נפרון (מיוונית: νεφρός, כליה) הוא יחידת המבנה והתפקוד הבסיסית של הכליות, הפועלות לשמירת תנאים מקיימי חיים לתאי הגוף. בנפרון מווסתים כמות המים והאלקטרוליטים בגוף, לחץ הדם וכן מאזן חומצה ובסיס. נפרונים מסלקים חומרי פסולת מטבולים וחומרים זרים מהדם. כל אלו נעשים במהלך ייצור שתן בנפרונים, תהליך הבנוי משלושה מרכיבים: סינון מפלזמת הדם לתוך הנפרון, ספיגה חוזרת מהנפרון לגוף והפרשה לתוך הנפרון. לאחר שלושת התהליכים האלו נותר השתן שמופרש מהגוף. פעולת הנפרונים מווסתת על ידי הורמונים ועל ידי מערכת העצבים.
סוגי נפרונים.
הנפרונים מסווגים לשני סוגים עיקריים על פי מיקומם בכליה:
מבנה הנפרון ותפקיד חלקיו.
כל נפרון מורכב מגופיף כליה הכולל פקעית דם (גלומרולוס) של נימי דם העטופה בקופסית על שם באומן. מהחלל על שם באומן שבקופסית נמשך הנפרון כצינור ארוך שחלקיו מכונים האבובית המקורבת, לולאת הנלי והאבובית המרוחקת. האבובית המרוחקת מתנקזת לצינור מאסף המנקז נפרונים נוספים ובסופו של דבר מתנקז בעצמו לאגן הכליה.
מעבר לפקעית, מערכת נימים עוטפת את הנפרון לכל אורך דרכו.
הגופיף הצהוב בכליה.
גופיף הכליה (Malpighian corpuscle, corpusculum renis) מורכב מקופסית העוטפת פקעית. הפקעית (glomerulus) מורכבת מנימי דם שאספקתם מגיעה מהעורקיק המביא. בשונה ממערכות כלי דם אחרות בגוף, מתנקזים הנימים לעורקיק נוסף המכונה העורקיק המוציא, ולא לורידון. לאנדותל נימי הפקעית חדירות גבוהה במיוחד למים ומומסים בהשוואה לאנדותל נימים במקומות אחרים בגוף, מסיבה מבנית – האנדותל מחורר (fenestrated endothelium).חורים אלו קטנים מכדי לאפשר לתאי דם ולחלבונים לחדור דרכם, אך שתנן, מלחים ומים (חומרים קטנים) עוברים דרך חורים אלו לחלל הקופסית.
הקופסית על שם באומן (Bowman's capsule, לטינית: capsula glomeruli) מקבלת (בתנאי לחץ מסוימים) את התסנין הראשוני מהדם שעתיד להפוך לשתן באמצעות סינון בלחץ (ultrafilteration). הקופסית היא הקומפלקס המכיל את הפקעית ביחד עם התאים הפודוציטים שעוזרים לסנן את מרכיבי הדם. הקופסית היא מבנה בצורת שק ומובילה אל האבובית הקרובה. הקופסית מורכבת משתי שכבות תאי אפיתל. השכבה הפנימית היא התאים הפודוציטים והחיצונית היא השכבה המרכיבה את השק. בין שתי השכבות נמצא החלל על שם באומן (בתמונה: החלק הצבוע בורוד) ולתוכו מסוננת הפלזמה. מאלו בולטות מעין רגליים העוטפות את הנימים ברשת צפופה ומחורצת. הפודוציטים נוספים לקרום הבסיס (הטעון במטען חשמלי שלילי) ולתאי האנדותל של הנימים ביצירת הממברנה המסננת את כניסת פלזמת הדם לנפרון.
ממברנת גופיף הכליה מאפשרת מעבר חופשי של רוב מרכיבי הדם אך מקשה על מעבר של גופים גדולים או כאלו שלהם מטען חשמלי שלילי (מכוח הדחיה בין מטענים דומים), ובחלק מהמקרים אף מונעת כליל את מעברם. כך נמנע מעברם של תאי דם ושל חלבונים גדולים (עד גודל החלבון אלבומין שלעיתים מצליח להסתנן אל התסנין) ומתאפשר מעבר קל ומהיר של מים ושל מומסים בפלזמה לרבות יונים אי-אורגניים, חומצות אמינו וגלוקוז.
האבובית המקורבת.
