ห่วงเฮนเลและกลไกการเพิ่มความเข้มข้นแบบทวนกระแส

ห่วงเฮนเลเป็นส่วนของหน่วยไตที่มีลักษณะคล้ายกิ๊บติดผมที่หย่อนลงไปในไขกระดูกไตและกลับขึ้นมายังเปลือกไต แขนขาลงและขึ้นของมันมีความสามารถในการซึมผ่านที่ตรงกันข้าม และการจัดเรียงนี้ทำให้การดูดซึมเกลือกลับอย่างแข็งขันในแขนขาขึ้นสามารถขยายไปสู่การไล่ระดับความเข้มข้นของออสโมติกที่สูงชันตลอดไขกระดูกไต การไล่ระดับความเข้มข้นนั้นสร้างขึ้นโดยการเพิ่มความเข้มข้นแบบทวนกระแส ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้ไตสามารถผลิตปัสสาวะที่มีความเข้มข้นมากกว่าพลาสมาได้

Definition

ห่วงเฮนเลเป็นส่วนของหน่วยไตที่มีรูปร่างตัว U ซึ่งมีแขนขาลงที่น้ำซึมผ่านได้และแขนขาขึ้นส่วนหนาที่ขนส่งเกลือและน้ำซึมผ่านไม่ได้ ทำงานร่วมกันเป็นกลไกการเพิ่มความเข้มข้นแบบทวนกระแส สร้างเนื้อเยื่อคั่นระหว่างเซลล์ในไขกระดูกไตที่มีความเข้มข้นสูง (hyperosmotic) ซึ่งขับเคลื่อนการดูดซึมน้ำกลับจากท่อรวม

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้างและความสามารถในการซึมผ่านที่แตกต่างกันของแขนขาลงและแขนขาขึ้นส่วนหนา การขนส่ง NaCl แบบแอคทีฟที่เป็นพลังงานขับเคลื่อนระบบ กลไกการเพิ่มความเข้มข้นแบบทวนกระแสที่สร้างการไล่ระดับความเข้มข้นของออสโมติกจากเปลือกไตถึงไขกระดูกไต และบทบาทของหลอดเลือดฝอยรอบห่วงเฮนเล (vasa recta) และยูเรียในการรักษาสภาพดังกล่าว นี่คือข้อมูลอ้างอิงทางสรีรวิทยา ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• แขนขาลงและแขนขาขึ้นมีความแตกต่างกันอย่างไรในด้านความสามารถในการซึมผ่าน?
• การดูดซึม NaCl กลับอย่างแข็งขันในแขนขาขึ้นส่วนหนาขับเคลื่อนระบบได้อย่างไร?
• กลไกการเพิ่มความเข้มข้นแบบทวนกระแสสร้างการไล่ระดับความเข้มข้นในไขกระดูกไตได้อย่างไร?
• หลอดเลือดฝอยรอบห่วงเฮนเล (vasa recta) และยูเรียช่วยรักษาภาวะความเข้มข้นสูงในไขกระดูกไตได้อย่างไร?

Key concepts

• แขนขาลงที่น้ำซึมผ่านได้
• แขนขาขึ้นส่วนหนาที่น้ำซึมผ่านไม่ได้
• ตัวขนส่งร่วม Na-K-2Cl (NKCC2)
• ผลเดี่ยวและการเพิ่มความเข้มข้นตามแนวแกน
• การไล่ระดับความเข้มข้นของออสโมติกจากเปลือกไตถึงไขกระดูกไต
• การแลกเปลี่ยนแบบทวนกระแสในหลอดเลือดฝอยรอบห่วงเฮนเล (vasa recta)
• การรีไซเคิลยูเรียและภาวะความเข้มข้นสูงในไขกระดูกไต

Key theories

กลไกการเพิ่มความเข้มข้นแบบทวนกระแส

การขนส่ง NaCl แบบแอคทีฟออกจากแขนขาขึ้นส่วนหนาที่น้ำซึมผ่านไม่ได้จะสร้างความแตกต่างของความเข้มข้นของออสโมติกในแนวขวางที่ไม่มากนักในแต่ละระดับ เนื่องจากของเหลวในแขนขาทั้งสองไหลไปในทิศทางตรงกันข้าม ผลเดี่ยวเล็กๆ นี้จึงถูกเพิ่มขึ้นตลอดความยาวของห่วงเฮนเลให้กลายเป็นการไล่ระดับความเข้มข้นของออสโมติกจากเปลือกไตถึงไขกระดูกไตตามแนวแกนขนาดใหญ่

