Fragenkatalog zur Vorbereitung auf das Praktikum Niere

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1 Homepage: schroeder-doms.de Fragenkatalog zur Vorbereitung auf das Praktikum Niere München den 29. April Wie ist die Niere makroskopisch bzw. mikroskopisch aufgebaut? Beschreiben Sie, welche Strukturen für die glomeruläre Filtration relevant sind. Welche morphologischen Strukturen sind für die verschiedenen Tubusabschnitte charakteristisch? Wie ändert sich die Nierendurchblutung (RBF) bzw. die glomeruläre Filtrationsrate (GFR), wenn der Blutdruck (Perfusionsdruck) steigt? Welche zellulären Mechanismen (Gefäßmuskulatur) führen zu diesem Verhalten? Welche Parameter bestimmen die Größe der glomerulären Filtrationsrate? Welche Bedingungen muss eine Substanz erfüllen, damit sie als Filtrationsmarker verwendet werden kann und wie errechnet sich die pro Zeiteinheit filtrierte Menge einer frei filtrierbaren Substanz? Was bedeuten die Begriffe Filtrationsfraktion, fraktionelle Exkretion, Clearance?... 4 Filtrationsfraktion (FF):... 4 Fraktionelle Exkretion:... 4 Clearance: Was versteht man unter einem leeren bzw. unter einem dichten Epithel? Durch welche zellulären Strukturen sind diese Funktionunterschiede bedingt? Welche wesentlichen Transportfunktionen erfüllen der proximale Tubulus, der absteigende Schenkel der Henle schen Schleife, der aufsteigende Schenkel der Henle schen Schleife, das distale Konvolut und das Sammelrohr?... 5 proximaler Tubulus:... 5 absteigender Schenkel der Henle schen Schleife:... 5 aufsteigender Schenkel der Henle schen Schleife:... 5 distale Konvolut:... 5 Sammelrohr: Wo wird das antidiuretische Hormon gebildet, wo wird es gespeichert? Welche Wirkungen hat es in der Niere? Welche Wirkungen hat Aldosteron in der Niere? Wie wirkt sich eine erhöhte Plasma-HCO 3 Konzentration auf die filtrierte HCO 3 - -Menge aus und wie beeinflusst der Partialdruck von CO 2 die H + -Sekretion/ HCO 3 - -Resorption in der Niere? Wie ist die Niere makroskopisch bzw. mikroskopisch aufgebaut? Beschreiben Sie, welche Strukturen für die glomeruläre Filtration relevant sind. Welche morphologischen Strukturen sind für die verschiedenen Tubusabschnitte charakteristisch? Makroskopischer Aufbau: Die Nieren liegender Menschen retroperitoneal beidseits der Wirbelsäule, unterhalb des Zwerchfells in der Fossa lumbalis, etwa in Höhe des 12. Brustwirbels bis 3.Lendenwirbels (die rechte Niere etwa eine halbe Wirbelhöhe des selbst gelernten dienen. Bei Fehlern bitte an die o.g. Adresse schreiben. Viel Erfolg! - 1 -

2 tiefer). Am Nierenhilus verzweigen sich von ventral nach dorsal Vena renalis, der Arteria renalis und der Ureter sowie einige Lymphgefäße und Nerven. Jede Niere wird von der, direkt aus der Aorta entspringenden, Arteria renalis mit Blut versorgt. Der vordere Hauptstamm entlässt vor dem Hilus vier Segmentarterien, der hintere nur eine (die nur ein Segment versorgt). Die Vena renalis für das Blut unmittelbar in die Vena cava inferior. Der von der Niere ins Nierenbecken abgegebene Urin wird jeweils durch den Harnleiter (Ureter) zur Harnblase transportiert. An den paarig angelegten, retroperitoneal gelegenen Nieren lassen sich Mark und Rinde unterscheiden. Die Funktionseinheit der Niere ist das Nephron, welches aus einem Glomerulus mit Bowman-Kapsel und dem Tubulussystem besteht. Die Glomeroli in der Nierenrinde, das Tubulussystem durchzieht das Nierenmark. Man unterteilt das Tubulussystem in drei Abschnitte: proximaler Tubulus (proximales Konvolut und gerader Teil des proximalen Tubulus) Henle-Schleife (absteigender Schenkel, Überleitungsstück sowie dünner und dicker aufsteigender Schenkel) distaler