การดูดซึมน้ำกลับและการทำงานของอะควาพอริน

การดูดซึมน้ำกลับเป็นการนำน้ำที่ผ่านการกรองส่วนใหญ่กลับคืนสู่กระแสเลือด และในระยะที่มีการควบคุม จะเป็นการกำหนดปริมาตรและความเข้มข้นสุดท้ายของปัสสาวะ น้ำจะเคลื่อนที่ผ่านเยื่อบุท่อไตผ่านอะควาพอริน ซึ่งเป็นกลุ่มของช่องทางน้ำในเยื่อหุ้มเซลล์ ในท่อรวม (collecting duct) ฮอร์โมนวาโซเพรสซินจะควบคุมการแทรกตัวของอะควาพอรินชนิดหนึ่งคือ อะควาพอริน-2 ซึ่งช่วยให้ไตสามารถสลับระหว่างการผลิตปัสสาวะเจือจางและปัสสาวะเข้มข้นได้ตามความต้องการน้ำของร่างกาย

Definition

การดูดซึมน้ำกลับของไตคือการเคลื่อนที่ของน้ำที่ขับเคลื่อนด้วยแรงออสโมซิสจากโพรงท่อไตกลับเข้าสู่กระแสเลือดผ่านช่องทางน้ำอะควาพอริน; ในท่อรวม การดูดซึมน้ำกลับจะถูกควบคุมโดยวาโซเพรสซิน ซึ่งควบคุมปริมาณอะควาพอริน-2 ที่เยื่อหุ้มเซลล์ด้านยอด (apical abundance) และด้วยเหตุนี้จึงควบคุมการซึมผ่านของน้ำซึ่งเป็นตัวกำหนดความเข้มข้นสุดท้ายของปัสสาวะ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงวิธีการที่น้ำเคลื่อนที่ผ่านหน่วยไต (nephron) โดยกระบวนการออสโมซิสผ่านอะควาพอริน, การซึมผ่านของน้ำตามปกติในท่อขดส่วนต้น (proximal tubule) และแขนขาลงของห่วงเฮนเล (descending limb), และการดูดซึมน้ำกลับที่ควบคุมโดยวาโซเพรสซินในท่อรวม ซึ่งเป็นตัวกำหนดความเข้มข้นสุดท้ายของปัสสาวะ นี่คือข้อมูลอ้างอิงทางสรีรวิทยา ไม่ใช่คำแนะนำทางการแพทย์

Core questions

• น้ำเคลื่อนที่ผ่านเยื่อบุท่อไตได้อย่างไร?
• อะควาพอรินคืออะไร และไอโซฟอร์มของอะควาพอรินในไตแสดงออกที่ใดบ้าง?
• วาโซเพรสซินควบคุมการซึมผ่านของน้ำในท่อรวมได้อย่างไร?
• การขนส่งที่อาศัยอะควาพอรินมีปฏิสัมพันธ์กับการไล่ระดับออสโมซิสในไขกระดูกไตอย่างไร?

Key concepts

• ออสโมซิสเป็นแรงขับเคลื่อนสำหรับการดูดซึมน้ำกลับ
• ช่องทางน้ำอะควาพอริน
• อะควาพอริน-1 ในท่อขดส่วนต้นและแขนขาลง
• อะควาพอริน-2 ในเยื่อหุ้มเซลล์ด้านยอดของท่อรวม
• การควบคุมโดยวาโซเพรสซิน (ฮอร์โมนต้านการขับปัสสาวะ)
• การเคลื่อนย้ายของอะควาพอริน-2 ไปยังเยื่อหุ้มเซลล์
• การเชื่อมโยงการซึมผ่านของน้ำกับการไล่ระดับในไขกระดูกไต

