Physiologie der Nierenfunktion und der ableitenden Harnwege

Untersuchung der Nierenfunktion


 
© H. Hinghofer-Szalkay

Diagnostik: διά = durch, γνώσις = Erkenntnis, Urteilhttps://de.wikipedia.org/wiki/Norbert_Goormaghtighhttps://de.wikipedia.org/wiki/Norbert_Goormaghtigh
Diurese: διά = durch, οὐρέω = Harn lassen
Foetor: foetor = Gestank
Isosthenurie: ίσος = gleich, σθένος = Stärke
Isotop: ἴσος = gleich, τόπος = Ort (im Periodensystem)
Miktion: mingere = Wasser lassen
Oligurie: ὀλίγοι = wenig,
ούρα = Harn
Pyelonephritis: πήληξ = Nierenbecken, νεφρός = Niere, ίτις bezeichnet eine Entzündung
Urämie: ούρα = Harn, αἷμα = Blut


Simple Kriterien der Nierenfunktion sind am Harn abzulesen: Menge (24-h-Harn), Beschaffenheit, Dichte (Osmolalität), Farbe, Sediment, Geruch. Körperliche Zeichen deuten auf möglicherweise veränderte Nierenfunktion hin: Blässe (Erythropoetinmangel?), Ödeme (Proteinmangel?), Hypertonie (Reninüberschuss?) etc.

Viele Blut-Laborwerte sind durch die Nierenfunktion beeinflusst. Substanzen, welche die Niere mit dem Harn ausscheiden soll (harnpflichtige Stoffe, wie Harnstoff, Harnsäure, Kreatinin, meist auch Kalium etc), bleiben bei Nephropathien vermehrt im Blut zurück, ihre Werte steigen entsprechend an (und sie verursachen Symptome).

Auch die "Entsorgungsleistung" (Clearance) bestimmter Indikatorstoffe gibt wertvolle Hinweise, insbesondere die Inulin- bzw. Kreatininclearance: Diese sind mehr oder weniger identisch mit der glomerulären Filtrationsrate (GFR), welche bei erwachsenen Personen um die 100-120 ml/min betragen sollte.

Übersteigt das Angebot eines Stoffes im Filtrat die resorptive Transportleistung der Tubuli (tubuläres Maximum), tritt die nicht zurückgewonnene Substanz im ausgeschiedenen Harn auf. Das ist z.B. der Fall bei starker Hyperglykämie (Diabetes mellitus) und führt zu Glukosurie (Zucker im Harn nachweisbar).


Übersicht  Laborbefunde  24-h-Ausscheidung mit dem Urin Clearance  Filtratbildung, GFR  Renale Perfusion, RPF

Nephrologische Diagnostik umfasst Anamnese, allgemeine Untersuchung (frische Harnprobe, meist als Mittelstrahlurin), funktionelle (Clearance,..) und bildgebende Verfahren sowie Blutuntersuchungen.

  Anamnese

  Harnmenge: Störung der Diurese / Miktion? (Oligurie = weniger als 500 ml Harn/Tag, Anurie = <100 ml/d) - Neben der Messung des Harnvolumens (24-Stunden-Harn) geben rasche Änderungen des Körpergewichts Auskunft über die Harnausscheidung

  Schmerzen: Nierenlager (Kolik?) Kopfschmerzen (Niereninsuffizienz? Hypertonie?)


<Abbildung: Harnfarbe und Hydrierungszustand

Je geringer die Wasserausscheidung (hoher Vasopressinspiegel), desto höher die Konzentration gelöster (ausgeschiedener) Substanzen, die z.T. Eigenfarbe besitzen - u.a. die Bilirubinderivate Urobilin und Urobilinogen

Konzentriervermögen: Ein einfacher Funktionstest besteht darin, das Vermögen der Niere zu testen, die Konzentration der auszuscheidenden Stoffe im Harn über Veränderung der Wassermenge (Harnvolumen) zu verändern (Diurese durch Trinken, Antidiurese z.B. im Durstversuch). Diese Fähigkeit bezeichnet man im Normalfall als Normosthenurie, ihren Verlust als Isosthenurie   ("Harnstarre": Massendichte konstant bei ca. 1015 g/l). Je konzentrierter der Harn, desto intensiver ist seine Färbung (<Abbildung).

   Untersuchungsbefund allgemein

  Ödeme (Proteinmangel?)

  Blässe (Anämie?)

  Urämischer   Foetor? (über Mund und Haut abgegebener harnartiger Geruch) - der Harn selbst hat einen Eigengeruch, der durch Nahrungsmittel (z.B. Spargel) und Medikamente (z.B. Vitaminpräparate) beeinflusst sein kann. Diabetiker haben süßlich riechenden Urin

  Fieber (Pyelonephritis?)

  Blutdruck (Hypertonie?)

