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978-3-437-58072-7
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Abb. 2.1

[L106]
Die wichtigsten Funktionsgrößen der NiereNierenfunktionParameter
Abb. 2.2

[L106]
Autoregulation mit Konstanz der GFR
Abb. 2.3

[L106]
Clearance für verschiedene Stoffe
Abb. 2.4

[L106]
Aus Kreatin (links) entsteht durch Zyklisierung Kreatinin (rechts).
Abb. 2.5

[L106]
Resorptionsmechanismen im proximalen Tubulus
Abb. 2.6

[L106]
Rückgewinnung von Bikarbonat durch Ansäuerung des HarnsHarnAnsäuerung; der PhosphatpufferPhosphatpuffer HPO42− verhindert ein Absinken des pH auf < 4,5.
Abb. 2.7

[L106]
Wirkungsweise von Diuretika.DiuretikaWirkungsweise
a In der dicken aufsteigenden Henle-Schleife greifen Schleifendiuretika wie Furosemid an und bewirken eine massive Diurese und Salzausscheidung, daneben aber auch einen Kaliumverlust.
b Im Sammelrohr hemmen Diuretika wie Amilorid die Rückresorption von Na+, jedoch mit dem Risiko einer sich ausbildenden Hyperkaliämie.
Abb. 2.8

[L106]
Symport von Glukose und Natrium und Abgabe ans Blut
Abb. 2.9

[L106]
Ionentransport im Nephron. In der Tabelle werden die Wiederfindungsraten in Prozent der filtrierten Mengen wiedergegeben.
Abb. 2.10

[L157]
Harnsäure
Abb. 2.11

[L106]
OxalsäureOxalsäure
Abb. 2.12

[L157]
Harnstoff
Abb. 2.13

[L106]
Harnstofftransport im Nephron
Abb. 2.14

[L106]
Darstellung der in verschiedenen Anteilen von Tubuluslumen und Sammelrohr verbleibenden Flüssigkeitsmenge (in Prozent des Ultrafiltrats) in ihrem Bezug zur osmotischen Konzentration des umgebenden Interstitiums
Abb. 2.15

[L106]
Synthese von Wasserkanälen infolge der ADH-Wirkung
Abb. 2.16

[L106]
Antidiurese bei Flüssigkeitsmangel
Abb. 2.17

[L106]
Wasserdiurese bei Flüssigkeitsüberschuss
Abb. 2.18

[L106]
Aldosteron
Abb. 2.19

[L106]
Wirkungen der Hormone ADH, Aldosteron und ANP an den Sammelrohren der Niere
Abb. 2.20

[L106]
Komponenten des Gegenstromprinzips (Hst = Harnstoff)
Abb. 2.21

[L157]
Temperaturausgleich zwischen arteriellem und venösem Blut durch das Gegenstromprinzip
Abb. 2.22

[L106]
Gegenstromkonzentrierungsmechanismus der Niere
Abb. 2.23

[L106]
Juxtaglomerulärer Apparat: Glomerulus mit afferenter und efferenter Arteriole (Gefäßpol), distaler Tubulus mit in die Wandung integrierter Macula densa und Renin-bildende Zellen als Bestandteil der Wandung der afferenten Arteriole, mit Kontakt zur Macula densa
Abb. 2.24

[L157]
Verteilung des Körperwassers
Abb. 2.25

[L157]
Verteilung von Ionen (mmol/l) und Proteinen (Näherungswerte – die Literaturangaben schwanken zum Teil erheblich)
Abb. 2.26

[L106]
Modell der Natrium-Kalium-Pumpe in Zellmembranen. Sie befördert unter Spaltung eines ATP-Moleküls 2 K+-Ionen von außen ins Zellinnere und 3 Na+-Ionen von innen nach außen.
Abb. 2.27

[G129]
Modell eines Wasserkanals, der unter Einwirkung von ADH in die Sammelrohre eingebaut wird
Abb. 2.28

[L106]
Wasserströmungen bei verschiedenen Formen der Dehydratation
Abb. 2.29

[L157]
Anpassungsvorgänge der Zellen
Abb. 2.30

[L106]
Überführung der Nahrungsbestandteile in Energie (Wärme und ATP), H2O und CO2
Abb. 2.31

[L190, L252]
Jegliche Nahrung („Substrate“) wird in Säure umgewandelt.
Abb. 2.32

[L190]
Ursachen von pH-Wert-Verschiebungen und ihre Pufferung
Abb. 2.33

[L157]
In der Leber wird Ammoniak an Glutaminsäure gebunden, wodurch Glutamin entsteht.
Abb. 2.34

[L106]
Bildung von Ammoniak aus Glutamin; Pufferung des Urins
Abb. 2.35

[L157]
Harnstoffbildung in der Leber unter normalen Bedingungen (links) und bei Azidose des Serums (rechts)
Abb. 2.36

