BÖBREĞİN KLİNİK BİYOKİMYASI Dr .V.Kenan ÇELİK vkcelik@cumhuriyet.edu.tr

Böbreğin Major Fonksiyonları : 1. Düzenleme: -Vücut sıvı osmolaritesi ve hacmi -Electrolit dengesi -Asit-baz dengesi -Kan basıncı 2. Atılım: -Metabolik ürünler -Yabancı bileşikler (pestisidler, kimyasallar, vb.) -Aşırı maddeler (su ,vb) 3. Salgılama: -Erithropoitin (eritrosit üretimi) -1,25-dihidroksi vitamin D3 (D vitamininin aktivasyonu) -Renin -Prostaglandin

Diğer ECF:lemf, cerebrospinal sıvı, Toplam vücut sıvı hacmi Vücut ağırlığının %60’ı, 40 L Diğer ECF:lemf, cerebrospinal sıvı, Sinovial sıvı, seroz sıvı ve gastro intestinal sekresyonlar Ekstraselüler sıvı hacmi Vücut ağırlığının % 20’i 15 L Plazma Hacmi: ECF’nin %20’i 3 L Hücreler arası Sıvı hacmi: ECF’nin %80’i 12 L İntraselüler sıvı hacmi Vücut ağırlığının %40’ı 25 L Figure 26.1

Vücut sıvılarının elektrolit kompozisyonu

Elektrolit konsantrasyonları Genellikle mEq / L olarak verilir -1 litre solüsyon içerisindeki elektriksel yükü ölçmeye yarar. mEq/L = (iyon konsantrasyonu) [mg/L] /iyonun atom ağırlığı(mg)  iyonun yükü (mEg) 1 eşdeğer gram = Molekül ağırlığı/ etki değerliği Tek değerlikli bir iyon için, 1 mEq = 1 mOsm İki değerlikli bir iyon için, 1 mEq = 1/2 mOsm Örnek: Serum Na değeri 322 mg/dL ise mEq/L =? mEq/L = 322 mg /dL X 10 dL/ 1L X 1meşg/ 23 mg = 140 meşg/L Serum Na değeri 145 meşg/L ise %mg =? %mg = 145 meşg/L X 1 L/ 10 dL X 23 mg/ 1 meşg = 334 mg /dL = % 334 mg.

OSMOTİK BASINÇ: Osmolalite ve Osmotik Basınç Bir solüsyon içerisindeki toplam madde konsantrasyonu o çözeltinin osmotik davranışını (basıncını) belirler. Osmol aktif ünite (iyon, partikül molekül, atom ..) Osmolalite: 1 kg çözeltideki mol partikül sayısıdır. 1 OsM = 1mol partükül /1 kg su Bir solüsyonun Osmotik basıncı maddenin suya geçiş (osmosis) eğiliminin bir ölçüsüdür. Hipertonik, hipotonik, isotonik veya Hiperosmotik, hipoosmotik, isoosmotik Vücut sıvılarında osmotik basınç ECF ↔ ICF = 290-300 mOs

Osmotik basınç

Hemoliz sonucu Anemi ve hipoksi gelişir buda böbrekten Eritropoietin salınımına neden olur. Eritropoietin kemik iliğinde eritrosit üretimini kontrol eder.

Osmolalite: 1 M NaCl = 58 g / 1 L su 1 M glukoz = 180 g/ 1 L 1 M glukoz = 1 Osmolal ( molal = m) 1 M NaCl = 2 Osmolal neden? 1 mol Glukoz →1 mol glukoz 1 mol NaCl →1mol Na+ + 1mol Cl- NaCl 2 osmol aktif ünite içerir dolayısı ile 1 osmolal NaCl hazırlamak için 58/ 2 = 29 g gerekir. Plasma: 0 .3 Osm (veya 300 mOsm) Isoosmotic plasma: Normal tuz (0.9 g NaCl/100 ml =0.15 m) 5% dextrose (5 g glucose/100 ml= 0.3 m)

Osmotik basınç Elektrolit dengesi aktif transpor (Na+ /K+ ATPaz, K+ /H+ ATPaz,) sistemleri ile sürekli korunur. Hücre içi ve dışı elektriksel-gradient potansiyelinin idame ettirilmesi bu şekilde sağlanır. Böylece membran potansiyeli 50-90 mV gerilimle sabitlenir. Elektrokimyasal gradient ECF de (+), ICF (-) dir. Bir çok besin maddesinin (glukoz, aa, vb) hücre içine geçişi sağlanarak enerji kaynağı sürekli idame ettirilir. Bu nedenle ANYON GAP önemlidir. Anyon Gap : [ Na+] + [ K+] - [ Cl-] + [ HCO3-] 140mM 4 mM 100mM 25mM = ~20 mM (+)

