Filtrace krve je jednou ze základních funkcí ledvin. V lidském těle ji zajišťují především ledvinná klubíčka neboli glomeruly, v nichž se z krevní plazmy vytváří ultrafiltrát, z něhož následně vzniká moč. Pojem „kulička k filtraci krve“ může označovat také speciální umělohmotné kuličky používané v experimentálním filtru P-Capt, který je určen k zachycování infekčních prionů z krve.
Tyto dva významy je nutné rozlišovat. Ledvinný glomerulus je přirozený biologický filtr tvořený kapilárami, bazální membránou a podocyty, zatímco P-Capt je zdravotnické zařízení, v němž jsou na nepatrné umělohmotné kuličky navázány látky schopné zachytávat prionové proteiny.
Přirozená filtrace krve v ledvinách
Ledviny jsou hlavní složkou vylučovací soustavy. Pro jeji správnou funkci je klíčové uspořádání cév.
Za minutu přiteče do ledvin přibližně 1,2-1,3 litru krve (25 % klidového minutového srdečního výdeje)[1] z a. renalis, která se pro jednotlivé segmenty rozděluje na aa. segmentales.
Ty se dále větví na aa. interlobares a dále na aa. arcuatae. Kůrou protéká 90%, dření ledviny 10% z celkového objemu.
Vas afferens ústí do kapilárního klubíčka v ledvinovém glomerulu, kde se tvoří ultrafiltrát krevní plasmy.
Filtrace je důsledkem působení Starlingovych sil na stěnu cévy (viz glomerulární filtraci).
Pro renální cirkulaci je typický systém dvou kapilárních sítí - glomerulární a peritubulární.
Peritubulární síť je nízkotlaká (8 mm Hg)[1] a následuje za glomerulární.
Zde je nutno vytknout přítomnost vasa recta nacházejících se podél Henleovy kličky, jejichž funkcí je odvádění resorbovaných látek zpět do oběhu.
Nefron jako základní filtrační jednotka
Nefron je základní stavební a funkční jednotka ledvin.
Každá ledvina obsahuje asi 1-1,5 miliónů nefronů.
Juxtamedulární nefrony - glomerulus je na hranici mezi kůrou a dření, dlouhá Henleova klička zasahuje až k papilám.
Vas efferens tvoří síť okolo Henleovy kličky - tzv.
Ledvinové tělísko tvoří klubíčko kapilár (glomerulus) a má průměr asi 0,2 mm.
Toto klubíčko obklopuje Bowmanovo pouzdro, které se skládá ze dvou vrstev (viscerální list těsně naléhá na kličky jednotlivých kapilár, zatímco parietální list tvoří vnější obal.
Viscerální list Bowmanova pouzdra je součástí bariéry krev - moč, která se skládá z endotelových buněk, bazální membrány a z podocytů, což jsou speciální buňky s nožičkovými výběžky.
Glomerulus a filtrační bariéra
Corpusculum renale, nebo-li Malpighiho tělísko, je základním útvarem nefronu.
Skládá se z vnějšího listu, což je jedna vrstva epitelových buněk s tenkou laminou basalis, buňky plynule přecházejí do buněk stěny ledvinného kanálku.
Druhou částí je vnitřní list, který přiléhá na kapiláry glomerulu a je složený ze speciálních buněk podocytů.
Podocyty jsou rozvětvené do početných výběžků (pedikly), kterými obepínají stěny kapilár.
Pedikly sousedních podocytů do sebe zapadají, přičemž mezi sebou vytvářejí mikroštěrbiny.
Glomerulus obsahuje asi 30 kliček kapilár, které se sbírají do arteriola efferens.
Mezi endotelovými buňkami kapilár jsou jemné póry.
Povrch kapilár tvoří bazální membrána (vznikla splynutím endotelu kapilár a podocytů), která se dělí na tři vrstvy: prostřední lamina densa mezi dvěma laminae rarae.
Další součástí glomerulu jsou mesangiální buňky.
Soubor těchto buněk se nazývá mesangium a tvoří asi 1/3 buněk glomerulu.
