Osmoregulation und Volumenregulation. Lernziele: 78, 79. Dr. Attila Nagy

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1 Osmoregulation und Volumenregulation Lernziele: 78, 79 Dr. Attila Nagy 2018 Normalwerte: Urin-Osmolarität: mosmol/l spezifischesgewichtdes Urins: g/l (Blutplasma: 1012 g/l) Diureseund desseninterpretation: <100 ml/tag: Anurie; ml/tag: Oligurie; ml/tag: normal; >2500 ml/tag: Polyurie; in Diabetes insipidus kann die Ausscheidung bis zu l/tag sein minimale ausgeschiedene osmotische Aktivität: 650 mosmol/tag Na + Aufnahme/Ausscheidung: mmol/tag; dies entspricht etwa5-30 g Kochsalz 1

2 Wasserhaushalt Wasseraufnahme Trinken Essen Oxidatives Wasser ml/tag ml/tag ml/tag ml/tag Wasserausscheidung ml/tag Insensible Perspiration (Ausatmung) ml/tag Sensible Perspiration, (Shwitzen) 200 ml/tag Stuhl ml/tag Harn ml/tag Kontrolle der Wasseraufnahme (Hyperosmosis und Hypovolaemie) 2

3 Kontrolle der Wasserauscheidung Regulation der Vasopressin(AVP)- produktion ADH=Vasopressin Diabetes insipidus Renin-angiotensin System fördert ANP hemmt die AVP Produktion. 3

4 Die Wasserresorption geschieht über Wasserkanäle (Aquaporin 2), die unter dem Einfluss von antidiuretischem Hormon in die luminale Zellmembran eingebaut werden. Das Antidiuretische Hormon (ADH) stimuliert (V2/cAMP) den Einbau von Wasserkanälen (Aquaporin 2) in die luminale Zellmembran von distalem Tubulus und Sammelrohr und steigert damit die Wasserpermeabilität. Unter dem Einfluss von ADH kann Wasser, somit dem osmotischen Gradienten folgend, resorbiert werden (Antidiurese). ADH stimuliert Na + Transport in der Henle-Schleife und fördert den Einbau von Harnstofftransportern im medullären Sammelrohr. Im Abwesenheit des Hormons ist Wasserdiurese. 4

5 ADH-Production Fördert durch Hemmt durch 1. zunehmende Blutosmolarität 1. abnehmende Osmolarität 2. Hypovolemia 2. Hypervolemia 3. Stehen 3. Liegen 4. Schmerz 4. Alkohol Die Osmolarität der Tubulusflüssigkeit 5

6 Die Harnkonzentrierung In Abhängigkeit von den Bedürfnissen des Körpers scheidet die Niere einen 1. hoch konzentierten (bis zu mosm/l) oder einen 2. stark verdünnten Harn (bis zu 70 mosm/l) aus. Auf diese Weise sind wir von der Flüssigkeitzufuhr in weiten Grenzen unabhängig. Wir können vorübergehend dursten oder über den Durst trinken. Die Harnkonzentrierung hängt von : der Länge der Henle-Schleife dem Anteil der kortikalen und juxtamedullären Nephrone dem Harnstoff dem Gegenstromsystem in der Henle-Schleife der Anordnung der Vasa recta den Prostaglandinen (PGI 2, PGE 2, PGD 2 ) 6

7 Konzentierung und Verdünnug von Urin Gegenstromsystem, Gegenstrommultiplikation Medullärer Gradient (300 mosm/kg-1200 mosm/kg) Horisontaler Gradient Na + Resorption in der Henle-Schleife Verticaler Gradient (Gegenstrom) Flüssigkeitsströmung in der Henle-Schleife Schleifendiuretika (z.b. Furosemide) bauen den medullären Gradient ab. Motor der Harnkonzentrierung ist der Elektroplytentrasnport in der Henle Schleife Eine wichtige Aufgabe der Henle-Schleife ist die Erzeugung eines hyperosmolaren Nierenmarks. Der aufsteigende Teil der Henle-Schleife resorbiert NaCl, ohne dass Wasser folgen kann. Der Transport in der aufsteigenden Henle-Schleife mindert die Osmolarität im Tubuluslumen und steigert die Osmolarität im Interstitium. 7

8 Durch die Anordnung des Tubulus in Form einer Schleife wird bis zur Schleifenspitze das 4-fache der Blutosmolarität (1200 mosm) erzielt, ohne dass grosse Gradienten über einzelne Tubulusepithelien aufgebaut werden müssen (Gegenstromsystem bzw. Gegenstrommultiplikation). Auf ihrem Weg zurück in Richtung Nierenrinde gibt die Henle-Schleife wieder Solute ohne Wasser ab und die Osmolarität sinkt weiter. Am Ende der Henle Schleife die Tubulusflüssigkeit ist hypoton. 8

9 Harnstoff trägt vor allem in Bereich der dünnen Henle- Schleife zur Harnkonzentrierung bei. Bei der Harnkonzentrierung spielt neben NaCl auch Harnstoff eine wesentliche Rolle. Dicke Henle-Schleife, distaler Tubulus und kortikales Sammelrohr sind nur schlecht für Harnstoff permeabel. Die Wasserresorption in distalem Tubulus und kortikalem Sammelrohr steigert die luminale Konzentration von Harnstoff. Die Zelle im medullären Sammelrohr verfügen über Harnstofftransporter und sind für Harnstoff sehr gut zulässig. Auf diese Weise können mehrere hundert mmol/l Harnstoff im Nierenmark akkumuliert werden. Interstitieller Harnstoff entzieht dem absteigenden dünnen teil der Henle Schleife Wasser und konzentriert so die luminale NaCl-Konzentration. Damit wird die NaCl Resorption im aufsteigenden Teil der dünnen Henle-Schleife getrieben. Harnstoffzyklus 9

