MemoCard lernen mit System

Kreatinin & Plasmakonzentration

= Protein des Muskelstoffwechsels, gebildet aus Kreatin

weitgehend konstante Abgabe ins Plasma, d.h. konstante Konzentration
vgl Harnstoff:
- nicht abhängig von Stickstoffaufnahme und Proteinmetabolismus
- fast ausschließlich über Filtration in Tubulussystem (keine Rezirkulation)
d.h. Störungen der Filtration führen zu erhöhter Konzentration im Plasma
für Rückschlüsse auf GFR

Elimination von Protonen

-> über verschiedene Transportproteine

Natrium/Protonen-Antiporter NHE3
- v.a. im proximalen Tubulus
- Austausch von Natrium gegen Protonen -> Ausschleusen der Protonen
- proximaler Tubulus = wichtigster Abschnitt zur Protonenelimination
H⁺/K⁺-ATPase
- im distalen Tubulus & Sammelrohr
- im Normalzustand in apikaler Membran lokalisiert
- in alkalischer Stoffwechselsituation spiegelbildlicher Einbau in basolaterale Membran
- Resorption von H+
-> außerdem Sekretion von HCO₃^- über gegenüberliegenden Carrier möglich

Endokrine Funktion der Niere

Renin-Angiotensin-Aldosteron-System
- Bildung von Renin in NNR
- spaltet Angiotensin in Angiotensin I
- über ACE Angiotensin I in Angiotensin II
- Vasokonstriktion der Gefäße und vermehrte Ausschüttung Aldosteron (Wasser- & Natriumretention)
-> bei sinkendem Blutdruck
Erythropoetin (EPO)
- bei Fetus in Leber, danach in NNR gebildet
- Ausschütung durch Abfall O₂Partialdruck
- stimuliert Erythropoese (Bildung von reifen Erys) in Knochenmark
-> bei chronischer Niereninsuffizienz: renale Anämie
Vitamin-D-Hormon
- Umwandlung des in Leber hergestellten Calcidiol zu Calcitriol = aktive Form Vit D
= intrarenale Aktivierung in Mitochondrien des proximalen Tubulusepithels unter Einfluss von Cytochrom-P450-Monooxygenase

Berechnung renale Clearance

wird eine Substanz ausschließlich filtriert (nicht sezerniert oder resorbiert), kann über Ausscheidungsverhalten die Filtrationsleistung bestimmt werden

filtrierte Menge = GFR x c(x)_P
GFR = Glomeruläre Filtrationsrate
c(x)_P = Plasmakonzentration der zu überprüfenden Substanz (zB Kreatinin, Inulin)
mit dem Urin pro Zeiteinheit ausgeschiedene Menge

ausgeschiedene Menge = (V)_Ux c(x)_U
(V)_U= Urinvolume pro Zeit
c(x)_U = Konzentration der Substanz im Urin
wird Substanz weder resorbiert, noch sezerniert, dann ist aus dem Plasma eliminierte Menge = mit dem Harn ausgeschiedene Menge
-> filtrierte Menge = ausgeschiedene Menge
wird eine Substanz unbehindert filtriert und z

GFR x c(x)_P = (V)_Ux c(x)_U
-> Umstellung nach GFR

GFR = (V)_Ux c(x)_U / c(x)_P
-> rechter Teil der Gleichung = Clearance der Substanz
zur Bestimmung der GFR über Clearance benötigt man also Urinvolumen pro Zeit, Konzentration der Substanz in Urin und Plasma
Interpretation
- Clearance > GFR, wenn Substanz frei filtriert und zusätzlich sezerniert
- Clearance < GFR, wenn Substanz frei filtriert und dann rückresorbiert
- Clearance = GFR, wenn Substanz frei filtriert und vollständig ausgeschieden

renaler Blut- & Plasmafluss

renaler Blutfluss (RBF) = Menge an Blut, die pro Minute durch Niere fließt
-> 20% des Herzminutenvolumens
renaler Plasmafluss (RPF) = Menge an Blutplasma (flüssiger Anteil des Bluts) , die pro Minute durch Niere fließt
-> etwa Hälfte des renalen Blutfluss

RBF = RPF / (1-Hämatokrit)

RPF = RBF x (1-Hämatokrit)

Hämatokrit = Volumenanteil der zellulären Elemente im Blut (v.a. Erythrozyten)

Wie wirken sich Widerstandserhöhungen in den Gefäßen auf die Filtrationsleistung aus?

afferente & efferente Arteriolen = Hauptwiderstandsgefäße
- d.h. besonders hoher Blutdruckabfall
glomeruäle Kapillarnetz (Filtrationsort) zwischen Vas afferens & Vas efferens
peritubuläre Kapillarnetz nachgeschaltet

Widerstandserhöhung Vas afferens
- verminderte Filtration
- verminderte Durchblutung insgesamt
Widerstandsverminderung
- erhöhte Filtration
- erhöhte Durchblutung insgesamt
Widerstandserhöhung Vas efferens
- erhöhte Filtration
- verminderte Gesamtdurchblutung