Osmotik basınç Böbreklerin başlıca fonksiyonu ECF hacmini, osmolalite bileşenlerini, asit-baz dengesini ve kan basıncını sürekli idame ettirmekdir. Böbrekler bu fonksiyonunu başlıca; 1- Glomerular Filtrasyon 2- Tübüler reabsorbsiyon 3- Tübüler sekrasyon 4- Atılım (idrar) işlevi ile yaparlar.

Water Intake and Output

Kan hacmi ve basıncı kısmen hidrostatik ve osmotik basınç gradienti ile düzenlenir. Glomerülar filtrasyon hızıda regülasyona yardımcı olur. Kardiovasküler uyum ve kapasite (arter duvarlarının kalınlaşması-incelmesi gibi) Interstitial Intravascular

ECF hacim reseptörleri ECF hacminde ki azalma (hipovolemi) ve artma (hipervolemi) reseptörler aracılığı ile algılanır. “Central” vascular sensörler Düşük basınç (çok önemli) Cardiac atria Pulmonary vasculature Yüksek basınç (daha az önemli) Carotid sinus Aortic arch Juxtaglomerular apparatus (renal afferent arteriole) CNS’deki sensörler (daha az önemli) Karaciğer deki sensörler (daha az önemli)

Osmotik homeostasis Plazma osmolalite değişimi arginine vasopressin (AVP)/ Antidiüretik hormon (ADH) sekresyonuna yol açar. AVP’ deki çok küçük değişimler idrar hacminde çok büyük değişikliğe yol açar.

ADH ( AVP)

Homeostatik Fonksiyonlar Hormonal Kontrol altındadır.

Osmoreseptörler AVP secresyonu ile susuzluğu da stimüle eder. vascular organ of the lamina terminalis (OVLT) osmoreceptive neuronlar içerir – subfornical organ (SFO) ve median preoptic n. (MnPO) larda dahil.

Dehidratasyon aynı zamanda natriuresis nedenidir. Tuz tüketimini azaltan ve Na atılımına neden olan iki hormon; biri kalpte (atrial natriuretic peptide; ANP) ve diğeri beyinde (oxytocin; hiperosmolaliteye yanıt) salgılanır.

Atrial Natriuretic Peptide (ANP) ANP natriuresis oluşturur ( sodyum kaybı). ANP sentezi, depolanması ve salınımı Atrial myocytes lerde gerginliğe yanıtta (hacim sensörlerinde P azaldığında) gerçekleşir. Major etki renal vasodilatasyondur. Artan kan akışı = GFR artırı Böylece daha çok Na+ atılır. Genellikle angiotensin ll nin fonksiyonuna karşı etki gösterir ve renin’in etkisini de inhibe edebilir.

Hacim homeostasis Kan hacminde ki bir azalma (hipovolemi) susuzluk ve tuz tüketimini artıran mekanizmalarla telafi edilir. Hipovolemiye duyarlı Baroreseptörler böbreğin renin salınımına neden olur. Renin angiotensinogen ile etkileşir, angiotensin I, ve daha sonrada angiotensin II (AII) oluşturur. Hepsi bir vasoconstrictor ve adrenal korteksten aldosterone sekresyonunu sağlar.

Hacim homeostasis Renin-angiotensin sistemi ve AVP antidiuresis ve vasoconstriction oluşturur. Hipovolemi ve hiperosmolalite’nin herikisi birbirini etkileyerek AVP düzeyinin kontrolünü sağlar. -hipertension, AVP düzeyinde azalmaya, -hipotension ise AVP düzeyinde artmaya yol açar.

Hacim homeostasis Susuzluk; hipovolemi, gastrik tuz yüklemesi (hepatik Na+ reseptörleri) , ve artmış plazma osmolalitesi tarafından tetiklenir.

Hacim homeostasis

ADH aynı zamanda idrarı konsantre etmek için de gereklidir: Bunu nasıl başarır? Toplama kanallarının suya olan geçirgenliğini su giriş kanallarını (Aquaporin) artırarak sağlar. Böylece idrarı küçük miktarlarda konsantre eder.

