Selektivní permeabilita glomerulární kapiláry je založena na dvou zdánlivě
protikladných vlastnostech stěny glomerulární kapiláry: řadově několikrát vyšší
propustnost pro vodu ve srovnání s kapilárami v jiných orgánech a současně maximálně
účinnou schopnost zabraňovat úniku bílkovin z krevní plasmy do ultrafiltrátu.
Plasmatické ionty a molekuly o relativní molekulové
hmotnosti menší než 10000 (10 kD) přecházejí do ultrafiltrátu bez omezení, jejich
koncentrace v plasmě a v ultrafiltrátu jsou téměř shodné. Koncentrace iontů a
malých molekul, které jsou v plasmě navázány z části na bílkoviny (vápník,
některé organické kyseliny aj. ) jsou v ultrafiltrátu nižší. Závisle na
koncentraci lipoproteinů v plasmě se zmenšuje distribuční prostor pro ostatní
rozpuštěné látky. Pokud tyto látky mohou pronikat do ultrafiltrátu, bude tam
jejich koncentrace opět poněkud nižší. Koncentrace hydrogenkarbonátů a chloridů
je v ultrafiltrátu rovněž nižší než v plasmě. Dochází k tomu působením
Donnanovy-Gibbsovy rovnováhy, která vyžaduje identické koncentrace aniontů a
kationtů na obou stranách glomerulární stěny. Protože filtrace bílkovinných
aniontů je malá, zvyšuje se proporcionálně filtrace dvou hlavních plasmatických
aniontů, tj. hydrogenkarbonátů a chloridů.
Koncentrace plasmatických bílkovin v ultrafiltrátu je ve
srovnání s koncentrací v plasmě extrémně nízká. Z nepřímých stanovení jsou
předpokládány hodnoty od 10 do 100 mg/l, nejčastěji v rozmezí od 10 do 30 mg/l.
Způsob, jakým glomerulární stěna tak účinně zabraňuje úniku plasmatických
bílkovin do ultrafiltrátu není dosud uspokojivě vysvětlen. Není pochyb, že se
na tom významně podílí komplexní struktura glomerulární stěny a
fyzikálněchemické vlastnosti jejich strukturních složek. Významněji - ne-li
rozhodujícím způsobem - však ovlivňuje transport plasmatických bílkovin do
ultrafiltrátu glomerulární mikrocirkulace.
Jednotlivé strukturní složky glomerulární stěny
vytvářejí systém štěrbin, které ve svém úhrnu fungují jako filtr. Místem
maximálního hydraulického odporu jsou pravděpodobně pravidelně uspořádané
otvory štěrbinové membrány, druhou nejúčinnější bariérou je síť vláken lamina
densa bazální membrány. Restrikční účinek (stérický odpor) ostatních vrstev bazální
membrány je pravděpodobně malý.
Při výkladu glomerulární permeability pro bílkoviny nebo
jiné makromolekuly si je obvykle představujeme jako sférické částice o určitém
poloměru (Stokesův-Einsteinův efektivní hydrodynamický poloměr), který je přibližně
úměrný jejich relativní molekulové hmotnosti. Glomerulární stěnou budou
jednotlivé molekuly procházet při filtraci tím lépe, čím budou menší než je
průměr filtračních pórů, čím bude těchto pórů více a čím budou kratší. Řada
poznatků o filtraci plasmatických bílkovin byla získána studiem filtrace
molekul dextranů a polyvinylpyrolidonů o různě velkých efektivních poloměrech.
Obě látky se v tubulech neresorbují a nesecernují a z jejich frakčních
clearancí lze proto stanovit jejich koncentrace v ultrafiltrátu. Molekuly
dextranů o efektivním poloměru menším než 1,8 nm jsou filtrovány stejně jako
inulin, jehož efektivní poloměr je udáván v rozmezí 1,4 – 1,7 nm. Čím je
efektivní poloměr dextranu větší, tím je i nižší jeho frakční clearance.
