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B978-3-437-41918-8.00011-7

10.1016/B978-3-437-41918-8.00011-7

978-3-437-41918-8

Filtrierbarkeit einzelner Moleküle

Tab. 11.1
Molekül MW (Da) Radius
(nm)
Siebkoeffizient
Wasser 18 0,10 1,0
Harnstoff 60 0,16 1,0
Glucose 180 0,36 1,0
Inulin 5.500 1,48 0,98
Myoglobin 17.000 1,95 0,75
Hämoglobin 68.000 3,25 0,03
Albumin 69.000 3,55 < 0,01

Niere

Kasuistik

Der kleine, drei Monate alte Siad wird nach einer unauffälligen Schwangerschaft und Geburt im Rahmen einer Routineuntersuchung sonografiert. Dabei findet der Arzt regelrecht liegende Nieren mit einem Volumen von 24 mL rechts und 26 mL links, die allerdings etwas zu groß für Siads Alter sind. Beidseits findet sich eine Echogenitätsvermehrung der Markpyramiden mit einer minimalen zentralen Aussparung, was für eine Nephrokalzinose spricht (Calcium-Einlagerungen im Nierengewebe, Abb. 11.A).

Patientendaten

  • Allgemeine Daten: Alter: 3 Monate, Größe: 78 cm, Gewicht: 9,3 kg, Blutdruck: 140/92 mmHg, Puls: 129/min, guter Allgemein- und Ernährungszustand

  • Anamnese: spontane und komplikationslose Entbindung zwei Tage vor dem errechneten Termin nach unauffälligem Schwangerschaftsverlauf, seither gutes Gedeihen; keine Harnwegsinfekte oder Hämaturie

  • Familienanamnese: Die Eltern sind Cousin und Cousine 1. Grades (Konsanguinität); ein Onkel und ein Cousin väterlicherseits hatten Nierensteine. Die Familie stammt aus dem Nord-Irak.

  • Laborbefunde: extreme Hyperkalziurie (> 11 mmol/L; normal < 8 mmol/L) bei regulären Calciumwerten (normal 2,2–2,6 mmol/L), aber deutlich erniedrigtem Magnesium im Serum (< 0,5 mmol/L; normal 0,6–1,2 mmol/L, Abb. 11.B).

Einige Zeit nach der ambulanten Untersuchung und der Verdachtsdiagnose einer Nephrokalzinose wird bei Siad vom Augenarzt eine Myopie diagnostiziert. Aufgrund der Konsanguinität der Eltern erscheint den Ärzten eine vererbte Tubulopathie (krankhafte Veränderung des renalen Tubulussystems) sehr wahrscheinlich. Sie veranlassen eine Analyse des Claudin-19-Gens, deren Ergebnis die Verdachtsdiagnose einer familiären Hypomagnesiämie mit Hyperkalziurie und Nephrokalzinose (FHHNC) bestätigt.

Pathophysiologie

FHHNC ist eine seltene, autosomal-rezessiv vererbte Erkrankung, die auf einer Mutation eines Gens aus der Superfamilie der Transmembranproteine Claudin (CLDN) beruht. Claudine kommen in den Schlussleisten (Zonula occludentes, Tight Junctions) in Epithelien vor, die das luminale und basolaterale Kompartiment funktionell voneinander trennen. Diese Kontakte zwischen benachbarten Epithelzellen bilden eine Barriere, damit Makro- und auch kleinere Moleküle nicht unkontrolliert durch den interzellulären Spaltraum von der einen zur anderen Seite des Epithels diffundieren können. CLDN-19 bildet einen Mg2+- und Ca2+-spezifischen parazellulären Kanal innerhalb der Tight Junctions. Bei der FHHNC liegt eine Mutation im CLDN-19-Gen vor, die zur fehlerhaften Interaktion zwischen der CLDN-19-Mutante und einem intrazellulären Adapterprotein der Zonula occludens führt.
Im für Wasser impermeablen, dicken aufsteigenden Teil der Henle-Schleife wird Natrium durch den Na+-K+-2Cl-Symport in die Zelle transportiert. Während K+ größtenteils durch K+-Kanäle wieder in das Lumen zurückkehrt, verlässt Cl die Zelle via Cl-Kanäle an der basolateralen Zellmembran in den Blutstrom (Abb. 11.19). Da so mehr Anionen als Kationen nach basal strömen, entsteht ein transepitheliales Potenzial (Lumen positiv, basale Seite negativ). Dieses Potenzial treibt Kationen (Na+, Ca2+ und Mg2+) aus dem Lumen durch die relativ dichten Zonulae occludentes.
Bei Siad sind die Zonulae occludentes durch den genetischen Defekt strukturell verändert, sodass diese Kationen parazellulär ungehindert in beide Richtungen ihrem Konzentrationsgradienten folgend diffundieren können.
Normalerweise werden in den Nierenglomeruli zunächst ca. 80 % des gesamten Serum-Magnesiums abfiltriert, von denen 95 % jedoch in den distalen Tubuli wieder rückresorbiert werden. Mit Calcium verhält es sich ähnlich. Diese Rückresorption ist bei FHHNC aufgrund der veränderten Schlussleisten vermindert; eine vermehrte Mg2+- und Ca2+-Ausscheidung mit vermindertem Mg2+-Spiegel im Blut ist die Folge (Hypomagnesiämie). Die Ca2+-Konzentration im Blut dagegen wird durch eine komplexe hormonelle Regulation konstant gehalten (Kap. 11.13 und Kap. 13.5). Wenn die ständig erhöhte Ca2+-Konzentration im Urin (Hyperkalziurie) deren Löslichkeitsprodukt überschreitet, kommt es zur Ausfällung von Calciumsalzen in den Nierentubuli und deren Einlagerung im Nierengewebe (Nephrokalzinose).

Symptomatik

Auffallend ist, dass die Hyperkalziurie bei der FHHNC altersabhängig zu sein scheint: Je jünger die Kinder sind, umso höher ist die renale Ca2+-Exkretion; mit dem Erwachsenenalter erreicht sie wieder Normalwerte. Der Grund dafür ist nicht bekannt. Die bei allen Kindern schon früh nachweisbare Nephrokalzinose schreitet im Verlauf der Entwicklung nicht weiter auffällig fort. Die Mg2+-Ausscheidung verändert sich dagegen nicht mit dem Alter. Sie ist ist bei allen Betroffenen erhöht; die Mg2+-Konzentrationen im Plasma liegen dabei aber lediglich am unteren Ende des Sollwertes.
Zwar sind die Auswirkungen der FHHNC zunächst variabel: Sie können zu Beginn der Krankheit kaum in Erscheinung treten. Jedoch führt die Krankheit langfristig stets zum totalen Nierenversagen, sodass die Patienten häufig im frühen Erwachsenenalter dialysepflichtig werden. Bei etwa einem Drittel der Patienten mit FHHNC besteht zum Zeitpunkt der Diagnose in jungen Jahren bereits eine terminale Niereninsuffizienz, bei einem weiteren Drittel ist die glomeruläre Filtrationsrate bereits stark eingeschränkt. Häufig fallen die Patienten durch vermehrte Harnwegsinfektionen, Polyurie, Polydipsie oder Nierensteine auf. Auch Erbrechen, Abdominalschmerzen, Muskelschwäche, Krämpfe und Schwächeanfälle als Folge des Mangels an Elektrolyten bzw. Spurenelementen kommen vor. Typisch sind ferner korneale Calciumablagerungen, die auch bei Siad beobachtete Myopie und unkontrollierter Nystagmus (Augenzittern). Die Patienten sind meist kleinwüchsig, da der gestörte Ca2+-Haushalt das Knochenwachstum beeinträchtigt.

Therapie

Standardtherapie ist die orale Gabe von Zitraten, Thiaziden und Magnesium. Zitrate bilden Komplexe mit Ca2+ und halten es so im Plasma. Diuretika vom Thiazid-Typ blockieren den NaCl-Symport (Abb. 11.22), erhöhen so also die Ausscheidung von NaCl und Wasser und verhindern durch diese Diurese die Ausfällung von Calciumsalzen. Langfristig steuert der Körper dieser Wirkung jedoch durch Erhöhung antidiuretischer Hormone entgegen. Das körpereigene Magnesiumdefizit versucht man durch orale Gabe von Magnesiumpräparaten auszugleichen.
Theoretisch sollten diese Medikamente den Ca2+- und Mg2+-Stoffwechsel normalisieren. Tatsächlich lässt sich mit ihrer Hilfe jedoch die fortschreitende renale Dysfunktion lediglich verzögern. Die Prognose von FHHNC-Patienten, auch von Siad, ist sehr schlecht; eine definitive Heilung kann nur durch eine Nierentransplantation erreicht werden.

Physiologie im Fokus

  • Die Niere spielt eine entscheidende Rolle auch bei der Regulation der Mg2+- und Ca2+-Ausscheidung und damit bei der Konstanthaltung dieser Elektrolyte.

  • Die Ausfällung von Ca2+-Salzen im Tubulus behindert die Filtration; der Druck im Bowman-Kapselraum steigt an.

  • In einzelnen Tubulusabschnitten werden Elektrolyte über verschiedene Mechanismen rückresorbiert.

  • Die Einstellung der Ca2+-Konzentration im Serum erfolgt durch Parathormon und Calcitonin.

  • Thiazide und Schleifendiuretika erhöhen die Flüssigkeitsausscheidung in der Niere durch unterschiedliche Wirkmechanismen.

  • Mg2+-Mangel kann systemisch vielfältige Folgen haben.

Aufgaben und funktionelle Anatomie

Aufgaben

Die Nieren erfüllen eine Vielzahl von Aufgaben:
    • Ausscheidung von N-haltigen Stoffwechselendprodukten (Harnstoff, NH4+, Harnsäure)

    • Ausscheidung von körperfremden, nicht weiter abbaubaren Substanzen (Xenobiotika)

    • Konstanthaltung des Wassergehalts

    • Konstanthaltung der Elektrolytkonzentrationen im Plasma

    • Konstanthaltung des pH-Werts im Plasma

    • Produktion von Hormonen zur Regulation von Blutdruck, Erythropoese und Calcium.

20 % des Herzzeitvolumens (HZV), also 1 L/min Blut oder 0,6 L/min Plasma, durchströmen die Nieren und werden „gefiltert“, wobei Zellen und Plasmaproteine im Blut zurückbleiben (Abb. 11.1). Das Filtrat (Primärharn) fließt durch die Nierentubuli in Richtung Nierenbecken. Dabei werden schon proximal die meisten Nährstoffe, Elektrolyte und Wasser rückresorbiert (Abb. 11.2a). Ausscheidungsprodukte bleiben im Lumen. Von der Leber durch Biotransformation als solche markierte Fremdstoffe (Xenobiotika) werden aktiv in den Primärharn sezerniert. Die haarnadelförmig gewundenen, tiefen Nephrone erzeugen einen NaCl-Konzentrationsgradienten im Interstitium, der von der Rinde zum Mark hin zunimmt. Im distalen Tubulus erfolgt die Feinregulation von Elektrolytzusammensetzung und Plasma-pH durch aktive Resorptions- oder Sekretionsvorgänge. Im Sammelrohr wird je nach aktuellem Bedarf Wasser rückresorbiert. Dabei entsteht ein Urin, der bei Durst die 4-fache, bei Wasserüberschuss nur ⅙ der Konzentration des Plasmas haben kann.

