارد ، این پدیده رخ نمی دهد و این حالت را دیابت بی مزه مینامند.

انواع نفرون

به واحد عملکرد کلیه ها ( که به تعداد زیاد در هر کلیه حضور دارد ) نفرون گفته میشود. در واقع هر نفرون ، از یک گلومرول و توبولی که به آن متصل است تشکیل شده است.

نفرون ها به دو گروه زیر تقسیم می شوند :

1. کورتیکال (قشری) : در قسمت های فوقانی کورتکس قرار می گیرند. لوپ هنله نفرون کورتیکال تا ناحیه خارجی مدولا (Outer Medulla) پایین می رود و سپس بر میگردد.

1. نزدیک به مدولا (Juxtamedullary Nephrons) : یکسری دیگر از نفرون ها در نزدیکی مدولا (همچنان در قشر حضور دارند اما در قسمت های نزدیکبه مدولا) قرار دارند. لوپ هنله نفرون ژوکستامدولاری تا ناحیه عمقی مدولا Inner Medulla پایین میرود.

از مقایسه طول این نفرون ها به مقایسه عملکرد آنها می رسیم:

• نفرون های کورتیکال ، سطحی هستند و لوپ هنله سطحی دارند و وظیفه اصلی آن تراوایی یا فیلتراسیون مواد است .
• نفرون های ژوکستا مدولاری، عمقی تر با لوپ هنله ای بسیار عمقی هستند که می توانند با فرو رفتن به اعماق بافت کلیه ، مواد را قبل از دفع دوباره بازجذب کنند و بنابر این وظیفه اصلی بازجذب را بر عهده دارند

دو وظیفه عمده کلیه ها ، یکی گرفتن مواد زائد خون و دفع آنها به درون توبول ها (Filtration) و دیگری بازجذب (Reabsorption)بعضی مواد مفید که نباید دفع شوند می باشد .

با توجه به نکات فوق آسیب به هر بخش عواقب خود را دارد:

• آسیب به ناحیه مجاور مدولا ، مساویست با اخلال در روند بازجذب. بنابراین بیمار دچار دیورز (دفع زیاد ادرار) میشود.
• آسیب به ناحیه سطحی کورتکس ، مساویست با اخلال روند فیلتراسیون. بنابراین در بیمار تجمع مواد یا ادم را داریم.

مقایسه بین دو نوع نفرون قشری و مرکزی

ترشح

اکثریت نفرون های ما از نوع کورتیکال هستند که توبول هایشان در نواحی میانی و خارجی کورتکس قرار گرفته است. بنابراین %۸۰ کل نفرون ها وظیفه اصلی فیلتراسیون را به عهده دارند.

نفرون های ژوکستامدولاری که وظیفه اصلی تغلیظ ادرار را بر عهده دارند ۲۰% نفرون ها را شامل میشود. تعداد کمتر نفرون های ژوکستامدولاری بدین معنا نیست که کلیه ها لزوماً عمل فیلتراسیون را ۴ برابر بیشتر از بازجذب انجام می دهند! چون طول توبول هر ژوکستامدولاری حدوداً سه برابر یک نفرون کورتیکال است و این اختلاف طول تا حدی اختلاف عددی را می پوشاند .

البته در حقیقت ، کلیه ها عمل فیلتراسیون را بیشتر از بازجذب انجام می دهند ، به خاطر همین ما هر روز ادرار دفع می کنیم ، در صورتی که اگر بازجذب با فیلتراسیون برابر بود ما هیچ ادراری دفع نمی کردیم !

بازجذب

نفرون های ژوکستامدولاری هم عمل فیلتراسیون را انجام می دهند ،چون به هر حال گلومرول دارند.

عمل بازجذب ، به درون خون انجام می شود ، پس قاعدتاً باید همراه با لوله نفرونی (شامل توبول های پروگزیمال و دیستال و لوب هنله و…) عروق خونی وجود داشته باشد تا بازجذب به وسیله آنها انجام شود . این عروق همراه با توبول به عروق کلیه رفته و برمی گردند .