Aufbau Nephron

am Beginn des Nephrons doppelwandige Kapsel = Bowman-Kapsel
-> eingebettet in Kapillarknäuel = Glomerulus
proximaler Tubulus: vom Nephron abgehend
-> langer Anfangsteil in Rinde als Konvulut
-> kurzer gerader Anteil in Mark
Henle-Schleife
-> zunächst gerader Anteil des proximalen Tubulus
-> absteigender Ast der Henle-Schleife (dünn)
-> aufsteigender Ast der Henle-Schleife (dick)
distaler Tubulus
-> mündet in Sammelrohrsystem

grundsätzliche Anordnung der Henle-Schleife immer gleich, aber Länge abhängig von topographischer Lage in der Niere
-> oberflächliche Tubuli = kurze Schleifen; tiefe Tubuli = lange Schleifen
-> je länger die Schleifen, desto stärker zur Urinkonzentration befähigt

proximale Tubuli = lecke Epithelien (durchlässiger)
distale Tubuli & Sammelrohr = dichte Epithelien (weniger durchlässiger)

Prinzip des tubulären NaCl Transports

filtrierte Na⁺ wird zu >99% resorbiert
- proximaler Tubulus 70%
- Henle Schleife 20%
- distaler Tubulus & Sammelrohr >9%
Resorption wird angetrieben von Na⁺/K⁺-ATPase (basolateraler Ausstrom)
- Austausch von 3 Na⁺ gegen 2 K⁺
- Na⁺ dabei aus Zelle
Entstehung Konzentrationsgradient Na⁺
- Na⁺ diffundiert entlang des Konzentrationsgradienten aus dem Tubuluslumen in Zellinneres (apikaler Natriumtransport)
zusätzliche Triebkraft durch elektrischen Gradienten
- Zelle von innen negativ geladen, fördert Na⁺ Einstrom zusätzlich
durch Na⁺ Diffusion Entstehung osmotisches Gefälle
- osmotischer Druck = durch Konzentrationsunterschied der in einer Lösung (Wasser) gelösten Teile; treibt Fluss des Lösungsmittels zur Seite der höheren Konzentration an
- nach Resorption von Na⁺Konzentration in Tubuluslumen geringer, daher folgt Wasser Natrium in Zellinneres
-> Da Na⁺ja resorbiert wird, kann es nicht zurück in Tubuluslumen diffundieren, um Konzentrationsunterschied auszugleichen. Durch das Nachfolgen von Wasser wird der Konzentrationsgradient behoben und die Konzentration der osmotisch wirksamen Teilchen bleibt konstant (ca. 280-300mosmol*kg^-1)
- isoosmolare Resorption
basolateraler Ausstrom immer über Na⁺/K⁺-ATPase
apikaler Natriumtransport unterschiedlichen in verschiedenen Abschnitten des Tubulussystems

Regulation Natriumtransport

vorwiegend Aldosteron, in geringem Maß über Atriopeptin (ANP)

1. Aldosteron

fördert Resorption von Na⁺in distalem Tubulus & Sammelrohr durch verstärkte Bildung von apikalen Na⁺Kanälen (ENaC) und Na⁺/K⁺ ATPase
Stimulation der K⁺ Sekretion (direkt & indirekt)
bei hoher Aldosteronkonzentraion: fast gesamtes Natrium wird resorbiert
-> Konzentration in Urin extrem gering
bei niedriger Aldosteronkonzentration: fast gesamtes Natrium wird nicht resorbiert und ausgeschieden
-> erhöhte Konzentration in Urin
Bildung Aldosteron in NNR
Ausschüttung Aldosteron durch
1. Angiotensin II (bei hohem RR)
2. Hyperkaliämie
3. Hyponatriämie
4. ACTH
wirkt nicht nur in Niere, sondern auch in Dickdarm und Speicheldrüsen (da dort ENaC Kanäle)

2. ANP (atriale natriuretische Peptid)

in Vorhöfen gebildet
Ausschüttung bei Dehnung der Herzmuskelzellen
fördert Na⁺ Ausscheidung durch Hemmung der Resorption im Sammelrohr
hemmt außerdem Sekretion von Renin, Aldosteron (vgl Renin-Angiotensin-Aldosteron System) und ADH

Worauf beruht die Harnkonzentrierung?

Fähigkeit zur Harnkonzentrierugng + Minimierung der Harnmenge abhängig von Länge Henle-Schleife und Effektivität der Gegenstromsysteme
zwei Gegenstromsysteme
1. zwischen absteigendem und aufsteigendem Teil der Henle-Schleife
2. zwischen aufsteigendem Teil der Henle-Schleife und Sammelrohr

Durch welche Verfahren wird die renale Clearance meist bestimmt?

Inulin
- unter physiologischen Bedingungen nicht im Blut vorhanden, muss daher verabreicht werden
- Messung wie viel des verabreichten Inulin wieder ausgeschieden wird
- Inulin wird frei filtriert, aber nicht resorbiert, daher Clerance = GFR
- findet selten Anwendung, da durch notwendige Dauerinfusion umständlich
Kreatinin
- physiologisch im Blut, daher keine Infusion nötig
- P: Kreatinin wird in geringen Mengen bei vielen Tieren tubulät sezerniert
-> d.h. Clearance > GFR

- ABER da konstante Kreatinin Freisetzun, kann GFR aus Plasmakonzentration ohne Messung der Ausscheidung abgeschätzt werden
-> inverse Beziehung GFR und Plasmakonzentration: sinkt GFR um die Hälfte, steigt Plasmakonzentration auf das Doppelte
-> erst möglich bei stärkeren Einschränkungen der GFR
Paraaminohippurat (PAH)
- wird unbehindert filtriert und zusätzlich vollständig in den Tubuli sezerniert
- daher entspricht Clearance etwa renalem Plasmafluss (RPF)
-> C_PAH = RPF
-> renale Blutfluss (RBF) = RPF / (1-Hämatokrit)

Wieso wird die Niere so stark durchblutet?

