การทำให้ปัสสาวะเข้มข้นและการทำให้ปัสสาวะเจือจาง

การทำให้ปัสสาวะเข้มข้นและการทำให้ปัสสาวะเจือจางเป็นความสามารถของไตในการปรับเปลี่ยนความเข้มข้นของปัสสาวะที่ขับออกมาในช่วงที่กว้างมาก ในขณะที่ยังคงรักษาน้ำไว้หรือกำจัดน้ำออก เพื่อให้ความเข้มข้นของพลาสมาคงที่เกือบตลอดเวลา แม้จะมีการเปลี่ยนแปลงปริมาณน้ำที่ได้รับเข้าสู่ร่างกายอย่างมาก ไตบรรลุเป้าหมายนี้ได้โดยการสร้างสารละลายที่มีความเข้มข้นสูงในเนื้อเยื่อคั่นระหว่างเซลล์ของไขกระดูกไต (medulla) และควบคุมปริมาณน้ำที่ท่อรวม (collecting duct) ส่งกลับคืนสู่ร่างกาย ซึ่งส่วนใหญ่ควบคุมโดยฮอร์โมนต้านการขับปัสสาวะ (antidiuretic hormone)

Definition

การทำให้ปัสสาวะเข้มข้นและการทำให้ปัสสาวะเจือจางหมายถึงการปรับความเข้มข้นของปัสสาวะขั้นสุดท้ายที่ถูกควบคุม ซึ่งสำเร็จได้โดยการไล่ระดับความเข้มข้นของสารละลายจากเปลือกไตไปยังไขกระดูกไต (corticomedullary osmotic gradient) ที่สร้างขึ้นผ่านการเพิ่มความเข้มข้นแบบทวนกระแสในห่วงเฮนเล (loops of Henle) และโดยการดูดซึมน้ำกลับที่แปรผันตามการควบคุมของฮอร์โมนตลอดท่อรวม (collecting duct)

Scope

ส่วนนี้จะแนะนำผู้อ่านเกี่ยวกับวิธีการที่ไตของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมผลิตปัสสาวะที่สามารถมีความเข้มข้นมากกว่าหรือเจือจางกว่าพลาสมาได้มาก ครอบคลุมถึงการสร้างความแตกต่างของความเข้มข้นของสารละลายในไขกระดูกไตโดยการเพิ่มความเข้มข้นแบบทวนกระแส (countercurrent multiplication) การรักษาระดับความเข้มข้นนั้นโดยหลอดเลือดฝอยรอบห่วงเฮนเล (vasa recta) การมีส่วนร่วมของการหมุนเวียนยูเรีย และปัจจัยกำหนดความเข้มข้นสูงสุดของปัสสาวะที่สามารถทำได้ นี่คือภาพรวมอ้างอิงทางสรีรวิทยา ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Sub-topics

• Maximal Urine Osmolarity and Concentration
• Osmotic Gradient Formation in the Renal Medulla
• Urea Recycling and Medullary Osmolarity
• Vasa Recta and Countercurrent Exchange

Core questions

• การไล่ระดับความเข้มข้นของสารละลายที่สูงชันถูกสร้างและรักษาไว้ในไขกระดูกไตได้อย่างไร?
• ไตแยกการขับน้ำออกจากการขับสารละลายได้อย่างไร?
• อะไรเป็นตัวกำหนดขีดจำกัดสูงสุดของความเข้มข้นของปัสสาวะที่สามารถทำได้?
• ฮอร์โมนต้านการขับปัสสาวะเปลี่ยนไตระหว่างโหมดการทำให้เข้มข้นและเจือจางได้อย่างไร?

Key concepts

• การไล่ระดับความเข้มข้นของสารละลายจากเปลือกไตไปยังไขกระดูกไต
• การเพิ่มความเข้มข้นแบบทวนกระแส
• การแลกเปลี่ยนแบบทวนกระแสโดยหลอดเลือดฝอยรอบห่วงเฮนเล
• ผลเดี่ยวของแขนขาขึ้นส่วนหนา
• ฮอร์โมนต้านการขับปัสสาวะ (วาโซเพรสซิน) และอะควาพอริน-2
• การหมุนเวียนยูเรีย
• การกำจัดน้ำอิสระ
• ความเข้มข้นของปัสสาวะสูงสุดและต่ำสุด

Key theories

สมมติฐานการเพิ่มความเข้มข้นแบบทวนกระแส

ห่วงเฮนเลทำหน้าที่เป็นตัวเพิ่มความเข้มข้นแบบทวนกระแส: การดูดซึม NaCl กลับอย่างแข็งขันจากแขนขาขึ้นส่วนหนาที่ไม่สามารถซึมผ่านน้ำได้ สร้างความแตกต่างของความเข้มข้นของสารละลายตามขวางเล็กน้อย ซึ่งถูกเพิ่มขึ้นตลอดความยาวของไขกระดูกไตให้กลายเป็นความแตกต่างตามแนวแกนขนาดใหญ่ ซึ่งท่อรวมจะใช้ในการทำให้ปัสสาวะเข้มข้น

