Načelo protitoka je biološko načelo delovanja, ki je vključeno v termoregulacijo številnih živali, v dihanje rib, kot so morski psi, in v procese, kot je človeško uriniranje koncentracija. Diureza pri ljudeh se večinoma pojavi v tako imenovani Henlejevi zanki v ledvični možgini in je značilna za sisteme v nasprotni smeri toka. Ena s tem povezana motnja je dedni in mutacijski Barrterjev sindrom.
Kaj je načelo protitoka?
V človeškem telesu je načelo protitoka še posebej pomembno za izmenjavo snovi v ledvice tkiva. Načelo biološkega protitoka ima različen pomen. Za živalski svet ima funkcijsko načelo vlogo predvsem pri termoregulaciji. V človeškem telesu je še posebej pomembna za izmenjavo snovi v ledvice tkiva. Smer toka v nasprotnem toku v sosednjih tkivih zagotavlja učinkovitost izmenjave snovi. Protitočni sistemi v človeku ledvice tkiva služijo zlasti za varčevanje snovi in energije. V človeškem telesu Henlejeva zanka znotraj nefrona predstavlja odličen primer funkcionalnega načela protitoka v sosednjih anatomskih strukturah. Henlejeva zanka je izraz, ki se uporablja za opis odseka zanke sistema ledvičnih tubulov, ki se nahaja v ledvični možgini, ki služi predvsem koncentraciji urina. Henlejeva zanka in s tem eno najpomembnejših protitočnih načel pri ljudeh se pojavlja znotraj zunanjega medularnega območja. Načelo je zelo pomembno za diurezo ali nastajanje urina in je sestavljeno iz treh ločenih komponent z nasprotnimi smermi toka. Morski psi in druge ribe za dihanje uporabljajo tudi protitok. Imajo izmenjevalnik protitoka, v katerem kisikslabo kri izpolnjuje kisik-bogati medij. Med izmenjavo plina pride do stika med kri in bolj kisikovo gojišče za vzdrževanje kisik razlike v delnem tlaku in spodbujajo nadaljnji prevzem O2 iz medija.
Funkcija in namen
Sistem protitoka človeških ledvic je sestavljen iz treh različnih komponent. Prvi med njimi je tanka padajoča okončina tako imenovane Henlejeve zanke, drugi element tvori debela naraščajoča okončina zanke, tretji element pa ustreza intersticiju, ki se nahaja med prvima dvema komponentama. Tanek, padajoč del zanke Henle je prepuščen voda. Debel, naraščajoč del zanke ni. Znotraj naraščajočega dela zanke Henle, natrijev ioni migrirajo iz urina v sosednji intersticij. Ta migracija se zgodi z aktivnim prevozom. Voda ne migrira v intersticij, ampak ostane v urinu. Za razliko natrijev, voda zaradi neprepustnih delov Henlove zanke sploh ne more do intersticija. Iz tega razloga tekočina postane hipotonična, medtem ko intersticij pridobi hipertoničnost. Voda končno teče v intersticij, ki je postal hipertoničen, iz padajočega tankega dela zanke Henle. To je zato, ker je v tem delu zanke stena prepustna za vodo. Na ta način se koncentrira primarni urin: koncentracija se pojavi v padajočem delu zanke brez dodatnih izdatkov za energijo. Med primarnim urinom se voda odstrani koncentracija po načelu protitoka. Obnovitev vode v ledvicah je pasivno možna po načelu in je tako povezana z reabsorpcijo natrijev. Ta postopek je izjemno energetsko učinkovit. Henlejeva zanka ima več stopenj, ki so vse vključene v proces. Hkratno delovanje zgoraj opisanega principa v vseh fazah Henlejeve zanke povzroči delno koncentracijo urina. Koncentracija elektroliti je najvišji v apikalnem delu Henlejeve zanke, ker je v tem delu voda odstranjena iz primarnega urina na celotni razdalji tankega padajočega uda. Tako je protitočno načelo prispevalo k energetsko učinkoviti koncentraciji Hansa z nasprotno smerjo toka sosednjih tkiv v zanki Henlejeve ledvice.
Bolezni in bolezni
Kadar bolezen prizadene ledvična zanka, se včasih pojavijo motnje načela protitoka in s tem koncentracije urina. Relativno redka dedna bolezen Henlove zanke je Bartterjev sindrom, ki natančneje prizadene debelo naraščajočo vejo zanke. Vzrok bolezni je okvara prenosnika Na + / K + / 2Cl-, ki naj bi bil furosemid občutljiv. Druge različice bolezni so povezane z okvaro apikalnega K + kanala ali pa so posledica okvare bazo-lateralnega Cl-kanala. Ti kanali sodelujejo z Na + / K + / 2Cl-kotransportom pri reabsorpciji NaC1 v segmentu redčenja in pomembno prispevajo k delovanju načela protitoka v naraščajoči veji zanke v zdravi ledvici. Zaradi motenega sodelovanja med prevozniki in kanali se lahko absorbira premalo natrijevih ionov. Zaradi zmanjšane reabsorpcije je kri padec tlaka. Zaradi zaskrbljujočega upada krvni tlak, presoreceptorji v steni aorte sprožijo sproščanje kateholamina. Poleg tega padec krvni tlak vodi tudi do zmanjšanega pretoka krvi v aferentijo vasa. Ta zmanjšan pretok krvi spodbuja sproščanje renin. Rezultat je hiperreninemični hiperaldosteronizem. Pri bolezni IV tipa je v Barttinu napaka, ki ustreza bistveni β-podenoti v kanalu ClC-K. Ta podenota ni vključena samo v bazo-lateralno zančno membrano Henle, temveč tudi v bazo-lateralno membrano notranjega ušesa. Iz tega razloga za to podvrsto bolezni ni značilno le moteno protitočno načelo, temveč tudi gluhost. Vse druge bolezni ledvičnega medularnega območja lahko prav tako motijo protitočno načelo, kot je ledvično rak or nekroza ledvičnega tkiva, ki se tam nahaja. Poleg tega lahko motnje koncentracije urina in njegovega funkcionalnega principa povzročijo številne mutacije. Samo za Barrterjev sindrom je dokumentiranih skupno pet vzročnih mutacij.
