ระบบกลไกแบบไหลสวนทางคือ กลไกที่ใช้พลังงานในการสร้างความ แตกต่างของความเข้มข้น

พบได้ทั่วไปในธรรมชาติและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในอวัยวะของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ตัวอย่างเช่น อาจหมายถึงกระบวนการที่เป็นพื้นฐานของกระบวนการทำให้ปัสสาวะเข้มข้น นั่นคือ การผลิต ปัสสาวะ ที่มีความเข้มข้นสูงโดยไตของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ความสามารถในการทำให้ปัสสาวะเข้มข้นยังพบได้ในนกด้วย^{[ 1 ]}

การเพิ่มจำนวนแบบทวนกระแสมักถูกเข้าใจผิดว่าเป็นกระบวนการแลกเปลี่ยนแบบทวนกระแสซึ่งเป็นกลไกที่คล้ายกันแต่แตกต่างกัน โดยในกระบวนการนี้จะรักษาระดับความชันไว้ แต่ไม่ได้สร้างระดับความชันขึ้น

คำนี้มีที่มาจากรูปทรงและหน้าที่ของห่วงเฮนเล (loop of Henle ) ซึ่งประกอบด้วย ท่อ ไต สองส่วนที่ขนานกัน และวิ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม โดยมีช่องว่างระหว่างเซลล์ของไขกระดูกไต คั่น อยู่

• ส่วนขาลงของห่วงเฮนเลสามารถซึมผ่านน้ำได้ แต่ไม่สามารถซึมผ่านสารละลายได้ เนื่องจากมีอะควาพอริน 1อยู่ในผนังท่อ ดังนั้น น้ำจึงเคลื่อนที่ผ่านผนังท่อเข้าไปในช่องไขกระดูก ทำให้สารกรองมีความเข้มข้นสูงขึ้น (มีศักยภาพของน้ำต่ำลง) นี่คือสารกรองที่ไหลต่อไปยังส่วนขาขึ้น^{[ 2 ]}
• ส่วนโค้งขาขึ้นไม่สามารถซึมผ่านน้ำได้ (เนื่องจากขาดอะควาพอรินซึ่งเป็นโปรตีนขนส่งทั่วไปสำหรับช่องทางน้ำในเซลล์ทั้งหมด ยกเว้นผนังของส่วนโค้งขาขึ้นของห่วงเฮนเล ) แต่สามารถซึมผ่านสารละลายได้ แต่ในที่นี้ Na ⁺ , Cl− ^และ K ⁺จะถูกขนส่งอย่างแข็งขันเข้าไปในช่องไขกระดูก ทำให้สารกรองมีภาวะไฮโปโทนิก (มีศักยภาพของน้ำสูงขึ้น) ช่องว่างระหว่างเซลล์ในขณะนี้มี "ความเค็ม" หรือไฮเปอร์โทนิก และจะดึงดูดน้ำดังที่กล่าวไว้ด้านล่าง นี่คือผลเพียงอย่างเดียวของกระบวนการทวีคูณแบบสวนทาง^{[ 2 ]}
• การขนส่งไอออนเหล่านี้อย่างกระฉับกระเฉงจากแขนขาขึ้นหนาทำให้เกิด แรงดัน ออสโมติกดึงน้ำจากแขนขาลงเข้าสู่ช่องไขกระดูกที่มีความเข้มข้นสูง ทำให้สารกรองมีความเข้มข้นสูงขึ้น (มีศักยภาพของน้ำต่ำลง) ^{[ 2 ]}
• การไหลสวนทางภายในส่วนขาลงและขาขึ้นจึงเพิ่มหรือทวีคูณความแตกต่างของออสโมติกส์ระหว่างของเหลวในท่อและช่องว่างระหว่าง เซลล์ ^{[ 2 ]}

การเพิ่มจำนวนแบบสวนทางได้รับการศึกษาครั้งแรกในฐานะกลไกที่ทำให้ปัสสาวะมีความเข้มข้นในหน่วยไต โดยเริ่มแรกมีการศึกษาในช่วงทศวรรษ 1950 โดยGottschalkและ Mylle ตามสมมติฐานของWerner Kuhn ^{[ 3 ]}กลไกนี้ได้รับความนิยมก็ต่อเมื่อมีการทดลองเจาะขนาดเล็กที่ซับซ้อนหลายครั้ง^{[ 4 ]}

