尿の形成

腎臓による最終尿の形成は、いくつかの主なプロセスから構成されます。

• 腎臓糸球体における動脈血の限外濾過;
• 尿細管における物質の再吸収、尿細管の腔内への多数の物質の分泌。
• 腎臓による新しい物質の合成。この物質は尿細管の腔と血液の両方に入ります。
• 逆流システムの働きにより、最終的な尿は濃縮または希釈されます。

限外濾過

血漿からボーマン嚢への限外濾過は、腎糸球体の毛細血管で起こります。SCFは尿形成過程における重要な指標です。単一ネフロンにおけるSCFの値は、限外濾過有効圧と限外濾過係数という2つの要因に依存します。

限外濾過の原動力となるのは有効濾過圧力であり、これは毛細血管内の静水圧と毛細血管内のタンパク質の膠質浸透圧と糸球体カプセル内の圧力の合計との差です。

P_効果= P_水和- (P_オンス+ P_カプセル)

ここで、P _effectは有効濾過圧、P _hydrは毛細血管内の静水圧、P _oncは毛細血管内のタンパク質の膠質浸透圧、P _{caps は}糸球体カプセル内の圧力です。

毛細血管の流入端および流出端における静水圧は45 mmHgです。この圧力は、毛細血管ループの濾過全長にわたって一定です。この圧力は、毛細血管の流出端に向かって20 mmHgから35 mmHgまで増加する血漿タンパク質の膠質浸透圧と、10 mmHgであるボーマン嚢内の圧力によって抑制されます。その結果、有効濾過圧は毛細血管の流入端で15 mmHg（45 - [20 + 10]）、流出端で0 mmHg（45 - [35 + 10]）となり、これを毛細血管全長に換算すると約10 mmHgとなります。

前述の通り、糸球体毛細血管壁はフィルターであり、細胞成分、高分子化合物、コロイド粒子は通過させませんが、水と低分子物質は自由に通過します。糸球体フィルターの状態は、限外濾過係数によって特徴付けられます。血管作動性ホルモン（バソプレシン、アンジオテンシンII、プロスタグランジン、アセチルコリン）は限外濾過係数を変化させ、それに応じてSCF（尿素水）に影響を与えます。

生理学的条件下では、すべての腎臓糸球体全体で 1 日あたり 180 リットルの濾液、つまり 1 分あたり 125 ml の濾液が生成されます。

尿細管における物質の再吸収と分泌

濾過された物質の再吸収は主にネフロンの近位部で起こり、ネフロンに入ったすべての生理学的に重要な物質と、濾過されたナトリウム、塩素、水イオンの約2/3が吸収されます。近位尿細管における再吸収の特徴は、すべての物質が浸透圧的に等量の水とともに吸収され、尿細管内の液体は血漿と実質的に等浸透圧を維持する一方で、近位尿細管の末端における一次尿の量は80%以上減少することです。

遠位ネフロンの働きは、再吸収と分泌の両方の過程を通じて尿の組成を形成する。この部分では、ナトリウムは等量の水と同量の水と交換されて再吸収され、カリウムイオンが排泄される。水素イオンとアンモニウムイオンは尿細管細胞からネフロン腔内に入る。電解質輸送は、抗利尿ホルモン、アルドステロン、キニン、プロスタグランジンによって制御される。

向流システム

逆流システムの活動は、腎臓のいくつかの構造（ヘンレ係蹄の下行および上行の細い部分、集合管の皮質部分と髄質部分、腎髄質の全厚を貫通する直血管）の同期した働きによって表されます。

腎臓の逆流システムの基本原理：

• すべての段階において、水は浸透圧勾配に沿って受動的にのみ移動します。
• ヘンレ係蹄の遠位直尿細管は水不透過性である。
• ヘンレ係蹄の直細管ではNa ⁺、K ⁺、Clの能動輸送が起こる。
• ヘンレ係蹄の細い下行脚はイオンは通さないが、水は通す。
• 腎臓の内髄質には尿素回路がある。
• 抗利尿ホルモンは集合管の水透過性を確保します。