Tvoří výztuž a oporu kapilár.
Schopností kontrakce mohou regulovat velikost filtrační plochy.
Glomerulární filtrace probíhá přes kapilární filtr, který se skládá z endotelu kapilár, bazální membrány (proteoglykany, kolagen IV.) a výběžků podocytů.
Celková filtrační plocha člověka bývá cca 1,5 m2.
Procesem ultrafiltrace vzniká primární moč.
Schéma filtrační bariéry glomerulu
Co ovlivňuje glomerulární filtraci
Glomerulární filtrace je ovlivněna počtem glomerulů (v každé ledvině cca 1 milion), velikostí filtrační plochy (řízena mesangiálními buňkami), permeabilitou glomerulárních kapilár a gradienty filtračních tlaků.
Tonk je onkotický tlak, který postupně narůstá v délce kapiláry, dokud nedojde k zastavení filtrace.
Tbp značí hydrostatický tlak Bowmanova pouzdra, což je tlak intersticia.
V klinické praxi nejvíce ovlivňují glomerulární filtraci změny krevního tlaku a hypoproteinémie (např.
Průtok krve v ledvinách má jako jiné orgány své regulační mechanismy, které lze rozdělit na lokální a centrální.
Uplatňují se zejména při změnách tlaku krve, tudíž při udržování stálé glomerulární filtrace.
Za fyziologických okolností má lokální regulace hlavní podíl na udržení stálého průtoku ledvinami.
Myogenní autoregulace
Myogenní autoregulace - udržuje stálý průtok krve.
Při zvýšeném tlaku krve dochází ke zvýšení napětí na stěně kapilár.
V důsledku stimulace baroreceptorů dochází k vazokonstrikci vas afferens.
Průtok krve cévou se tak normalizuje.
Tubuloglomerulární zpětná vazba
Tubuloglomerulární zpětná vazba - buňky macula densa produkují signální molekuly, na které reaguje hladká svalovina ve vas afferens a díky svým receptorům dokáží detekovat velikost průtoku v tubulární tekutině.
Zpětnovazebný mechanismus spočívá v detekci sníženého průtoku buňkami macula densa (pokles glomerulární filtrace) a v produkci signálních látek, které parakrinně vazodilatačně působí na receptory vas afferens.
Tento typ regulace se uplatňuje zejména při patologických stavech (např. ztráta většího objemu tekutin).
Úloha hormonů a regulačních látek
Angiotenzin II má receptory lokalizované ve vas afferens i vas efferens.
Podílí se na stimulaci katecholaminů z dřeně nadledvin i ze sympatických zakončení.
Prostaglandiny se za fyziologických situací neuplatňují.
Mezi další látky, které potencují průtok krve v glomerulech, můžeme řadit: atriální natriuretický peptid, glukokortikoidy, oxid dusnatý, kininy.
Úprava filtrátu v ledvinných kanálcích
Primární moč vzniklá v glomerulu není konečným produktem. V dalších částech nefronu se z ní zpětně vstřebává voda, ionty, glukóza, aminokyseliny a další potřebné látky.
Proximální tubulus
Proximální tubulus je 15 mm dlouhou částí tubulárního aparátu.
Dělí se na dvě části - pars contorta a pars recta.
Obě jsou tvořené jednovrstevným kubickým epitelem, který má na svém luminálním povrchu kartáčový lem vysokých mikroklků.
V apikální části se nacházejí tight junctions a v bazální části invaginace.
Zpětně se zde resorbuje 67 % vody (obligátní resorpce - nezávislá na hydrataci organismu), 100 % glukózy, aminokyselin a většina organických látek a velké množství iontů a dalších látek (Na+ a Cl−, HCO3−, PO43−, močovina, laktát atd.), vzhledem k tomu, že se většinou jedná o aktivní transport, nacházíme zde velké množství mitochondrií (↑ potřeba ATP).
V proximálním tubulu dochází také k amoniogenezi a exkreci H+, které ovlivňují metabolickou rovnováhu.
