Tubuläre Funktion der Niere: Rückresorption, Sekretion und Regulation

Tubuläre Funktion

Die integrativen Funktionen der Niere.

Tubuläre Rückresorption

Proximaler Tubulus: 65%
Henle-Schleife: 15%
Distaler Tubulus: 10%

Diese Bereiche tragen zusammen zu 90% der Rückresorption bei; die verbleibenden 10% erfolgen in den Sammelröhren, wobei von der resorbierbaren Menge meist 9/10 wieder aufgenommen werden und beim Wasserlassen weniger als 1/10 verloren geht.

Peritubulärer Kapillaraustausch

Kräfte, die die peritubuläre Resorption fördern:

• Interstitieller hydrostatischer Druck: 6 mmHg
• Kolloid-osmotischer Druck in peritubulären Kapillaren: 32 mmHg

Kräfte, die der Resorption entgegenwirken:

• Kapillärer hydrostatischer Druck: 13 mmHg
• Interstitieller kolloid-osmotischer Druck: 15 mmHg

Die resorbierenden Kräfte betragen insgesamt 38 mmHg, die entgegenwirkenden Kräfte 28 mmHg; daraus ergibt sich ein effektiver Nettowert für die Resorption von etwa 10 mmHg.

Tubulärer Transportmechanismus

Proximaler Tubulus

Die Na+/K+-ATPase an der basolateralen Membran erhält eine niedrige intrazelluläre Natriumkonzentration und ein intrazelluläres Membranpotenzial von etwa -70 mV. Sekundär aktiver Transport gekoppelt an Na+ ermöglicht die Resorption von Glukose, Aminosäuren und Bicarbonat.

Im letzten Teil des proximalen Tubulus werden Bicarbonat, Glukose und Aminosäuren nahezu vollständig resorbiert. Im frühen proximalen Tubulus dominiert die Bicarbonatresorption, in bestimmten Abschnitten vorwiegend die Resorption von Natriumchlorid.

Schleife von Henle

• Absteigender Schenkel: vorwiegend wasserdurchlässig (Wasser folgt osmotisch)
• Aufsteigender Schenkel: Resorption von Cl-, Na+, K+, Mg2+, Ca2+ (dicker aufsteigender Teil ist wasserundurchlässig)

Distale Tubuli und Sammelröhren

Erster Abschnitt

Die resorbierbare NaCl-Menge wird durch einen Na+- und Cl--Cotransporter an der apikalen Membran aufgenommen. Dieser Abschnitt ist, ähnlich wie der dicke aufsteigende Teil der Henle-Schleife, für Wasser weitgehend undurchlässig.

Letzter Abschnitt

Im letzten Abschnitt des distalen Tubulus erfolgt die Na+-Rückresorption in den Hauptzellen (principal cells) über apikale Natriumkanäle; der Transport wird durch elektrochemische Gradienten vermittelt.

Tubuläre Sekretion

Wesentliche Sekretionsprodukte im distalen Tubulus und Sammelrohr sind u. a. Wasserstoffionen und Kalium:

Wasserstoffionen

H+-Sekretion erfolgt durch primär aktive H+-ATPasen in den interkalierten Zellen (Typ A) sowie durch H+/K+-Austauscher in bestimmten Segmenten.

Kalium

Kalium wird insbesondere von den Hauptzellen ausgeschieden; die Sekretion beruht auf den elektrochemischen Gradienten und der Aktivität der Na+/K+-ATPase (basolateral). Aldosteron steigert die Aktivität der Na+/K+-ATPase und die Expression apikaler K+-Kanäle und fördert so die Kaliumausscheidung.

Aktive Transportmechanismen (Auswahl)

• Natrium-Resorption durch:
  • Na+-Solut-Cotransporter
  • Na+/H+-Antiporter (Gegenstrom)
  • NaCl-Transport
  • Aldosteron-induzierte Na+-Kanäle (apikal)
• Begleitende Transportvorgänge: Wasser-, Chlorid-, Bicarbonat- und Harnstofftransport

Reabsorption und Sekretion von Kalium

Kaliumionen werden im proximalen Tubulus überwiegend resorbiert; Sekretion findet in späteren Abschnitten des Nephrons statt, besonders im distalen Nephron und im Sammelrohr. Im distalen Tubulus existieren sekretorische Zellen (interkalierten Zellen) und Hauptzellen, die jeweils resorbieren oder sezernieren können.

Wasserhaushalt

Wasser wird im proximalen Tubulus weitgehend isosmotisch resorbiert. Die Wasserrückresorption in distalen Tubuli und Sammelrohren ist abhängig von der Aktivität von ADH (antidiuretischem Hormon).

Hormonelle Kontrolle der tubulären Rückresorption

Aldosteron

Aldosteron induziert die Bildung und Aktivität von Natriumkanälen in der apikalen Membran der distalen Tubulus- und Sammelrohrzellen und fördert so die Na+-Resorption.