Tubulus (distales Konvolut) Der Glomerulus besteht aus einem Kapillarnetz, das sich in den bindegewebsartigen Ursprung des Tubulussystems einstülpt. (aus der eingestülpten Wand des Tubulussystems entsteht die Bowman-Kapsel, die den Glomerulus umhüllt) Zur Versorgung der Kapillarschlingen entspringt aus der A.interlobularis das Vas afferens (afferente Arteriole). Nach der Verzweigung im Glomerulus sammeln sich die Arteriolen wieder als Vas efferens, verlassen den Glomerulus und bilden als peritubuläre Kapillaren, die das Tubuli begleitet und später die Vasa recta bilden. Das Hauptstück (Tubulus proximalis) verläuft zunächst geschlängelt (Tubulus contortus proximalis) und dann gerade (Tubulus rectus proximalis) in das Nierenmark. Hier werden die im Primärharn enthaltenen wertvollen Verbindungen (z. B. Glucose, Aminosäuren, Elektrolyte) zurückgewonnen. Außerdem werden hier einige Schadstoffe aktiv abgegeben. Das Überleitungsstück (Tubulus attenuatus) zieht zunächst weiter in Richtung Nierenmark und biegt dann wieder in Richtung Rinde um. Hier wird dem Harn vor allem Wasser entzogen. Das Mittelstück (Tubulus distalis) beginnt noch im Nierenmark und zieht zunächst als gerades Röhrchen (Tubulus rectus distalis) in die Nierenrinde. Hier schließt sich wiederum ein gewundener Abschnitt (Tubulus contortus distalis) an, der in ein Sammelrohr mündet. Im distalen Tubulus wird dem Harn NaCl entzogen und ins Nierenmark abgegeben, wo das NaCl über die Kapillaren wieder in den Blutkreislauf gelangt. Hier findet ein aktiver Transport über Ionenkanäle statt: Na + wird aktiv heraustransportiert, Cl - wandert passiv nach. des selbst gelernten dienen. Bei Fehlern bitte an die o.g. Adresse schreiben. Viel Erfolg! - 2 -

3 1.2 Wie ändert sich die Nierendurchblutung (RBF) bzw. die glomeruläre Filtrationsrate (GFR), wenn der Blutdruck (Perfusionsdruck) steigt? Welche zellulären Mechanismen (Gefäßmuskulatur) führen zu diesem Verhalten? Wenn der Perfusionsdruck der Niere steigt passiert folgendes: Wenn der Perfusionsdruck steigt, ist der ADH-Plasmaspiegel niedrig und das Sammelrohr kaum wasserdurchlässig, so dass auch wenig Aquaporine in der apikalen Zellmembran der Sammelrohre vorhanden sind und sich viel Sekundärharn bildet. Durch die aufsteigende Henle-Schleife sowie durch zusätzliche Resorption von gelösten Teilen im Sammelroh wird verdünnter Harn ausgeschieden. (bis zu einem Minimum von mosm/l). Die GFR kann mit Hilfe der Inulin-Clearance bestimmt werden.inulin kommt im Körper natürlicherweise nicht vor (Molekulargewicht 5000 Dalton) und erfüllt die Bestimmungen eines Indikatorstoffes: Inulin passiert gut den Glomerulusfilter, wird nicht tubulär sezerniert oder rückresorbiert, nicht in der Niere verstoffwechselt und ist im Blut nicht an Proteine gebunden. Clearance für Inulin = GFR GFR = C Inulin = U Inulin x V / P Inulin C Inulin = Inulin-Clearance (ml/min) U Inulin = Urinkonzentration von Inulin (mg/100ml) V = Harnvolumen pro Zeiteinheit (ml/min) P Inulin = Plasmakonzentration von Inulin (mg/100ml) Normalclearance: Frauen 120 ml/min, Männer 125 ml/min. Pro 24 h werden ungefähr 180 l filtriert. Die Gefäßmuskulatur am Vas afferens des Glomeruli erschlafft, so dass der Glomerulus besser durchblutet werden kann. -> Filtrationsrate steigt, mehr Primärharn wird produziert, weniger Rückresorption -> Sekundärharn- Ausscheidung steigt an. 1.3 Welche Parameter bestimmen die Größe der glomerulären Filtrationsrate? Die glomeruläre Filtrationsrate (GFR) ist abhängig von o dem hydrostatischen Druck (P Kapi, P Bowm ) o dem kolloidosmotischem Druck des Blutplasmas (π Kapi ) o Filtrationsfläche (F) o hydraulischer Leitfähigkeit (L p ) der Barriere aus Endothelzellen, Basalmembran und Podozyten. 1.4 Welche Bedingungen muss eine Substanz erfüllen, damit sie als Filtrationsmarker verwendet werden kann und wie errechnet sich die pro Zeiteinheit filtrierte Menge einer frei filtrierbaren Substanz? des selbst gelernten dienen. Bei Fehlern bitte an die o.g. Adresse schreiben. Viel Erfolg! - 3 -