Jako bezprahové látky (kreatinin, inulin) označujeme ty, pro které je stěna proximálního tubulu nepropustná (nedochází ke zpětnému vstřebávání).
Henleova klička
Henleova klička je tvořena sestupným raménkem a vzestupným raménkem.
Průměr tubulů se v průběhu rozděluje na tenký a tlustý segment.
Epitel je tvořen kubickými buňkami s velkým množstvím mitochondrií a hlubokými invaginacemi.
Dochází zde ke zpětné resorpci 25 % solutů (Na+, Cl-, K+, Ca2+, Mg2+ a HCO3−), a to pouze v tlustém segmentu.
Zpětná resorbce Na+ je stimulována aldosteronem.
Voda se resorbuje z 15 % pouze v sestupném raménku (vzestupné je pro vodu nepropustné).
Toto oddělení je významné pro regulaci koncentrace moči.
Distální tubulus a sběrací kanálky
Buňky epitelu jsou podobné těm v proximálním tubulu, liší se sníženým množstvím mikroklků a mělčími invaginacemi.
Moč procházející tímto úsekem je hypotonická (aktivní výstup iontů z distálního tubulu a tlustého segmentu Henleovy kličky).
Samotný tubulus je pro vodu neprostupný, tudíž je ovlivňován plazmatickou koncentrací antidiuretického hormonu (fakultativní resorpce).
Vlivem antidiuretického hormonu dojde ke zvýšení počtu otevřených akvaporinů v apikální membráně.
Z iontů se zde resorbuje především NaCl.
Sběrací kanálky zahrnují tubulus colligens a ductus papillaris.
Tubuly jsou tvořeny dvěma typy buněk.
Hlavní buňky jsou zodpovědné za resorpci Na+, sekreci K+ iontů (sodno-draselná pumpa).
Druhým typem buněk jsou tzv.
Sběrací kanálky obsahují dva typy buněk, a to hlavní buňky, které koncentrují moč a interkalární (vmezeřené) buňky.
Tyto buňky mají ve svých membránách aquaporinové kanály, které se otevírají a zavírají a tím regulují propustnost pro vodu.
Sběrací kanálky obsahují také vodotěsné spoje tight junction.
Resorpce vody je, stejně jako v distálním tubulu, ovlivněná plazmatickou koncentrací ADH.
Resorpční mechanismus je také ovlivněn atriálním natriuretickým faktorem (produkovaný kardiomyocyty), který velmi účinně inhibuje resorpci Na+ a Cl− (↑ objemu moči).
Kulička v prionovém filtru P-Capt
BSE a její lidská obdoba - variantní Creutzfeldt Jakobova choroba je stále problémem.
Možnost nakažení krevní konzervou zdravotníky i veřejnost stále děsí, protože nikdy nemůžeme vědět, zda dárce od kterého krev dostáváme, není náhodou priony infikován.
Test na přítomnost infekčních prionů v krvi, který by byl pro rutinní použití není přes veškerou snahu k dispozici.
Nakažených pacientů nemocí vCJD, kteří ji získali transfúzí krve, není mnoho.
Prognózy z Velké Británie ale moc příznivé nejsou.
Z vyšetření vzorů tkáně na přítomnost prionů u lidí, kteří si nechali vyoperovat krční mandle a nebo slepé střevo vyplývá, že až 4000 Britů jsou nositeli této neléčitelné choroby.
Infekce v člověku může dřímat i desítky let, než propukne.
A protože nejsou testy, kterými by se nemoc dala odhalit, zcela jistě existují i dárci krve, kteří infekční priony dál šíří.
S potěšením proto informujeme o zařízení, které dokáže infekční priony z krve odstranit.
Nazývá se „P-Capt“ filtr.
Vytvořili jej Robert Rohwer se svými kolegy z VA Medical Center v Baltimore ve státě Maryland, USA.
Testy tohoto zařízení potvrdily, že filtrační proces je účinný.
Z křeččích a lidských krevních vzorků filtr dokázal infekční priony odstranit.