Clearance dextranu o efektivním poloměru 4,0 nm je již velmi malá a molekuly s
efektivním poloměrem větším než 5, 5 nm stěnou glomerulární kapiláry již
neprocházejí.
Za fyziologických okolností chybí v ultrafiltrátu
plasmatické bílkoviny o efektivním poloměru větším než 5,5 nm, jejich frakční
clearance jsou nulové. Frakční clearance IgG, který má efektivní poloměr 5,5 nm
je prakticky identická s frakční clearancí stejně velkých molekul dextranu
(0,003, Myers 1988). Frakční clearance albuminu je však jen 0,01, tedy relativně
málo odlišná od IgG, ačkoliv efektivní poloměr albuminu je 3,6 nm. V kontrastu
s tím je frakční clearance dextranu o stejném efektivním poloměru jako má
albumin zřetelně větší (0,15). Albumin se tedy při filtraci chová jako by měl
efektivní poloměr a relativní molekulovou hmotnost podstatně větší než tomu ve
skutečnosti je.
K vysvětlení rozdílů ve filtraci dextranů a bílkovin
přispěly studie filtrace aniontových a kationtových dextranů. Frakční clearance
kationtových dextranů jsou zřetelně vyšší než stejně velkých elektroneutrálních
molekul, glomerulární stěna jejich filtraci usnadňuje. Naproti tomu frakční
clearance aniontových dextranů je zřetelně nižší, glomerulární stěna jejich
filtraci omezuje. Ve shodě s tím jsou frakční clearance albuminu a aniontového
dextranu o stejných efektivních poloměrech přibližně stejné.
Téměř všechny strukturní složky glomerulární stěny mají
na svém povrchu vláknité elektronegativní makromolekuly. Pro plasmatické
bílkoviny představuje stěna glomerulární kapiláry elektrostatickou aniontovou
bariéru, která usnadňuje filtraci bílkovinných kationtů, filtraci bílkovinných
aniontů, především albuminu naopak znesnadňuje nebo je z procesu filtrace téměř
vyloučí. Repulzivní účinek glomerulární stěny vůči albuminu se projevuje již na
úrovni endotelu: v protékajícím proudu plasmy dochází vlivem repulse k
soustřeďování albuminu ke středu krevního proudu, takže v plasmě, která
přichází do styku s endotelem je koncentrace albuminu významně snížená. Pokles
hustoty elektronegativních nábojů ve stěně glomerulární kapiláry je obvykle
spojen s charakteristickými změnami ve stěně glomerulu, s tzv. fúzí (lépe
retrakci) pedicel viscerálního epitelu a se vznikem glomerulární proteinurie. K
těmto změnám dochází u řady glomerulopatií, lze je však vyvolat a opět upravit
i experimentálně infuzí látek, které neutralizují resp. opět obnoví
elektronegativní náboje struktur glomerulární stěny. Nelze vyloučit, že na
vzniku proteinurie se v těchto případech podílí nejen zánik repulse, ale i
"zhroucení" funkční architektury glomerulární stěny, která
pravděpodobně závisí rovněž na povrchových fixních nábojích svých strukturních
složek. Je totiž známo, že při retrakci pedicel a obnažení viscerální plochy
bazální membrány může docházet ke zvýšené filtraci albuminu i při nezměněné
hustotě elektronegativních nábojů ve stěně kapiláry. Intaktní systém
interpedicelárních štěrbin viscerálního epitelu pravděpodobně rozhodujícím
způsobem ovlivňuje průtok vody glomerulární stěnou a tím i nepřímo její
permeabilitu pro plasmatické bílkoviny.