Feinbau

Jede Niere enthält ca. 1 Mio. Nephrone, die aus je einem Glomerulus und dem sich anschließenden Tubulus bestehen (Abb. 11.3). Der Glomerulus ist ein Knäuel aus Kapillarschlingen, das von der Bowman-Kapsel umgriffen wird. Dabei handelt es sich um das eingestülpte blinde Ende des Tubulus, das dann zwei Schichten erhält (Abb. 11.3). Glomerulus und Bowman-Kapsel bilden gemeinsam ein Nierenkörperchen. Diese liegen in der Nierenrinde und verleihen ihr makroskopisch eine körnige Struktur. Der Tubulus setzt sich im gewundenen proximalen Tubulus (oder Konvolut) fort, dem sich ein gestreckter Teil (Pars recta) anschließt (Abb. 11.2b). Er steigt mehr oder weniger tief in das Mark ab und bildet die haarnadelförmig gebogene Henle-Schleife, die mit ihrem aufsteigenden Schenkel wieder zur Rinde zurückkehrt. Dort kontaktiert der Tubulus am juxtaglomerulären Apparat (JGA) die Arteriolen seines Glomerulus, geht dann in das distale Konvolut über und vereinigt sich später mit ca. 10 anderen Tubuli zu einem Sammelrohr (Abb. 11.2a). Diese vereinigen sich im weiteren Verlauf ebenfalls und münden als etwa 250 Endkanäle in die Kelche des Nierenbeckens, die den Endharn sammeln und über den Ureter in die Blase leiten.
Entlang seinem Verlauf ändert sich die Morphologie des einschichtigen Tubulus-Epithels mehrfach: Das „blinde“, eingestülpte Ende bedeckt als Podozytenschicht die Kapillaren und bildet den Filter, durch den der Primärharn gepresst wird (Abb. 11.3). Die Oberfläche des Transportepithels des proximalen Tubulus ist auf der luminalen Seite durch Mikrovilli stark vergrößert (Bürstensaum). Die basale Membran bildet ein Labyrinth, in dem viele Mitochondrien Energie für die aufwendigen Transportprozesse bereitstellen. Die Zell-Zell-Kontakte sind für Wasser und darin gelöste Stoffe relativ gut durchlässig. Die dünnen Schenkel der Schleife sind dagegen nur noch von einfachen Wänden ausgekleidet, die ab dem aufsteigenden Teil wasserdicht sind. Der dicke aufsteigende Teil und das distale Konvolut besitzen als Transportepithelien wieder ein basales Labyrinth. Das Verbindungsstück zwischen distalem Konvolut und Sammelrohr enthält daneben auch einige Schaltzellen. Sie bilden mit den Hauptzellen die wichtigsten Zelltypen in den Wänden der kortikalen Sammelrohre. Diese sind bis zur Papille für den parazellulären Weg wasserdicht, während die transzelluläre Wasserdurchlässigkeit reguliert werden kann. Der medulläre Teil des Sammelrohrs besteht nur noch aus einem Zelltyp und ist in den Endkanälen hochprismatisch.

Durchblutung

Ausgehend von der A. arcuata an der Rinden-Mark-Grenze führen Aa. interlobulares das Blut über je ein Vas afferens in die Glomeruli (Abb. 11.2b). Der Druck in den ca. 30 Kapillarschlingen ist ungewöhnlich hoch, um eine effektive Abfiltrierung zu ermöglichen. Sie vereinigen sich wieder zu je einem Vas efferens und bilden dann ein Netz von peritubulären Kapillaren, die der Versorgung der Rinde und dem Abtransport der rückresorbierten Stoffe dienen. Das Mark wird nicht von eigenen Arterien versorgt, sondern von den absteigenden efferenten Arteriolen der juxtamedullären Glomeruli, den Vasa recta, die die Henle-Schleifen als Kapillarnetze umspinnen und zusätzlich den Rücktransport von Wasser und Salz aus dem Mark übernehmen. Vas afferens wie auch Vas efferens sind Widerstandsgefäße, die unabhängig voneinander reguliert werden können.

Glomeruläre Filtration

Glomerulus

Zwar bezeichnet der Begriff „Glomerulus“ ursprünglich nur das Kapillarknäuel, doch ist es üblich, ihn synonym für das ganze Nierenkörperchen – also Gefäßknäuel samt Bowman-Kapsel – zu verwenden. Die Kapillarschlingen werden von kontraktilen Mesangiumzellen gestützt, die als Stützgerüst eine Matrix produzieren (Abb. 11.3 und Abb. 11.4). Diese Zellen gehen kontinuierlich in die Schicht glatter Muskelzellen in den Wänden von Vas afferens und Vas efferens über. Im Vas afferens bilden sie Renin, das sie in Granula speichern und nach Stimulation abgeben. Die Kapillaren sind von großporig gefenstertem Endothel ausgekleidet, das zelluläre Blutbestandteile zurückhält (Abb. 11.4). Dem Endothel liegt eine dreischichtige Basalmembran auf (Abb. 11.4, kleines Bild), die durch ihre vernetzten Proteine (hauptsächlich Typ-IV-Kollagen) einen weiteren Filter darstellt. Der Basalmembran liegen die Epithelzellen des inneren, viszeralen Blattes der Bowman-Kapsel auf, die Podozyten. Sie haben Primärfortsätze mit davon abzweigenden Fußfortsätzen, die wie die Finger ineinander verschränkter Hände nebeneinanderliegen. Mit diesen Fortsätzen umgreifen sie die Kapillarschlingen so dicht, dass der Kapselraum nicht mehr direkt mit der Basalmembran in Verbindung steht. In den Zwischenräumen zwischen den Fortsätzen ist als weitere Barriere eine dünne Schlitzmembran aufgespannt, die aus den Proteinen Nephrin und Podocin besteht.

Filtration

Das Ultrafiltrat durchfließt also eine Filterbarriere aus vier Schichten: dreischichtige Basalmembran und Schlitzmembran. Diese Barriere lässt nur Moleküle mit einem Molekulargewicht (MW) < 5.000 Da und einem Molekülradius < 2 nm ungehindert passieren. Für solche Moleküle ist der Siebkoeffizient (Konzentration im Filtrat/Konzentration im Plasma) = 1 (Tab. 11.1). Größere Moleküle werden nur teilweise oder gar nicht filtriert.
Neben diesen Kriterien spielen auch die Molekülform und die elektrische Ladung eine große Rolle. Albumin ist nur wenig schwerer als Hb, aber weit weniger dicht gepackt; das Molekül ist also größer und wird daher kaum noch filtriert. Außerdem trägt es, wie die meisten Plasmaproteine, Aminosäuren mit negativen Ladungen an der Oberfläche, die seine Filtration durch das Sieb stark behindern, da dieses durch fixe Glykoproteine ebenfalls negativ geladen ist. Dieser Filter lässt also Wasser, Elektrolyte und alle im Plasma befindlichen Metaboliten wie Glucose, Harnstoff, Aminosäuren und wasserlösliche Vitamine passieren. Das Gleiche gilt auch für die im Blut zirkulierenden Peptidhormone, die damit ihre Signalwirkung verlieren und so unspezifisch inaktiviert werden, da sie erst nach Spaltung als Aminosäuren wieder resorbiert werden. Dagegen sind Blutfette, fettlösliche Vitamine, unkonjugiertes Bilirubin und lipophile Fremdstoffe, aber auch die Steroidhormone sowie Schilddrüsenhormone im Plasma an Proteine gebunden (LDL, Albumin etc.). Diese Stoffe werden daher nicht filtriert und brauchen daher auch nicht rückresorbiert zu werden. Das Gleiche gilt für Fe2+, Cu2+ und teilweise Ca2+ bzw. Mg2+, die spezifisch an Transferrin bzw. Coeruloplasmin gebunden oder unspezifisch von Plasmaproteinen komplexiert sind. Für solche Stoffe stellt sich ein Gleichgewicht zwischen gebundener und freier Form ein, nur die freien Moleküle werden filtriert. Viele Medikamente werden z. T. an Plasmaproteine gebunden, wodurch sich ihre Ausscheidung verlangsamt. Dies ist meist eher unerwünscht und muss bei der Dosierung berücksichtigt werden.

Klinik

Plasma enthält 70–80 g Protein/L, es sollten aber nicht mehr als 150 mg/d mit dem Urin ausgeschieden werden. Wird dieser Wert überschritten, spricht man von Proteinurie. Diese kann prärenal sein, wenn z. B. Gewebe untergeht (Muskelgewebe nach schweren Quetschungen oder exzessivem Sport, Tumorgewebe nach Chemotherapie). Dann tauchen kleine Proteine in Plasma und Urin auf, die normalerweise nur intrazellulär vorkommen. Sie sind zwar filtrierbar, „verstopfen“ aber den Filter. Häufiger ist die renale Proteinurie, die durch einen defekten Filter verursacht wird. Grund können genetische Defekte von Filtermembran-Proteinen, entzündliche Prozesse (Glomerulonephritis) oder massive Ablagerungen von Antigen-Antikörper-Komplexen sein. Massive Proteinurie senkt den kolloidosmotischen Druck im Plasma und führt so zur Ödembildung.

Filtrationsdruck und glomeruläre Filtrationsrate

Effektiver Filtrationsdruck

Prinzipiell wird in allen Geweben die interstitielle Flüssigkeit durch Filtration von Plasma gebildet (Kap. 9.15). Der quantitative Unterschied besteht darin, dass in den Nieren die Glomeruli aufgrund eines ungewöhnlich hohen Perfusionsdrucks und einer außergewöhnlich hohen Durchblutungsrate ca. 180 L Filtrat pro Tag produzieren. Da die gesamte extrazelluläre Flüssigkeit (Plasma + Interstitium) im Körper etwa 15 L beträgt, heißt das, dass sie pro Tag 12-mal durch die Nierentubuli geschickt, überprüft und modifiziert wird.
Der hohe kapilläre Druck entsteht dadurch, dass der arterielle Mitteldruck, der in der großen Nierenarterie mit 100 mmHg noch ähnlich hoch ist wie in der Aorta, in den Glomeruli nur bis auf 48 mmHg abfällt (Abb. 11.5a), da der Gefäßwiderstand in den Vasa afferentia normalerweise relativ gering ist. In Kapillaren anderer Gewebe beträgt er nur ca. 30 mmHg. Allerdings kann der hohe hydrostatische Druck pKap in den glomerulären Kapillaren nur z. T. genutzt werden, da ihm über die Filterbarriere hinweg zwei Gegenkräfte entgegenwirken (Abb. 11.5b):
    • der hydrostatische Druck pBow des Primärharns im Bowman-Raum (ca. 13 mmHg)

    • der kolloidosmotische (onkotische) Druck πKap des Plasmas.

Da bei der Filtration die Proteine im Plasma verbleiben, ist das Filtrat proteinfrei und enthält daher weniger gelöste Teilchen. Der kolloidosmotische Druck des Plasmas πKap ist also höher, während πBow fast null ist (Abb. 11.5c). Dies führt zu einem Sog von Wasser aus dem Bowman-Raum zurück in die Kapillare, der umso größer wird, je weiter sich die Kapillare vom Vas afferens entfernt, da die Proteinkonzentration und damit πKap durch die Filtration kontinuierlich zunehmen. An einem Punkt der Kapillare wird ein Gleichgewicht der Kräfte erreicht, und es findet netto keine Filtration mehr statt. Dann bewegt sich gleich viel Flüssigkeit in beide Richtungen (Abb. 11.5d). Dieses Prinzip gilt in gleichem Maße für alle Kapillaren in jedem Gewebe; das zurückbleibende Filtrat wird aber sonst als Lymphe vollständig wieder dem Kreislauf zugeführt, während ein Teil des Nierenfiltrats als Urin ausgeschieden wird.
Der effektive Filtrationsdruck peff errechnet sich aus folgender Formel:
Nahe am Vas afferens beträgt er:

Glomeruläre Filtrationsrate

Als glomeruläre Filtrationsrate (GFR) bezeichnet man das Volumen Filtrat, das pro Zeiteinheit von den rund zwei Millionen Glomeruli gebildet wird. Sie hat für die Nierenfunktionsprüfung große klinische Bedeutung. Um sie zu messen, nutzt man das von Adolf Fick im 19. Jh. formulierte Prinzip der Mengenbilanz, auf der z. B. auch die Berechnung der alveolaren Diffusion beruht (Kap. 10.9). Man injiziert als Indikatorsubstanz das Polysaccharid Inulin, das glomerulär frei filtriert, nicht sezerniert, nicht reabsorbiert und nicht verstoffwechselt wird. Sobald sich das Inulin vollständig im Blut verteilt hat, muss die mit dem Urin ausgeschiedene Menge pro Zeit gleich der filtrierten Menge pro Zeit sein (Abb. 11.6). Da die Konzentration eine Menge pro Volumen ist, gilt:
Man sammelt nach der Inulininjektion allen Urin über einen bekannten Zeitraum von 12–24 h und bestimmt so das Urinzeitvolumen. Photometrisch werden dann die Konzentrationen von Inulin in Plasma und Urin bestimmt und nach oben stehender Formel die GFR errechnet. Beim jungen Gesunden beträgt sie etwa 125 mL/min. In der täglichen klinischen Routine greift man auf die körpereigene Substanz Kreatinin zurück, ein Abbauprodukt des Muskelkreatins, das nur bei hohen Plasmaspiegeln geringfügig sezerniert wird und dessen Konzentration im Urin daher annähernd dem glomerulär filtrierten Anteil entspricht. Die daraus errechnete GFR nennt man auch Kreatinin-Clearance, da sie formal der „virtuellen“ Menge an Plasma entspricht, die pro Minute vollständig von Kreatinin befreit („geklärt“) wurde.
Analog lässt sich die Clearance für jeden anderen Stoff X bestimmen. Bei Clearancex > ClearanceInulin wird der untersuchte Stoff zusätzlich sezerniert, bei Clearancex < ClearanceInulin wird er resorbiert.

