Die Niere – Hauptorgan des Harnystems

Bild: “The Kidney” von philschatz. Lizenz: CC BY 4.0

Lage der Niere

Die Nieren liegen im Retroperitonealraum unterhalb des Zwerchfells auf beiden Seiten der Wirbelsäule. Sie lagern in einer Rinne, der Fossa lumbalis, bestehend aus M. psoas major und M. quadratus lumborum. Die linke Niere liegt etwa auf der Höhe der 11. Rippe bis zum 3. Lendenwirbelkörper. Die rechte Niere liegt aufgrund der großen Leber etwas tiefer, auf der Höhe der 12. Rippe bis zu der Unterkante des 3. Lendenwirbelkörpers. Die Nieren weisen physiologisch eine Beweglichkeit von etwa 3-4 cm auf. Diese ist von der Körperstellung und der Bewegung des Zwerchfells bei der Atmung abhängig, da die Nieren nicht fest an der hinteren Bauchwand verwachsen sind.

Bild: “The kidneys are slightly protected by the ribs and are surrounded by fat for protection (not shown)” von philschatz. Lizenz: CC BY 4.0

Form der Niere

Die Niere ist bekanntermaßen bohnenförmig und hat eine rotbraune Farbe. Sie weist dabei eine Dicke von 4 cm, eine Breite von 5-7 cm und eine Länge von etwa 11 cm auf (Merkspruch: „4711“). Ihr Gewicht beträgt etwa 120-200g.

Die kranialen und kaudalen Enden der Niere werden als oberer und unterer Nierenpol (Extremitas superior und Extremitas inferior) bezeichnet. Die vordere Fläche der Niere wird Facies anterior genannt, die Hinterfläche ist die Facies posterior. Der Margo lateralis, der seitliche Nierenrand, hat eine kovexe Form. Der Margo medialis weist eine konkave Form auf. An diesem Rand befindet sich das Nierenhilum (Hilum renale) mit den Nierengefäßen. Die Nierenvene liegt dabei ventral vor der Nierenarterie, die wiederum vor dem Ureter liegt (Merkspruch:“VAU“). Das Nierenhilum ist der Zugang zu der Nierenbucht und dem Nierenbecken.

Bild: “The Kidney” von philschatz. Lizenz: CC BY 4.0

Lagebeziehung zu anderen Organen

• Kranial auf den oberen Nierenpolen liegen die Nebennieren an.
• Dorsal verlaufen N. subcostalis, N. iliohypogastricus und N. ilioinguinalis.

• Ventral der rechten Niere verlaufen der rechte Leberlappen, der Pars descendens duodeni und die rechte Kolonflexur. An der Vorderfläche der linken Niere verlaufen Magen, Milz, Cauda pancreatis, die Wurzel des Mesocolon transversum und die linke Kolonflexur

Peritonealverhältnisse der Niere

Bild: “Normal kidney size and its influencing factors” von G.B., U. V., T. B., H. KJ., R. P., S.A., P. J. Lizenz: CC BY 2.0

Die Nieren gehören zusammen mit den Nebennieren und den Harnleitern zu den primär retroperitonealen Organen. Das bedeutet das sie hinter dem Peritoneum entstanden und dort verblieben sind.

Um die Niere legt sich eine Kapsel aus festem Bindegewebe, die Capsula fibrosa. Eine weitere Kapsel aus Fett (Capsula adiposa) schließt sich um die Niere und die dazugehörige Nebenniere. Schließlich folgt die Fascia renalis, eine Hülle aus Bindegewebe.

Funktion der Niere

Das gesamte Blutvolumen des Körpers wird mehrfach täglich durch die Nieren gespült. Somit können die Nieren den Blutdruck, den Wasser- und Elektrolythaushalt, das Ausscheiden von Stoffwechselendprodukten und toxischen Substanzen, den Säure-Base-Haushalt und vieles mehr kontrollieren und regulieren.

