Nierenphysiologie & Kreislauf: Wasserhaushalt, Urinbildung & Blutdruck

Tägliche Wasserverluste

Der Körper verliert Wasser auf verschiedene Weisen:

• Insensible Verluste: Durch respiratorische Verdunstung und Diffusion über die Haut.
• Schweiß: Abhängig von körperlicher Aktivität und Umgebungstemperatur.
• Fäzes: Wasserverlust über den Stuhl.
• Urin: Der größte Anteil der täglichen Wasserverluste.

Hauptfunktionen der Nieren

Die Nieren sind essenziell für zahlreiche Körperfunktionen:

• Ausscheidung: Sie eliminieren Stoffwechselschlacken, Fremdstoffe, Medikamente und deren Metaboliten.
• Regulation des Wasser- und Elektrolythaushalts: Für die Aufrechterhaltung der Homöostase regulieren sie die Ausscheidung von Wasser und Elektrolyten.
• Hormonproduktion: Sie sind an der Produktion und Sekretion verschiedener Hormone beteiligt.

Regulation des arteriellen Blutdrucks

Langfristige Blutdruckregulation

Die Nieren regulieren den Blutdruck langfristig durch die Anpassung der Natrium- und Wasserausscheidung.

Kurzfristige Blutdruckregulation

Kurzfristig erfolgt die Regulation durch die Ausschüttung vasoaktiver Substanzen wie Renin, das zur Bildung vasoaktiver Produkte (z.B. Angiotensin II) führt.

Regulation des Säure-Basen-Haushalts

Die Nieren tragen zur Aufrechterhaltung des Säure-Basen-Gleichgewichts bei, indem sie Säuren ausscheiden und Puffersubstanzen in den Körperflüssigkeiten regulieren.

Regulation der Produktion roter Blutzellen

Die Nieren produzieren Erythropoietin, ein Hormon, das die Bildung roter Blutzellen (Erythropoese) im Knochenmark stimuliert.

Urinbildung: Grundprinzipien

Die Urinbildung ist ein komplexer Prozess, der sich aus drei Hauptschritten zusammensetzt:

• Filtration: Die anfängliche Trennung von Flüssigkeit und kleinen Molekülen aus dem Blut.
• Reabsorption: Die Rückführung nützlicher Substanzen aus dem Filtrat zurück ins Blut.
• Sekretion: Die aktive Abgabe von Abfallprodukten und überschüssigen Substanzen aus dem Blut in das Filtrat.

Die endgültige Ausscheidung über den Urin lässt sich somit als Filtration minus Reabsorption plus Sekretion zusammenfassen.

Glomeruläre Filtrationsrate (GFR)

Die glomeruläre Filtration ist der Prozess, bei dem Flüssigkeit und gelöste Stoffe aus den glomerulären Kapillaren in die Bowman-Kapsel filtriert werden. Das resultierende Filtrat ist praktisch proteinfrei und enthält Salze sowie organische Moleküle in ähnlicher Konzentration wie im Plasma.

Besonderheiten der GFR

Die glomeruläre Filtrationsrate ist im Vergleich zu anderen Kapillaren des Körpers besonders hoch. Dies liegt an einem höheren hydrostatischen Druck in den glomerulären Kapillaren und einem erhöhten kapillären Filtrationskoeffizienten.

Etwa 20% des Plasmas, das die Nieren durchfließt, wird in den glomerulären Kapillaren filtriert.

Nettofiltrationsdruck

Der Nettofiltrationsdruck ist die Summe aller hydrostatischen und kolloidosmotischen Kräfte, die die Filtration durch die glomerulären Kapillaren fördern oder hemmen.

Kräfte, die die Filtration beeinflussen

Die Filtration in den Glomeruli wird durch ein Zusammenspiel verschiedener Drücke bestimmt:

1. Glomerulärer hydrostatischer Druck (innerhalb der Kapillare): Fördert die Filtration.
2. Hydrostatischer Druck in der Bowman-Kapsel (außerhalb der Kapillare): Hemmt die Filtration.
3. Kolloidosmotischer Druck der Plasmaproteine (innerhalb der Kapillare): Hemmt die Filtration.
4. Kolloidosmotischer Druck der Proteine in der Bowman-Kapsel: Fördert die Filtration (normalerweise vernachlässigbar, da kaum Proteine in der Kapsel sind).

Anatomie und Funktionen der Nieren

Die Nieren sind retroperitoneale Organe, die sich etwa auf Höhe der Wirbel T11 bis L3 befinden. Jede Niere gliedert sich in eine Rinde (Cortex) und ein Mark (Medulla) und enthält etwa 1,25 Millionen Nephrone, die funktionellen Einheiten der Niere. Das Nierenmark ist in 8-15 Pyramiden unterteilt.

