Eine Reise durch die Physiologie - Wie der Körper des Menschen funktioniert
 

    
Physiologie der Nierenfunktion und der ableitenden Harnwege

Funktionen des Nierenmarks, Gegenstrommechanismus
© H. Hinghofer-Szalkay

Bartter-Syndrom: Frederic Bartter
Henle-Schleife: Jakob Henle
hyperton: ὑπέρ = über (hinaus), τόνος = (An)spannung
juxtamedullär:
iuxta = benachbart, medulla = Mark
Osmose: ὠσμός = Antrieb, Eindringen, Schub
Tamm-Horsfall-Protein: Zuerst von Igor Tamm und Frank Horsfall dargestellt
Vasopressin: vas = Gefäß, premere = drücken, pressen



Etwa jedes neunte Nephron liegt so nahe am Nierenmark (juxtamedullär), dass die Mittelzone seines Tubulus schleifenförmig (Henle'sche Schleife) in diese "osmotische Sonderzone" eintaucht. Die Osmolalität im tiefen Nierenmark ist um ein Mehrfaches höher (bis 1,5 Osm) als im Körper sonst üblich (≈0,3 Osm).

Der absteigende Schenkel dieser Schleife verhält sich eher passiv; er ist wasser-, nicht aber harnstoffdurchlässig (Wasser tritt osmotisch bedingt aus). Beim (dünnwandigen) Anfangsteil des aufsteigenden Schenkels ist es umgekehrt (harnstoffdurchlässig, wasserundurchlässig; Harnstoff tritt ein). Der dickwandige Endteil des aufsteigenden Schenkels schließlich ist sowohl wasser- als auch harnstoffdicht, und er pumpt - unter ATP-Verbrauch - Kochsalz aus dem Tubulus in das Interstitium des Nierenmarks. Dadurch entsteht dessen hohe osmotische Konzentration, während der Tubulusinhalt schließlich hypoton (bis 0,1 Osm) wird.

Der Zweck dieses Gegenstromaustausch-Mechanismus besteht darin, die Flüssigkeit im absteigenden Schleifenschenkel "vorzukonzentrieren" (Wasser wandert wegen der hohen Osmolarität des Interstitiums aus dem Tubulus). Dann kann der dickwandige Teil des aufsteigenden Schenkels aus einem bereits hypertonen Reservoir schöpfen und die Kochsalzkonzentration im Interstitium weiter steigern, ohne ein hohes Konzentrationsgefälle überwinden zu müssen. Dieser Multiplikationseffekt spart Stoffwechselenergie.

Harnstoff beteiligt sich an diesem osmotischen Konzept, indem seine Konzentration in der inneren Markzone bis auf 0,6 Osm ansteigt - bedingt durch seine Rezirkulation im Nierenmark (Transportsysteme in den Sammelrohren, harnstoffundurchlässige absteigende Schenkel) und - energetisch abhängig von der Kochsalzpumpe - im aufsteigenden Schenkel.

Vasopressin fördert einerseits die Rückresorption von Wasser (Aquaporine), andererseits die von Harnstoff (Harnstofftransporter). Dadurch minimiert es den Wasserverlust in der Niere (Vasopressin wirkt als "Wassersparhormon") und fördert den osmotischen Konzentrierungsmechanismus.



Gegenstromaustausch Osmotischer Gradient; Schleifendiuretika Harnstoffmechanismus Energiemetabolismus Druckdiurese
 
Das Nierenmark baut einen hohen osmotischen Gradienten auf
 
Die Nieren sind in der Lage, die Konzentration gelöster Stoffe (=Osmolarität ) in Teilen ihres Gewebes und in Harn - verglichen zu anderen Körperflüssigkeiten - etwa 4-fach zu senken (→ Wasserausscheidung) oder zu steigern (→ Ausscheidung konzentrierten Harns). Die Fähigkeit zu diesem Grad an Verdünnung oder Konzentrierung ermöglicht die rasche Anpassung an wechselnde Salz-Wasser-Bilanzen (Trinken vs. Durst, unterschiedliche Salzzufuhr) und basiert im Wesentlichen auf der Struktur des Nierenmarks, in dem der Inhalt der Tubuli teils aktiv (Ionenpumpen), teils passiv (osmotisch) aufbereitet wird.


>Abbildung: Juxtamedulläres Nephron
Nach einer Vorlage bei The McGraw-Hill Companies, Inc.