Mechanisms

การดูดซึมน้ำกลับเป็นกระบวนการแบบพาสซีฟและเป็นไปตามการไล่ระดับออสโมซิสที่เกิดจากการขนส่งสารละลาย แต่ต้องอาศัยเยื่อหุ้มเซลล์ที่น้ำสามารถซึมผ่านได้ อะควาพอริน-1 ให้การซึมผ่านของน้ำในระดับสูงตามปกติในท่อขดส่วนต้นและแขนขาลงของห่วงเฮนเล ดังนั้นน้ำจึงถูกดูดซึมกลับในสัดส่วนที่เท่ากับสารละลาย ท่อรวมเป็นบริเวณที่มีการควบคุม: วาโซเพรสซินจะจับกับตัวรับที่เยื่อหุ้มเซลล์ด้านฐาน (basolateral receptors) เพิ่มระดับ cyclic AMP ภายในเซลล์ และกระตุ้นการแทรกตัวของช่องทางอะควาพอริน-2 เข้าไปในเยื่อหุ้มเซลล์ด้านยอด เมื่อมีช่องทางเหล่านี้ น้ำจะถูกดึงออกจากโพรงท่อไตเข้าสู่ช่องว่างระหว่างเซลล์ในไขกระดูกไต (medullary interstitium) ที่มีความเข้มข้นสูงซึ่งสร้างขึ้นโดยห่วงเฮนเล ทำให้ปัสสาวะมีความเข้มข้น; เมื่อระดับวาโซเพรสซินต่ำ อะควาพอริน-2 จะถูกดึงกลับ ท่อรวมจะยังคงไม่สามารถซึมผ่านน้ำได้ และจะมีการขับปัสสาวะเจือจางออกมา อะควาพอรินที่เยื่อหุ้มเซลล์ด้านฐานจะนำน้ำที่ถูกดูดซึมกลับคืนสู่กระแสเลือด

Clinical relevance

การควบคุมอะควาพอริน-2 โดยวาโซเพรสซินเป็นพื้นฐานระดับโมเลกุลที่ร่างกายใช้ในการรักษาสมดุลของน้ำและความเข้มข้นของพลาสมา ซึ่งเป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับการทำความเข้าใจความผิดปกติของการทำให้ปัสสาวะเข้มข้นและเจือจาง ข้อมูลนี้อธิบายสรีรวิทยาปกติของการจัดการน้ำและไม่ได้ให้คำแนะนำในการวินิจฉัยหรือการรักษา

Evidence & guidelines

ข้อมูลในที่นี้อ้างอิงจากการทบทวนทางสรีรวิทยาโมเลกุลที่ระบุอะควาพอรินในไต, ทำแผนที่การกระจายตัวตามส่วนต่างๆ, และอธิบายลักษณะของวิถีวาโซเพรสซิน-อะควาพอริน-2 และบทบาทของมันในกลไกการทำให้ปัสสาวะเข้มข้น ตามที่อ้างอิง

History

การมีอยู่ของช่องทางน้ำเฉพาะเจาะจงเป็นที่คาดการณ์มานานจากการซึมผ่านของน้ำในเยื่อหุ้มเซลล์บางชนิดในระดับสูง แต่ได้รับการยืนยันเมื่อมีการระบุโปรตีนอะควาพอรินตัวแรก ซึ่งเป็นผลงานที่ได้รับการยอมรับด้วยรางวัลโนเบลสาขาเคมี การศึกษาต่อมาได้ระบุตำแหน่งของอะควาพอริน-1 ในหน่วยไตส่วนต้นและอะควาพอริน-2 ในท่อรวม และยืนยันว่าวาโซเพรสซินควบคุมการเคลื่อนย้ายของอะควาพอริน-2 ซึ่งเชื่อมโยงสรีรวิทยาของน้ำแบบดั้งเดิมเข้ากับช่องทางที่ระบุได้

Key figures

• Peter Agre
• Mark A. Knepper
• Soren Nielsen

Seminal works

• nielsen-2002
• knepper-2015

Frequently asked questions

อะควาพอรินคืออะไร?

อะควาพอรินคือโปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์ที่สร้างช่องทางให้น้ำสามารถเคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้อย่างรวดเร็ว; ไอโซฟอร์มที่แตกต่างกันจะแสดงออกในส่วนเฉพาะของหน่วยไตและเป็นสาเหตุของการซึมผ่านของน้ำที่จำเป็นสำหรับการดูดซึมกลับ

วาโซเพรสซินช่วยให้ไตสามารถทำให้ปัสสาวะเข้มข้นได้อย่างไร?

วาโซเพรสซินส่งสัญญาณให้เซลล์ท่อรวมแทรกช่องทางอะควาพอริน-2 เข้าไปในเยื่อหุ้มเซลล์ด้านยอด ทำให้ท่อรวมสามารถซึมผ่านน้ำได้ ดังนั้นน้ำจึงถูกดึงเข้าสู่ช่องว่างระหว่างเซลล์ในไขกระดูกไตที่มีความเข้มข้นสูงด้วยกระบวนการออสโมซิส ทำให้ได้ปัสสาวะที่มีปริมาตรน้อยลงและมีความเข้มข้นมากขึ้น