Der Wasser- und Elektrolythaushalt

Das Hormon Renin wird von der Niere sezerniert, sobald es zu einem Abfall des Blutdrucks oder Blutvolumens kommt. Renin dient als Protease um Angiotensinogen aus der Leber zu Angiotensin I zu spalten. Angiotensin I wird mittels Angiotensin-konvertierendes Enzym (ACE) zu Angiotensin II umgewandelt. Das Ergebnis ist u.a. Vasokonstriktion und somit eine Erhöhung des Blutdrucks. Außerdem wird Aldosteron aus der Nebenniere sezerniert. Das führt zu einer gesteigerten Retention von Wasser und Natrium. Diese Verkettung von Reaktionen wird als Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS) bezeichnet.

Das Atriale natriuretische Peptid (ANP) wird bei einem erhöhten Blutvolumen im Herzvorhof ausgeschüttet. In der Folge wird mehr Wasser und Natrium von der Niere ausgeschieden.

ADH (oder Vasopressin): Ist das Blut zu konzentriert, reagieren Osmorezeptoren im Hypothalamus. Dort wird ADH produziert und später im Hinterlappen der Hypophyse gespeichert. In der Folge der Sekretion wird mehr Wasser aus dem Primärharn zurück ins Blut überführt und damit das Blut verdünnt.

Die Nieren regulieren außerdem durch Einflüsse von Hormonen und über spezielle Transporter den Gehalt von Kalium, Bicarbonat, Phosphat, Magnesium und Kalcium im Blut.

Die Regulation des Blutdrucks

Der Blutdruck wird von den Nieren durch die Veränderung von Blutvolumen und Durchmesser der Blutgefäße reguliert. Dabei spielt das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System eine entscheidende Rolle.

Die Regulation des Säure-Base-Haushalts

Veränderungen des pH-Werts im Blut können für den Menschen lebensbedrohliche Folgen haben. Die Niere verfügt über Mechanismen für die Ausscheidung von Protonen und der Rückresorption von Bicarbonat.

Die Hormone der Niere

Synthese von Glukose

In den Nieren wird anhand von Glukoneogenese und Glykogenolyse Glukose hergestellt. Dies geschieht hauptsächlich durch die Bildung von Glukose-6-Phosphat aus Substraten wie Laktat, Glycerol und Aminosäuren. Die Glukose wird in den Blutkreislauf abgegeben. Damit tragen die Nieren zu der Regulation des Blutzuckers im Körper bei.

Histologie der Niere

Die Niere produziert jeden Tag etwa 1,5 Liter Endharn. Das gesamte Blutvolumen fließt tatsächlich alle 4-5 Minuten durch die Nieren. Die Niere ist ein paariges Organ das retroperitoneal in eine feste Bindegewebskapsel eingebettet ist. Um diese legt sich wiederum eine schützende Kapsel aus Fettgewebe. Das Parenchym der Niere teilt sich auf in die etwa 1 cm dicke Nierenrinde und das im Inneren liegende Nierenmark.

Die Nierenrinde bildet Nierensäulen, die columnae renales. Sie ragen in das Mark hinein und unterteilen es in etwa 8-15 Markpyramiden. Das innere Mark mündet in die Kelche des Nierenbeckens (Pelvis renalis). Dabei bilden Nierenbecken, Kelche, das umliegende Fettgewebe, Gefäße und Nerven die Nierenbucht (Sinus renalis). Das Becken verschmälert sich und bildet letztendlich den Ureter, durch welchen aus der Nierenpforte der Harn abgeleitet wird.

Histologisch betrachtet teilt sich die Niere auf in das Interstitium und das Nephron.

Nephron: Funktionseinheit der Niere

Es ist die Funktionseinheit der Niere. Es besteht aus den Nierenkörperchen sowie Nierenkanälchen (tubuli renales) und bildet ein geniales Filtersystem. Etwa 1-1,5 Millionen Nierenkörperchen befinden sich in jeder Niere. Es setzt sich aus folgenden Bestandteilen zusammen:
Der Glomerulus ist ein Knäuel aus Kapillaren, die durch Anastomosen miteinander verwebt sind. Sie werden durch das eingehende Vas afferens mit frischem Blut versorgt. Über das Vas efferens verlässt das Blut den Glomerulus.