Juxtamedulläre Nephronen liegen in der Tiefe der Nierenrinde. Sie grenzen an das Mark, in das sie tiefreichende Tubulusschlingen - Henle'sche Schleifen - entsenden


Die meisten Nephrone sind (samt ihrem Tubulus) in der Rinde der Niere untergebracht, die plasmaisoton ist und an der Osmoregulation nicht direkt teilnimmt (kortikale Nephrone). Diese tragen die Hauptlast exkretorischer und regulatorischer Funktionen. Ihre Henle-Schleifen sind kurz.

Nur ≈12% sind juxtamedulläre Nephrone , ihre Glomeruli liegen nahe dem Mark, in das ihre vergleichsweise langen Tubuli tief eintauchen. Sie ziehen durch die stark hypertonen Zonen des tieferen Nierenmarks, was für Wasserresorption und Osmoregulation bedeutsam ist: Die Henle-Schleifen der juxtamedullären Nephrone ermöglichen einen Gegenstrom- Austauschmechanismus (countercurrent multiplier). Dieser baut in energiesparender Weise Zonen hoher Osmolarität im Nierenmark auf.

Die tiefen Regionen des Marks - die Zonen um die Papillenspitzen - empfangen nur ≈1% der renalen Durchblutung (das hilft bei der Erhaltung der hohen Osmolalität) und haben einen sehr niedrigen Sauerstoffpartialdruck (um 10 mmHg) - sie sind auf anaeroben Stoffwechsel eingestellt.

Die dünnwandigen Schleifen haben nur flache, keine zylindrige tubuläre Zellen, was als Ausdruck des niedrigen Sauerstoffpartialdrucks in der Zone der Papillenspitze zu deuten ist - hier sind keine energieintensiven Transportprozesse mehr möglich.

  Der "horizontale" Osmolaritätsunterschied, den die tubulären Salzpumpen der dickwandigen Schleifenzellen überwinden müssen, ist gering, gleichzeitig werden aber "stockwerkartig" vertikale Osmolaritätszonen im Nierenmark aufgebaut:

     Der absteigende Teil der Henle-Schleife ist für Wasser durchgängig - nicht für Harnstoff; die Tubulusflüssigkeit wird durch die zunehmende Osmolarität im Mark hyperton.

Der absteigende Schenkel der Henle-Schleife ist für Wasser sehr gut permeabel.

Die Tubuluszellen enthalten

  in der luminalen Membran einen Na+-H+-Austauscher
 
  in der basolateralen Membran Na+-K+-ATPase, K+/Cl--Kotransporter und eine Chlorid-Permease ("Chloridkanal").

     Der dünnwandige aufsteigende Teil der Henle-Schleife ist umgekehrt wasserundurchlässig, lässt aber Harnstoff passieren (Abbildungen). Diese Partien der Schleife liegen in Zonen niedrigen pO2 (s. oben).

Der (wasserundurchlässige) dünne Teil des aufsteigenden Teils der Henle-Schleife nimmt aus dem Interstitium große Mengen Harnstoff auf.

   
Osmotischer Gradient; Schleifendiuretika
 


<Abbildung: Resorption von Kationen im aufsteigenden Schenkel der Henle-Schleife (Modell)
Nach Blaine J, Chonchol M, Levi M. Renal Control of Calcium, Phosphate, and Magnesium Homeostasis. Clin J Am Soc Nephrol 2015; 10: 1257-72

Kalzium (Ca++) wird aktiv-transzellulär und passiv-parazellulär resorbiert. Der basale Kationentransport wird apikal über den Na+/K+/2Cl--Kotransporter angetrieben; dieser baut ein lumen-positives Potential auf, bedingt durch Kalium-Rückfluss in das Lumen via Kaliumkanäle (nicht gezeigt).
 
Die basolaterale Membran enthält einen Kalziumsensor (CaSR), dessen Aktivierung durch hohes extrazelluläres [Ca++] den
Na+/K+/2Cl--Kotransporter hemmt. Das lumen-positive Potential und der parazelluläre Ca++-Transport Richtung Interstitium - also die Ca++-Resorption - nimmt dadurch ab.
 
