NIERENPHYSIOLOGIE, HOMÖOSTASE DER EXTRAZELLULÄREN FLÜSSIGKEITSRÄUME (4)

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1 NIERENPHYSIOLOGIE, HOMÖOSTASE DER EXTRAZELLULÄREN FLÜSSIGKEITSRÄUME (4) Dr. Attila Nagy

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 2

3 KONTROLLE DES WASSERHAUSHALTS Kontrolle der Wasseraufnahme (Hyperosmosis und Hypovolaemie) 3

4 Kontrolle der Wasserauscheidung Regulation der Vasopressin(AVP)- produktion ADH=Vasopressin Diabetes insipidus Renin-angiotensin System fördert ANP hemmt die AVP Produktion. 4

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6 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. 6

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8 ADH-Production Fördert durch Hemmt durch 1. zunehmende Blutosmolarität 1. abnehmende Osmolarität 2. Hypovolemia 2. Hypervolemia 3. Stehen 3. Liegen 4. Schmerz 4. Alkohol 8

9 Die Osmolarität der Tubulusflüssigkeit 9

10 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. 10

11 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 ) 11

12 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. 12

13 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. 13

14 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. 14

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18 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 in medullären Sammelrohres 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. 18

19 Harnstoffzyklus 19

20 Harnstofftransport im Tubulussystem 20

21 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. 21

22 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. 22

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25 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 - Blutdrucksteigerung - Osmotische Diurese (werden nicht oder nur teilweise resorbierbare osmotisch-aktive Substanzen filtriert) - Diabetes insipidus 25

26 Physische Parameter von Urin Produktion: 1-26 liter/tag, Spezifisches Gewicht: g/l, Osmolalität: mosm/kg, Osmotische Clearance: Freiwasserclearance: C osm U = P osm C = V C H2O V osm osm 26

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28 Täglich fallen normalerweise 100 mmol H + an, die durch die Nieren ausgeschieden werden müssen. Bei einem Urin-pH von 4,5 ist die freie H + -Konzentration nur 30 µmol/l. Ohne Puffer im Harn wäre die Niere nicht in der Lage, die im Stoffwechsel anfallenden H + -Ionen auszuscheiden. 28

29 Puffersysteme im Urin : 1. Das NH 3 /NH 4+ -System das normalerweise etwa 60% zur täglichen Ausscheidung beträgt. 2. Das HPO /H 2 PO 4- System, das etwa 30% beisteuert. 3. Etwa 10% der H + - Ionen werden an Harnsäure gebunden ausgeschieden. (4. Bikarbonatpuffer) 29

30 Phosphatpuffer im Harn Phosphat ist eine trivalente Säure, die in der Abhängigkeit vom herrschenden ph völlig, teilweise oder gar nicht dissoziiert ist. PO H + HPO 4 2- H + H 3 PO 4 Beim ph des Blutes liegt Phosphat zu 80% als HPO 2- und 20% als Beim ph des Blutes liegt Phosphat zu 80% als HPO 4 2- und 20% als H 2 PO4 - vor. Bei einem Harn-pH von 5,8 sind etwa 90% H 2 PO4 - und etwa 10% HPO

31 Für die Ausscheidung von H + als Phosphat ist daher neben der Menge an ausgeschiedenem Phosphat auch der Harn-pH maßgebend. Titrierbare Säure Die Menge an H +, die mit Hilfe von Phosphat ausgeschieden wurde läßt sich ermitteln, indem zum Harn solange NaOH pipettiert wird, bis der Blut-pH von 7,4 wieder erreicht ist. Die über Phosphat ausgeschiedene H + -Menge läßt sich auf diese Weise titrieren, man spricht somit von einer titrierbaren Säure des Harns. 31

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33 NH 3 /NH 4+ Puffer im Harn NH 3 ist eine schwache Base. Die Zellmembranen sind gut permeabel für NH 3, während NH 4+ die Zellmembran nur mit Hilfe von Transportsystemen passieren kann. Das saure Tubuluslumen begünstigt die Bildung von NH + 4, das das Lumen nicht mehr verlassen kann. Mit jeden ausgeschiedenen NH 4+ wird ein H + eliminiert. 33

34 Ammoniakproduktion in der Niere NH 4 NH 3 + H + (pk = 9.3) Glutaminase Glutamate dehydrogenase Glutamine Glutaminic acid α-ketoglutaric acid NH 3 NH 3 34

35 Regulation der NH 4+ Bildung Die NH 4 Bildung hängt in hoher Masse vom Säure-Basen-Haushalt ab. Azidose stimuliert und Alkalose hemmt die renale Glutaminase. Nicht titrierbare Säure Bei titrieren des Harns mit NaOH bis zum ph 7,4 bleibt H + an NH 4+ gebunden (pk = 9,0). NH 4+ wird als nicht-titrierbare Azidität des Harns bezeichnet. 35

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37 Ammoniaktransport im proximalen Tubulus Passive Diffusion in die tubuläre Flüssigkeit (NH 3 ) Aktiver Transport Na + /H + Antiporter (NH 4+ ) Lumen Sejt Vér 37

38 Ammoniatransport im aufteigenden dicken Teil der Henle- Schleife (Na + -K + -2Cl - Kotransporter kann statt K + NH 4 + resorbieren) 38

39 Ammoniatransport im distalen Nephron In Haupzellen kann die Na + /K + -Pumpe statt K + NH 4+ resorbieren. Hauptzelle 39

40 NH 3 NH 4+ Reaktion im distalen Nephron ist mit H + -Sekretion und neue Bicarbonatproduktion gekoppelt TUBULAR LUMEN PERITUBULAR SPACE 40

41 Miktion (Lernziel: 58) 41

42 Obere Harnwege - Nierenkelch - Nierenbecken - Ureter Untere Harnwege - Harnblase - Urethra 42

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44 Füllungsphase (50-200ml) receptive Relaxation Miktion ist ein Reflexmachanismus Parasympatisch (S2-S4) Sympatisch (Th10-L2) Supraspinale Regulation (mediales und laterales pontines Miktionszentrum, kortikale Kontrolle) 44

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