Řada nízkomolekulových plasmatických bílkovin
(plasmatické mikroproteiny, volně filtrovatelné plasmatické bílkoviny) o
relativní molekulové hmotnosti 10000 - 30000 (10-30 kD) a efektivním
hydrodynamickém poloměru menším než 1,8 nm (alfa-1-mikroprotein,
alfa-2-mikroprotein, beta-2-mikroglobulin, volné lehké řetězce imunoglobulinů,
cystatin C aj.) prochází glomerulární stěnou velmi snadno bez ohledu na
elektronegativní náboj, který většina z nich má. Je tomu tak proto, že jejich
povrchový náboj je úměrně nízký jejich hmotnosti a tak malý, že jej repulzivní
aniontová bariéra neregistruje. Frakční clearance těchto bílkovin jsou velmi
vysoké a jejich koncentrace v ultrafiltrátu a v plasmě málo rozdílné. O
filtraci plasmatických bílkovin rozhoduje nejen jejich efektivní hydrodynamický
poloměr (selektivita podle velikosti, size dependent selectivity) a povrchový
náboj (selektivita podle náboje, charge dependent selectivity), v určité míře
se mohou uplatňovat i tvar molekuly a schopnost její deformace.
Molekuly dextranů a polyvinylpyrolidonu vytvářejí v
roztocích volné, nesystematicky stočené hydratované sféroidy, jejichž efektivní
hydrodynamický poloměr je větší než u kompaktních globulárních bílkovin o
stejné rel. mol. hmotnosti. Určité rozdíly ve frakčních clearancích stejně
velkých dextranů a bílkovin lze vysvětlovat snazší deformabilitou molekul
dextranů, jejich tendencí deformovat se pod filtračním tlakem a jakoby
hadovitým způsobem pronikat porésním systémem glomerulární stěny.
Nelze vyloučit, že filtraci bílkovin mohou usnadňovat
konformační změny jejich molekul při systémových poruchách acidobazického
metabolismu a neenzymatická glykace při diabetu. Pokud se sníží nebo zanikne
elektrostatická repulse glomerulární stěny nebo se poruší integrita její
struktury, zvýší se propustnost pro plasmatické bílkoviny a vzniká proteinurie.
Je však dobře známo, že přechodná, často velmi zřetelná a neselektivní
proteinurie se objeví při nejrůznějších okolnostech a stavech, u nichž
nedochází k prokazatelným změnám uvedených vlastností glomerulární stěny, např.
při ortostáze, při námaze, oběhovém městnání aj. Společným jmenovatelem většiny
těchto reversibilních a prognosticky často bezvýznamných proteinurií jsou
dočasné změny glomerulární mikrocirkulace. Svědčí pro to především práce Ryana
a spolupracovníků, kteří prokázali, že za fyziologických podmínek plasmatické
bílkoviny - s výjimkou molekul menších než 30000 (30 kD) fenestry endotelu do
bazální membrány a do ultrafiltrátu nepronikají. Naopak, zpomalení průtoku krve
glomerulem a pokles efektivního filtračního tlaku vedl promptně ke vstupu
albuminu a IgG do vrstev bazální membrány a do ultrafiltrátu.
Změny glomerulární mikrocirkulace zvyšují transport
plasmatických bílkovin do ultrafiltrátu v zásadě trojím způsobem:
·
rozdílnou
konstrikcí vas afferens a vas efferens se sníží perfuse glomerulu a současně
zvýší efektivní filtrační tlak (intraglomerulární hypertenze). K poklesu nebo
významnému snížení glomerulární filtrace přitom nedochází, protože se zvýší
filtrační frakce. Při vzestupu průtoku tekutiny stěnou glomerulární kapiláry se
zvyšuje i transport bílkovin z plasmy do ultrafiltrátu konvekcí.
·
při
vzestupu filtrační frakce se v průběhu glomerulární kapiláry postupně zvyšuje
koncentrace bílkovin a tím i jejich difuse do ultrafiltrátu podle
koncentračního gradientu.
