Urine-uitscheiding

De belangrijkste manier waarop het lichaam stoffen uitscheidt, is via de nieren. De belangrijkste functie van de nieren is de uitscheiding van lichaamsafval en schadelijke chemicaliën in de urine. De functionele eenheid van de nier die verantwoordelijk is voor de uitscheiding is het nefron. Elke nier bevat ongeveer een miljoen nefronen. Het nefron bestaat uit drie primaire gebieden die een rol spelen in het uitscheidingsproces van de nier: de glomerulus, de proximale tubulus en de distale tubulus (figuur 2).

Figuur 1. Componenten van het urinewegstelsel
(Beeldbron: Aangepast van iStock Photos, ©)

Drie processen zijn betrokken bij de uitscheiding van urine:

1. Filtratie
2. Secretie
3. Reabsorptie

Figuur 2. Nefron van de nier
(Beeldbron: Aangepast van Wikimedia Commons, verkregen door Public Domain, Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication. Bekijk de originele afbeelding.)

Filtratie

Filtratie vindt plaats in de glomerulus, het vasculaire begin van het nefron. Ongeveer een vierde van de bloedstroom van de hartoutput circuleert door de nier, de grootste bloedstroom voor enig orgaan. Een aanzienlijk deel van het bloedplasma wordt door de glomerulus naar de nefronbuis gefilterd. Dit is het gevolg van de grote hoeveelheid bloed die door de glomerulus stroomt, de grote poriën (40 Angstrom) in de glomerulaire haarvaten, en de hydrostatische druk van het bloed. Kleine moleculen, waaronder water, komen gemakkelijk door de zeefachtige filter in de nefronbuis terecht. Zowel vetoplosbare als polaire stoffen komen via de glomerulus in het filtraat van de tubulus terecht. De hoeveelheid filtraat is zeer groot, ongeveer 45 gallon per dag bij een volwassen mens. Ongeveer 99% van het waterachtige filtraat, de kleine moleculen en de in vet oplosbare stoffen, wordt stroomafwaarts in de nefronbuis weer geabsorbeerd. Dit betekent dat de hoeveelheid urine die wordt geëlimineerd slechts ongeveer één procent bedraagt van de hoeveelheid vloeistof die door de glomeruli in de niertubuli wordt gefilterd.

Moleculen met een molecuulgewicht van meer dan 60.000 (waaronder grote eiwitmoleculen en bloedcellen) kunnen de poriën van de haarvaten niet passeren en blijven in het bloed achter. Als de urine albumine of bloedcellen bevat, wijst dit erop dat de glomeruli beschadigd zijn. Binding aan plasma-eiwitten beïnvloedt de uitscheiding van urine. Polaire stoffen binden zich meestal niet met de plasma-eiwitten en kunnen dus uit het bloed worden gefilterd in het filtraat van de tubuli. Stoffen die sterk aan plasma-eiwitten gebonden zijn, blijven daarentegen in het bloed.

Secretie

Secretie, die plaatsvindt in het proximale tubulaire deel van het nefron, is verantwoordelijk voor het transport van bepaalde moleculen uit het bloed en in de urine. Afgescheiden stoffen zijn onder meer kaliumionen, waterstofionen en sommige xenobiotica. Secretie vindt plaats door middel van actieve transportmechanismen die in staat zijn onderscheid te maken tussen verbindingen op basis van polariteit. Er bestaan twee systemen, één dat zwakke zuren transporteert (zoals veel geconjugeerde geneesmiddelen en penicillines) en het andere dat basische stoffen transporteert (zoals histamine en choline).

Reabsorptie

Reabsorptie vindt hoofdzakelijk plaats in de proximale convoluale tubulus van het nefron. Bijna al het water, glucose, kalium en aminozuren die tijdens de glomerulaire filtratie verloren gaan, komen vanuit de niertubuli weer in het bloed terecht. Reabsorptie vindt voornamelijk plaats door passieve overdracht op basis van een concentratiegradiënt, waarbij de hoge concentratie in de proximale tubuli overgaat in de lagere concentratie in de haarvaten rond de tubuli (figuren 4-6).

Een factor die de reabsorptie en de uitscheiding via de urine sterk beïnvloedt, is de pH-waarde van de urine. Dit is vooral het geval bij zwakke elektrolyten. Als de urine alkalisch is, worden zwakke zuren meer geïoniseerd en wordt de uitscheiding verhoogd. Zwakke zuren (zoals glucuronide- en sulfaatconjugaten) worden minder geïoniseerd als de urine zuur is en ondergaan reabsorptie en de renale excretie wordt verminderd. Aangezien de pH-waarde van de urine bij de mens varieert, varieert ook de uitscheidingsgraad van zwakke elektrolyten.

• Voorbeelden zijn fenobarbital (een zuur geneesmiddel) dat in alkalische urine wordt geïoniseerd en amfetamine (een basisch geneesmiddel) dat in zure urine wordt geïoniseerd. De behandeling van een barbituraatvergiftiging (zoals een overdosis fenobarbital) kan inhouden dat de pH van de urine wordt veranderd om de uitscheiding te vergemakkelijken.
• De voeding kan van invloed zijn op de pH van de urine en daarmee op de uitscheiding van sommige giftige stoffen. Een eiwitrijk dieet leidt bijvoorbeeld tot een zure urine.

De fysische eigenschappen (vooral de molecuulgrootte) en de polariteit van een stof in het urinefiltraat zijn van grote invloed op de uiteindelijke eliminatie door de nier. Kleine toxische stoffen (zowel polair als vetoplosbaar) worden gemakkelijk gefilterd door de glomerulus. In sommige gevallen kunnen grote moleculen (waaronder sommige die eiwitgebonden zijn) uit het bloed worden uitgescheiden (door passieve overdracht) via de endotheelcellen van de haarvaten en de membranen van de tubuli van de nefronen om in de urine terecht te komen. Het grootste verschil in het uiteindelijke lot wordt bepaald door de polariteit van een stof. De stoffen die geïoniseerd zijn, blijven in de urine en verlaten het lichaam. Lipide-oplosbare toxische stoffen kunnen worden geherabsorbeerd en opnieuw in de bloedsomloop terechtkomen, waardoor hun halfwaardetijd in het lichaam en hun toxiciteitspotentieel worden verlengd.

De nieren, die door toxinen, infectieziekten of door ouderdom zijn beschadigd, hebben een verminderd vermogen om toxische stoffen te elimineren, waardoor deze personen vatbaarder zijn voor toxinen die het lichaam binnendringen. De aanwezigheid van albumine in de urine wijst erop dat het filtratiesysteem van de glomerulus beschadigd is, waardoor grote moleculen worden doorgelaten. De aanwezigheid van glucose in de urine is een aanwijzing dat de tubulaire reabsorptie verstoord is.