แผงกั้นการกรองของโกลเมอรูลัส

แผงกั้นการกรองของโกลเมอรูลัสเป็นผนังสามชั้นที่พลาสมาถูกกรองในโกลเมอรูลัส โดยยอมให้น้ำและสารละลายขนาดเล็กผ่านได้อย่างอิสระ ในขณะที่จำกัดโปรตีนในพลาสมา เช่น อัลบูมิน ทำให้แผงกั้นมีความจำเพาะเจาะจงตามขนาดโมเลกุลและประจุไฟฟ้าที่เป็นลักษณะเฉพาะ

Definition

แผงกั้นการกรองของโกลเมอรูลัสคือผนังหลอดเลือดฝอยของโกลเมอรูลัสที่ประกอบด้วยเยื่อบุผิวที่มีรูพรุน, เยื่อฐานโกลเมอรูลัส และไดอะแฟรมช่องว่างของโพโดไซต์ ซึ่งทำหน้าที่กรองพลาสมาในขณะที่จำกัดการผ่านของโปรตีนในพลาสมาโดยอาศัยขนาดโมเลกุลและประจุไฟฟ้า

Scope

บทความนี้อธิบายถึงสามชั้นของแผงกั้น ได้แก่ เยื่อบุผิวหลอดเลือดฝอยที่มีรูพรุน (fenestrated capillary endothelium), เยื่อฐานโกลเมอรูลัส (glomerular basement membrane) และส่วนยื่นของเท้าโพโดไซต์พร้อมกับไดอะแฟรมช่องว่าง (slit diaphragm) และวิธีการที่ชั้นเหล่านี้ร่วมกันกำหนดการเลือกผ่าน (permselectivity) โดยเน้นที่โครงสร้างและการทำงานปกติ และสรีรวิทยาของภาวะโปรตีนรั่วในปัสสาวะ (proteinuria) ในฐานะปรากฏการณ์ของแผงกั้น โดยละเว้นอัตราการกรองโดยรวมและแรงขับเคลื่อนไว้ในบทความแยกต่างหาก

Core questions

• แผงกั้นการกรองของโกลเมอรูลัสมีสามชั้นอะไรบ้าง?
• แผงกั้นนี้บรรลุการเลือกผ่านตามขนาดและประจุไฟฟ้าได้อย่างไร?
• บทบาทของโพโดไซต์และไดอะแฟรมช่องว่างคืออะไร?
• การทำงานผิดปกติของแผงกั้นเกี่ยวข้องกับภาวะโปรตีนรั่วในปัสสาวะอย่างไร?

Key concepts

• เยื่อบุผิวโกลเมอรูลัสที่มีรูพรุนและไกลโคคาลิกซ์
• เยื่อฐานโกลเมอรูลัส
• ส่วนยื่นของเท้าโพโดไซต์และไดอะแฟรมช่องว่าง
• การเลือกผ่านตามขนาด
• การเลือกผ่านตามประจุไฟฟ้า
• การเลือกผ่านและภาวะโปรตีนรั่วในปัสสาวะ

Mechanisms

การกรองเกิดขึ้นผ่านสามชั้นที่เรียงกัน พลาสมาจะผ่านเยื่อบุผิวที่มีรูพรุนก่อน ซึ่งรูพรุนและไกลโคคาลิกซ์บนพื้นผิวเริ่มจำกัดโมเลกุลขนาดใหญ่ จากนั้นจะผ่านเยื่อฐานโกลเมอรูลัส ซึ่งเป็นเจลของคอลลาเจนและโปรตีโอไกลแคน และสุดท้ายจะผ่านไดอะแฟรมช่องว่างที่เชื่อมต่อส่วนยื่นของเท้าโพโดไซต์ที่อยู่ติดกัน (haraldsson-2008) ชั้นเหล่านี้ร่วมกันส่งผ่านน้ำและสารละลายขนาดเล็ก ในขณะที่ส่วนใหญ่ยังคงกักเก็บอัลบูมินและโปรตีนขนาดใหญ่ไว้ ทำให้เกิดการเลือกผ่านตามขนาด และในระดับที่มีการถกเถียงกันคือตามประจุไฟฟ้า (haraldsson-2008) โพโดไซต์รักษาโครงสร้างของชั้นนอกและความสมบูรณ์ของไดอะแฟรมช่องว่าง ดังนั้นการบาดเจ็บของโพโดไซต์จึงมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการสูญเสียการเลือกผ่านและการรั่วไหลของโปรตีนเข้าสู่สารกรอง (pavenstadt-2003) การซึมผ่านของน้ำโดยรวมของแผงกั้นมีส่วนช่วยในสัมประสิทธิ์การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน (ultrafiltration coefficient) ที่เชื่อมโยงแรงขับเคลื่อนกับอัตราการกรอง (deen-1973)