חלקו השני של הנפרון הוא האבובית המקורבת (tubulus contortus proximalis), מבנה צינורי מפותל המנקז את חלל באומן. הצד הפנימי (שפונה לפנים הצינור) של שכבת התאים המרכיבה את האבובית המקורבת מכוסה במיקרו-סיסים (בליטות זעירות) המגדילים את שטח הפנים של התאים הבא במגע עם תכולת האבובית.
באבובית המקורבת נעשית מרבית הספיגה החוזרת של חומרים מהתסנין. כשני שלישים מהמים, מהנתרן ומהכלור שסוננו לנפרון נספגים בחזרה בעזרת מנגנונים פעילים וסבילים בדפנות האבובית, בדרך כלל במהלך מעבר פעיל של נתרן או כתוצאה ממעברו. גלוקוז וחומצות אמינו נספגים בחזרה כמעט לחלוטין. מהאבובית המקורבת נספג בחזרה גם אשלגן אך את מירב האשלגן מוציאה האבובית הרחוקה (כ-95% מהאשלגן בגוף מופרש על ידי הכליות). האבובית המקורבת עוזרת גם באיזון חומציות בדם. במידה ובגוף עודף פחמן דו-חמצני, האנזים קרבוניק אנידרז (בנוכחות של מים) מפרק את ה-CO2 ומרכיב ביקרבונט ויוני מימן. כך למעשה, האבובית הקרובה עוזרת לאזן חומציות בדם, בהחזרת מרכיב בסיסי (ביקרבונט) לדם וגם להיפטר מעודף CO2.
תאי האבובית המקורבת גם מפרישים חומרים לתוך התסנין. ביניהם יונים של מימן (פרוטונים) וכן חומצות ובסיסים אורגניים, שרובם הם תוצרי פסולת סופיים של תהליכים מטבוליים.
לולאת הנלה.
לולאת הנלה היא המשכית לאבובית המקורבת, מורכבת מזרוע יורדת דקה ומזרוע עולה. הזרוע העולה מורכבת מכמחצית תחתונה דקה ומכמחצית עליונה עבה. דפנות הזרוע היורדת עבִירות באופן פסיבי למים ולמומסים המפעפעים דרכן ונספגים בחזרה לגוף. כחמישית מהמים המסוננים נספגים בחזרה דרך הזרוע היורדת בנוסף לכמויות לא משמעותיות של מומסים. דפנות הזרוע העולה אטומות למעבר מים אך מאפשרות מעבר מומסים, בחלקה העבה של הזרוע מתבצעת ספיגה חוזרת פעילה של כרבע מהנתרן, מהכלור ומהאשלגן שבתסנין. כמויות משמעותיות נוספות של מגנזיום, ביקרבונט וסידן נספגות בחזרה מאותו אזור. תוך כדי הספיגה החוזרת, מופרשים יונים של מימן לתוך התסנין.
האבובית המרוחקת.
בהמשך ללולאת הנלי נמצאת האבובית המרוחקת (tubulus contortus distalis). חלקה הראשון של האבובית עובר בצמוד לעורקיקים של הפקעית ומהווה חלק מהמערכת שליד הפקעיות, המשתתפת בוויסות העצמי של הסינון לנפרון. תאי דופן האבובית הללו מכונים המקולה דנסה (macula densa). המבנה והפעולות של חלקה הראשון של האבובית המרוחקת דומים לאלו של הזרוע העולה העבה של לולאת הנלי, דהינו לא מתאפשר מעבר של מים ושל שתנן ונעשית דרכו ספיגה חוזרת של יונים.
חציה השני של האבובית המרוחקת מורכב משני סוגי תאים, פרינציפלים (principal) ואינטרקלטים (intercalated). הראשונים סופגים בחזרה נתרן ומים ומפרישים לצינור האבובית אשלגן, האינטרקלטים סופגים בחזרה אשלגן ומפרישים יונים של מימן. הפרשת יוני המימן נעשית באופן ישיר על ידי משאבות וביכולתה להתקיים כנגד מפלי ריכוזים של עד פי אלף.
הספיגה החוזרת וההפרשה באבובית המרוחקת מושפעת מנוכחותם של הורמונים, אלדוסטרון למשל יגביר את הספיגה החוזרת של הנתרן ואת הפרשת האשלגן והורמון נוגד השתנה מאפשר ספיגה חוזרת של מים. בהיעדר הורמון נוגד השתנה, האבובית המרוחקת אטומה למעבר מים.
הצינור המאסף.