กลไกที่เสนอประกอบด้วยขั้นตอนการสูบฉีด การปรับสมดุล และการเปลี่ยนตำแหน่ง ในท่อไตส่วนต้น ความเข้มข้นของสารละลายจะเท่ากับความเข้มข้นของพลาสมา (300 มิลลิออสโมล/ลิตร) ในแบบจำลองสมมุติฐานที่ไม่มีขั้นตอนการปรับสมดุลหรือการสูบฉีด ความเข้มข้นของสารละลายในท่อไตและในเนื้อเยื่อระหว่างเซลล์ก็จะเท่ากับ 300 มิลลิออสโมล/ลิตรเช่นกัน {Respicius Rwehumbiza, 2010}

กลไกการลำเลียง: ตัวลำเลียง Na ⁺ /K ⁺ /2Cl− ^ในส่วนโค้งขาขึ้นของห่วงเฮนเลช่วยสร้างความแตกต่างของความเข้มข้นโดยการเคลื่อนย้าย Na ⁺เข้าสู่เนื้อเยื่อระหว่างเซลล์ในไขกระดูก ส่วนโค้งขาขึ้นที่หนาของห่วงเฮนเลขาดอะควาพอรินบนเยื่อหุ้มเซลล์ส่วนปลาย ซึ่งเป็นโปรตีนลำเลียงทั่วไปสำหรับช่องทางน้ำ ทำให้ส่วนโค้งขาขึ้นที่หนาไม่สามารถซึมผ่านน้ำได้ ดังนั้น การทำงานของตัวลำเลียง Na ⁺ /K ⁺ /2Cl− ^จึงสร้างสารละลายที่มีความเข้มข้นต่ำกว่าปกติในของเหลวในท่อไตและของเหลวที่มีความเข้มข้นสูงกว่าปกติในเนื้อเยื่อระหว่างเซลล์ เนื่องจากน้ำไม่สามารถตามสารละลายไปเพื่อสร้างสมดุลออสโมติกได้

การปรับสมดุล: เนื่องจากส่วนโค้งลงของห่วงเฮนเลประกอบด้วยเยื่อบุผิวที่มีการซึมผ่านได้สูงมาก ของเหลวภายในส่วนโค้งลงจึงมีความเข้มข้นสูงกว่าปกติ

การเปลี่ยนแปลง: การเคลื่อนที่ของของเหลวผ่านท่อไตทำให้ของเหลวที่มีความเข้มข้นสูงกว่าเคลื่อนที่ลงไปตามห่วงเฮนเล การเกิดวัฏจักรซ้ำๆ ทำให้ของเหลวมีความเข้มข้นใกล้เคียงกับไอโซออสโมลาร์ที่ส่วนบนของห่วงเฮนเล และมีความเข้มข้นสูงมากที่ส่วนล่างของห่วง สัตว์ที่ต้องการปัสสาวะที่มีความเข้มข้นสูงมาก (เช่น สัตว์ทะเลทราย) จะมีห่วงเฮนเลที่ยาวมากเพื่อสร้างความแตกต่างของความเข้มข้นอย่างมาก ในทางกลับกัน สัตว์ที่มีน้ำอุดมสมบูรณ์ (เช่น บีเวอร์) จะมีห่วงเฮนเลที่สั้นมาก หลอดเลือดฝอยรอบท่อไตมีรูปร่างคล้ายห่วงเพื่อไม่ให้ความแตกต่างของความเข้มข้นกระจายไปสู่พลาสมา

กลไกการเพิ่มความเข้มข้นแบบสวนทางทำงานร่วมกับการแลกเปลี่ยนแบบสวนทางของหลอดเลือดฝอยในไต เพื่อป้องกันการชะล้างเกลือแร่และรักษาระดับความเข้มข้นของสารละลายให้สูงในไขกระดูกชั้นใน

• วงโค้งของเฮนเล: สาขาวิชาเอกที่มหาวิทยาลัยลิเวอร์พูล
• ภาพเคลื่อนไหวตัวคูณกระแสสวนทางที่มหาวิทยาลัยโคโลราโด