Magnesium (Mg++) wird zu 40-70% parazellulär aufgenommen, angetrieben durch das lumen-positive Potential (das infolge Kaliumrückstroms in das Lumen auftritt). Die basolaterale Na-K-ATPase erzeugt einen Natriumgradienten zur Blutseite. Ein Kalziumsensor (CaSR, calcium-sensing receptor) kann auch den Magnesiumtransport reduzieren.
 
Das Bild zeigt nur Transporter / Permeasen, die für die Resorption der Erdalkalimetalle wesentlich sind (vgl. Text)


  
  Im dickwandigen aufsteigenden Teil der Schleife können weder Wasser noch Harnstoff durchtreten, aber er transportiert aktiv Salze, und zwar bei immer noch relativ niedrigem pO2. Das erklärt, warum diese Tubulusabschnitte bei renaler Unterdurchblutung besonders leiden (akute Tubulusnekrose).

Der dicke aufsteigende Teil der Henle-Schleife ist für Wasser undurchlässig.

        s. auch  dort

  Über die apikale Membran
 
     werden 20-30% der filtrierten Kochsalzmenge mittels Na+/K+/2Cl--Kotransport in der luminalen Membran resorbiert (<Abbildung). Dieser Carrier funktioniert über den in die Zelle gerichteten Natrium-Konzentrationsgradienten (angetrieben durch die Na/K-ATPase in der basolateralen Membran); Kalium und Chlorid werden sekundär-aktiv "mitgeschleppt". Vasopressin regt die Expression dieses Transporters an - dadurch wird der Aufbau des osmotischen Gradienten gefördert, der für die Rückresorption von Wasser essentiell ist (Vasopressin = "Wassersparhormon").

Der Na/K/2Cl-Symporter im aufsteigenden Schenkel der Henle-Schleife (apikale Membran) nutzt den Natriumgradienten zur Resorption von K+ und Cl-, die intrazelluläre Osmolarität steigt an.
 
In der basolateralen Membran wird Na
+
aus der Zelle gepumpt (Na/K-ATPase), K+ verlässt die Zelle über Kaliumkanäle. Cl- wird im Austausch gegen HCO3- aufgenommen.

  Schleifendiuretika. Der Na+/K+/2Cl--Kotransport ist der Motor der renalen Konzentrierungsleistung und des osmotischen Gradienten im Nierenmark. Blockade dieses Systems - durch "Schleifendiuretika" wie Furosemid - verhindert die Wiederaufnahme von Natrium, Kalium und Chlorid und damit die Harnkonzentration im Mark - die Konzentrierungsfähigkeit der Niere sinkt. Dadurch werden diese Elektrolyte vermehrt ausgeschieden und das extrazelluläre Flüssigkeitsvolumen nimmt ab (was z.B. für das Ausschwemmen von Ödemen der gewünschte therapeutische Effekt sein kann).

Gleichzeitig nimmt die
Ca++-Resorption ab (<Abbildung oben), deshalb können Schleifendiuretika zur Behalndlung von Hyperkalzämie eingesetzt werden.

Der konzentrierungshemmende Effekt der Schleifendiuretika senkt die Osmolarität im Nierenmark. Damit sinkt nicht nur die Rückresorption von Wasser in die Sammelrohre, sondern auch die von Kalium (mit der Folge einer Hypokaliämie). Wegen des reduzierten luminalen Plus-Potentials (das Kationen Richtung Interstitium treibt) nimmt auch die parazelluläre Rückresorption von Kalzium und Magnesium ab (<Abbildung) - deren fraktionelle Ausscheidung steigt an.

Blockade des Na+/K+/2Cl--Kotransporters steigert die Magnesiumausscheidung.


     In die Zelle gelangtes Kalium wird über eine (funktionell gekoppelte) K-Permease (ROMK: Renal Outer Medullary Potassium (K) channel) in den Tubulus zurückbefördert und steht für weiteren Kotransport zur Verfügung ("Kalium-Recycling"). Durch diesen Mechanismus wird das Lumen im aufsteigenden Schenkel positiv geladen (5-10 mV gegen das Interstitium).
 
     Außerdem können Protonen mittels Na+/H+-Austauscher (NHE3, E für exchanger) gegen Natriumionen ausgewechselt werden.


Über die basolaterale Membran

     wird (mittels Na+-K+-Pumpe) Natrium in Richtung Blut und Kalium in die Zelle gebracht, sowie

     Cl- über eine Chlorid-Permease Richtung Blut transportiert.

