Тубуло-клубочковая обратная связь - Tubuloglomerular feedback

в физиология почек, тубулогломерулярная обратная связь (TGF) это Обратная связь система внутри почки. Внутри каждого нефрон, информация из почечные канальцы (ниже по течению трубчатая жидкость ) сообщается клубочки (район выше по течению). Тубулогломерулярная обратная связь - один из нескольких механизмов, которые почки регулируют скорость клубочковой фильтрации (СКФ). Он включает в себя концепцию пуринергическая сигнализация, при котором увеличена дистальная трубчатая хлорид натрия концентрация вызывает базолатеральное высвобождение аденозин от плотное пятно клетки. Это инициирует каскад событий, который в конечном итоге приводит СКФ к соответствующему уровню.[1][2][3]

Фон

Почки поддерживают концентрацию электролитов, осмоляльность и кислотно-щелочной баланс плазмы крови в узких пределах, совместимых с эффективной функцией клеток; и почка участвует в регуляции артериального давления и поддержании постоянного объема воды в организме. [4]

Для нормальной функции почек поток жидкости через нефрон должен оставаться в узком диапазоне, чтобы не нарушать способность нефрона поддерживать солевой и водный баланс.[5] Тубуло-клубочковая обратная связь (TGF) регулирует канальцевый кровоток путем обнаружения и коррекции изменений СКФ. Активный трансэпителиальный транспорт используется толстым восходящая ветвь петли Генле (TAL) клетки перекачивают NaCl в окружающий интерстиций из люминальной жидкости. Трубчатая жидкость разбавлена, потому что стенки клетки водонепроницаемы и не теряют воду, поскольку NaCl активно реабсорбируется. Таким образом, TAL является важным сегментом системы TGF, и его транспортные свойства позволяют ему выступать в качестве ключевого оператора системы TGF.[5] Снижение СКФ происходит в результате TGF, когда концентрация NaCl на участке сенсора увеличивается в физиологическом диапазоне приблизительно от 10 до 60 мМ.[6]

Механизм TGF представляет собой петлю отрицательной обратной связи, в которой концентрация хлорид-иона ощущается ниже по потоку в нефроне плотным пятном (MD), клетками в стенке канальцев около конца TAL и клубочком. Напряжение мышц в афферентной артериоле изменяется в зависимости от разницы между воспринимаемой концентрацией и целевой концентрацией.[5] Вазодилатация афферентной артериолы, которая приводит к увеличению давления клубочковой фильтрации и канальцевому току жидкости, происходит, когда МД клетки обнаруживают концентрацию хлорида ниже целевого значения. Более высокая скорость потока жидкости в TAL позволяет меньше времени для разбавления трубчатой ​​жидкости, так что концентрация хлорида MD увеличивается.[5] Клубочковый кровоток уменьшается, если концентрация хлоридов выше целевого значения. Сужение гладкомышечных клеток в афферентной артериоле приводит к снижению концентрации хлорида в MD. TGF стабилизирует доставку жидкости и растворенного вещества в дистальную часть петли Генле и поддерживает скорость фильтрации, близкую к идеальной, используя эти механизмы.

Механизм

В плотное пятно представляет собой скопление плотно упакованных эпителиальных клеток на стыке толстая восходящая конечность (TAL) и дистальный извитый каналец (DCT). По мере того, как TAL поднимается по коре почек, он встречает собственное клубочки, останавливая плотное пятно под углом между афферентный и эфферентные артериолы. Положение macula densa позволяет быстро изменять сопротивление афферентных артериол в ответ на изменения скорости потока через дистальный нефрон.