BÖBREK FONKSİYONLARI: 1- Glomerular Filtrasyon 2- Tübüler reabsorbsiyon 3- Tübüler sekrasyon 4- Atılım (idrar oluşumu)

Korteks de enerji kaynağı olarak Böbrekte metabolik proseslerin çoğu aerobiktir ve O2 tüketimi oldukça yüksektir. Bu ihtiyaç kalp kasına eşdeğer, beyinden de 3 kat daha fazladır. Bu yüksek metabolik aktivite Tübüler reabsorpsiyonu idame ettirmek için gereklidir. Tüketilen O2 nin ~%70’i aktif transportta (glukoz, aa geri emilimi) kullanılır. Medullada pO2 düşüktür, buda yüksek Na+ / K+ ATPaz aktivitesine neden olur. Korteks de enerji kaynağı olarak Yağ asitleri, Laktat, Glutamat, Sitrat, Ve Keton cisimcikleri kullanılır.

GLOMERULAR FİLTRASYON: Glomerular kapillere gelen plazma Bowman boşluğunda filtre edilir. Filtrasyon, filtrasyon yüzeyine ve glomerular kan damarı boyunca yerleşen spesifik porlu hücreler ile epitel hücrelerin (podocytes) oluşturduğu filtrasyon bariyerine bağlıdır.

Filtrasyon moleküllerin büyüklüğü ve yükleri ilede Sınırlıdır, Plazma bileşenleri Mol. Wt. Filtrasyon oranı Urea 60 1.00 Glucose 180 Inulin 5,500 Myoglobin 17,000 0.75 Hemoglobin 64,000 0.03 Serum albumin 69,000 0.01

Glomerular filtrasyon oranı (GFR) Dakikada böbrekte oluşturulan filtrat miktarı. 125mL/dk = 180L/gün Filtrasyon basıncını –GFR –değiştiren faktörler: Artmış renal kan akışı -- GFR’ da artırır Azalmış plazma proteini -- GFR artırır. Ödem sebebidir. Kanama – kapiller kan basıncında azalma – GFR azalma

GFR regülasyonu : Kan akışının düzenlenmesi GFR üç mekanizma ile düzenlenir. 1. Renal Autoregulation 2. Neural regulation 3. Hormonal regulation Bu üç mekanizmanın hepsi renal kan basıncını ve kan akışını ayarlar.

1-Renal Otoregülasyon Myogenik mekanizma Kan akışı = Kapiler basınç / Akış direnci Tubüloglomerular feedback

2.GFR’nin Neural regulasyonu Sempatik sinir lifleri tarafından afferent ve efferent arteriollerin uyarılması Normal olarak sempatik stimülasyon düşüktür fakat kanama ve egzersizde artar. Kan hacmi (kanamada) korunumu Vasoconstriction oluşturur ve vücudun diğer bölgelerine kan akışının artmasına izin verir (egzersiz)

3. GFR’nin Hormonal regulasyonu GFR’nin regülasyonu birkaç hormon ile sağlanır. juxtaglomerular apparatus (JGA) hücrelerinden salınan renin, çok etkili bir vasoconstrictor olan Angiotensin II’i oluşturur. GFR azalır. ANP filtrasyonu kapiler yüzey alanını artırarak kolaylaştırır. GFR artar. NO Endothelin Prostaglandin E2

Renal Klirens ve GFR’in ölçümü: Renal klirens; Dakikada böbrekten temizlenen plazma hacmidir. - Glomerüllerde dakikada 125 mL plazma temizlenir. -Eğer plazma klirensi (idrardaki toplam miktarı) 3 mg/L ise 3mg/L X 180 L/gün = 540 mg/gün GFR ölçümü -İnülin yüklemesi -Kreatin klirens testleri ile yapılır.

