โครงสร้างไตและการกรองของโกลเมอรูลัส

โครงสร้างไตและการกรองของโกลเมอรูลัสเป็นส่วนหนึ่งของสรีรวิทยาไตที่เชื่อมโยงสถาปัตยกรรมของหน่วยไตเข้ากับขั้นตอนแรกของการสร้างปัสสาวะ หน่วยการทำงานของไตคือหน่วยไต (nephron) ซึ่งเริ่มต้นด้วยโกลเมอรูลัส (glomerulus) ที่พลาสมาในเลือดถูกกรองผ่านเยื่อกั้นพิเศษ ปริมาตรที่ถูกกรองต่อหน่วยเวลา ซึ่งเรียกว่าอัตราการกรองของโกลเมอรูลัส (glomerular filtration rate) ถูกควบคุมโดยสมดุลของความดันอุทกสถิต (hydrostatic) และความดันออนโคติก (oncotic) (Starling) ทั่วหลอดเลือดฝอยของโกลเมอรูลัส

Definition

โครงสร้างไตและการกรองของโกลเมอรูลัสเกี่ยวข้องกับการจัดระเบียบของหน่วยไตและโกลเมอรูลัส และปัจจัยทางกายภาพของการกรองแบบพิเศษของโกลเมอรูลัส ซึ่งเป็นการแยกสารกรองที่ปราศจากโปรตีนออกจากพลาสมาโดยอาศัยความดัน ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของการสร้างปัสสาวะ

Scope

ส่วนนี้จะแนะนำผู้อ่านเกี่ยวกับหัวข้อโครงสร้างและการกรองที่จัดกลุ่มอยู่ภายใต้หัวข้อนี้ ได้แก่ กายวิภาคศาสตร์และหน้าที่ของหน่วยไต, เยื่อกั้นการกรองของโกลเมอรูลัสแบบหลายชั้น, อัตราการกรองของโกลเมอรูลัสและวิธีการวัดและประมาณค่า, สัดส่วนการกรอง (filtration fraction), และแรงสตาร์ลิง (Starling forces) ที่ขับเคลื่อนการกรองแบบพิเศษ (ultrafiltration) ในโกลเมอรูลัส โดยถือว่าสิ่งเหล่านี้เป็นสรีรวิทยาอ้างอิง ไม่ใช่แนวทางทางคลินิก และปล่อยให้การขนส่งผ่านท่อไต, การจัดการน้ำและอิเล็กโทรไลต์, และการควบคุมสมดุลกรด-ด่างเป็นหน้าที่ของส่วนอื่น ๆ ของสรีรวิทยาไต

Sub-topics

• สัดส่วนการกรอง
• แผงกั้นการกรองของโกลเมอรูลัส
• อัตราการกรองของไต (Glomerular Filtration Rate)
• โครงสร้างและการทำงานของหน่วยไต
• แรงสตาร์ลิงในโกลเมอรูลัส

Core questions

• หน่วยไตมีการจัดระเบียบอย่างไร และโครงสร้างของมันสนับสนุนการกรองได้อย่างไร?
• อะไรที่ทำให้เยื่อกั้นการกรองของโกลเมอรูลัสมีความสามารถในการเลือกผ่านตามขนาดและประจุ?
• อะไรเป็นตัวกำหนดอัตราการกรองของโกลเมอรูลัส และมีการวัดหรือประมาณค่าอย่างไร?
• แรงสตาร์ลิงทั่วหลอดเลือดฝอยของโกลเมอรูลัสกำหนดอัตราการกรองแบบพิเศษได้อย่างไร?

Key concepts

• หน่วยไตในฐานะหน่วยการทำงานของไต
• การกรองแบบพิเศษของโกลเมอรูลัส
• เยื่อกั้นการกรองของโกลเมอรูลัส (เยื่อบุผิว, เยื่อฐาน, ช่องว่างของโพโดไซต์)
• อัตราการกรองของโกลเมอรูลัส (GFR)
• สัดส่วนการกรอง
• แรงสตาร์ลิงและความดันการกรองแบบพิเศษสุทธิ
• สัมประสิทธิ์การกรองแบบพิเศษ (Kf)