Bild: “Blood Flow in the Nephron” von philschatz. Lizenz: CC BY 4.0

Die Bowman-Kapsel liegt um den Glomerulus herum und besteht aus zwei Lagen. Das parietale Blatt außen, welches aus einschichtigem Epithel gebildet wird, das auf einer Basallamina liegt. Das viszerale Blatt liegt im Inneren, gebildet aus sogenannten Podozyten. Diese Zellen sind spezialisierte Zellen mit zahlreichen Fortsätzen. Sie liegen auf den Kapillaren des Glomerulus. Die beiden Blätter der Kapsel verbinden sich am Gefäßpol. Am gegenüber liegenden Harnpol geht die Bowman-Kapsel in das Nierenkanälchen über und leitet den Primärharn aus dem Kapselraum ab.

Das Mesangium besteht aus Mesangiumzellen, die durch Gap Junctions miteinander verbunden sind. Sie nehmen den Platz zwischen den Kapillaren im Nephron ein. Sie sind für die Bildung von EZM und Bestandteilen der glomerulären Basalmembran verantwortlich. Sie haben außerdem eine phagozytotische Funktion und können sich zusammenziehen, um Kapillarwände zu stabilisieren.

Blut-Harn-Schranke: Filter im Nephron

Dieser wichtige Filter in unserem Körper besteht aus 3 Lagen. Jede Lage verfeinert diesen Filter.

1. Das Kapillarenendothel besitzt Fenster (100nm weit) und eine starke anionische Glykokalix.

2. Die glomeruläre Basalmembran (GBM) liegt in der Mitte und entsteht aus den Basallamina der Kapillaren und der Podozyten.

3. Die Podozyten bilden Fortsätze, die sich wie Finger ineinander falten und Zwischenräume bilden (40 nm). Diese Poren sind mit einer Membran überzogen, die zu einem großen Teil aus Nephrin besteht. Podozyten haben ebenfalls eine stark anionische Glykokalix, die sich zur Harnseite richtet.

Durch diese Strukturen werden Moleküle bis zu der Größe von 4 nm gefiltert und durch ihre Ladung selektiert. Dadurch werden vor allem Proteine daran gehindert, in den Urin zu gelangen. Das Druckverhältnis von Kapillaren zu Kapselraum (55 mmHg : 15 mmHg) spielt ebenfalls eine Rolle bei der Filtration.

Die Nierenkörperchen liegen generell nur in der Nierenrinde. Nephrone können aber als kortikal, mediokortikal, juxtamedulläre bezeichnet werden, je nach der Position des Nierenkörperchens.

Das zu filternde Blut ist durch die Nierenkörperchen gelaufen und die Blut-Harn-Schranke leitet das Filtrat weiter an die Nierenkörperchen. Hier wird dem Körper wieder Wasser aus dem Primärharn zugeführt oder Finetuning im Salzhaushalt betrieben.

Schematischer Aufbau des Nierenkörperchens:

Bild: “Schematischer Aufbau des Nierenkörperchens” von Michał Komorniczak. Lizenz: CC BY-SA 3.0

A: Nierenkörperchen; B: Hauptstück; C: Mittelstück; D: Juxtaglomeruläre Apparat 1: Basalmembran; 2: Bowmansche Kapsel, parietales Blatt; 3: Bowmansche Kapsel, viszerales Blatt; 3a: Podozytenfüsschen; 3b: Podozyt; 4: Lumen der Bowman-Kapsel (Harnraum); 5a: Mesangium – intraglomeruläre Mesangiumzellen; 5b: Mesangium – extraglomeruläre Mesangiumzellen; 6: Juxtaglomeruläre Zellen; 7: Macula densa; 8: Miozyten (Muskelzellen der Arteriolenwand); 9: Arteriola afferens; 10: glomeruläre Kapillaren; 11: Arteriola efferens