Sie regulieren zahlreiche Aspekte der Körperhomöostase, darunter:

• Die Osmolalität und das Volumen der Körperflüssigkeiten.
• Den Elektrolythaushalt.
• Das Säure-Basen-Gleichgewicht.
• Die Ausscheidung von Stoffwechselprodukten und Fremdstoffen.
• Die Produktion und Sekretion von Hormonen.

Tubuläre Prozesse: Reabsorption und Sekretion

Tubuläre Reabsorption

Die tubuläre Reabsorption ist der Prozess, bei dem nützliche Substanzen aus dem Filtrat zurück ins Blut gelangen. Im proximalen Tubulus werden etwa 65% der filtrierten Natrium- und Wassermenge sowie ein geringerer Prozentsatz an Chlorid reabsorbiert, bevor das Filtrat die Henle-Schleife erreicht.

Sekretion von Säuren und Basen

Im proximalen Tubulus werden verschiedene organische Säuren und Basen aktiv sezerniert. Dazu gehören Gallensalze, Oxalat, Harnsäure, Katecholamine sowie viele Medikamente und giftige Chemikalien.

Wasser- und Stofftransport in der Henle-Schleife

Dünner absteigender Schenkel

Dieser Abschnitt ist hochgradig wasserdurchlässig, aber nur mäßig durchlässig für gelöste Stoffe wie Harnstoff und Natrium. Über 20% des filtrierten Wassers werden in der Henle-Schleife reabsorbiert, wobei ein signifikanter Anteil in diesem Segment erfolgt.

Dicker aufsteigender Schenkel

Dieser Teil der Henle-Schleife ist wasserundurchlässig, reabsorbiert aber aktiv Natrium (Na+), Chlorid (Cl-) und Kalium (K+). Über 25% der filtrierten Mengen an Na+, Cl- und K+ werden in diesem speziellen Segment der Henle-Schleife absorbiert. Auch Kalzium (Ca2+) und Magnesium (Mg2+) werden hier reabsorbiert.

Dünner aufsteigender Schenkel

Der dünne aufsteigende Schenkel hat eine deutlich geringere Reabsorptionskapazität als der dicke aufsteigende Schenkel.

Distaler Tubulus und Sammelrohre

Der distale Tubulus und die Sammelrohre sind die letzten Segmente, in denen die Urinzusammensetzung feinjustiert wird. Sie enthalten zwei Hauptzelltypen:

• Hauptzellen (Chief Cells): Verantwortlich für die Natrium-Reabsorption und Kalium-Sekretion, hauptsächlich über die Na+/K+-ATPase.
• Schaltzellen (Intercalated Cells): Sezernieren intensiv Wasserstoffionen (H+) über H+-ATPasen und sind wichtig für die Säure-Basen-Regulation.

Funktionelle Merkmale der späten Tubulussegmente

Diese letzten Segmente des Nephrons weisen spezifische funktionelle Eigenschaften auf:

• Sie sind weitgehend undurchlässig für Harnstoff.
• Die Rate der Natrium-Reabsorption wird hier maßgeblich durch Aldosteron kontrolliert.
• Schaltzellen sezernieren aktiv Wasserstoffionen (H+).
• Die Wasserdurchlässigkeit in diesen Segmenten wird durch die Konzentration des antidiuretischen Hormons (ADH) reguliert.

Medulläre Sammelrohre

Die medullären Sammelrohre sind ebenfalls wichtig für die Feinabstimmung des Urins:

• Ihre Wasserdurchlässigkeit wird durch ADH reguliert.
• Sie sind durchlässig für Harnstoff, was zur Aufrechterhaltung des osmotischen Gradienten im Nierenmark beiträgt.
• Sie sezernieren Wasserstoffionen (H+).

Grundlagen der Kreislauffunktion

Die Kreislauffunktion ist entscheidend für die Versorgung der Gewebe:

1. Der Blutfluss zu den Geweben des Körpers wird stets präzise an deren Bedürfnisse angepasst.
2. Das Herzzeitvolumen wird hauptsächlich durch die Summe aller lokalen Gewebedurchblutungen bestimmt.
3. Der Blutdruck wird unabhängig von der lokalen Durchblutung durch die Kontrolle des Herzzeitvolumens (HZV) und des peripheren Widerstands (PR) reguliert.

Querschnittsfläche des Gefäßsystems

Das arterielle System des Menschen ist durch seine Verzweigungen charakterisiert. Die Gesamtquerschnittsfläche der kleineren Gefäßäste ist dabei stets größer als die Querschnittsfläche des ursprünglichen Hauptstammes (z.B. der Aorta).

Blutstromgeschwindigkeit

In einem Gefäßsystem, das sowohl breite als auch schmale Segmente aufweist, verhält sich die Geschwindigkeit des Blutes in den beiden Segmenten umgekehrt proportional zu ihrer jeweiligen Querschnittsfläche.

Blutfluss (Blutmenge)

Der Blutfluss bezeichnet die Blutmenge, die in einem bestimmten Zeitraum eine bestimmte Stelle im Kreislauf passiert.