7.1 Lage und Funktion der Niere

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1 7 URIN AUSSCHEIDEN 7.1 Lage und Funktion der Niere Lage Lage der Nieren Linke und rechte Niere liegen hinter dem Bauchfell, also im Retroperitonealraum. Ihre Längsachse ist leicht gekippt, so dass der obere Nierenpol einen geringeren Abstand zur Wirbelsäule hat als der untere. Dem oberen Nierenpol sitzt wie eine leicht zur Mitte hin verschobene Kappe die Nebenniere auf, ein wichtiges hormonproduzierendes Organ. Die Nieren liegen vergleichsweise weit oben im Rumpf, direkt unterhalb des Zwerchfells, am Übergang von der Brust- zur Lendenwirbelsäule. Die rechte Niere wird vom mächtigen rechten Leberlappen leicht nach unten verdrängt. Im Stehen und bei starker Einatmung bewegt sich die Niere um wenige Zentimeter nach unten. Diese Verschieblichkeit wird dadurch ermöglicht, dass die Nieren von einer derben Organkapsel eingehüllt sind, die ihrerseits in lockerem Fett- und Bindegewebe schwimmend gelagert ist (Abb. 7.1). untere Hohlvene Fett und Bindegewebe rechte Niere M. psoas major Beckenkamm Harnleiter Prostata Harnröhre Nierenbecken Aorta untere Hohlvene Speiseröhre Nebennieren Nebennierenvene Nierenvene Nierenarterie Beckenarterie und -vene Harnblase a Fett und Bindegewebe Nierengurt. Ihre hervorragende Lagerung tief im Inneren des Körpers sowie die Tatsache, dass die Nieren zum größten Teil von den Rippen umgeben sind, schützt sie sowohl vor harten Stößen und Schlägen als auch vor Auskühlung. Beim Motorradfahren würden die Nieren niemals auskühlen, vorher wäre der Motorradfahrer schon vor Unterkühlung gestorben. Der sogenannte Nierengurt schützt nicht die Nieren, sondern die Muskulatur der Lendenwirbelsäule vor Auskühlung und Verspannung (Hexenschuss). Aufbau Größe und Gewicht M. psoas major autochthone Rückenmuskulatur Wirbelkörper rechte Niere Abb 7.1 Teil (a) der Abbildung zeigt den Raum hinter dem Bauchfell (Retroperitonealraum), nachdem die Bauchspeicheldrüse entfernt worden ist. Ein Lager aus Fett und Bindegewebe schützt die Nieren vor Erschütterungen. Nierenarterie und - vene zweigen rechtwinklig aus den großen Bauchgefäßen ab. Der Harnleiter überkreuzt auf seinem Weg zur Blase die Bekkenarterien. Auf einem Querschnitt durch den oberen Bauchraum (b) sehen Sie, dass die Nieren direkt neben der Wirbelsäule liegen und durch die Rückenmuskulatur nach hinten isoliert sind. Die Niere eines gesunden Erwachsenen ist ca. 12 cm lang, 6 cm breit, 5 cm dick und hat ein Gewicht von ca g. Diese Werte sind je nach Körperkonstitution und Ernährungsgewohnheiten starken Schwankungen unterworfen: Bei einer ausgeprägt eiweißreichen Diät bzw. wenn die zweite Niere funktionsuntüchtig ist oder entfernt wurde, kann eine Niere das Doppelte ihres Ausgangsgewichts erreichen. Umgekehrt führt eine überwiegend kohlenhydratreiche Kost dazu, dass die Nieren kleiner werden. Die typische Nierenform kommt dadurch zustande, dass sich das Nierengewebe zur Mittellinie hin gewissermaßen in Embryohaltung einrollt (Abb. 7.2). Auf diese Weise entstehen eine konvexe Außenfläche und eine konkave Innenfläche. b 212

