逆流増殖

向流機構システムは、濃度勾配を作成するためにエネルギーを消費する機構です。

これは自然界に広く存在し、特に哺乳類の臓器に多く見られます。例えば、尿濃縮のプロセス、つまり哺乳類の腎臓による高浸透圧尿の生成の根底にあるプロセスを指すこともあります。尿を濃縮する能力は鳥類にも存在します。^[1]

向流増殖は、勾配が維持されるが確立されない、類似しているが異なるメカニズムである 向流交換と間違われることがよくあります。

この用語は、腎髄質の間質腔によって分離された、反対方向に走る2本の平行な尿細管からなるヘンレのループの形状と機能に由来しています。^[要出典]

• ヘンレループの下降肢は、その管壁にアクアポリン1が存在するため、水は透過するが溶質は透過しない。そのため、水は管壁を横切って髄質空間に移動し、濾液は高張性（水分ポテンシャルが低い）になる。これが上行肢へと続く濾液である。^[2]
• 上行脚は水に対して不浸透性であるが（ヘンレループの上行脚の壁を除くすべての細胞内の水チャネルの共通の輸送タンパク質であるアクアポリンが欠如しているため）、溶質に対しては透過性である。しかし、ここではNa ⁺、Cl ^-、K ^+が髄質空間に活発に輸送され、濾液は低張性（より高い水分ポテンシャル）になる。間質はこれで「塩辛い」または高張性となり、以下のように水を引き寄せる。これが逆流増殖プロセスの単一の効果を構成する。 ^[2]
• 太い上行脚からのこれらのイオンの能動輸送により浸透圧が生じ、下行脚から高浸透圧髄質空間に水が引き込まれ、濾液は高張性（水分ポテンシャルが低い）になります。^[2]
• 下行脚と上行脚内の逆流は尿細管液と間質腔の間の浸透圧勾配を増加させる。^[2]

逆流増殖はもともと、尿がネフロンで濃縮されるメカニズムとして研究されていました。このメカニズムは、ヴェルナー・クーンの仮説に従ってゴットシャルクとミルによって1950年代に最初に研究されましたが、 ^[3]一連の複雑な微小穿刺実験を経て初めて普及しました。^[4]

提案されたメカニズムは、ポンプ、平衡、シフトの各ステップから構成されます。近位尿細管では、浸透圧は血漿と等モル濃度 (300 mOsm/L) です。平衡やポンプのステップがない仮想モデルでは、尿細管液と間質の浸透圧も 300 mOsm/L になります。{Respicius Rwehumbiza、2010}

ポンプ:ヘンレループの上行脚にある Na ⁺ /K ⁺ /2Cl ^{−トランスポーターは、Na + を}髄質間質に移動させることで勾配を作り出すのに役立ちます。ヘンレループの太い上行脚は、水チャネルの一般的なトランスポータータンパク質であるアクアポリンが欠如しているネフロンの部分です。これにより、太い上行脚は水を通しません。したがって、Na ⁺ /K ⁺ /2Cl ⁻トランスポーターの作用により、水は溶質に追従できず浸透圧平衡を生成できないため、尿細管液には低浸透圧溶液が、間質には高浸透圧溶液が生成されます。^{[引用が必要]}

平衡: ヘンレループの下降脚は非常に漏れやすい上皮で構成されているため、下降脚内の液体は高浸透圧になります。^{[引用が必要]}

シフト: 尿細管を通る液体の移動により、高浸透圧液体はループのさらに下方に移動します。多くのサイクルを繰り返すと、液体はヘンレ ループの上部でほぼ等浸透圧になり、ループの下部では非常に濃縮されます。非常に濃縮された尿を必要とする動物 (砂漠の動物など) は、非常に長いヘンレ ループを持ち、非常に大きな浸透圧勾配を作り出します。一方、水が豊富な動物 (ビーバーなど) は、非常に短いループを持っています。直腸血管は同様のループ形状であるため、勾配は血漿に消散しません。^{[引用が必要]}

逆流増殖のメカニズムは、直血管の逆流交換と連携して、塩分の流出を防ぎ、内髄質の浸透圧を高く維持します。^[要出典]

• ヘンレのループ：リバプール大学での集中
• コロラド大学の逆流乗数アニメーション