HC38&39: Microscopie en anatomie nieren

Algemene informatie

• Welke onderwerpen worden behandeld in het hoorcollege?
  • In dit college wordt de anatomie van de nieren op macro- en microscopisch niveau besproken
• Welke onderwerpen worden besproken die niet worden behandeld in de literatuur?
  • Alle onderwerpen in dit college worden ook behandeld in de literatuur
• Welke recente ontwikkelingen in het vakgebied worden besproken?
  • Er zijn geen recente ontwikkelingen besproken
• Welke opmerkingen worden er tijdens het college gedaan door de docent met betrekking tot het tentamen?
  • Er zijn geen opmerkingen over het tentamen gemaakt
• Welke vragen worden behandeld die gesteld kunnen worden op het tentamen?
  • Er zijn geen mogelijke vragen behandeld

Functies

De nieren zijn essentieel voor de homeostase. Ze hebben meerdere functies in het lichaam:

• Uitscheiding van metabolieten en lichaamsvreemde stoffen
• Regulatie van de water- en elektrolytenbalans, osmolariteit, arteriële druk en zuur-base balans
• Secretie, metabolisme en uitscheiding van hormonen
  • Erytropoëtine (EPO)
    • Reguleert de aanmaak en afbraak van erytrocyten in het beenmerg
  • 1,25-dihydroxy
  • Vitamine D3
    • Zet vitamine D3 om in zijn actieve vorm
  • Renine

Topografie

De nieren liggen retroperitoneaal in het lichaam:

• Hoog in het abdomen, half onder rib 11 en 12
• De rechternier ligt vanwege de lever één wervel lager dan de linkernier
  • Linkernier: van T11 tot L2/3
  • Rechternier: van T12 tot L3/4 → ligt wat lager → makkelijker te palperen
• Vanaf de zijkant zijn de nieren niet te zien
• Retroperitoneaal achter de darmen, maag, duodenum en pancreas (secundair retroperitoneale organen)
• Ventraal voor de nieren liggen een aantal organen:
  • Rechternier:
    • Lever (bovenaan)
    • Duodenum (hilus)
    • Colon (midden)
  • Linkernier:
    • Maag (boven)
    • Milt (linksboven)
    • Pancreas (midden)
    • Colon descendens (linksonder)
• Dorsaal en craniaal van de nieren ligt het diafragma
• Bovenop de nieren liggen de bijnieren
• Het hilum is de plaats waar allerlei structuren in en uit de nieren gaan → staat in contact met het duodenum
• Inferior-dorsaal liggen twee spieren:
  • Musculus quadratus lumborum (achterste rugspier)
    • Ligt bij het midden van de nieren
  • Musculus psoas major
    • Ligt bij het hilum van de nieren: zorgt voor flexie van de bovenbenen
      • Hierover loopt de urineleider (ureter)
  • Tendon musculus transversus abdominis
    • Ligt in de rompwand ventraal voor de nieren
    • Dekt de buitenste zijde van de nieren
    • Tendon betekent pees

Omdat de peritoneaalholte lastig door te komen is, worden de nieren bij operaties vanaf de zijkant benaderd.

Bescherming

De nieren zitten vast in vetweefsel en bindweefsellagen:

• Perirenaal vet/capsula adiposa: structureel vetweefsel direct om de nieren
  • Houdt de nier op de goede positie in de bindweefsellaag
  • Zorgt ervoor dat de nieren niet naar beneden zakken (nefrotose/wandelende nier)
• Fascia renalis: zit rond het perirenale vet
  • Loopt ook om de bijnier heen
  • Loopt tot onderin het bekken → is daar open
  • Zit boven vast aan het diafragma
• Pararenaal vet: retroperitoneaal vet buiten de fascia renalis

Vascularisatie

Ook naar de nieren vindt bloed toe- en afvoer plaats:

• Arteria renalis: bloedtoevoer
  • Komt vanuit de aorta descendens (aan de linkerkant in het abdomen)
  • De arteria renalis dextra is langer dan de arteria renalis sinistra, omdat de aorta links in het lichaam ligt
• Vena renalis: bloedafvoer
  • Komt vanuit de vena cava inferior (aan de rechterkant in het abdomen)
  • De vena renalis sinistra is langer dan de vena renalis dextra, omdat de vena cava inferior rechts in het lichaam loopt
  • De vena renalis sinistra loopt tussen de aorta descendens en de arteria mesenterica superior
    • Problemen in de aorta of arteria mesenterica superior hebben ook gevolgen voor de vena renalis sinistra → "renal entrapment syndroom"
      • Leidt ook tot problemen bij de vena suprarenalis (bijnier) en vena gonadalis → draineren in de vena renalis
      • Aan de rechterkant draineren deze venen rechtstreeks in de vena cava

Alle arteriën liggen dus dorsaal van de venen, behalve de arteria mesenterica superior. Deze loopt over de vena renalis sinistra.