     Zusätzlich stehen eine Kaliumpermease (K+-Ausstrom aus der Zelle) sowie ein Cl-/HCO3--Austauscher zur Verfügung (Bikarbonat in das Interstitium, Chlorid in die Zelle).


Aktiver Elektrolyttransport im dicken aufsteigenden Teil der Henle-Schleife baut eine hohe interstitielle Osmolarität im Nierenmark auf.
 
   Parazellulär: Das Lumen ist positiv aufgeladen (bis zu +15 mV). Das unterstützt die parazelluläre Auswärtsbewegung von Natrium- (25%), Kalzium- (25% des insgesamt resorbierten Ca++) und Magnesiumionen (≈70% des insgesamt resorbierten Mg++ - <Abbildung oben, vgl. dort). Dabei wird die Durchlässigkeit der Schlussleisten (tight junctions) für Magnesium durch Paracellin-1 (ein Claudin) gewährleistet (Mutationen dieses Proteins führen zu Hypomagnesiämie).



Der Hauptanteil des glomerulär filtrierten Magnesiums wird im dicken aufsteigenden Schenkel der Henle-Schleife parazellulär resorbiert.

Etwas Natrium gelangt - konzentrationsabhängig - auch parazellulär aus dem Tubulus in das Interstitium.

     Die Henle-Schleifen der juxtamedullären (tief ins Mark eintauchenden) Nephrone bilden ein spezielles Protein (Uromodulin, Tamm-Horsfall-Protein
), das für diese Nephrone spezifisch und im Harn nachweisbar ist (mit ≈50 mg/d das am stärksten renal ausgeschiedene Eiweiß). Vermutlich hat es eine protektive Wirkung gegenüber Ca++-Harnsteinbildung (zusammen mit Uropontin und Nephrokalzin) und bakteriellen Infektionsvorgängen.


Hohe Konzentrationen an Kalziumoxalat im Harn bedingt Harnsteinanfälligkeit.
   
Zu den Kalium-Austauschmengen in den Nierenabschnitten s. dort
 
Osmotischer Multiplikator
 
 
>Abbildung: Gegenstrom-Multiplikationsprinzip
Modifiziert nach einer Vorlage bei medchrome.com

Zahlen geben die Osmolalität an (mOsm/kg, gerundete Werte). Rote Pfeile: Aktiver Transport (Na+-Cl--Symporter im aufsteigenden Schenkel der Henle-Schleife). In diesem Beispiel leistet die Niere Verdünnungsarbeit, der Endharn ist mit 100 mOsm hypoton

Die Aufnahme von Kochsalz aus der Tubulusflüssigkeit wird vor allem durch die Na-K-Pumpe in den basolateralen Membranen angetrieben. Dabei entsteht ein (transversaler) osmotischer Gradient; zahlreiche Mitochondrien und basolaterale Membrantaschen spiegeln die aktive Transportfunktion der Tubuluszellen wider.
 
  
  Die Kochsalzkonzentration sinkt schließlich im frühdistalen Tubulus unter diejenige im Blutplasma (bis auf ≈50 mOsm) - der dicke aufsteigende Teil der Henle'schen Schleife und der frühdistale Tubulus (beide wasserundurchlässig - der frühdistale Tubulus verfügt über einen Na+-Cl--Symporter) werden daher als Verdünnungssegment bezeichnet. Die tubuläre Flüssigkeit, die in den distalen Tubulus der Rinde gelangt, ist also hypoton.

  Durch die Strömung der Tubulusflüssigkeit ergibt sich im Mark ein vertikaler Osmolaritätsgradient, der Inhalt langer Henle-Schleifen kann so 5-fach hyperton werden (d.h. bis zu maximal ≈1500 mOsmol). Kochsalz- und Harnstoffkonzentration und damit Osmolarität nehmen mit dem Abstand zur Rinden-Mark-Grenze zu. (Wüstentiere mit besonders "schlanken" Markpyramiden können im Mark Hypertonie bis zu 5000 mOsmol/kg und einen entsprechend konzentrierten Harn aufbauen, und dadurch extrem wassersparend bilanzieren.)

Der Harn kann bei maximaler Konzentrierung 4-5fach hyperton werden (1200-1500 mOsm/l).