Clinical relevance

การสูญเสียการเลือกผ่านของแผงกั้นทำให้โปรตีนในพลาสมาเข้าสู่ปัสสาวะได้ และภาวะโปรตีนรั่วในปัสสาวะจึงถูกเข้าใจในทางสรีรวิทยาว่าเป็นสัญญาณของการทำงานผิดปกติของแผงกั้นโกลเมอรูลัส บทความนี้อธิบายถึงแผงกั้นปกติและกลไกของภาวะโปรตีนรั่วในปัสสาวะเพื่อการอ้างอิง และไม่ได้ให้เกณฑ์การวินิจฉัยหรือแนวทางการรักษา

Evidence & guidelines

ข้อมูลในที่นี้อ้างอิงจากการทบทวนแบบบูรณาการเกี่ยวกับคุณสมบัติของแผงกั้นและภาวะโปรตีนรั่วในปัสสาวะ (haraldsson-2008), ชีววิทยาของเซลล์โพโดไซต์ (pavenstadt-2003) และการประมาณค่าสัมประสิทธิ์การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันด้วยวิธีไมโครพันเจอร์ (deen-1973)

History

ภาพของแผงกั้นหลายชั้นปรากฏขึ้นจากการศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนและการศึกษาการซึมผ่านของโกลเมอรูลัสโดยใช้สารติดตามในศตวรรษที่ 20 และมีการพัฒนารูปแบบเชิงปริมาณของการกรองที่เลือกตามขนาดและประจุไฟฟ้าควบคู่ไปกับการวัดพลวัตของโกลเมอรูลัสด้วยวิธีไมโครพันเจอร์ (deen-1973) การค้นพบโปรตีนไดอะแฟรมช่องว่างในภายหลังได้ปรับปรุงความเข้าใจในบทบาทของโพโดไซต์ (pavenstadt-2003) และการทบทวนแบบบูรณาการได้ประเมินการมีส่วนร่วมสัมพัทธ์ของแต่ละชั้นและของประจุไฟฟ้าต่อการเลือกผ่านโดยรวมอีกครั้ง (haraldsson-2008)

Debates

ความสำคัญของการเลือกผ่านตามประจุไฟฟ้าเทียบกับการเลือกผ่านตามขนาดเป็นอย่างไร?

แบบจำลองคลาสสิกให้เหตุผลว่าการกักเก็บโปรตีนส่วนใหญ่ของแผงกั้นเกิดจากประจุลบที่คงที่ แต่ผลงานในภายหลังได้ตั้งคำถามถึงขนาดของผลกระทบจากประจุไฟฟ้าและเน้นย้ำถึงการเลือกผ่านตามขนาดและไกลโคคาลิกซ์ของเยื่อบุผิว ทำให้การให้น้ำหนักสัมพัทธ์ของกลไกเหล่านี้ยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่

Key figures

• Bjorn Haraldsson
• William M. Deen
• Wilhelm Kriz
• Hermann Pavenstadt

Seminal works

• haraldsson-2008
• pavenstadt-2003
• deen-1973

Frequently asked questions

แผงกั้นการกรองของโกลเมอรูลัสมีสามชั้นอะไรบ้าง?

จากเลือดไปยังช่องปัสสาวะ: เยื่อบุผิวหลอดเลือดฝอยที่มีรูพรุน, เยื่อฐานโกลเมอรูลัส และส่วนยื่นของเท้าโพโดไซต์ที่เชื่อมต่อกันด้วยไดอะแฟรมช่องว่าง

ทำไมโดยปกติแล้วจึงแทบไม่มีโปรตีนในปัสสาวะเลย?

แผงกั้นจะจำกัดโปรตีนในพลาสมาตามขนาดและประจุไฟฟ้า ดังนั้นโมเลกุลเช่นอัลบูมินส่วนใหญ่จะถูกกักเก็บไว้ในเลือด ในขณะที่น้ำและสารละลายขนาดเล็กจะผ่านเข้าสู่สารกรอง