Плотное пятно использует состав канальцевой жидкости в качестве индикатора СКФ. Большая концентрация хлорида натрия указывает на повышенную СКФ, в то время как низкая концентрация хлорида натрия указывает на пониженную СКФ. Хлорид натрия ощущается плотным пятном в основном апикальным Котранспортер Na-K-2Cl (NKCC2). Связь между TGF и NKCC2 можно увидеть через введение петлевые диуретики подобно фуросемид.[7] Фуросемид блокирует реабсорбцию NaCl, опосредованную NKCC2, в плотном пятне, что приводит к увеличению высвобождения ренина. За исключением использования петлевых диуретиков, обычная ситуация, которая вызывает снижение реабсорбции NaCl через NKCC2 в плотном пятне, представляет собой низкую концентрацию NaCl в просвете канальцев. Снижение поглощения NaCl через NKCC2 в плотном пятне приводит к увеличению высвобождения ренина, что приводит к восстановлению объема плазмы, и к расширению афферентных артериол, что приводит к увеличению потока плазмы в почках и увеличению СКФ.

Обнаружение macula densa повышенной концентрации хлорида натрия в просвете канальцев, что приводит к снижению СКФ, основано на концепции пуринергическая сигнализация.[1][2][8]

В ответ на усиление потока канальцевой жидкости в толстой восходящей конечности / повышение концентрации хлорида (соли) натрия в плотном пятне:

  1. Повышенная фильтрация клубочков или сниженная реабсорбция натрия и воды Проксимальный извитый каналец вызывает повышенную концентрацию хлорида натрия в канальцевой жидкости плотного пятна.
  2. Апикальный Котранспортеры Na-K-2Cl (NKCC2), которые обнаруживаются на поверхности клеток macula densa, подвергаются воздействию жидкости с более высокой концентрацией натрия, и в результате больше натрия транспортируется в клетки.
  3. Клеткам macula densa не хватает Na / K АТФазы на их базолатеральной поверхности, чтобы вывести добавленный натрий. Это приводит к увеличению осмолярность.
  4. Вода течет в клетку по осмотическому градиенту, вызывая набухание клетки. Когда клетка набухает, АТФ ускользает через базолатеральный, активируемый растяжением, неизбирательный канал Maxi-Anion.[9] Впоследствии АТФ преобразуется в аденозин к экто-5'-нуклеотидаза.[10]
  5. Аденозин сужает афферентную артериолу, связываясь с высоким сродством с А1 рецепторы[11][12] а граммя/ГРАММо. Аденозин с гораздо меньшим сродством связывается с А2А и А2B[13] рецепторы, вызывающие расширение эфферентных артериол.[12]
  6. Связывание аденозина с А1 рецептор вызывает сложный сигнальный каскад с участием Gя блок деактивации Ac, таким образом уменьшая цАМФ и Gо субъединица активирующая ПЛК, IP3 и DAG.[14] IP3 вызывает высвобождение внутриклеточного кальция, который распространяется на соседние клетки через щелевые соединения создание «кальциевой волны TGF».[10] Это вызывает сужение сосудов афферентных артериол, снижая скорость клубочкового фильтрата.
  7. Gя и повышенный внутриклеточный кальций, вызывают снижение лагерь что подавляет Ренин высвобождение из юкстагломерулярных клеток.[14] Кроме того, когда клетки плотного пятна обнаруживают более высокие концентрации Na и Cl, они подавляют синтетаза оксида азота (уменьшение высвобождения ренина), но наиболее важным механизмом ингибирования синтеза и высвобождения ренина является повышение концентрации кальция в юкстагломерулярных клетках.[7]

В ответ на уменьшение кровотока трубчатой ​​жидкости в толстой восходящей конечности / уменьшилось соль концентрация в плотном пятне:

  1. Снижение фильтрации в клубочках или повышенная реабсорбция натрия и воды Проксимальный извитый каналец вызывает снижение концентрации хлорида натрия в жидкости в канальцах у плотного пятна.
  2. NKCC2 имеет более низкую активность и впоследствии вызывает сложный сигнальный каскад, включающий активацию: p38, (ERK½), (MAP) киназы, (СОХ-2) и микросомальная простагландин E-синтаза (mPGES) в плотном пятне.[7]
  3. Это вызывает синтез и высвобождение PGE2.
  4. PGE2 действует на рецепторы EP2 и EP4 в юкстагломерулярных клетках и вызывает высвобождение ренина.[7]
  5. Высвобождение ренина активирует РАСН приводит ко многим результатам, в том числе к увеличению СКФ.