Die Sammelrohre der Niere passieren auf ihrem Weg zum Nierenbecken das hypertone Mark. Aus der Rinde (≤ 290 mOsm/kg) kommend, strömt Harn durch diese hypertone Zone, und Wasser kann je nach Durchlässigkeit der Sammelrohrwand (Vasopressin, Aquaporine!) osmotisch (=ohne zusätzlichen Stoffwechselaufwand) zurückgewonnen werden.

Gesteigerte Wasserdurchlässigkeit der Sammelrohre konzentriert den Harn.


Das Sammelrohr ist durchlässig für NaCl (≈3% des filtrierten Natriums wird aus dem medullären Sammelrohrsystem resorbiert) und bei Vasopressinwirkung für Wasser und Harnstoff.
 
Harnstoff: Stickstoff- und Funktionsträger
 

<Abbildung: Wie die Niere mit Harnstoff umgeht
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 1st ed. Saunders 2003

Die Zahlen gelten für juxtemedulläre Neurone (links), die für die osmotische Regulation im Nierenmark entscheidend sind. Die Henle-Schleifen übernehmen die Sekretion von Harnstoff aus dem Interstitium des Nierenmarks in die Tubuli, sodass im frühdistalen Tubulussystem die Harnstoffmenge größer als im primären Filtrat des Nephrons sein kann.
 
Anschließend wird mehr als die Hälfte der ursprünglich filtrierten Menge nochmals resorbiert (und ist im Mark osmotisch aktiv), weniger als die Hälfte (z.B. 40%) mit dem Harn ausgeschieden


    Harnstoff  (urea)  stammt aus dem Eiweißabbau in der Leber. Es wird glomerulär frei aus dem Plasma filtriert, etwa die Hälfte davon wird im proximalen Tubulus (passiv) rückresorbiert (<Abbildung).

Im Nierenmark erfolgt die Sekretion von Harnstoff, der hier wesentlich am osmotischen Multiplikationsmechanismus mitwirkt. Im Sammelrohr diffundiert er aus dem Tubulus in das Intertstitium; letzendlich liegt die fraktionelle Ausscheidung bei 15-70% (
Prozentsatz steigend mit zunehmender Harnmenge, Mittelwert ≈40%) der glomerulär filtrierten Menge (<Abbildung).

Das bedeutet, dass die Harnstoffkonzentration auf das Zigfache der Werte im Blutplasma ansteigt - trotz seiner hohen Diffusionsfähigkeit erfolgt in der Niere eine starke Aufkonzentrierung dieses Stoffwechselendproduktes, das den Löwenanteil der Stickstoffausscheidung trägt.

 


Bei geringer glomerulärer Filtration (und Harnproduktion) nimmt auch die Ausscheidung an Harnstoff ab, die Harnstoffwerte im Blut steigen an (Urämie).

     Harnstoff  (Plasma / Serum)
3-8 mM/l (20-50 mg/dl)
Kinder: Von 2-4 mM/l in den ersten Lebensjahren ansteigend bis zum 10. LJ (Erwachsenenwerte)
Frauen über 50 a: 3,5-7,2 mM/l
Männer über 50 a: 3,0-9,2 mM/l
 
Biologische Halbwertszeit im Blutkreislauf 2-3 Minuten

Ausscheidung mit dem Harn: 18-33 g/24 h
 
   zur Harnstoffausscheidung s. auch dort
 
   zur Ausscheidung saurer Valenzen und Ammonium s. dort
 

>Abbildung: Gegenstrommechanismus für Wasser, Salze, Harnstoff (urea)
Nach einer Vorlage bei lookfordiagnosis.com

     Der absteigende Schenkel der Henle-Schleife ist für Wasser durchlässig,
     die Schleife selbst sowohl für Wasser als auch für Harnmstoff (hier erfolgt die Vervierfachung der osmotischen Konzentration auf ≈1200 mOsm),
     der dickwandige aufsteigende Schenkel weder für Wasser noch für Harnstoff (hier erfolgt die Verdünnung des Tubulusinhalts auf ≈100 mM)

ADH
= Vasopressin



Harnstoff-Recycling: Im inneren Mark liegt eine hohe Harnstoffkonzentration vor (bis ≈600 mOsm), dies trägt (ca. zur Hälfte) zum osmotischen Konzentrierungsmechanismus der Niere bei.