[L106]
Phosphatpuffer der Niere
Abb. 2.37

[L231]
H+/K+-Antiporter der Sammelrohre
WasserbilanzWasserbilanz
Wasseraufnahme/Tag [l] | Wasserabgabe/Tag [l] | |
flüssige Nahrung | ca. 1,3 | |
in feste Nahrung integriert | 0,7 | |
Oxidationswasser | 0,3 | |
Niere | ca. 1,4 | |
Perspiratio (in)sensibilis (Haut + Atmung) | 0,8 | |
Darm | 0,1 |
Ionale Konzentrationen in den Räumen des Organismus. Die hinsichtlich der Gesamtosmolarität im Vordergrund stehenden An- und Kationen sind durch Fettung hervorgehoben.
Extrazellulär [mmol/l] | Intrazellulär [mmol/l] | |
Kationen (positiv geladen) | ||
Natrium (Na+) | 140 | 14 |
Kalium (K+) | 4–5 | 145 |
Calcium (Ca2+) | 2,4 | 0,0001 |
Magnesium (Mg2+) | 0,9 | 1,6 (gebunden > 20) |
Anionen (negativ geladen) | ||
Chlorid (Cl−) | 100–110 | 4 |
Phosphat (HPO42−) | 2 | 30 |
Bikarbonat (HCO3−) | 25 | 12 |
Proteine (intravasal) | 15 | |
Proteine (interstitiell) | 1 | 55 |
organische Phosphate wie ATP | 6 | 55 |
Tagesbedarf der wichtigsten Ionen IonenTagesbedarfNatriumTagesbedarfCalciumMagnesiumKaliumTagesbedarfPhosphatTagesbedarfChloridTagesbedarfIonenKörpergehaltNatriumKörpergehaltCalciumMagnesiumKaliumKörpergehaltPhosphatKörpergehaltChloridKörpergehalt
Ionen (Mineralien) | Tagesbedarf | Körpergehalt |
Natrium (Na+) | 2 g (= 5 g NaCl) laut WHO, 550 mg laut DGE |
90 g |
Kalium (K+) | 2 g | 200 g |
Calcium (Ca2+) |
|
1.200 g |
Magnesium (Mg2+) |
|
20 – 25 g |
Chlorid (Cl−) | 3 g (5 g NaCl) laut WHO, 830 mg laut DGE |
70 g |
Phosphat (H2PO4-) | 700 mg | 900 g |
Tagesbedarf wichtiger SpurenelementeSpurenelementeZinkTagesbedarfSelenEisenKupferIodidChromSpurenelementeZinkKörpergehaltSelenEisenKupferIodidChrom
Ionen (Spurenelemente) | Tagesbedarf | Körpergehalt |
Zink | 10 mg | 2 g |
Selen | 1 µg/kg KG; laut DGE 70 µg | 20 mg |
Eisen |
|
3–5 g |
Kupfer | 1–1,5 mg | 60–100 mg |
Iodid |
|
10–20 mg |
Chrom | 30–100 µg | 6 mg |
Urologie - Physiologie
2.1
Niere
2.1.1
Aufgaben
Ultrafiltrat
Exkurs
Die Autoregulation wird durch den Strömungswiderstand sowohl in den Aa. interlobulares als auch in den afferenten Arteriolen bestimmt und einreguliert, ergänztArteria(-ae)interlobulares (Ren) durch die Funktion der Macula densa (s. später). Dabei springen allerdings die Zwischenläppchenarterien nur dann zusätzlich ein, wenn bei sehr hohen Drücken die afferenten Arteriolen überfordert wären. Verstehen kann man die Autoregulation als Funktion der Gefäßwand, deren Muskelzellen sich bei zunehmenden Drücken kontrahieren und damit das Gefäßlumen verengen auf eine Weise, dass sich Blutdruck und Gefäßwiderstand genau aneinander ausrichten, wodurch am Übergang zu den Kapillaren sozusagen immer dasselbe Blutvolumen ankommt. Bei abnehmenden Drücken vermag das nunmehr erweiterte Gefäßlumen bis zu einem systolischen Druck von 80 mmHg den effektiven Filtrationsdruck stabil zu erhalten, doch ist damit die Arteriole an der Grenze ihrer Regulationsfähigkeit angekommen, weil ihre Dilatation vollständig ist. Noch weiter abfallende Drücke vermindern nun zunehmend den im Glomerulus ankommenden Filtrationsdruck, bis bei einem Blutdruck unterhalb 50 mmHg die Filtrationskraft erloschen ist.
Hinweis des Autors
Die Drücke und ihre Veränderungen bzw. Auswirkungen wurden an Rattennieren gemessen und auf menschliche Nieren übertragen. Dies gilt auch für den Bereich der Autoregulation, der eigentlich definitionsgemäß bis zu einem mittleren Blutdruck von 170–180 mmHg wirksam bleiben soll, während die Filtrationsrate danach kontinuierlich ansteigt. Gemessen bzw. hochgerechnet wurden die Filtrationsraten bis über 240 mmHg hinaus.
Das wesentliche Problem bei diesen Definitionen ist der „mittlere Blutdruck“, bei dessen Angabe es sich mit einiger Sicherheit um einen Übersetzungs- oder Übertragungsfehler bzw. letztendlich um ein simples Verständnisproblem handelt, das dann auch weit verbreitet in den Lehrbüchern auftaucht, weil oft genug „einer vom anderen abschreibt“: Ein mittlerer Blutdruck BlutdruckmittlererMitteldruckvon 170–180 mmHg, in aller Regel verstanden als Mitteldruck, entspräche beispielsweise einem Blutdruck von RR 220/130 mmHg, also der Mitte zwischen 220 und 130. Dieser Druck erfüllt beinahe schon das Kriterium einer hypertonen Krise, bei der es z.B. zerebral bereits zu Gefäßzerreißungen kommen kann. Die in den Kurven dargestellten Drücke, bei der Rattenniere auf 240 mmHg hochgerechnet, entsprächen dann einem Mitteldruck von beispielsweise RR 300/180 mmHg. Einen derartigen, von einem menschlichen Herzen kaum und von einem Rattenherzen keinesfalls aufzubringenden Druck würden weder menschliche noch tierische Gefäße überstehen. Genauer: Bei dem Druck, der dabei in den Kapillaren verbliebe, würden dieselben umgehend reißen.
Darüber hinaus ist bekannt, dass beim Menschen die Filtrationsrate in der Niere bereits bei systolischen (!) Drücken von weniger als 200 mmHg deutlich zunimmt und dass davon betroffene Nieren innerhalb weniger Jahre insuffizient werden (Kap. 4.5). Das passt exakt zur Annahme systolischer 180 mmHg als Obergrenze einer funktionierenden Autoregulation. Schließlich sollte man sich daran erinnern, dass sich der Mechanismus der Autoregulation von vornherein nicht auf „mittlere“ Drücke beziehen kann, sondern ausschließlich von der Druckwelle des jeweiligenBlutdrucksystolischer systolischen Drucks abhängig ist, die im Moment des Durchströmens der Arteriole über ihren Druck auf die Media deren automatisierte Gegenreaktion erzeugt. Im Anschluss an das Abströmen des Bolus in die Kapillaren entsteht ebenfalls kein fiktiver „Mitteldruck“, sondern der Druck der Diastole, verbunden mit dem wiederhergestellten Ausgangslumen des betroffenen Gefäßes. Arterielle Autoregulationen werden also grundsätzlich von systolischen Druckwellen und nicht von errechneten Durchschnittsdrücken erzeugt.
Man kann demnach zusammengefasst und im Gegensatz zu üblichen Angaben zwingend davon ausgehen, dass die Autoregulation von A. interlobularis und afferenter Arteriole bis zu einem durchschnittlichen, also individuell auch einmal leicht abweichenden systolischen Blutdruck von 170–180 mmHg wirksam bleibt, um oberhalb hiervon den Filtrationsdruck zunehmend ansteigen zu lassen. Exakt dieselbe Regelung findet sich im Übrigen an den zerebralen Gefäßen, indem dort die Autoregulation auch nach gültiger Definition systolisch bis 180 mmHg wirksam bleibt. Ab einem systolischen Druck von etwa 240 mmHg kommt es im Einzelfall bereits zu Gefäßzerreißungen und damit zum hämorrhagischen HirninfarktHirninfarkt.
Glomeruläre Filtrationsrate
Berechnung der GFR
Clearance
Exkurs
Auf die Clearance von z.B. Kreatinin bezogen bedeutet das, dass die ganzen 120 ml Serum, die pro Minute abgepresst werden, von dem zuvor im arteriellen Blut der Nierenarterie vorhandenen Kreatinin „befreit“ wurden, dass sich also die Konzentration im Blut der Nierenvene um 20 % vermindert haben muss. Denn die 120 ml „geklärtes Blut“ entsprechen 20 % der 600 ml Serum, die arteriell zur Niere gelangten. Den Kreatiningehalt des Blutserums kann man messen, ebenso denjenigen des ausgeschiedenen Urins. Wenn man dessen Gesamtmenge in 24 Stunden mit der darin enthaltenen Menge an Kreatinin auf 1 Minute herunterrechnet, erhält man damit die Kreatinin-Ausscheidung/min. Sofern dieselbe 20 % des Serumspiegels beträgt, kann man aus dem bekannten Plasmafluss von 600 ml/min sowohl auf eine Clearance von 120 ml (= 20 %) als auch auf die in diesem Fall identische GFR schließen.
Bestimmung der Nierenfunktion
Merke
