Mechanismen der Harnbildung: Verdünnung & Konzentration

Mechanismen der Bildung von verdünntem Urin

In Situationen extremer Hydratation (Überwässerung):

• Proximaler Tubulus: Resorption von Wasser und gelösten Stoffen erfolgt proportional. Die Osmolarität bleibt konstant.
• Absteigende Henle-Schleife: Das Nierenmark ist hyperosmolar. Wasser tritt ins Interstitium aus, gelöste Stoffe nicht. Die intratubuläre Osmolarität steigt.
• Aufsteigende Henle-Schleife: Die Osmolarität sinkt durch die Resorption gelöster Stoffe, während kein Wasser austritt.
• Sammelrohr: Aquaporin-II-Kanäle werden nicht eingebaut (oder sind weniger vorhanden). Wasser kann nicht ins Interstitium austreten. Die Osmolarität nimmt weiter ab.

In dieser Situation extremer Überwässerung kann Urin bis auf 50 mOsm/L verdünnt werden. Bei chronischer Überwässerung können täglich 20 Liter Urin ausgeschieden werden (dies ist jedoch ein pathologischer Zustand).

Mechanismen der Bildung von konzentriertem Urin

In Situationen extremer Dehydratation (Hypovolämie):

Wassertiere können Urin mit der gleichen Konzentration wie Körperflüssigkeiten produzieren. Landtiere verlieren jedoch ständig Wasser durch Mechanismen wie Atmung und Schwitzen. Würden wir Urin mit nur 300 mOsm/L ausscheiden, würden wir austrocknen.

Landtiere müssen Urin mit einer höheren Osmolarität als Körperflüssigkeiten ausscheiden. Sie scheiden täglich 60-70 g gelöste Stoffe aus, was etwa 700 mOsm/L entspricht.

Bei Dehydratation können Menschen Urin bis zu 1200 mOsm/L oder mehr konzentrieren. Je besser die Anpassung an Dehydratation, desto höher ist die Fähigkeit, Urin zu konzentrieren. Die Voraussetzungen dafür sind:

• Ein hohes Maß an ADH (Vasopressin-Sekretion).
• Existenz einer hohen Mark-Hyperosmolarität:

Hohe Mark-Hyperosmolarität

Diese wird durch erhöhtes interstitielles Natrium verursacht und ist in tieferen Zonen des Nierenmarks ausgeprägter. Sie beruht auf drei Faktoren:

• Der dicke aufsteigende Teil der Henle-Schleife resorbiert viel Natrium.
• Der dicke aufsteigende Teil der Henle-Schleife ist wasserundurchlässig.
• Flüssigkeiten bewegen sich ständig durch das Röhrensystem (Gegenstromprinzip).

Prozesse der Harnkonzentration

• Proximaler Tubulus: Initialer Prozess, isoosmolar.
• Absteigender Teil der Henle-Schleife: Wasser tritt aus, Osmolarität steigt.
• Aufsteigender Teil der Henle-Schleife:
  • Resorption von gelösten Stoffen.
  • Keine Wasserresorption.
  • Trägt zur Mark-Hyperosmolarität bei.
• Ständiger Kreislauf von Harnstoff (Harnstoffzyklus):
  • Harnstoff wird in der Leber bei der Desaminierung von Aminosäuren gebildet.
  • Er wird im Glomerulus filtriert (~4,5 mOsm/L). Im tubulären System steigt seine Konzentration in der absteigenden Henle-Schleife, die für Harnstoff undurchlässig ist.
  • Bei Dehydratation und hohem ADH wird das Sammelrohr im medullären Teil für Harnstoff durchlässig (besonders bei juxtamedullären Nephronen). Dies führt zur Harnstoffresorption ins Nierenmark, was etwa 20% zur hyperosmotischen Umgebung beiträgt.
  • Bei Dehydratation erhöht eine proteinreiche Ernährung die Harnstoffkonzentration, was die Anpassung an Austrocknung unterstützt (nicht immer empfohlen).

Vasa Recta

Ein weiterer wichtiger Faktor sind die Vasa Recta:

• Das Gefäßsystem des Nierenmarks ist spezialisiert, um ein Auswaschen der interstitiellen Hyperosmolarität zu verhindern.
• Funktionen:
  • Erhalten nur etwa 10% des renalen Blutflusses (gefäßarm).
  • Die Vasa Recta bilden ein Gegenstromaustauschsystem. Beim Abstieg ins Mark verlieren sie Wasser und gewinnen gelöste Stoffe. Beim Aufstieg zur Rinde gewinnen sie Wasser und verlieren gelöste Stoffe (mit Ausnahme von O₂ und Nährstoffen).
  • Sie ermöglichen die Aufrechterhaltung der Mark-Hyperosmolarität.
  • Die Vasa Recta sind nur im Nierenmark zu finden.