= fast 20% des Herzzeitvolumens, obwohl weniger als 1% des Körpergewichts

Versorgung der Niere mit Nährstoffen & Sauerstoff
Bereitstellung von genügend Blut zur Filtration
Transport von resorbierten/sezernierten Substraten

Filtrationsbarriere

= behindert Durchtritt von Molekülen je nach Größe & Ladung

besteht aus drei Schichten (innen nach außen)

gefensterte Endothelzellen
Basalmembran
epitheliale Podocyten

bei Filtration Wanderung durch Poren im Endothel oder Filtrationsschlitze zw. Podocyten
kleinmolekulare Stoffe = freie Filtration, können so leicht wie Wasser passieren
- Wasser, Glucose, Harnstoff, Saccharose, Inulin
Stoffe mit höherem Molekulargewicht = zB Proteine, fast vollständig am Durchtritt gehindert
Blutzellen = schon an gefensterten Endothelzellen zurückgehalten
generell ab circa 200kDa kein Durchtritt mehr
-> in Podocyten für Stoffe > 65kDa kein Durchtritt mehr
im Plasma an Proteine gebundene Stoffe können auch nicht filtriert werden (Eisen, Hormone, Medikamente)

2. Gegenstromprinzip

zwischen Sammelrohr und Henle-Schleife

Konzentrierung der Sammelrohrflüssigkeit wie im ersten Gegenstromprinzip (Resorption Ionen + Wasserausfluss)
Voraussetzung
- Wirkung von ADH
- macht Sammelrohr wasserpermeabel, sonst Ausstrom Wasser nicht möglich
corticales Sammelrohr
- für Harnstoff impermeabel, durch ADH aber wasserpermabel
- Wasser wird resorbiert, Harnstoff nicht
- zunehmende Konzentrierung
medulläres Sammelrohr
- spezifisches Transportprotein für Harnstoff in apikaler Membran
-> Diffusion Harnstoff aus Sammelrohr über Vasa recta in Henle Schleife
ADH Ausschüttung bei erhöhter Osmolalität und/oder erniedrigtem Plasmavolumen

Calcium im Nephron

40% des Calciums im Blutplasma an Proteine gebunden, daher keine vollständige Filtration
Resorption
- proximaler Tubulus 60%
Resorption v.a. parazellulär und über solvent drag, daher Konzentration
unverändert
- Henle Schleife 30%
passiver Transport über chemisch-elektrischen Gradienten
- distaler Tubulus 9%
passiver Transport über chemisch-elektrischen Gradienten
- 1% wird ausgeschieden
- im Sammelrohr zu geringer Konzentrationsgradient für Transport

Primärharn

= Ultrafiltrat des Plasmas -> Zusammensetzung wie Plasma, nur ohne Proteine

enthält v.a. Wasser, Na⁺, Cl^-, Elektrolyte
entsteht durch glomeruläre Filtration
ca 90l Filtrat/Tag
hohe Rückresorption in Tubulus System -> Bildung konzentrierter Endharn

Entstehung Primärharn

Blut wird in Glomerulus durch Filter gepresst
Auffangen des Filtrats in Bowman Kapsel
Filter hält nur größere Moleküle (zB Proteine) und Blutzellen zurück
-> gelöste Teile (zB Elektrolyte) passieren Filter ungehindert
daher Filtrat ähnliche Zusammensetzung wie Plasma

Renale Clearance

= Maß für Entgiftungsleistung der Niere

gibt an, wie viel Plasmawasser pro Zeiteinheit bei einmaliger Passage von einem Stoff befreit wurde
ist also abhängig von Filtration,Sekretion und Resorption eines Stoffes
gibt Aufschluss über Funktionsfähigkeit der Niere

zB Glucose: wird filtriert und anschließend vollständig resorbiert, sodass Clearance = 0, da kein Plasmawasser von Glucose gereinigt werden muss
-> wenn Clearance Wert davon abweicht, Hinweise auf Störung der Resorption
-> ABER erhöhte Plasmakonzentration eines resoprtionspflichten Substraten kann dazu führen, dass Resorptionskapazität überschritten und Substrat bei intakter Niere nicht vollständig resorbiert wird (vgl. Diabetes: Glucose in Urin, bei zu hoher BZ Konzentration)

Effektiver Filtrationsdruck

= Druck, der für Filtration des Plasmas aus Glomeruluskapillare in Bowman Kapsel sorgt

abhängig von

Hydrostatischem Druck (Kapillare)
= Druck innerhalb einer Flüssigkeit durch Gewichtskraft
-> wirkt in Richtung der Bowman Kapsel
Gewebedruck (Bowman Kapsel)
= Druck, den Gewebe bei FIltrationsvorgängen ausübt
-> wirkt entgegen der Filtrationsrichtung
Kolloidosmotischem Druck
= Druck, der durch Kolloide (Makromoleküle, zB Proteine, die durch Ultrafiltration zurückgehalten werden) in einer Lösung ausgeübt wird
-> wirkt entgegen des hydrostatischen Drucks

-> effektiver Filtrationsdruck = hydrostatischer D - kolloid. D. - Gewebedruck
-> d.h. Nettodruck, der Flüssigkeit durch die glomeruläre Membran presst
-> 15 = 60 - 15 - 30 (mmHg)

-> hydrostatischer Druck hat größte Wirkung auf glomeruläre Filtrationsrate: vgl. Autoregulation zur Konstanthaltung GFR

Bestimmung von harnpflichtigen Substanzen im Plasma

Bestimmung von zB Harnstoff, Kreatinin, Kreatin, Harnsäure
-> stammen aus intermediärem Stoffwechsel (Stoffwechselprozesse an Schnittstelle Anabolismus & Katabolismus)
-> Stickstoff als gemeinsamer Bestandteil
-> Ausscheidung hauptsächlich über Niere, da harnpflichtige Substanz

-> verminderte Ausscheidung führt zu erhöhter Plasmakonzentration
(auch möglich durch vermehrte Zufuhr/endogene Bildung)
-> zur Überprüfung der Nierenfunktion

Welche Hauptaufgaben hat die Niere?