Klinik

Aus der Gleichung für peff geht hervor, dass die Niere versagt und nicht mehr filtriert, wenn

  • der Blutdruck und damit pKap unter einen kritischen Wert fällt (z. B. im Schock)

  • pBow steigt (z. B. bei Verlegung des Abflusses durch Nierensteine, auch Praxisfall)

  • bei pathologisch erhöhter Plasmaprotein-Konzentration πKap ansteigt (z. B. massive Muskelzerstörung oder schwere Dehydratation).

Nierendurchblutung

Die Nieren machen zwar nur 0,4 % des Körpergewichts aus, erhalten aber ca. 20 % des Herzzeitvolumens, also etwa 1 L Blut/min. Bezogen auf das Organ, sind das 3–5 mL Blut/min pro Gramm Gewebe – ein Wert, der sonst nur vom Herzen bei starker körperlicher Anstrengung erreicht wird. Obwohl der Sauerstoffbedarf der Nieren aufgrund der vielen aktiven Transportvorgänge sicher hoch ist, ist die arteriovenöse Differenz, also die tatsächliche Sauerstoffausschöpfung, aufgrund dieser Überflussperfusion nur gering. Ausschlaggebend für die Regulation des renalen Blutflusses (RBF) ist also ausnahmsweise nicht der Sauerstoffbedarf der Niere, sondern die regelrechte Ausübung ihrer vielen Funktionen.
Vom RBF werden 90 % in die Glomeruli in der Rinde und nur 10 % ins Mark geleitet; die Papillenspitzen erhalten sogar nur 1 % der Durchblutung. Das innere Mark ist deshalb auf anaeroben Stoffwechsel spezialisiert, der Gewebe-pO2 beträgt dort nur etwa 10 mmHg. Diese niedrige Durchblutung des inneren Marks ist nötig, um die dort von der Henle-Schleife und dem Sammelrohr aufgebauten hohen Konzentrationen von NaCl und Harnstoff aufrechtzuerhalten (Kap. 11.9, Kap. 11.10). Da nur das Plasma abfiltriert wird, ist der renale Plasmafluss (RPF) eine geeignetere Größe zur Beurteilung der Nierendurchblutung als der RBF (z. B. nach Änderungen des Hämatokriten [Hkt] bei Anämie oder bei Polyglobulie):
Daraus ergibt sich bei einem regulären Hkt von 0,40 ein RPF von ca. 600 mL Plasma/min.

Messung des renalen Plasmaflusses

Der RPF kann nach dem Prinzip der Mengenbilanz analog zur GFR-Bestimmung (Kap. 11.3) gemessen werden. In diesem Fall sollte die Indikatorsubstanz frei filtriert und zusätzlich bei einer Nierenpassage möglichst vollständig aktiv sezerniert werden. Man verwendet dazu meist Paraaminohippurat (PAH), das diese Bedingungen bei niedrigen Plasmakonzentrationen in etwa erfüllt (solange der entsprechende Carrier im proximalen Tubulus nicht gesättigt ist). Der RPF lässt sich mit der PAH-Clearance näherungsweise bestimmen:
PAH wird bei der Nierenpassage tatsächlich nur zu 90 % ausgeschieden, daher gilt:
Der Quotient GFR/RPF = 125/600 ∼ 0,2 gibt die Filtrationsfraktion an, den Anteil des durch die Glomeruli fließenden Plasmas, der von einer gesunden Niere abfiltriert wird.

Gefäßwiderstände

Vas afferens und Vas efferens sind ungewöhnlicherweise zwei hintereinandergeschaltete Widerstandsgefäße, in deren Wänden sich reichlich glatte Muskelzellen befinden. Außerdem besitzen sie Rezeptoren für vasoaktive Substanzen und sind sympathisch innerviert (Abb. 11.3). Im jeweiligen Gefäßverlauf fällt der Druck steil ab (Abb. 11.5a), während er sich entlang den Glomeruluskapillaren kaum ändert.
Nimmt der Widerstand im Vas afferens zu, so sinken Durchblutung und Filtration gleichsinnig (Abb. 11.7). Steigt der Widerstand im Vas efferens an, sinkt die Durchblutung der Niere ebenfalls, während die Filtration zunimmt. Die GFR steigt dabei zunächst wegen des erhöhten pKap im Glomerulus an, um dann wegen des sinkenden Gesamt-RPF eher abzunehmen. Verengen oder erweitern sich Vas afferens und Vas efferens gleichzeitig, kommt es zum Abfall bzw. Anstieg der Durchblutung, wobei sich die GFR aber kaum ändert. Solche gleichsinnigen Änderungen beobachtet man beim Anstieg des Sympathikotonus oder bei Zunahme von zirkulierendem Angiotensin II (z. B. nach Blutverlust). In diesem Fall bleibt daher die Filtrationsleistung der Nieren relativ normal. Selektive Änderungen der einzelnen Gefäßwiderstände sieht man z. B. bei Patienten mit nur einer Niere: In ihr verdoppelt sich die GFR aufgrund der Relaxation des Vas afferens. Andererseits führen ACE-Hemmer wie Captopril, die zur Behandlung von Bluthochdruck eingesetzt werden, manchmal zur selektiven Vasodilatation des Vas efferens und damit zu einer unerwünschten Senkung der Filtrationsleistung.

Autoregulation

Steigt der Blutdruck von niedrigen Werten ausgehend an, nimmt auch die Nierendurchblutung zunächst zu, um ab einem Mitteldruck von 80 bis 170 mmHg konstant zu bleiben (Abb. 11.8). Eine solche Autoregulation findet man auch an den Blutgefäßen des Gehirns und des Herzens. Sie sorgt dafür, dass alle lebensnotwendige Funktionen, wie hier die glomeruläre Filtration, trotz natürlicher Schwankungen des Blutdrucks im Tagesverlauf (Lagewechsel, Arbeit, Aufregung, Schlaf) konstant bleiben. Sie erhält die Nierendurchblutung selbst bei massivem Blutdruckabfall aufrecht und schützt den Filterapparat andererseits vor übergroßer mechanischer Belastung durch hohen Blutdruck.

Regulation der Nierendurchblutung

Bayliss-Effekt

Der Bayliss-Effekt beschreibt die Eigenschaft mancher Widerstandsgefäße, sich nach passiver Erweiterung durch einen erhöhten Perfusionsdruck zeitverzögert aktiv kontrahieren zu können. Sinkt der Perfusionsdruck, erweitern sich die Gefäße (Abb. 11.9a). Dies ist eine Funktion der glatten Gefäßmuskelzellen (myogener Tonus) und wird wahrscheinlich durch mechanosensitive Ionenkanäle, aber auch durch noch unbekannte weitere Faktoren vermittelt. Die Folge ist, dass der Kapillardruck (Abb. 11.9b) und damit die Organdurchblutung (Abb. 11.9a) weitgehend konstant bleiben. In der Niere haben v. a. A. interlobularis und Vas afferens die Fähigkeit zur Autoregulation. Sie sorgen so dafür, dass der renal-arterielle Druck immer ausreichend hoch ist, um eine regelrechte Filtration im Glomerulus zu gewährleisten. Der Bayliss-Effekt versagt, wenn der arterielle Mitteldruck unter 50 mmHg sinkt (Abb. 11.8). Dann reicht der effektive Filtrationsdruck nicht mehr aus, um Primärharn zu produzieren (Kap. 11.3). Auch ab 180 mmHg kann der Gefäßtonus nicht weiter aufrechterhalten werden. Deshalb kommt es bei Hypertonie langfristig zu Nierenschäden.

Tubuloglomeruläres Feedback

Ein weiterer wichtiger Mechanismus zur Autoregulation der Nierendurchblutung ist das tubuloglomeruläre Feedback (TGF), auch Macula-densa-Mechanismus genannt. Steigen RPF und GFR aufgrund von Blutdruckerhöhung deutlich an, sind die myogenen Mechanismen (Abb. 11.9b) ausgereizt. Dann übersteigt der Fluss im Tubulus die NaCl-Resorptionskapazität im proximalen Teil, und die NaCl-Konzentration im distalen Konvolut steigt an (Abb. 11.10, gelb). Dort steht die Tubuluswand als Platte von spezialisierten Macula-densa- und Mesangiumzellen mit Vas afferens und Vas efferens in Kontakt (juxtaglomerulärer Apparat [JGA]). Über lokale Signale (Abb. 11.10, gelb) kommt es zur Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Konzentration in den Mesangiumzellen und damit zur Ausschüttung von lokalen Mediatoren, v. a. Adenosin und Thromboxan, die zur Vasokonstriktion v. a. des Vas afferens führen. Mithilfe dieses negativen Rückkopplungskreises normalisieren sich RPF und damit GFR wieder.
Der TGF-Mechanismus hat noch eine weitere Aufgabe: Er teilt den RPF so auf, dass Glomeruli von weniger leistungsfähigen Nephronen weniger stark durchblutet werden. Ein solcher Tubulus resorbiert weniger NaCl, daher steigt dessen Konzentration distal an. Das zugehörige Vas afferens verengt sich, bis Durchblutung und GFR für dieses individuelle Nephron wieder seiner Kapazität entsprechen (Abb. 11.10). Ohne diesen Mechanismus dürfte es zu deutlichen Kochsalzverlusten kommen. Teleologisch erinnert er an die Verteilung von Blut auf die am besten belüfteten Alveolen in der Lunge durch hypoxische Vasokonstriktion (Kap. 10.10).
Zum zweiten wird ein TGF-Mechanismus dann aktiviert, wenn RPF und GFR deutlich abfallen, die myogenen Mechanismen also bei Blutdruckabfall im System überfordert sind. Dann sinkt NaCl im distalen Teil, und über die Macula densa wird aus den glatten Muskelzellen Renin freigesetzt (Abb. 11.10, lila). Renin reguliert als geschwindigkeitsbestimmender Schritt unter Beteiligung von Angiotensin Converting Enzyme (ACE) die Umwandlung von Angiotensinogen in Angiotensin II (Kap. 17.9). In der Niere verengt lokal gebildetes Angiotensin II beide Vasa, wodurch die Nierendurchblutung sinkt und der Blutdruck im System stabilisiert wird. Da Vas afferens und noch mehr Vas efferens kontrahieren, sinkt die GFR nicht ab. Der TGF-Mechanismus initiiert so auch die allgemeine Angiotensin-II-vermittelte Vasokonstriktion im ganzen Körper. Zur Rolle der Niere bei der allgemeinen Blutdruckregulation Kap. 11.15.

Sympathikotonus

Die Aktivierung sympathischer Nierennerven führt bei Blutdruckabfall ebenfalls zu einer bevorzugten Kontraktion des Vas efferens. Dies verschiebt Blut in den Körper bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der GFR. Außerdem werden die Zellen des Vas afferens direkt zur Freisetzung von Renin stimuliert.

ANP

Atriales natriuretisches Peptid (Atriopeptin, ANP) wird bei Volumenüberschuss aus den Herzvorhöfen freigesetzt und relaxiert die Nierengefäße. Es erhöht damit RPF und GFR und sorgt so, zusammen mit seiner hemmenden Wirkung auf die Renin- und ADH-Bildung, für die vermehrte Produktion von Urin (Kap. 13.2).

Klinik

Bei massivem Blutdruckabfall (v. a. durch Blutverlust) werden zunächst alle blutdruckstabilisierenden Mechanismen aktiviert. Sinkt der arterielle Druck < 50 mmHg, kommt es auch zur sympathischen Konstriktion der Nierengefäße: Es wird kein Filtrat mehr gebildet, um alles Blut zu Herz und Gehirn zu leiten. Diese akute Ischämie kann zur Schockniere führen, die auch nach Bluttransfusion langfristig insuffizient bleiben kann.

Resorptionsprozesse im proximalen Tubulus (1)

Im proximalen Tubulus werden filtrierte Elektrolyte, organische Moleküle und Wasser isotonisch rückresorbiert, d. h., erstere werden aktiv und passiv, transzellulär und parazellulär transportiert, während Wasser auf beiden Wegen osmotisch nachfolgt. Dafür haben die Zellen dieses Epithels
    • eine große luminale Oberfläche durch Mikrovilli-Ausstülpungen (Bürstensaum)

    • eine große Zahl von verschiedenen Carriern in hoher Dichte in der luminalen Membran

    • viele Mitochondrien, Na+-K+-ATPase und weitere Carrier im Labyrinth der basalen Membran

    • Zell-Zell-Kontakte, die für Wasser und darin gelöste Moleküle gut durchlässig sind

    • eine hohe Dichte von Aquaporin-1 in beiden Membranen.