Angiotensin II

Angiotensin II erhöht die Aldosteronsekretion und beeinflusst die efferente Arteriole (vasokonstriktorisch), wodurch der glomeruläre Kapillardruck steigt. Dies hat zwei Folgen:

• Abnahme des hydrostatischen Drucks in den peritubulären Kapillaren
• Erhöhung des kolloid-osmotischen Drucks in den peritubulären Kapillaren

Angiotensin II stimuliert außerdem die Aktivität der Na+/K+-Pumpe im proximalen Tubulus.

Antidiuretisches Hormon (ADH)

ADH steuert die Wasserdurchlässigkeit in distalen Tubuli und Sammelrohren (Einbau von Aquaporinen).

Atrialer natriuretischer Peptid (ANP)

Von den Vorhöfen freigesetzt, hemmt ANP die Freisetzung von Aldosteron in der Nebennierenrinde und reduziert damit indirekt die Na+- und Wasserresorption.

Tubulärer Transport: Last, Schwelle und Maximum

Tubuläre Last = Plasmakonzentration × GFR

Threshold (Schwellenkonzentration) ist die Plasmakonzentration, bei der die tubuläre Transportkapazität überschritten wird und der Stoff im Urin erscheint. Beispiel: Die Glukose-Schwelle beträgt etwa 180 mg/100 ml (180 mg/dl); die maximale Transportkapazität (Tm) für Glukose liegt bei etwa 320 mg/min.

Plasma-Clearance

Die Clearance eines Stoffes ist das Volumen Plasma, das pro Minute von diesem Stoff gereinigt wird. Formel:

C = (Urinkonzentration × Urinfluss) / Plasmakonzentration

Die Clearance kann durch glomeruläre Filtration, tubuläre Sekretion oder beide Mechanismen verursacht werden. Beispiele zur Bestimmung der GFR sind die Clearance von Inulin oder die abgeschätzte Clearance über Kreatinin; für die effektive Plasmaclearance von organischen Anionen verwendet man PAH (Para-Aminohippursäure).

Osmolaritäts-Clearance

Cosm = (Urinosmolarität × Urinfluss) / Plasmaosmolarität

Freie Wasserclearance (free water clearance) ist ein Maß dafür, ob die Niere hypotone oder hypertonen Urin produziert.

Gegenstrom-Mechanismus

Systeme zur Erzeugung eines hypertonen Nierenmarks und beteiligte Faktoren:

• Sekundär aktiver Natriumtransport
• Hufeisenform der Schleife der Henle (hairpin loop)
• Wasserundurchlässigkeit des dicken aufsteigenden Teils der Henle-Schleife
• Wirkung der Vasa recta (Gegenstrom-Austauscher)
• Recycling von Harnstoff zwischen Mark-Sammelröhren und Zweigen der aufsteigenden Henle-Schleife

Die ersten drei Mechanismen bilden den Gegenstrom-Multiplikator; die Vasa recta wirken als Gegenstrom-Wärme- und Stoffaustauscher.

Regulation der Osmolarität

1. Osmorezeptoren und ADH

Osmorezeptoren befinden sich im praoptischen Bereich des Hypothalamus, insbesondere im AV3V-Bereich; sie steuern die ADH-Sekretion.

2. Durstzentrum

Durstzentren liegen im anterolateralen praoptischen Bereich des Hypothalamus. Ein Anstieg der extrazellulären Natriumkonzentration um etwa 2 mEq/l (oder eine Erhöhung der Osmolarität um ~4 mOsm/kg) kann Durst auslösen.

Auslöser des Durstgefühls:

• Erhöhung der extrazellulären Osmolarität
• Abnahme des extrazellulären Volumens und des Blutdrucks
• Abnahme von extrazellulärem und intrazellulärem Kalium
• Angiotensin II und III
• Trockenheit der Rachenschleimhaut

3. Reflexe und hormonelle Einflüsse

Beispielsweise hemmt der Gauer-Henry-Reflex die ADH-Sekretion unter bestimmten Bedingungen.

Regulation der Natriumausscheidung

Natriumaufnahme: etwa 150 mmol pro Tag. Die filtrierte Menge Natrium beträgt etwa 2600 mEq/Tag, während ca. 150 mEq/Tag ausgeschieden werden.

Aldosteron ist ein Steroidhormon, das in der Zona glomerulosa der Nebennierenrinde produziert wird; die Höhe der Aldosteronsekretion wird vor allem durch das Renin-Angiotensin-System reguliert. Die Wirkungen von Aldosteron umfassen eine Erhöhung des aktiven Natriumtransports in distalen Tubulus und Sammelrohr sowie die Förderung der Kaliumausscheidung. Auf diese Weise reguliert Aldosteron die Natriumbilanz des Körpers.