Pokusní křečci, na kterých se nemoc testuje, po podání původně infikované krve zůstali zdrávi.
Jak jsou kuličky v P-Capt filtru uspořádány
Než vědci přišli na látku, která fungovala a měla k prionům dostatečně silnou lepivou schopnost (afinitu), otestovali 8 milionů sloučenin.
Celé zařízení spočívá na látce, kterou objevitelé tají a označují ji nic neříkajícím názvem L-13.
Ví se jen, že tuto látku navazují na nepatrné umělohmotné kuličky.
Ty jsou umístěny do malých váčků, které pak tvoří vlastní fitr.
Jak krev tímto fitrem protéká, prodírá se okolo kuliček obalených látkou L-13 a ta z krve infekční priony vychytává.
Co látka L-13 zachytává
Podle našich znalostí by se v případě látky L-13 mohlo jednat o směs protilátek, jejichž molekuly jsou pevně ukotveny na povrch zmíněných kuliček.
Usuzujeme tak proto, že autoři filtru zveřejnili informaci, že filtr nepracuje tak, že by vychytával jen zašmodrchané (infekční priony), ale že vychytává kompletně všechny molekuly prionového proteinu, tedy i ty neinfekční.
To znamená, že na terciální struktuře molekuly prionu nezáleží.
Rozpoznávací místo, podle kterého je protein vychytáván, leží v místě, které šmodrcháním molekuly prionu není dotčeno.
Výsledky pokusů na zvířatech
Test, kterým vědci prokazovali účinnost tohoto zařízení se prováděl na křeččí krvi, kterou nemocným zvířatům odebírali v poslední fázi jejich prionové choroby.
Tehdy krev obsahuje prionů nejvíce a je vysoce infekční.
Aby se zjistila účinnost filtru, přečištěnou krev vstřikovali zdravým křečkům rovnou do mozku.
Pokusná zvířata neonemocněla.
Druhá polovina zvířat v kontrolní skupině však krátce po podání nefiltrované krve uhynula.
Srovnání P-Capt filtru s odstraněním bílých krvinek
V rámci srovnávacích testů různých metod vědci provedli stejný pokus jen s tím rozdílem, že místo filtrace za použití nového filtru, použili jiný typ filtru, který z krve odstraňuje jen bílé krvinky.
To je metoda, která se například ve Velké Británii praktikuje a o níž se soudí, že snížuje riziko přenosu prionových chorob na polovinu.
Výsledky testu s odstraňováním bílých krvinek ale nedopadly dobře.
Z 99 pokusných zvířat, která obdržela krev zbavenou bílých krvinek, jich 15% uhynulo na prionovou chorobu.
To tedy znamená, že odstraňování bílých krvinek z krve není metodou, která by nás před přenosem BSE mohla uchránit.
Pokud ale vědci stejnou infekční krev prohnali přes zmíněný nový P-Capt filtr, potom žádné ze 196 zvířat, které krev od infikovaného dárce obdrželo, neonemocnělo a pokusní křečci se bez nejmenších známek nemoci dožívali svého požehnaného věku 540 dnů.
| Metoda zpracování krve | Počet zvířat | Výsledek |
|---|---|---|
| Odstranění bílých krvinek | 99 | 15% uhynulo na prionovou chorobu |
| P-Capt filtr | 196 | Žádné zvíře neonemocnělo |
Je to poprvé, co se podařilo na pokusech se zvířaty skutečně prokázat, že filtrace může být účinnou metodou, která je schopna zabránit šíření prionových chorob.
Omezení ověření u lidské krve
Ověřit, že filtrace je stejně úspěšná pro lidskou krev je problém.
Získat infikovanou lidskou krev k pokusům je totiž prakticky nemožné.
Pokud lékaři zjistí, že pacient touto chorobou trpí, je už ve špatné kondici a odběr krve na pokusy u něj nepřipadá v úvahu.
Z pokusů na křečcích lze s vysokou pravděpodobností předpokládat, že i u lidí bude metoda stejně účinná.