Ausscheidung von harnpflichtigen Stoffwechselendprodukten und Fremdstoffen über
- Filtration
- Filtration + Resorption
- Filtration + Sekretion
Konservierung von zu erhaltenden Substanzen
- keine Filtration oder mit anschließender Resorption
Regulation Wasser- & Elektrolythaushalt über
- Urin in unterschiedlicher Konzentration
- Ausscheidungs-/Resorptionsrate von Elektrolyten
Regulation Säure-Basen-Haushalt über
- Ausscheidung saurer oder alkalischer Urin
Endokrine Funktion
- Metabolismus & Hormonproduktion

Was sind harnpflichtige Substanzen?

nicht weiter zerlegbare Stoffwechselprodukte
-> Ausscheidung in wesentlichen Mengen nur über Niere möglich

HCO₃^- Rückgewinnung

im proximalen Tubulus
Resorption um Pufferverlust zu vermeiden
bei normaler HCO₃^- Plasmakonzentration keine Ausscheidung, da gesamte filtrierte Menge resorbiert wird
Carboanhydrase
Reaktion von HCO₃^- mit H⁺ zu CO₂ und H₂O an Membran
-> CO₂ diffundiert in Zelle und wird durch intrazelluläre Carboanhydrase zu H₂CO₃ umgewandelt
-> H₂CO₃ dissoziiert zu HCO₃^- und H⁺
-> H⁺ an Na⁺/H⁺ Antiporter -> Proton wieder in Tubuluslumen
-> HCO₃^- diffundiert in Blut (=erfolgreich resorbiert)

Was sind Diurese und Antidiurese?

Diurese = Zustände mit vermehrter Harnausscheidung / Zeit

Antidiurese = Zustand ohne vermehrte Harnausscheidung/ bei vermindeter Ausscheidung

ACE Hemmer

v.a. in Kleintiermedizin, um bei chronischen Herzerkrankungen Herzarbeit zu minimieren
minimiert die Wirkung von Angiotensin II durch Hemmung von ACE
-> Umwandlung Angiotensin I in Angiotensin II gehemmt
vasokonstriktorische Wirkung + Erhöhung Filtrationsrate der Niere werden unterbunden

Kalium: Filtration, Resorption und Sekretion

1. Filtration

Kalium wird im Glomerulus unbehindert filtriert

2. Resorption

proximaler Tubulus: 60-70%
- Resorption mittels passiver Transport über Diffusion und solvent drag in Interzellularspalt
- mittels Na⁺/K⁺ ATPase K⁺aus Interzellularspalt in Zellinneres
- über Kaliumkanal und K⁺/Cl^-Cotransporter Transport zur Blutseite
- geringer Anteil über apikalen Kaliumkanal zurück in Lumen: Entstehung Membranpotential (Zellinnere negativ) -> wichtig für andere elektrogene Transporte
Henle-Schleife: 20-30%
- dicker aufsteigender Teil: Aufnahme Kalium in Zelle über apikalen Na⁺K⁺2Cl^- Symporter
distaler Tubulus & Sammelrohr: 5-15%
- Nettotransport sehr variabel: kann zwischen Resorption und starker Sekretion schwanken
- ob Resorption oder Sekretion ist abhängig von K⁺Zufuhr (filtrierter Menge)
- Resorption über Zwischenzellen mittels K⁺/H⁺ ATPase aus Lumen in Zelle

3. Sekretion

in Hauptzellen des Sammelrohrs
über Na⁺/K⁺ ATPase aufgenommene K⁺ wird über apikale Kanäle ins Lumen geschleust
bei Kaliumüberschuss Sekretion > Resorption
gesteuert über Aldosteron

1. Gegenstromprinzip

zwischen absteigendem und aufsteigendem Schenkel der Henle Schleife

aufsteigender Schenkel = treibende Kraft, da aktive Resorption von NaCl (und K) bei Wasserimpermeabilität

Erster Schritt

zunächst überall gleiche Osmolalität von circa 300 mosmol*kg^-1
Resorption von NaCl im aufsteigenden Schenkel, Wasser kann durch Impermeabilität nicht folgen
Veränderung der Osmolalität
- im aufsteigenden Schenkel - 100mosmol*kg^-1 (da Teilchen raus)
- im Interstitium + 100 mosmol*kg^-1(da Teilchen rein)
Differenz der Osmolalität: Interstitium > aufsteigender Schenkel

Zweiter Schritt

Wasser aus dem absteigenden Schenkel strömt in Interstitium, um Osmolalität auszugeleichen
dadurch Anstieg der Osmolalität im absteigenden Schenkel um + 100 mosmol*kg^-1
-> gleiche Anzahl gelöster Teilchen aber in weniger Lösungsmittel

Dritter Schritt

NaCl Resorption im aufsteigenden Schenkel
-> Osmolalität aufsteigender Schenkel ↓
-> Osmolalität Intersititum ↑