体内の水分バランスの状態に応じて、腎臓は低張尿、非常に薄い尿、または浸透圧的に濃縮された尿を排泄します。腎髄質の尿細管と血管のすべての部分がこのプロセスに関与し、向流回転増殖システムとして機能します。このシステムの活動の本質は次のとおりです。近位尿細管に入った限外濾過液は、この部分で水と溶解物質が再吸収されるため、元の容積の3/4～2/3にまで減少します。尿細管に残った液体は、化学組成は異なりますが、浸透圧は血漿と変わりません。その後、近位尿細管からの液体はヘンレ係蹄の細い下行部に入り、さらに腎乳頭の頂点へと移動します。そこでヘンレ係蹄は180°曲がり、内容物は上行部の細い部分を通過して、下行部の細い部分に平行に位置する遠位直尿細管に入ります。

ループの細い下行部は水は透過しますが、塩分は比較的透過しません。その結果、水は浸透圧勾配に沿ってこの部分の内腔から周囲の間質組織へと移行し、尿細管の内腔における浸透圧濃度は徐々に上昇します。

一方、液体がヘンレ係蹄の遠位直尿細管に入ると、この直尿細管は水を透過せず、浸透圧活性のある塩素とナトリウムが周囲の間質へ能動輸送されます。この部分の内容物は浸透圧濃度を失い、低浸透圧状態になります。これが「ネフロンの希釈部」という名称の由来です。周囲の間質では、反対のプロセス、つまりNa ⁺、K ⁺、Clによる浸透圧勾配の蓄積が起こります。その結果、ヘンレ係蹄の遠位直尿細管の内容物と周囲の間質との間の横方向浸透圧勾配は200 mOsm/lになります。

髄質内層では、尿細管上皮を通して受動的に流入する尿素の循環によって浸透圧濃度がさらに上昇する。髄質における尿素の蓄積は、皮質集合管と髄質集合管の尿素透過性の違いに依存する。皮質集合管、遠位直尿細管、遠位曲尿細管は尿素を透過しない。一方、髄質集合管は尿素透過性が高い。

濾過された液がヘンレ係蹄から遠位尿細管および皮質集合管を通過すると、尿細管内の尿素濃度は、尿素を含まない水の再吸収によって上昇します。濾過された液は、尿素透過性が高い内髄質の集合管に入り、間質へ移行した後、内髄質にある尿細管へ再輸送されます。髄質における浸透圧の上昇は、尿素によるものです。

上記の過程の結果、浸透圧濃度は皮質（300 mOsm/l）から腎乳頭にかけて上昇し、ヘンレ係蹄の細い上行脚の起始部腔内と周囲の間質組織の両方で1200 mOsm/lに達します。したがって、向流増殖システムによって形成される皮質髄質浸透圧勾配は900 mOsm/lとなります。

ヘンレ係蹄に沿って走る直血管は、縦方向の浸透圧勾配の形成と維持にさらに貢献しています。間質浸透圧勾配は、上行直血管を介した効率的な水分除去によって維持されます。上行直血管は下行直血管よりも直径が大きく、数もほぼ2倍です。直血管の独特な特徴は高分子に対する透過性であり、その結果、髄質に多量のアルブミンが蓄積されます。タンパク質は間質浸透圧を発生させ、水分の再吸収を促進します。

尿の最終濃縮は集合管で行われ、その水透過性は分泌されるADHの濃度に応じて変化します。ADH濃度が高い場合、集合管細胞の膜の水透過性が増加します。浸透圧によって水が細胞から（基底膜を介して）高浸透圧の間質へと移動し、浸透圧濃度の均一化が確保され、最終尿の浸透圧濃度が高くなります。ADHが産生されない場合、集合管は実質的に水を透過せず、最終尿の浸透圧濃度は腎皮質の間質の濃度と等しくなります。つまり、等浸透圧または低浸透圧の尿が排泄されます。

したがって、尿希釈の最大レベルは、ヘンレ係蹄上行脚におけるカリウム、ナトリウム、塩化物イオンの能動輸送と遠位曲尿細管における電解質の能動輸送によって尿細管液の浸透圧を下げる腎臓の能力に依存します。その結果、集合管の入り口における尿細管液の浸透圧は血漿よりも低くなり、100 mOsm/Lになります。ADHが存在しない場合は、集合管の尿細管から塩化ナトリウムがさらに輸送され、ネフロンのこの部分の浸透圧は50 mOsm/Lまで低下する可能性があります。濃縮尿の形成は、髄質間質の高浸透圧とADH産生の存在に依存します。