Opbouw en vorm

De glandula suprarenalis (bijnier) en de nieren liggen tegen elkaar aan. De nieren hebben de vorm van een kidneyboon en bevatten meerdere lobben → ze zijn multilobair. Dit is niet meer duidelijk te zien bij een volwassen nier, maar wel bij een foetale. In de foetale periode zijn de bijnieren veel groter omdat ze dan nog heel  snel groeien. Aan de buitenkant zijn de nieren convex en aan de binnenkant concaaf. Hier bevindt zich de toegangspoort tot de nieren: het hilum.

Hilum:

Een hilum bevat:

• Venen (voor)
• Arterieën (midden)
• Nierbekken (achter)

Capsula fibrosa:

De nieren zijn omvat door een capsula fibrosa, een fibreus perirenaal kapsel dat bestaat uit twee lagen:

• Bindweefsel: de buitenlaag
• Myofibroblasten: de binnenlaag
  • Zorgt voor volumeveranderingen en hydrostatische druk en houdt het nierparenchym (weefsel) bij elkaar.

Architectuur en fijnstructuur:

De nieren zelf bestaan uit:

• Parenchym
  • Cortex (schors): een labyrint van nierkollommen naar het midden (de medulla)
    • Het buitenste gedeelte
    • Nierkolommen zijn van hetzelfde weefsel als de cortex
  • Medulla (merg)
    • Mergpiramiden die uitmonden in een renale papil
      • Hebben een basis aan de corticale zijde en een punt daartegenover: de renale papil
      • Stulpt uit in een klein kelkje waar de urine wordt afgegeven 
    • Mergstralen die in de cortex liggen
• Sinus renalis (een holte) → een groot deel van de nieren is hol
  • Uitloop van calices (nierkelkjes) op de ureter
    • C. renalis minores lopen over naar c. renalis majores tot het de ureter vormt
  • Nierbekken (pelvis renalis/pyelum)
  • Bevat de bloedvaten: hebben in de hilus een specifieke positie
    • Vena renalis: ventraal
    • Arteria renalis: in het midden
    • Ureter: dorsaal
  • Is opgevuld met perirenaal vet

Een nierlobus is een combinatie van een halve nierkolom, een deel met mergpiramiden en nog een halve nierkolom. Dit is een kleinere eenheid dan een nierlob.

De nieren vangen 25% van de cardiac output op. Het bloed volgt een bepaalde route:

1. Aorta
2. Arteria renalis
3. Arteria segmentalis: naar de 5 segmenten
4. Arteria interlobaris: over de grenzen van de lobben
5. Arteria arcuata: aan de basis van de piramide
6. Arteria interlobularis: in het corticale labyrint

Voor de venen geldt hetzelfde, maar dan in omgekeerde volgorde:

1. Vena interlobularis
2. Vena arcuata
3. Vena interlobaris
4. Vena segmentalis
5. Vena renalis
6. Vena cava inferior

Het grootste deel van het bloed gaat naar de cortex, maar 5-10% gaat naar de mergpiramiden.

De nieren zijn segmentaal opgebouwd en bevatten geen anastomoses → alle arteriën zijn terminale arteriën. Een segment is dus de kleinste recesseerbare unit. De nieren hebben 5 segmenten:

• Voorkant
  • Apicaal
  • Anterosuperior
  • Anteroinferior
• Achterkant
  • Posterior
  • Inferior

Nefronen

Een nefron is de functionele eenheid in een nier en is gelokaliseerd t.o.v. het parenchym. Een nefron bestaat uit 4 delen:

• Nierlichaampje (lichaampje van malpighi/corpusculum renis): 
  • In de cortex
  • Glomerulus: vaatkluwen
  • Kapsel van Bowman: epitheel
  • Mesangium
• Proximale tubulus
  • Tubulus contortus I (TCI): gekronkeld
    • In de cortex
  • Tubulus rectus I (TRI): recht
    • Deels in de cortex, deels in de buitenste laag van het merg
• Intermediaire tubulus
  • Ligt altijd in het merg
  • Dunne geleidingsbuis
  • Onderdeel van de lis van Henle
• Distale tubulus
  • Tubulus rectus II (TRII): recht
    • Deels in het merg, deels in de cortex
  • Tubulus contrortus II (TCII): gekronkeld
    • In de cortex

Nierlichaampje:

Het nierlichaampje (corpusculum renis) kan oppervlakkig, intermediair en diep in de cortex liggen:

• Subcapsulaire/corticale nierlichaampjes liggen net onder het kapsel aan de buitenkant van de cortex
  • Hebben een korte lis van Henle
• Juxtamedullaire nierlichaampjes liggen heel dicht tegen het merg aan
  • Hebben een lange lis van Henle

Hoe dieper het nierlichaampje in de cortex ligt, hoe langer de lis van Henle.

Het nierlichaampje bestaat uit 2 delen:

• Glomerulus: het capillaire vaatkluwen
  • Hier vindt ultrafiltratie plaats
  • Heeft afferente en efferente arteriolen → retemirable (geschakeld tussen 2 arteriolen)
    • Bloedtoevoer: afferent
    • Bloedafvoer: efferent
  • Wordt omgeven door het kapsel van Bowman
• Kapsel van Bowman: epitheel waar de voorurine wordt opgevangen
  • Pariëtale laag: continu met het TCI
    • Eenlagig plaveiselcelepitheel
  • Ruimte van Bowman
  • Viscerale laag: om het vaatkluwen
    • Podocyten
• Mesangium: intra- en extraglomerulaire mesangiale cellen onderhouden de glomerulaire basaalmembraan
  • Hebben een fagocyterende functie
    • Zijn echter afkomstig van glad spierweefsel
  • Fungeert deels als steunweefsel
  • Produceren bij ontstekingsreacties inflammatoire stoffen (interleukines)
  • Bevinden zich intra- en extraglomerulair
  • Reguleren de bloeddruk

Het nierlichaampje heeft 2 polen:

• Vasculaire pool: afferente en efferente arteriolen komen het kapsel binnen → vormen de glomerulus met een capillaire vaatkluwen
  • De afferente en efferente arteriolen zijn op elkaar aangesloten
• Urinaire pool: voorurine wordt verder in het nefron geleid

Defiltratielaag van arteriolen naar de ruimte van Bowman bestaat uit 3 lagen:

• Endotheliale fenestratie: hierdoor kunnen de kleine componenten (< 70 nm) wel passeren, maar de grote niet 
• Gemeenschappelijke basale lamina (groen)
  • Extra dik: 300-370 nm
    • Lamina rarae interna: endotheel
    • Lamina densa: elektron dichte laag
      • Bevat veel collageen type IV en XVIII → collageneuze vilt → filtreert alles van >70 kDa
    • Lamina rarae externa: podocyten
      • Veel glycosaminoglycanen houden de negatieve moleculen tegen (zelfs die van <70 kDa)
• Podocytaire filtratiespleten (40 nm) in de viscerale laag
  • Worden afgesloten door een moleculair diafragma bestaande uit het transmembraaneiwit nephrine → een "size-selective" filter
    • Is verankerd met het actine-cytoskelet van de podocyten → vormt een fysische barrière voor de bepaling voor wat wel en niet als filtraat in de ruimte van Bowman terechtkomt
  • Podocyten "grijpen" met vertakkingen in elkaar

Extra-glomerulaire mesangiale cellen vormen onderdeel van het junxtaglomerulair apparaat (JGA): een onderdeel van het nierlichaampje dat bestaat uit een systeem van cellen die tussen de afferente en efferente arteriolen van de glomerulus liggen. Het JGA apparaat bestaat uit 3 componenten:

• Macula densa: maken het begin van de TCII vast aan het nierlichaampje
  • Het begin van de TCII zit dicht bij de vasculaire pool
  • Chemosensor voor de tubulaire natriumconcentratie
• Junxtaglomerulaire cellen: gemodificeerde gladde spiercellen dichtbij de afferente arteriolen
  • Produceren en secreren renine
    • Renine zorgt via het RAAS voor de reabsorptie van water en natrium en regelt de secretie van kalium
      • Reguleren het perfusieabsorptie equilibrium van het nefron → een lagere natriumconcentratie en hogere kaliumconcentratie zorgt voor een lager circulerend bloedvolume 
• Extraglomerulaire mesangiale (lacis) cellen: liggen vlak bij de glomerulus
  • Onbekende functie