Die Transportmechanismen ähneln denen im Dünndarm (Kap. 14.8); in beiden Epithelien werden die gleichen Gene für die jeweiligen Carrier exprimiert. Diese Carrier sind entlang dem Tubulus nicht kontinuierlich verteilt, z. B. findet man den Na+-Glucose-Cotransporter nur im proximalsten Teil. Dadurch ändern sich im Verlauf der Tubuluspassage die Konzentrationsverhältnisse der einzelnen Teilchen zueinander, und es stellen sich unterschiedliche Elektrolytzusammensetzungen ein. Die Tubulusflüssigkeit bleibt in diesem Abschnitt aber isotonisch zum Interstitium. Nur der besseren Übersichtlichkeit halber zeigt Abb. 11.11 die verschiedenen Transportsysteme in unterschiedlichen Zellen.
Die Antriebskraft für alle Resorptionsvorgänge liefert die basale Na+-K+-ATPase (1). Hemmt man sie experimentell, und damit die Resorption, so sinkt der O2-Verbrauch der Nierenrinde um 85 %. Die Na+-K+-ATPase pumpt elektrogen 3 Na+ gegen 2 K+ ins Interstitium und erhält so ein innen negatives Membranpotenzial aufrecht. Dieses Membranpotenzial und den Konzentrationsgradienten für Na+ vom Filtrat nach intrazellulär nutzen Na+-Cotransporter zur Aufnahme von Glucose (2), Aminosäuren, Phosphat, Sulfat etc. aus dem Lumen in die Epithelzellen.
An der basalen Membran wird Glucose von den Glucosetransportern GLUT-1 und GLUT-2 (3) abgegeben. Auch Aminosäuren werden Carrier-vermittelt durch erleichterte Diffusion ins Interstitium geschleust. Netto werden durch diese Vorgänge mehr positive als negative Ladungen über das Epithel transportiert: Es entsteht ein transepitheliales Potenzial von ca. 2 mV zwischen Lumen und Interstitium (Lumen negativ).
Na+ wird auch elektroneutral durch einen Na+-H+-Austauscher in die Zellen aufgenommen (4), was einerseits vom Na+-Gradienten getrieben wird, andererseits darauf beruht, dass eine intrazelluläre Carboanhydrase (CA, 5) beliebig viel H+ zur Verfügung stellt. Das bei dieser Carboanhydrase-Reaktion entstehende HCO3 dient der elektroneutralen Ausschleusung von Na+ an der basalen Membran durch einen Na+-HCO3-Cotransporter (6). Die in das Lumen abgegebenen H+ reagieren unter Katalyse einer in der Bürstensaummembran befindlichen Carboanhydrase (5) mit dem filtrierten HCO3 zu H2O und CO2, die wiederum in die Zelle eintreten können. So wird nicht nur viel Na+, sondern auch der Puffer HCO3 im proximalen Tubulus resorbiert.
Auf diesen Wegen werden viele Teilchen über das Epithel hinwegtransportiert. Gleichzeitig strömt osmotisch Wasser sowohl para- als auch transzellulär durch Aquaporine nach (7). Das transepitheliale Potenzial (basal positiv) zieht zwar Cl ins Interstitium, jedoch ist dieser Weg nicht sehr effektiv: Im proximalen Teil des Tubulus ist daher die Cl-Konzentration um ca. 30 % höher geworden als im Interstitium. Dieser Cl-Gradient verstärkt den parazellulären Cl-Strom so, dass sich das transepitheliale Potenzial im weiteren Verlauf umkehrt und mehr distal nun im Lumen positiv ist (8). Dies wiederum stellt die Triebkraft dar, um kationische Elektrolyte zusammen mit Wasser in großem Maße parazellulär zu resorbieren (Solvent Drag = Lösungsmittel-Sog, 8). Auf diese Weise werden etwa 70 % der abfiltrierten Elektrolyte, alle organischen Moleküle (Glucose, Aminosäuren) und ca. 70 % des Wassers rückresorbiert.
Die Aufnahme von Glucose über einen Carrier ist wie alle proteinvermittelten Reaktionen ein sättigbarer Vorgang (Michaelis-Menten-Kinetik, Kap. 1.3). Steigt die Glucosekonzentration von normal 5 auf > 12 mmol/L (Nierenschwelle), sinkt die Resorptionsrate (Abb. 11.12). Da im weiteren Verlauf des Tubulus keine Carrier für Glucose mehr vorhanden sind, geht sie bei solch hohen Tubuluskonzentrationen mit dem Urin verloren.

Klinik

Bei unbehandeltem Diabetes mellitus („honigsüßer Durchfluss“) ist die Glucosekonzentration im Plasma aufgrund von Insulinmangel oder Insulinresistenz erhöht (Verdacht schon ab Glucose > 7,8 mmol/L oder > 140 mg/dl Plasma). Übersteigt sie die Nierenschwelle, erscheint Glucose daher im Urin. Mit der Glucose geht osmotisch im Sammelrohr auch Wasser verloren, sodass vermehrter Harndrang und Durst erste Symptome dieser Krankheit sind und Glucosurie diagnostisch ist.

Resorptionsprozesse im proximalen Tubulus (2)

Aminosäuren (AS)

AS kommen im Blut in einer Gesamtkonzentration von etwa 2,5 mmol/L vor. Sie werden durch sieben verschiedene, meist Na+-gekoppelte Transportsysteme rückresorbiert (Abb. 11.13):
    • für saure AS (Asp, Glu), wobei Glu durch einen Na+-H+-Cotransporter aufgenommen wird

    • für basische AS (Arg+, Lys+, Ornithin+), die wegen ihrer positiven Ladung membranpotenzialgetrieben luminal einströmen

    • und fünf weitere Systeme für neutrale AS (Cys/Di-Cystein, Gly/Pro/Hydroxy-Pro, Phe/Leu/Ile/Trp/Met, Taurin/GABA/β-Ala sowie ein weiteres spezifisches Gly-System).

Die Systeme sind nach ihren Leitsubstraten benannt. AS, die hier nicht aufgeführt sind, werden je nach ihrer Struktur durch eines oder mehrere dieser Systeme transportiert. Basal gelangen alle AS durch erleichterte Diffusion ins Interstitium.

Peptide und Proteine

Eiweiße werden bis zu einem MW von 1.000 Da frei, darüber hinaus entsprechend ihrer Größe bis 5.000 Da nur noch teilweise filtriert. Geht man von einem mittleren Wert von 120 Da pro AS aus, handelt es sich dabei um Peptide aus 8–40 AS. Diese Größe haben viele Peptidhormone, z. B. Glucagon, die Hypophysenhormone, Parathormon, Angiotensin, Gastrin, ANP und auch Glutathion. Sie werden durch Oligopeptidasen, die in der Bürstensaummembran verankert sind, proteolytisch zu AS oder Di- und Tripeptiden gespalten, welche dann vom Peptidtransporter PepT1 aufgenommen und intrazellulär in ihre Monomere zerlegt werden (Abb. 11.13).
Dieser Mechanismus ist weniger wichtig für die Netto-Rückresorption von AS, da diese Peptide nur in sehr niedrigen Konzentrationen zirkulieren, als vielmehr für den unspezifischen Abbau dieser wichtigen Signalsubstanzen. Da diese häufig keine speziellen Inaktivierungssysteme haben, werden so die entsprechenden Rezeptoren an den Zielorganen wieder empfänglich für ein neues Hormonsignal. Bei schwerer Niereninsuffizienz steigen die Plasmakonzentrationen dieser Hormone an und verursachen vielfältige endokrine Störungen.
Obwohl kaum Proteine im Glomerulus filtriert werden, wäre ihr Verlust mit dem Urin trotzdem nicht tolerierbar. Die Konzentration von Albumin im Primärfiltrat beträgt zwar nur ≤ 0,01 % der Konzentration im Plasma (≤ 4 mg/L). Doch würde dies bei einer Filtratmenge von 180 L/d einen Verlust von ≤ 0,7 g/d bedeuten. Der tatsächliche Verlust beträgt aber nur etwa 30 mg/d. Viele Plasmaproteine und Peptide wie Insulin, das aus 2 durch Disulfidgruppen verbundenen AS-Ketten besteht und daher nicht vollständig gespalten werden kann, werden durch Endozytose aufgenommen und in Lysosomen abgebaut (Abb. 11.14).

Mono-, Di- und Tricarboxylate

Die Gesamtkonzentration der Carboxylate in Plasma und Filtrat beträgt 3–5 mmol/L. Dabei handelt es sich v. a. um die Monocarboxylate (MC-) Laktat, Pyruvat, pathologisch Acetoacetat und Hydroxybutyrat bzw. die Intermediate des Krebszyklus. Da ihr Verlust mit dem Urin energetisch unvorteilhaft wäre, werden sie mittels Na+-Cotransportern luminal absorbiert (Abb. 11.15, 2) und basal durch H+-Cotransporter (Monocarboxylate) oder als Austauschpartner für zu sezernierende organische Kationen (Dicarboxylate, Kap. 11.8) ins Interstitium abgegeben. Übersteigt ihre Konzentration einen Schwellenwert (z. B. Ketonkörper bei diabetischer Ketoazidose), tauchen sie messbar im Urin auf und verursachen einen typischen Azetongeruch.

Phosphat

Die Phosphatkonzentration im Filtrat beträgt etwa 1 mmol/L. Bei einem pH von 7,4 liegt es gemäß der Henderson-Hasselbalch-Gleichung (Kap. 12.1) zu 80 % als HPO42– und zu 20 % als H2PO4 (pKa-Wert = 6,8) vor. Als essenzieller Bestandteil von Knochen und Zähnen wird Phosphat im proximalen Tubulus mittels Na+-Phosphat-Cotransporter rückresorbiert, die es vom Na+-Gradienten getrieben luminal aufnehmen. Der Mechanismus der basalen Abgabe ist noch nicht geklärt. Ein Teil des filtrierten Phosphats wird aber als Puffersubstanz mit dem Urin abgegeben, wobei das HPO42−/H2PO4-Verhältnis mit dem Säure-Basen-Status und damit dem pH des Urins variiert (Kap. 11.13, Kap. 11.14).

Harnsäure (Urat)

Harnsäure entsteht beim Purinabbau (Nukleinsäuren und Nukleotide in der Nahrung) und ist in Konzentrationen ≤ 0,25 mmol/L im Filtrat vorhanden. Als komplexes Molekül wird sie früh- und spätproximal über eine Reihe von Austauschmechanismen gegen andere Anionen wie HCO3, OH (Abb. 11.15, 1) oder schwache Säuren wie Monocarboxylate resorbiert (2). Auch anionische Fremdstoffe können als Austauschpartner dienen (3). Ähnlich dem Urat kann auch Cl noch spätproximal gegen Basen ausgetauscht werden und strömt durch basale Cl-Kanäle ins Interstitium, was den frühproximalen parazellulären Weg ergänzt.

Sekretion im proximalen Tubulus

Mit der Nahrung werden viele Moleküle aufgenommen, die nicht in die Endprodukte des oxidativen Stoffwechsels (CO2, H2O, NH3, Phosphat und Sulfat) umgewandelt werden können. Besonders Pflanzen sind reich an sekundären Pflanzenstoffen, also komplex gebauten organischen Molekülen wie Farb-, Geschmacks- und Aromastoffen, die enzymatisch nicht abbaubar sind. Außerdem entstehen im Körper auch endogen nicht abbaubare Stoffe und zirkulieren im Plasma, z. B. negativ geladene Gallensäuren, Hippursäure oder Oxalsäure sowie eine ganze Reihe positiv geladener Neurotransmitter wie Acetylcholin oder die Catecholamine. Zur aktiven Ausscheidung dieser Stoffe oder ihrer durch Biotransformation in der Leber entstandenen Konjugate (Verbindung mit Sulfat, Glucuronsäure, Glutathion) verfügt das Nierenepithel im proximalen Tubulus über mehrere Sekretionsmechanismen. Die daran beteiligten Proteine sind nicht sehr substratspezifisch: Dieselben Transporter dienen auch zur Ausscheidung von Pharmaka bzw. deren Konjugaten und ermöglichen so ihre Elimination.

Sekretion organischer Anionen

PAH ist z. B. ein organisches Anion, das durch einen solchen Mechanismus sehr effizient ausgeschieden wird und, da es ungiftig ist, zur Bestimmung des RPF benutzt werden kann (Kap. 11.4). PAH steht beispielhaft für einen Exkretionsmechanismus organischer Anionen, der durch Recycling von Dicarboxylaten angetrieben wird, die mittels Na+-Cotransport basal aufgenommen werden (Abb. 11.16a). Luminal kann die Sekretion solcher Anionen zur Resorption von Urat (Abb. 11.15), aber auch von Monocarboxylaten wie Laktat genutzt werden, das über Pyruvat und Folgereaktionen zu Krebszyklusintermediaten wie 2-oxo-Glutarat umgewandelt wird. Wichtige Beispiele für häufig konsumierte anionische Fremdstoffe sind Salicylsäure, Penicillin, Furosemid und Saccharin. Klinisch von großer Bedeutung ist die Sekretion von Oxalsäure als Bestandteil mancher Pflanzen (Spinat, Rhabarber) und als Abbauprodukt von Glycin und Ascorbinsäure (Vit. C). Zwei von drei Harnsteinen sind Ca-Oxalatsteine.