Mechanisms

ในแขนขาขึ้นส่วนหนา ตัวขนส่งร่วม Na-K-2Cl (Na-K-2Cl cotransporter) ที่อยู่ด้านปลายเซลล์ ซึ่งได้รับพลังงานจาก Na+/K+-ATPase ที่อยู่ด้านฐานเซลล์ จะดูดซึมโซเดียมและคลอไรด์กลับในขณะที่ส่วนนี้ยังคงไม่ให้น้ำซึมผ่านได้ ซึ่งจะทำให้ของเหลวในท่อเจือจางลงและเพิ่มเกลือเข้าไปในเนื้อเยื่อคั่นระหว่างเซลล์ ซึ่งเรียกว่าผลเดี่ยว (single effect) เนื่องจากแขนขาลงให้น้ำซึมผ่านได้และมีความเข้มข้นเพิ่มขึ้นเมื่อของเหลวเคลื่อนที่เข้าด้านใน และแขนขาขึ้นเจือจางลงเมื่อของเหลวเคลื่อนที่ออกด้านนอก การไหลที่ตรงกันข้ามนี้จะเพิ่มผลเดี่ยวให้กลายเป็นการไล่ระดับความเข้มข้นของออสโมติกที่สูงชันจากเปลือกไตไปยังไขกระดูกไตส่วนใน หลอดเลือดฝอยรอบห่วงเฮนเล (vasa recta) ไหลแบบทวนกระแสเพื่อดักจับสารละลายและจำกัดการชะล้าง และการรีไซเคิลยูเรียเข้าสู่ไขกระดูกไตส่วนในมีส่วนช่วยเพิ่มภาวะความเข้มข้นสูงในเนื้อเยื่อคั่นระหว่างเซลล์ (interstitial hyperosmolality) การไล่ระดับความเข้มข้นที่เกิดขึ้นนี้ให้แรงออสโมติกสำหรับการดูดซึมน้ำกลับเมื่อท่อรวมให้น้ำซึมผ่านได้

Clinical relevance

การขนส่งเกลือของแขนขาขึ้นส่วนหนาและการไล่ระดับความเข้มข้นในไขกระดูกไตอธิบายว่าไตเจือจางหรือทำให้ปัสสาวะเข้มข้นได้อย่างไร ซึ่งเป็นพื้นฐานทางสรีรวิทยาสำหรับการทำความเข้าใจความผิดปกติของสมดุลน้ำและเป็นตำแหน่งการออกฤทธิ์ของยาขับปัสสาวะกลุ่มลูป (loop diuretics) ข้อมูลนี้อธิบายกลไกการทำให้ปัสสาวะเข้มข้นตามปกติเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงและไม่ได้ให้คำแนะนำในการวินิจฉัยหรือการรักษา

Evidence & guidelines

แบบจำลองการทวนกระแสที่สรุปไว้ที่นี่ได้รับการสนับสนุนจากการศึกษาด้วยวิธีไมโครพังเจอร์ (micropuncture) และการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ รวมถึงการระบุลักษณะทางโมเลกุลของตัวขนส่งในแขนขาขึ้นส่วนหนา ดังที่ได้รวบรวมไว้ในบทความทบทวนกลไกการทำให้ปัสสาวะเข้มข้นที่อ้างถึง

History

สมมติฐานการทวนกระแสเกิดขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 และได้รับการสนับสนุนจากการวัดด้วยวิธีไมโครพังเจอร์ที่แสดงให้เห็นถึงความเข้มข้นของออสโมติกที่เพิ่มขึ้นเมื่อเข้าใกล้ปุ่มไต (renal papilla) ต่อมาการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์และการระบุทางโมเลกุลของตัวขนส่งร่วม Na-K-2Cl และตัวขนส่งยูเรียในไขกระดูกไตได้ปรับปรุงคำอธิบายว่าการไล่ระดับความเข้มข้นถูกสร้างและรักษาไว้อย่างไร

Debates

การไล่ระดับความเข้มข้นในไขกระดูกไตส่วนในเกิดขึ้นได้อย่างไร?

แขนขาขึ้นส่วนบางของไขกระดูกไตส่วนในขาดการขนส่ง NaCl แบบแอคทีฟที่พบในแขนขาขึ้นส่วนหนา ดังนั้นกลไกที่แน่นอนที่ทำให้ปัสสาวะเข้มข้นขึ้นในไขกระดูกไตส่วนลึกที่สุดจึงยังคงเป็นที่ถกเถียงกัน โดยมีแบบจำลองที่อ้างถึงการเคลื่อนที่ของสารละลายและยูเรียแบบพาสซีฟ และโครงสร้างสามมิติของไขกระดูกไต

Key figures

• Carl W. Gottschalk
• Jeff M. Sands
• Harold E. Layton

Seminal works

• sands-2014
• mount-2014
• pannabecker-2013

Frequently asked questions

ทำไมแขนขาขึ้นส่วนหนาจึงถูกเรียกว่าส่วนที่ทำให้เจือจาง?

เนื่องจากมันดูดซึมโซเดียมและคลอไรด์กลับอย่างแข็งขัน แต่น้ำซึมผ่านไม่ได้ ดังนั้นของเหลวที่ออกจากส่วนนี้จึงเจือจางกว่าพลาสมา ในขณะที่เกลือที่ถูกดูดซึมกลับทำให้เนื้อเยื่อคั่นระหว่างเซลล์โดยรอบมีความเข้มข้นมากขึ้น

วัตถุประสงค์ของการไล่ระดับความเข้มข้นของออสโมติกในไขกระดูกไตคืออะไร?

มันให้แรงขับเคลื่อนออสโมติกที่ดึงน้ำออกจากท่อรวมเมื่อส่วนนั้นให้น้ำซึมผ่านได้ ทำให้ไตสามารถทำให้ปัสสาวะเข้มข้นขึ้นได้