Proximale tubulus:

De proximale tubulus bestaat uit 2 delen:

• Tubulus contortus I (TCI): een gekronkeld deel
  • Hier vindt actieve selectieve reabsorptie van elektrolyten, H2O, aminozuren en suiker plaats
    • Influx: 180 L primaire urine per dag
    • Efflux: 60 L iso-osmotische urine per dag → veel resorptie
    • Elektrolyten en H2O: ~80%
    • Aminozuren en suikers: 100%
  • Omdat de resorptie actief is, zijn er veel mitochondriën in het epitheel van deze cellen → veroorzaakt basale streping
  • Bevat veel microvili → vormt de borstelzone
  • Grenzen tussen cellen vormen basolaterale interdigitaties
  • Cellen zijn verbonden door junctionale complexen: tight junctions en zonula adherens
    • Tight junctions: zorgen ervoor dat het oppervlak afgesloten is
    • Zonula adherens: zorgen ervoor dat de cellen goed verbonden zijn
  • Liggen naast de TCII
• Tubulus rectus I (TRI): een recht deel

Intermediaire tubulus:

De dunne buis is een onderdeel van de lis van Henle. De lis van Henle wordt gevormd door:

• Pars recta proximale tubulus (TRI)
• Intermediaire tubulus
• Pars recta distale tubulus (TRII) in de nierpiramide

Het lengteverschil wordt gerealiseerd door verlenging van de dunne geleidingsbuis → TRI en TRII beginnen respectievelijk altijd op dezelfde hoogte in de nierpiramide, ongeacht de corticale positie van het nierlichaampje.

De lis van Henle, en vooral het dunne deel van de juxtamedullaire nierlichaampjes, vormt het countercurrent exchange mechanisme:

• Afdalend dunne been: semi-permeabel voor water, wat hier passief uit de buis diffundeert
• Opstijgend dunne been: niet permeabel voor water, maar wel voor Cl^-, Na⁺en K⁺, wat hier passief uit de buis diffundeert

Zo wordt hyperosmotische urine gevormd → water en ionen kunnen niet tegelijk kunnen uittreden:

• Eerst treedt water uit, daarna ionen
• Hoe dichterbij de onderkant van de lus, hoe meer de osmotische waarde toeneemt

Vasopressine zorgt ervoor dat het urine dat door het intersistium loopt geconcentreerder wordt.

Langs de lis van Henle lopen bloedvaten (vasa recta):

1. Uit de arteria interlobularis/ateria arcuate in de cortex ontspringen afferente arteriolen
2. Uit de afferente arteriolen worden glomeruli gevormd → vormen onderdeel van het nefron
   • Juxtamedullaire glomeruli zijn diep gelegen
   • Subcapsulaire glomeruli zijn oppervlakkig gelegen
3. Vanuit de glomeruli komen efferente arteriolen
4. De efferente arteriolen komen in de pyramide en worden vasa recta
   • Vasa recta bestaan uit gefenestreerd endotheel → de osmotische gradiënt die wordt opgezet door de dunne lissen van Henle wordt in stand gehouden
   • Dalende vasa recta zijn arteriolae rectae
   • Stijgende vasa recta zijn venulae rectae
5. Vanuit de venulae rectae komt het bloed weer in de vena interlobularis/vena arcuata in de cortex

Distale tubulus:

De distale tubulus bestaat uit:

• Tubulus contortus II (TCII): een gekronkeld deel
  • Selectieve reabsorptie van Na⁺ en H2O
  • Secretie van K⁺en H⁺
  • Bevat weinig interdigitaties en microvilli
  • Bevat veel mitochondriën
  • Liggen naast de TCI
• Tubulus rectus II (TRII): een recht deel

De verzamelbuis

De verzamelbuis is geen onderdeel van een nefron. Hij ligt in de cortex en in het merg. Deze bestaat uit:

• Ductus colligens
• Ductus papillaris

Hier wordt de reabsorptie van water onder invloed van ADH gereguleerd. De permeabiliteit van het membraan wordt beïnvloed door:

• ADH
• De osmotische gradiënt in het interstitium van de mergpyramide

De verzamelbuis heet ook wel het osmotisch equilibrium device en wordt dan beschouwd als onderdeel van het countercurrent multiplier systeem. Er is weinig microvilli en basale streping. De celgrenzen zijn makkelijk te herkennen.