Als Faustregel kann man sich merken, dass eine Einschränkung der Nierenfunktion, die zu einer Abnahme der GFR auf ⅟10 geführt hat, den Kreatinin-SerumspiegelKreatinin-SerumspiegelNiereninsuffizienzNiereninsuffizienzKreatinin-Serumspiegel auf den 10-fachen Wert ansteigen lässt. Entsprechend würde eine Abnahme auf ¼ den 4-fachen Wert erwarten lassen usw.
Filtermembran
-
•
gefenstertes Kapillarendothel
-
•
Basalmembran
-
•
Podozyten als viszerales Blatt der Bowman-KapselBowman-KapselPodozytenPodozyten (Kap. 1.1.6)
2.1.2
Tubuläre Transportmechanismen
Proximaler Tubulus
Natrium-Kalium-Pumpe
Passive Diffusion
Symport
Na+-H+-Pumpe
Epithelzelle: | H2O | → | OH− + H+ | ||
Tubuluslumen: | H+ + HCO3− | → | H2CO3 | → | H2O + CO2 |
Epithelzelle: | CO2 + OH− | → | HCO3− | ||
Epithelzelle: | Na+ + HCO3− | → | NaHCO3 | → | Blut |
Einstellung des pH-Werts
Merke
Durch die Aktivität der 3 Protonenpumpen erreicht der Urin letztendlich pH-WertHarnHarnpH-Werteinen pH-Wert zwischen 4,5 und 6,5 (selten bis 7,0). Alles andere ist im höchsten Maße unphysiologisch, wenn man einmal von einer vorübergehend sehr einseitigen, streng veganen Kost absieht, die überwiegend aus Obst, Gemüse und Salaten besteht. Und selbst dabei müsste man noch sehr gezielt auswählen, um den Urin sicher in den alkalischen Bereich zu verschieben.
Physiologischer pH-Wert des Urins
Ursachen
-
•
Na+-H+-Pumpe des proximalen Tubulus
-
•
H+-Pumpe des proximalen und distalen Tubulus
-
•
H+-K+-Pumpe der Sammelrohre
-
•
zusätzliche Ausscheidung organischer Säuren (Harnsäure, Ascorbinsäure, Ketosäuren, Milchsäure, Säureüberschuss der Nahrung, Medikamente wie ASS)
Physiologische Folgen
-
•
Säureschutz als Teil des unspezifischen Immunsystems – entsprechend sämtlichen äußeren und inneren Körperoberflächen
-
•
Umwandlung des toxischen Ammoniak (NH3) in Ammonium (NH4+)
-
•
Rückgewinnung des Bikarbonat-Puffers
NaCl-Resorption
-
•
Der dünne absteigende Anteil der Henle-SchleifeHenle-SchleifeReabsorption ist bis zur Schleifenumkehr gut wasserpermeabel, jedoch für Ionen und weitere Moleküle weitgehend undurchlässig. In diesem Tubulusanteil werden etwa 25 % des filtrierten Wassers rückresorbiert, indem sie passiv ins hyperosmolare Milieu des Marks abströmen.
-
•
Der aufsteigende Teil der Henle-Schleife ist dagegen für Wasser impermeabel, lässt aber die Reabsorption von Natrium und Chlorid zu, sodass allein in diesem Tubulusanteil etwa 30 % dieser Ionen reabsorbiert werden. Die Reabsorption erfolgt im dicken Anteil der Henle-Schleife über einen Na+-K+-2Cl–-Cotransporter, also gemeinsam mit Kalium, und ist durch die sog. SchleifendiuretikaSchleifendiuretika wie z.B. FurosemidFurosemid (Lasix® und Generika) hemmbar (Abb. 2.7a). Schleifendiuretika bewirken demnach durch Hemmung dieses Cotransporters neben der erwünschten Natriumausscheidung auch einen Verlust von Kalium in den Urin, sodass eine Hypokaliämie HypokaliämieSchleifendiuretikaentstehen kann. Das besitzt Bedeutung für den medizinischen Alltag und für die Prüfung!
-
•
Im distalen Konvolut werden weitere 5 % der filtrierten Na+- und Cl--Ionen reabsorbiert, sodass am Übergang in die Sammelrohre nur noch 5 % der ursprünglich filtrierten Natriumionen übrig sind. Die Resorption erfolgt durch einen Transport, der unabhängig von Kalium stattfindet und durch die zweite, medizinisch bedeutsame Diuretika-Klasse, die Thiazid-DiuretikaThiaziddiuretika (HydrochlorothiazidHydrochlorothiazid) hemmbar ist. Thiaziddiuretika rechnet man aus diesem Zusammenhang heraus zu den „Kalium-neutralen Diuretika“. Sie sind unkritisch in der Anwendung und werden besonders häufig eingesetzt, obwohl sie die überragende Wirksamkeit von Furosemid nicht erreichen.
-
•
In den Sammelrohren werden SammelrohrAldosteron-abhängige Natrium-Kalium-Pumpedurch eine Aldosteron-abhängige Natrium-Kalium-Pumpe, Aldosteron-abhängige Natrium-Kalium-PumpeNatrium-Kalium-PumpeAldosteron-abhängigeabhängig von der zugeführten Menge, nur noch 0,5–5 % der filtrierten Na+- und Cl−-Ionen reabsorbiert. Stimulierbar ist die Reabsorption also (ausschließlich in diesem Bereich) durch AldosteronAldosteron, hemmbar durch die Kalium-sparenden Diuretika vom Typ des AmiloridAmilorid (Abb. 2.7b). Das Aldosteron der NNR regelt demnach die Na+-Reabsorption und K+-Ausscheidung hauptsächlich in den distalsten Abschnitten von Tubulus und v.a. Sammelrohren und besitzt in den proximalen Anteilen keine Wirksamkeit.
Resorption der Glukose
Resorption der Aminosäuren
Pathologie
Beim Fanconi-SyndromFanconi-Syndrom, Natrium-Symporter-Störung, das in unterschiedlichen Formen (u. a. als Cystinose) vorkommt, werden infolge einer generellen Störung der Natrium-Symporter Aminosäuren Natrium-Symporterund weitere Moleküle einschließlich Glukose mit dem Harn ausgeschieden.
Calciumtransport
Magnesiumtransport
Merke
Die zweiwertigen Kationen Calcium und Magnesium werden hinsichtlich ihrer Resorption im Dünndarm, ihrer Verteilung im Körper – von der teilweisen Bindung an die Plasmaproteine bis hin zum Knochen als Hauptspeicherort, ihrer Beeinflussung v.a. durch die 3 Hormone Parathormon, Calcitonin und D-Hormon, sowie ihrer angepassten Rückresorption im distalen Nierentubulus – weitgehend identisch behandelt.
Kaliumtransport
Harnsäuretransport
Pathologie
Sobald das Löslichkeitsprodukt der Harnsäure von etwa 7 mg/dl (gleichzeitig auch die Obergrenze des Normbereichs im Serum) überschritten wird, kristallisiert sie dort zu Uratnadeln, wo die entsprechende Körperflüssigkeit sehr langsam fließt oder sogar zum Stehen kommt (bradytrophe Gewebe wie Gelenkhöhlen, Knorpel oder Schleimbeutel; Fach Endokrinologie). Besonders betroffen sind die kühleren Regionen des Körpers wie z.B. Ohrläppchen oder die Akren (Finger, Zehen), weil die Löslichkeit der Harnsäure dort noch geringer ist als bei den 37 °C des Körperkerns.
In der Niere entsteht darüber hinaus die Situation, dass die Harnsäure infolge der Konzentrierung des Urins entsprechend angereichert wird (bis zum 20-fachen Serumwert), sodass sie in Tubuli, Mark oder NierenbeckenNierensteineUrolithiasis Steine bilden kann. Das tiefe, papillennahe Mark ist v.a. deshalb betroffen, weil dieser Nierenanteil lediglich vom Blut der Vasa recta versorgt wird, das zusätzlich aufgrund seiner Konzentrierung und des Gefäßwiderstands ungewöhnlich langsam fließt. Die Konzentrierung samt kaum noch bewegter Flüssigkeit betrifft auch das zugehörige Interstitium.
Oxalsäuretransport
Harnstofftransport
2.1.3
Harnkonzentrierung
Proximaler Tubulus
Transport ins Blut
-
•
Zum einen ist der onkotische Druck dieses Blutes als Folge des Flüssigkeitsverlustes im Glomerulus weit höher als üblich (mindestens 35 mmHg).
-
•
Zum anderen ist der Fließdruck bei der Passage der efferenten Arteriolen deutlich unter den im Glomerulus herrschenden Druck abgefallen und dies wird im nachfolgenden Kapillarnetz durch deren Widerstand weiter verstärkt.
Henle-Schleife
Exkurs
Die Einheit Mol bzw. Millimol (mmol) bezieht sich auf die Menge eines Stoffes, die z.B. in 1 l Wasser gelöst ist (mmol/l). Dagegen bezieht sich die Einheit Osmol bzw. Milliosmol (mosmol) pro l auf die Zahl an geladenen Teilchen, die daraus hervorgeht. Da dies an dieser Stelle vergleichsweise überhaupt nichts zum Grundverständnis der Zusammenhänge beiträgt, können die beiden Einheiten auch synonym benutzt werden.
Sammelrohre
ADH
Merke
Im Gegensatz zu den Wirkungen anderer Hormone (Aldosteron, ANP, BNP) ist die Permeabilität für Wasser nicht an Ionen wie Natrium oder Kalium gebunden, sodass deren Gesamtmenge im Harn der Sammelrohre durch ADH nicht verändert wird.
Merke
Die ADH-Ausschüttung aus der Neurohypophyse ist nachts gesteigert. Die Folge ist ein im Schlaf volumengeminderter, konzentrierter Urin.