4 Die Substanz: muss gut den Glomerulusfilter passieren können wird nicht tubulär sezerniert oder rückresorbiert wird nicht in der Niere verstoffwechselt ist im Blut nicht an Proteine gebunden ist physiologisch inert 1 nicht toxisch 1.5 Was bedeuten die Begriffe Filtrationsfraktion, fraktionelle Exkretion, Clearance? Filtrationsfraktion (FF): Verhältnis von glomerulärer Filtrationsrate (GFR) zum renalen Plasmafluss (RPF). Sie gibt an, welcher Anteil vom renalen Plasmafluss filtriert wird. Normalwert der FF ist 0,2 (d.h. 20% des die Niere bei einer Passage passierenden Blutplasmas werden filtriert). Berechnung der Filtrationsfraktion: FF = GFR / RPF 2 = C Inulin / C PAH Eine andere Möglichkeit zur Bestimmung der Filtrationsfraktion ist das Messen der Inulin-Konzentration in einer Arterie und der Nierenvene. Der Konzentrationsunterschied zwischen Arterie und Nierenvene gibt die Filtrationsfraktion an. Fraktionelle Exkretion: Verhältnis von im Urin ausgeschiedener zur glomerulär filtrierten Menge einer Substanz pro Zeiteinheit. Berechnung: FA X = (V X x U X ) / (GFR x P X ) U X V X P X FA X = Urinkonzentration der Substanz [mg/100ml] = Urinvolumen pro Zeiteinheit [ml/min] = Plasmakonzentration der Substanz [mg/100ml] = Fraktionelle Ausscheidung Für Substanzen die vollständig filtriert und ausgeschieden werden (Inulin oder Kreatinin) ist die ausgeschiedene Menge gleich der filtrierten Menge -> die fraktionelle Ausscheidung ist 1. Clearance: Unter Clearance versteht man das Entfernen eine exo- oder endogenen Substanz aus einem Körpersystem. Die spezifischen Leistungen werden von verschiedenen Organen erbracht. 1 Als chemisch inert (lat. für untätig, unbeteiligt, träge) bezeichnet man Substanzen, die unter den jeweilig gegebenen Bedingungen mit potentiellen Reaktionspartnern (Luft, Wasser, Edukte und Produkte einer Reaktion) nicht oder nur in verschwindend geringem Maße reagieren. 2 renaler Plasmafluss des selbst gelernten dienen. Bei Fehlern bitte an die o.g. Adresse schreiben. Viel Erfolg! - 4 -

5 Renale Clearance bezeichnet die Clearance durch die Nieren und gibt das Plasmavolumen an, welches pro Zeiteinheit von der entsprechenden Substanz befreit wurde. Formel (hier für Kreatinin): C Kreatinin = (U Kreatinin x V X ) / P Kreatinin U Kreatinin = Urinkonzentration von Kreatinin [mg/100ml] V X = Urinvolumen pro Zeiteinheit [ml/min] P Kreatinin = Plasmakonzentration von Kreatinin [mg/100ml] 1.6 Was versteht man unter einem leeren bzw. unter einem dichten Epithel? Durch welche zellulären Strukturen sind diese Funktionunterschiede bedingt? Unter dichten Epithel versteht man durch Tight junctions zusammengehaltenes Epithel, dass keine Molekülpassagen zulässt. 1.7 Welche wesentlichen Transportfunktionen erfüllen der proximale Tubulus, der absteigende Schenkel der Henle schen Schleife, der aufsteigende Schenkel der Henle schen Schleife, das distale Konvolut und das Sammelrohr? proximaler Tubulus: Hauptsächlich Rückresorption von Substanzen (z.b. Elektrolyte, Wasser), wobei eine große Substanzmenge transportiert werden kann. Dieser Transport ist jedoch wenig reguliert und erfolgt nur gegen geringe Konzentrationsgefälle. absteigender Schenkel der Henle schen Schleife: Gegenstrommechanismus zur Harnkonzentrierung aufsteigender Schenkel der Henle schen