2 7.1 LAGE UND FUNKTION DER NIERE Längsschnitt durch eine Niere Nierenlappen Nierenkapsel Nierenkelch Nierenhilus Nierenbecken Harnleiter Nierenrinde Nierenmark Markpyramide Markstrahlen Missbildungen der Nieren. Missbildungen der Niere sind extrem häufig und werden meist nur als Zufallsbefund festgestellt. Eine Nierenzyste entsteht dadurch, dass ein Teil der Niere zwar Urin produziert, jedoch keinen Anschluss an das ableitende Harnwegsystem hat: Der Urin staut sich auf, der Staudruck zerstört das funktionsuntüchtige Areal, während das übrige Gewebe nicht beeinträchtigt wird. Hufeisennieren sind mit ihrem unteren Pol über die Wirbelsäule hinweg miteinander verwachsen und enthalten zwei oder mehrere Nierenbecken. Bei der Senkniere ist die Verschieblichkeit des Organs abnorm vergrößert: Im Stehen rutscht die Niere aus ihrem Fettlager nach unten bis in den Beckenraum ab. Diese im Prinzip harmlose Normvariante besitzt nur dann Krankheitswert, wenn der Harnleiter abgeknickt wird und der Urin im Stehen nicht mehr abfließen kann. Nierenpapille Nierenhilus Die der Wirbelsäule benachbarte Konkavfläche enthält den Nierenhilus, also die Einmündungsstelle der Nierenarterie (A. renalis), und den Ursprung von Nierenvene (V. renalis), Harnleiter (Ureter) und Lymphgefäßen. Nierensinus Nierensäule Abb 7.2 Unter der Nierenrinde ziehen gestreifte Markpyramiden zu jeweils einem Nierenkelch. An die Markpyramiden grenzen die Nierensäulen, die aus Nierenrindengewebe bestehen. Je eine Markpyramide und die zwei angrenzenden halben Nierensäulen bilden einen Nierenlappen. Der Längsschnitt durch eine Niere (Abb. 7.2) zeigt Ihnen, dass sich das Nierengewebe wie ein Ballettschuh einrollt, wobei die Nierenkapsel der Schuhsohle entspricht. Dadurch entsteht im Inneren der Niere eine Tasche, die mit Ausnahme des Nierenhilus allseits von Nierengewebe umfasst ist der Nierensinus. Er wird zum größten Teil vom Nierenbecken (Pelvis renalis) ausgefüllt, das von einem wasserdichten Epithel ausgekleidet ist. Die Nieren liegen am Übergang von den Brust- zur Lendenwirbelsäule. Sie schwimmen in einem Fett- und Bindegewebslager. Nierenkapsel und -rinde Eine derbe Bindegewebskapsel (Capsula fibrosa) umhüllt die ungefähr einen Zentimeter breite, rotbraun gefärbte Nierenrinde (Cortex renalis). Die Nierenrinde ist ein homogen erscheinendes Gewebe, das von vielen stecknadelkopfgroßen Strukturen (Glomerula) durchsetzt ist. Nierenmark Weiter innen in Richtung Nierensinus erkennt man eine Reihe (8 20) von Markpyramiden, deren Spitzen zum Nierenbecken weisen. Die Gesamtheit dieser Markpyramiden bildet das Nierenmark (Medulla renalis). Je zwei Markpyramiden sind durch eine Säule aus Nierenrindengewebe voneinander getrennt (Columna renalis), die sich bis an die äußere Begrenzung des Nierenbeckens vorschiebt. Je eine Markpyramide und der außen anschließende Anteil der Nierenrinde bilden einen Nierenlappen (Lobus renalis). Blutversorgung 20 25% des gesamten Herzzeitvolumens durchströmen ständig die beiden Nieren. Daher haben Nierenarterie und -vene einen großen Innendurchmesser. Die Nierenarterien entspringen beidseits nahezu rechtwinklig aus der Aorta. Die rechte Nierenarterie unterquert hinten die untere Hohlvene. Die Nierenvenen verlaufen parallel zu den Arterien, d. h. dass die linke Nierenvene die Aorta vorne überquert. 213

