การควบคุมการทำงานของท่อไตและโกลเมอรูล (Tubuloglomerular Feedback)

การควบคุมการทำงานของท่อไตและโกลเมอรูล (tubuloglomerular feedback) เป็นวงจรควบคุมที่เชื่อมโยงองค์ประกอบของของเหลวในท่อไตส่วนปลายเข้ากับความตึงตัวของหลอดเลือดแดงนำเข้า (afferent arteriole) ของโกลเมอรูลเอง เซลล์มาคูลาเดนซา (macula densa) ที่มีความจำเพาะจะรับรู้ปริมาณเกลือในของเหลวในท่อไตและส่งสัญญาณย้อนกลับ เพื่อให้แต่ละหน่วยไต (nephron) ปรับการกรองของตนเอง ซึ่งมีส่วนช่วยในการควบคุมการไหลเวียนของเลือดในไตและอัตราการกรองของโกลเมอรูลด้วยตนเอง

Definition

การควบคุมการทำงานของท่อไตและโกลเมอรูล (tubuloglomerular feedback) เป็นกลไกที่เซลล์มาคูลาเดนซาตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของการส่งโซเดียมคลอไรด์ในของเหลวในท่อไตส่วนปลาย และสร้างสัญญาณที่เปลี่ยนแปลงความต้านทานของหลอดเลือดแดงนำเข้าของหน่วยไตเดียวกัน ซึ่งจะปรับอัตราการกรองของโกลเมอรูลของหน่วยไตเดี่ยว

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมกายวิภาคของเครื่องมือข้างโกลเมอรูล (juxtaglomerular apparatus) เซลล์มาคูลาเดนซาในฐานะตัวรับรู้ สัญญาณที่ปรับความตึงตัวของหลอดเลือดแดงนำเข้า และบทบาทของวงจรนี้ในการควบคุมการทำงานของไตโดยรวม โดยเน้นที่สรีรวิทยามากกว่าคำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• เซลล์มาคูลาเดนซารับรู้องค์ประกอบของของเหลวในท่อไตได้อย่างไร?
• สัญญาณนั้นถูกส่งไปยังหลอดเลือดแดงนำเข้าได้อย่างไร?
• เหตุใดการป้อนกลับจึงถูกจัดระเบียบในระดับของหน่วยไตเดี่ยว?
• วงจรนี้เสริมการตอบสนองของกล้ามเนื้อเรียบได้อย่างไร?

Key concepts

• เครื่องมือข้างโกลเมอรูล (Juxtaglomerular apparatus)
• การรับรู้โซเดียมคลอไรด์ของมาคูลาเดนซา (Macula densa sensing of sodium chloride)
• อัตราการกรองของโกลเมอรูลของหน่วยไตเดี่ยว (Single-nephron glomerular filtration rate)
• ความต้านทานของหลอดเลือดแดงนำเข้า (Afferent arteriolar resistance)
• การควบคุมแบบป้อนกลับเชิงลบ (Negative feedback regulation)
• ปฏิสัมพันธ์กับกลไกของกล้ามเนื้อเรียบ (Interaction with the myogenic mechanism)

Mechanisms

ท่อไตส่วนปลายของแต่ละหน่วยไตจะย้อนกลับไปยังโกลเมอรูลของตนเอง โดยมีเซลล์มาคูลาเดนซาอยู่บริเวณผนังของท่อไตที่อยู่ติดกับหลอดเลือดแดงนำเข้าภายในเครื่องมือข้างโกลเมอรูล เมื่อการกรองของโกลเมอรูลเพิ่มขึ้น ทำให้การส่งและการดูดซึมโซเดียมคลอไรด์ที่มาคูลาเดนซาเพิ่มขึ้น เซลล์จะสร้างสัญญาณที่เพิ่มความต้านทานของหลอดเลือดแดงนำเข้า ซึ่งจะลดความดันในหลอดเลือดฝอยของโกลเมอรูลและทำให้อัตราการกรองกลับสู่ระดับปกติ การส่งเกลือที่ลดลงจะมีผลตรงกันข้าม กลไกป้อนกลับเชิงลบนี้ช่วยให้อัตราการกรองของหน่วยไตเดี่ยวคงที่ และมีส่วนร่วมกับการตอบสนองของกล้ามเนื้อเรียบ (myogenic response) ที่เร็วกว่า ในการควบคุมการไหลเวียนของเลือดในไตและอัตราการกรองของโกลเมอรูลด้วยตนเอง การศึกษาในหนูที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมได้ช่วยระบุขั้นตอนการส่งสัญญาณที่เชื่อมโยงการรับรู้ของมาคูลาเดนซากับการตอบสนองของหลอดเลือด

