Niere

Welche Hauptaufgaben hat die Niere?

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

Was sind harnpflichtige Substanzen?

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

Wie ist der prinzipielle Ablauf der selektiven Ausscheidung harnpflichtiger Substanzen?

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

Aufbau Niere

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

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)

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 

Wieso wird die Niere so stark durchblutet?

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

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

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

1. Widerstandserhöhung Vas afferens
   - verminderte Filtration
   - verminderte Durchblutung insgesamt
2. Widerstandsverminderung
   - erhöhte Filtration
   - erhöhte Durchblutung insgesamt
3. Widerstandserhöhung Vas efferens
   - erhöhte Filtration
   - verminderte Gesamtdurchblutung

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

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)

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

1. 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
2. niedrigerer Blutdruck
   - senkt GFR
   - erniedrigte NaCl Konzentration in Macula densa Zellen
   - Freisetzung von Prostaglandinen: Vasodilatation
   - erhöht Durchblutung in Vas afferens und damit auch GFR

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

1. 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
2. Spaltung Angiotensin in Angiotensin I
   - Bildung Angiotensin in Leber
3. Umwandlung Angiotensin I in Angiotensin II
   - über Angiotensin-Converting-Enzym (ACE)
4. 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

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

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

Wofür ist die hohe Filtrationsrate wichtig?

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

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

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

Filtrationsbarriere

= behindert Durchtritt von Molekülen je nach Größe & Ladung

• besteht aus drei Schichten (innen nach außen)

1. gefensterte Endothelzellen
2. Basalmembran
3. 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)

Effektiver Filtrationsdruck

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

abhängig von 

1. Hydrostatischem Druck (Kapillare)
   = Druck innerhalb einer Flüssigkeit durch Gewichtskraft
   -> wirkt in Richtung der Bowman Kapsel
2. Gewebedruck (Bowman Kapsel)
   = Druck, den Gewebe bei FIltrationsvorgängen ausübt
   -> wirkt entgegen der Filtrationsrichtung
3. 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

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)