Alkohol hemmt die ADH-SekretionAlkoholabususADH-Sekretion, sodass es zur Diurese eines verdünnten Urins kommt.
Aldosteron
ANP und BNP
Gegenstromprinzip
Merke
Im Ergebnis findet über alle Anteile des aufsteigenden Schenkels der Henle-Schleife eine NaCl-Anreicherung des umgebenden Interstitiums statt.
Merke
Das Gegenstromprinzip bildet einen wesentlichen Faktor der Harnkonzentrierung und dient in erster Linie der Energieeinsparung. Daran beteiligt sind:
-
•
die Vasa recta mit ihrem Kapillarnetz
-
•
die langen Henle-Schleifen der juxtamedullären Nephrone
-
•
die Sammelrohre mit der Kochsalzkonzentrierung des umgebenden Interstitiums
-
•
die papillennahen Sammelrohre mit der Harnstoffanreicherung des inneren Marks
Merke
Wenn der osmotische Gradient zwischen Nierenrinde und Nierenmark erst einmal aufgebaut ist, genügen geringe Mengen an Harnstoff, um ihn zu erhalten. Der größte Anteil des im Primärharn erscheinenden Harnstoffs wird dementsprechend als harnpflichtige Substanz mit dem Urin ausgeschieden.
2.1.4
Juxtaglomerulärer Apparat
-
•
Gefäßpol mit afferenter und efferenter Arteriole einschließlich der Renin-bildenden Zellen in derRenin-bildende Zellen Wandung der afferenten Arteriole
-
•
Macula densa des distalen TubulusMacula densa
-
•
extraglomeruläres Mesangium (sog. Polkissen)extraglomeruläres MesangiumMesangiumextraglomeruläres
-
•
Durchblutung des Glomerulus
-
•
Ausscheidung von Natrium
-
•
Steuerung des Renin-Angiotensin-Aldosteron-SystemsRAAS (Renin-Angiotensin-Aldosteron-System)Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS) (RAAS; Fach Endokrinologie).
Funktionen der Macula densa
Pathologie
Im Ergebnis überlistet ein chronisch überhöhter Kochsalzkonsum das System einer angepassten Natriumausscheidung aus dem Körper, sodass es zumindest zu einer gewissen (systolischen) Blutdruckerhöhung kommen muss. Dies gilt verstärkt für Patienten, die der Niere durch eine ununterbrochene Salzzufuhr im Übermaß keine ausreichende Zeit zu dessen Ausscheidung lassen. Hieraus kann man ableiten, dass bei der Behandlung einer essenziellen Hypertonie neben der Reduktion eines erhöhten Körpergewichts zuallererst Wert auf die Restriktion eines übermäßigen Kochsalzverbrauchs gelegt werden sollte. Ein Salzstreuer, der allezeit neben den fertig zubereiteten Mahlzeiten auf dem Tisch steht und kräftig benutzt wird, war evolutionär erkennbar nicht vorgesehen.
Exkurs
Kochsalz warKochsalz in der neueren Menschheitsgeschichte der vergangenen etwa 10.000 Jahre ein kostbares Gut, das über weite Strecken – z.B. über eigene „Salzstraßen“ – transportiert und teilweise durchaus mit Gold aufgewogen wurde. Anscheinend erhielten römische Soldaten einen Teil ihres Solds in Form von Salz. Die „Eichung“ von Mensch und Tier auf das lebensnotwendige Mineral wurde evolutionär mit großem Aufwand betrieben, u.a. mit feinster Regulierung im Hypothalamus, der von Widerwillen bis hin zu unstillbarem Verlangen nach Salzigem alle Nuancierungen schafft, sowie spezifischen Geschmackspapillen der Zunge, die bei einem Salzmangel die Ionen Na+ und Cl− jedem 7-gängigen Feinschmeckermenü vorziehen – zumindest so lange, bis der Salzhunger gestillt ist. Insofern kann der naturverbunden lebende und essende Mensch hinsichtlich seiner KochsalzzufuhrKochsalzzufuhr eigentlich nichts falsch machen und er bedürfte erst recht keiner gezielten Empfehlungen.
Nun besteht allerdings ein großes Problem der Neuzeit darin, dass zahlreiche Lebensmittel mit Kochsalz angereichert werden und dass das nicht unbedingt spezifisch wahrgenommen werden muss. Oftmals schmeckt es als Konsequenz vielfältiger Anreicherungen einfach nur besonders gut. Übermäßig große Mengen an NaCl finden sich z.B. in Brot, Käse und Wurstwaren. Zusätzlich existieren diesbezüglich keine Angaben auf den Verpackungen, an denen man sich orientieren könnte, weil entsprechende Verordnungen fehlen. Die Empfehlungen von WHO (5 g/Tag) und ganz besonders DGE hinsichtlich einer empfohlenen Kochsalzzufuhr sind aus diesem Grund weitgehend sinnlos. Sie veranlassen hypertone Patienten im besten Fall zum sparsamen Gebrauch des Salzstreuers – ohne jede Gewähr, dass das der WHO-Empfehlung gerecht wird. Die DGE-Empfehlungen sind glücklicherweise ohnehin nicht erreichbar. Diese Gesellschaft nennt doch tatsächlich als Schätzwert für eine minimale tägliche Zufuhr beim Erwachsenen 1,4 g Kochsalz! Zu allem Überfluss wird dann bei der Umsetzung in den Alltag der Bevölkerung aus der „minimalen Zufuhr“ eine allgemeine Empfehlung abgeleitet, sodass diese Zufuhr als wünschenswert erachtet wird.
Besonders salzreiche Nahrungsmittel sind
-
•
alle industriell verarbeitetensalzarme/salzreiche NahrungsmittelNahrungsmittelsalzarme/salzreiche Fleischerzeugnisse; dies gilt nicht für Fleisch „im Originalzustand“
-
•
fast alle Käsesorten
-
•
alle Brotsorten
-
•
Pizza
-
•
Seefisch (auch unverarbeitet)
-
•
haltbare Fertiggerichte, Suppen, Saucen
Besonders salzarm sind dagegen
-
•
Obst und Gemüse
-
•
Beilagen wie Kartoffeln und Getreideprodukte
-
•
Hülsenfrüchte
Relativ neu (und möglicherweise in der Prüfung noch nicht angekommen) ist die Erkenntnis, dass nicht nur eine erhöhte, sondern auch eine verminderte Salzzufuhr zu einem erhöhten Risiko für Herzinfarkt und Schlaganfall führt. Die umfangreichste der zu diesem Thema durchgeführten Studien (2016 vorgestellt) bezog über 130.000 Studienteilnehmer aus 50 Ländern ein. Danach hatten Personen mit einer täglichen Salzaufnahme zwischen etwa 7 und 13 g die niedrigste Sterblichkeitsrate, während dieselbe unterhalb 7 g und oberhalb etwa 15 g analog zur gesteigerten Zahl an Infarkten und Schlaganfällen anstieg. Dies galt nicht nur für normotone Personen, sondern sogar für Hypertoniker selbst bei einer zu geringen Salzaufnahme. Das bedeutet einerseits, dass der Deutsche mit seiner durchschnittlichen Salzaufnahme von 10–12 g/Tag optimal versorgt ist (im Durchschnitt der Bevölkerung!) und andererseits, dass die Obergrenze von 5 g NaCl/Tag, die von der WHO empfohlen wird, künftig eher als Untergrenze einer wünschenswerten Salzzufuhr verstanden werden muss. Patienten mit arterieller Hypertonie sollten sich vorsichtshalber eher an 7 g/Tag orientieren, normotone Menschen liegen im Bereich zwischen 7 und 13 g immer richtig, während hypotone Personen versuchen sollten, möglichst oft den oberen Grenzbereich zu erreichen, um dadurch ihren Blutdruck zu stabilisieren. Erklären lässt sich dieser zunächst ungewöhnlich scheinende Zusammenhang folgendermaßen:
Die tägliche Ausscheidungsrate der Niere liegt bei 1–1,5 l mit einer durchschnittlichen Osmolarität von etwa 1,020. Dies entspricht der Ausscheidung von 10–12 g Kochsalz und damit der durchschnittlichen Salzaufnahme. Bei stark schwitzenden Menschen ist die Ausscheidung über die Niere um den entsprechenden Betrag gemindert. Der Verlust über den Darm braucht bei fehlenden Besonderheiten nicht berücksichtigt zu werden. Das Minimum an Kochsalz, das die Niere ausscheiden muss, um eine tägliche Flüssigkeitszufuhr von insgesamt etwa 2 l (einschließlich dessen, was in fester Nahrung enthalten ist) aus dem Organismus auszuscheiden, liegt bei > 1 g, also bereits in der Nähe der DGE-Empfehlung. Dazu addieren sich Verluste über Haut und Darm, die bei derart geringen Mengen anteilig durchaus Bedeutung erhalten. Dies wird später genauer besprochen (s. Natriumbilanz).
Von überragender Bedeutung ist nun, dass das, was die Niere in vorübergehenden Notsituationen und bei jungen Menschen „kann“, mit physiologischen Alltagsbedingungen nichts zu tun hat. Das hormonelle System befindet sich im Gleichgewicht, wenn die Umweltbedingungen damit harmonieren. Dies schließt sowohl die Nahrung als auch das Vegetativum mit ein und es bezieht sich u.a. auf die Serumspiegel von ReninRenin, ADH und AldosteronAldosteron, ihre Beziehungen zum Sympathikus, einem kräftig schlagenden Herzen und gesunden Nieren.