Sekretion organischer Kationen

Organische Kationen werden von basalen Transportern der OCT-Familie (organic cation transporter), vom Membranpotenzial getrieben, in die Epithelzellen aufgenommen und luminal durch einen Kationen-Protonen-Austauscher sezerniert (Abb. 11.16b). Beispiele für häufig konsumierte kationische Fremdstoffe sind Chinin, Morphine und Amilorid.

Klinik

Steigt die Serumkonzentration von Harnsäure über 0,5 mmol/L, wird das Löslichkeitsprodukt überschritten und es können sich Kristalle bilden, was zum Krankheitsbild der Gicht führt. Da die Ausfällung von der niedrigeren Körpertemperatur in den Akren begünstigt wird, findet man die Uratkristalle bevorzugt in der Gelenkflüssigkeit von Fingern und Zehen (typisch: Großzehengrundgelenk). Fleisch und besonders kleinzellige Leber und Niere („Innereien“) sind besonders reich an DNA und RNA, daher fallen bei seinem Verzehr viele Purine an, die zu Urat abgebaut werden. Eine fleischarme Ernährung unterstützt die Therapie der Gicht. Medikamentös wird z. B. Allopurinol eingesetzt, ein Hemmstoff der am Purinabbau beteiligten Xanthin-Oxidase. In der Niere kann man die Uratrückresorption durch sog. Urikosurika wie Probenecid hemmen. Carboanhydrasehemmer entziehen den Austauschpartner HCO3 für die Rückresorption (Abb. 11.15).

Harnsäurekristalle können auch in den Nierentubuli ausfallen und zu Harnsteinen führen. Die meisten Harnsteine (80 %) bestehen jedoch aus Ca-Oxalat oder Ca-Phosphat. Harnkristalle entstehen, weil bei der Konzentrierung des Urins (Kap. 11.10) die Konzentration schlecht löslicher Substanzen über deren Löslichkeitsgrenze ansteigt. Ca-Oxalat kann zunächst bis auf das 10-Fache dieses Grenzwerts ansteigen, ohne auszufallen, da Inhibitoren der Kristallbildung eine Übersättigung des Urins erlauben. Dazu gehören neben den Proteinen Nephrocalcin und Tamm-Horsefall-Protein auch Pyrophosphat und der Ca2+-Komplexbildner Citrat. Mikroskopische Harnkristalle bilden sich, wenn sich die Konzentration der Komponenten in Plasma und Filtrat erhöht, durch vermehrte Bildung oder Aufnahme im Körper (Oxalat) oder verminderte Rückresorption (Urat). Dehydratation verstärkt diesen Prozess oft zusätzlich. Im Rahmen entzündlicher Prozesse können beispielsweise Zelltrümmer Kristallisationskeime liefern. Nierensteine werden aus dem Nierenbecken durch peristaltische Kontraktionen der Ureteren zur Harnblase transportiert, was zu extrem schmerzhaften Koliken führt. Bleiben sie im Nierenbecken, kann durch Abflussblockade der Filtrationsdruck peff auf null sinken; die Niere filtriert dann nicht mehr. Die Glomeruli können dabei durch den hohen Druck mechanisch geschädigt werden.

Weitere Resorption von NaCl und Wasser

Peritubuläre Kapillaren

Antriebskräfte für den Transport von Elektrolyten, organischen Molekülen und Wasser über das Epithel ins Interstitium der Rinde sind primär aktive (v. a. Na+-K+-ATPase), sekundär aktive (z. B. Na+-H+-Austauscher, Na+-Glucose-Cotransporter) und tertiär aktive Mechanismen (z. B. luminaler Urat-Monocarboxylat-Austauscher, der vom Na+-gekoppelten Cotransporter geliefertes Monocarboxylat nutzt, Abb. 11.15, 2). Durch den Transport von Teilchen entsteht ein osmotischer Sog, der auf parazellulärem Weg weitere Elektrolyte sowie para- und transzellulär Wasser ins Interstitium verschiebt (Solvent Drag). Ziel ist es aber, all diese Stoffe wieder dem Blutkreislauf zuzuführen, aus dem sie abfiltriert wurden. Das geschieht besonders effizient, da 90 % der Nierendurchblutung in der Rinde bleiben, also nach Passage der Glomeruluskapillaren über das Vas efferens und das peritubuläre Kapillarnetz über die Vv. arcuatae wieder ins System fließen.
Die peritubulären Kapillaren versorgen die Nierenrinde mit O2 und Nährstoffen und führen CO2 etc. ab. Durch das Hintereinanderschalten der beiden Kapillarsysteme entsteht die ungewöhnliche Situation, dass der Glomerulus dem arteriellen Schenkel einer Gewebskapillare gleicht, in der abfiltriert wird, und die peritubulären Kapillaren dem venösen Ende, wo Flüssigkeit resorbiert wird (Abb. 11.17a). Die Resorption ist hier besonders effektiv, da die Proteinkonzentration und damit πpKap in den peritubulären Kapillaren sehr hoch (35 mmHg) ist, während der hydrostatische Druck ppKap durch den Gefäßwiderstand des vorgeschalteten Vas efferens bis auf 20 mmHg abgesunken ist. Während also bei hohem RPF über die ganze Strecke der Glomeruluskapillare abfiltriert werden kann, herrscht sogar am venösen Ende der peritubulären Kapillaren noch immer ein Netto-Absorptionsog (Abb. 11.17b). So wird die durch die undichten Wände des proximalen Tubulus strömende Flüssigkeit dem System wieder zugeführt.

Henle-Schleife

Bei den juxtamedullären Nephronen zieht der auf die Pars recta folgende Teil des Tubulus tief in das Nierenmark, teilweise bis zur Papillenspitze, um dann wieder zur Rinde aufzusteigen. Hier werden weiter NaCl und Wasser resorbiert, dabei aber gleichzeitig ein interstitieller NaCl-Konzentrationsgradient von der Rinde zum Mark aufgebaut. Die hohen Konzentrationen an NaCl (und Harnstoff) werden bei Durst von den Sammelrohren dazu genutzt, einen hochkonzentrierten Urin zu produzieren (Kap. 11.10). Dazu ist der absteigende, dünne Teil der Henle-Schleife gut durchlässig für Wasser, weniger gut für NaCl, während die Wände des aufsteigenden dicken Teils für beides relativ dicht sind (Abb. 11.18). In diesem Abschnitt befinden sich jedoch hochaktive Na+-K+-ATPase und Cl-Kanäle in der basalen sowie Na+-K+-2Cl-Cotransporter in der luminalen Membran, womit ein beträchtlicher weiterer Teil an NaCl ins Interstitium transportiert wird (Abb. 11.19). Dieser Cotransporter wird durch Schleifendiuretika wie Furosemid gehemmt (Kap. 11.10).
Am Ende dieses „Verdünnungssegments“ sind nur noch ca. 8 % des filtrierten NaCl im Harn vorhanden; die Osmolalität im Lumen ist sogar unter die des Interstitiums auf ca. 100 mosmol/kg abgesunken. Diese Transportmechanismen können lokal einen Konzentrationsgradienten zwischen Lumen und Interstitium von etwa 200 mosmol/kg aufbauen. Jedoch strömt aus dem absteigenden Schenkel ständig Wasser osmotisch in das nun höher konzentrierte Interstitium aus (Abb. 11.20). Dieser Wasserausstrom erhöht wiederum die NaCl-Konzentration im absteigenden Teil, folglich wird den Pumpen im aufsteigenden Teil eine immer höhere Konzentration angeboten. Beim erneuten Aufbau eines Gradienten von 200 mosmol/kg steigt nun die Konzentration im Interstitium kontinuierlich weiter an. Mithilfe dieses Gegenstrommultiplikator-Systems kann eine Teilchenkonzentration von bis zu 700 mosmol/kg, zusammen mit Harnstoff sogar bis zu 1.200 mosmol/kg an der Papillenspitze erreicht werden (Abb. 11.18 und Kap. 11.10).

Vasa recta

Die Vasa recta ziehen ebenso haarnadelförmig durch das Nierenmark und versorgen dort die Zellen mit O2 und Nährstoffen. Da die Kapillarwände durchlässig sind, kommt es im absteigenden Ast zum osmotischen Ausstrom von Wasser, das Blut wird folglich Richtung Papille ähnlich konzentriert wie das Interstitium. Wasser kehrt so also schon im äußeren Mark wieder um und wird mit dem aufsteigenden Teil mitgenommen (Gegenstromaustauscher). Wegen der hohen Fließgeschwindigkeit des Blutes stellt sich jedoch kein Gleichgewicht ein (Abb. 11.18, rechts). Daher werden NaCl und Wasser letztlich aus dem Mark rückresorbiert.

Klinik

Die Konzentrierung bzw. die Gegenstromaustauscher-Anordung verursachen zwei Probleme:

  • Medikamente können an der Papillenspitze schädigend hohe Konzentrationen erreichen.

  • O2 diffundiert im äußeren Mark in den aufsteigenden venösen Schenkel, was die O2-Versorgung des inneren Marks kritisch mindert.

Antidiurese und Diurese

Dieses komplexe System haben Säugetiere entwickelt, um einen Urin ausscheiden zu können, der höher konzentriert ist als ihre Körperflüssigkeit. So sparen sie kostbares Wasser. Da die Evolution keine „Wasserpumpen“ entwickelt hat, ist die Schaffung eines osmotischen Gradienten die einzige Möglichkeit, Wasser in eine Richtung über ein Epithel hinweg zu transportieren (hier aus dem Sammelrohr ins Interstitium), bevor es mit dem Endharn verloren geht. Bei normaler Ernährung müssen – unabhängig vom Hydratationszustand – täglich ca. 600 mosmol an Stoffen, v. a. Harnstoff und überschüssige Elektrolyte, durch die Nieren ausgeschieden werden. Selbst bei größtem Durst müssen ca. 0,35 mL/min, also etwa 0,5 L pro Tag, eines dann mit maximal 1.200 mosmol/kg hochkonzentrierten Urins gebildet werden, um diese „harnpflichtigen“ Substanzen zu entfernen, da sie nicht noch höher konzentriert werden können.
Andererseits kann dieses System bei Wasserüberschuss große Mengen eines bis auf 50 mosmol/kg verdünnten Urins produzieren. Diese enorme Flexibilität der Wasserausscheidung ist eine Eigenschaft des Sammelrohrepithels.

Antidiurese

Bei Antidiurese (Durst) wird aufgrund der steigenden Osmolalität im Plasma antidiuretisches Hormon (ADH, Syn. Vasopressin wegen der vasokonstriktorischen Wirkung) über die Neurohypophyse ausgeschüttet (Kap. 13.2). Es bindet an V2-Rezeptoren in der basalen Membran der Sammelrohrzellen und erhöht die Wasserpermeabilität dieses Epithels (Abb. 11.21a). Dies geschieht durch Aktivierung von Adenylatcyclase durch ein V2-Rezeptor-gekoppeltes Gs-Protein. Es kommt zum Anstieg von cAMP und PKA-Aktivität und zur Phosphorylierung von Zielproteinen (Abb. 17.6). In der Folge verschmelzen Vesikel mit der luminalen Membran, die in hoher Dichte Aquaporin-2-Wasserkanäle enthalten. Dadurch wird der transzelluläre Wasserstrom ins Interstitium verstärkt.
Zum anderen werden auf die gleiche Weise Harnstofftransporter in die luminale Membran eingebaut, phosphoryliert und damit aktiviert. Harnstoff strömt aus dem Sammelrohr heraus und trägt damit ganz wesentlich zur Erhöhung der Teilchenkonzentration bis auf maximal 1.200 mosmol/kg im Interstitium bei (Abb. 11.21a). Das eigentliche Exkretionsprodukt Harnstoff wurde im proximalen Tubulus mit dem Solvent Drag durch undichte Wände teilweise passiv rückresorbiert. Steigt der absteigende Schenkel der Henle-Schleife nun in harnstoffreiches Mark ab, wird der Harnstoff wieder in das Lumen aufgenommen. Aufsteigender Schenkel, distales Konvolut und kortikales Sammelrohr sind aber relativ undurchlässig für Harnstoff, sodass er im medullären Sammelrohr hochkonzentriert ankommt, da in diesen Abschnitten weiter Elektrolyt- und Wasserresorption stattgefunden hat (Kap. 11.11). Ein Teil des Harnstoffs wird auch unter ADH-Wirkung bei maximaler Antidiurese mit dem Urin ausgeschieden, ein Teil strömt aber zurück ins Interstitium und kann über Henle-Schleife, distales Konvolut und Sammelrohr immer wieder zirkulieren (Abb. 11.21a).