3 7 URIN AUSSCHEIDEN Arterielles Blut gelangt über die Bogenarterien (Aa. arcuatae) zwischen die Markpyramiden und die entsprechenden Nierenrindenbezirken jedes Nierenlappens. Aus diesen Bogenarterien leiten aufsteigende Gefäße das Blut in die Glomerula und von dort wieder abwärts zur Versorgung der Nierenrinde und des Marks. 30% des gesamten durch die Niere strömenden Bluts erreichen jedoch nur die Nierenrinde und strömen in den allgemeinen Kreislauf zurück, ohne das Mark zu durchbluten. Die Nierenrinde hat eine extrem hohe Durchblutung. Etwa 15 keilförmige Markpyramiden erstrecken sich von der Nierenrinde bis in den Nierensinus. 7.2 Aufbau eines Nephrons Der mikroskopische Feinbau der Niere ist verglichen mit dem anderer Organe recht komplex und wirkt auf den ersten Blick schwer verständlich. Das Nierengewebe besteht nahezu ausschließlich aus einem verschlungenen, von flachem bis zylinderförmigem Epithel ausgekleideten Röhrensystem sowie einer Vielzahl kleinster Blutgefäße. Die kleinste Baueinheit der Niere ist das Nephron. Der Mensch besitzt schätzungsweise 1 1,5 Millionen Nephrone, die alle parallel zueinander geschaltet sind. Jedes Nephron setzt sich funktionell aus zwei unterschiedlichen Abschnitten zusammen, dem Nierenkörperchen und dem Tubulus. Nierenkörperchen Nierenkörperchen Vas afferens Bowman- Kapsel Gefäßpol Harnpol Vas efferens Macula-densa-Zellen des distalen Tubulus Mesangiumzellen granulierte Zellen in der Wand des Vas afferens Kapillaren des Glomerulums Kapselraum Abb 7.3 Jedes Nierenkörperchen besteht aus einer Kapsel (Bowman-Kapsel) und einem Netzaus Kapillarschlingen (Glomerulum). Gefäßpol und Harnpol liegen auf entgegengesetzten Seiten. Beachten Sie, dass sicheinteil des Tubulus dem Gefäßpol des Nierenkörperchens eng anlagert (juxtaglomerulärer Apparat). juxtaglomerulärer Apparat Glomerulum Das Nephron beginnt mit einem Nierenkörperchen (Corpusculum renale, Malpighi-Nierenkörperchen). Es handelt sich dabei um ein 0,2 0,3 mm großes Kügelchen, das im Wesentlichen von einer knäuelförmigen Kapillarschlinge, dem Glomerulum, gebildet wird (Abb. 7.3). Die aus der Nierenarterie stammenden Arteriolen (Einzahl Vas afferens, Mehrzahl Vasa afferentia) teilen sich in parallele Kapillarschlingen auf, deren Endothel für Wasser und gelöste Stoffe extrem durchlässig ist, Blutzellen und große Eiweißmoleküle jedoch zurückhält. Das die glomerulären Kapillarschlingen verlassende, immer noch sauerstoffreiche Blut wird in arteriolenähnlichen Blutgefäßen (Vasa efferentia) gesammelt und einem weiteren Kapillarnetz zugeleitet. Bowman-Kapsel Das Glomerulum ist von der Bowman-Kapsel umgeben, die im Prinzip den blindsackartigen Beginn des Tubulussystems darstellt. Im Verlauf der Entwicklung hat sich dieser Tubulusanteil ausgeweitet und das Glomerulum eingehüllt. Es entstand eine doppelwandige Struktur, deren innere Schicht fest mit dem Kapillarendothel des Glomerulums verwachsen ist. Die Epithelzellen dieser inneren Schicht der Bowman-Kapsel haben sich zu charakteristischen Podozyten ( Füßchenzellen ) umgewandelt, zwischen deren Ausläufern Wasser und kleinere gelöste Moleküle aus dem Glomerulum in das Tubulussystem abfiltriert werden. Diese Flüssigkeit bezeichnet man als Primärharn. 214