·
dochází
k hemodynamicky podmíněným změnám ultrafiltračního koeficientu, tj.
permeability glomerulární stěny pro transport plasmatických bílkovin. V
experimentu (Yoshioka a spol. 1986) se zvýší frakční clearance
elektroneutrálních molekul o efektivním hydrodynamickém poloměru větším než 4,4
nm, ale nezmění se frakční clearance molekul menších. V intencích teorie o
bimodální, heteroporózní struktuře bazální membrány se zvýší průtok tekutiny
subpopulací velkých (neselektivních, zkratových) pórů, které jsou za
fyziologických okolností afunkční (Ishikawa a Haris 1991). Hemodynamicky
podmíněné proteinurie jsou proto neselektivní.
Mediátory změn glomerulární mikrocirkulace jsou pravděpodobně
angiotensin II a vasoaktivní prostaglandiny, místem jejich působení vas
afferens, vas efferens a kontraktilní struktury mesangiálních buněk.
Uvedli jsme již, že elektrostatickým repulsivním účinkem
povrchu endotelu dochází k soustřeďování bílkovinných aniontů, především
albuminu, do středu kapilárního toku. Přispívá k tomu zřejmě i tzv. polarizační
koncentrace plasmatických bílkovin. Při průtoku tekutiny s různě velkými
molekulami bílkovin kapilárou dochází k jejich vrstvení podél stěny kapiláry
tak, že velké molekuly (IgG) proudí bezprostředně v blízkosti endotelu, menší
molekuly (albumin) centrálněji. Ne zcela jasným způsobem brání periferní vrstva
větších molekul pronikání menších molekul albuminu pod úroveň fenester do
bazální membrány. Při zpomalení kapilárního toku se polarizační koncentrace
bílkovin ruší a albumin začíná pronikat do bazální membrány.
Nelze vyloučit, že změny glomerulární mikrocirkulace
mohou ovlivňovat přímo i stupeň porosity bazální membrány. Lze si to představit
tak, že při fyziologickém průtoku a tlaku v glomerulární kapiláře stlačuje
intraglomerulární tlak elastickou bazální membránu, takže při redukci průtoku a
tlaku se porosita bazální membrány zvětší, jakoby stlačené struktury se
rozvinou, podobně jako stlačená a opět uvolněná houba.
Na selektivní permeabilitě plasmatických bílkovin se
podílejí všechny složky glomerulární stěny. Filtraci makromolekulových aniontů
(albuminu) ovlivňují zřejmě nejvíce fyzikálně-chemické vlastnosti endotelu
a subendoteliálních vrstev lamina rara interna (repulse)
a na hemodynamice závislé rheologické faktory (polarizační koncentrace). Vysoký
hydrodynamický odpor lamina densa bazální membrány zřejmě maximálně ovlivňuje
transport větších elektroneutrálních molekul (IgG). Místem maximální restrikce
bílkovinných kationtů je pravděpodobně štěrbinová membrána.
Molekuly plasmatických bílkovin, které i za
fyziologických okolností v malé míře do postupných vrstev glomerulární stěny
vniknou, jsou adsorbovány a katabolizovány v podocytech a v mesangiu.
Filtraci plasmatických bílkovin glomerulární stěnou lze srovnávat s pohybem
sférických částic v proudu tekutiny kapilárními póry. Z hlediska hydrodynamiky
má takový pohyb solutů dvě složky: konvekci, tj. pohyb solutů jako důsledek hydrodynamického
toku tekutiny a difusi, tj. pohyb solutů jako důsledek jejich koncentračního
gradientu po obou stranách kapilární stěny. Oba procesy lze hydrodynamicky
charakterizovat a matematicky formulovat v modelech glomerulární filtrace.
Filtraci bílkovin za fyziologických okolností vysvětluje uspokojivě model
isoporósní filtrační membrány s póry o poloměru 5,0 – 5,5 nm. Při výkladu
filtrace bílkovin za patologických okolností vyhovuje lépe bimodální model
filtrace.
Další informace
Miroslav Engliš
.