Die Nieren regulieren die Ausscheidung von Wasser (Flüssigkeitsbilanz, Osmoregulation), Elektrolyten
(Natrium, Kalium, Calcium, Magnesium, Chlorid), beeinflussen dadurch
Membranpotentiale, Nervenleitung, Muskelkontraktion, Blutvolumen und
Blutdruck; stabilisieren den pH-Wert (Ausscheidung von
Wasserstoffionen, Bicarbonat, Phosphat, Säuren); scheiden
harnpflichtige Stoffe aus (Harnstoff, Ammoniumsalze, Urate, Kreatinin, Kalium). Sie sind in
den Reninmechanismus involviert (Kreislauf, Blutdruck), bilden
Erythropoetin (Sauerstofftransport), aktivieren Vitamin D3-Hormon
(Calcium- und Phosphatmetabolismus, Knochenstoffwechsel, Immunabwehr),
bilden Kinine und Prostaglandine (dilatieren lokal afferente
Arteriolen, erhöhen Perfusion und Filtration), bauen Glutamin, Peptide
und Peptidhormone ab, und sprechen sowohl auf autonom-nervöse
(Sympathikus) als auch humorale Signale (Angiotensin II, Aldosteron,
Parathormon, Calcitonin u.a.) an
Die Durchblutung der Nieren (<0,5% des Körpergewichts) beträgt ~1 l/min (knapp 20% des Herzminutenvolumens in Ruhe). Zwischen einem Blutdruck von ~80 und ~180 mmHg bleibt die renale Durchblutung ziemlich konstant (Autoregulation), darunter und darüber ändert sie sich druckpoportional. Die Nieren haben ~2 Millionen Nephronen,
bestehend aus Glomerulus und Tubulus. Ab einem arteriellen
Mindestdruck von
~50 mmHg entsteht glomeruläres Filtrat (glomeruläre Filtrationsrate GFR: ~120 ml/min, 150 bis 200 l/d). ~99% des filtrierten Wassers werden rückresorbiert, ~1% als Harnwasser ausgeschieden. Stoffe, die nicht verloren gehen sollen, werden nicht filtriert (Makromoleküle) oder im Tubulussystem mittels selektiver Transportsysteme in das Blut rückresorbiert (z.B. Glucose, Aminosäuren, Salze) - transzellulär und/oder parazellulär. Die
Rückresorption wird - direkt oder indirekt - angetrieben durch
Na/K-ATPasen in der basolateralen Membran der Tubulusepithelzellen
(die Nieren konsumieren bis zu 10% des O2-Verbrauchs des gesamten Körpers). Stoffe, die den
Körper verlassen sollen, werden im Tubulussystem angereichert, einige
sezerniert - und ausgeschieden. Die tägliche Harnausscheidung beträgt beim Erwachsenen 5%, bei Kindern bis 20% des Körperwasservolumens. Stickstoff fällt in Form von Ammoniumionen an und wird mit Harnstoff (~80%, vermehrt bei Alkalose) und Ammoniumsalzen (vermehrt bei Azidose) ausgeschieden. Der pH-Wert des Harns beträgt im Durchschnitt 5,4 (4,5 - 8,0) - die Niere scheidet nichtflüchtige Säuren aus
Die
Gesamtlänge aller Glomerulumkapillaren beträgt ~50 km, diejenige aller Nephrone ~60
km, ihre Filtrationsfläche ~0,4 m2, die innere Oberfläche aller Tubuli ~40 m2. Die Niere verbraucht nur ~6% des arteriell angebotenen Sauerstoffs (~1 ml/dl Blut),
da ihre hohe Durchblutung vorwiegend der "Blutwäsche" geschuldet ist (renal-venöses Blut hat >90%
Sauerstoffsättigung). Die Niere bestreitet ihren Energiebedarf aus
Glutamin (35%), Laktat (20%), Glucose und Fettsäuren (je 15%). Der intensive Stoffwechsel verursacht eine Gewebetemperatur von ~40°C
Bei der Passage
durch das Nephronsystem erfolgt eine "Reinigung" von bestimmten
Stoffen, d.h. ihre Entfernung aus den Körperflüssigkeiten und
Ausscheidung im Harn. Eine pro Zeiteinheit von einem bestimmten Stoff
vollständig "gereinigte" (fiktive) Plasmamenge wird als deren Clearance
(Volumen / Zeit) bezeichnet. Sie kann aus Harnvolumen und
Stoffkonzentration in Plasma und Harn berechnet werden. Je stärker ein
Stoff aus dem Blut extrahiert wird, desto gößer ist der Wert seiner
Clearance (0 bedeutet keine Ausscheidung, die Inulinclearance
entspricht der glomerulären Filtration; ein Stoff, dessen Clearance größer als [GFR] ist, wird auch sezerniert)
Das vas afferens bringt Blut mit einem Druck von ~55 mmHg in die Glomerulumschleifen (parallel angeordnet, mit niedrigem
Strömungswiderstand und kaum abnehmendem Innendruck) ein. Dahinter bietet
das vas efferens ebenfalls einen - regulierten - Strömungswiderstand.
Kontraktion des vas afferens senkt, des vas efferens steigert den
Filtrationsdruck. Nachfolgende vasa recta sind Kapillaren mit einem
Innendruck von ~10 mmHg; der durch glomeruläre Konzentrierung der
Proteine bis ~40 mmHg erhöhte kolloidosmotische Druck fördert die
Rückresorption aus dem Tubulussystem. Tubulusepithelzellen sind polar
organisiert und erlauben (hauptsächlich) transzellulären und (auch)
parazellulären Austausch. Die apikale Seite blickt zum Tubuluslumen,
die basolaterale zum Interstitium (Blutseite). Art und
Öffnungswahrscheinlichkeit von Transportmolekülen (Permeasen,
Pumpen, Symportern, Antiportern) entscheidet über Muster und Menge des
Stoffaustauschs und ist nach Zellart, Lokalisierung und Anforderung
unterschiedlich. Schlussleisten bestimmen die parazelluläre Diffusion
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