Fruktan

İnülin yüklemesi Inulin:yıldız çiçeğinden elde edilen bir polisakkarit. Glomerülustan kolayca filtre edilir. Plazma proteinlerine bağlanmaz. Biolojik olarak inert. Toksik değildir ve böbrekte ne sentez nede metabolize edilir. Ne absorbe nede sekrete edilir. Böbrek fn’larını değiştirmez. Miktarı tam olarak saptanabilir. Düşük konsantrasyonu yeterlidir. (10-20 mg/100 mL plasma)

Renal inulin yüklenmesi Filtre edilen miktar = Atılan miktar Pin x GFR = Uin x V V=İdrar hacmi/zaman (ml/dk) GFR= Uin x V / Pin

Kreatinin Klirensi: Kreatinin: Kas kreatin metabolizmasının son ürünüdür. Klinikte GFR’i ölçmek için kullanılır, fakat inülin metoduna göre daha az spesifiktir (tübülden küçük miktarda sekrete edilir.) Kreatinin klirensi : Kan örneği ve 24 saatlik idrar toplanır, serum ve idrardaki kreatin miktarı ölçülür. Kreatinin klirensi = Ukreatinin x V / P kreatinin Serum kreatinin değeri ~ 20-80 µM (0,28 – 0,90 mg/dL) Bu değerler bilindiği için klirens testi pek yapılmaz, kan değerini ölçmek yeterlidir. Plazma [kreatinin] artmışsa GFR’nin azaldığının belirtisidir. GFR %50 oranında azalırsa kreatinin kanda iki kat artar. (patolojik bir durum yoksa –kene ısırması sonucu oluşan kırım kongo kanamalı ateş hastalığı (KKHA) ile kreatinin artabilir.)

KKHA’in Başlangıçta Laboratuvar Bulguları (2) Artmış serum, Lactate dehydrogenase, (LDH) 90 (98) Aspartate aminotransferase (AST) 84 (91) Alanine aminotransferase (ALT) 73 (79) Creatine phosphokinase 22 (24) Blood urea nitrogen 20 (22) Creatinine 15 (16)

GFR ye karşı Plasma kreatinin düzeyleri: 2934

REABSORBSİYON ve SEKRESYON :

Filtration, reabsoption, and excretion rates of substances by the kidneys Filtered Reabsorbed Excreted Reabsorbed (meq/24h) (meq/24h) (meq/24h) (%) Glucose (g/day) 180 180 0 100 Bicarbonate (meq/day) 4,320 4,318 2 > 99.9 Sodium (meq/day) 25,560 25,410 150 99.4 Chloride (meq/day) 19,440 19,260 180 99.1 Water (l/day) 169 167.5 1.5 99.1 Urea (g/day) 48 24 24 50 Creatinine (g/day) 1.8 0 1.8 0

Primer Aktif Transport

GLUKOZ REABSORPSİYONU TUBULLERDE MAXIMUMDUR Glucose Reabsorbed mg/min Excreted Filtered Reabsorbed Renal threshold (300mg/100 ml) Plasma Concentration of Glucose

SU ve SODYUM Transportu: Su ve Sodyum Henle kulpundan reabsorbe edilir ADH nin etkisi ile reabsorpsiyon yapılır.

Hiperkalemi ve hipokaleminin her ikiside kalp kasılımını etkileyerek yaşamı tehdit eder. Yaşamı ve ASİT-BAZ dengesinin idame ettirilmesi için [K+] = 2,5-6,0 mM (plazma) 135-145 mM (hücre içi) olmalıdır.

Potasyum reabsorpsiyonu ve sekresyonu

İDRAR OLUŞUMU: Böbreğin boşaltım (idrar oluşturma) fonksiyonu glomerulus’daki plazmanın Filtrasyonu , tübüler lümendeki maddelerin tekrar kana verilmsei (Reabsorpsiyon) ve tübüler hücrelerdeki maddeleri tekrar lümene transportunu (Sekresyon) içerir. Kreatinin, üre, amonyak Ve ürik asit gibi N’lu bile- şiklerin, toksik ilaçların, Fosforlu ve sülfatlı bileşik- lerin atılımı esastır.

İDRAR konsantrasyonu ters akıntı ile artırılır. Henle kulpunun aşağıya doğru inen ince kolu diğer maddeler dışında suya geçirgendir. Yukarı doğru çıkan kalın kolu su ve diğer maddelere karşı geçirgen değildir. Na ve Cl için aktif transport mekanizmaları içerir.

İDRAR konsantrasyonu ters akıntı ile artırılır. Na ve Cl yukarı doğru kalın koldan peritübüler sıvı içerisine reabsorbe edilir. Bu iyonlar medulla osmotik basıncı artırır. Bu, suyun aşagı doğru ince kolundan çıkışını artırır. Tübüler filtratın artan osmotik potansiyeli aktif transport aktivitesini artırır.

İDRAR konsantrasyonu ters akıntı ile artırılır.

