وجد الباحثون للتو أن الكلى تعمل على الدم بشكل مختلف عما كنا نظن من قبل
نموذج ثلاثي الأبعاد لكليتين
بحلول هذا الوقت غدًا ، ستكون كل قطرة دم في جسمك قد مرت عبر كليتيك عشرات المرات . مع كل تمريرة ، تتم إزالة الماء المشبع بالنفايات لتكوين البول ، ثم يعود الدم النظيف حديثًا إلى الدورة الدموية.
قد نتخيل هذه المهمة الحيوية كنوع من الترشيح بالقوة مدفوعًا بالضغوط الهائلة لنبضات قلبنا. ولكن وفقًا لدراسة جديدة شارك في تأليفها المهندس الميكانيكي بجامعة جونز هوبكنز شون صن ، فإن هذا الوصف ليس دقيقًا تمامًا كما كان يُعتقد سابقًا.
يقول صن : "يسمع الجميع أن الكلى ترشح الدم ، لكن هذا غير صحيح من الناحية المفاهيمية" .
"ما أظهرناه هو أن خلايا الكلى هي مضخات وليست مرشحات ، وأنها تولد قوى."
ليس بسبب قلة النظر أننا فقدنا هذا النشاط الميكانيكي الغريب أيضًا. عرف علماء التشريح عن بنية الكلى ودورها في إنتاج البول من الدم منذ القرن السابع عشر .
تمت دراسة قدرة العضو على مزج فيزياء التناضح السلبي مع التحويل النشط للمواد الكيميائية المختلفة من أجل موازنة أملاح الجسم والفضلات والماء على نطاق واسع داخل وخارج الجسم.
ومع ذلك ، تتكون كل كلية من كيلومترات من القنوات والأنابيب المحشورة في مساحة لا تزيد عن قبضة يدك ، مما قد يؤدي إلى بعض السباكة الغريبة العميقة في الداخل.
وقد أظهرت الدراسات أن الخلايا المبطنة لتلك الأنابيب يمكن أن تشعر بالتغيرات في الضغط الهيدروستاتيكي ، بل وتستجيب ؛ ومع ذلك ، ليس من الواضح كيف أو حتى ما إذا كانت هذه التغييرات ستدفع بطريقة ما.
إن معرفة كيفية تمرير السوائل عبر تلك الأنابيب الصغيرة ليس بالأمر السهل أيضًا. أي تجربة لدراسة المكونات الهيدروليكية في العمل داخل الأنابيب الفردية سوف تحتاج إلى بعض التكنولوجيا الرائعة جدًا لحجب القوى الشاردة.
وهو بالضبط ما توصل إليه صن وزملاؤه من جميع أنحاء الولايات المتحدة. تتكون مضخة الكلى الدقيقة السائلة (MFKP) من كتل منقوشة وأغشية مسامية قادرة على احتواء مزرعة من الخلايا التي تبطن الأنابيب الكلوية.
بمجرد استقرار الخلايا في مكانها وإخضاعها لمجموعة من الاختبارات للمقاومة الكهربائية والنفاذية ، قام الباحثون بقياس التغيرات في الضغط عبر الأنسجة استجابةً لنفاثات السوائل من حقنة.
لاحظوا انخفاض حركة السوائل بالقرب من الخلايا وفقًا لارتفاع الضغط الهيدروليكي ، والذي كان أكبر في اتجاه أحد طرفي النسيج عن الآخر. تمامًا كما كنا نتوقع إذا كانت الأنابيب تعمل كمضخة.
كشفت نظرة فاحصة على البروتينات التي تنتجها الخلايا أن التغيرات الطفيفة في ضغط السوائل التي تدخل الأنسجة قد غيرت ترتيبات القنوات الأيونية وهيكلها الداعم ، مما أدى إلى تغيير شكلها ووظيفتها.
بالنسبة لمعظمنا ، يعني هذا أن السوائل التي تنتقل من الدم إلى شبكة الأنابيب الكلوية تتحرك جزئيًا تحت الاتجاه الميكانيكي للخلايا نفسها ، مما يضيف طبقة جديدة دقيقة من العمليات التي يمكن أن تساعد في تفسير مجموعة من الاضطرابات الكلوية.
لمعرفة كيف يتكشف هذا السلوك داخل الكلى الأقل وظيفية ، استخدم الباحثون خلايا مأخوذة من الأفراد المصابين باضطراب الكلى الصبغي الجسدي السائد ، أو ADPKD.
في هذه الحالة ، وبفضل الطريقة التي تتغير بها الخلايا المبطنة لأنابيب الكلى ، تتشكل الأكياس عادة ، مما يؤدي إلى تشويه الأنسجة وزيادة خطر الإصابة بحصوات الكلى والتهابات المسالك البولية. ولكن وفقًا لعمل الفريق ، هناك المزيد من القصة. لاحظ الباحثون أن الخلايا تضخ في الاتجاه المعاكس ، مع انعكاس تدرج الضغط من طرف إلى آخر.
عندما تم تطبيق علاج تولفابتان ADPKD المعتمد من قِبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية على الخلايا ، تم تخفيف تدرجات ضغطها ، مما يشير إلى أن الدواء يعمل عن طريق تقليل الضغط على الأنسجة وبالتالي إبطاء معدل تكوين الأكياس.
مع وضع هذا في الاعتبار ، من الممكن أن يكون للأنسجة الأخرى أيضًا إصداراتها الخاصة من نظام ضخ ميكانيكي يضبط ضغط السوائل على النحو الذي يناسبها. يهدف صن وفريقه إلى تعديل أجهزتهم لاختبار الأنسجة والأعضاء الأخرى.