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2019.11.21.
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NIERENPHYSIOLOGIE, HOMÖOSTASE
DER EXTRAZELLULÄREN FLÜSSIGKEITSRÄUME (1)
Dr. Attila Nagy
2019
Die Nieren sind die wichtigsten Ausscheidungsorgane des Körpers.
Funktionen
1.Eliminierung: Sie eliminiert eine Reihe von überflüssigen
oder schädlichen Substanzen
2. Homeostase: Sie spielt eine Rolle in der Kontrolle des
Volumens und der Elektrolytzusammensetzung des
Extrazellulärraums.
Blutdruckregulation und Regulation des Säure-Basen-
Haushaltes
3. Intermediäres Stoffwechsel (Glukoneogenese)
4. Endokrine: Sie beteiligt in der Bildung von
1. Kreislafauktiven Hormonen
2. Kalzitriol (Mineralhaushalt)
3. Erythropoetin, Thrombopoetin
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Funktionelle Anatomie der Niere
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Die Nephrone sind die funktionellen Einheiten der Niere
Die Aufgaben der Nieren werden
von etwa 2,4 Mio Nephronen
wahrgenommen.
Jedes Nephron besteht aus
1. einem Glomerulus, in dem Plasmaflüssigkeit abfiltriert
wird und
2. dem Tubulussystem, dessen Transportsysteme letzlich
Urin aus dem Primärfiltrat herstellen.
Kortikale und juxtamedulläre Nephrone
1. Die Position des
Glomerulus
2. Die Länge der
Henle-Schleife
long-looped Nephrone,
(juxtamedullär)
short-looped Nephrone
(kortikal)
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Filtration
180 Liter/Tag
Grobe
Einstellung
der
Zusammen
setzung des
Urins
(grosse
Transportka-
pazität)Koncentrierung
Urin
1.5 Liter/Tag
Feineinstellung
der Zusammen-
setzung des
Urins (kleine
Transportka-
pazität)
Renale Durchblutung (Lernziele 52, 53)
A. renalis, Aa Interlobares,
Aa. Arcuatae, Aa. interlobulares.
Vasa afferentia
Die Kapillarschlingen
Die Vasa efferentia.
Die Vasa efferentia oberflächlich gelegener
Glomerula (kortikale Glomerula) geben die
peritubulären Kapillaren ab, die ein Gefässnetz
um die Tubuli in der Nierenrinde bilden.
Die Vasa efferentia aus tiefer gelegener
Glomerula (juxtamedulläre Glomerula) geben
die Vasa recta ab, die in lange Kapillarcshleifen in
das Nierenmark eintauchen.
Vasa recta und peritubuläre Kapillaren münden
schliesslich in die Vv. Interlobulares, die das
Blut über die Vv. arcuatae und Vv. Interlobares
zur V. renalis leiten.
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In der Niere sind
zwei Kapillarnetze
(Glomerulumkapillare und
peritubuläre Kapillaren bzw.
Vasa recta)
hintereinandergeschaltet.
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Renale Durchblutung
Normalerweise passiert etwa 20% des Herzzeitvolumens
die beiden Nieren. (RBF= 1.300 ml/min)
Die Nieren sind die bestdurchbluteten Organe des Körpers.
Funktionen der Niere
1. Glomeruläre Filtration
2. Tubuläre Funktionen (Reabsorption und Sekretion)
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Glomerulus
vas efferens
JUXTAGLOMERULÄRER APPARAT (JGA)
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Glomeruläre Filtration hängt von diesen ab:
1. Struktur des glomerulären Barriers2. Effektiver Filtrationsdruck3. Eigenschaften (Ladung, Grösse, Gewicht) der
filtrierenden Substanzen
Glomeruläre Filtrationsrate (GFR)Die pro Zeiteinheit filtrierte Flüssigkeitsmenge ist die
GFR (etwa 100-130 ml/Min)
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Die Struktur von einem Glomerulus
Glomerulärer Barrier
Endothelzelle der Glomerulumkapillaren
Basalmembran
Fussfortsätze der Podozyten
Glomerulärer Barrier ist Permselektiv
Endothelzelle der Glomerulumkapillaren (50-100 nm)
Basalmembran (3-5 nm)
Fussfortsätze der Podozyten (25 nm)
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Druckverhältnisse in den renalen Gefäßen
In Aorta und Nierenarterie findet beim Gesunden kein wesentlicher
Druckabfall statt, da der Wiederstand dieser Gefäßabschnitte sehr
gering ist.
