Niere

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

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

Zweiter Schritt

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

Dritter Schritt

1. NaCl Resorption im aufsteigenden Schenkel
   -> Osmolalität aufsteigender Schenkel ↓
   -> Osmolalität Intersititum ↑
   
   -> vgl Schritt 1

Vierter Schritt

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

Fünfter Schritt

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

Sechster Schritt

1. 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)

 

 

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

Was sind Diurese und Antidiurese?

Diurese = Zustände mit vermehrter Harnausscheidung / Zeit

Antidiurese = Zustand ohne vermehrte Harnausscheidung/ bei vermindeter Ausscheidung

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

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

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

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

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

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

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) 

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

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

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

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

Elimination von Protonen

-> über verschiedene Transportproteine

1. Natrium/Protonen-Antiporter NHE3
   - v.a. im proximalen Tubulus
   - Austausch von Natrium gegen Protonen -> Ausschleusen der Protonen
   - proximaler Tubulus = wichtigster Abschnitt zur Protonenelimination
2. 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

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)

HCO₃^-​ Neubildung & H⁺ Ausscheidung

• bei Acidose vermehrte Ausscheidung von Protonen/verstärkte Bildung von HCO₃^-​
• bei Acidose P_CO2 erhöht, dadurch Einstrom von CO₂ in proximalen Tubulus erhöht
  -> gesteigerte Akitvität intrazelluläre Carboanhydrase:Entstehung H₂CO₃ mit anschließender Dissoziation in H⁺ und HCO₃^-​
  -> Ausschleusen des H⁺ über Na⁺/H⁺ Antiporter

Endokrine Funktion der Niere

1. 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
2. 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
3. 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