Mechanisms

ไตแต่ละข้างมีหน่วยไตประมาณหนึ่งล้านหน่วย และหน่วยไตแต่ละหน่วยเริ่มต้นด้วยโกลเมอรูลัส ซึ่งเป็นกระจุกของหลอดเลือดฝอยที่หุ้มอยู่ในแคปซูลของโบว์แมน (Bowman's capsule) พลาสมาที่เข้าสู่โกลเมอรูลัสจะถูกกรองผ่านเยื่อกั้นสามชั้นเข้าสู่ช่องของโบว์แมน (Bowman's space) ทำให้เกิดสารกรองที่ปราศจากโปรตีนเป็นหลัก อัตราการกรองนี้ หรือ GFR ถูกกำหนดโดยความดันการกรองแบบพิเศษสุทธิ (net ultrafiltration pressure) (สมดุลของความดันอุทกสถิตในหลอดเลือดฝอย, ความดันอุทกสถิตในช่องของโบว์แมน, และความดันออนโคติกในพลาสมา) คูณด้วยสัมประสิทธิ์การกรองแบบพิเศษ (ultrafiltration coefficient) ดังที่ได้มีการจัดทำเป็นแบบแผนในการศึกษาพลศาสตร์ของโกลเมอรูลัสด้วยเทคนิคไมโครพังเจอร์ (micropuncture) (brenner-1971) สัดส่วนของกระแสเลือดพลาสมาที่กลายเป็นสารกรองคือสัดส่วนการกรอง การเลือกผ่านของเยื่อกั้น ซึ่งโดยปกติจะรักษาสารอัลบูมินและโปรตีนขนาดใหญ่ไว้ในเลือด ขึ้นอยู่กับโครงสร้างที่ประสานกันของเยื่อบุผิว (endothelium), เยื่อฐาน (basement membrane), และโพโดไซต์ (podocytes) (haraldsson-2008)

Clinical relevance

GFR เป็นมาตรวัดสรุปที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดของหน้าที่ไตโดยรวม และการวัดและการประมาณค่า GFR เป็นพื้นฐานในการอธิบายหน้าที่ไตในสาขาวิทยาศาสตร์สุขภาพ (stevens-2006) หัวข้อในส่วนนี้อธิบายว่าการกรองทำงานตามปกติอย่างไรและมีการวัดปริมาณอย่างไร โดยจะอธิบายสรีรวิทยาและพื้นฐานของการวัดทั่วไป แทนที่จะให้เกณฑ์การวินิจฉัยหรือคำแนะนำในการรักษา

Evidence & guidelines

กรอบแนวคิดทางสรีรวิทยาในที่นี้อ้างอิงจากการวัดความดันและการไหลของโกลเมอรูลัสด้วยเทคนิคไมโครพังเจอร์แบบคลาสสิก (brenner-1971) และจากการทบทวนแบบบูรณาการเกี่ยวกับหน้าที่ของเยื่อกั้น (haraldsson-2008) ส่วนการนำการวัดและการประมาณค่า GFR ไปใช้ทางคลินิกได้สรุปไว้ในการทบทวนทางไตวิทยา (nephrology reviews) (stevens-2006)

History

การศึกษาเชิงปริมาณของการกรองของโกลเมอรูลัสได้ถูกจัดตั้งขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 โดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านการสังเคราะห์วิธีการเคลียร์แรนซ์ (clearance methods) ของ Homer Smith สำหรับการวัดหน้าที่ไต (smith-1951) การวัดโดยตรงของความดันและการไหลที่ควบคุมการกรองของหน่วยไตเดี่ยวเกิดขึ้นในภายหลัง ผ่านการศึกษาด้วยเทคนิคไมโครพังเจอร์ของโกลเมอรูลัสในหนู ซึ่งได้กำหนดพลศาสตร์ของการกรองแบบพิเศษ (brenner-1971)

Key figures

• Homer W. Smith
• Barry M. Brenner
• William M. Deen
• Ernest Starling

Seminal works

• smith-1951
• brenner-1971
• haraldsson-2008

Frequently asked questions

ส่วนนี้ครอบคลุมอะไรบ้าง?

ครอบคลุมโครงสร้างของหน่วยไตและโกลเมอรูลัส และฟิสิกส์ของการกรองของโกลเมอรูลัส ได้แก่ เยื่อกั้นการกรอง, อัตราการกรองของโกลเมอรูลัส, สัดส่วนการกรอง, และแรงสตาร์ลิงที่ขับเคลื่อนการกรองแบบพิเศษ

การสร้างปัสสาวะเริ่มต้นที่ใด?

เริ่มต้นที่โกลเมอรูลัส ซึ่งพลาสมาจะถูกกรองผ่านเยื่อกั้นของโกลเมอรูลัสเข้าสู่ช่องของโบว์แมน เพื่อสร้างสารกรองเริ่มต้นที่ปราศจากโปรตีน ซึ่งส่วนที่เหลือของหน่วยไตจะทำการปรับเปลี่ยนต่อไป