Die A. interlobares weisen bereits einen deutlichen Wiederstand auf.
Die Vasa afferentia und die Vasa efferentia weisen den Größten
Wiederstand auf. Hier findet der Größte Druckabfall statt. Der
glomeruläre Apparat steht unter dem Einfluß einer Reihe von
Faktoren die den Wiederstand dieses Gefäßabschnittes modulieren:
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Die Kapillaren sind sehr kurz und sie haben einen sehr niedrigen
Wiederstand. Hier passiert kein Druckabfall.
Die Kapillaren münden in das Vas efferens.
Der relative hohe Widerstand in Vas efferens hält den Druck
in den Glomeruluskapillaren hoch und gewährleistet damit den
für eine normale Filtrationsrate erforderlichen Filtrationsdruck.
Die weiteren Gefäßabschnitte bieten dem Blutfluß einen geringenWiederstand.
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Glomeruläre Filtrationsrate (GFR)
Die pro Zeiteinheit filtrierte Flüssigkeitsmenge ist dieGFR Die GFR ist abhängig von:
der filtrierenden Fläche (F)der hydraulischen Leitfähigkeit des glomerulären
Filters (Lp)dem effektiven Filtrationsdruck (Peff)
GFR = Lp x F x Peff = Kf·Peff
Die hydraulische Leitfähigkeit (Lp) und die Filtrationsfläche(F) kann man als Ultrafiltrationskoefficient (Kf) zusammenfassen.
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Der effektive Filtartionsdruck ist die
Summe der hydrostatischen (pK- pG) und
kolloidosmotischen (πK - πG) Druckunterschiede zwischen
Glomeruluskapillare (pK,πK) und glomerulärem
Kapselraum (pG,πG).
Peff = ∆p - ∆ π = (pK- p G) - (πK - πG)
pK 45-55 Hgmm
p G 15 Hgmm
πK 26-30 Hgmm
πG ~ 0 Hgmm
Das pro Zeiteinheit filtrierte Volumen (glomeruläre
Filtrationsrate) ist eine Funktion der hydrostatischen und
onkotischen Druckgefälle über den glomerulären Filter.
Der kolloidosmotiche Druck wird im wesentlichen durch
die nicht filitierbaren Proteine hervorgerufen.
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Eigenschaften der filtrierenden Substanzen
- Ladung
- Grösse
- Gewicht
Substanz
Wasser
Harnstoff
Glukose
Rohrzucker
Inulin
Myoglobin
Eieralbumin
Hämoglobin
Serumalbumin
Molekular
gewicht (Da)
18
60
180
342
5500
17000
43500
68000
69000
Molekül-
radius (nm)
0,10
0,16
0,36
0,44
1,48
1,95
2,85
3,25
3,55
Sibkoeffizient
([X]Filtrat / [X]Plasma
1,0
1,0
1,0
1,0
0,98
0,75
0,22
0,03
<0,01
Molekül-
maße (nm)
5,4 x 0,8
8,8 x 2,2
5,4 x 3,2
15,0 x 3,6
Beziehungen zwischen Molekulargewicht, Molekülgröße und
glomerulärer Filtrierbarkeit
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Glomeruläre Filtration
Die glomeruläre Filtration ist Permselektiv. Diese
Seletivität verhindert normalerweise die Filtration der
meisten Plasmaproteine.
Moleküle mit einem Durchmesser > 5 nm und einem
Molekulargewicht >60 000 D können nicht passieren.
Negativ geladene Moleküle werden abgestossen.
(Meiste Plasmaproteine sind negativ geladen).
Das Primärfiltrat ist eiweißfreies und lipidfreies Plasma.
Clearance
Das Plasmavolumen das von einem gewissen Substanz(Inulin, Kreatinin usw. ) “geklärt“ wird.