-> vgl Schritt 1

Vierter Schritt

Wasser diffundiert aus absteigendem Schenkel in Interstitium
-> Osmolalität Interstitium ↓
-> Osmolalität absteigender Schenkel ↑

Fünfter Schritt

NaCl Resorption im aufsteigenden Schenkel
-> Osmolalität Interstitium ↑
-> Osmolalität aufsteigender Schenkel ↓

Sechster Schritt

Wasser diffundiert aus absteigendem Schenkel in Interstitium
-> Osmolalität Interstitium ↓
-> Osmolalität absteigender Schenkel ↑

Wiederholung der Schritte, bis Flüssigkeit oberes Ende der Henle Schleife erreicht hat
-> Flüssigkeit die Henle Schleife verlässt = hypoosmolar gg Plasma (circa -100)

Phosphat im Nephron

Resorption hauptsächlich über Dünndarm nach Aufnahme über das Futter
im Blutplasma v.a. als Hydrogenphosphat, daher ungehinderte Filtration
Resorption über Na⁺ Cotransport im proximalen Tubulus
- 1 x Phosphat, 3 x Natrium
verlässt Zelle über Antiporter mit Anionen und ggf Kanal
wichtig für Pufferung der sezernierten Protonen im proximalen Tubulus

Glucosetransport

Glucose = frei filtrierbar
wird bereits in erster Hälfte des proximalen Tubulus fast vollständig resorbiert
-> bei erhöhter Konzentration erfolgt Resorption nach und nach über nachfolgende Anteile des proximalen Tubulus
-> Transportmaximum ist erreicht, wenn gesamter proximaler Tubulus mit Transport beschäftigt
Transport zusammen mit Natrium über sekundär aktiven Transportmechanismus (sodium-glucose-linked transporter)
-> entgegen Konzentrationsgradienten
-> Triebkraft = Natrium Gradient
Glucose, die nicht im proximalen Tubulus resorbiert wird, verbleibt im Tubuluslumen und wird mit Urin ausgeschieden (Diabetes!)
-> Überschreiten der Schwellenkonzentration bei Insulinmangel/-resistenz
verbleibende Glucose ist osmotisch wirksam, sodass mit Glucose auch vermehrt Wasser ausgeschieden wird
-> Polyurie (osmotische Diurese) &Polydipsie (vermehrter Durst)

Wasserdiurese

Hemmung der ADH Ausschüttung führt zum Rückgang der Aquaporine
apikale Membran des Sammelrohrs wird zunehmend wasserpermeabel
Wasser kann resorbierten Soluten nicht folgen
-> Entstehung fast wasserklarer Urin mit geringer Osmolalität
-> hohe Ausscheidungsrate

Wofür ist die hohe Filtrationsrate wichtig?

Damit sich der Organismus von Endprodukten des Stoffwechsels (zB Harnstoff) effektiv befreien kann.

Regulation Kaliumausscheidung

über Aldosteron
- auch Wirkung auf Natriumhaushalt: aber gegenläufig!
aktiviert Na⁺/K⁺ ATPase in Hauptzellen
- treibende Kraft, um Na⁺ aus Tubulus zu resorbieren
-> dabei Transport K⁺ in Gegenrichtung, d.h. K⁺ verstärkt in Zellinnerem
Kalium, das verstärkt in Zellinneres aufgenommen wird, wird auch vermehrt in Tubulussystem sezerniert
erhöhte Elimination von Kalium
Regelkreis
1. erhöhte Aufnahme Kalium führt zu Zunahme der extrazellulären Konzentration
2. erhöhte Konzentration stimuliert Aldosteronabgabe in der NNR
3. Aktivierung Na+/K+ ATPase
4. Sekretion Kalium in Tubulussystem
4. erhöhte Elimination Kalium aus Körper über Urin

Was ist Filtration?

= Transport von Lösungsmittel (Wasser) und filtrierbaren Teilchen aufgrund eines hydrostatischen Druckgradienten durch einen Filter
-> einfacher Filter: Selektion zwischen gelösten Teilchen mit Lösungsmittel und ungelösten Teilchen

-> Porengröße des Glomerulusfilter kleiner als einfacher Filter = Ultrafiltration, auch Proteine werden zurückgehalten

Was ist der Bayliss-Effekt?

-> Mechanismus zur Autoregulation der Nierendurchblutung

vor allem in Vas afferens wirksam
steigt die Durchblutung in Folge einer Blutdruckerhöhung im Körper an, erfolgt Vasokonstriktion
-> dadurch Erhöhung des Strömungswiderstands
-> Konstanthalten der Durchblutung
sinkt die Durchblutung durch Blutdruckabnahme, erfolgt Vasodilatation
-> Absenken des Strömungswiderstands
-> Konstanthalten der Durchblutung
in Gefäßwand befinden sich mechanosensible Ca²⁺ Kanäle, die sich bei Dehnung öffnen und zu Ca²⁺ Einstrom führen
-> Calcium-Calmodulin-Komplex -> Aktivierung Myosin-leichte-Kette-Kinase -> Aktivierung Myosin -> Muskelkontraktion der glatten Muskelzellen (vgl. Muskel)

