Die Nieren dienen der Ausscheidung von wasserlöslichen Stoffwechselendprodukten und der Entgiftung des Blutes. Zudem sind sie für die Regulation des Blutvolumens, des Elektrolyt- sowie des Säure-Base-Haushalts verantwortlich. In diesem Artikel werden Resorption und Sekretion im Tubulussystem als prüfungsrelevante Kapitel besprochen und die notwendigen physikalischen Gesetze zum Verständnis der Filtrationsleistung der Niere erörtert.

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Bild: “Framed Embroidery Kidney Anatomy Art. Hand Embroidered.” von Hey Paul Studios. Lizenz: CC BY 2.0

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Nierenkörperchen

Ein Nierenkörperchen bildet eine histologisch differenzierbare Struktur, welche funktionell in ein Glomerulum und eine Bowmann-Kapsel zu unterteilen ist. Das Glomerulum besteht aus einem Kapillarknäuel mit zuführendem (Vas afferens) und abführendem (Vas effenes) Gefäß. Die Bowmann-Kapsel besteht aus zwei Blättern, wobei das innere Blatt die Kapillaren umschließt und das äußere Blatt einen Raum bildet, welcher das Filtrat (Primärharn) aufnimmt und dem proximalen Tubulus zuleitet. Die glomeruläre Filtration findet zwischen Kapillarlumen und dem Spaltraum zwischen äußerem und innerem Blatt der Bowmann-Kapsel statt. Das Filter besteht aus folgenden aufeinanderfolgenden Strukturen, welche gemeinsam die Blut-Harn-Schranke bilden:

  • Kapillarendothel
  • Basalmembran des Kapillarendothels
  • Basalmembran der Podozyten (Zellen des inneren Blattes der Bowmann-Kapsel)
  • Podozytenfortsätze

Diese Strukturen sind in Summe negativ geladen, wodurch negativ geladene Blutbestandteile (wie beispielsweise Proteine) zurückgehalten werden. Der effektive Porendurchmesser beträgt 1,5 – 4,5 nm, womit verhindert wird, dass zelluläre Blutbestandteile wie Erythrozyten in das Tubulussystem gelangen.

Filtration

Die Triebkraft für die glomeruläre Filtration bildet der effektive Filtrationsdruck (peff). Dieser berechnet sich aus:

peff = Δp – Δπ

Dabei bildet Δp die hydrostatische und Δπ die onkotische Druckdifferenz zwischen Kapillare und Bowmann-Kapsel.

Clearance

Die Clearance (Cl in [ml/min]) ist definiert als das Plasmavolumen, welches pro Zeiteinheit von einem renal ausgeschiedenen Stoff (X) befreit wird. Sie errechnet sich aus:

ClX = (UX • VUrin) / PX = Ausscheidungsrate von X / Konzentration von X im Blutplasma

Hierbei ist UX die Konzentration des Stoffes X im ausgeschiedenen Urin, Vurin das Urinvolumen, welches pro Zeiteinheit ausgeschieden wird, und PX die Konzentration des Stoffes X im Blutplasma.

GFR = Glomeruläre Filtrationsrate

Die GFR wird für beide Nieren gemeinsam angegeben und beschreibt die Menge an primärharn, welcher pro Zeiteinheit durch die glomeruläre Filtration erzeugt wird. Sie beträgt physiologisch bei Erwachsenen (20 Jahre) ca. 120 ml/min, nimmt mit dem Alter ab und ist durch die Clearance von Inulin bestimmbar. Inulin kann intravenös verabreicht werden und wird von den Nieren frei filtriert. Dies bedeutet, dass Inulin weder resorbiert noch sezerniert wird, sodass seine Konzentration im Blut der Konzentration im Primärharn entspricht. Damit entspricht die Clearance für Inulin der GFR.

Merke: Die Clearance von Inulin entspricht der glomerulären Filtrationsrate!

