آلية تكوين البول 

البول : هو السائل المتكون بواسطة الكليتين، وهو سائل شفاف، مصفر اللون، له رائحة مميزة، يحتوي على معظم مكونات البلازما عدا انه يحتوي على نسبة منخفضة من البروتين والدهن وخالي تماماً من الخلايا الحمراء (جدول 10 – 1).

جدول 10 – 1 :المكونات الكيميائية لبلازما الدم والبول

يتكون البول كنتيجة لتصفية الدم عند مروره بالكبة، وما يتعرض لهذا المصفى بعد مروره خلال الأنبيبيات الكلوية من اعادة امتصاص لبعض مكوناته، واضافة بعض المواد التي يتم افرازها من هذه الأنبيبيات أثناء مروره من خلالها. يمر السائل الذي تتم تصفيته من خلال الأنبيبيات المكونة للنيفرون وتختلف تسميته على حسب موقعه داخلها، فمثلا يسمى رشح الكبة (Glomerular Filterate)، وهو السائل المتكون مباشرة من خلال الكبة، وهو يشابه إلى حد كبير البلازما الا انه يحتوي على تركيز منخفض من البروتين لا يتعدى 0.03% مع وجود نسبة ضئيلة من الزلال .. ويسمى بالسائل الأنبوبي (Tubular Fluid) وهو يختلف عن رشح الكبة بسبب ما يعاد امتصاصه من المكونات او يضاف إليه. ويسمى البول (Urine) وهي الصورة النهائية التي يتم اخراجها من القناة الجامعة.

تتعرض آلية تكوين البول إلى القوى الرئيسية التالية :

1. رشح الكبة Glomerular Filteration , GF
2. اعادة امتصاص مكونات الرشيح Reabsorption
3. افراز بعض المكونات واضافتها للرشيح Secretion.

1- رشح الكبة :

يتعرض الدم عند مروره خلال الكبة بضغط فوق اعتيادي Ultra-Filtration Pressure وذلك بسبب ارتفاع ضغط الدم الوارد إلى النيفرون. يتأثر هذا الضغط بوجود 3 قوى :

أ . الضغط الهيدروستاتي للدم = 60 مم / ز

ب . الضغط الأسموزي للدم = 32 مم / ز

الضغط النسيجي للكبسولة = 18 مم / ز

ضغط رشح الكبة (Glomarular Filteration Pressure , GFP) =

الضغط الهيدروستاتي – (الضغط الأسموزي + الضغط النسيجي)

 = 60 –  (32 + 18)

= 10 مم / ز.

يستطيع هذا الضغط (10 مم/ز) تصفية حوالي 125 ملليلتر من السائل في الدقيقة او 180 ليتراً في اليوم، وهو ما يطلق عليه بمعدل رشح الكبة Glomerular Filteration Rate , GFR.

كيف يمكن للجسم اخراج هذه الكمية الهائلة من البول ويستطيع نفس الوقت تعويضها بنفس الكمية من الماء؟ بالطبع لا يمكن للجسم القيام بهذا، وبالتالي، تأتي أهمية النيفرون وكفاءته في إعادة حوالي 99% من ما تمت تصفيته من الكبة ثانية إلى السوائل خارج الخلايا، وما يبقى يتم التخلص منه على هيئة البول وهو لا يتعدى فيا لانسان 1 – 2 لتر من البول يومياً.

يبلغ الضغط الأسموزي لرشيح الكبة مباشرة بعد خروجه من الكبة إلى الأنبيبيات القريبة حوالي 300 ميللي أوزمول وهو متساوٍ تماماً مع الضغط الأسموزي للدم.

تنظيم معدل رشح الكبة 

أ . التنظيم الذاتي للكلية Autoregulation :

تستطيع الكلية تنظيم معدل ثابت لرشح الكبة، حتى عندما تتعرض للارتفاع المفاجئ لضغط الدم، الذي يصل أحياناً إلى حوالي 160 مم / ز. غياب هذه الآلية في وجود ضغط دم متزايد ينتج عنه تكوين حجم كبير من البول يصعب التخلص منه خارج الجسم.