  Laborbefunde: Harn- und Blutwerte


Harnsäure im Serum: Männer 3,4-7,0 ng/dl (200-410 µM/l), Frauen 2,4-5,7 ng/dl (140-340 µM/l), postmenopausal steigend
Werte erhöht bei eingeschränkter Filtration oder erhöhter Produktion (Gicht): Hyperurikämie

Ausscheidung im Harn: 0,2-1,5 g/24 h

   Harnstoff  (Plasma / Serum): 3-8 mM/l (20-50 mg/dl)
Werte erhöht bei Nierenversagen

Ausscheidung mit dem Harn: 18-33 g/24 h

Kreatinin im Serum: Männer 50-100 µM/l, Frauen 40-90 µM/l (erhöhte Werte bei Nierenversagen, >Abbildung)
Neugeborene (1-14 Tage): <77, 2-12 Monate <34, 1-3 Jahre <31, 4-7 Jahre <42, 8-13 Jahre <47-68 µM/l

Ausscheidung mit dem Harn: Männer 1,5-2,5 g/d, Frauen 0,8-1,5 g/d (steigt mit Muskelmasse)



>Abbildung: Tägliche Ausscheidungsraten mit dem Harn
Nach einer Vorlage bei intranet.tdmu.edu.ua

Referenzbereiche hängen vom jeweiligen Labor ab und weichen voneinander ab. Zu berücksichtigen sind auch Geschlechtsunterschiede, z.B. bei den Kreatininwerten (m>f)

   Harnuntersuchung (Mittelstrahlurin, evt. Blasenpunktion):

  Physikalische, Makro- und mikroskopische Untersuchung

  Volumen (24-Stunden-Harn)

  Massendichte - abhängig von Wasserbilanz / Hydratationszustand, normalerweise zwischen 1015 und 1025 g/l (physiologische Extremwerte: 1002 bis 1030 g/l), bei hoher Freiwasserclearance (Wasserausscheidung) bis 1000 g/l, bei Urinkonzentration (Dehydration) Hypersthenurie: Dichte 1030 bis 1040 g/l. Proteinurie und Glukosurie erhöhen die Harndichte

  Farbe - physiologisch: Hell- bis dunkelgelbe Farbe durch Urochrome aus dem Hämoglobinabbau (Sterkobilin, Urobilin). Farbintensität abhängig von Wasserclearance ("farblos" bei stark verdünntem Urin); Braunfärbung durch Bilirubinämie bei Ikterus; Rotfärbung bei Blutungen oder überhöhter Carotinzufuhr

  Trübung - normalerweise klarer Harn, trüber (manchmal flockiger) Urin bei Entzündungen durch Leukozyten, Mikroorganismen
 
  Sediment - durch Zentrifugierung rasch darstellbar (Phasenkontrastmikroskopie), kann "nicht-organisierte" (Kristalle aus Harnsäure, Bilirubin, Kalziumsalzen, Phosphat, Tyrosin, Zystin) und "organisierte" Bestandteile enthalten (Epithelzellen; Bakterien; Blutkörperchen; "Urinzylinder" sind längliche Konkremente aus Proteinen, Lipiden u.a.: Hyaline Zylinder bestehen aus Tamm-Horsfall-Protein, s. unten)

  Chemische Analyse

  pH-Wert - 5,0 bis 6,0

<5,0 bei Hunger und Diabetes mellitus (Ketose), Dehydration, chronischen Lungenkrankheiten (respiratorische Azidose)

>6,0 bei vegetarischer Ernährung (wenig säurebildende Substrate), schwerem Erbrechen (Säureverlust), renalen Erkrankungen

  Eiweiß - physiologisch bis 150 mg/d, davon 40-50% kleinmolekulares Protein, 10-15% Albumin, 40-50% im aufsteigenden dicken Schenkel der Henle-Schleife produziertes Uromodulin (Tamm-Horsfall-Mukoprotein), das protektiv gegen Nephrolithiasis und Entzündungen wirkt

Proteinurie: Eiweißausscheidung >150 mg/d; Ursachen: Eiweißverlust im Glomerulus (veränderte Kapillarwand) oder gestörte Rückresorption im Tubulus

 
Glukose - ohne spezielle Zuckerbelastung <20 mg/dl Harn (Teststreifen)

Glukosurie: Glukoseausscheidung >160 mg/d (tubuläres Maximum für Glukose überschritten, Grund: Hyperglykämie, angeborener Defekt des tubulären Glukosetransporters)

  Hormone, z.B. Steroide, HCG (Schwangerschaftstest), Melatonin ...

  weitere Bestandteile s. Tabelle

  Spezielle Abbauprodukte, z.B. Dihydroxyphenylessigsäure (DOPAC) und Homovanillinsäure (HVA) als Maß der Katecholaminproduktion

  Konzentrationswerte im Harn werden im Allgemeinen normiert auf den gleichzeitig gemessenen Kreatininwert (die Kreatininausscheidung ist ziemlich konstant), um den Effekt unterschiedlich starker Wasserausscheidung (welche alle Konzentrationswerte im Urin beeinflusst) zu kompensieren.