Bedingt durch die hohe Konzentration im inneren Mark, diffundiert Harnstoff zu ≥50% der glomerulär filtrierten Menge in den aufsteigenden Teil des dünnen Schenkels der Henle-Schleife (juxtamedullärer Nephrone).

Dies ist durch die Anwesenheit von Harnstoff-Transporter (urea transporter UT) - apikal UT1, basolateral UT4 - möglich, welche die Zellmembranen harnstoffpermerabel machen.

Im distalen Tubulussystem kommen so 100-110% der filtrierten Menge an Harnstoff an. ≈30% werden im distalen Tubulus wieder rückresorbiert, der Rest kommt ins Sammelrohr und nimmt an der Nachlieferung von Harnstoff ins Mark teil ('closed-loop-System' - >Abbildung).

Durch die Kapillarwände gelangt Harnstoff mittels UT3-Transporter.
 
Renale Energiebilanz
 

Woher bezieht dieser "Harnstoff-Motor" seine Energie? Er wird letztlich durch die Kochsalz-Pumpe des dicken Teils des aufsteigenden Henle-Schleifen-Schenkels angetrieben - dieser führt zu osmotischen Effekten (abhängig von Vasopressin, das die Rückresorption von Wasser steuert), von denen die Harnstoffanreicherung abhängt (Resorption von Wasser aus Tubulus / Sammelrohr erhöht hier die Konzentration gelöster Stoffe).

Im medullären Sammelrohr erhöht Vasopressin auch die Permeabilität für Harnstoff, sodass dieser ins Mark übertreten kann. Letztlich erfolgt das 'Pooling' von Harnstoff im Nierenmark mit vergleichsweise geringer Stoffwechselenergie.


Das Nierenmark ist gering durchblutet (90% der renalen Perfusion gehen an die Rinde); nur 1-2% erreichen papillennahe Gebiete des Marks (hoher Widerstand der langen vasa recta).

Atemgase und Energiestoffwechsel
: Auch der Sauerstoff- und CO2-Partialdruck im Nierengewebe zeigt starke regionale Unterschiede, was durch Gegenstromaustausch der Atemgase erklärbar ist. In der (stark durchbluteten) Rinde findet sich ein beinahe arterieller pO2-Wert (um 80 mmHg), im (gering durchbluteten) Mark nimmt er bis auf ≈10 mmHg pO2 ab (Papillenregion). Umgekehrt verhält es sich mit dem pCO2, der in tiefen Markzonen besonders hoch ist. Dementsprechend läuft der Energiestoffwechsel in der Rinde aerob, im Mark weitgehend anaerob ab (das Nierenmark ist für seinen Energiestoffwechsel - wie Gehirn, Eryrthrozyten und Fibroblasten - auf Glukose angewiesen).

Die Niere hat eine besonders hohe spezifische Durchblutung.
 
Dadurch, und durch die U-förmige Anordnung der Kapillaren (Gegenstromaustausch wie im Tubulussystem), wird der "Auswascheffekt" der Perfusion des hypertonen Nierenmarks gering gehalten. Andererseits transportieren die vasa recta Harnstoff und Salze in der notwendigen Menge ab (Vermeidung eines Überschreitens des Löslichkeitsprodukts).
 
Erhöhter Blutdruck fördert die Harnausscheidung
  

Druckdiurese: Auch die Durchblutung des Nierenmarks unterliegt einer Autoregulation. Diese kann bei erhöhtem Blutdruck überfordert sein, und es kommt zu Abschwächung der osmotischen Schichtung  ("Auswaschen" des Marks). Der osmotische Rückresorptionsmechanismus ist dadurch geschwächt, es wird weniger Wasser zurückgewonnen, die Diurese nimmt zu.

  Die maximale Harnstoffkonzentration im Harn entspricht ≈600 mOsm/l. Bei Antidiurese kann eine Harn-Osmolarität von 1200 mOsm/l (oder etwas mehr) erreicht werden. Das bedeutet, dass alle anderen im Harn gelösten Stoffe (vor allem Salze) einen Anteil von nicht viel mehr als ≈600 mOsm/l bestreiten können, dann ist das Konzentrationsvermögen der Niere ausgeschöpft. (Meerwasser hat eine Salzkonzentration von ≈1200 mOsm/l, nimmt man es zu sich, kommt es unweigerlich zu Salzanreicherung und hypertoner Dehydrierung).
 