يستطيع النيفرون تنظيم زيادة معدل ضغط الدم الوارد إليه من خلال :

1- تضييق الشريان الوارد إلى الكبة للتقليل من حجم الدم الوارد إلى الكبة.

2- توسيع الشريان الصادر من الكبة للسماح بخروج حجم أكبر من الدم بشكل سهل وميسر.

وفي المقابل، عندما ينخفض ضغط الدم الوارد فان الشريانين يقومان بوظيفة معاكسة، للسماح بدخول حجم أكبر من الدم وخروج حجماً أقل منه.

يؤدي جهاز (جاكستا) دوراً أساسياً في عملية تنظيم تدفق الدم من والى الكبة، حيث يزيد من معدل رشح الكبة ليسمح بتدفقه داخل الأنبيبيات ليعاد امتصاص مكوناته بشكل طبيعي مع زيادة ملحوظة في تركيز (ص كل). وجود (ص كل) يحفز افرازات خلايا (جاكستا) التي بدورها تعمل على تضييق الشريان الوارد وتوسيع الشريان الصادر وذلك لتقليل معدل رشح الكبة إلى وضعه الطبيعي من خلال آلية الاسترجاع السلبي (شكل 2).

شكل 2: التنظيم الذاتي لرشح الكبة

ب . التنظيم السمبتاوي Sympathetic regulation :

تتغذى الأوعية الدموية للجهاز البولي مباشرة بالجهاز العصبي السيمبتاوي. تعرض الجسم إلى اجهاد عضلي او اصابة الدورة الدموية، او ربما غيرها، يؤدي إلى افراز (الأدرينالين) الذي يقوم بتضييق الشريان الوارد وبالتالي تخفيض معدل رشح الكبة.

جـ . تنظيم هرموني (الرينين – أنجيوتنسين) :

تتم هذه العملية من خلال الخطوات التالية (شكل 3) :

1- انخفاض ضغط الدم الوارد إلى الكبة يحفز خلايا (جاكستا) لإفراز هرمون (الرنين).

2- يتعرض هرمون (الرنين) إلى اختزال في عدد من الأحماض الأمينية ويتم ارتباط ما تبقى مع بروتين البلازما (Alpha2 – Globulin) لتكوين هرمون الأنجيوتنسين (Angiotensin I) (محتوياً 10 أحماض أمينية).

3- يتحول الأنجيوتنسين I أثناء وجوده في الدورة الدموية في وجود أنزيم خاص يفرز من الرئتين إلى الأنجيوتنسين II.

4- يقوم الأنجيوتنسين II بما يلي :

أ . تنشيط آلية الانقباض الوعائي لزيادة ضغط الدم.

ب . تنشيط آلية انقباض الشريان الصادر لمنع الانخفاض في ضغط الكبة والسماح بمعدل ثابت من الرشيح.

جـ. يحفز وينشط آلية اعادة الامتصاص.

د. يحفز افراز هرمون الألدوسترون Aldosterone من الجزء القشري للكظرية لزيادة امتصاص الصوديوم والماء.

هـ. يزيد من الاحساس بالعطش وبالتالي يزيد من معدل استهلاك الماء.

شكل 3 : آلية تنظيم هرموني (الرينين – الأنجيوتنسين) في تكوين البول

2- اعادة الامتصاص والإفراز

أ . الأنبيبيات الملتفة القريبة :

حوالي 99% من رشيح الكبة يعاد امتصاصه من الأنبيبيات الكلوية. 65% منها يعاد مباشرة من الأنبيبيات القريبة بسبب طولها والتصاقها بالكبة وبالشريان الصادر الذي يحمل دماً مركزاً (مرتفع الضغط الأسموزي) بسبب تصفيته من الماء ومكونات الدم الاخرى عند مروره بالكبة. وجود هذا الدم مرتفع التركيز ملاصقا للأنبيبيات القريبة المحملة برشيح الكبة (الأقل في التركيز) يزيد من شراهة اعادة الماء وبعض المكونات ثانية إلى الدم.