Критической мишенью сигнального каскада транс-JGA является афферентная артериола клубочков; его ответ заключается в повышении чистого сосудосуживающего тонуса, что приводит к снижению клубочкового капиллярного давления (PGC) и потока клубочковой плазмы. Эфферентные артериолы, по-видимому, играют меньшую роль; экспериментальные данные подтверждают как сужение сосудов, так и расширение сосудов, причем, возможно, первое находится в более низком диапазоне, а второе - в более высоком диапазоне концентраций NaCl (2). Когда обратное регулирование тонуса афферентных артериол предотвращается путем прерывания петли обратной связи, и когда сенсорный механизм полностью активируется путем насыщения концентраций NaCl, TGF снижает СКФ в среднем примерно на 45%, а PGC примерно на 20%. Сопротивление афферентных артериол увеличивается на 50% или меньше, что соответствует уменьшению радиуса примерно на 10%, если выполняется закон Пуазейля. Таким образом, вазоконстрикция, вызванная TGF, обычно ограничена по величине.[6]

Модуляция

Агент-посредник высвобождается или генерируется в зависимости от изменений концентрации NaCl в просвете. Размер ответа TGF напрямую зависит от этих изменений. «Частично из-за поразительного эффекта делеции аденозиновых рецепторов A1 (A1AR), аденозин, образующийся из высвобожденного АТФ, был предложен в качестве критического медиатора TGF.[6] Модулирующий агент влияет на ответ TGF без ввода в просвет просвета NaCl. Агенты представляют собой вазоактивные вещества, которые изменяют либо величину, либо чувствительность TGF-ответа.[6]

Факторы, которые снижаться Чувствительность к TGF включает:[15]

Это влияет на порог, при котором контур расхода Генле инициирует обратную связь. Высокобелковая диета влияет на активность обратной связи, повышая скорость клубочковой фильтрации отдельного нефрона и снижая концентрации Na и Cl в жидкости ранних дистальных канальцев. На сигнал, вызывающий обратную связь ТГ, это влияет. Повышенная нагрузка на почки высокобелковая диета является результатом увеличения реабсорбция из NaCl.[17]

  • Соединительный каналец клубочковой обратной связи (CTGF): CTGF инициируется повышением концентрации натрия в сегменте соединительных канальцев нефрона и включает активацию эпителиального натриевого канала (ENaC). CTGF обладает способностью модулировать механизм TGF и имеет решающее значение для понимания повреждения почек, наблюдаемого при гипертонии, чувствительной к соли.[18][19] и доноры почек.[20]

Факторы, которые увеличивать Чувствительность к TGF включает:[15]