Bedeutung Niere für Kaliumhaushalt

Einstellung des K⁺Haushalts hauptsächlich über Variation der renalen Ausscheidung
Körper empfindlich für Veränderungen der Kalium Konzentration
- Kalium wichtige Bedeutung für Membranpotential
-> zu niedrige Werte = keine Kontraktionen mehr: Arrythmien
-> zu hohe Werte = Herzstillstand
Kalium Zufuhr schwankt stark durch Nachrungszufuhr
-> v.a. bei landwirtschaftlichen Nutztieren & Pflanzenfressern Zufuhr von Kalium über Nahrung deutlich über Bedarf
-> verstärkte Ausscheidung von Natrium über die Niere (Darm nur geringer Anteil)

Harnkonzentrierung - Grundlegendes

Menge des pro Zeiteinheit ausgeschiedenen Harns ist abhängig von
1. aufgenommenem Wasser
2. Umgebungstemperatur
3. körperliche Arbeit (löst andere Wege der Wasserabgabe aus)
Säugende Jungtiere = höhere Flüssigkeitsaufnahme bezogen auf Körpermasse als erwachsene Tiere
-> tägliche Harnmenge daher höher
-> aber niedrigere Osmolalität des Harns
Niere ist in der Lage Harn zu konzentrieren und so an Wassermangel anzupassen (weniger Flüssigkeitsverlust über den Harn)
-> je nach Tierart Konzentration des Harns auf 4-12 fache der Plasmaosmolalität (=Antidiurese)

Aufbau Niere

Niere besteht aus Großzahl an Läppchen
-> äußere Rinde = Cortex renis
-> inneres Mark = Medulla renis
in Läppchen Nephrons = Funktionseinheit der Niere

Wechselwirkungen Natrium Kalium

P: Natrium und Kalium durch Aldosteron reguliert, allerdings gegenläufig

Natrium Resorption nimmt durch Aldosteron zu
Kalium Sekretion nimmt durch Aldosteron zu

bei Natriummangel

Ausschüttung von Aldosteron
führt zur verstärkten Resorption von Natrium, Ausgleich Mangel
ABER
erhöhte Sekretion von Kalium: Hypokaliämie

bei übermäßiger Kaliumzufuhr

Ausschüttung Aldosteron
verstärkte Sekretion & Ausscheidung von Kalium
ABER
erhöhte Resorption von Natrium: Hypernatriämie
v.a. bei landwirtschaftlichen Nutztieren: Kaliumzufuhr begrenzen!

NaCl Transport proximaler Tubulus

Na⁺

Transport hauptsächlich im Cotransport mit anderen Substanzen (v.a. Glucose als Symport -> gemeinsam in selbe Richtung)
der Na⁺ Gradient wird genutzt, um andere für den Organismus wichtige Substanzen zu resorbieren
Na⁺/H⁺ Antiporter (= Transport in entgegengesetzte Richtungen)
dadurch Sekretion von Protonen (H⁺) aus Zelle in Tubuluslumen
-> wesentlicher Mechanismus bei Regulation des Säure-Basen-Haushalt
Transport von Na⁺mit Glucose und Aminosäuren ist elektrogen
= durch den Transport von Na⁺ aus dem Blut entsteht ein Defizit an positiver Ladung im Lumen -> negative Ladung (ca 2mV Potentialdifferenz)
-> wichtig für Transport von Cl^-

2. Cl^-

im frühproximalen Tubulus ausschließlich passive Resorption über parazellulären Weg (Transport über Zwischenräume der Zellen)
drei Antriebsmechanismen:
1. Diffusion entlang des elektrischen Gradients (s.o.)
2. Diffusion entlang des chemischen Gradients
-> Na⁺ Resorption folgt Wasserresorption aufgrund des osmotischen Gefälles, dadurch Cl^- Konzentration im Tubuluslumen erhöht
3. durch solvent drag
= gelöste Ionen werden bei Wasserresoprtion mitgespült (passiver Transport)

Osmotische Diurese

Solute können gar nicht oder nur vermindert resorbiert werden
-> dadurch auch verringerte Resorption des Wassers + Anstieg der Harnmenge
-> deutlich größere Harnmenge als bei Wasserdiurese
-> Urinosmolität sinkt aber nicht unter Plasmaosmolität

Ursachen

Filtration nicht resorbierbarer Stoffe (Fehlen eines Transportmechanismus)
zB Zuckeralkohol Mannit
Überschreiten des tubulären Transportmaximus durch erhöhte Konzentration im Filtrat
zB Glucose bei Diabetes
Hemmung der tubulären Ionenresorption durch Medikamente (Saluretika, da erhöhte Ausscheidung von Salzen)

HCO₃^- Neubildung & H⁺Ausscheidung

bei Acidose vermehrte Ausscheidung von Protonen/verstärkte Bildung von HCO₃^-
bei Acidose P_CO2 erhöht, dadurch Einstrom von CO₂in proximalen Tubulus erhöht
-> gesteigerte Akitvität intrazelluläre Carboanhydrase:Entstehung H₂CO₃ mit anschließender Dissoziation in H⁺ und HCO₃^-
-> Ausschleusen des H⁺ über Na⁺/H⁺ Antiporter

Was ist die Voraussetzung für die funktionierenden Gegenstromprinzipe?

unterschiedliche Transportcharakteristika in den einzelnen Tubulusabschnitten

absteigender Teil Henle Schleife
= hohe Wasserpermeabilität
aufsteigender Teil der Henle Schleife
= aktive Na⁺ und Cl^- Resorption
Sammelrohr
= hohe Wasserpermeabilität wenn ADH wirksam
medulläres Sammelrohr (unterer Anteil, in Nierenmark lokalisiert)
= Harnstoffresorption

Transport AS, Oligopeptide, Proteine

AS werden ungehindert filtriert und fast vollständig resorbiert
Ausscheidung von 0,1-6% der filtrierten Menge (Spuren)
Resorption vorwiegend im proximalen Tubulus
-> je nach Eigenschaft der AS verschiedene Transportsysteme
Proteine nur in geringem Umfang filtriert und durch Endocytose fast vollständig resorbiert
in Endharn daher kaum Proteine
Nachweis von Proteinen in Endurin daher Hinweis auf Schädigungen des Glomerulus

Was ist die Autoregulation der Niere?