Der Europäer nimmt im Durchschnitt 7–13 g Kochsalz/Tag zu sich, „erstaunlicherweise“ also exakt so viel, wie laut aktuellen Studien dem Optimum entspricht! Eingeschlossen in diese Durchschnittswerte sind selbstverständlich auch die sich besonders gesund ernährenden Südeuropäer mit ihrer geringen Rate an Infarkten von Herz und Gehirn. Wenn eine Salzzufuhr von mindestens 7 g/Tag einen ausgewogenen Hormonspiegel erzeugt, dann bedeutet dies, dass eine Niere, die mangels Zufuhr weniger ausscheiden darf, dafür einen höheren Aufwand betreiben muss. Anders formuliert: Eine am Übergang zu den Sammelrohren ankommende Natriummenge von 29 g/Tag bedarf bei einer weit überhöhten Salzzufuhr überhaupt keines Aldosterons, um bis auf einen kleinen Rest ausgeschieden zu werden, während sich seine Produktion in der Zona glomerulosa bei einer Kochsalzzufuhr von 1,5 g sozusagen am Anschlag befindet. Je mehr sich demnach die Kochsalzaufnahme auf der Skala zwischen den beiden Extremen diesem Minimum annähert, desto höher muss der Aldosteron-Serumspiegel liegen. Die Ausrichtung an den extremen Vorgaben der DGE bedeutet in Übereinstimmung mit den evolutionären Vorgaben überhöhte Spiegel an Renin, Angiotensin II, Aldosteron und ADH sowie einen Sympathikus, der gewissermaßen rund um die Uhr weit aktiver ist als physiologisch notwendig.
In der Konsequenz erzeugt dies, ganz abgesehen von der an die Aldosteron-ExtremspiegelHypokaliämieAldosteron-ExtremspiegelAlkaloseAldosteron-Extremspiegel gebundenen Hypokaliämie und Alkalose auch vorzeitige Verschleißerscheinungen an etlichen Organen, z.B. an Herz (Fibrosierung) und Gefäßen (vermehrte Tonisierung) in der Folge direkter Angiotensin- und Aldosteronwirkungen. Aus dem reaktiv erhöhten ADH-SerumspiegelHypoosmolaritätADH-Serumspiegel, erhöhter erwächst die Gefahr einer Hypoosmolarität. An der Niere kommt es zu einer vorzeitigen Insuffizienz, Niereninsuffizienzweil Angiotensin II Angiotensin IIdie efferenten Arteriolen verengt und durch den Rückstau in die Glomeruluskapillaren eine Hyperfiltration bewirkt, aus der eine Glomerulosklerose Glomerulosklerosehervorgehen kann, sofern sie chronisch wird (s. später). Die Blutdrucksteigerung als Folge erhöhter Angiotensin-II-Serumspiegel sowie des aktivierten Sympathikus erklärt, warum bei niedriger Kochsalzzufuhr nicht nur die Gesamtsterblichkeit zunimmt, sondern auch die Zahl an Herzinfarkten und Schlaganfällen. harnpflichtige SubstanzenHarn24-Stunden-Urin;Stunden-Urin, Bestandteile
2.1.5
Harnpflichtige Substanzen
Renaler Anteil an der Gesamtausscheidung aus dem Körper in %
Ammoniumionen | 100 |
Calciumionen | 30 |
Chlorid | 95 |
Harnsäure | 70 |
Harnstoff | 80 |
Kaliumionen | 90 |
Kreatinin | 95 |
Magnesiumionen | 40 |
Natriumionen | 95 |
Phosphat | 65 |
Wasser | 60 |
Wasserstoffionen | 95 (ohne CO2) |
Hauptbestandteile des 24-Stunden-Urins
Harnstoff | 30–40 g |
Kreatinin | ca. 1,5 g |
Gesamtprotein | < 150 mg |
Albumin | < 30 mg |
Aminosäuren | 800 mg |
Harnsäure | 500 mg |
Glukose | 70 mg |
Natrium | 60–200 mmol |
Kalium | 30–100 mmol |
Calcium | 2,5–6 mmol |
Magnesium | 1–10 mmol |
Ammonium | 30–40 mmol |
Chlorid | 120–240 mmol |
Phosphat | 15–30 mmol |
Sulfat | 18–22 mmol |
Zusammenfassung
Physiologie der Niere
Ultrafiltrat
-
•
GFR = 120 ml/min = 170–180 l/Tag, konstant bei einem mittleren (systolischen) Blutdruck zwischen 80 und ca. 170 mmHg (Autoregulation)
-
•
sinkt ab bei Blutdruckabfall < 80 mmHg, Erhöhung der Serumeiweiße, erhöhtem Gegendruck im Bowman-Kapselraum (Abflusshindernis in den Harnwegen)
Ausscheidung
-
•
ca. 1,5 l/Tag (1 ml/min) = 1 % der GFR
Bestimmung der Nierenfunktion
-
•
Kreatinin-Clearance
-
•
ausreichende Näherung: Serumkreatinin (Referenzbereich 0,6–1,2 mg/dl)
Proximaler Tubulus
-
•
> 60 % Rückresorption von Wasser und Salzen
-
•
aktive Ausscheidung von Säuren (Na+-H+-Pumpe, H+-Pumpe, organische Säuren)
-
•
Rückgewinnung des Bikarbonat-Puffers
-
•
vollständige Rückresorption von Aminosäuren und Glukose (bis zur Nierenschwelle von 180 mg/dl); bei Sättigung beider Glukose-Carrier: osmotische Diurese
Henle-Schleife
-
•
absteigender Teil: wasserdurchlässig
-
•
aufsteigender Teil: wasserundurchlässig, Rückresorption der Ionen Na+, K+, Cl−, Ca2+, Mg2+
Sammelrohr
-
•
in Abhängigkeit von ADH theoretische Schwankungsbreite der Wasserausscheidung zwischen 0,5 und 25 l/Tag
-
•
Aldosteron-abhängige Natriumrückresorption
-
•
K+-H+-Pumpe
Harnkonzentrierung
-
•
maximal bis zur Osmolarität des papillennahen Nierenmarks (= 1.200 mmol bzw. mosmol/l)
-
•
Osmolarität aufgebaut und erhalten durch Gegenstromprinzip; beteiligte Substanzen: NaCl und v.a. Harnstoff
Juxtaglomerulärer Apparat
-
•
besteht aus dem Gefäßpol (afferente Arteriole mit Renin-bildenden Zellen, efferente Arteriole, extraglomeruläre Mesangiumzellen) und den Zellen der Macula densa in der Wand des distalen Tubulus
-
•
Funktion: Ziel einer minimierten Natriumausscheidung, Drosselung der Durchblutung des Glomerulus, Aktivierung des RAAS (→ Rückresorption von Na+)
2.2
Salz- und Wasserhaushalt
Einführung
Jedes LebewesenSalzhaushaltWasserhaushalt benötigt um seine Zellen herum eine Hülle aus Wasser, in dem diejenigen Stoffe gelöst sind, die für den Erhalt und die Lebensprozesse dieser Zellen benötigt werden. Beim einzelligen Lebewesen, das als erste Lebensform vor ca. 3,5 Milliarden Jahren entstanden ist, war dies das Meer mit seinem weitgehend konstanten Gehalt an Ionen (überwiegend Natrium und Chlorid als NaCl = Kochsalz) und Nährstoffen. Die Zelle konnte die benötigten Nährstoffe sowie die Abfallprodukte direkt über die Zellmembran austauschen, wobei aufgrund der unerschöpflichen Wassermenge deren Gehalt an Stoffen und damit auch das Milieu, in dem sich die Zelle befand, konstant blieben.
Vielzellige Lebewesen wie der Mensch haben an diesem Grundprinzip nichts verändert. Nach wie vor schwimmen die einzelnen Zellen in einem Wassermantel, dessen Gehalt an Ionen und Nährstoffen konstant bleibt. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass das ehemals äußere Milieu nun in die vielzelligen Lebewesen integriert werden musste, damit die Zellen und Gewebe des Körperinneren direkten Zugang dazu erhalten. Der Mensch hat sich also sozusagen das Meer, in dem seine Vorfahren schwammen, einverleibt und trägt es seither in sich selbst. Als ehemaliges Meer kann man den interstitiellen Raum betrachten, in den die Zellen eingebettet sind.
Um diese Wasserhülle in seiner Zusammensetzung konstant zu erhalten, wurde ein Blutgefäßsystem entwickelt, aus dem der interstitielle Raum gespeist wird und mit dem er einen nahezu einheitlichen Raum bildet. Das Blutplasma unterscheidet sich von der Flüssigkeit des Interstitiums im Wesentlichen nur in Bezug auf die großen Eiweiße, die das Gefäßsystem nur in geringem Umfang zu verlassen vermögen. Dagegen verteilen sich die kleineren Moleküle und Ionen frei und weitgehend gleichmäßig auf beide Räume. Dadurch bedingt werden die zellulären Abfallstoffe aus dem Interstitium anteilmäßig ins Blut übernommen und können von dort aus über Niere, Darm, Lunge (CO2) und Haut (Schweiß) aus dem Gesamtorganismus ausgeschieden werden.