Nierenkanälchen (Tubuli) des Nephron

Der proximale Tubulus beginnt mit dem gewundenen Pars contorta und geht über in den distalen geraden Pars recta. In diesem Teil wird 80 % des Wassers des Primärharns, Glukose, Aminosäuren (Na+-Symport), Elektrolyte und Harnstoff aus dem Primärharn rückresorbiert. Diese Aufgabe wird von kubischem Epithel übernommen, das mit einem dichten Bürstensaum besetzt ist.

Die Zellen sind mit Tight Junctions und zonulae adherens verbunden und fest versiegelt. Unter dem Mikroskop erscheinen die Zellen dunkel. Sie sind reich an Mitochondrien, Vesikeln für Endozytose, Lysosomen und Peroxisomen. In diesem Teil der Nierenkanälchen wird außerdem Calcidiol zu Calcitriol umgewandelt. Dies geschieht unter dem Einfluss des Hormons PTH.
Der Intermediärtubulus zeigt hingegen ein flaches Epithel, welches kaum Vesikel oder andere zuvor genannten Strukturen aufweist.

Bild: “Dicker aufsteigender Teil der Henleschleife” von Lennert B. Lizenz: CC BY 3.0

Im anschließenden distalen Tubulus wird vor allem NaCl resorbiert, dafür aber kaum Wasser. Es handelt sich um ein flacheres kubisches Epithel mit vielen Na/K-ATPasen, vielen Tight Junctions. Der distale Tubulus teilt sich ebenfalls in den pars recta mit der dazwischen liegenden Macula densa (liegt an dem extraglomerulären Mesangium der Glomeruli) und dem pars contorta.

Die Henle Schleife bezeichnet den Teil des Nierenkanälchens, das sich aus dem Intermediärtubulus dem geraden Teile der proximalen und und der distalen Tubuli zusammensetzt.
An den distalen Tubulus schließt sich der Verbindungstubulus und schließlich das Sammelrohr.
Das Sammelrohr bietet:

• Hauptzellen: Sie sind kubisch, das Zytoplasma erscheint blass. Hier kann wiederum unter Einfluss des Hormons ADH Wasser aus dem Harn zurückgeholt werden. Dabei wird es durch Aquaporine transzellulär transportiert. Das Hormon Aldosteron wirkt hier, um Natrium zu resorbieren.
• Schaltzellen – Typ A und B: Diese Zellen dienen der Regulierung von Protonen und Kalium. Dementsprechend besitzen sie viele H+-ATPasen und H+/K+-ATPasen. Sie sind dunkler als die Hauptzellen. Im Anschluss vereinigen sich mehrere Sammelrohre und bilden den Ductus papillaris, welcher dann zum Nierenbecken läuft.

Der Juxtaglomeruläre Apparat, eine prägnante Struktur in der Niere, hat die Funktion lokal die NaCl-Konzentration zu kontrollieren und den Blutdruck im Körper zu regulieren. Er setzt sich aus verschiedenen Zellen zusammen.

Die juxtaglomerulären Zellen liegen zwischen dem Endothel und der Media des Vas afferens. Sie reagieren bei einer Aktivierung des Sympatikus (z.B bei Hypovolemie) und bei Druckabfall, was eine Sekretion von Renin zur Folge hat. (Renin → Angiotensinogen → Angiotensin I → Angiotensin II (durch ACE) → führt zu mehr Aldosteronsekretion in der Nebenniere und Vasokonstriktion → höherer Blutdruck)

Die palisadenförmigen Zellen der Macula densa gehören zu den Zellen des distalen Tubulus. Sie liegen am Vas afferens an und messen kontinuierlich die Natriumkonzentration. Bei detektiertem Na+-Ausschlag kontrahiert das Vas afferens.