İdrar oluşumunda Nefron bölgelerindeki farklılık: Proximal Convoluted tubule Reabsorption: Suyun %60-70 (108 - 116 L/gün) Glukoz ve diğer sekerler, aa, ve bazı vitaminler %100 Bikarbonat, fosfat, Mg, Ca ile birlikte Na ve Cl %60-70 Secretion: H+ , NH4+ , kreatinin, ilaçlar ve toksinler.

İdrar oluşumunda Nefron bölgelerindeki farklılık: Henle Kulpu: Reabsorption: -Suyun %25’i -Countercurrent (ters akıntı) sisteminin idame ettirilmesi için Na ve Cl’un %20-25’i

İdrar oluşumunda Nefron bölgelerindeki farklılık: Distal Convoluted Tubule Reabsorption: ADH kontrolü altında suyun %5 den fazlası. Aldesteron kontrolü altında değişken miktarlarda Na Cl ve Ca Secretion: H+ , NH4+ , kreatinin, ilaçlar ve toksinler.

İdrar oluşumunda Nefron bölgelerindeki farklılık: Collecting Duct Reabsorption: -ADH kontrolü altına suyun değişen miktarları -Aldesteron kontrolü altında Na,Cl (temel hücreler) ve HCO3-(intercalated hüc) değişen miktarları Secretion: Potasyum ve hidrojen iyonları

Toplama kanallarında ADH nın etkisi: Figure 26.15a, b

Vazopresinin Etki mekanizması:

Renin-Anjiotensin-Aldesteron sistemi: Juxtaglomerular Apparatus ACE

Renin-Angiotensin Sistemi Angiotensinogen NH2-Asp-Arg-Val…Pro-Phe-His-LeuLeuVal-Tyr-COOH 1. ↓ Renal Perfusion Pressure 2. ↓ Na at Macula Densa cells 3. ↑ Sympathetic nerve activity (ß-1) 1 2 3 … 7 8 9 10 11 12 13 + Renin ±PG NH2-Asp-Arg-Val…Pro-PheHis-Leu-COOH Angiotensin I 1 2 3 7 8 9 10 Non-ACE CAGE (. Chymase in heart) ACE Endopeptidase Angiotensin II NH2-Asp-Arg-Val…Pro-Phe-COOH 1 2 3 7 8 Angiotensin 1-7 Releases ADH; ↑ PG; Natriuretic; ↓ RVR; ↓ BP (brain stem inj.) ? Role in effects of ACEI CAGE=chymotrypsin-like angiotensin-generating enzyme Hollenberg NK, Fisher ND, Price DA. Hypertension 1998;32(3):387-92 Aminopeptidase Angiotensin III NH2-Arg-Val…Pro-Phe-COOH 2 3 7 8

Bilinen tüm fizyolojik etkilerini angiotensin II , tip 1 receptör Cardiac & Vascular Hypertrophy Vasoconstriction Direct Renal Sodium Retention ↑ Cardiac Contractility Aldosterone Secretion Angiotensin II Sympathetic Facilitation: Central Nerve terminal (ganglionic ?) ↑ Thirst ADH Release Bilinen tüm fizyolojik etkilerini angiotensin II , tip 1 receptör Aracılığı ile yapar.

Renin-angiotensin-aldosterone sistemi ↑ Na reabs ↑ H2O reab

Angiotensin II’nin zaralı etkileri  PAI-1/ thrombosis Platelet aggregation Superoxide production Abnormal vasoconstriction Ang II  Vasopressin Activate SNS  Aldosterone  Endothelin Myocyte growth Vascular smooth muscle growth  Collagen Remodeling The deleterious effects of angiotensin II are via stimulation of the AT1 receptors and due to abnormal vasoconstriction, stimulation of various neurohormones, growth promoting properties, effects on the vasculature, and activation of pro-thrombotic pathways. References Burnier M, Brunner HR. Angiotensin II receptor antagonists. Lancet. 2000;355:637-645. Brown NJ, Vaughan DE. Prothrombotic effects of angiotensin. Adv Intern Med. 2000;45:419-429. Adapted from Burnier M, Brunner HR. Lancet. 2000;355:637-645. Brown NJ, Vaughan DE. Adv Intern Med. 2000;45:419-429.

ALDOSTERON ALDOSTERON

OSMOLALİTE KONTROLU FEEDBACK SİSTEMİ

SİRKÜLASYON HACMİNİN EFEKTİF KONTROLÜ