Urinewegen

Ureter:

De renale papil met area cribrosa is de uitmonding van de nierverzamelbuizen (ductus papillaris Bellini). Vanuit hier druppelt de urine in de urineleiders (ureters) naar de blaas. 

De ureter is 20-30 cm lang en heeft een specifieke opbouw:

1. Bestaat uit transitioneel epitheel
   • Dit is hetzelfde als in de urinekelkjes, nierbekken en blaas
2. Lamina propria
3. Adventitia of een seroza
   • Aan de kant van het buikvlies ligt een seroza
   • Aan de kant van de bloedvaten en zenuwen ligt de adventitia

• Bevat veel spiercellen → urine kan met actief transport (peristaltische contracties) naar de blaas komen
  • Buiten liggen circulaire gladde spiercellen
  • Binnen liggen longitudinale spiercellen
• Er zijn 3 vernauwingen → hier kunnen nier- of ureterstenen in vastzitten
  • Overgang van het nierbekken naar de ureter
  • Kruising met het kleine bekken
  • Uitmonding in de blaas
    • De ureter heeft een schuin verloop door de blaas heen waardoor hij dichtgedrukt wordt

Een ureter is op meerdere manieren te herkennen:

• Op een thoraxfoto te vinden door contrastvloeistof bij de processus transversus van de wervelkolom aan te brengen → een pyelogram
  • Als het contrast niet wordt afgevoerd maar in de nier blijft zitten, is er een verstopping in de ureter
• Aan de musculus psoas major: hier loopt de ureter net voor

Blaas:

De ureter mondt boven aan de achterzijde van de blaas (vesica urinaria) uit. De blaas ligt subretroperitoneaal in het lichaam en vormt het urinereservoir:

• Dikke drielagige spier: musculus detrusor
  • Knijpt bij het legen van de blaas de ureters leeg
  • Longitudinale laag → circulaire laag → longitudinale laag
  • Willekeurig dwars door elkaar heenlopende spieren
  • Dankzij deze spieren vindt er geen terugflow naar de ureter plaats → sfincterfunctie
• Inmonding van de ureters: blaasbodem, intramuraal, schuin verloop
• 3 openingen:
  • 2 ureters
  • 1 urethra
• Maximaal volume
  • Mannen: 500 ml
  • Vrouwen: 700 ml
  • Mictiedrang vanaf 150-200 ml

Er lopen een aantal onderdelen langs de blaas:

• Ventraal (geopend)
  • Trigonum vesicae (blaasdriehoek)
  • Urethra
  • Bekleding aan de binnenkant is allemaal urotheel (transitioneel epitheel)
• Dorsaal
  • Urethers
  • Vas deferens
  • De prostaat en vesicula seminalis zijn zichtbaar

Als de blaas gevuld is kan hij voor de peritoneaalholte komen te liggen → op deze manier kan er in de blaas geprikt worden zonder dat men in de peritoneaalholte komt.

Urethra:

De urethra (urinebuis) verschilt bij mannen en vrouwen van lengte:

• Mannen: ca. 20 cm lang
• Vrouwen: ca. 5 cm lang
  • Vrouwen zijn gevoeliger voor blaasinfecties omdat de weg die een bacterie af moet leggen korter is

De urethra loopt bij mannen door de prostaat (pars prostatica) en bij beide geslachten door de bekkenbodem.

De urethra bestaat uit 4 delen:

• Pars intramuralis (alleen mannen)
  • Hier bevindt zich de interne uretale sfincter
• Pars prostatica (alleen mannen)
  • Hier komt het vas deferens uit (zaadblaas)
  • Interne urethrale sfincter: onwillekeurig glad spierweefsel, alleen bij mannen
    • Deze spier zit vlak onder de blaas en wordt autonoom sympathisch aangestuurd
    • Dankzij deze spier komt er bij ejaculatie geen semen in de blaas
• Pars membranacea (zowel vrouwen als mannen)
  • Externe urethrale sfincter (bekkenbodemspier): een willekeurig aangestuurde dwarsgestreepte spier
    • Hiermee kan de plas opgehouden worden
• Pars pongiosum (alleen mannen)