  • аденозин
  • тромбоксан
  • 5-HETE
  • ангиотензин II
  • простагландин E2
  • альдостерон
    • Альдостерон в просвете соединительных канальцев усиливает обратную связь клубочков соединительных канальцев (CTGF) за счет негеномного эффекта с участием рецепторов GPR30 и натрий-водородного обменника (NHE). Альдостерон внутри просвета соединительного канальца усиливает CTGF через путь цАМФ / PKA / PKC и стимулирует образование O2-, и этот процесс может способствовать повреждению почек за счет увеличения давления в капиллярах клубочков.[21]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Арулкумаран Н., Тернер С.М., Сикма М.Л., Певица М., Анвин Р., Там Ф.В. (1 января 2013 г.). «Пуринергическая передача сигналов при воспалительном заболевании почек». Границы физиологии. 4: 194. Дои:10.3389 / fphys.2013.00194. ЧВК  3725473. PMID  23908631. Внеклеточный аденозин способствует регуляции СКФ. Почечный интерстициальный аденозин в основном образуется в результате дефосфорилирования высвобожденного АТФ, АМФ или цАМФ ферментом экто-5'-нуклеотидазой (CD73) (Le Hir and Kaissling, 1993). Этот фермент катализирует дефосфорилирование 5'-AMP или 5'-IMP до аденозина или инозина, соответственно, и располагается в основном на внешних мембранах и митохондриях клеток проксимальных канальцев, но не в дистальных канальцах или клетках собирательного протока (Miller et al. ., 1978). АТФ, потребляемый для активного транспорта плотным пятном, также способствует образованию аденозина с помощью 5-нуклеотидазы (Thomson et al., 2000). Внеклеточный аденозин активирует рецепторы A1 на сосудистых афферентных гладкомышечных клетках артериол, что приводит к сужению сосудов и снижению СКФ (Schnermann et al., 1990).
  2. ^ а б Praetorius HA, Leipziger J (1 марта 2010 г.). «Внутрипочечная пуринергическая передача сигналов в контроле почечного канальцевого транспорта». Ежегодный обзор физиологии. 72 (1): 377–93. Дои:10.1146 / annurev-physicol-021909-135825. PMID  20148681.
  3. ^ Persson AE, Lai EY, Gao X, Carlström M, Patzak A (1 января 2013 г.). «Взаимодействие между аденозином, ангиотензином II и оксидом азота на афферентной артериоле влияет на чувствительность тубулогломерулярной обратной связи». Границы физиологии. 4: 187. Дои:10.3389 / fphys.2013.00187. ЧВК  3714451. PMID  23882224.
  4. ^ Widmaier EP, Raff H, Strang KT (2016). Физиология человека Вандера: механизмы функционирования тела. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: образование Макгроу-Хилл.
  5. ^ а б c d Ryu H, Layton AT (март 2014 г.). «Трубчатый ток жидкости и дистальная доставка NaCl, опосредованная тубулогломерулярной обратной связью в почках крысы». Журнал математической биологии. 68 (4): 1023–49. Дои:10.1007 / s00285-013-0667-5. ЧВК  3757103. PMID  23529284.
  6. ^ а б c d Шнерманн Дж. (2015). «Одновременная активация множественных вазоактивных сигнальных путей при сужении сосудов, вызванных тубулогломерулярной обратной связью: количественная оценка». Ежегодный обзор физиологии. 77: 301–22. Дои:10.1146 / аннурев-физиол-021014-071829. PMID  25668021.
  7. ^ а б c d Пети-Петерди Дж, Харрис Р.С. (июль 2010 г.). «Macula densa: сенсорные и сигнальные механизмы высвобождения ренина». Журнал Американского общества нефрологов. 21 (7): 1093–6. Дои:10.1681 / ASN.2009070759. ЧВК  4577295. PMID  20360309.
  8. ^ Карлстрем М., Уилкокс С.С., Велч В.Дж. (август 2010 г.). «Рецепторы аденозина A (2) модулируют тубулогломерулярную обратную связь». Американский журнал физиологии. Почечная физиология. 299 (2): F412-7. Дои:10.1152 / ajprenal.00211.2010. ЧВК  2928527. PMID  20519378.
  9. ^ Комлоси П., Пети-Петерди Дж., Фусон А.Л., Финта А., Розивалл Л., Белл П.Д. (июнь 2004 г.). «Базолатеральное высвобождение АТФ Macula densa регулируется просветом [NaCl] и потреблением соли с пищей». Американский журнал физиологии. Почечная физиология. 286 (6): F1054-8. Дои:10.1152 / айпренал.00336.2003. PMID  14749255.