عروق مستقیم ساختار عروقی همراه با لوله نفرونی هستند که بیشتر در ارتباط با نفرون های ژوکستامدولاری و عمل بازجذب و پروسه تغلیظ ادرار می باشد.

از آنجایی که این عروق (رگ مستقیم) تا قسمت های عمقی کلیه می روند و بر می گردند ، بنابر این بیشتر با مفهوم نفرون های ژوکستامدولاری مطابقت دارند ، اما این به آن معنی نیست که نفرون های کورتیکال ، عروق مستقیم ندارند .

سوال: چرا هورمون های موثر بر روند بازجذب، بیشتر روی نفرون های ژوکستامدولاری اثر می گذارند؟ چون این نفرون های ژوکستامدولاری طول بیشتری دارند ، پس با داشتن سلول های بیشتر ، سطح تاثیر پذیری بالاتری از این هورمون ها دارند اما نفرون های کورتیکال طول کمتر و تاثیر پذیری کمتری دارند .

سد گلومرولی (Glomerular Barrier) بخش مهمی در نفرون هاست

سد گلومرولی متشکل از اندوتلیوم (عروق)، GBM و اپیتلیوم ها (پدوسیت) است. از این جهت به آن سد گفته میشود که جلوی فیلتراسیون تمام اجزا خون را می گیرند و به اکثر مواد خون (اعم از پروتئین ها ، WBC،RBC و …) اجازه عبور نمیدهد. در یکسری از بیماری های گلومرولی این سد دچار مشکلاتی می شود و نتیجه آن ورود خون و پروتئین و… به ساختمان ادرار خواهد بود .

انتخاب برای عبور از سد گلومرولی

موادی که می خواهند از سد گلومرولی عبور کنند باید چند ویژگی را دارا باشند . به بیان دیگر ، این سد برای عبور مواد مختلف از خودش ، دو نوع انتخاب (selection) را اعمال میکند:

1. Size selection: موادی که اندازه ای کوچکتر از حد خاصی را دارند ، اجازه عبور می یابند. مانند آّب. علت اصلی اینکه در ادرار بعضی مواد با اندازه ی شبیه به ملکول آب (که در حالت عادی در خون وجود دارند) را نمی بینیم ، همین پدیده انتخاب بر اساس بار الکتریکی می باشد که به آن ملکول ها اجازه عبور از سد گلومرولی و فیلتراسیون را نداده است.
2. Charge Selection: مواد خاصی در سد گلومرولی این ویژگی را دارند که ملکول های آنیونی را از خود دور می کنند و کاتیون هارا جذب می کنند.
3. وجود پدیده Charge Selection به حفظ برخی از ملکول ها و ترکیبات حیاتی در بدن کمک می کند ، مثل پروتئین ها (که بار منفی دارند ) ، به همین خاطر با به هم خوردن سد گلومرولی ، پروتئین ها به ادرار راه میابند . پس راه یافتن پروتئین ها (مثل آلبومین) به ادرار می تواند به علت بر هم خوردن Charge Selection باشد ، البته می تواند علل دیگری هم داشته باشد.

یکی از عوارض دیابت، عوارض کلیوی می باشد (Diabetic Nephropathy) که یکی از اولین علائم آن ، دفع آلبومین (آلبومینوری) می باشد . چون قند خون و فرآورده های حاصل از آن که برای توبول های کلیوی “توکسین” محسوب می شوند به سد گلومرولی آسیب می زنند و Charge Selection بر هم میخورد.

سیستم جنب گلومرولی (Juxtamedullary Apparatus) مغز نفرون است

تعریف: این دستگاه قسمتی از سلول های تخصصی تر کلیه هاست و در محاذات هر گلومرول قرار گرفته است. در ابتدا به بررسی سلول های موجود در سیستم جنب گلومرولی میپردازیم و اینگونه به ساختمان این دستگاه پی میبریم. سلول های سیستم جنب گلومرولی عبارتند از:

