Das Harnsystem: Aufbau, Funktion und Urinbildung

Funktionen des Harnsystems

• Entfernung von Stoffwechselprodukten aus dem Blut
• Aufrechterhaltung des richtigen pH-Werts im Blut (ca. 7,4)
• Regulierung der Elektrolytkonzentration (Mineralsalze)
• Regulierung des Wasserhaushalts (Wasser im Körper)
• Produktion bestimmter Hormone wie Erythropoetin (reguliert die Produktion roter Blutkörperchen/Erythrozyten)

Komponenten des Harnsystems

Das Harnsystem besteht aus folgenden Organen:

• Nieren
• Harnleiter
• Harnblase
• Harnröhre

Die Nieren (Ren)

Die Nieren sind paarige, bohnenförmige Organe. Man kann mit nur einer Niere leben; selbst bei einem Verlust von bis zu 90 % der Nierenfunktion ist noch keine Transplantation notwendig. Sie befinden sich an der Rückseite der Wirbelsäule. Die Nieren sind von einer schützenden Bindegewebsschicht, der Nierenfaszie (Fascia renalis), umgeben. Im Nierenbecken wird der Urin aufgefangen. Jede Niere besteht aus funktionellen Einheiten, den sogenannten Nephronen.

Nierenerkrankungen

Eine Beeinträchtigung der Nierenfunktion kann verschiedene Ursachen haben. Bakterielle Infektionen können in der Regel mit Antibiotika behandelt werden. Wiederkehrende Infektionen können jedoch zu einer Pyelonephritis (Nierenbeckenentzündung) führen. Diese Infektion kann bleibende Schäden verursachen, da sich zerstörtes Nierengewebe nicht regeneriert. Zudem können sich Nierensteine aus Calcium und Harnsäure bilden.

Harnleiter (Ureter)

Die Harnleiter sind paarige Schlauchstrukturen, die an jede Niere anschließen. Sie verbinden die Nieren mit der Harnblase. Durch peristaltische Bewegungen (Schlauchpumpen-Prinzip) leiten sie den Urin aktiv in die Blase weiter.

Harnblase

Die Harnblase befindet sich im kleinen Becken. Ihre Wände bestehen aus einer kräftigen Muskelschicht. Das maximale Fassungsvermögen beträgt etwa 750 ml, jedoch wird bereits ab einer Füllung von ca. 350 ml ein deutlicher Harndrang signalisiert.

Malpighi-Glomerulus

Der Malpighi-Glomerulus ist ein feines Kapillarnetzwerk, das von zwei Blutgefäßen (Arteriolen) versorgt und reguliert wird.

Phasen der Urinbildung

1. Filtration

Dieser Prozess findet zwischen den Kapillaren des Glomerulus und der Bowman-Kapsel statt. Hier existiert eine ultrafeine Filtrationsmembran, die als mechanischer Filter dient und unter anderem durch Mesangialzellen gebildet wird.

Die überwiegende Mehrheit der im Blut gelösten Stoffe kann diese Membran passieren:

• Gefilterte Stoffe: Fast das gesamte Wasser, Mineralsalze (Na⁺, K⁺, Cl^-), Vitamine, Aminosäuren, Glucose, kleine Proteine und Bicarbonate.
• Nicht gefilterte Stoffe (Rückhalt): Rote Blutkörperchen (Erythrozyten), weiße Blutkörperchen (Leukozyten), Thrombozyten und hochmolekulare Proteine.

Die glomeruläre Filtrationsrate beträgt ca. 180 Liter pro Tag (ca. 125 ml/Min).

Harnstoff

Harnstoff ist ein Abfallprodukt des zellulären Proteinstoffwechsels, das dem Urin seine charakteristische Farbe verleiht. Der Abbauweg verläuft wie folgt:

Proteine → Ammoniak (NH₃) → Verarbeitung in der Leber → Harnstoff (deutlich weniger toxisch)

Proximaler Tubulus

Der proximale gewundene Tubulus schließt an die Bowman-Kapsel an, weist viele Windungen auf und liegt nahe an den Kapillaren. Hier beginnt die zweite Phase der Urinbildung, in der gefilterte Substanzen zurückgewonnen werden.

2. Tubuläre Rückresorption

Dies ist der Prozess zur Rückgewinnung wertvoller, zuvor gefilterter Stoffe, damit diese nicht über den Urin verloren gehen. Dieser Vorgang findet hauptsächlich im proximalen Tubulus und in der Henle-Schleife statt.

Merkmale des proximalen Tubulus

Die Zellen des proximalen Tubulus besitzen Mikrovilli (Bürstensaum), die die Resorptionsfläche drastisch vergrößern. Zudem enthalten sie zahlreiche Mitochondrien, die viel ATP (Energie) für den aktiven Transport bereitstellen.

Hinweis: Ca. 80 % des Filtrats werden bereits hier im proximalen Tubulus wieder aufgenommen. Wasser (H₂O) wird dabei passiv durch Osmose ohne Energieaufwand resorbiert. Aminosäuren und Glucose werden hingegen über aktiven Transport (unter Energieaufwand) zurückgewonnen.

Henle-Schleife

In der Henle-Schleife setzt sich die kontinuierliche tubuläre Rückresorption fort, um nützliche Stoffe zu entziehen und wieder dem Blutkreislauf zuzuführen.

Distaler Tubulus

In dieser Struktur findet die letzte Phase der Urinbildung statt.

3. Tubuläre Sekretion

Bei der tubulären Sekretion werden Stoffe aktiv aus den Kapillaren in den distalen Tubulus abgegeben, um gefährliche oder überschüssige Substanzen über den Urin auszuscheiden. Dieser Prozess nutzt hauptsächlich aktiven Transport.

• Ausgeschiedene Stoffe: Kreatinin, Wasserstoff-Ionen (H⁺) – was zur Aufrechterhaltung des Blut-pH-Werts von 7,4 beiträgt – sowie Kalium-Ionen (K⁺). Obwohl Kalium lebensnotwendig ist, kann eine zu hohe Konzentration im Blut zu einem Herzstillstand führen. Zudem werden Abbauprodukte von Medikamenten ausgeschieden, die zuvor in der Leber chemisch markiert wurden.
• Kreatinin: Ein Abbauprodukt aus dem Muskelstoffwechsel (Proteinabbau in den Muskeln). Es ist äußerst giftig und hat eine ähnliche Bedeutung als ausscheidungspflichtige Substanz wie Harnstoff.

Sammelrohre

Sobald die Flüssigkeit die Sammelrohre erreicht, ist der Urin fertig konzentriert. Er wird aus der Niere geleitet und im Nierenbecken gesammelt.

Das ADH-Hormon (Vasopressin)

Das antidiuretische Hormon (ADH), auch bekannt als Arginin-Vasopressin (AVP) oder Argipressin, wird vor allem als Reaktion auf Veränderungen der Osmolarität oder des Blutvolumens freigesetzt. Es bewirkt, dass die Nieren Wasser sparen, indem sie den Urin konzentrieren und sein Volumen durch die Stimulierung der Wasser-Rückresorption reduzieren. Aufgrund dieser wichtigen Funktion ist es ein zentraler Regulator der Flüssigkeitshomöostase. Darüber hinaus erfüllt es wichtige Funktionen im Gehirn und in den Blutgefäßen.