Schválení a plánované použití filtru
P-Capt filtry již Evropský úřad pro ověřování schválil a výrobce může používat označení CE, což znamená, že se jedná o bezpečný produkt.
Zástupce společnosti ProMetic Life Sciences se sídlem v Quebecku (tato společnost spolupracuje s Americkým červeným křížem a spolufinancovala vývoj filtru), se protisk vyjádřil, že filtry budou k dispozici pro použití ve Velké Británii a Francii již koncem roku 2007.
Propustnost filtru a infekční dávka
Ve většině zahraničních pramenů, které o filtrech nyní referují, se nevyskytuje zmínka o tom, že určitý počet prionů může sítí filtru proklouznout.
Všímá si toho až časopis Nature.
Rohwerův tým ktomu sděluje, že by se „propustnost“ mohla týkat zhruba jedné z 10 000 částic.
Má se zato, že krev osob v infekčním stádiu choroby obsahuje takové množství prionů, které je ekvivalentní 5000 infekčním dávkám.
Podle Rohwera je filtrace natolik účinná, že po filtraci infekční krve zůstane v přefiltrované krvi méně prionů, než kolik jich je potřeba k navození choroby.
Nemoci, které mohou poškodit ledvinný filtr
U pacientů s diabetem vznikají onemocnění ledvin mnohem častěji než u zdravých osob.
Za hlavní příčinu se považují dlouhodobě zvýšené hladiny krevního cukru, které mění metabolické pochody v tělesných buňkách.
Mezi nejcitlivější patří buňky krevních kapilár neboli vlásečnic, kterými jsou ledviny hustě protkané.
Základními strukturami v ledvinách jsou tzv. ledvinná klubíčka (glomeruly).
Hlavní součástí glomerulů jsou stočené a propojené vlásečnice, v nichž se filtruje krev.
Činnost ledvinných klubíček je přesně regulovaná a úzce souvisí s udržováním správného krevního tlaku.
Klubíčka se během let poškozují zvýšenými hladinami krevního cukru.
Jejich stěna se poškozuje, ztlušťuje, méně filtruje krevní součásti, které se mají vylučovat, a naopak je více propustná pro krevní bílkoviny.
Některá ledvinná klubíčka postupně zanikají a ledviny celkově špatně funguje.
Poškození ledvin dále urychluje inzulínová rezistence, zvýšený krevní tlak, vysoké hladiny krevních tuků, obezita a kouření.
Protože se na postižení ledvin podílí kromě samotné vysoké glykémie ještě více příčin, používá se dnes častěji pojem „diabetické onemocnění ledvin“ než dříve používaný pojem „diabetická nefropatie“.
Diabetické onemocnění ledvin patří k nejčastěji zjišťovaným chorobám ledvin v dospělosti.
Její vznik a rozvoj závisí na více faktorech, ale důležitá ze zejména úroveň, do jaké míry se podaří upravit zvýšené hladiny krevního cukru.
Vyšetření filtrační funkce ledvin
Funkce ledvin se orientačně posuzuje podle hodnoty tzv. odhadované glomerulární filtrace (eGFR).
Jedná se o jednoduché vyšetření, ke kterému potřebujeme znát následující hodnoty: hladinu kreatininu v krevní plazmě a dále věk, pohlaví a výšku pacienta.
Normální hodnota eGFR je nad 1,50 ml/s.
Při hodnotě mezi 1,0 - 1,49 ml/s se jedná o výsledek již mírně snížený.
Přesnější odhad funkce ledvin poskytuje vyšetření tzv. glomerulární filtrace.
Je k němu potřeba přesný sběr moče za 12 či 24 hodin.
Ve vzorku moči i krve se potom stanoví koncentrace kreatininu a vypočte se výsledek, jehož normální hodnota je 1,5 - 2,5 ml/s (90 - 230 ml/min).
Hodnota pod 1 ml/s již svědčí pro rozvoj nedostatečnosti ledvin.
Hodnotu glomerulární filtrace (GFR) nyní často odhadujeme jen s použitím hodnoty kreatininu v krvi.
