Histologie der Niere – Von der Rinde bis ins Mark

Bild: “Histology of the cortex of a kidney; 1: Glomerulus, 2: Proximal convoluted tubule, 3: Distal convoluted tubule” von Uwe Gille. Lizenz: CC BY-SA 3.0

Nephron – Funktionelle Einheit der Niere

Die kleinste Funktionseinheit der Niere, welche den Harn aus dem Blut filtriert, ist das Nephron. Eine Niere enthält ca. 1,4 x 10⁶ Nephrone. Zum besseren Verständnis kann man dessen Strukturen zwei Bereichen zuordnen. Glomerulus und Bowman-Kapsel bilden das Nierenkörperchen, an welches sich das Nierenkanälchen, bestehend aus proximalem, intermediärem und distalem Tubulus, anschließt.

Das Nierenkörpchen

Das noch unfiltrierte Blut wird über die Arteriola/Vas afferens in ein Knäuel aus Kapillaren (Glomerulus) geleitet und nach der Filtration an der gleichen Stelle durch die Vas efferens hinausgeleitet. Diese Kapillaren sind am Mesangium aufgehängt und ragen in die Bowman-Kapsel hinein. Glomerulus und Bowman-Kapsel bilden die Blut-Harn-Schranke.

Die Bowman-Kapsel kann man sich als Blase vorstellen, in welche der Glomerulus gedrückt wurde – sie besitzt demnach ein viszerales Blatt, welches dem Glomerulus anliegt und ein parietales Blatt, welches die Wand der „Kugel“ bildet. Gegenüber des Kapillarein- und austritts (Gefäßpol) verlässt ein Tubulus den Kapselraum, welcher den Primärharn aus dem Kapselraum ableitet (Harnpol).

Die Blut-Harn-Schranke

Das Filtrat muss drei Schranken überwinden, um in den Kapselraum zu gelangen: das Endothel, die glomeruläre Basalmembran und die Podozytenschlitzmembran.

1. Das Endothel ist gefenstert (Fenstergröße 70 – 100 nm) ohne Diaphragma. An seiner Innenseite verhindert eine negativ-geladene Glykokalix das Filtrieren von größeren, negativen Molekülen.
2. Die glomeruläre Basalmembran besteht aus Lamina rara interna, Lamina densa und Lamina rara externa. Das Kollagen-IV-Netz der Lamina densa festigt die Strukturen und muss dem Blutdruck in den Kapillaren standhalten. In den beiden Lamina rarae befindet sich eine Vielzahl von Molekülen und Proteinen, z.B. zur Negativladung der Basalmembran.
3. Die Podozytenschlitzmembran wird von Ausläufern der Podozyten gebildet. Sie sind das viszerale Blatt der Bowman-Kapsel. Die Fußfortsätze der Podozyten sind ineinander verschränkt. Letzte Zwischenräume werden durch das Schlitzdiaphragma, gebildet vom Transmembranprotein Nephrin, überspannt. Durch die Filtrationsporen des Schlitzdiaphragmas gelangen Moleküle bis zu einem Durchmesser von maximal 4,4 nm.

Bild: “Podozyten” von philschatz. Lizenz: CC BY 4.0

Das Tubulussystem des Nephrons

Der Tubulus hat die Aufgabe, den primär filtrierten Harn in den Endharn umzuwandeln. Dabei resorbiert er netto ca. 99 % des filtrierten Wassers sowie Elektrolyte, Glucose u.v.m. zurück. Das Epithel ist an jeder Stelle durch tight junctions verbunden; es besitzt ein ausgeprägtes Basallabyrinth (Auffaltung der Basalmembran) und viele Mitochondrien (hoher Energieverbrauch möglich).

Im Lichtmikroskop ist das als dunkle Basalstreifung der Zellen erkennbar. Darüber hinaus unterscheiden sich die Abschnitte hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktion. In der folgenden Übersichtstabelle sind die Abschnitte des Tubulus beginnend am Harnpol des Nierenkörperchens und ihre wesentliche Funktion aufgeführt. Im Anschluss wird auf die spezifischen Epithelien genauer eingegangen.

Der proximale Tubulus

Die kubischen Epithelzellen sind gut miteinander verzahnt und besitzen sowohl ein stark ausgeprägtes Basallabyrinth als auch einen hohen Bürstensaum. Treibende Kraft für die Rückresorption von Aminosäuren, Natrium und Glucose ist die basolaterale Na-K-ATPase. Das Wasser folgt osmotisch über die Zonulae occludentes (tight junctions) des Epithels hinweg.

Der intermediäre Tubulus

Die Zellen des intermediären Tubulus sind eher flach, das Lumen des Tubulus ist hier am dünnsten (12 – 15 μm). Die Kerne wölben sich oft in Richtung Lumen und das Cytoplasma ist dicker als das Cytoplasma der Blutkapillaren. Im absteigenden Teil der Henle-Schleife ist das Epithel durchlässig für Wasser, im aufsteigenden Teil vollkommen wasserundurchlässig. Es trägt dabei zur Konzentrierung des Endharns bei.

Der distale Tubulus

Das Epithel nimmt hier wieder eine kubische Form mit rundem Zellkern an und besitzt ein stark ausgeprägtes Basallabyrinth sowie einzelne Mikrovilli im Tubuluslumen. Die tight junctions sind hier besonders stark ausgeprägt und das Epithel absolut wasserundurchlässig.