Diurese

Bei Wasserüberschuss dagegen kommt es zur Diurese: Die ADH-Spiegel im Plasma fallen stark ab, und das Sammelrohr wird dicht, sowohl für Wasser als auch für Harnstoff (Abb. 11.21b). Ohne Harnstoffdurchlässigkeit, bei hohem RPF und damit hoher GFR kann der Gegenstrommultiplikator-Mechanismus nur eine NaCl-Konzentration von 700 mosmol/kg in der Papillenspitze aufbauen. Aldosteron-sensitive Mechanismen im distalen Konvolut und im Sammelrohr sind dann maximal aktiviert, um Kochsalzverluste zu vermeiden (Kap. 11.11). Es wird daher ein verdünnter Urin produziert, in dem fast nur noch Harnstoff osmotisch wirksam ist.

Klinik

Fehlende ADH-Bildung, -Ausschüttung oder verminderte ADH-Empfindlichkeit des Sammelrohrs führen zum Diabetes insipidus. Dabei werden pro Tag bis zu 20 L Urin ausgeschieden und müssen ersetzt werden.

Diuretika (Tab. 11.2) erhöhen die Urinproduktion durch Hemmung von Resorptionsprozessen. Sie werden zur Behandlung von Ödemen und bei arterieller Hypertonie verabreicht. Schleifendiuretika hemmen den Na+-K+-2Cl-Cotransporter im dicken aufsteigenden Teil der Henle-Schleife (Abb. 11.19). Durch ihre Konzentrierung im Lumen wirken sie in der Niere, ohne dieselben Transporter in anderen Organen (z. B. Innenohr) zu beeinflussen. Sie führen aber zur osmotischen Natriurese, weil die Na+-Resorption später keine hohe Kapazität mehr hat. Allerdings erfolgt auch im distalen Tubulus und Sammelrohr eine geringe Na+-Resorption, und zwar durch Austausch gegen K+ und H+. Daher kann es unter solchen Diuretika zu gefährlichen K+-, aber auch Ca2+- und Mg2+-Verlusten und zu Alkalose kommen (Kap. 11.12). Alternative Diuretika blockieren den Na+-Kanal (z. B. Amilorid) oder die Aldosteronwirkung (z. B. Spironolacton) erst am Sammelrohr. Sie hemmen dort den Na+-K+-Austausch und „sparen“ daher K+.

Regulation der Kochsalzkonzentration

Natrium

Natrium ist das Teilchen mit der höchsten Konzentration im Extrazellularraum (EZR) und trägt daher am stärksten zu seiner Osmolalität bei (Kap. 13.3). Die Na+-Konzentration bestimmt daher auch maßgeblich das extrazelluläre Volumen und ist außerdem entscheidend an elektrophysiologischen Prozessen beteiligt (Kap. 2). Konzentrationen unter 120 mmol/L führen zu Verwirrtheit, Krämpfen und Stupor bis hin zum Koma. Es ist daher nötig, dass die Niere die Konzentration bei 142 mmol/L konstant hält. Dass ihr dies gelingt, ist umso erstaunlicher, wenn man bedenkt, welche Mengen täglich abfiltriert und wieder resorbiert werden:
Das entspricht etwa 1,5 kg Kochsalz, die täglich bewegt werden. Im proximalen Tubulus werden 67 %, in der aufsteigenden Henle-Schleife weitere 25 % des abfiltrierten Na+ wieder rückresorbiert. Diese Prozesse laufen konstitutiv ab, d. h., sie können nicht beeinflusst werden (außer durch Änderung der GFR, Kap. 11.5). In den folgenden Abschnitten kann die Na+-Rückresorption jedoch dem aktuellen Bedarf angepasst werden. Dazu besitzen die Zellen im distalen Tubulus luminal einen NaCl-Cotransporter, der von der basalen Na+-K+-ATPase angetrieben wird (Abb. 11.22a). Im Sammelrohr dagegen finden sich in den Hauptzellen epitheliale Na+-Kanäle (Abb. 11.22b), die sich von den spannungsabhängigen Na+-Kanälen (Kap. 2) grundsätzlich unterscheiden. Ein reiner Na+-Transport könnte im Sammelrohr eine transepitheliale Potenzialdifferenz von über 100 mV aufbauen (Lumen negativ), da die beiden Membranen wie Batterien in Serie geschaltet sind. K+ kann über K+-Kanäle durch beide Membranen fließen; da normalerweise aber die Sekretion von K+ in den Urin überwiegt (Kap. 11.12), beobachtet man lediglich ein Potenzial von ca. 40 mV.

Chlorid

Chlorid ist zusammen mit HCO3 das Gegen-Ion zu Na+ in der extrazellulären Flüssigkeit. Es folgt fast immer den gleichen Wegen wie Na+: Im proximalen Tubulus wird es v. a. parazellulär transportiert. Antriebe sind dort das luminal positive Potenzial und der Konzentrationsgradient in den distaleren Abschnitten (z). In der aufsteigenden Henle-Schleife wird Cl durch den Na+-K+-2Cl-Cotransporter (Abb. 11.19), im distalen Konvolut durch den NaCl-Cotransporter transportiert (Abb. 11.22a). In jedem Zelltyp strömt Cl durch Cl-Kanäle in der basalen Membran aus. Im Sammelrohr wird Cl aufgrund der hohen transepithelialen Potenzialdifferenz parazellulär rückresorbiert (obwohl dies zugegebenermaßen wegen der dort „dichten“ Schlussleisten nur schwer vorstellbar ist, Abb. 11.22b). Außerdem gibt es dort Typ-B-Schaltzellen, die Cl gegen HCO3 aus der Carboanhydrase(CA)-Reaktion austauschen (Kap. 11.14), wobei eine membranständige H+-K+-ATPase diesen Prozess antreibt, indem sie H+ ins Interstitium pumpt (Abb. 11.22c).

Regulation der NaCl-Resorption

Obwohl die Prozesse im proximalen Tubulus annähernd konstitutiv ablaufen, beobachtet man bei Änderungen der GFR, dass die resorbierte Kochsalzmenge mit der filtrierten Menge positiv korreliert (glomerulotubuläre Balance). Dieser Mechanismus ergänzt die Autoregulation der Durchblutung (Bayliss-Effekt und TGF, Kap. 11.5) und unterstreicht, wie aufwendig Kochsalzverlusten entgegengewirkt wird. Dabei muss bedacht werden, dass ein Teil der resorbierten Flüssigkeit aus dem Interstitium auch wieder zurück in den Tubulus „leckt“. Bei erhöhter GFR (z. B. unter Angiotensin-II-Wirkung) sinkt, wegen des in dieser Situation v. a. erhöhten Widerstands im Vas efferens, der hydrostatische Druck pPKap in den peritubulären Kapillaren, während der kolloidosmotische Druck πPKap ansteigt (Abb. 11.17). Das Gleichgewicht zwischen „Leck“ und Resorption in die Kapillaren würde sich dann zugunsten der Resorption verschieben. Bei höherem Fluss im Tubulus fallen außerdem die Konzentrationen von Glucose, AS, HCO3 etc. weniger steil ab. Diese stehen dann über eine längere Strecke als Partner für aktiven Na+-Transport zur Verfügung und erhöhen somit die parazelluläre Rückresorption von Kochsalz („tubulärer Faktor“). Nach dem gleichen Prinzip resorbiert dann auch der distale Tubulus über eine längere Strecke mehr Na+ und reagiert also ebenso angemessen auf die erhöhte Na+-Last.
Neben diesen intrinsischen Mechanismen wird die Resorption von Na+ im proximalen Tubulus durch Angiotensin II und im Sammelrohr massiv durch Aldosteron stimuliert. Obwohl hier nur noch wenig Na+ ankommt, wäre der Verlust nicht tolerabel. Aldosteron reguliert die Feineinstellung, indem es an einen intrazellulären Mineralocorticoid-Rezeptor (MR) bindet. Dieser aktiviert die Expression und damit den vermehrten Einbau von Na+-K+-ATPase und epithelialen Na+-Kanälen in die basale bzw. luminale Membran (Abb. 11.23).

Regulation der Kaliumkonzentration

Kalium ist das Teilchen mit der höchsten Konzentration im Intrazellularraum (Kap. 13.4). Es ist entscheidend für die Aufrechterhaltung
    • des Zellvolumens und damit der Zellfunktion

    • des Ruhemembranpotenzials (Kap. 2)

    • der intrazellulären pH-Regulation (Kap. 12).

Wegen der geringen Größe des EZR und der dort niedrigen K+-Konzentration (4,2 mmol/L) wird bei normaler Ernährung etwa die gleiche K+-Menge aufgenommen, wie sie bereits im EZR vorhanden ist. Diese Menge wird wieder vollständig v. a. durch die Niere ausgeschieden; das Kolon übernimmt nur 5–10 %. Dennoch können komplexe Mechanismen dafür sorgen, dass auch bei K+-Mangel oder -Überschuss die Gesamtbilanz unverändert bleibt. Dies ist v. a. Aufgabe des Verbindungsstücks des distalen Tubulus und des Sammelrohrs. Bei K+-Mangel werden hier die nach Passage der Henle-Schleife ankommenden 10 % der abfiltrierten Menge fast vollständig rückresorbiert.
K+-Überschuss entsteht durch die Aufnahme mit der Nahrung (z. B. Bananen, Trockenfrüchte = stark dehydriertes Fruchtfleisch!). Eine gefährliche Hyperkaliämie (Herzstillstand, Kap. 13.4) tritt aber praktisch nie auf, da K+ nach Nahrungsaufnahme insulinabhängig in die Zellen aufgenommen und dort zunächst abgepuffert wird, um dann langsam renal entfernt werden zu können. Im frühproximalen Tubulus wird K+ fast ausschließlich über den parazellulären Weg resorbiert (Abb. 11.24a). Im spätproximalen Teil folgt es dem Solvent Drag auch aufgrund des dort lumenpositiven, transepithelialen Potenzials (Abb. 11.11). Im dicken aufsteigenden Ast der Henle-Schleife wird K+ sowohl transzellulär als auch parazellulär aufgenommen (Abb. 11.24b). Dazu besitzen die Zellen dort den bereits besprochenen, für Schleifendiuretika sensitiven Na+-K+-2Cl-Cotransporter (Kap. 11.9, Kap. 11.11, Abb. 11.19). Er transportiert Na+ bzw. Cl ihrem elektrochemischen bzw. chemischen Gradienten folgend in die Zelle hinein und nimmt K+ gegen seinen chemischen Gradienten mit. Unterschiedliche Typen von K+-Kanälen in beiden Membranen halten dieses System aufrecht: Der K+-Kanal in der luminalen Membran stellt dem Cotransporter durch Recycling immer wieder ausreichend K+ zur Verfügung. In der basalen Membran recycelt ein anderer K+-Kanal Kalium für die basale Na+-K+-ATPase, kann es aber auch zur Nettoresorption ins Interstitium transportieren.
Parazellulär werden im dicken aufsteigenden Schenkel der Henle-Schleife sowohl Na+ als auch K+ transportiert (Abb. 11.24b), da hier ein transepitheliales, lumenpositives Potenzial herrscht. Es entsteht durch unterschiedliche Ionenleitfähigkeiten der luminalen und basalen Membran: Die luminale Membran besitzt nur K+-Kanäle und strebt dem K+-Gleichgewichtspotenzial von –95 mV zu. Die basale Membran dagegen besitzt K+- und Cl-Kanäle, ihr Potenzial liegt daher zwischen –95 mV und dem Cl-Gleichgewichtspotenzial, das an dieser Stelle –50 mV beträgt. Die luminale Membran ist also innen negativer als die basale, es resultiert ein transepitheliales Potenzial (Lumen positiv).
Das Verbindungsstück des distalen Tubulus und der proximalen Sammelrohrabschnitte enthält Typ-A-Schaltzellen, die K+ mittels einer K+-H+-ATPase resorbieren, ähnlich der in den Parietalzellen des Magens (Kap. 14.7), und über einen basalen K+-Kanal ins Interstitium transportieren (Abb. 11.24c). Diese Zellen sind auch an der Regulation des Säure-Basen-Haushalts beteiligt (Kap. 11.14). Dagegen wird in den Hauptzellen des späten distalen Tubulus und kortikalen Sammelrohrs K+ durch luminale K+-Kanäle und einen K+-Cl-Cotransporter (Abb. 11.24d) sezerniert. Diese Sekretion wird dort von einem lumennegativen transepithelialen Potenzial getrieben, das auf der massiven Na+-Resorption durch epitheliale Na+-Kanäle beruht.
Steigt die Konzentration von K+ im Plasma, wird es schon deshalb vermehrt sezerniert, da der Na+-K+-ATPase in den Hauptzellen und allen anderen Zellen einfach vermehrt Substrat angeboten wird.
Zusätzlich wird in der Nebennierenrinde Aldosteron gebildet, das die K+-Sekretion in den Hauptzellen stimuliert, indem es mittelfristig die basale Membranoberfläche mit der darin befindlichen Na+-K+-ATPase und den basalen K+-Kanälen erhöht. Zusätzlich werden die epithelialen Na+-Kanäle aktiviert, und es kommt zum vermehrten Austausch von Na+ gegen K+ (Abb. 11.24d).