In der Praxis wird zur Ermittlung der GFR meist die Clearance von Kreatinin verwendet, da Kreatinin endogen von Muskelzellen an das Blut abgegeben wird und die Sekretion von Kreatinin im Tubulussystem vernachlässigbar ist. Die Bestimmung der GFR ist ein diagnostisches Mittel zur Beurteilung der Nierenfunktion.

Resorption und Sekretion im Tubulussystem

Das Tubulussystem ist funktionell in drei Abschnitte zu untergliedern:

Proximaler Tubulus

Die Hauptfunktion des proximalen Tubulus ist die Resorption wichtiger Stoffe. Hier werden NaCl, Wasser, K+, Ca2+ zu je ca. 66 %, Mg2+ zu ca. 33 % und HCO3, Zucker sowie Phosphate jeweils zu 90 % resorbiert. Aminosäuren und Peptide werden hier zu fast 100 % und Harnstoff zu ca. 50 % resorbiert. Zudem werden hier organische Anionen und Kationen sowie auszuscheidende Pharmaka sezerniert.

Henle-Schleife

Die Henle-Schleife dient dem Aufbau eines osmotischen Gradienten. Im absteigenden Teil wird v.a. Wasser resorbiert, sodass die Osmolarität des Tubuluslumens ansteigt. Im aufsteigenden Teil werden NaCl, Mg2+ und Ca2+ resorbiert, jedoch kein Wasser. Zudem wird hier K+ in Summe sezerniert (Kalium-Recycling).

Distaler Tubulus und Sammelrohr

In diesem Abschnitt werden Wasser- und Elektrolythaushalt unter Einfluss von Hormonen reguliert. Im distalen Tubulus werden Wasser, NaCl, Ca2+ und Mg2+ resorbiert. Im Sammelrohr wird Na+ resorbiert und im Gegenzug K+ sezerniert. Zudem wird hier Wasser und Harnstoff in endokriner Abhängigkeit resorbiert. Schaltzellen sezernieren pH-abhängig HCO3 oder H+.

Gegenstromsystem

Das Gegenstromsystem beruht auf einem physikalischen Prinzip, bei dem die gegensätzliche Flussrichtung von Flüssigkeiten genutzt wird, um in benachbarten Strukturen einen Stoffaustausch zu erreichen. In der Niere wird dieses System genutzt, um Wasser und Elektrolyte effektiv zu resorbieren, um somit einen hypertonen Urin zu erzeugen und Elektrolyte in größtmöglichen Maße zurückzuhalten. Hierzu tragen in den Nieren folgende Strukturen bei:

  • Henle-Schleife
  • Vasa recta
  • Sammelrohr (bei Antidiurese)

 

Im aufsteigenden Teil der Henle Schleife werden der Tubulusflüssigkeit durch sekundär aktiven Transport Elektrolyte entzogen, ohne, dass dabei gleichzeitig Wasser entzogen wird. Damit entsteht im Interstitium ein kortikomedullärer Osmolaritätsgradient von der Rinde (ca. 290 mosmol/l) zum Mark (ca. 1300 mosmol/l). Dadurch kann im absteigenden Teil der Henle Wasser passiv dem osmotischen Gradienten folgend resorbiert werden. Dieses Wasser wird durch die Vasa recta, welche dem Tubulussystem folgen, abtransportiert. Die Elektrolyte hingegen werden durch den parallelen gegensätzlichen Verlauf der Vasa recta nur in geringem Maße abtransportiert und akkumulieren im Mark. Zusätzlich kann im Sammelrohr bei Antidiurese Harnstoff vermehrt resorbiert werden, was ebenfalls zu einer erhöhten Osmolarität im Mark und damit zu einer verbesserten Wasserresorption in absteigender Henle-Schleife und Sammelrohr führt.

(Abbildung 1: Strukturen des Gegenstromsystems, Quelle: [Thie.] Duale Reihe – Behrends u.a., Physiologie (2. Aufl. 2012) Seite: 311)

Literaturempfehlung

Im Lehrbuch Duale Reihe – Behrends u.a., Physiologie (2. Aufl. 2012) findet sich ein geeignetes Kapitel zu diesem nicht ganz einfachen Thema und sollte weiterführende Fragen beantworten.

 

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