= Durchblutung relativ konstant zwischen 80-180 mmHg

-> dadurch renaler Blutfluss (RBF), renaler Plasmafluss (RPF) und glomerule Filtrationsrate (GFR) auch bei Blutdruckschwankungen im restlichen Körper weitgehend konstant

-> verursacht durch Bayliss-Effekt & tubologlomeruläres Feedback

NaCl Transport Henle-Schleife

1. dünner absteigender Ast

besteht aus mitochondrienarmen, kleinen Epithelzellen -> daher dünn
sehr wasserpermeabel, daher starke Wasserresorption
ABER keine aktiven Trasnsportmechanismen

2. dicker aufsteigender Ast

Na⁺ K⁺ Cl^- Symporter
im Verhältnis 1:1:2
Abgabe Na⁺ über Na/K-ATPase in Interstitium
Abgabe Cl- über Kanal in Interstitium
keine Wasserkanäle, daher praktisch wasserimpermeabel
-> Osmolalität (Teilchenanzahl aktiver Substanzen/Kilo Flüssigkeit) im Tubulussystem nimmt ab
-> dicker Anteil = Verdünnungssegment

Versorgung Niere

zwei hintereinander geschaltete Kapillarsysteme (in Serie geschaltet)
-> afferente Arteriolen -> glomeruläre Kapillaren -> efferente Arteriolen -> peritubuläre Kapillare
= Portalkreislauf
in glomerulären Kapillaren Filtration des Bluts
in peritubulären Kapillaren Resorption & Sekretion
Lymphgefäße v.a. in Nierenrinde (wenig in Nierenmark)
Innervation durch Plexus coeliacus

Schockniere

Nierendurchblutung nicht vollständig druckunabhängig (nur in gewissem Rahmen Möglichkeit zum Ausgleich)
bei Blutdruck < 60 mmHg Autoregulation nicht mehr möglich
-> Komplikation des Schockgeschehens, bspw. durch extremen Blutverlust
auf starken Blutdruckabfall folgt zunächst Aktivierung des Sympathicus (Zentralisierungsphase)
-> Versorgung von Herz, Gehirn und Lunge im Vordergrund
-> verstärkt Minderdurchblutung der Niere (eh schon durch niedrigen RR)
Noradrenalin aus Sympathicus wirkt über a1-Rezeptoren an Niere
-> extreme Widerstandserhöhung, Vasokonstriktion: vermindert Durchblutung weiter (Ischämie)
ohne Einleitung von Therapie: Dezentralisierungsphase
-> trotz Sympathicus Aktivierung bleibt Blutdruckabfall bestehen
infolge der Minderversorgung der Niere funktionelle Ausfälle
-> Oligurie bis Anurie
-> irreversible morphologische Veränderungen (Schockniere)

Renin-Angiotensin-Aldosteron-System

zentrale Rolle in Blutdruckregulation über Wirkungen auf Elektrolyt- und Flüssigkeitshaushalt
wirkt durch Erhöhung RR Blutdruckabfall entgegen
Proteinkaskade aus: Renin -> Angiotensin I -> Angiotensin II - Aldosterin

Freisetzung von Renin
- Enzym aus Polzellen der juxtaglomerulären Zellen
- Freisetzung bei Blutdruckabfall über
-> Pressorezeptoren (Abfall des Perfusionsdrucks = Differenz Gefäßdruck und Druck des umliegenden Gewebes) ODER
-> verminderte NaCl Konzentration in Macula densa
Spaltung Angiotensin in Angiotensin I
- Bildung Angiotensin in Leber
Umwandlung Angiotensin I in Angiotensin II
- über Angiotensin-Converting-Enzym (ACE)
Ausschüttung Aldosteron in NNR
- über Angiotensin II

Wirkung Angiotensin II
- lokal: Vasokonstriktion von Vas afferens & efferens (geringe Bedeutung)
- systemisch: starke Wirkung, da zahlreiche arterielle Gefäße mit Rezeptoren für Angiotensin II
-> generelle Vasokonstriktion der Gefäße -> RR Erhöhung -> GFR Erhöhung
Wirkung Aldosteron
- Retention von Na⁺und H₂O (d.h. verringerte Ausscheidung)
-> Erhöhung des intravasalen Volumens -> RR Erhöhung -> GFR Erhöhung

NaCl Transport distales Nephron und Sammelrohr

1. distaler Tubulus

Na/Cl Cotransport
hohe Wasserpermeabilität, Wasser strömt aus
-> Osmolalität des Tubulussystems nimmt zu, nach kurzer Zeit wieder isoton (gleich) zu Blutplasma

2. Sammelrohr

besteht aus zwei Zellsorten
1. mitochondrienreiche Haupzellen
= Feinregulierung des Natrium- & Wasserhaushalt
-> Natriumtransport über ENaC = epithelial Na⁺ channel (durch Aldosteron induziert)
-> Wassertransport über durch cAMP Vermittlung eingebaute Wasserkanäle (durch ADH)
2. mitochondirenärmere Zwischenzellen
= dienen je nach Stoffwechselsituation der Acidifizierung/Alkalisierung des Urins
Resorption entgegen erheblicher Konzentrationsgradienten