10 Harnstofftransport im Tubulussystem Die aktive Na + und Cl - Resorption aus der Henle-Schleife und der Harnstofftransport im Tubulussystem bilden das hyperosmole Nierenmark. Die auf diesen Wegen aufgebaute hohe Osmolalität des Nierenmarks schafft den osmotischen Gradienten für die Wasserresorption im Sammelrohr. 10

11 Durchblutung des Nierenmarks Die Hyperosmolarität des Nierenmarks würde sehr schnell ausgewaschnen, wenn das Nierenmark normal durchblutet wäre. Die Anordnung der Vasa Recta in Form langer Schleifen verhindert den schnellen Abtransport von Kochsalz und Harnstoff. 11

12 Clearance Das Plasmavolumen das von einem gewissen Substanz (Inulin, Kreatinin usw. ) geklärt wird. C= U x V / P Osmotische Clearance: C osm U = P osm V osm Freie Wasserclearance: C = V C H2O osm C H2O = V(1-U osm /P osm ) 12

13 Störungen, die die Harnkonzetrierung einschränken - Karboanhydrasehemmer (Acetazolamide) - Schleifendiuretika (Furosemide, Hemmung des Na +,K +,2Cl - -Symporters) - Thiazide (Hemmung des Na + /Cl - -Kotransporter) - ATII Rezeptor Antagonisten (Losartan) - Aldosteron Antagonisten (Spironolakton) - Kaliummangel (beeinträchtigt den Na +,K +,2Cl - -Symporter) - Hyperkalzämie (Permeabilitätsabhnahme der Sclußleisten, Ca 2+ -Rezeptoren hemmen den Na +,K +,2Cl - -Symporter) - Proteinarme Erhährung - Nierenentzündungen (Dilatation der Vasa recta) - Blutdrucksteigerung - Osmotische Diurese (werden nicht oder nur teilweise resorbierbare osmotisch-aktive Substanzen filtriert) - Diabetes insipidus 13

14 Natriumhaushalt Na + Aufnahme mmol/tag Keine physiologische Kontrolle Na + Ausscheidung Schwitzen Stuhl Harn ( mmol/tag). Regulation des Na-Haushalts Kontrolle der Ausscheidung In allen Nephronsegmenten wird Na + resorbiert. Etwa 60-70% des filtrierten Na + wird im proximalen Tubulus Resorbiert. Weitere 20-30% in der Henle-Schleife. In distalem Tubulus und Sammlerohr etwa 8-9%. Normalerweise maximum 1% des filtrierten Na + wird ausgeschieden. 14

15 Na + Transport im proximalen Tubulus Na + Transport in der Henle-Schleife 15

16 Na + - Transport in den distalen Tubuluszellen Na + - Transport in den Hauptzellen (kontrollierte Resorbtion, Aldosteron!) 16

17 Mechanismen der Na-Resorption im ganzen Nephron Na/H Antiporter Na/S Symporter Parazellulärer Transport Na/K/2Cl Symporter Parazellulärer Transport Na/Cl Symporter Na Kanäle (kontrolliert!) Proximaler Tubulus (Acetazolamid hemmt) Henle-Schleife (Furosemide hemmt) Distales Nephron (Thyazid hemmt) AT2 Rezeptor und Aldosteron Antagonisten hemmen Kontrolleder Na + -Auscheidung Effektor Mechanismen (1./ Glomerulotubuläre Balance) 2./ Renin-Angiotensin-Aldosteron System 3./ third factor 17

18 Glomerulotubuläre Balance Eine Zunahme der GFR ist in aller Regel mit einer Proportional Zunahme der proximal-tubulären Resorption verbunden. Na-Resorption und Transportraten (Glukose, Aminosäure) steigen mit der GFR an, so daß die zusätzlich filtrierten Mengen an Wasser und Substanzen am Ende des proximalen Tubulus weitgehend wieder resorbiert sind. Renin-Angiotensin-Aldosteron System Juxtaglomerulärer Apparat Renin ( d) 18

19 JUXTAGLOMERULÄRER APPARAT (JGA) endfeet of podocytes mesangial cell capillary podocyte mesangial cell 19

20 Reninsekretion wird gefördert: 1. Abnahme des renalen Blutflusses 2. Abnahme der Salzkoncentration im Macula densa Epithel 3. Sympathicus (ß1 Rezeptor) 4. Hypovolemie Reninsekretion wird gehemmt: 1. Prostaglandine ( PGE 2, PGD 2, PGI 2 ) 2. Atriopeptin (ANF) 20

21 Kontrolle der Reninsekretion Angiotensin II Produktion Angiotensinogen (alfa2- globulin, Leber), Angiotensin I 10 Aminosäure (ACE, Angiotensin- Konvertase) Angiotensin II Aktive Form! 8 Aminosäure Angiotensin III 21

22 Wirkungen von Angiotensin II 1/ Blutdruckregulation Vasokonstriktion 2/ Fördert die Aldosteronsekretion 3/ Stimuliert Durst Kontrolle der Aldosteronsekretion 22

23 Atriopeptin (ANF) vorwiegend in rechter Vorhof 28 (21-73) Aminosäure ( Dalton). Prekursor ist pro-anf (atriopeptinogen) 126 Aminosäure. Sekretion ist gefördert: Hypervolemie ADH Adrenalin Wirkungen von ANF 1. Vasodilatation, 2. GFR wird erhöht (Dilatation der (Afferente arteriole) 3. Hemmt die Reninsekretion 4. Hemmt die Aldosteronesekretion, 5. Hemmt die ADH-Produktion 6. Natriurese und Wasserdiurese 7. Herzzeitvolumen sinkt 23