Type A intercalated cell
Distal tubule lumen으로의 hydrogen ions 배설은 ㉠ connecting tubules과 collecting tubules의 type A (alpha) intercalated cells에 있는 luminal H-ATPase pump를 통해서 주로 이루어지고, ㉡ 이보다 적은 정도로 hydrogen ions을 분비하고 ptassium을 재흡수하는 H-K-ATPase pump을 통해서 이루어집니다.
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H-ATPase pump 1. electrogenically secretes hydrogen ions H-K-ATPase pump (electrically neutral) 1. secretes hydrogen ions and reabsorbs potassium ions 2. 저칼륨혈증과 칼륨 고갈이 있는 환자에서는 H-K-ATPase pum의 활성이 적절하게 증가되어 있습니다. 그러나 이 펌프가 억제되어 있거나 결함이 있는 경우에는 칼륨 재흡수가 감소되어 있어 총 칼륨 배설이 증가하고 수소 이온 배설은 감소합니다. |
Acid-secreting type A intercalated cells
Transport mechanisms involved in hydrogen secretion and HCO3– and K+ reabsorption in type A intercalated cells, which are present from the late distal convoluted tubule to the initial portion of the inner medullary collecting duct. Water within the cell dissociates into H+ and OH– ions. The former are secreted into the lumen by H-ATPase pumps in the luminal membrane, where they combine with urinary buffers to generate titratable acid (eg, convert HPO4–2 to H2PO4–) and convert NH3 to NH4+. The OH– ions in the cell combine with CO2 to form HCO3– in a reaction catalyzed by carbonic anhydrase (CA). Driven by their electrochemical concentration gradients, cellular bicarbonate enters the peritubular capillaries in exchange for extracellular chloride via Cl-HCO3 exchangers on the basolateral membrane. H-K-ATPase pumps, which secrete H+ and reabsorb K+, are also present in the luminal membrane of the type A intercalated cells. The number and activity of these pumps are increased by K+ depletion, suggesting that they may be important for K+ conservation.
이와 반대로, 칼륨 배설은 주로 connecting tubules과 collecting tubules의 principal cells을 통해서 이루어집니다.
Ion transport in collecting tubule principal cells
Schematic representation of sodium (Na) and potassium (K) transport in the sodium-reabsorbing principal cells in the collecting tubules. The entry of filtered sodium into these cells is mediated by selective sodium channels in the apical (luminal) membrane (ENaC); the energy for this process is provided by the favorable electrochemical gradient for sodium (cell interior electronegative and low cell sodium concentration). Reabsorbed sodium is pumped out of the cell by the Na-K-ATPase pump in the basolateral (peritubular) membrane. The reabsorption of cationic sodium makes the lumen electronegative, thereby creating a favorable gradient for the secretion of potassium into the lumen via potassium channels (ROMK and BK) in the apical membrane. Aldosterone (Aldo), after combining with the cytosolic mineralocorticoid receptor (Aldo-R), leads to enhanced sodium reabsorption and potassium secretion by increasing both the number of open sodium channels and the number of Na-K-ATPase pumps. The potassium-sparing diuretics (amiloride and triamterene) act by directly inhibiting the epithelial sodium channel; spironolactone acts by competing with aldosterone for binding to the mineralocorticoid receptor.
Distal RTA 환자에서 hydrogen ion의 손상된 분비는 몇 가지 결함이 원인입니다.