Glomuläre Filtrationsrate

= GFR, Menge des gebildeten Primärharns pro Zeit

abhängig von

Filtrationsfläche (ca 1000cm²/100g Nierengewebe)
effektivem Filtrationsdruck
renalem Plasmafluss (Menge an Blutplasma, das Niere in 1 Min durchströmt = 20% des HZV)

Harnstoff im Nephron

bei Abbau von Proteinen und Aminosäuren entsteht Stickstoff, der ausgeschieden werden muss
-> außer bei Nutzung für Resynthese von AS
Ausscheidung in unterschiedlichen Endprodukten, je nach Tierart
-> Fische = Ammoniak
-> Vögel, Reptilien = Harnsäure
-> Säugetiere = Harnstoff (entsteht über Harnstoffzyklus)
Harnstoff wird im Glomerulus ungehindert filtriert
Resorption
- etwa 50% der filtrierten Menge passiv im proximalen Tubulus
- in medullärem Sammelrohr Resorption und anschließende Sekretion in Henle Schleife -> wichtig für Gegenstromkonzentrierung

Was ist das Tubuloglomeruläre Feedback (TGF)?

= Konstanthalten der GFR bei Blutdruckveränderungen, wenn Bayliss-Effekt Veränderungen nicht vollständig abfangen kann
-> Reaktionszeit = 15-20s

basiert auf osmosensorisches Rezeptoren in Macula densa: messen NaCl Konzentration in distalem Tubulus

erhöhter Blutdruck
- erhöht GFR
- Überschreiten der Resorptionskapazität frü NaCl
- Ansammlung von NaCl im dicken Teil der Henle Schleife
- dadurch gesteigerte Aufnahme von NaCl in Macula densa Zellen
- Freisetzung von Adenosin aus Macula densa Zellen: Vasokonstriktion
- senkt Durchblutung in Vas afferens und damit auch GFR
niedrigerer Blutdruck
- senkt GFR
- erniedrigte NaCl Konzentration in Macula densa Zellen
- Freisetzung von Prostaglandinen: Vasodilatation
- erhöht Durchblutung in Vas afferens und damit auch GFR

Regulation Säure-Base-Haushalt

Niere entscheidend an Konstanthaltung des pH Wertes beteiligt
flüchtige & nichtflüchtige Säuren können von Niere ausgeschieden werden
über Ausscheidung von saurem oder alkalischem Harn Variation des Pufferbestands abhängig von Diät & Stoffwechselsituation
-> proteinreiche Diät = saurer Urin
-> bei pflanzlicher Diät Aufnahme alkalisierender Salze = alkalischer Urin

Wie werden Calcium- und Phosphattransport beeinflusst?

eigene Konzentration im Plasma
Parathormon (PTH)
- verstärkte Calcium Resorption
- verstärkte Phosphatausscheidung
Calcitonin
- hemmt Resorption von Calcium & Phosphat
- Wirkung PTH und Calcitriol untergeordnet, erst bei unphysiologisch hohen Dosen bemerkbar
Calcitriol
- verstärkte Calcium Resorption
- verstärkte Phosphatausscheidung

Wie ist der prinzipielle Ablauf der selektiven Ausscheidung harnpflichtiger Substanzen?

über Filtration an Glomeruskapillaren Ausscheidung aller niedermolekularen Solute in Tubuli
tubuläre Resorption der verwertbaren Stoffe
tubuläre Sekretion mancher Stoffe ins Lumen
übrigbleibende Stoffe verbleiben im Tubulussystem und werden als Harn ausgeschieden

Harnstoff & Plasmakonzentration

Synthese von Harnstoff in Leber aus Ammoniak (Harnstoffzyklus)
entgiftetes Endprodukt der Proteinverdauung -> Ausscheidung über Niere
CAVE
unabhängig von Nierenfunktion Schwankung der Harnstoff Konzentration im Plasma
- erhöht nach proteinreicher Nahrun
- erhöht bei verstärktem Proteinabbau (Fieber, Gewebsabfall)
- außerdem wird Harnstoff im Tubulussystem wieder eingeströmt
aus Plasmakonzentration von Harnstoff kein Rückschluss auf GFR möglich

Organische Anionen und Kationen im Nephron

Filtration vieler schwacher Anionen und Kationen
Sekretion in Pars recta des proximalen Tubulus
körpereigene & körperfremde Substanzen, v.a. Medikamente

Aufbereitung Endharn im Tubulussystem - Überblick

aus Primärharn wird im Tubulussystem der Endharn gebildet
Primärharn gelangt nach Filtration in Tubuli
Sekretion von weiteren Substanzen
Hauptaufgabe Tubuli: Resorption von Stoffen, die dem Körper nicht verloren gehen dürfen (v.a. Ionen Na⁺, Cl^-, Ca2⁺, Mg; Glucose, Aminosäuren, Wasser)
-> Resorption über verschiedene Transportmechanismen
-> bei geringer Wasserzufuhr und -ausscheidung (antidiuretischer Zustand)
proximale Tubuli: große Mengen an NaCl und Wasser gegen kleinen Konzentrationsgradienten -> leck
distale Tubuli: kleine Mengen gegen großen Konzentrationsgradienten -> dicht (Feineinstellung der Urinzusammensetzung)

Lernkarten Info

Niere