C= U x V / P
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Bestimmung der Glomerulären Filtrationsrate
Die pro Zeiteinheit filtrierte Flüssigkeitsmenge ist als
glomeruläre Filtrationsrate genannt. Substanzen, die frei
filtriert werden weisen im Filtrat praktisch die gleiche
Konzetration auf wie im Plasma (P). Deswegen ist Ihre
filtrierte menge ist GFR x P. Die Substanzen die weder
resorbiert noch secerniert sind, sind im Urin in der gleichen
Menge wie im Filtrat. Ihre Ausscheidung (Me) kann so
gegeben werden:
Me = U x Vu= GFR x P
wo U die Konzetration der Substanz im Urin und Vu die Urin-stromstarke.P, U und Vu können gemessen werden, und danach kann man die GFR errechnen.
GFR= U x Vu / P
Das Polysaccharid Inulin ist frei filtrierbar und wird weder secerniert noch resorbiert. Deswegen kann es zur GFR-Bestimmung benutzt werden.
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Bestimmung der GFR
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Der GFR kann mit Hilfe von Kreatinin auch gemessen werden.
Diese Substanz ist auch frei filtrierbar und wird
weder secerniert noch resorbiert.
Ein Beispiel:
Kreatininkonzetration im Plasma (P) eines Patienten sei
0,1 mmol/l im Urin (U) 5 mmol/l, die Urinstromstärke
2 ml/min. C = U x Vu / P, so ist die GFR= 100 ml/min.
Normalwerte
RPF: 660 ml/min
(480-800 ml/min)
RBF: 1300 ml/min
(870-1540 ml/min)
Glomeruläre Filtrationsrate (GFR): 100-120 ml/min
Filtrationsfraktion (FF= GFR/RPF): ~ 0.2
Urinproduktion: 650-3500 ml/Tag, 0.5-20 ml/min
Osmolalität des Urins: 70-1200 mOsm/l
pH des Urins: 4.0-8.0
Specifisches Gewicht vom Urin: 1.001-1.038 (1.015-1.025)
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Autoregulation der Nierendurchblutung
Renale Durchblutung und
glomeruläre Filtration bleiben
bei Änderungen des Blutdrucks
(in dem Bereich von etwa
80 mmHg bis 180 mmHg )
weitgehend konstant.
Widerstandsregelung in den renalen Arteriolen
1.Prostaglandine
Eine Mangeldurchblutung des Nierenmarkes löst die Bildung
von vasodilatatorisch wirkenden Prostaglandinen aus.
2.Tubuloglomeruläres Feedback
Eine Zunahme der glomerulären Filtrationsrate führt zu einer
Zunahme des filtrierten Kochsalzes.
3.Myogene Vasokonstriktion
Die Nierengefässe bei Zunahme des intramuralen Druckes
(bei Blutdruckanstieg) reagieren mit einer myogenen Vaso-
konstriktion (Bayliss-Effekt)
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Tubulogromeruläres Feedback
GFR wird erhöht, und der Kochsalresorption kann nicht
mit der Filtration schritthalten. Deswegen ist größere Menge
NaCl im Tubuluslumen. Mehr Kochsalz akkumuliert in der
Macula densa und in den Epithelzellen des distalen Tubulus,
die mit dem Vas afferens in engem Kontakt sind. Zuhnahme
der Kochsalzkoncentration in der Macula densa kontrahiert
das zugehörige Vas afferens. Folge ist die Drosselung
der GFR.
Glomerulotubuläre Balance
Eine Zunahme der GFR ist in aller Regel mit einer
Proportional Zunahme der proximal-tubulären Resorption
verbunden. Na-Resorption und Transportraten (Glukose,
Aminosäure) steigen mit der GFR an, so daß die zusätzlich
filtrierten Mengen an Wasser und Substanzen am Ende des
proximalen Tubulus weitgehend wieder resorbiert sind.
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Nervale Kontrolle
Die Nieren stehen unter der Kontrolle von sympatischen
Nerven. Normaleweise weisen sie eine geringe Aktivität auf.
Beim Volumenmangel oder sonstiger Aktivierung des
Symphaticus senken die Nerven über Kontraktion von Aa.
Interlobulares soweie von Vasa afferentia und efferentia die
GFR.
Darüberhinaus stimulieren sie die tubuläre Resorption von
Na+, HCO3-, Cl- und Wasser.
Schließlich stimulieren die Nerven über ß1 Receptoren die
Ausschüttung von Renin. Die Reninausschüttung wird durch
α1-Rezeptoren gedrosselt.