Zwischen juxtaglomerulären Zellen und den Zellen der Macula densa liegen die extraglomeruläre Mesangiumzellen (Goormaghtigh-Zellen).

Interstitium

Es besteht aus Bindegewebe und freien Bindegewebszellen. Hinzu kommen Nerven, Gefäße und die peritubulären Fibroblasten. Diese Zellen reagieren bei reduziertem Sauerstoffgehalt im Blut und produzieren Erythropoietin, das Wachstumshormon für rote Blutkörperchen.
In der Klinik:

• Werden die Nierenkörperchen und dadurch die Blut-Hirn-Schranke geschädigt, kommt es zur erhöhten Durchlässigkeit von Proteinen. Das führt zu Hypoproteinämie, generalisierten Ödemen und einer höheren Infektanfälligkeit
• Die Nieren können bis zu einem gewissen Grenzwert (Glukosekonzentration im Blut von 200 mg/dl) Glukose rückresorbieren. Vor allem bei Patienten mit Diabetes Mellitus, kommt es zu einer Überschreitung dieses Grenzwerts, was sich als Glukosurie äußert.
• Für Hemoglobin gibt es ebenfalls einen Schwellwert. Eine Überschreitung, z.B. bei vermehrter Hämolyse führt zu Hämoglobinurie.

Krankheiten der Niere

Verschaffen Sie sich einen Überblick über die wichtigsten Pathologien der Niere. Hier sollen zu den Kategorien Fehlbildungen, Entzündungen, Zysten und Nierensteinen die im Studium relevantesten Beispiele genannt werden.

Nierenfehlbildungen: Nierenagenesie und die Hufeisenniere

Als Nierenagenesie wird bezeichnet, wenn es nicht zu der Entwicklung der Nieren unilateral oder sogar bilateral kommt. Die ausbleibende Funktion einer Niere kann von der verbleibenden Niere kompensiert werden. Bilaterale Nierenagenesie ist nicht mit dem Leben zu vereinbaren.

Die Hufeisenniere bezeichnet eine Anomalie der Niere, die recht häufig auftritt. Die Nieren sind am unteren Pol miteinander verwachsen, sodass sie an die Form eines Hufeisens erinnern. Diese Fehlbildung ist meist asymptomatisch.

Nierenentzündung

Die akute Pyelonephritis ist eine bakterielle Entzündung, die meist durch eine aufsteigende Harnwegsinfektion ausgelöst wird. In 70 % ist Escheria Coli der Auslöser – ein Fakt, der häufig in Prüfungen abgefragt wird. Typische Symptome sind Fieber, Dysurie (Probleme bei der Blasenentleerung) und Klopfschmerzen in der Flanke.

Zysten an der Niere

Bild: “CT of patient with polycystic kidney disease.” von Sb2207 – Own work. Lizenz: CC BY-SA 3.0

Die einfache Nierenzyste ist eine der häufigsten Nierenveränderungen überhaupt. Die Bosniak Klassifikation unterscheidet einfache und komplizierte Zysten. Kompliziert bedeutet in diesem Fall, dass die Zysten Septen oder Kalzifizierungen aufweisen.

Die Zystenniere wiederum bezeichnet eine Pathologie, die entweder angeboren oder erworben ist und nach dem System von Potter unterschieden wird. Dabei bezeichnet polyzystisch die erbliche Form und multizystisch, wenn dysplastische Entwicklungen zu zystischen Veränderungen geführt haben.

Nierensteine oder Urolithiasis

Bild: “Kidney Stone” von Melensdad. Lizenz: CC BY 2.5

Nierensteine entstehen dann, wenn es zu einer Übersättigung eines Stoffs im Urin kommt. Abhängig vom pH im Urin setzt sich dieser Stoff ab und bildet Steine.