4 7.2 AUFBAU EINES NEPHRONS Gefäß- und Harnpol Das Nierenkörperchen besitzt also einen Gefäßpol an der einzigen nicht von der Bowman-Kapsel umhüllten Stelle (Mündung und Ursprung von Vas afferens und Vas efferens) sowie einen entgegengesetzt gelegenen Harnpol als Ursprung des Tubulussystems aus der Bowman-Kapsel. Nierentubulus Durch die Glomerulumschlingen gelangen täglich bis zu 200 l Flüssigkeit in die Bowman-Kapseln (!). Damit wir nicht innerhalb weniger Minuten austrocknen, müssen 99% dieser Menge wieder dem Blut zugeführt werden. Dieser Aufgabe dient der Nierentubulus (Abb. 7.4). Es besteht ausden folgenden Strukturen: Proximaler Nierentubulus Der erste Teil dieses Röhrensystems heißt proximaler Nierentubulus. Er ist vielfach geschlängelt und besitzt ein sehr stoffwechselaktives, dabei aber gut Schema eines Nephrons Vas efferens Vas afferens Glomerulum proximaler Tubulus absteigender Ast aufsteigender Ast Sammelrohr distaler Tubulus Überleitungssegment Henle- Schleife Abb 7.4 Jedes Nephron besteht aus dem Nierenkörperchen mitzu- und abführendem Blutgefäß, dem proximalen (nahen) Tubulus, der dünnen und langen Henle-Schleife, dem distalen (fernen) Tubulus und dem Sammelrohr. Die Henle-Schleife dient zusammen mit dem parallel verlaufenden Sammelrohr der Harnkonzentrierung. wasserdurchlässiges Epithel mit zylinderförmigen, mitochondrienreichen Zellen. Henle-Schleife Der folgende kurze gerade Anteil des proximalen Tubulus bildet zusammen mit dem dünnen ab- und aufsteigenden Ast sowie dem dicken aufsteigenden Ast die Henle-Schleife. Ihre Form erinnert an eine Zugposaune, deren Spitze bis weit ins Nierenmark hineinreicht. Das Epithel des absteigenden Astes der Henle-Schleife ist flach und wiederum sehr gut wasserdurchlässig. Im aufsteigenden Ast wird das Epithel erneut stoffwechselaktiv, nun aber wasserundurchlässig. Distaler Tubulus An die Henle-Schleife schließt sich ein weiterer gewundener Abschnitt, der distale Tubulus (distales Konvolut) an. Dieser Teil ähnelt in vielerlei Hinsicht dem proximalen Tubulus. Das distale Konvolut jedes einzelnen Nephrons nimmt an dieser Stelle Kontakt mit dem Gefäßpol seines eigenen Glomerulums auf und bildet den juxtaglomerulären Apparat (juxta lat. = neben), eine zentrale Struktur bei der hormonellen Regulation von Blutdruck und Flüssigkeitshaushalt. Sammelrohr Nach dem distalen Konvolut geht der Tubulus in ein langes gestrecktes Ableitungssystem, das Sammelrohr, über. Wie der Name schon sagt, sammelt dieser Abschnitt den noch unfertigen Harn aus mehreren Tubuli. Die Anzahl der Sammelrohre ist daher deutlich geringer als die der Nierenkörperchen und Tubuli. Die Sammelrohre verlaufen parallel zu den Henle- Schleifen in gerader Linie auf die Nierenpapille zu, vereinigen sich zu größeren Papillargängen (Ductus papillares) und geben den Urin in das Nierenbecken ab. Die Nieren bestehen aus ca. einer Million Nephrone, die sich jeweils aus einem Nierenkörperchen und einem Tubulusapparat zusammensetzen. Das Nierenkörperchen besteht aus Glomerulum und Bowman-Kapsel, der Tubulusapparat aus proximalem Tubulus, Henle-Schleife, distalem Tubulus und Sammelrohr. 215