• سلول های اپی تلیومی تشکیل دهنده گلومرول ۲ دسته اند ، یکسری جداری (Parietal) و یک سری هم احشایی (visceral) هستند . سلول های لایه احشایی که عروق را در بر می گیرند “پودوسیت” نام دارند.
• لا به لای این بافت گلومرولی ، نوعی بافت مزانشیمی هم هست که سلول های اصلی تشکیل دهنده این بافت ، “سلول های مزانژئال” نام دارند . در یکسری از بیماری های گلومرولی ، این سلول ها آسیب دیده اند . در واقع بیماری اصلی بافت گلومرولی و تشکیل دهنده “ماتریکس گلومرولی” همین سلول های مزانژئال هستند .
• سلول های توبولی در امتداد لایه احشایی اپی تلیوم قرار می گیرند و توبول های پروگزیمال ، قوس هنله و … را می سازند.
• یکسری از سلول های توبول دیستال در مجاورت نزدیک با گلومرول قرار دارند ، این سلول ها در محاذات گلومرول قرار می گیرند و دستگاه جنب گلومرولی را شکل ی دهند و به همین خاطر تخصصی می شند و «ماکولا دنسا» نام می گیرند .
• در جایی که شریانچه های آوران و وابران و سلول های مزانژئال و ماکولا دنسا در مجاورت هم قرار می گیرند ، در شریانچه آوران سلول هایی تخصص یافته دیده می شود که “سلول های گرانولار” نام دارند چون پر از گرانول میباشند.

نتیجه: سلول های گرانولار (از شریانچه آوران) ، سلول های مزانژئال و سلول های ماکولا دنسا در کنار هم نوعی دستگاه را ایجاد می کنند که دستگاه جنب گلومرولی نام می گیرند . اهمیت این دستگاه در فعال شدن و کلید زدن یکسری واکنش ها به نام “سیستم رنین- آنژیوتانسین” است .

عملکرد دستگاه جنب گلومرولی

دستگاه جنب گلومرولی را “مغز گلومرول” می نامند . نتیجه نهایی فعال شدن دستگاه جنب گلومرولی و سیستم رنین آنژیوتانسین ، تولید ماده ای به نام آنژیوتانسین (II (Angiotensin II است که یکسری اعمال را انجام می دهد که با تعادل آب و محلول ها در ارتباط است. سلول های گرانولار (در جدار شریانچه آوران و در مجاورت با سلول های ماکولا دنسا) ماده ای بنام رنین (Renin) ترشح می کنند می کنند که کار اصلی آن تبدیل مولکولی بنام آنژیوتانسینوژن به آنژِوتانسین I است. سپس Ang1 توسط آنزیم ACE 1 به Ang2 تبدیل میشود.

اهمیت این دستگاه جنب گلومرولی در نفرون ها در مواقع کاهش فشار خون است (مثل اسهال و استفراغ و … ). در این حالت فشار الکترولیت های محلول در در ادرار (که از توبول دیستال هم عبور می کنند) کمتر می شود . سلول های ماکولا دنسا این کاهش فشار را حس می کنند و بلافاصله با ارسال پیام های عصبی به سیستم ژوکستامدولاری ، سلول های گرانولار را وادار به ترشح رنین می کنند . با توضیحات فوق الذکر ، نهایتاً سطح Ang2 در خون بالا می رود و نتیجه آن تنگی عروق و افزایش فشار خون است.

پس وظیفه اصلی این دستگاه حفظ تعادل همودینامیک بدن است و فرآورده نهایی آن Ang2 است.

نکاتی در مورد آنزیم ACE

• خیلی از دارو هایی که مصرف می کنیم آنزیم ACE را مهار می کنند . مثلاً “باکاپتوپرین” که نوعی داروی کاهنده فشار خون است ، آنالپرین یا لوزارتان و… که جلوی تنگی عروق را می گیرند
• در فردی که بنا به دلایلی افت فشار خون دارد ، تجویز این دارو ها کشنده است.
• آنزیم ACE آنزیمی همیشه فعال است که برخی مواقع (مثلاً وقتی شخصی اسهال دارد ) بیشتر کار می کند و برخی مواقع هم به صورت غیر طبیعی فعال است که باید تا حدی مهار گردد .