Motstrømsprinsippet er et biologisk driftsprinsipp som er involvert i termoregulering av mange dyr, i respirasjon av fisk som haier, og i prosesser som menneskelig urin konsentrasjon. Diurese hos mennesker forekommer i stor grad i den såkalte sløyfen til Henle i nyremedulla og er preget av systemer med motsatt strømningsretning. En relatert lidelse er arvelig og mutasjonell Barrter syndrom.
Hva er motstrømsprinsippet?
I menneskekroppen er motstrømsprinsippet spesielt relevant for utveksling av stoffer i nyre vev. Det biologiske motstrømsprinsippet har forskjellige betydninger. For dyreverdenen spiller det funksjonelle prinsippet en rolle hovedsakelig i termoregulering. I menneskekroppen er det spesielt relevant for utveksling av stoffer i nyre vev. En motstrømningsretning i nærliggende vev sikrer effektiviteten av stoffutveksling. Motstrømsystemene hos mennesker nyre vev tjener særlig til å spare stoffer og energi. I menneskekroppen representerer sløyfen til Henle i nefronen et godt eksempel på det funksjonelle prinsippet om motstrøm i tilstøtende anatomiske strukturer. Sløyfen til Henle er betegnelsen som brukes for å beskrive sløyfeseksjonen i nyretubuli-systemet som ligger i nyremedulla, som primært tjener til å konsentrere urin. Sløyfen til Henle, og dermed en av de viktigste motstrømsprinsippene hos mennesker, forekommer innenfor den ytre medullære sonen. Prinsippet er viktig for diurese eller urindannelse og består av tre forskjellige komponenter med motsatte strømningsretninger. Haier og annen fisk bruker også motstrømsprinsippet for åndedrett. De har en motstrømsveksler der oksygen-fattige blod møter en oksygen-rikt medium. Under gassutveksling er det kontakt mellom blod og det mer oksygenerte mediet for å opprettholde oksygen delvis trykkforskjell og fremmer videre opptak av O2 fra mediet.
Funksjon og formål
Motstrømssystemet til de menneskelige nyrene består av tre forskjellige komponenter. Den første av disse er den tynne nedadgående delen av den såkalte Henle-sløyfen, det andre elementet er dannet av den tykke stigende delen av sløyfen, og det tredje elementet tilsvarer interstitiumet, som ligger mellom de to første komponentene. Den tynne, nedstigende delen av løkken til Henle er gjennomtrengelig for Vann. Den tykke, stigende delen av løkken er ikke. Innenfor den stigende delen av sløyfen til Henle, natrium ioner vandrer fra urinen til det tilstøtende interstitiumet. Denne migrasjonen skjer ved aktiv transport. Vann migrerer ikke inn i interstitium, men blir værende i urinen. I motsetning til natrium, Vann er ikke i stand til å nå interstitiet i det hele tatt på grunn av de ugjennomtrengelige delene av sløyfen til Henle. Av denne grunn blir væsken hypotonisk mens interstitium får hypertonisitet. Vann strømmer endelig inn i interstitiet, som har blitt hypertonisk, fra den nedadgående tynne delen av løkken til Henle. Dette er fordi veggen er permeabel for vann i denne delen av sløyfen. På denne måten er den primære urinen konsentrert: konsentrasjon forekommer innenfor den synkende delen av sløyfen uten ekstra energiforbruk. Vann fjernes fra den primære urinen under konsentrasjon etter motstrømsprinsippet. Vanngjenvinning i nyrene er mulig passivt takket være prinsippet, og er dermed koblet til reabsorpsjon av natrium. Denne prosedyren er ekstremt energieffektiv. Henle-sløyfen har flere trinn, som alle er involvert samtidig i prosessen. Den samtidige operasjonen av prinsippet beskrevet ovenfor i alle ledd av Henles sløyfe resulterer i en brøkdel av urinen. Konsentrasjonen av elektrolytter er høyest i den apikale delen av sløyfen til Henle, fordi i denne delen er vann fjernet fra den primære urinen over hele avstanden til den tynne nedadgående lemmen. Motstrømsprinsippet bidro dermed til den energieffektive konsentrasjonen av Hans ved motsatt strømningsretning av de tilstøtende vevene i løkken til Henle i nyrene.
Sykdommer og plager
Når løkken til Henle i nyrene påvirkes av sykdom, forekommer det noen ganger forstyrrelser i motstrømsprinsippet og dermed urinkonsentrasjonen. En relativt sjelden arvelig sykdom i sløyfen til Henle er Bartters syndrom. Denne sykdommen påvirker mer spesifikt den tykke stigende grenen av sløyfen. Årsaken til sykdommen er en defekt i Na + / K + / 2Cl- cotransporter, som antas å være furosemid følsom. Andre varianter av sykdommen er assosiert med en defekt i den apikale K + -kanalen eller skyldes en defekt i den baso-laterale Cl-kanalen. Disse kanalene samarbeider med Na + / K + / 2Cl-cotransport i NaC1-reabsorpsjon i fortynningssegmentet og bidrar betydelig til at motstrømsprinsippet fungerer i den stigende grenen av sløyfen i en sunn nyre. På grunn av svekket samarbeid mellom transportører og kanaler, kan utilstrekkelig natriumioner absorberes på nytt. På grunn av redusert reabsorpsjon ble pasientenes blod trykkfall. På grunn av det alarmerende innfallet blodtrykk, presseseptorene i veggen til aorta initierer katekolaminfrigivelse. I tillegg faller inn blodtrykk fører også til redusert blodstrøm til vasa afferentia. Denne reduserte blodstrømmen stimulerer frigjøringen av renin. Hyperreninemisk hyperaldosteronisme er resultatet. I type IV sykdom er det en defekt i Barttin, som tilsvarer den essensielle β-underenheten i ClC-K-kanalen. Denne underenheten er ikke bare involvert i den baso-laterale sløyfemembranen til Henle, men også i den baso-laterale indre øremembranen. Av denne grunn er denne subtypen av sykdommen ikke bare preget av et forstyrret motstrømsprinsipp, men i tillegg av døvhet. Alle andre sykdommer i nyre-medullærsonen kan også forstyrre motstrømsprinsippet, for eksempel nyre kreft or nekrose av nyrevevet som ligger der. I tillegg kan forstyrrelser i urinkonsentrasjon og dets funksjonelle prinsipp være forårsaket av mange mutasjoner. Bare for Barrter syndrom er det dokumentert totalt fem årsaksmutasjoner.