Zusammenfassung

Abb. 11.25 zeigt, wie sich Mengen (links) bzw. Konzentrationen (rechts) wichtiger Stoffe im Verlauf des Nephrons im Vergleich zum Primärharn ändern (logarithmische Skala!). Inulin, das weder resorbiert noch sezerniert wird, dient als Vergleichssubstanz und wird bis zum Ende ca. 100-fach konzentriert. Am Ende des proximalen Konvoluts ist die Menge von Wasser, Na+, K+ (und Cl) auf ca. ⅓ der filtrierten Menge gesunken. Die Henle-Schleife resorbiert v. a. Salz. Ab dem distalen Konvolut entscheiden regulatorische Mechanismen über die Ausscheidung von Salzen und Wasser.

Regulation von Phosphat, Ca2+ und Mg2+

Da diese drei Elektrolyte als Knochenmineralien in großen Mengen im Körper vorkommen, müssen ihre Plasmakonzentrationen miteinander koordiniert reguliert werden. Die Bildung von Knochensubstanz durch Osteoblasten wird v. a. durch die genaue Einstellung der Konzentrationen von Ca2+ und Phosphat überwacht (Kap. 13.5). Knochenaufbau im Wachstum oder während der Schwangerschaft wird durch erhöhte Spiegel dieser beiden Komponenten erreicht; ihr Mangel führt zur Osteoporose. Die korrekte Einstellung der Ca2+-Konzentration hat stets Vorrang, da dieses Kation maßgeblich an elektrophysiologischen Vorgängen (Herz- und glatte Muskulatur, Präsynapsen) und intrazellulär bei einer Fülle von Signalkaskaden als Second Messenger beteiligt ist.

Phosphat

Phosphat wird nur zur Hälfte frei filtriert, die andere Hälfte liegt gebunden an Protein und andere Plasmakomponenten vor. Phosphat (Pi) wird normalerweise fast vollständig im proximalen Tubulus durch Na+-Cotransport rückresorbiert (Abb. 11.26). Ein Teil wird aber dem Urin als Puffer zur Ausscheidung fixer Säuren und für die Säure-Basen-Regulation mitgegeben (Titrationsazidität, Kap. 11.14, Abb. 11.28). Steigt die Pi-Konzentration im Plasma an (v. a. durch gesteigerten Knochenabbau zur Freisetzung von Ca2+), wird es vermehrt ausgeschieden. Die Konzentration von Pi im Filtrat liegt physiologischerweise nahe am oder sogar leicht über dem Schwellenwert für die komplette Rückresorption. Die Niere ist also ein automatischer Überlauf für Pi: Erhöhte Konzentrationen würden nämlich zum Ausfallen von Salzen, zur Komplexierung essenzieller Metaboliten und Störungen im Energiestoffwechsel führen (z. B. hängt die freie Hydrolyse-Energie von ATP vom Verhältnis ATP : Pi ab).
Entsprechend wird auf genomischer Ebene die Menge an Na+-Pi-Cotransportern durch die Pi-Konzentration, aber auch durch den pH-Wert reguliert. Bei Azidose wird dann weniger Pi rückresorbiert, folglich werden mehr Protonen als H2PO4 ausgeschieden, da dieses für den Transporter auch noch ein schlechteres Substrat als HPO42– ist.
Parathormon (PTH, Kap. 17.10) sorgt dafür, dass bei Hypokalzämie vermehrt Phosphat ausgeschieden wird. Damit steht das in dieser Situation aus dem Knochen freigesetzte Ca2+ tatsächlich für die Korrektur der Hypokalzämie zur Verfügung. Dazu sorgt PTH für vermehrtes endozytotisches Recycling der luminalen Na+-Pi-Cotransporter (Abb. 11.26).

Calcium

Calcium ist zu 40 % an Albumin gebunden, daher werden nur 60 % abfiltriert. Der größte Teil davon steht den Transportmechanismen zur fast vollständigen Rückresorption zur Verfügung. Das meiste Ca2+ wird parazellulär im proximalen Tubulus (Abb. 11.11, 11.27a), ein weiterer großer Teil im dicken aufsteigenden Teil der Henle-Schleife resorbiert (Abb. 11.27c). Triebkraft ist jedes Mal das lumenpositive Potenzial. Das distale Konvolut hat zwar nur einen geringen Anteil, hier findet aber die regulierte Aufnahme durch epitheliale Ca2+-Kanäle statt (Abb. 11.27b). Diese sind evtl. auch in proximalen Abschnitten vorhanden (Abb. 11.27a), dort aber unreguliert. Intrazellulär ist die Ca2+-Konzentration etwa 10.000-mal niedriger. Dort wird es von Ca2+-bindenden Proteinen abgepuffert und durch eine hochaktive Ca2+-H+-ATPase, unterstützt von einem Na+-Ca2+-Austauscher, entgegen seinem Gradienten ins Interstitium gepumpt (Abb. 11.27a, b).
Bei Ca2+-Mangel werden die Ca2+-Kanäle durch PTH und intrazelluläre Signalkaskaden über PKA und PKC aktiviert; ihre Offenwahrscheinlichkeit steigt. Calcitonin hat einen ähnlichen Effekt. Schließlich wird unter dem PTH-Einfluss in Zellen des proximalen Tubulus vermehrt Calcitriol (D-Hormon) gebildet. Es stimuliert als Steroidhormon genomisch die Bildung von Ca2+-bindenden Proteinen im distalen Tubulus und v. a. im Dünndarm. Dadurch steigt die Ca2+-Resorption in beiden Organen (Kap. 17.10). Die Zellen im dicken aufsteigenden Teil der Henle-Schleife verfügen außerdem über einen Ca2+-(und Mg2+-)Sensor an der basalen Membran (Abb. 11.27c). Steigt der Ca2+-Spiegel im Plasma, führt das über diesen Sensor zur Hemmung des Na+-K+-2Cl-Cotransporters. Dadurch sinkt das transepitheliale Potenzial, und die Ca2+- (und Mg2+-)Diffusion wird verlangsamt. So wird letztlich über die resorbierte Menge an Ca2+ (und Mg2+) entschieden.

Magnesium

Mg2+ wird ebenfalls nur zu etwa 60 % filtriert. Proximal wird es zu einem geringen Teil mit dem Solvent Drag resorbiert (Abb. 11.27d); die Rückresorption findet hauptsächlich parazellulär durch die Schlussleisten im dicken aufsteigenden Schenkel statt, der aber für dieses Ion relativ impermeabel ist (Praxisfall).

Klinik

Hypomagnesiämie führt zu Krämpfen und Herzrhythmusstörungen. Sie erhöht wegen der dilatorischen Wirkung von Mg2+ auf die glatte Muskulatur den totalen peripheren Widerstand.

Regulation des Säure-Basen-Haushalts

Für die Funktion von Enzymen, Transportern und Kanälen ist es essenziell, dass der pH im arteriellen Blut konstant 7,4 beträgt (Kap. 12). Enzyme befinden sich zwar v. a. intrazellulär; der pH dort korrespondiert aber mit dem im EZR. Täglich werden 15 Mol der potenziellen Säure CO2 im Krebszyklus produziert und abgeatmet. Mit der Nahrung und durch Basenverlust im Darm werden darüber hinaus 70 mmol an fixen Säuren pro Tag aufgenommen bzw. produziert:
    • H2SO4 bei der Oxidation S-haltiger AS

    • H3PO4 aus Nukleinsäuren

    • H+ nach Oxidation kationischer AS

    • nicht weiter abbaubare Oxal- oder Harnsäure

    • unvollständige Oxidation von Glucose (Milchsäure) oder Fettsäuren (Ketonkörper).

Diese Säuren werden von den Nieren ausgeschieden. Außerdem wird abfiltriertes HCO3 vollständig rückresorbiert, um den Gesamthaushalt auszugleichen. Die Rückresorption von HCO3 erfolgt zu 80 % im proximalen Tubulus durch das Zusammenspiel einer intrazellulären und einer membranständigen Carboanhydrase (CA, Abb. 11.28, 11.29a). Dabei werden aber keine Protonen entfernt, da dieses HCO3 aus CO2 stammt. Es wird so lediglich viel NaHCO3 rückresorbiert.
Würden 70 mmol an Protonen ungepuffert in 1,5 L Urin sezerniert, hätte dieser einen pH von 1,3 – schwere Gewebsschädigung wäre die Folge. Daher bindet H+ an Phosphat. In Plasma und Filtrat beträgt die Phosphatkonzentration 1 mmol/L. Bei pH 7,4 beträgt das Verhältnis von HPO42– zu H2PO4 80 : 20 (pKa-Wert = 6,8; Kap. 11.7). Durch Sekretion von Protonen aus der Carboanhydrase-Reaktion und einem Na+-H+-Austauscher wird HPO42– zu H2PO4 titriert, die z. B. bei pH 6,2 dann im umgekehrten Verhältnis, 20 : 80, ausgeschieden werden (Abb. 11.28).
Dem Körper wird so „neues“ HCO3 zur Verfügung gestellt, das im Körper selbst kein H+ gebildet hat und nun H+ aus fixen Säuren titrieren und dann als CO2 abgeatmet werden kann. Die fixen Säuren werden dann als ihre Salze ausgeschieden. Je nach Stoffwechsellage kann so der Urin-pH zwischen 4,5 und 8,2 schwanken. Wie viel Säure dabei durch P titriert wurde, kann man durch Rücktitrieren des Urins zum Plasma-pH von 7,4 bestimmen (Titrationsazidität). Kreatinin und Urat tragen ebenfalls zur Pufferung bei.
Ein weiterer Weg, H+ zu eliminieren, ist die Bildung von NH4+ aus Glutamin. Ammoniak (NH3, Endprodukt des AS-Abbaus) kommt aufgrund seiner Toxizität nur in sehr geringen Konzentrationen in Plasma und Filtrat vor. Da es bei pH 7,4 fast zu 100 % als NH4+ vorliegt (pKa = 9,0), kann es nicht zur Pufferung genutzt werden. Der größte Teil des täglich anfallenden NH3 wird in der Leber als ungiftiger Harnstoff fixiert (450 mmol/d). Etwa 20 mmol/d sind aber an Glutamin gebunden und zirkulieren als Aminogruppen-Donoren im Blut. In den Mitochondrien des proximalen Tubulus wird Glutamin zu 2-oxo-Glutarat2– desamidiert und desaminiert (Abb. 11.28). Das entstehende NH4+ diffundiert frei als NH3 bzw. wird als H+ ins Lumen gepumpt, wo wieder NH4+ entsteht. 2-oxo-Glutarat2– wird durch Gluconeogenese zu neutraler Glucose – ein Prozess, der aus der Carboanhydrase-Reaktion stammendes H+ verbraucht und so wieder „neues“ HCO3 zur Verfügung stellt (Abb. 11.28). Durch diese beiden Prozesse (Titration von Phosphat und Umwandlung von Glutamin in NH4+) werden letztlich alle Protonen aus fixen Säuren ausgeschieden.
Neben der H+-Sekretion durch Na+-H+-Austausch findet man in allen Abschnitten eine luminale H+-ATPase sowie in den Typ-A-Schaltzellen des Verbindungsstücks und des medullären Sammelrohrs zusätzlich eine K+-H+-ATPase (Abb. 11.29d). Der HCO3-Ausstrom durch die basale Membran erfolgt im proximalen Tubulus durch Cotransport mit Na+, in den distaleren Abschnitten durch Austausch gegen Cl (Abb. 11.29c).
Säure-Basen-Störungen kann die Niere mittelfristig (Stunden bis Tage) durch Modulation dieser Prozesse teilweise kompensieren. Erhöhtes CO2 bei respiratorischer Azidose stimuliert direkt die H+-Sekretion im proximalen Tubulus, wo die Epithelzellen über ähnliche CO2-Sensoren verfügen wie im Glomus caroticum. Dadurch steigt die HCO3-Rückresorption und verschiebt so das CO2/HCO3-Verhältnis und damit den pH wieder in Richtung 7,4. Eine metabolische Azidose wird sofort respiratorisch durch CO2-Abatmung kompensiert. Dadurch sinkt auch HCO3. Dies stimuliert mittelfristig durch Messung des intrazellulären pH im proximalen Tubulus die gleichen Prozesse. Zusätzlich wird die Phosphatresorption bei Azidose gehemmt (Abb. 11.26) und vermehrt NH4+ aus Glutamin ausgeschieden. So wird „neues“ HCO3 als Puffer generiert. Dies geschieht durch genomische Aktivierung zweier Enzyme:
    • der Glutaminase in Leber und Niere, sodass mehr NH3 als Glutamin zur Niere gelangt

    • der PEPCK in der Niere (Schlüsselenzym der Gluconeogenese).