Entsprechend werden die benötigten Nährstoffe aus Darm und Lunge (O2) ins Blut aufgenommen, gehen anteilsmäßig in die interstitielle Flüssigkeit über und stehen damit auch den Zellen zur Verfügung. Wesentlich ist demnach lediglich die Konstanz der Zusammensetzung des Blutes, weil dieselbe die Konstanz des Interstitiums zur Folge hat. Zahlreiche Hormone und Strukturen beschäftigen sich ausschließlich mit der Zusammensetzung des Blutes und garantieren dadurch die Konstanz der Nährlösung, in welche die Zellen eingebettet sind.
2.2.1
Wassergehalt des Körpers
Merke
Der Erwachsene besteht WasserGehalt im Körperzu durchschnittlich 50–60 % seines Körpergewichtes (KG) aus Wasser.
Verteilung des Körperwassers (Abb. 2.24)
Exkurs
Fettgewebe dient der Speicherung von Triglyceriden als Energievorrat, der während langer Hungerperioden das Überleben sichert. Der Energiebedarf der Zellen zur Erfüllung dieser Funktion ist außerordentlich gering und entspricht damit dem geringen Wassergehalt samt einer geringen Zahl an Mitochondrien. Dies bedeutet, dass zusätzliches Fettgewebe keiner nennenswerten zusätzlichen Nahrungsaufnahme bedarf, wodurch
die ungute Situation entsteht, dass adipöse Menschen, die abnehmen wollen, nicht mehr essen dürfen als wenn sie schlank wären.
Dagegen ist Fettgewebe gut durchblutet, sodass sich die Menge des extrazellulären Körperwassers und damit auch die Menge an Blut gegenüber einem muskulösen Individuum nicht verändert. Dies bedeutet eine erhebliche Mehrbelastung für das Herz, jedoch ohne das ausgleichende Training des Sportlers, das u.a. zu einer Absenkung der Herzfrequenz führt.
Transzelluläre Flüssigkeit
Wasserbilanz (Tab. 2.1)
2.2.2
Zusammenhang zwischen Ionen und Wassergehalt
Verteilung der Ionen
Merke
Die Ionen bestimmen mit ihrem Hydratwasser wesentlich die Gesamtflüssigkeitsmenge in den Kompartimenten des Körpers.
Pathologie
In geringerem Umfang sind weitere Ladungsträger wie Eiweiße und Zuckermoleküle mit ihrem Hydratwasser für die Füllung der drei Räume mitverantwortlich. Besonders deutlich wird dies bei pathologischen Zuständen wie einem Eiweißverlust oder einem Diabetes mellitus, bei denen Ödeme oder eine Exsikkose entstehen.
Natrium-Kalium-Pumpe
Pathologie
Die Na+-K+-ATPase wird durch die herzwirksamen GlykosideGlykoside (Digoxin, Digitoxin) gehemmt, DigitoxinDigoxin indem diese Substanzen an der Zellaußenseite an derselben Stelle wie die Kaliumionen binden, sodass dieselben nicht mehr angelagert werden können. Die Pumpe funktioniert aber nur, wenn sie im Gegenzug zu Natrium Kalium in die Zelle transportieren kann. Bei einer Überdosierung von Digitalis, bei der zu viele Pumpen gleichzeitig blockiert werden, müssen sich Natrium innerhalb und Kalium außerhalb der Zelle in einer Konzentration anhäufen, die mit dem Leben nicht mehr vereinbar ist.
Merke
Im Ergebnis sorgt die Pumpe Membranpotenzial, Natrium-Kalium-Pumpeneben dem Erhalt von Membranpotenzial und ionalem Ungleichgewicht auch für das korrekte intrazelluläre Volumen. Daraus kann man ableiten, dass es beim Sauerstoffmangel einer Zelle, der zu einer unzureichenden Konzentration von ATP führt, oder bei einer Digitalisintoxikation, durch das Einströmen von Natrium, Chlorid und Wasser zu Störungen der Funktion, schließlich zu Zellschwellung und Zelltod kommen muss.
Natriumbilanz
Hinweis des Autors
Die von der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE) in der Form von Referenzwerten für die Bevölkerung in Deutschland vorgegebene („empfohlene“) Zufuhr essenzieller Nahrungsbestandteile wird – auch jenseits der Empfehlung für NaCl – in aller Regel als „optimale Zufuhr“ missverstanden. Daraus wird dann weit verbreitet abgeleitet, dass diese Werte nicht überschritten werden sollten – oft genug unter Hinweis darauf, dass in solchen Fällen möglicherweise mit nachteiligen Folgen für die Gesundheit gerechnet werden muss. So steht es beispielsweise auf sämtlichen Präparaten, die in Apotheken und Drogeriemärkten zur Substitution bei Nahrungsdefiziten angeboten werden (Fach Endokrinologie)
Tatsächlich jedoch entsprechen die Angaben der DGE teilweise durchaus einem vermuteten Optimum, teilweise (z.B. bei Fluorid) gehen sie darüber hinaus und in anderen Fällen entsprechen sie keinesfalls einem anzustrebenden Optimum, sondern beschreiben ungeachtet ihres „Referenzstatus“ die Untergrenze, ein absolutes Minimum der jeweiligen täglichen Zufuhr. Dies gilt u.a. für Vitamin D und Selen, aber auch im Zusammenhang dieses Kapitels für die 550 mg an täglicher Natriumaufnahme. Während diese 550 mg Natrium unter der Überschrift „Referenzwerte“ gelistet sind und z.B. vom Pschyrembel, der „Bibel“ des Mediziners, auch so übernommen werden, schreibt die DGE sozusagen „im Kleingedruckten“, dass es sich dabei um „Schätzwerte für eine minimale Zufuhr“ handelt. Aber wer liest das Kleingedruckte? In üblichen Angaben tauchen die DGE-Schätzungen dementsprechend und unkommentiert eben gerade nicht als Untergrenze, sondern als „empfohlene Nährstoffzufuhr“ Nährstoffzufuhr, empfohleneauf, die keinesfalls überschritten werden darf. Dies jedenfalls ist, ganz abgesehen von den Hinweisen auf den Packungen diesbezüglicher Präparate, auch der Grundtenor sämtlicher Empfehlungen u.a. von Medizinern, die auch keine Zeit zum Lesen des Kleingedruckten übrig hatten.
Im menschlichen SchweißSchweiß, Natriumgehalt sind knapp 50 mmol Natrium/l enthalten, entsprechend rund 1100 mg (1 mmol Natrium entspricht 23 mg Natrium, ergibt mit 48 multipliziert 1100 mg). Damit würde ein Erwachsener mit leichter körperlicher Tätigkeit, der zusätzlich zur Perspiratio insensibilisPerspiratio insensibilis/sensibilis (Fach Dermatologie) lediglich ½ l Schweiß pro Tag verliert, bereits die von der DGE „geschätzte“, pro Tag zuzuführende Natriummenge (550 mg) wieder ausscheiden, ohne dass die Niere auch nur ein einziges Ion abfiltriert hätte. Unter angestrengter körperlicher Tätigkeit gehen leicht 1–2 l Schweiß/Tag verloren, mithin also bereits die 2- bis 4-fache Menge dessen, was offiziell als Referenzbedarf deklariert ist.
Dabei gilt es zusätzlich zu berücksichtigen, dass über den Darm ebenfalls Natrium verloren geht und dass die Niere zusätzlich mehr als 1 g Kochsalz/Tag ausscheiden muss, um überhaupt zu funktionieren. Grundsätzlich stellt also die Vorgabe der WHO mit 5 g NaCl/Tag eine immerhin brauchbare Empfehlung dar und sollte nach der aktuellen Studienlage lediglich noch geringfügig auf ein Minimum von 7 g/Tag angepasst werden. Stark schwitzende oder auch Menschen mit chronischer Diarrhö müssen ihren Zusatzbedarf entsprechend berücksichtigen. Die 1,4 g NaCl der DGE, als sinnvolle Empfehlung missverstanden, sind bereits bei jungen, gesunden Erwachsenen mit erheblichen Gefahren für die Gesundheit verbunden und können bei Personen, die ab und zu ein wenig schwitzen sowie in der zweiten Lebenshälfte geradezu kritisch werden.
Druckmessung
Messung der Osmolarität
2.2.3
Regulierung der Wasserausscheidung
Exkurs
Der Wasserkanal ist als großmolekulares Protein so in die Zellmembran integriert, dass er in einem zentralen Hohlraum lediglich einen sehr schmalen Durchlass für Moleküle in der Größe des H2O gewährt. Damit Ionen wie Na+ oder K+ bzw. ihre Anionen, die kleiner sind als H2O, nicht ebenfalls hindurchgelangen, gibt es im Zentrum des Proteins eine Ansammlung geladener Seitenketten (+ und −), durch die geladene Teilchen wie z. B. Ionen zurückgehalten werden (Abb. 2.27b).
2.2.4
Kontrolle des Natriumhaushalts durch die Niere
Abhängigkeit des Blutdrucks von der Kochsalzaufnahme
Ödementstehung
2.2.5
Dehydratation und Exsikkose
-
1.
Entspricht der Natriumverlust osmotisch dem Flüssigkeitsverlust, entsteht eine isotone (isoosmolare) Dehydratation. Hierbei ist die ionale Konzentration der extrazellulären Flüssigkeit unverändert. Mögliche Ursachen sind die Mehrzahl der Durchfallerkrankungen, Erbrechen, Verbrennungen, DehydratationVerbrennungen und Blutverluste.
