NIERENPHYSIOLOGIE, HOMÖOSTASE DER EXTRAZELLULÄREN FLÜSSIGKEITSRÄUME (1)

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

2 Die Nieren sind die wichtigsten Ausscheidungsorgane des Körpers. Funktionen 1.Eliminierung: Sie eliminiert eine Reihe von überflüssigen oder schädlichen Substanzen 2. Homeostase: Sie spielt eine Rolle in der Kontrolle des Volumens und der Elektrolytzusammensetzung des Extrazellulärraums. Blutdruckregulation und Regulation des Säure-Basen- Haushaltes 3. Intermediäres Stoffwechsel (Glukoneogenese) 4. Endokrine: Sie beteiligt in der Bildung von 1. Kreislafauktiven Hormonen 2. Kalzitriol (Mineralhaushalt) 3. Erythropoetin, Thrombopoetin 2

3 Functionelle Anatomie der Niere 3

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5 Die Nephrone sind die funktionellen Einheiten der Niere Die Aufgaben der Nieren werden von etwa 2,4 Mio Nephronen wahrgenommen. Jedes Nephron besteht aus 1. einem Glomerulus, in dem Plasmaflüssigkeit abfiltriert wird und 2. dem Tubulussystem, dessen Transportsysteme letzlich Urin aus dem Primärfiltrat herstellen. 5

6 Kortikale und juxtamedulläre Nephrone 1. Die Position des Glomerulus 2. Die Länge der Henle-Schleife long-looped Nephrone, (juxtamedullär) short-looped Nephrone (kortikal) 6

7 Filtration 180 Liter/Tag Grobe Einstellung der Zusammen setzung des Urins (grosse Transportkapazität) Koncentrierung Feineinstellung der Zusammensetzung des Urins (kleine Transportkapazität) Urin 1.5 Liter/Tag 7

8 Renale Durchblutung (Lernziele 52, 53) A. renalis, Aa Interlobares, Aa. Arcuatae, Aa. interlobulares. Vasa afferentia Die Kapillarschlingen Die Vasa efferentia. Die Vasa efferentia oberflächlich gelegener Glomerula (kortikale Glomerula) geben die peritubulären Kapillaren ab, die ein Gefässnetz um die Tubuli in der Nierenrinde bilden. Die Vasa efferentia aus tiefer gelegener Glomerula (juxtamedulläre Glomerula) geben die Vasa recta ab, die in lange Kapillarcshleifen in das Nierenmark eintauchen. Vasa recta und peritubuläre Kapillaren münden schliesslich in die Vv. Interlobulares, die das Blut über die Vv. arcuatae und Vv. Interlobares zur V. renalis leiten. 8

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10 In der Niere sind zwei Kapillarnetze (Glomerulumkapillare und peritubuläre Kapillaren bzw. Vasa recta) hintereinandergeschaltet. 10

11 Renale Durchblutung Normalerweise passiert etwa 20% des Herzzeitvolumens die beiden Nieren. (RBF= ml/min) Die Nieren sind die bestdurchbluteten Organe des Körpers. 11

12 Funktionen der Niere 1.Glomeruläre Filtration 2.Tubuläre Funktionen (Reabsorption und Sekretion) 12

13 Glomerulus vas efferens 13

14 JUXTAGLOMERULÄRER APPARAT (JGA) 14

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16 Glomeruläre Filtration hängt von diesen ab: 1. Struktur des glomerulären Barriers 2. Effektiver Filtrationsdruck 3. Eigenschaften (Ladung, Grösse, Gewicht) der filtrierenden Substanzen Glomeruläre Filtrationsrate (GFR) Die pro Zeiteinheit filtrierte Flüssigkeitsmenge ist die GFR (etwa ml/min) 16

17 Die Struktur von einem Glomerulus Glomerulärer Barrier Endothelzelle der Glomerulumkapillaren Basalmembran Fussfortsätze der Podozyten 17