Schleife: distale Konvolut: Dient der Feineinstellung, transportiert geringe Substanzmengen gut reguliert gegen große Konzentrationsgefälle. Daher greifen im distalen Konvolut viele außerhalb der Niere gebildeten Hormone (z.b. Aldosteron, Adiuretin, atrionatriuretisches Peptid, Parathormon, Vitamin D) an, welche die Zusammensetzung & Menge des Harns bestimmen. Sammelrohr: Das Epithel im Sammelrohr ist normalerweise wenige permeabel für Wasser, jedoch sorgt das antidiuretische Hormon (Vasopressin) dafür, dass diese Permeabilität durch den Einbau von Aquaporinen (AQP2) in die Plasmamembran gesteigert wird, wodurch H 2 O in das hypertone Nierenmark tritt. (passiver Transport [Osmose] aufgrund des Konzentrations-Gradienten des H 2 O vom Tubulus zum Nierenmark) Der Harn wird hierdurch stärker konzentriert. des selbst gelernten dienen. Bei Fehlern bitte an die o.g. Adresse schreiben. Viel Erfolg! - 5 -

6 1.8 Wo wird das antidiuretische Hormon gebildet, wo wird es gespeichert? Welche Wirkungen hat es in der Niere? Das antidiuretische Hormon (ADH; auch Adiuretin, Vasopressin oder AVP Arginin- Vasopressin) ist ein Peptidhormon, welches aus neune Aminosäuren besteht und eine intramolekulare Disulfidbindung sowie einen amidierten C-Terminus besitzt. ADH wird in Kerngebieten des Hypothalamus (Nucl.supraopticus, Nucl.paraventricularis) produziert und im Hypophysenhinterlappen gespeichert. ADH wirkt auf zwei Arten: Als peripheres Hormon: Hierzu wird es entlang des Hypophysenstiels axonal (Tractus supraopticohypophysialis) transportiert, in Vesikeln des Hypophysenhinterlappens gespeichert und bei Bedarf direkt in das Blut abgegeben, wo es in extrem niedriger Konzentration (einige Milliardstel Gramm) wirksam ist. Als zentrales Neuropeptid: Hier ist es an der Regulation der Adenohypophyse und zentralen Wegen des autonomen Nervensystems beteiligt wie auch in Verbindungen zwischen limbischem System und Hypothalamus. Hier wird es vermehrt bei Fieberreaktionen ausgeschüttet und begrenzt diese (über den V 1 -Rezeptor). (Aus diesem Grunde findet man bei hochentzündlichen Krankheitsbildern wie z. B. Lungenentzündungen häufig eine Hyponatriämie). Peripher ist das antidiuretische Hormon ein Dursthormon. Bei Wassermangel im Organismus wird das Blutserum hyperton. Die Osmorezeptoren im Hypothalamus stellen dies fest und veranlassen die Freisetzung von ADH aus der Neurohypophyse. Ein weiterer Stimulus für die Ausschüttung von ADH ist ein Volumenmangel im arteriellen System, der über Barorezeptoren im rechten Vorhof des Herzens und im Aortenbogen registriert wird. ADH wird über das Blut zu den Epithelzellen des Sammelrohrs in der Niere transportiert. Diese Zellen sind normalerweise für Wasser nicht durchlässig und verhindern so die Rückresorption von Wasser aus dem Harn. ADH koppelt nun an membranständige Rezeptoren, die im Inneren der Zelle eine Freisetzung von Calcium auslösen, was wiederum zum Andocken von Vesikeln, die Aquaporine (AQP2) beinhalten, an die Zellmembran führt. Die Aquaporine werden in die Zellmembran eingebaut, diese wird dadurch durchlässig für Wasser, das osmotisch aus dem Harn zurück ins Blut gezogen wird. In der Niere bewirkt es so eine vermehrte Reabsorption von Wasser aus dem Primärharn des Sammelrohrs. Ferner wirkt das antidiuretische Hormon gefäßverengend. Beide Wirkungen erhöhen den Blutdruck. des selbst gelernten dienen. Bei Fehlern bitte an die o.g. Adresse schreiben. Viel Erfolg! - 6 -