Es gibt viele Ursachen für die hohe Konzentration im Urin. Eine zu geringe Flüssigkeitsaufnahme, ein hoher Flüssigkeitsverlust, eine Ernährung, die reich an Kochsalz und Kalzium ist, Immobilisation über einen längeren Zeitraum, Hormonveränderungen, Gicht und mehr können für die Bildung von Nierensteinen verantwortlich sein.

Man unterscheidet zwischen anorganischen Steine und organischen Steinen.

Anorganische Steine:

• Calciumoxalatsteine (65 %), Calciumphosphatsteine (10 %), Magnesium-Ammonium-Phosphat-Steine (10 % – auch Infektsteine genannt)

Diese sind ohne Kontrastmittel auf Röntgenaufnahmen zu sehen.

Organische Steine:

• Harnsäurereste (10 % – vermehrt bei Gicht), Cystinsteine (1 %)

Diese Steine sind ohne Kontrastmittel nicht sichtbar.

Symptome treten auf, wenn der Harnfluss behindert wird oder der Stein in einem engeren Teil stecken bleibt. Typische Symptome sind Schmerzen in den Flanken, die in den Unterbauch und Rücken strahlen. Es kann sogar zu Koliken, Übelkeit und Erbrechen kommen. Bisweilen tritt Blut im Harn auf. In der Folge von Nierensteinen können Komplikationen auftreten, die zu einer Harnstauung und einer Infektion führen.

Kleinere Nierensteine passieren häufig von selbst die Harnleiter und Harnblase. Folgende Maßnahmen können u.a. getroffen werden, sollte die Passage nicht möglich sein.

• Extrakorporale Stoßwellenlithotripsie: Der Nierenstein befindet sich im Schnittpunkt zweier Stoßwellen und zerfällt in viele Bruchstücke.
• Pyelotomie: Eine Operation, bei der das Nierenbecken geöffnet wird
• Flexible oder semirigide Ureteroskopie: Es wird eine Spülung des Harnleiters und eine Zertrümmerung des Steins durchgeführt.

Nierenzellkarzinom

Der häufigste bösartige Nierenzelltumor ist das Nierenzellkarzinom, früher auch Grawitz-Tumor genannt. Es hat seinen Ursprung überwiegend in dem Epithel des Proximalen Tubulus. Unter dem Mikroskop ist das Karzinom als Klarzelltumor zu erkennen. Das bedeutet, dass das Zytoplasma reich an Glykogen und Lipiden ist.

Nierenkarzinome können in der Ultraschalluntersuchung früh entdeckt werden. Ansonsten kommt es meist erst spät zu Symptomen, z.B. Flankenschmerz oder schmerzlose Hämaturie. Der Zeitpunkt der Entdeckung ist sehr entscheidend für Verlauf und Prognose. Männer sind doppelt so häufig betroffen wie Frauen.

Nierentransplantation

Kommt es zu einem endgültigen Nierenversagen ist eine Nierentransplantation die beste Therapie.

Man unterscheidet zwischen Lebendspende und postmortalen Spende.

Die Lebendspende hat einige Vorteile. Es gibt keine oder eine geringe Wartezeit, man geht von einer längeren Funktionsfähigkeit des Spenderorgans und einer höheren Lebenserwartung des Empfängers aus.

Die postmortale Spende bedeutet, dass das Organ von jemandem stammt, bei dem der Hirntod festgestellt wurde. Diese Spenderorgane werden in Deutschland und einigen anderen europäischen Ländern von der Organisation Eurotransplant verteilt. Zu den Kriterien gehört die Übereinstimmung der HLA-Antigene. Die Wartezeit auf ein solches Spenderorgan beträgt meist mehrere Jahre und wird durch die Dialyse („Blutwäsche“) überbrückt.

Einige Komplikationen können nach einer Nierentransplantation auftreten. Neben den Risiken einer Wundinfektion, einer Thrombose und anderen typischen postoperativen Komplikationen, kann es zu einer Abstoßungsreaktion kommen. Um dieses Risiko zu verringern muss der Empfänger ein Leben lang Immunsuppressiva einnehmen.

Untersuchung der Niere

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