18 Glomerulärer Barrier ist Permselektiv Endothelzelle der Glomerulumkapillaren ( nm) Basalmembran (3-5 nm) Fussfortsätze der Podozyten (25 nm) 18

19 Druckverhältnisse in den renalen Gefäßen 19

20 In Aorta und Nierenarterie findet beim Gesunden kein wesentlicher Druckabfall statt, da der Wiederstand dieser Gefäßabschnitte sehr gering ist. Die A. interlobares weisen bereits einen deutlichen Wiederstand auf. Die Vasa afferentia und die Vasa efferentia weisen den Größten Wiederstand auf. Hier findet der Größte Druckabfall statt. Der glomeruläre Apparat steht unter dem Einfluß einer Reihe von Faktoren die den Wiederstand dieses Gefäßabschnittes modulieren: 20

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22 Die Kapillaren sind sehr kurz und sie haben einen sehr niedrigen Wiederstand. Hier passiert kein Druckabfall. Die Kapillaren münden in das Vas efferens. Der relative hohe Widerstand in Vas efferens hält den Druck in den Glomeruluskapillaren hoch und gewährleistet damit den für eine normale Filtrationsrate erforderlichen Filtrationsdruck. Die weiteren Gefäßabschnitte bieten dem Blutfluß einen geringen Wiederstand. 22

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24 Glomeruläre Filtrationsrate (GFR) Die pro Zeiteinheit filtrierte Flüssigkeitsmenge ist die GFR Die GFR ist abhängig von: der filtrierenden Fläche (F) der hydraulischen Leitfähigkeit des glomerulären Filters (Lp) dem effektiven Filtrationsdruck (Peff) GFR = Lp x F x Peff = K f P eff Die hydraulische Leitfähigkeit (Lp) und die Filtrationsfläche (F) kann man als Ultrafiltrationskoefficient (Kf) zusammenfassen. 24

25 Der effektive Filtartionsdruck ist die Summe der hydrostatischen (p K - p G ) und kolloidosmotischen (π K - π G ) Druckunterschiede zwischen Glomeruluskapillare (pk,πk) und glomerulärem Kapselraum (p G,π G ). Peff = p - π = (p K - p G ) - (π K - π G ) p K Hgmm p G 15 Hgmm π K Hgmm π G ~ 0 Hgmm 25

26 Das pro Zeiteinheit filtrierte Volumen (glomeruläre Filtrationsrate) ist eine Funktion der hydrostatischen und onkotischen Druckgefälle über den glomerulären Filter. Der kolloidosmotiche Druck wird im wesentlichen durch die nicht filitierbaren Proteine hervorgerufen. 26

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29 Eigenschaften der filtrierenden Substanzen - Ladung - Grösse - Gewicht 29

30 Beziehungen zwischen Molekulargewicht, Molekülgröße und glomerulärer Filtrierbarkeit Substanz Molekular Molekül- Molekül- Sibkoeffizient Wasser gewicht (Da) 18 radius (nm) 0,10 maße (nm) ([X] Filtrat / [X] Plasma 1,0 Harnstoff 60 0,16 1,0 Glukose 180 0,36 1,0 Rohrzucker 342 0,44 1,0 Inulin ,48 0,98 Myoglobin ,95 5,4 x 0,8 0,75 Eieralbumin ,85 8,8 x 2,2 0,22 Hämoglobin ,25 5,4 x 3,2 0,03 Serumalbumin ,55 15,0 x 3,6 <0,01 30

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33 Glomeruläre Filtration Die glomeruläre Filtration ist Permselektiv. Diese Seletivität verhindert normalerweise die Filtration der meisten Plasmaproteine. Moleküle mit einem Durchmesser > 5 nm und einem Molekulargewicht > D können nicht passieren. Negativ geladene Moleküle werden abgestossen. (Meiste Plasmaproteine sind negativ geladen). Das Primärfiltrat ist eiweißfreies und lipidfreies Plasma. 33