הצינור המאסף (tubulus renalis colligens) מנקז מספר רב של נפרונים ומתנקז בעצמו לצינור מאסף מרכזי יותר, עד סיום מהלך מערכת הצינורות המאספים בגביע בקצה פירמידת כליה המתנקז לאגן הכליה. חלק מהצינור המאסף נמצא בקליפת הכליה וחלקו האחר בלשד הכליה. לשני החלקים מבנה ותפקידים שונים.
החלק הקליפתי של הצינור המאסף דומה לחציה השני של האבובית המרוחקת מבחינת הרכבו (תאים פרינציפלים ואינטרקלטים), מבחינת ספיגה חוזרת והפרשה שנעשים דרכו ובדרך בה הוא נתון להשפעת הורמונים.
החלק הלשדי של הצינור המאסף חיוני לקביעת הרכבו הסופי של השתן. מעבר המים דרכו תלוי לחלוטין בנוכחות הורמון נוגד השתנה. גם בחלק זה של הצינור המאסף נעשית הפרשה של יוני מימן אך בשונה מהחלק הקליפתי, אין הוא אטום למעבר שתנן שבחלקו נספג בחזרה מהצינור.
אספקת דם.
דם עורקי מגיע לכליה דרך עורק הכליה המתפצל לעורקים משניים ולעורקיקים. אל נימי פקעית הנפרון מגיע הדם מהעורקיק המביא ויוצא דרך העורקיק המוציא. לאחר מכן מתפצל העורקיק המוציא למערכת שנייה של נימים העוטפת את צינור הנפרון ומלווה אותו לאורך מהלכו. תהליכי ספיגה חוזרת והפרשה נערכים בין הנפרון לנימים הסמוכים לנפרון, חומרים שנספגים בחזרה יוצאים מהנפרון ונכנסים לנימים וחומרים מופרשים יוצאים מהנימים ונכנסים לנפרון. לחצים הידרוסטטים גבוהים יחסית בנימי הפקעית ונמוכים יחסית בנימים הסמוכים לנפרון, מסייעים לפעולות הסינון והספיגה החוזרת, בהתאמה. הנימים הסמוכים לנפרון מתנקזים לורידון וממנו נמשכת היררכיה רגילה של ורידים עד וריד הכליה.
למערכת הנימים הסמוכים לנפרון בלשד הכליה תכונות מבניות הדומות לאלו של לולאת הנלי. נימים אלו המכונים הצינורות הישרים הלשדיים (vasa recta), מקבילים לזרועות של לולאת הנלי במהלכן פנימה ללשד והחוצה ממנו. מבנה זה, היוצר זרם נגדי בנימים (ובלולאת הנלי), משמעותי ליצירת לחץ אוסמוטי גדול בלשד הכליה.
חלקים מהעורקיק המביא והעורקיק המוציא הסמוכים לאבובית המרוחקת כוללים תאים המכונים תאים שליד הפקעיות (juxtaglomerular cells). יחד עם המקולה דנסה שבאבובית המרוחקת יוצרים התאים שליד הפקעיות את המערכת שליד הפקעיות.
סינון, ספיגה חוזרת והפרשה בנפרון.
דרך הנפרון עוברים חומרים שמקורם בפלזמת הדם. כל אחד מחומרים אלו נתון להשפעתם של התהליכים המרכזיים המתרחשים בנפרון. ראשית, הסינון מהפלזמה לנפרון ולאחר מכן, ספיגה חוזרת והפרשה לאורך הנפרון. התהליכים מסתכמים ביצירת שתן המופרש החוצה מהגוף. כמות כל חומר בשתן נקבעת במשוואה: קצב סינון חומר לנפרון, פחות קצב ספיגה חוזרת של החומר ועוד קצב הפרשת החומר (לתוך הנפרון) שווה לקצב הפרשת החומר בשתן (אל מחוץ לגוף).
חומרים שלא מסוננים כלל לנפרון, למשל חלבונים, שיעורם בגוף לא נתון להשפעת התהליכים בנפרונים, אך חומרים המסוננים לנפרון, מסוננים ללא הבחנה. הספיגה החוזרת וההפרשה ספציפיות יותר לחומרים ונעשות בשיעורים מדודים. מנגנונים הורמונליים ואחרים מווסתים את קצב הסינון (שאינו בררני), הספיגה החוזרת או ההפרשה של כל חומר ולכן מווסתים את כמותו בשתן, ומכאן את כמותו בגוף. הוויסות נעשה על פי צורכי הגוף.
סינון.