Grundlagen der Anatomie und Physiologie. Niere. Prof. Dr. Susanne Koch Molekulare Pharmakologie.

Grundlagen der Anatomie und Physiologie Niere

Prof. Dr. Susanne Koch Molekulare Pharmakologie

E-Mail: Susanne.Koch@cup.uni-muenchen.de

• Einführung: Allgemeine Nierenaufgaben und -anatomie

• Glomeruläre Filtration und Nierendurchblutung

• Mechanismen und Regulation der renalen Na

-Resorption

• Wasserhaushalt und Regulation der H

O-Ausscheidung

• Mechanismen und Regulation des renalen K

-Transports

Niere, Wasser und Elektrolythaushalt: Gliederung der Vorlesung

Wasserresorption in den verschiedenen Tubulusabschnitten

H₂O-Load 180 l/d 100%

H₂O-Load 180 l/d 100%

ADH↓ ADH↑

Wasserdiurese Antidiurese

Wasserresorption im proximalen Tubulus

Der Wasserfluss (𝑉 _𝐻

2𝑂)

•Antrieb: eine osmotische Druckdifferenz (DOSM), erzeugt durch Teilchentransport.

•Bei gegebenem DOSM hängt 𝑉 _𝐻

2𝑂 von der hydraulischen Leitfähigkeit der Membran (Lp) ab: 𝑉 _𝐻

2𝑂 = 𝐿𝑝 ∙ ∆𝑂𝑆𝑀

Merke:

1 Teilchentransport

2 Wasserfluss (hauptsächl. transzellulär, da große Zelloberfläche, kleine TJ-Oberfläche).

Na⁺- und H₂O werden zu gleichen Teilen resorbiert, wie sie im Plasma vorkommen, die Tubulusflüssigkeit bleibt (quasi) isoton („isotone Resorption“).

Dennoch muss es eine transepitheliale osmotische Druckdifferenz geben (s. oben), wenn auch minimal (3-5 mosm/l).

Na

-K

-ATPase und NKCC2 in der aufsteigenden Henle-Schleife sind der Motor der Harnkonzentrierung

„Einzeleffekt“: D OSM ca. 200 mOsm/kg

ADH

dicke aufsteigende Henle-Schleife

Der Gegenstrommultiplikator der Henle-Schleife

Ein interstitieller kortiko-medullärer osmotischer Gradient ermöglicht die Harnkonzentrierung

Anstieg der interstitiellen [NaCl] v.a. im äußeren Nierenmark (ca. 300 mM)

Anstieg der interstitiellen [Harnstoff] v.a. im inneren Nierenmark (ca. 600 mM)

ADH verstärkt die NaCl- und Harnstoff- Akkumulation im Nierenmarkinterstitium Konzentrierungsfähigkeit hängt von der Länge des Gegenstromsystems ab.

Konzentration (mM)

Cortex Aussenmark Innenmark

Urin 1200 mOsm

Durch den osmotischen Gradienten im Nierenmark kann die Niere einen unterschiedlich stark konzentrierten Urin bilden

Das Gegenstromsystem generiert einen osmotischen Gradienten zur Papilla hin

Die Tubulusflüssigkeit verläßt die Henle- Schleife zwar hypoton

das Sammelrohr führt sie aber dann zurück durch das zunehmend hypertone

Interstitium.

Der Osmolaritätsgradient ([Osm]_int > [Osm]_TF) treibt die H₂O-Resorption,

deren Ausmaß (und somit die

[Osm]_Urin) von der H₂O-Permeabilität des Sammelrohrs abhängt.

Die H₂O-Permeabilität des Sammelrohrs hängt vom ADH ab.

Regulation der Wasserpermeabilität der Sammelrohrhauptzelle: ADH und Aquaporin 2

ADH: Antidiuretisches Hormon (Adiuretin, Vasopressin, Arginin-Vasopressin (AVP)) Rezeptoren: V2 (v.a. Niere), V1A, V1B (v.a. in Blutgefäßen)

Medical Physiology; Boron, Boulpaep, 3. Auflage, Seite: 818; Abb 38.9

Hypothalamische Osmorezeptoren erfassen Störungen der Plasmaosmolalität und somit des Wasserhaushalts

3. Ventrikel

Hypophysen- hinterlappen

Ncc. Supraopticus et paraventricularis ADH-sezernierende

(magnozelluläre) Zellen.

Osmorezeptoren

ADH:

Regulation der renalen Wasserausscheidung Durstgefühl

Area hypothalamica lateralis

In der Regel gilt:

• Wassermangel:

Plasmaosmolalität ↑

• Wasserüberschuss:

Plasmaosmolalität ↓

Aus Bear, Connors, Paradiso: Neurowissenschaften 4.