Clinical relevance

การควบคุมการทำงานของท่อไตและโกลเมอรูลเป็นส่วนหนึ่งของวิธีการที่ไตถูกอธิบายว่าประสานการกรองกับการจัดการเกลือในท่อไต และการเปลี่ยนแปลงของการป้อนกลับนี้มีการกล่าวถึงในบริบทของการเปลี่ยนแปลงความดันของโกลเมอรูลในภาวะโรค บทความนี้เป็นสรีรวิทยาเชิงพรรณนาและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษา

Evidence & guidelines

ข้อมูลในที่นี้อ้างอิงจากการทบทวนกลไกการป้อนกลับทั้งแบบคลาสสิกและร่วมสมัย และจากการศึกษาเชิงทดลอง รวมถึงงานวิจัยในหนูที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมที่ได้วิเคราะห์เส้นทางการส่งสัญญาณ

History

การมีอยู่ของความเชื่อมโยงแบบป้อนกลับระหว่างของเหลวในท่อไตและการกรองของโกลเมอรูลถูกอนุมานจากการทดลองไมโครพังเจอร์ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ทศวรรษต่อมาได้ชี้แจงว่ามาคูลาเดนซาเป็นตัวรับรู้ ลักษณะการทำงานและคุณสมบัติทางชีวเคมีของวงจร และใช้สัตว์ที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อกำหนดขั้นตอนระดับโมเลกุลที่เชื่อมโยงการรับรู้เกลือเข้ากับความตึงตัวของหลอดเลือดแดงนำเข้า

Debates

ตัวตนของสัญญาณที่มาจากมาคูลาเดนซาไปยังหลอดเลือดแดงนำเข้า

งานวิจัยได้ตรวจสอบสารสื่อกลางที่เป็นไปได้ รวมถึงอะดีโนซีน (adenosine) และพรอสตาแกลนดิน (prostaglandins) และไนตริกออกไซด์ (nitric oxide) ที่ผลิตขึ้นในท้องถิ่น ซึ่งเชื่อมโยงการรับรู้เกลือของมาคูลาเดนซากับการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของหลอดเลือดแดงนำเข้า และการรวมสัญญาณเหล่านี้ยังคงอยู่ระหว่างการศึกษา

Key figures

• Jürgen Schnermann
• Josephine Briggs
• Mattias Carlström

Seminal works

• briggs-schnermann-1987
• schnermann-2008

Frequently asked questions

เซลล์มาคูลาเดนซารับรู้อะไร?

เซลล์มาคูลาเดนซาตรวจจับความเข้มข้นและการส่งโซเดียมคลอไรด์ในของเหลวในท่อไตที่ไหลผ่านท่อไตส่วนปลาย

เหตุใดการควบคุมการทำงานของท่อไตและโกลเมอรูลจึงถูกจัดระเบียบตามหน่วยไต?

เนื่องจากท่อไตส่วนปลายของแต่ละหน่วยไตจะย้อนกลับไปยังโกลเมอรูลของตนเอง การป้อนกลับจึงปรับการกรองของหน่วยไตเดียวกัน ทำให้สามารถจับคู่การกรองกับการจัดการเกลือในท่อไตได้อย่างละเอียดและเฉพาะที่