   Man könnte z.B. fragen, wieviel Harn für die Ausscheidung von 600 mOsm im Harn gelöster (osmotisch wirksamer) Bestandteile mindestens notwendig ist. Da die maximale Konzentrierfähigkeit der gesunden menschlichen Niere einen Harn mit 1200 mOsm produzieren kann, wären das 600 / 1200 (0,5) Liter.




  Schleifendiuretika fördern die Wasserausscheidung, indem sie die Wirkung des Na+/K+/2Cl-- Kotransportsystems hemmen. Sie können die Natriumausscheidung bis auf 25% der filtrierten Kochsalzmenge steigern (d.h. um etwa eine Zehnerpotenz). Gleichzeitig verringern sie die Aufladung des Tubuluslumens (ROMK, s. oben) und damit auch die Resorption von Kationen (Kalzium, Magnesium - Schleifendiuretika können gegen Hyperkalzämie angewendet werden). 

Der Verlust von Kalium, der bei der Anwendung von Schleifendiuretika unvermeidlich ist, kann durch Nutzung kaliumsparender Diuretika (wie Amilorid) vermieden werden. Diese erniedrigen die Öffnungswahrscheinlichkeit der ENaC-Natriumpermeasen an der luminalen Membran spätdistaler Tubulusepithelzellen - es tritt weniger Natrium in die Zelle ein (geringerer elektrogener Natrium-Influx, das Membranpotential der apikalen Membran nimmt zu), und es wird mehr Natrium ausgeschieden. Gleichzeitig nimmt die positive Ladung der peritubulären (interstitiellen) Seite des Tubulus ab, und es wandert weniger Kalium aus der Zelle in das Interstitium (kaliumsparender Effekt).

ENaC-Natriumkanäle in spätdistalen Tubuli werden durch kaliumsparende Diuretika gehemmt.

 
Das Bartter-Syndrom ist eine seltene genetische Erkrankung aufgrund eines Defekts im dicken aufsteigenden Schenkel der Henle-Schleife. Diese Krankheit führt zu Hypokaliämie, Alkalose und eventuell erniedrigten Blutdruck. Je nach den betroffenen Ionenkanälen gibt es fünf Typen (Typ 1: Na/K/2Cl-Symporter, Typ 2: ROMK, Typ 3: Chloridkanal, etc). Beim Typ 2 ist der mit NKCC2 gekoppelte Kaliumkanal (ROMK) der apikalen Membran der Tubulusepithelzellen defekt, das Kalium-"Recycling" in den Tubulus funktioniert nicht mehr, Kalium geht verloren, und es ist auch die Natrium-Rückresorption behindert.

Bartter-Syndrom Typ 2 beruht auf einem Defekt der apikalen K+-Kanäle im dicken aufsteigenden Schenkel der Henle-Schleife und führt zu verringerter Na+-Rückresorption.
 
Beim Bartter-Syndrom Typ 4 ist der tubuläre Salzverlust kombiniert mit Mutationen einer Untereinheit ("Barttin") von Chloridkanälen in der basolateralen Membran marginaler Zellen der stria-vascularis im Corti-Organ, was mangelnde Chlorid-Leitfähigkeit und Innenohrtaubheit zur Folge hat.

Gelingt die Wasserrückresorption wegen zu hoher Konzentration osmotisch aktiver Stoffe im Sammelrohrsystem nicht ausreichend, geht ein Teil des Wassers verloren (osmotische Diurese). Beispiel: Glukose kann bei starker Hyperglykämie (unbehandelter diabetes mellitus) nicht vollständig rückresorbiert werden (tubuläres Transportmaximum überschritten) und "nimmt Wasser in den Harn mit".






Eine Reise durch die Physiologie


  Die Informationen in dieser Website basieren auf verschiedenen Quellen: Lehrbüchern, Reviews, Originalarbeiten u.a. Sie sollen zur Auseinandersetzung mit physiologischen Fragen, Problemen und Erkenntnissen anregen. Soferne Referenzbereiche angegeben sind, dienen diese zur Orientierung; die Grenzen sind aus biologischen, messmethodischen und statistischen Gründen nicht absolut. Wissenschaft fragt, vermutet und interpretiert; sie ist offen, dynamisch und evolutiv. Sie strebt nach Erkenntnis, erhebt aber nicht den Anspruch, im Besitz der "Wahrheit" zu sein.