Auflage, 2018, Springer

(Mutmaßliche) Funktionsweise hypothalamischer Osmorezeptoren

Hyperosmolarität (H₂O-Mangel):

• [Osm]_Plasma >290 mOsm

• Osmorezept. schrumpfen (H₂O-Ausstrom)

• →Kationenkanäle öffnen

• →Depolarisation → ↑ AP-Frequenz

• →ADH-Freisetzung↑

• Gesteigertes Durstgefühl

Ausgeglichener H₂O-Haushalt:

• [Osm]_Plasma normal (290 mOsm)

• Osmorezept. leicht depolarisiert

• →Basale ADH-Freisetzung

• Kein Durstgefühl

Hypoosmolarität (H₂O-Überschuss):

• [Osm]_Plasma <290 mOsm

• Osmorezept. schwellen (H₂O-Einstrom)

• →Kationenkanäle schließen

• →Hyperpolarisation →↓AP-Frequenz

• →ADH-Freisetzung

• Kein Durstgefühl

ADH ↑ Antidiurese

ADH

↔

ADH ↓ Diurese

Regulation der ADH-Freisetzung und Wirkung von ADH

Harnstoffzirkulation in der Niere erhöht die interstitielle Osmolarität des Nierenmarks

Harnstoff (HS)

• Im Glomerulus frei filtrierbar

• 50% proximal resorbiert

• 100% kommen im dist.

Tubulus an, d.h. 50% sind hinzugekommen

• Im kortikalen und Aussenmark-

Sammelrohr findet eine erhebliche Resorption von H₂O aber nicht von HS statt

→ [HS] im Sammelrohr

↑↑(bis zu 700 mM)

• Sammelrohr im Innenmark HS-permeabel, so dass HS entlang des Konzentrations- Gradienten aus dem

Sammelrohr ins Interstitium diffundiert

• → die [HS] im Interstitium steigt auf bis zu 700 mM

Unterschiedliche Na⁺- und HS- Permeabilitäten in den dünnen Schenkeln der Henle-Schleife bewirken die NaCl

Konzentrierung im Innenmark.

Vasa recta

Die Vasa recta als "Gegenstromaustauscher" erhalten den osmotischen Gradient im Nierenmark aufrecht

Problem:

Wie kann

• das Mark mit Blut versorgt und

• die ins Interstitium aus Henle- Schleife und Sammelrohr ständig einströmende Menge an H

O und Teilchen abtransportiert werden,

• OHNE den axialen (Längs-) osmotischen Gradienten auszuwaschen?

Lösung:

Das Gegenstromprinzip gilt auch in den Vasa recta, die ebenfalls eine

„Haarnadel“ Form haben

Medical Physiology; Boron, Boulpaep, 3. Auflage, Seite: 722; Abb 33.1

Die Vasa recta als "Gegenstromaustauscher" erhalten den osmotischen Gradient im Nierenmark aufrecht

Fazit:

• Vasa rectae "Haarnadelform":

• Postglomerulär, dünn, lang: ⇨P_Kap niedrig, P_Kap hoch ⇨ begünstigt die Resorption

• Wasserflüsse „kurzgeschlossen“

• Teilchen rezirkulieren („gefangen“) ⇨

"Auswaschwirkung" minimiert

• Funktion passiv (daher "Austauscher" vgl.

Henle-Schleife: "Multiplikator") Dennoch:

• Die aufsteigenden Vasa recta führen Netto H₂O und Teilchen ab (Resorption aus

Sammelrohr und Henle-Schleife)

• [Osm], V_aus > Osm], V_ein

• "Washout" des Gradienten wird trotzdem nicht komplett verhindert (Druckdiurese) V: Kapillarstromstärke

Die Vasa recta als "Gegenstromaustauscher„ Der 𝑃

im Nierenmark

𝑃

in den absteigenden V. recta > 𝑃

in den aufsteigenden V. recta

O

diffundiert entlang des Partialdruckgefälles

aus der absteigenden in

die aufsteigenden V. recta (vgl.

Wasser)

𝑃

an der Papillenspitze ~10 mmHg

Cort ex Ni er enmark

Druckdiurese – steigt der Blutdruck, steigt die Urinausscheidung

Die erhöhte Harnausscheidung bei

↑Blutdruck (Druckdiurese) ist ein Schutzmechanismus des Körpers.

Mechanismen:

• ↑ Blutdruck  ↓ADH-Ausschüttung

• ↓H

O-Permeabilität des Sammelrohrs

• ↓kortikomedullärer osmotischer Gradient im Nierenmark

• Evtl. ↑Markdurchblutung

(juxtamedulläre Nephrone sind nur schwach autoreguliert)→

„Auswaschen“ des

kortikomedullären osmotischen Gradienten

• Kommt der ↑BP wg. ↑EZV zustande

→↑ANP-Freisetzung

→ ↓ Na-Resorption (Sammelrohr)

→ ↑ Markdurchblutung (wie oben)

Guyton, Hall: Textbook of Medical Physiology 12.th edition 201, Saunders; page 319;

Fig. 26-17

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!