  10. ^ а б Burnstock G, Evans LC, Bailey MA (март 2014 г.). «Пуринергическая передача сигналов в почках при здоровье и болезни». Пуринергическая передача сигналов. 10 (1): 71–101. Дои:10.1007 / s11302-013-9400-5. ЧВК  3944043. PMID  24265071.
  11. ^ Спилман WS, Аренд LJ (февраль 1991 г.). «Аденозиновые рецепторы и передача сигналов в почках». Гипертония. 17 (2): 117–30. Дои:10.1161 / 01.HYP.17.2.117. PMID  1991645.
  12. ^ а б Валлон V, Оссвальд Х (2009). «Аденозиновые рецепторы и почка». Справочник по экспериментальной фармакологии. 193 (193): 443–70. Дои:10.1007/978-3-540-89615-9_15. ISBN  978-3-540-89614-2. ЧВК  6027627. PMID  19639291.
  13. ^ Фэн М.Г., Навар Л.Г. (август 2010 г.). «Афферентный артериолярный вазодилататорный эффект аденозина преимущественно включает активацию рецептора аденозина A2B». Американский журнал физиологии. Почечная физиология. 299 (2): F310-5. Дои:10.1152 / ajprenal.00149.2010. ЧВК  2928524. PMID  20462966.
  14. ^ а б Ortiz-Capisano MC, Atchison DK, Harding P, Lasley RD, Beierwaltes WH (октябрь 2013 г.). «Аденозин ингибирует высвобождение ренина из юкстагломерулярных клеток посредством пути, опосредованного рецептором A1-TRPC». Американский журнал физиологии. Почечная физиология. 305 (8): F1209-19. Дои:10.1152 / ajprenal.00710.2012. ЧВК  3798729. PMID  23884142.
  15. ^ а б Бор WF, Boulpaep EL (2005). Медицинская физиология: клеточный и молекулярный подход. Филадельфия, Пенсильвания: Elsevier Saunders. ISBN  978-1-4160-2328-9.
  16. ^ Сон Дж, Лу И, Лай ЭЙ, Вэй Дж, Ван Л., Чандрашекар К., Ван С., Шен К., Джунко Л.А., Лю Р. (январь 2015 г.). «Окислительный статус в macula densa модулирует тубулогломерулярную обратную связь при гипертензии, вызванной ангиотензином II». Acta Physiologica. 213 (1): 249–58. Дои:10.1111 / apha.12358. ЧВК  4389650. PMID  25089004.
  17. ^ Сеней Ф. Д., Перссон Э. Г., Райт Ф. С. (январь 1987 г.). «Модификация сигнала обратной связи тубуло-клубочковых с помощью диетического белка». Американский журнал физиологии. 252 (1 балл 2): F83–90. Дои:10.1152 / ajprenal.1987.252.1.F83. PMID  3812704.
  18. ^ Ван Х, Д'Амброзио М.А., Гарвин Дж.Л., Рен Й., Карретеро О.А. (октябрь 2013 г.). «Подключение клубочковой обратной связи канальцев при гипертонии». Гипертония. 62 (4): 738–45. Дои:10.1161 / ГИПЕРТЕНЗИЯ AHA.113.01846. ЧВК  3867812. PMID  23959547.
  19. ^ Ван Х, Ромеро, Калифорния, Масджоан Джункос Дж. Х, Мону С. Р., Петерсон Э. Л., Карретеро О. А. (декабрь 2017 г.). «Влияние потребления соли на дилатацию афферентных артериол: роль клубочковой обратной связи соединительных канальцев (CTGF)». Американский журнал физиологии. Почечная физиология. 313 (6): F1209 – F1215. Дои:10.1152 / ajprenal.00320.2017. ЧВК  5814642. PMID  28835421.
  20. ^ Monu SR, Ren Y, Masjoan Juncos JX, Kutskill K, Wang H, Kumar N, Peterson EL, Carretero OA (апрель 2017 г.). «Подключение клубочковой обратной связи по канальцам опосредует тубулогломерулярную обратную связь, восстанавливающую постунилатеральную нефрэктомию». Американский журнал физиологии. Почечная физиология. 315 (4): F806 – F811. Дои:10.1152 / ajprenal.00619.2016. ЧВК  6230744. PMID  28424211.
  21. ^ Рен Й, Яник Б., Куцкилл К., Петерсон Э.Л., Карретеро О.А. (декабрь 2016 г.). «Механизмы усиления обратной связи клубочковых канальцев альдостероном». Американский журнал физиологии. Почечная физиология. 311 (6): F1182 – F1188. Дои:10.1152 / ajprenal.00076.2016. ЧВК  5210193. PMID  27413197.

дальнейшее чтение

  • Бреннер и Ректор Почка (7-е изд.). Сондерс, отпечаток Elsevier. 2004 г.
  • Итон, округ Колумбия, Пулер JP (2004). Почечная физиология Вандера (8-е изд.). Lange Medical Books / McGraw-Hill. ISBN  978-0-07-135728-9.