Sammelrohr – Feinregulierung des Endharns

Es gehört entwicklungsbiologisch und funktionell gesehen nicht zum Nephron. Ein Sammelrohr erhält in der Rinde Zugänge von ca. 11 Nephronen. Von hier geht es in äußeren und inneren medullären Sammelrohren weiter entlang der Markstrahlung zu Nierenmark und Papille.

Auf diesem Weg schließen sich immer wieder Sammelrohre zusammen und das Lumen erweitert sich auf bis zu 200 μm.
Das Epithel geht von einer kubischen in eine prismatische Form über. Es besitzt ein kaum ausgeprägtes basales Labyrinth. Es finden sich zwei Zelltypen:

• Hauptzellen:
  • Mikrovilli, einige Kinozilien; erscheinen im Lichtmikroskop eher hell
  • Ort des ADH-abhängiger Einbau von Aquaporinen und somit Rückresorption von Wasser: Im Sammelrohr finden 20 – 30 % der H2O-Rücksorption statt (70 – 80 % im proximalen Tubulus). Nur hier kann die Rückresorption über die ADH-Ausschüttung an die physiologischen Bedürfnisse des Körpers angepasst werden.
  • Regulation der Natrium-Resorption & Kalium-Sekretion über Aldosteron
• Schaltzellen:
  • mitochondrienreich; im Lichtmikroskop eher dunkel
  • Typ-A-Zellen: Sekretion von Protonen, Resorption von Bicarbonaten
  • Typ-B-Zellen: Sekretion von Bikarbonat bei alkalischem Stoffwechsel

Bild: “Reabsorption Nephron” von philschatz. Lizenz: CC BY 4.0

Juxtaglomerulärer Apparat

Der pars recta des distalen Tubulus von jedem Nephron verläuft an einer Stelle direkt neben der afferenten Arteriole seines Glomerulus. Durch diese Kontaktstelle wird die glomeruläre Filtration reguliert. Daran ist das Epithel des Tubulus (hier hochprismatisch und dunkel = Macula densa), die juxtaglomerulären glatten Muskelzellen sowie die extraglomerulären Mesangiumszellen beteiligt.

Das distale Epithel vermittelt die aktuelle Ionenkonzentration des Harns und Barozeptoren der juxtaglomerulären Zellen registrieren den Blutdruck in der Vas afferens. Beide Faktoren können eine Freisetzung von Renin aus den juxtaglomerulären Zellen bewirken.

Bild: “juxtaglomerulärer Apparat” von philschatz. Lizenz: CC BY 4.0

Topographie des Nephrons

Alle Nephrone und die dazugehörigen Sammelrohre sind nach demselben Muster in der Niere angeordnet. Die Übergänge zwischen den verschiedenen Tubulusabschnitten unterschiedlicher Nephrone liegen fast alle auf einer Ebene. Durch diesen parallelen Aufbau aller Nephrone sind die histologischen Übergänge zwischen Rinde und Mark schon makroskopisch sichtbar.

Die Nephrone und gewundenen Anteile des proximalen und distalen Tubulus liegen in der Rinde. Der Übergang zur pars recta markiert die Rinden-Mark-Grenze. Sammelrohre und Henle-Schleifen, welche zu weiter oben liegenden Nephronen gehören, sind gebündelt als Markstreifen in der Rinde sichtbar. Diese gehören funktionell also zum Mark, ziehen aber in die Rinde hinein. Im Mark befinden sich auch die übrigen Sammelrohre und Henle-Schleifen.

Interstitium der Niere

Im peritubulären Interstitium findet sich nur wenig Bindegewebe, dafür aber viele Makrophagen und Fibroblasten. Die Fibroblasten sind der Bildungsort von Erythropoetin. Erythropoetin stimuliert die Bildung der roten Blutkörperchen im Knochenmark. Zudem produzieren viele interstitielle Zellen Prostaglandine.

Bild: “Specific markers were used to identify EVs derived from cells of different segments of the nephron and renal pelvis.” von Openi. Lizenz: CC BY 4.0

Beliebte Prüfungsfragen zur Histologie der Niere

Die Lösungen befinden sich unterhalb der Quellenangaben.

1. In welchem Tubulusabschnitt wird am meisten Wasser rückresorbiert?

1. Pars recta proximaler Tubulus
2. Pars convoluta proximaler Tubulus
3. Sammelrohr
4. Henle-Schleife
5. Pars convoluta distaler Tubulus

2. Welches der folgenden Merkmale trifft nicht auf das Epithel der Nierentubuli zu?

1. ausgeprägtes Basallabyrinth
2. Bürstensaum
3. Fettvakuolen
4. Tight junctions
5. Mitochondrienreichtum

3. Welche Aussage ist richtig?

1. Die Vas afferens besitzt ein gefenstertes Endothel mit Diaphragmen.
2. Nephrin ist ein wichtiges Protein der Basalmembran.
3. In der Lamina rarae der Basalmembran befinden sich keine Proteine.
4. Positive Moleküle werden besser filtriert als negative Moleküle.
5. Es werden Moleküle bis zu einem Durchmesser von 10 nm filtriert.

Quellen

Lüllmann-Rauch: Taschenlehrbuch Histologie 4. Auflage, Thieme Verlag

Junqueira, Carneiro: Histologie 6. Auflage, Springer Verlag

Welsch: Repetitorium Histologie, Elsevier Verlag

Lösungen zu den Fragen: 1B, 2C, 3D

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