7 1.9 Welche Wirkungen hat Aldosteron in der Niere? Aldosteron ist ein natürliches Steroidhormon (aus Cholesterin gebildet), wird zu den Mineralcorticoiden gezählt und bei Flüssigkeitsmangel vermehrt ausgeschüttet. Aldosteron wird in der Zona glomerulosa (äußerste Schicht der Nebenniere) produziert. Zu einer Aldosteron-Ausschüttung kommt es durch verminderten Blutvolumen verminderten Blutdruck bei einer Hyperkaliämie Die Natriumkonzentration im Blut beeinflusst die Aldosteronsynthese gegensinnig: steigt das Natrium im Blut, wird die Biosynthese gehemmt, sinkt das Natrium, ist sie stimuliert. ACTH (Adrenocorticotropin) stimuliert die Aldosteron-Synthese während Atriopeptin (ANP) die Ausschüttung hemmt. Die Biosynthese von Mineralcorticoiden wird noch durch Substanzen mit beta-adrenerger Wirkung angeregt und durch Dopamin gehemmt. Aldosteron steigert die Rückresorption von Natriumionen in den Verbindungstubuli und Sammelrohren der Niere mit Anstieg des Extrazellulärvolumens durch vermehrten Einbau von Natriumkanälen (ENaC) in die apikale Plasmamembran. Parallel zur gesteigerten Natriumretention kommt es zu einer erhöhten Ausscheidung von Kalium- und Ammoniumionen und Protonen, was zu einer Abnahme der Kaliumkonzentration und Zunahme des ph-wertes im Blut führt. Seine Wirksamkeit kann durch Aldosteron-Antagonisten wie Spironolacton, Canrenoat und Eplerenon gehemmt werden. Die Wirksamkeit von Aldosteron auf den Mineralhaushalt ist etwa 1000 mal höher als die von Cortisol, weil das Cortisol in den aldosteronsensitiven Zellen durch die 11-β- Hydroxysteroiddehydrogenase Typ 2 zu Cortison umgewandelt wird und den Rezeptor nicht aktivieren kann. Die Rezeptoraffinität ist gleich. Aldosteron wird durch das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System reguliert. Weiterhin kann der Anstieg der Kaliumkonzentration die Synthese von Aldosteron aktivieren. Eine wichtige Rolle des Aldosteron und des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems ist die Blutdruckregulation. Zudem scheint Aldosteron in der Bewältigung von lebensbedrohlichen Stresssituationen erforderlich zu sein. des selbst gelernten dienen. Bei Fehlern bitte an die o.g. Adresse schreiben. Viel Erfolg! - 7 -

8 1.10 Wie wirkt sich eine erhöhte Plasma-HCO 3 Konzentration auf die filtrierte HCO 3 - -Menge aus und wie beeinflusst der Partialdruck von CO 2 die H + - Sekretion/ HCO 3 - -Resorption in der Niere? Wenn die Plasma HCO 3 Konzentration steigt, wird auch volumenmäßig mehr HCO 3 in den Primärharn abgegeben. Dieses HCO 3 wird jedoch wieder resorbiert (zu 80% im proximalen Konvolut, 10% im dicken, aufsteigenden Teil der Henle schen Schleife [TAL], 6% im distalen Konvolut und ~4% im Sammelrohr), so dass nur 0,01% (=0,36 mmol/tag) der ursprünglichen 24 mm bei einer GFR 3 von 180 l/tag ausgeschieden werden. H + und pco 2 stehen in einem festen Verhältnis zueinander. Steigt der pco 2 kommt es zu einer Azidose (ph ) im Blut, so dass der Körper versucht vermehrt H + auszuscheiden und gleichzeitig vermehrt Bicarbonat zur Pufferung zurückzuhalten. Weitergabe und Vervielfältigung dieser Publikation oder von Teilen daraus sind, zu welchem Zweck und in welcher Form auch immer, ohne die ausdrückliche schriftliche Genehmigung durch den Autor Lucas Schröder-Doms ( nicht gestattet. In dieser Publikation enthaltene Informationen können ohne vorherige Ankündigung geändert werden. Alle Rechte an Text- und Bildmaterial vorbehalten. 3 glomerulären Filtrationsrate 120ml/ Min = 180 l/ Tag Im Gegensatz dazu steht der glomeruläre Filtrationsdruck: In den Glomerulusschlingen herrscht ein glomerulärer Blutdruck von etwa 50 mmhg. Diesem wirken der kolloidosmotische Druck des Blutes (~25mmHg) und der hydrostatische Druck der Bowmanschen Kapsel (~17mmHg) entgegen. des selbst gelernten dienen. Bei Fehlern bitte an die o.g. Adresse schreiben. Viel Erfolg! - 8 -