-
2.
Gehen beim VerdurstenVerdursten, bei einem Diabetes insipidusDiabetes insipidus oder Diabetes mellitusDiabetes mellitus (osmotische Diureseosmotische DiureseDiureseosmotische durch die ausgeschiedene Glukose), bei Fieber bzw. bei starkem Schwitzen (Schweiß enthält lediglich gut 45 mmol Na+, 45 mmol Cl- und 5 mmol K+) große Flüssigkeitsmengen ohne entsprechenden Natriumgehalt verloren, entsteht eine hypertone (hyperosmolare) Dehydratation, die auch als ExsikkoseExsikkose bezeichnet wird. Eine unzureichende Flüssigkeitszufuhr („Verdursten“) führt über den Verlust hypotoner Flüssigkeit (Perspiratio insensibilis) immer zu einem Anstieg der Plasmaosmolarität und damit zur Exsikkose.
-
3.
Die hypotone (hypoosmolare) Dehydratation mit einer Abnahme der Serum-Natriumkonzentration entsteht durch unzureichende Salzaufnahme, Aufnahme von hypotonen, salz- bzw. elektrolytarmen Getränken, wie dies für zahlreiche Mineralwässer gilt, oder Flüssigkeitsverluste durch LaxanzienabususLaxanzienabususDehydratation, bei der die ausgeschiedene Flüssigkeit mit Natrium angereichert ist. Auch der Mangel an Aldosteron (Morbus AddisonAddison-Syndrom, Dehydratation = Insuffizienz der NNR) führt zur hypotonen Dehydratation.
Symptomatik
Anpassungsvorgänge der Zellen
-
•
Kommt es im Rahmen eines hyperosmolaren Serums bei HypernatriämieHypernatriämie, hyperosmolares Serum oder bei einem Diabetiker mit hohen Glukosekonzentrationen zunächst zu einer Schrumpfung der Zellen, indem nun das Zellwasser so lange hinausströmt, bis die intra- der extrazellulären Konzentration entspricht, kann die Zelle in der Folge über einen membranständigen Carrier Natrium, Kalium und Chlorid in der Zelle anreichern, bis die intra- der erhöhten extrazellulären Konzentration entspricht. Das Zellvolumen normalisiert sich weitgehend, indem den angereicherten Ionen die entsprechende Wassermenge hinterherströmt.
-
•
Wenn umgekehrt extrazellulär ein hypoosmolares Milieu entstanden ist und die Zellen zunächst durch Wasseraufnahme anschwellen, kommt es in der Folge zu einem Ausstrom von Kalium, Chlorid und Phosphat, bis eine ausreichende Annäherung an das ursprüngliche physiologische Volumen erreicht worden ist.
2.2.6
Übersicht über Bedarf und Körpergehalt wichtiger Ionen und Spurenelemente (Tab. 2.3, Tab. 2.4)
Zusammenfassung
Wasserhaushalt
Wasseranteil am Körpergewicht
-
•
Mann: 60 %
-
•
Frau: 50 %
-
•
Kind: 70 %
Verteilung auf die Räume
-
•
intrazellulär ⅔ des Körperwassers (40 % des Körpergewichts)
-
•
extrazellulär ⅓ des Körperwassers (20 % des Körpergewichts)
-
–
Interstitium ¾ des Extrazellulärraums (15 % des Körpergewichts)
-
–
intravasal ¼ des Extrazellulärraums (5 % des Körpergewichts)
-
Regulierung des Natriumbestandes
-
•
Messung der Osmolarität (v.a. im Hypothalamus)
-
•
Messung des intravasalen Drucks (Aortenbogen, A. carotis, Nierenarteriolen)
-
•
Feinabstimmung durch Aldosteron
Regulierung der Wasserausscheidung
-
•
durch ADH (in den Sammelrohren)
Isoosmolare Dehydratation
-
•
Ursachen: Blutverlust, Verbrennung, Durchfallerkrankung, Erbrechen
-
•
Folgen: Blutdruckabfall
Hyperosmolare Dehydratation (Exsikkose)
-
•
Ursachen: mangelnde Flüssigkeitszufuhr bis hin zum Verdursten, osmotische Diurese (Diabetes mellitus, Hyperkalzämie), starkes Schwitzen, Diabetes insipidus
-
•
Folgen/Symptome: Blutdruckabfall, Schrumpfen der (Hirn-)Zellen mit Bewusstseinsstörungen, halonierte Augen, verminderter Hautturgor, Durstfieber (Kind)
Hypoosmolare Dehydratation
-
•
Ursachen: unzureichende Kochsalzzufuhr, elektrolytarme Getränke, Laxanzienabusus
-
•
Folgen/Symptome: Blutdruckabfall, Anschwellung der Zellen, Hypokaliämie, Alkalose
2.3
Säure-Basen-Haushalt
2.3.1
Energiegewinnung
Merke
2.3.2
CO2 als Säure
2.3.3
Säurebildung unter pathologischen Bedingungen
Metabolische Azidose
-
•
Bei der KetoazidoseKetoazidose des Diabetes mellitusDiabetikers vom Typ 1 AzidosemetabolischeDiabetes mellitusKetoazidoseKetoazidosemetabolischeentstehen kurzkettige Fettsäuren (Ketosäuren = Ketonkörper) in der Leber, die ins Blut abgegeben werden. Auch durch AlkoholAlkoholabususKetoazidose sowie im HungerHungerKetoazidose erscheinen zusätzliche Fettsäuren nebst Ketonkörpern im Blut und verursachen evtl. eine KetoazidoseKetoazidose.
-
•
Die Muskulatur bildet unter Sauerstoffmangel vermehrt Milchsäure (Laktat), die ebenfalls ins Blut gelangt (Laktatazidose). Laktatazidose
-
•
Werden Medikamente wie ASS (Aspirin® und Generika), aus der Salicylsäure Salicylsäureentsteht, eingenommen, werden in Abhängigkeit von der Dosis zusätzliche Säuremengen im Blut erscheinen. Dasselbe geschieht nach der Einnahme großer Mengen an Vitamin C (Ascorbinsäure).Vitamin C (Ascorbinsäure)Ascorbinsäure (Vitamin C)
-
•
Im Rahmen einer ausgeprägten HypovolämieHypovolämie bis hin zum hypovolämischen SchockSchockhypovolämischer kommt es durch Milchsäurebildung in den mangelversorgten Geweben und unzureichenden Abtransport von CO2 zur Azidose.
-
•
Bei der chronischen Niereninsuffizienz entsteht die Azidose durch die Unfähigkeit der Niere, Säure auszuscheiden.
-
•
Die Leber entgiftet als toxisch bewertete Stoffe u.a. dadurch, dass sie sie an GlucuronsäureGlucuronsäure bindet und damit wasserlöslich macht. Dies gilt auch für Bilirubin als Endprodukt des Erythrozytenabbaus, das in dieser Form z.B. bei einem Stau in den Gallenwegen im Serum erscheinen kann. Natürlich entsteht aus diesen geringen Mengen nicht gleich eine Azidose, doch weist es auf das Grundprinzip und auf die Selbstverständlichkeit, mit der ganz ungeachtet des eingestellten pH-Wertes extrazellulärer Flüssigkeit Oxidationen und damit verbunden Säurebildungen in das tierische Leben integriert wurden. Das gilt auch für die mehr als 25 Billionen Erythrozyten des Blutes, deren einzige Energiequelle aus Glukose besteht, die sie dann mangels Mitochondrien lediglich zu Milchsäure abbauen können.
-
•
Wenn bei ausgeprägtem Durchfall das alkalisierende Bikarbonat des Dünndarms verloren geht, kommt es ebenfalls zur metabolischen Azidose, weil der pH-Wert des Dünndarmlumens neu aufgebaut werden muss. Entsprechend entsteht andererseits bei rezidivierendem Erbrechen durch den Verlust der Salzsäure des Magens eine Alkalose.
Respiratorische Azidose
2.3.4
Zusätzliche Säuren der Nahrung
2.3.5
Puffersysteme
Merke
H+ säuert eine wässrige Lösung so lange an, wie es als H+ vorhanden ist. Wird es an ein Molekül gebunden, existiert es also nicht mehr in freier Form, kann es die Lösung auch nicht ansäuern. Werden die aufgenommenen oder im Organismus entstandenen Säuren für ihren Transportweg zu Lunge oder Niere an einen Puffer gebunden, kann der pH-Wert der Körperflüssigkeiten in einem ganz engen Rahmen konstant gehalten werden.
Natriumbicarbonat-Puffer
Nichtbikarbonat-Puffer
NH3/NH4+-System
Energiegewinn aus Aminosäuren bzw. Eiweiß
Funktion der Niere
Exkurs
Man könnte nun vermuten, dass die Leber den pH-Wert des Serums misst und beim Entstehen einer Azidose über Enzymsysteme auf diesen so bewundernswert effektiven und konsequenten Stoffwechselweg umschaltet. Tatsächlich ist es jedoch sehr viel trivialer: Für die Harnstoffbildung benötigt die Leber Bikarbonat als zentralen Teil des Moleküls, an den dann 2 Aminogruppen angebunden werden. Der Puffer Bikarbonat wurde jedoch in einem azidotischen Serum verbraucht und steht für die Harnstoffbildung nicht mehr ausreichend zur Verfügung. Und so entstand aus der Not eine Tugend, indem der ohnehin zu entsorgende Ammoniak nun der Pufferung des Harns dient und sozusagen ganz nebenbei und gerade im Nahrungsmangel auch noch neuer Brennstoff gewonnen wird.