Bei langfristiger metabolischer Alkalose werden Typ-A-Schaltzellen durch HCO3-sezernierende Typ-B-Zellen ersetzt und so vermehrt Basen abgegeben, die H+ zurücklassen.

Nierenhormone

Renin

Renin wird in glatten Muskelzellen des JGA (Granulazellen) vesikulär gespeichert und ausgeschüttet, wenn der arterielle Blutdruck und/oder das zirkulierende Volumen fallen (Kap. 11.5, Kap. 13.2). Tatsächlicher Blutverlust oder ein anaphylaktischer oder septischer Schock führt zum Abfall des effektiven zirkulierenden Volumens (1) und evtl. sogar zum Blutdruckabfall (Abb. 11.30). Arterielle Barorezeptoren und der Sympathikus (2) induzieren Tachykardie und einen Anstieg des peripheren Widerstands. Dadurch steigt zwar der Blutdruck wieder an, das fehlende Volumen ist damit aber nicht ersetzt. Über sympathische Nierennerven aus dem Kreislaufzentrum kommt es zur Reninfreisetzung (3). Diese wird so bereits induziert, auch wenn die Autoregulationsmechanismen den renalen Perfusionsdruck noch konstant halten können. Wenn diese zusätzlich versagen und der RPF tatsächlich sinkt, wird eine Reninausschüttung zusätzlich durch mechanosensitive Granulazellen gesteigert (4, Kap. 11.5). In diesen sinkt bei verminderter Dehnung des Vas afferens die intrazelluläre Ca2+-Konzentration, was ungewöhnlicherweise die Vesikelfreisetzung erhöht (im Gegensatz zu fast allen anderen Ca2+-gesteuerten Exozytosevorgängen). Im Fall eines verminderten RPF sinkt auch die GFR und damit die NaCl-Konzentration im distalen Tubulus, was über die Macula densa und Botenstoffe wieder zur Reninfreisetzung führt. Vorsicht: Dieser Mechanismus ist nicht zu verwechseln mit dem alternativen TGF-Mechanismus, wo erhöhte NaCl-Konzentration im distalen Tubulus über Thromboxan und Adenosin zu lokaler Konstriktion des Vas afferens führt, was erstens der optimalen Verteilung des RPF auf die einzelnen Nephrone dient und zweitens die Niere vor hohem Druck schützt (Kap. 11.5).
Renin ist der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der RAAS-Kaskade: Es setzt aus zirkulierendem Angiotensinogen proteolytisch Angiotensin I frei, das vom endothelständigen Angiotensin Converting Enzyme (ACE) in das aktive Angiotensin II umgewandelt wird (5). ACE wird in vielen Gefäßbetten, v. a. in hoher Konzentration in den Kapillaren des Lungenkreislaufs exprimiert, den jedes Angiotensin-I-Molekül früher oder später durchlaufen muss. Angiotensin II wirkt vasokonstriktorisch und hilft akut dabei, durch weitere Erhöhung des peripheren Widerstands dem Blutdruckabfall entgegenzuwirken (6). Es stimuliert außerdem in der Nebennierenrinde die Bildung von Aldosteron (7). Daraus resultiert eine verstärkte Na+- und Wasserretention; Salz- und Flüssigkeitsverluste werden minimiert (8). Wegen des gehemmten Gauer-Henry-Reflexes (Verbindung Niederdruckrezeptoren-Kreislaufzentrum) und durch Angiotensin II wird zusätzlich vermehrt ADH freigesetzt (9). Letztlich hebt die verminderte Dehnung der Herzvorhöfe (10) auch die Wirkung von ANP auf die Niere auf (11) und trägt so zusätzlich zur Flüssigkeitsretention bei.
Unter sehr hohen Angiotensin-II-Spiegeln (Abb. 11.31) kommt es an der Niere v. a. zur Konstriktion des Vas efferens und damit zur Steigerung der GFR. Durch den Mechanismus der tubuloglomerulären Balance (niedriger pKap, hoher πKap in peritubulären Kapillaren) wird so die Rückresorption gesteigert (Abb. 11.17, Kap. 11.9). Außerdem wird die Perfusion des Nierenmarks über die Vasa recta durch Angiotensin II herabgesetzt. Dadurch wird weniger Harnstoff aus dem Interstitium ausgeschwemmt und so die Rückresorption weiter unterstützt. Unter diesen Bedingungen reagiert der juxtaglomeruläre Apparat außerdem sensitiver, d. h., Renin wird schon bei geringerem Absinken des Blutdrucks vermehrt ausgeschüttet.

Erythropoetin (EPO)

EPO wird in Fibroblasten-ähnlichen Zellen im Interstitium der Nierenrinde gebildet, wenn dort der lokale pO2 fällt. Dies geschieht
    • nach Blutverlust, wenn der Hkt nach kompensatorischer Aufnahme von Flüssigkeit absinkt

    • wenn der arterielle pO2 tatsächlich erniedrigt ist, also in großer Höhe oder bei Lungenfunktionsstörungen

    • bei Absinken des RBF.

Die Niere ist ein strategisch günstiger Platz für die Messung des O2-Gehalts im Blut, da sie im Gegensatz zu anderen Organen konstant durchblutet wird und auch ihr O2-Verbrauch relativ konstant ist. Der lokale pO2 fällt also tatsächlich nur unter den oben genannten Bedingung ab und nicht, wie in anderen Organen, durch Verschieben von Blutvolumen je nach Bedarf bei Änderungen des Energieverbrauchs. Hypoxie stabilisiert und aktiviert damit in der Niere den Transkriptionsfaktor HIF-1α (Hypoxie-induzierbarer Faktor) und führt so zur vermehrten Expression des EPO-Gens. Als Wachstumsfaktor stimuliert EPO im Knochenmark die Reifung von Proerythroblasten zu Erythrozyten (Kap. 17.14). Androgene stimulieren, Östrogene inhibieren die EPO-Bildung und führen so zum Sexualdimorphismus des Hämotokriten.

Klinik

Inflammationsmediatoren wie Interleukin-1 und TNF-α hemmen die EPO-Bildung in der Niere und führen so zu der typischen Anämie bei Patienten mit entzündlichen Erkrankungen (Blässe).

Angriffsorte von Hormonen der Salz- und Wasserregulation

Die Niere als zentrales „Exekutiv“-Organ des Salz- und Wasserhaushalts wird von einer Vielzahl von Hormonen angesteuert (Abb. 11.32).

Volumenmangel (Resorption )

Angiotensin II
Angiotensin II erhöht den Widerstand der Nierengefäße, v. a. des Vas efferens, und steigert damit die GFR, bei gleichzeitig erniedrigtem RPF, wodurch Blut ins System verschoben wird. Durch das auf diese Weise hochgeregelte glomeruläre Feedback (Kap. 11.11) sowie durch direkte Stimulation des Na+-H+-Austauschers im proximalen Tubulus und der epithelialen Na+-Kanäle im Sammelrohr kommt es zu vermehrter Na+-Rückresorption. Immer folgt Wasser osmotisch diesem Elektrolyten. Außerdem vermindert Angiotensin II die Durchblutung der Vasa recta und fördert so die Resorption.
Aldosteron
Aldosteron wird, durch Angiotensin II vermittelt, aus der Nebennierenrinde freigesetzt und wirkt v. a. genomisch. Durch die vermehrte Expression von epithelialen Kanälen und der basalen Na+-K+-ATPase stimuliert es im Sammelrohr die Na+-Rückresorption. Der luminale Na+-Einstrom durch die Na+-Kanäle depolarisiert diese Membran, was bei gleichzeitig vermehrten K+-Kanälen die Triebkraft für den K+-Ausstrom vergrößert. Daher wird Aldosteron auch bei Hyperkaliämie ausgeschüttet und führt im Austausch gegen Na+ zur K+-Sekretion. Na+ kann aber auch gegen H+ ausgetauscht werden.
ADH
ADH stimuliert zusätzlich im dicken aufsteigenden Teil der Henle-Schleife die Na+-K+-2Cl-Cotransporter und luminale K+-Kanäle sowie im Sammelrohr epitheliale Na+-Kanäle und trägt so zur Na+-Rückresorption bei. Im Sammelrohr ermöglicht es v. a. aber die direkte Wasserrückresorption durch Einbau von Aquaporin-haltigen Vesikeln in die luminale Membran.

Volumenüberschuss (Resorption )

ANP
ANP wird bei Volumenüberschuss durch Dehnung der Herzvorhöfe freigesetzt. Dieses Peptidhormon erhöht über cGMP die Durchblutung sowohl der Nierenrinde als auch des -marks, hemmt die Freisetzung von Renin und ADH und die Na+-Rückresorption durch Blockade epithelialer Na+-Kanäle im Sammelrohr. Volumenmangel führt auch zur Verminderung der ANP-Spiegel, was die gesteigerten Resorptionsvorgänge unterstützt (Abb. 11.30).

Erhöhung der Ca2+-Resorption

PTH und Calcitonin erhöhen bei Hypokalzämie die Resorption von Ca2+ (und Mg+) im distalen und hemmen die Pi-Rückresorption im proximalen Tubulus. Dies erhöht in der Summe den Spiegel an freiem Ca2+ im Plasma (Knochenaufbau, Kap. 13.5; Kap. 17.10).

Klinik

Nierenversagen oder -insuffizienz ist die vierthäufigste Todesursache. Es tritt allerdings erst auf, wenn > 75 % der Nephrone ihren Dienst eingestellt haben. Bis dahin können die geschilderten Regulationsmechanismen kompensatorisch hochgefahren werden. Eine einzige Niere kann daher sämtliche Aufgaben allein übernehmen (wichtig für Nieren-Lebendspenden!).

Akutes Nierenversagen nach Schock führt zu Ischämie und resultiert nach Normalisierung des Kreislaufs oft für Tage in Oligurie (reduzierte Urinproduktion). Danach kann die Resorptionsleistung für Wochen eingeschränkt sein, sodass dann große Urinmengen ausgeschieden werden (Polyurie). Als Folge eines akuten Nierenversagens, aber auch durch entzündliche Prozesse (Glomerulonephritis) und Vergiftungen (z. B. nephrotoxische Medikamente) kann sich eine chronische Niereninsuffizienz entwickeln. Es kommt zur mangelhaften Ausscheidung harnpflichtiger Substanzen, Störungen der Salz-Wasser-Bilanz mit Ödemen und Hyperkaliämie, Bluthochdruck, Anämie sowie hormonellen Störungen wegen des mangelhaften Abbaus von Peptidhormonen. Eine Nierentransplantation ist die einzige kurative Therapie.

Ist dies nicht möglich, bleiben die Patienten auf Hämodialyse (Blutwäsche, künstliche Niere, Abb. 11.33) angewiesen, die dreimal pro Woche für 4 Stunden durchgeführt werden muss. Dabei wird das Blut im Dialysator über eine semipermeable, für Zellen und Proteine undurchlässige Membran mit physiologischer Salzlösung in Kontakt gebracht. Hoher Druck auf der Blutseite und Unterdruck auf der Dialysatorseite erhöhen den Filtrationsdruck. Glucose oder andere „Kolloide“ in der Dialyseflüssigkeit bestimmen, wie viel Wasser dem Körper entzogen wird. Harnpflichtige Substanzen, leider aber auch viele wichtige Stoffe werden so dem Blut entzogen, ohne dass sich die Elektrolytkonzentrationen ändern. Alternativ kann bei einer Peritonealdialyse der Bauchraum steril mit einer solchen Flüssigkeit gefüllt werden, wobei die Kapillarwände und das Peritoneum als Trennmembran fungieren.

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