34 Clearance Das Plasmavolumen das von einem gewissen Substanz (Inulin, Kreatinin usw. ) geklärt wird. C= U x V / P 34

35 Bestimmung der Glomerulären Filtrationsrate Die pro Zeiteinheit filtrierte Flüssigkeitsmenge ist als glomeruläre Filtrationsrate genannt. Substanzen, die frei filtriert werden weisen im Filtrat praktisch die gleiche Konzetration auf wie im Plasma (P). Deswegen ist Ihre filtrierte menge ist GFR x P. Die Substanzen die weder resorbiert noch secerniert sind, sind im Urin in der gleichen Menge wie im Filtrat. Ihre Ausscheidung (M e ) kann so gegeben werden: 35

36 M e = U x V u = GFR x P wo U die Konzetration der Substanz im Urin und V u die Urinstromstarke. P, U und V u können gemessen werden, und danach kann man die GFR errechnen. GFR= U x V u / P Das Polysaccharid Inulin ist frei filtrierbar und wird weder secerniert noch resorbiert. Deswegen kann es zur GFR- Bestimmung benutzt werden. 36

37 Bestimmung der GFR 37

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39 Der GFR kann mit Hilfe von Kreatinin auch gemessen werden. Diese Substanz ist auch frei filtrierbar und wird weder secerniert noch resorbiert. Ein Beispiel: Kreatininkonzetration im Plasma (P) eines Patienten sei 0,1 mmol/l im Urin (U) 5 mmol/l, die Urinstromstärke 2 ml/min. C = U x V u / P, so ist die GFR= 100 ml/min. 39

40 Normalwerte RPF: 660 ml/min ( ml/min) RBF: 1300 ml/min ( ml/min) Glomeruläre Filtrationsrate (GFR): ml/min Filtrationsfraktion (FF= GFR/RPF): ~ 0.2 Urinproduktion: ml/tag, ml/min Osmolalität des Urins: mosm/l ph des Urins: Specifisches Gewicht vom Urin: ( ) 40

41 Autoregulation der Nierendurchblutung Renale Durchblutung und glomeruläre Filtration bleiben bei Änderungen des Blutdrucks (in dem Bereich von etwa 80 mmhg bis 180 mmhg ) weitgehend konstant. 41

42 Widerstandsregelung in den renalen Arteriolen 1.Prostaglandine Eine Mangeldurchblutung des Nierenmarkes löst die Bildung von vasodilatatorisch wirkenden Prostaglandinen aus. 2.Tubuloglomeruläres Feedback Eine Zunahme der glomerulären Filtrationsrate führt zu einer Zunahme des filtrierten Kochsalzes. 3. Myogene Vasokonstriktion Die Nierengefässe bei Zunahme des intramuralen Druckes (bei Blutdruckanstieg) reagieren mit einer myogenen Vasokonstriktion (Bayliss-Effekt) 42

43 Tubulogromeruläres Feedback GFR wird erhöht, und der Kochsalresorption kann nicht mit der Filtration schritthalten. Deswegen ist größere Menge NaCl im Tubuluslumen. Mehr Kochsalz akkumuliert in der Macula densa und in den Epithelzellen des distalen Tubulus, die mit dem Vas afferens in engem Kontakt sind. Zuhnahme der Kochsalzkoncentration in der Macula densa kontrahiert das zugehörige Vas afferens. Folge ist die Drosselung der GFR. 43

44 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. 44

45 Nervale Kontrolle Die Nieren stehen unter der Kontrolle von sympatischen Nerven. Normaleweise weisen sie eine geringe Aktivität auf. Beim Volumenmangel oder sonstiger Aktivierung des Symphaticus senken die Nerven über Kontraktion von Aa. Interlobulares soweie von Vasa afferentia und efferentia die GFR. Darüberhinaus stimulieren sie die tubuläre Resorption von Na +, HCO 3-, Cl - und Wasser. Schließlich stimulieren die Nerven über ß 1 Receptoren die Ausschüttung von Renin. Die Reninausschüttung wird durch α 1 -Rezeptoren gedrosselt. 45