Merke
Gerade beim Fasten mit möglichen hypoglykämischen Phasen kommt es in der Niere zu einer durchaus erwähnenswerten Glukoneogenese.
Kooperation von Lunge und Niere
Merke
Niere und Lunge ergänzen sich in ihrer Funktion der Ausscheidung von Säuren aus dem Organismus.
-
•
Ist z. B. eine LaktatazidoseLaktatazidose (vermehrte Muskelarbeit, im SchockSchock) oder KetoazidoseKetoazidose (Diabetes mellitusDiabetes mellitusKetoazidose Typ 1, Hunger, Alkoholabusus) AlkoholabususKetoazidoseentstanden, die durch die vorhandenen Pufferbasen nicht ausreichend kompensiert werden konnte, stimuliert der Überschuss an H+ das Atemzentrum zur vertieften Atmung (sog. Kußmaul-Atmung). Kußmaul-Atmung, KetoazidoseHierdurch bedingt wird von der Lunge vermehrt CO2 abgeatmet, die übliche CO2-Konzentration im arteriellen Blut (40 mmHg) also vermindert (Hypokapnie), sodass ein Teil der metabolisch erhöhten H+-Konzentration respiratorisch aus dem Körper entfernt wird und sich die Azidose abschwächt.
-
•
Wenn metabolisch entstandenes H+ an Bikarbonat bindet und von der Lunge als CO2 aus dem Organismus entfernt wird, muss hieraus eine Abnahme des physiologischen Bikarbonat-Spiegels resultieren. Die Niere wird durch eine vermehrte Ausscheidung von H+, aus der Bikarbonat entsteht, parallel zur gesteigerten Säureausscheidung auch für eine Regeneration des Bikarbonat-Puffers sorgen.
-
•
Wenn die Azidose respiratorisch verursacht wird (unzureichende Abatmung z. B. beim Asthma-Patienten), springt die Niere ein, indem sie einerseits vermehrt H+ ausscheidet, das die Azidose abschwächt, hierdurch aber auch verstärkt Bikarbonat bildet, das nun zur zusätzlichen Pufferung der noch im Überschuss vorhandenen Protonen zur Verfügung steht. Gleichzeitig stimuliert sie die Glutaminase-Aktivität, sodass das in der Folge vermehrt ausgeschiedene NH3 (aus der Aminosäure Glutamin) den pH-Wert des Urins nicht unter 4,5 absinken lässt. Auch der Phosphatpuffer hilft, diese physiologische Untergrenze des Harn-pH einzuhalten (Abb. 2.36).
-
•
Eine metabolisch oder respiratorisch entstandene AlkaloseAlkaloserespiratorischeAlkalosemetabolische wird entsprechend durch Minderatmung bzw. vermehrte Ausscheidung von Bikarbonat durch die Niere beantwortet, wodurch der Urin in solch pathologischen Fällen vorübergehend alkalisch werden kann.
2.3.6
pH-Wert des Serums
Merke
-
•
Azidose: < 7,36
-
•
Alkalose: > 7,44
Hinweis des Autors
Eine Azidose oder Alkalose ist nur unter pathologischen Bedingungen erreichbar (Ketoazidose des Diabetikers Typ 1 usw.) und dies gilt gleichermaßen für den interstitiellen Raum, der mit dem intravasalen Raum auch hinsichtlich des pH-Wertes eine Einheit bildet. Es ist nicht möglich, dass der pH-Wert in einem offenen System, z.B. in einem Gefäß, an verschiedenen Stellen abweichende Werte annehmen und beibehalten kann. Aber selbst wenn diese Ersatzkonstruktion der Anhänger dieser Theorie möglich wäre, so müsste man die einschlägigen Therapien ein weiteres Mal in Frage stellen, denn die zugeführten Basen gelangen auf oralem Weg ins Blut und werden dem Patienten eben gerade nicht in diesen ominös „übersäuerten interstitiellen Raum“ infundiert. Sollten sie aber nun doch aus dem Blut dorthin gelangen, hätte das ohnehin alkalische Blut dies längst selbst erledigen müssen – ganz und gar ohne Basenzufuhr.
Therapeuten, die der „ÜbersäuerungÜbersäuerung“ ihrer Patienten zu Leibe rücken wollen, bekämpfen eine Situation, die nicht existiert, denn sie behandeln nicht schwerstkranke Patienten auf Intensivstationen, sondern solche mit funktionellen bzw. alltäglichen Störungen, die vergleichsweise munter und auf eigenen Beinen ihre Praxisräume betreten. Die im Rahmen dieser „Therapien“ durchgeführte Zufuhr von basischen Substanzen verschiebt den pH-Wert des Blutes in Richtung Alkalose, wodurch das Atemzentrum mit dem Ergebnis einer Hypoxie (Sauerstoffmangel) gehemmt wird und die Niere zur Ausscheidung von Bikarbonat gezwungen wird. Allerdings vermag der Sauerstoffmangel durchaus ein (vorübergehendes) Wohlbefindenhypoxische Euphorie (hypoxische Euphorie; Fach Atmungssystem) zu erzeugen, woraus evtl. eine gewisse Dankbarkeit seitens des Patienten entsteht. Andererseits kann man einen Sauerstoffmangel auch kostenlos zustande bringen. Neben der Alkalisierung des Urins mit ungenügender Pufferung des Ammoniaks und Begünstigung aufsteigender Harnwegsinfekte gehen so wertvolle Pufferbasen verloren, die für die folgende Nahrungsaufnahme (kurzfristig) nicht mehr zur Verfügung stehen. Im ungünstigsten Fall erreicht der „Therapeut der Übersäuerung“ eine Azidose seines Patienten. Er hat damit das bewirkt, was er bekämpfen wollte.
2.3.7
Kaliumstoffwechsel
Merke
Der Stoffwechsel des Kalium KaliumStoffwechselist eng mit dem pH-Wert des extrazellulären Raumes verknüpft und wird deshalb an dieser Stelle besprochen.
Aufnahme und Ausscheidung
Kalium und pH-Wert
Merke
Es spielt letztendlich keine Rolle, welche Störung zuerst vorlag: Hyperkaliämie und Azidose bedingen sich genauso gegenseitig wie Hypokaliämie und Alkalose. Man kann deshalb Ursache und Folge auch schlagwortartig zusammenfassen und von der hypokaliämischen Alkalose und hyperkaliämischen Azidose sprechenhyperkaliämische Azidosehypokaliämische Alkalose.
Zusätzliche Auswirkungen abweichender Kaliumserumspiegel
Herzmuskulatur
Achtung
Jede ausgeprägte Kaliumverschiebung (< 3,5 bzw. > 6 mmol/l) von Serum bzw. Interstitium führt zu einer Absenkung des Ruhepotenzials am Herzen, woraus besonders bei vorgeschädigter bzw. ischämischer Herzmuskulatur eine Gefährdung des Patienten resultiert. Besonders ausgeprägt wird diese Gefahr bei digitalisierten Patienten, weil es hier durch die Pumpenhemmung ohnehin bereits zu einem erniedrigten Ruhepotenzial kommt. Zusätzlich konkurrieren Digitalis und Kalium an der Bindungsstelle der Natrium-Kalium-Pumpe miteinander (kompetitiver Antagonismus), wodurch die Medikamentenwirkung entweder verloren geht (Hyperkaliämie) oder sehr schnell toxisch werden kann (Hypokaliämie). Bei diesen Patienten ist also neben der Überwachung des Digitalis-Serumspiegels eine penible Kontrolle der Kaliumhomöostase von besonderer Bedeutung.
Arterien und Arteriolen
Darm
Zusammenfassung
Säure-Basen-Haushalt
-
•
Säurebildung aus jeglicher Nahrung (ca. 1 kg CO2/Tag → Kohlensäure)
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zusätzlicher Säureüberschuss aus üblicher Mischkost (Eiweiß, Essig, Oxalsäure, Vitamin C, Fettsäuren)
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zusätzliche physiologische oder pathologische Säurebildung (Milchsäure, Ketosäuren, Harnsäure, Fettsäuren aus dem Fettgewebe)
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Pufferung durch Bikarbonat, Proteine und Hämoglobin auf dem Weg zur Lunge (CO2)
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Ausscheidung organischer Säuren durch die Niere (Milchsäure, Ketosäuren, Harnsäure)
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Ansäuerung des Harns: Rückgewinnung des Bikarbonat-Puffers, immunologische Barriere, Ausscheidung von Ammoniak (als Ammonium)
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Verknüpfung der Kaliumhomöostase mit dem pH-Wert:
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hypokaliämische Alkalose
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hyperkaliämische Azidose
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überragende Bedeutung eines normgerechten Serumspiegels (3,6–5,4 mmol/l) im Hinblick auf das Ruhepotenzial der Zellen
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