تعتبر الأنبيبيات القريبة من أكثر أجزاء النيفرون نشاطا بسبب احتوائها على أعداد كبيرة من الميتوكوندريا اللازما لتوفير الطاقة التي يحتاجها النقل النشط لعدد من المكونات. ومن أهم المكونات التي يعاد امتصاصها من هذا الجزء من النيفرون :

1- الماء :

تتم اعادة امتصاص الماء كما ذكرنا بسبب الاختلاف الواضح في الضغط الأسموزي بين محتويات الأنبيبيات القريبة وما يحيط بها من السوائل الخارجية. يصاحب اعادة امتصاص الماء في الغالب اعادة لامتصاص جزيئات (ص+) وذلك للمحافظة على ثبوت الضغط الأسموزي. حوالي 65% من الماء يعاد امتصاصه بهذه الكيفية، بينما حوالي 20% يعاد امتصاصها من لفة (هنل) وحوالي 15% من الأنبيبيات البعيدة والقناة الجامعة بفعل الأثر المباشر لهرمون المضاد لإدرار البول Anti-Diuretic Hormone , ADH من الفص الخلفي للنخامية وكذلك هرمون الألدوسترون.

2- الصوديوم :

يعتبر الصوديوم من أكثر الأيونات (الموجبة) تواجداً في رشيح الكبة.

وبذا يصبح هناك اتجاه قوي لإعادة الصوديوم ثانية إلى الخلايا اما بواسطة النقل الإيجابي او مباشرة فيما بين الخلايا. تقوم الخلايا بالمحافظة على تركيز منخفض من الصوديوم مقارنة بتركيزه خارج الخلايا بفعل (مضخة ص + - بو+ Sodium-Potasium pump). التي تعمل بشكر مستمر على إزالة (ص+) من داخل الخلية إلى خارجها. وفي أغلب الظروف اعادة امتصاص (ص+) عادة ما تكون مصحوبة بامتصاص الماء والجلوكوز.

3- الجلوكوز :

ينتقل الصوديوم مصحوبا بالجلوكوز بواسطة ناقل بروتيني يسمى (Sodium- Dependent – Glucose Transporter , SDGT) كما سبق توضيحها في امتصاص الجلوكوز في الأمعاء الدقيقة.

يعاد امتصاص الجلوكوز بأكمله خاصة عندما يكون مستوى الجلوكوز في الرشيح اقل من المقدرة القصوى للأنبيبيات (Threshold Maximum, Tm). تقدر المقدرة القصوى لإعادة امتصاص الجلوكوز حوالي 320 ملليجرام / الدقيقة.

اذا كان معدل تصفية الجلوكوز 125 ملليجرام / الدقيقة فإن الأنبيبيات لها القدرة على اعادة كل الجلوكوز ثانية إلى الدم. اذا ارتفع مستوى الجلوكوز إلى مستوى اعلى بكثير عن المستوى العادي، كما في حالة الاصابة بالمرض السكري (Diabetes Milletus, DM) فإن ذلك يؤدي إلى عدم اعادة الجلوكوز بكامله وبالتالي خروج كميات كبيرة منه مع البول الذي يسمى في هذه الحالة بالبول السكري (Glucoseurea).

4- الأحماض الأمينية :

يعاد امتصاص الأحماض الأمينية في صورة مشابهة للجلوكوز مصطحباً مع الصوديوم او في وجود عامل مساعد.

5-  الكلور :

ينتقل الصوديوم (كما ذكرنا) إلى الخلايا الطلائية بواسطة النقل النشط او الايجابي، وعادة ما يصطحب هذا النقل جذب جزيئات من الكلور السالبة. أيضاً امتصاص الماء ينتج عنه وجود اختلاف كبير في تركيز الكلور بين تجويف الأنبيبيات والخلايا، الأمر الذي يزيد من اعادة امتصاص الكلور إلى الخلية.

كما لاحظنا في المعدة، يلاحظ أيضاً آلية لاستبدال جزيئات الكلور في مقابل خروج جزيئات من البيكربونات (فيما سمي بمضخة الكلور او ازاحة الكلور Chlorine Shift) وذلك لمعادلة الحمضية.

6- متأينات اخرى :

يعاد امتصاص كل من : الكالسيوم والماغنسيوم والبوتاسيوم، ولا يعاد امتصاص كل من : الكبريتات، والفوسفات، والنيترات، والبيكربونات.