5 7 URIN AUSSCHEIDEN 7.3 Filtration und Resorption Glomeruläre Filtration Filterstrukturen Zwischen den Zehen der Füßchenzellen im Glomerulum spannt sich eine feine, gefensterte Basalmembran aus, deren Poren nur ca. 25 Nanometer breit sind (Abb. 7.5). Diese Poren halten sämtliche Plasmabestandteile zurück, deren Molekulargewicht höher ist als Das verbleibende Ultrafiltrat, der sog. Primärharn, ist daher weitgehend eiweißfrei. Im Verlauf der Filtration bleiben ständig Rückstände in der Basalmembran zurück, welche auf die Dauer den Filter verstopfen würden. Der Nierenfilter muss also ähnlich wie in der Kaffeemaschine regelmäßig gereinigt werden. Diese Aufgabe übernehmen die zwischen den Kapillarschlingen eingelagerten Mesangiumzellen. Sie nehmen Teile der Basalmembran per Endozytose auf und bauen diese intrazellulär ab. Frische Basalmembran wird sowohl von den Endothelzellen als auch von den Podozyten nachgebildet. Effektiver Filtrationsdruck Treibende Kraft für die Filtration im Glomerulum ist der Blutdruck in den Kapillarschlingen (ca mmhg). Diesem entgegengesetzt wirken kolloidosmotische Druck der Plasmaproteine (ca. 24 mmhg) sowie der Druck in der Bowman- Kapsel (ca mmhg). Es verbleibt ein effektiver Filtrationsdruck von durchschnittlich 8 mmhg (Abb.7.6). Eine Blutdrucksenkung um nur 16 %, also von 50 auf 42 mmhg, würde bereits den effektiven Filtrationsdruck auf Null senken und die Filtration vollständig zum Erliegen bringen. Es käme zum akuten Nierenversagen. Zur Vermeidung dieses Verstärkereffekts besitzen die Nierengefäße die Fähigkeit, trotz schwankenden Blutdrucks im Gesamtkreislauf den Druck innerhalb der glomerulären Kapillaren und damit die filtrierte Flüssigkeitsmenge in engen Grenzen konstant zu halten (Autoregulation). Zuführende und abführende Gefäße wirken dabei funktionell entgegengesetzt: Erhöht sich der Widerstand im Vas afferens, dann sinkt der effektive Filtrationsdruck, kontrahiert Glomerulum-Kapillare gefenstertes Kapillarendothel Basalmembran Kern eines Podozyten Podozytenausläufer Abb 7.5 Innerhalb eines Glomerulums umgeben Ausläufer benachbarter Podozyten jede einzelne Kapillare. Große Blutbestandteile werden durch die Fenster der Kapillarendothelzellen, die angrenzende Basalmembran und die Zwischenräume zwischen den Podozyten zurückgehalten und können nicht in die Bowman-Kapsel vordringen. Funktion eines Nierenkörperchens Blutdruck 50 mmhg Druck in Bowman- Kapsel 18 mmhg Kapillare effektiver Filtrationsdruck 8 mmhg kolloidosmotischer Druck 24 mmhg Bowman- Kapsel Kapselraum Tubulus Abb 7.6 Damit Primärharn aus dem Blut in die Bowman-Kapsel gepresst wird, muss ein positiver effektiver Filtrationsdruck herrschen. Das heißt, die Kräfte, welche Blutbestandteile aus der Kapillare filtrieren (Rest-Blutdruck), müssen größer sein als die entgegenwirkenden Kräfte (Druck in der Bowman-Kapsel und kolloidosmotischer Druck). sich hingegen die Gefäßmuskulatur des Vas efferens, so findet ein Aufstau im Glomerulum statt; der Filtrationsdruck wird größer (Abb. 7.7). 216