㉠ Decreased net activity of the proton pump
㉡ Increased hydrogen ion permeability of the luminal membrane
Type B intercalated cell
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Type B intercalated cells은 distal nephron에 위치하고 있고 (collecting duct에 가장 풍부함) lumen에서 chloride를 재흡수하면서 bicarbonate를 분비합니다. 이 세포에 의한 bicarbonate 분비는 apical membrane에 있는 pendrin이라 불리는 anion exchange protein에 의해 이루어집니다. Pendrin은 anion exchanger 1 (AE-1)와 다른 독특한 anion exchanger입니다.Pendrin이 bicarbonate를 분비하기 위해서 chloride는 재흡수되어야 합니다 .따라서 적절한 distal tubule chloride delivery가 이 세포에 의한 bicarbonate 분비를 위햇 필수적입니다. 증가된 type B intercalated cells의 밀도와 활성도는 아마도 높은 혈청 bicarbonate 농도에 대한 적상 신장 반응의 중요한 요소입니다. 그러나 저혈량과 effective arterial blood volume 감소는 일반적으로 type B intercalated cells이 있는 distal tubule로의 chloride delivery를 감소시키고 이것은 pendrin-mediated chloride 재흡수와 bicarbonate 분비를 감소시킵니다. |
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Extracellular fluid (ECF) volume contraction (또는 감소된 effective arterial blood volume)과 관련 있는 대사성 알칼리증 형태는 신장의 sodium bicarbonate와 sodium chloride 재흡수를 크게 촉진시킵니다. Sodium bicarbonate 재흡수는 proximal tubule에서 가속화되고 distal tubule에서 sodium 재흡수는 hydrogen과 potassium 분비와 쌍을 이룹니다. 결과적으로 칼륨 고갈과 저칼륨혈증은 bicarbonate 재흡수와 hydrogen 분비를 증가시킵니다. Volume contraction은 현저히 distal chloride 재흡수를 줄입니다. 이런 조건에서 소변은 산성화되고 매우 적은 chloride를 함유하고 있으며 종종 sodium과 칼륨도 매우 적습니다. 따라서 urine pH는 역설적으로 acidic합니다. 역설적이라고 한 이유는 환자는 대사성 알칼리증이므로 소변도 알칼리성일 것이라고 기대되기 때문입니다. 그러나 간헐적으로 불완전한 bicarbonate의 tubular reabsorption이 일어나며 이 기간 동안 bicarbonate는 sodium, potassium과 함께 소변으로 배설됩니다. 따라서 urine pH, sodium, potassium 농도는 체액 결핍 metabolic alkalosis 환자에서 종종 올랐다 내렸다 합니다. 그러나 chloride의 distal tubule delivery와 배설은 지속적으로 낮습니다. 이 때문에 urine sodium 농도가 아니라 urine chloride 농도가 "volume-contracted" 또는 "salt-sensitive" metabolic alkalosis의 표지자로서 사용됩니다. 게다가 지속적으로 낮은 distal nephron chloride delivery는 type B intercalated cells의 기능을 현저히 무디게 만들어서 대사성 알칼리증을 교정하는데 이 세포가 참여하는 것을 막습니다. |
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반대로 primary aldosteronism으로 인한 metabolic alkalosis와 이것과 유사한 병태생리 기전으로 만들어진 다른 metabolic alkaloses 환자에서 urine chloride와 sodium 농도는 전형적으로 훨씬 높습니다. 이것은 "ECF volume expanded" 또는 "salt-resistant" metabolic alkaloses입니다. 이 조건에서 sodium과 chloride는 지속적으로 distal nephron으로 전달되며 sodium은 chloride보다 더 효율적으로 흡수되고 hydrogen ions과 potassium은 분비됩니다. 비록 type B intercalated cells을 포함한 tubule segments로 풍부한 chloride 배설이 있을지라도 이와 같은 질환들에서 만들어진 hypervolemia는 chloride 재흡수 (bicarbonate 분비)를 위한 자극을 줄입니다. 또한 저칼흄혈증과 칼륨 고갈의 발생은 이와 같은 형태의 대사성 알칼리증을 유지하는데 주된 역할을 합니다. |
Bicarbonate-secreting type B intercalated cells
Transport mechanisms involved in the secretion of bicarbonate (HCO3–) into the tubular lumen in the type B intercalated cells. These cells are located in the distal convoluted tubules and the connecting tubule. Water within the cell dissociates into hydrogen (H+) and hydroxide (OH–) ions. The former are secreted into the peritubular capillary by H-ATPase pumps in the basolateral membrane. The OH– ions combine with carbon dioxide (CO2) to form HCO3– in a reaction catalyzed by carbonic anhydrase (CA). HCO3– is then secreted into the tubular lumen via chloride (Cl)-HCO3 exchangers in the luminal membrane. This exchanger is a unique protein called pendrin. The favorable inward concentration gradient for Cl– (lumen concentration greater than that in the cell) provides the energy for HCO3– secretion.
REF. UpToDate 2020.08.06