Mechanisms

มีกระบวนการที่เชื่อมโยงกันสองกระบวนการที่เป็นพื้นฐานของการทำงานนี้ ประการแรก ห่วงเฮนเลสร้างและรักษาระดับความเข้มข้นของสารละลายในเนื้อเยื่อคั่นระหว่างเซลล์ที่เพิ่มขึ้นจากเปลือกไตไปยังไขกระดูกไตส่วนใน: แขนขาขึ้นส่วนหนา (thick ascending limb) ดูดซึม NaCl กลับอย่างแข็งขันในขณะที่ยังคงไม่สามารถซึมผ่านน้ำได้ และการจัดเรียงแบบทวนกระแสของแขนขาลงและแขนขาขึ้นจะเพิ่มผลเดี่ยวนี้ให้กลายเป็นความแตกต่างของความเข้มข้นตามแนวแกนที่สูงชัน หลอดเลือดฝอยรอบห่วงเฮนเล (vasa recta) รักษาระดับความเข้มข้นโดยทำหน้าที่เป็นตัวแลกเปลี่ยนแบบทวนกระแส และการหมุนเวียนยูเรียจะเพิ่มความเข้มข้นในไขกระดูกไตส่วนใน ประการที่สอง ท่อรวมจะผ่านระดับความเข้มข้นนี้; เมื่อมีฮอร์โมนต้านการขับปัสสาวะ (antidiuretic hormone) ช่องน้ำอะควาพอริน-2 (aquaporin-2 water channels) จะถูกแทรกเข้าไปในเยื่อหุ้มเซลล์ด้านปลาย (apical membrane) น้ำจะไหลแบบออสโมซิสเข้าสู่เนื้อเยื่อคั่นระหว่างเซลล์ที่มีความเข้มข้นสูง และส่งผลให้เกิดปัสสาวะเข้มข้น ในขณะที่เมื่อระดับฮอร์โมนต่ำ ท่อจะยังคงไม่สามารถซึมผ่านน้ำได้ค่อนข้างมาก และจะขับปัสสาวะเจือจางออกมา

Clinical relevance

กลไกการทำให้เข้มข้นและเจือจางอธิบายว่าร่างกายป้องกันความเข้มข้นของพลาสมาและความสมดุลของน้ำได้อย่างไร และความผิดปกติของกลไกนี้เป็นสาเหตุของรูปแบบความผิดปกติของการควบคุมน้ำหลายรูปแบบที่ได้รับการยอมรับซึ่งกล่าวถึงในสรีรวิทยาทางคลินิก เช่น ภาวะที่การรักษาน้ำบกพร่องหรือการขับน้ำบกพร่อง บทความนี้อธิบายสรีรวิทยาที่ภาวะดังกล่าวรบกวน และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษา

Evidence & guidelines

กลไกที่สรุปไว้ในที่นี้ได้มาจากบทความทบทวนทางสรีรวิทยาและตำรามาตรฐานมากกว่าจากการทดลองทางคลินิก การสังเคราะห์ที่สำคัญในปัจจุบันคือบทความทบทวนเกี่ยวกับกลไกการทำให้ปัสสาวะเข้มข้นและเกี่ยวกับอะควาพอรินของไต

History

สมมติฐานการไหลเวียนแบบทวนกระแส (countercurrent hypothesis) เกิดขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 เพื่ออธิบายว่าไตสามารถผลิตปัสสาวะที่เข้มข้นกว่าพลาสมาได้อย่างไร และทศวรรษต่อมาได้ชี้แจงคุณสมบัติการขนส่งของแต่ละส่วนของหน่วยไต ยุคโมเลกุลได้เพิ่มการโคลนช่องน้ำอะควาพอรินและตัวขนส่งยูเรีย ซึ่งเป็นพื้นฐานระดับโมเลกุลสำหรับการเคลื่อนที่ของน้ำและยูเรียที่ถูกควบคุม ซึ่งแบบจำลองคลาสสิกได้อนุมานไว้ในเชิงหน้าที่

Key figures

• Jeff M. Sands
• Harold E. Layton
• Mark A. Knepper
• Søren Nielsen
• Peter Agre

Seminal works

• sands-layton-2014
• nielsen-2002

Frequently asked questions

ทำไมไตจึงสามารถสร้างปัสสาวะที่เข้มข้นกว่าเลือดได้?

เนื่องจากห่วงเฮนเลสร้างเนื้อเยื่อคั่นระหว่างเซลล์ในไขกระดูกไตที่มีความเข้มข้นสูงโดยการเพิ่มความเข้มข้นแบบทวนกระแส จากนั้นน้ำจะออกจากท่อรวมแบบออสโมซิสเข้าสู่เนื้อเยื่อคั่นระหว่างเซลล์นั้นเมื่อฮอร์โมนต้านการขับปัสสาวะทำให้ท่อสามารถซึมผ่านน้ำได้

ความแตกต่างระหว่างการทำให้ปัสสาวะเข้มข้นและการทำให้ปัสสาวะเจือจางคืออะไร?

ทั้งสองขึ้นอยู่กับการไล่ระดับความเข้มข้นในไขกระดูกไตเดียวกัน การทำให้เข้มข้นเกิดขึ้นเมื่อฮอร์โมนต้านการขับปัสสาวะทำให้ท่อรวมสามารถซึมผ่านน้ำได้ ดังนั้นน้ำจึงถูกดูดซึมกลับ; การทำให้เจือจางเกิดขึ้นเมื่อฮอร์โมนต่ำ ท่อยังคงไม่สามารถซึมผ่านน้ำได้ และสารละลายที่ถูกกำจัดออกโดยแขนขาขึ้นจะทำให้ปัสสาวะมีความเข้มข้นต่ำกว่าพลาสมา