بالرغم من تصفية كمية من البيكربونات من الكبة الا ان البول عادة ما يكون خاليا منها وذلك بسبب المعادلة الحمضية التي يتعرض لها أثناء ما يكون مروره من الأنبيبيات.

 7- البروتينات والمركبات النيتروجينية الاخرى :

يعاد امتصاص حوالي 40 – 60% من اليوريا بالإضافة إلى حامض اليوريك. بينما لا يعاد امتصاص الكريتانين بسبب وزنه الجزيئي المرتفع.

ب . لفة (هنل) :

تتكون لفة (هنل) من الجزء النازل والجزء الصاعد. الجزء النازل، هو الواقع داخل منطقة النخاع والقادر على تركيز السائل المصفى القادم من الانبيبيات القريبة. يصل تركيز هذا السائل في أعمق نقطة من اللفة حوالي 4 أضعاف (1200 ميللي أوزمول) مقارنة بتركيزه لحظة وجوده في الجزء الأول من الأنبيبيات القريبة (300 ميللي أوزمول).

قد يصل التركيز إلى أعلى من ذلك بكثير وذلك حسب طول اللفة. الحيوانات التي تستطيع تحمل العطش، كالإبل والجرذان والغزلان وغيرها، تستطيع تركيز البول بكفاءة عالية، وذلك بسبب طول لفة (هنل).

يتم تكوين البول في لفة (هنل) عن طريق :

1. يسمح الجزء النازل من لفة (هنل) بخروج الماء واعادته إلى الأوعية الدموية. ينتج عن ذلك زيادة تركيز مكونات السائل في الجزء النخاعي من اللفة ويصبح عالي التركيز (1200 ميللي أوزمول).
2. يسمح الجزء الصاعد من اللفة بخروج (ص +) و (كل -)، بينما لا يسمح بخروج الماء. يصبح السائل الصاعد إلى الأنبيبيات البعيدة (في الجزء القشري) أقل تركيزاً ومنخفض التوتر بالنسبة للدم ويصل تركيزه إلى (100 ميللي أوزمول).
3. يتم نقل (ص كل) الذي تم اخراجه من اللفة الصاعدة إلى السوائل بين الخلايا ليعود ثانية إلى الدم.

جـ. الأنبيبيات الملتفة البعيدة :

يصل السائل المصفى إلى الأنبيبيات البعيدة بضغط أزموزي حوالي 100 ميللي أوزمول، وهي حالة منخفضة التوتر بالنسبة للدم. هذا السائل يحتوي فقط على حوالي 20% من الماء وحوالي 10% من الأملاح التي تمت تصفيتها من الكبة. ذلك يعني ان حوالي 36 لتر من الماء (180 × 0.20 = 36 لتر) في اليوم يجب ان تطرد بواسطة الجهاز البولي. وهذا ما لا يمكن توقعه. لذلك يجب ان تقوم الأنبيبيات البعيدة والقناة الجامعة بدور أساسي في اعادة اكبر كمية من الماء والأملاح بحيث تسمح بخروج كمية من البول لا تتعدى 1 – 2 لتر / اليوم.

تقوم هذه الأنبيبيات بهذه الوظيفة من خلال عمل الهرمونات التالية

1- هرمون مضاد إدرار البول Anti-diuretic Hormone , ADH :

هرمون بروتيني، يصنع في الخلايا العصبية من الجسم تحت السريري ويخزن في الفص الخلفي من الغدة النخامية إلى حين الحاجة إليه. يحتاج الجسم إلى هذا الهرمون عند تعرضه للجفالف او إلى النقص في مستوى الماء في الجسم او بسبب العطش او الإسهال او غيرها. نقص الماء، يؤدي إلى زيادة الضغط الأسموزي للدم، تستجيب المستقبلات الأسموزية (osmotic receptors) الواقعة بالجسم تحت السريري او المستقبلات الحجمية (volume receptors) الواقعة على جدران الأوعية الدموية للزيادة الأسموزية (زيادة لزوجة الدم) او تخفيض حجم الدم لتحفيز افراز هرمون المضاد لادرار البول، الذي ينتقل من الفص الخلفي للنخامية عبر الدم إلى الأنبيبيات البعيدة والجامعة ليزيد من مسامية جدرانها للسماح بإعادة امتصاص الماء ورجوعه إلى الدم مؤدياً بذلك إلى خروج البول في صورة مركزة Hypertonic Urine.