6 7.3 FILTRATION UND RESORPTION Autoregulation im Glomerulum normal a RR b RR c effektiver Filtrationsdruck Abb 7.7a-c Damit der effektive Filtrationsdruck (a) gleich bleibt, muss sich der Rest-Blutdruck (Perfusionsdruck) in einer Glomerulumkapillare vom schwankenden allgemeinen Blutdruck unabhängig machen. Bei steigendem Blutdruck (b) verengt sich das zuführende Gefäß und wirkt wie ein Drosselventil. Bei fallendem Blutdruck (c) staut das abführende Gefäß Blut auf, gleichzeitig erweitert sich das zuführende Gefäß. Glomeruläre Filtrationsrate ca l Blut ca. 900 l Plasma l/tag Primärharn (GFR) entspricht einer Badewannenfüllung ca l Blut ca. 700 l Plasma Dieser Mechanismus funktioniert allerdings nur bei Blutdruckwerten über ca. 80 mmhg. Fällt der Blutdruck unter diesen Wert, dann bricht die Filtration im Glomerulum zusammen es entsteht ein Nierenversagen. Glomeruläre Filtrationsrate Auf Grund der guten Autoregulation der Nierengefäße bleibt das pro Zeiteinheit filtrierte Flüssigkeitsvolumen die glomeruläre Filtrationsrate (GFR, Abb. 7.8) unabhängig vom Blutdruck konstant (ca ml/min oder l/tag). Das heißt, dass von jedem Liter Blut, der durch die Nieren strömt, ca. 200 ml als Primärharn in das Tubulussystem gelangen. Die übrigen 800 ml gelangen über die Vasa efferentia in die Nierenvenen. Frauen haben eine durchschnittlich um 10 % niedrigere GFR als Männer, da sie weniger harnpflichtige Substanzen aus der Muskulatur freisetzen. Hinweise für ein glomeruläres Nierenversagen. Der Primärharn ist normalerweise frei von Eiweiß. Eiweiß im Urin ist daher stets verdächtig für eine Störung dieses Plasmafiltersystems, beispielsweise eine immunologisch ausgelöste Entzündung (Glomerulonephritis) oder eine Nierenkomplikation bei Diabetes mellitus. Eine dauernde Einschränkung der glomerulären Filtrationsrate ist ebenfalls Zeichen einer beginnenden Funktionseinschränkung der Nieren, obwohl noch eine GFR von ml/min eine fast normale Ausscheidung von Abfallstoffen gewährleistet. Umgekehrt steigt die GFR nach einer deftigen Eiweißmahlzeit um bis zu 20 % an. Dieser Anpassungsmechanismus ist sinnvoll, weil jede Verstoffwechselung von Aminosäuren zu einem deutlichen Mehranfall an Harnstoff führt, dessen Ausscheidungsrate ganz wesentlich von der glomerulären Filtrationsrate abhängt. Das heißt aber im Umkehrschluss, dass Patienten mit eingeschränkter GFR nicht zu viel Eiweiß essen sollten, damit der Organismus nicht mit Harnstoff überschwemmt wird. Abb 7.8 Jeden Tag geben die Glomerula knapp 200 Liter Primärharn in den proximalen Tubulus ab. Damit wir nicht sofort austrocknen, resorbiert die Niere 99 % dieser Menge wieder ins Blut. Die Glomerula filtrieren aus dem durchströmenden Blutplasma täglich ca. 180 Liter Primärharn. Die glomeruläre Filtrationsrate (GFR) beträgt rund 20 % des durch die Nieren strömenden Volumens. 217