Glomerulární filtrace se pak vypočte s použitím dalších údajů, jako jsou věk, pohlaví,tělesná hmotnost či výška.
Výhodou tohoto „statistického“ odhadu je to, že není nutné sbírat moč během dne.
Sběr moči totiž pacienti často provádějí nedbale a hodnoty jsou potom zkreslené.
Albumin a bílkovina v moči
Jednou z prvních známek poškození ledvin bývá u pacientů s diabetem přítomnost bílkoviny v moči.
Nejčastějším místem, kde se projevuje poškození ledvin, jsou ledvinná klubíčka - glomeruly.
Zvýšená propustnost glomerulů se projeví nálezem bílkoviny v moči, a to především albuminu.
Ten můžeme v moči prokázat např. diagnostickými proužky (např. Albufan).
I malé množství albuminu v moči (tzv. mikroalbuminurie) již může znamenat počínající poškození ledvin.
Mikroalbuminurii je možné vyšetřit jen speciálními metodami.
Normální hodnota vylučování albuminu močí je zhruba do 30 mg/24 hodin, což odpovídá přibližně vypočtené ztrátě 20 μg albuminu za minutu.
Vylučování albuminu močí může být přechodně zvýšeno po větší fyzické zátěži, při dekompenzaci diabetu či při močové infekci.
Mikroalbuminurie se nejčastěji vyšetřuje tak, že pacient sbírá moč v nočním období po dobu 8 - 10 hodin.
Opakované hodnoty nad 30 μg/min již svědčí pro tzv. počínající diabetickou nefropatii.
Ztráta bílkoviny močí (proteinurie) vyšší než 0,5 g/den znamená již závažnější postižení a hodnoty nad 3 g/den již mohou být provázeny klinickými příznaky (tzv. nefrotický syndrom spojený s otoky, vysokým krevním tlakem, hyperlipidemií aj.).
Kreatinin a močovina
Tato vyšetření odpovídají na otázku, do jaké míry plní ledviny svou základní funkci - odstraňování nežádoucích látek z organismu.
Snížená funkce ledvin se projeví tím, že látky, které jsou nedostatečně odstraňovány ledvinami z krve, dosahují v krvi vyšších koncentrací než odpovídá normě.
Vhodným ukazatelem je pro tento účel hladina látky zvané kreatinin.
Kreatinin vzniká přirozenou obměnou naší vlastní svalové hmoty.
Normální hodnota je asi do 115 μmol/l.
U mužů je trochu vyšší než u žen, protože muži mají více svalů.
Jiným ukazatelem je hladina močoviny - urey, jež nemá v krvi přesahovat 8 mmol/l.
Na rozdíl od kreatininu je však její koncentrace závislá i na příjmu bílkovin v potravě.
Při nízkobílkovinné dietě hladina močoviny zpravidla klesá.
Zobrazovací vyšetření a biopsie
Tato vyšetření poskytují informaci o změnách velikosti, tvaru a struktury ledvin a jejich okolí.
Nejčastěji se používá ultrazvuk nebo rentgenologická vyšetření.
Tkáň ledviny může být také vyšetřena mikroskopicky po odebrání vzorku při tzv. biopsii ledviny.
Ta se provádí nejčastěji tehdy, pokud neznáme přesně příčinu onemocnění ledvin.
Léčba pokročilého poškození ledvin
U pacientů s diabetickým onemocněním ledvin, kteří dospějí do stádia selhání ledvin, je možná léčba pomocí hemodialýzy, peritoneální dialýzy či pomocí transplantace ledviny.
Jednou z možností transplantační léčby je tzv.
U nemocných s diabetem 1. typu.
U všech pacientů s diabetem, kteří jsou léčeni inzulínem.
Podmínkou je ale věk do přibližně 50 let.
U všech pacientů s diabetem.
U tzv. sekundárního diabetu, který vzniká v důsledku onemocnění celého pankreatu.
Transplantovaný pankreas potom zajistí nejen tvorbu inzulínu, ale také tvorbu zažívacích enzymů, které slinivka břišní vytváří.