كثير من العوامل تعمل على تثبيط افراز هذا الهرمون وابطال وظيفته، أهمها تناول كميات كبيرة من الماء، اصابة الجسم تحت السريري او النخامية او تناول المنبهات المحتوية على الكافين، النيكوتين وغيرها، كل هذه العوامل تمنع افراز الهرمون وبالتالي تعيق فتح مسامات الأنبيبيات البعيدة والجامعة وتصبح غير قادرة على اعادة امتصاص الماء مؤدية بذلك إلى خروج البول في صورة مخففة Hypertonic Urine.

اصابة الجسم تحت السريري او النخامية يؤدي إلى ظهور اعراض مرض السكري الكاذب (Diabetes Insipidus) بسبب غياب هرمون المضاد لإدرار البول، حيث تظهر اعراض المرض بزيادة حجم البول وتكرر مرات التبول. يختلف المرض السكري الكاذب عن المرض السكري الحقيقي الذي ينتج بسبب النقص في افراز الأنسولين في أن البول خال تماماً من الجلوكوز.

2- الألدوسترون :

هرمون دهني يفرز من خلايا خاصة من الجزء القشري للكظرية. يعمل هذا الهرمون بشكل اساسي على خلايا الأنبيبيات البعيدة للمحافظة على المستوى الطبيعية من الاملاح خاصة ص +، بو + داخل الدم حيث يساعد على اعادة الصوديوم إلى الدم والتخلص من البوتاسيوم في البول.

من أهم العوامل التي تؤثر في إفرازه :

1- انخفاض تركيز (ص+) في البلازما.

2- زيادة تركيز (بو+) في البلازما.

3- انخفاض ضغط الدم وعلاقته بالرينين – أنجيوتنسن.

يعمل الألدوسترون على زيادة امتصاص الصوديوم من الأنبيبيات البعيدة والجامعة والتي تكون مصحوبة أيضاً بامتصاص الكلور والماء. في مقابل زيادة في افراز أيونات (بو+). ينتج عن ذلك خروج حجم صغير من البول عالي التركيز في البوتاسيوم ومنخفض في (ص كل).

4- العامل أو (الهرمون) الناتريورتك الأذيني Atrial-Natruretic Factor ANF : عبارة عن مركب كيميائي يفرز من عضلات الأذين الأيمن للقلب كاستجابة للارتفاع في ضغط الدم. يشتغل هذا المركب بطريقة تعاكس وظيفة الألدوسترون حيث يمنع اعادة امتصاص الصوديوم والماء مؤدياً بذلك إلى فقدان كميات كبيرة من الصوديوم في البول مع زيادة حجم البول وانخفاض ضغط الدم وحجمه.

د . القناة الجامعة :

الجزء الأخير من النيفرون يصله البول في صورة مخففة (100 ميللي  أوزمول) مقارنة بتركيزه في الأنبيبيات القريبة (300 ميللي أوزمول وفي الجزء السفلي من لفة (هنل) (1200 ميللي أوزمول). تستطيع القناة الجامعة تركيز البول وتخفيض حجم الماء المطروح مع البول (شكل 4) وذلك بسبب :

أ . ارتفاع الضغط الأسموزي للسوائل خارج الخلايا (الجزء النخاعي من النيفرون) بحوالي 4 أضعاف عن تركيزه في الجزء القشري.

ب . نفاذية الجزء الواقع في النخاع للماء وانخفاض نفاذيته لكلوريد الصوديوم.

شكل 4 : آلية تكوين البول في الأنبيبيات

ولهذا عند مرور السائل عبر القناة الجامعة يعاد امتصاص الماء ثانية إلى الخلايا المجاورة بسبب الاختلاف في الضغط الأسموزي، بينما يبقى الصوديوم والكلور وبقية الأملاح لتخرج مع البول في صورة مركزة.

يمكن تلخيص خطوات تكوين البول في الأجزاء المختلفة من النيفرون في الشكل (5).

شكل 5 : خطوات تكوين البول بعد اتمام عمليتي الامتصاص والافراز