  Harnkultur - Bakteriurie ab 105 CFU/ml (CFU = colony forming units, koloniebildende Einheiten - Abschätzung der Zahl lebender Bakterien oder Pilze in einer Probe, die zu diesem Zweck kultiviert wird und in der sich nur viable Mikroben vermehren); Leukozyten deuten auf Entzündung hin (normalerweise <10 Leukos / µl Harn). Leukozyten sind auch per Teststreifen nachweisbar (Reaktion auf Esterasen)

  Blut

Hämaturie: Sichtbare Rotfärbung; Mikrohämaturie: >4 Erys / µl Harn oder >2 Erys pro Gesichtsfeld bei 400-facher Vergrößerung ohne Rotfärbung des Urins

Nach Zentrifugation kann das Sediment (Hämaturie: Erythrozyten) oder der Überstand rot sein (Plasma rot gefärbt: Hämoglobinurie; Plasma normal gefärbt: Myoglobinurie)
 
Basierend auf der Überlegung, dass die Massendichte des Harns im Wesentlichen durch die Konzentration ausgeschiedener harnpflichtiger Substanzen (Harnstoff etc., s. Tabelle) gegeben ist, kann eine Grobabschätzung der renalen Exkretionsleistung über Harnvolumen (mindestens 500 ml/d) und -Dichte (Bereich ≈1002-1030 g/l) erfolgen. Dabei gilt:


>  Mit einer Zunahme der Harndichte um 1 g/l steigt die Osmolarität des Harns um ≈40 mOsm/l (gilt für einen Bereich von etwa 100 bis 1200 mOsm/l).

Tägliche Ausscheidung mit dem Harn, g/d (Harnvolumen 1-2 l/d)
Harnstoff
Gesamt-N
Chlorid
Natrium
Kalium
Phosphat
20-40
10-20
4-9
4-6
1,5-3
1-2,5
Kalzium
Magnesium
Zitrat
Phenolsulfat
Glukoronat
Sulfat
0,1-0,4
0,1-0,4
0,1-0,3
80-120  x 10-3
40-400  x 10-3 1-2
Glukose
Purinbasen Urobilinogen Porphyrine Indoxylsulfat
10-200  x 10-3 10-60  x 10-3 0,5-2  x 10-3 0,02-0,1  x 10-3 0-32  x 10-3
Kreatinin Ammonium Protein Harnsäure Steroide
0,8-2,5 0,5-1 <0,15 0,2-1,5 50-250  x 10-3



Osmolalität: Isotoner Harn hat ≈290 mOsm/l; Morgenharn ist wegen des nächtlichen Wasserverlusts konzentriert, er hat ≈900 mOsm/l (Antidiurese).

   Blutuntersuchung:

  Blutbild: Chronische Nierenerkrankungen können renale Anämie zur Folge haben (Erythropoetinmangel)

  Harnpflichtige Stoffe (Kreatinin, Harnstoff, Kalium,..)
  
  Clearance (Kreatinin, Inulin, PAH - s. unten)
  
  Immunologische Untersuchungen (z.B. Verdacht auf Glomerulonephritis): Z.B. Komplementfaktoren (C3, C4), diverse Antikörper
 

<Abbildung: Clearance-Konzept

Beispiel Inulin: Dieses körperfremde Kohlenhydrat wird glomerulär filtriert, aber weder rückresorbiert noch sezerniert. Seine Clearance entspricht der tubulär rückresorbierten Flüssigkeitsmenge, da diese Flüssigkeit vom Inulin "gereinigt" wird

  Clearance ist die (virtuelle) Plasmamenge, aus der ein bestimmter Stoff in einer Minute entfernt wird. Die pro Minute ausgeschiedene Menge (M/min) wird im Harn gemessen.

Aus der Ausscheidung im Urin (AU) und der Konzentration
im Blutplasma (KP) wird die Clearance (Volumen / Zeit) der betreffenden Stoffes errechnet:

Clearance (ml/min) = AU / KP

wobei die Ausscheidung (Menge pro Zeit) aus dem Produkt der tatsächlich gemessenen Größen berechnet wird: Harnausscheidung (Volumen / Zeit) mal Konzentration im Harn (Menge / Volumen) - das Volumen kürzt sich heraus, es verbleibt die gesuchte Zahl: Menge der pro Zeit ausgeschiedenen Substanz.

Die Clearance kann zwischen Null (keine Ausscheidung) und (bei vollständiger Ausscheidung) der pro Minute durch die Nieren geströmten Plasmamenge (renaler Plasmafluss RPF) liegen.

Filtrierte Stoffe, die zu 100% rückresorbiert werden (z.B. Glukose, Aminosäuren), werden nicht ausgeschieden, ihre Clearance ist null. Ist die Rückresorption allerdings überfordert ("tubuläres Maximum" - z.B. Glukosurie bei erheblicher Hyperglykämie), geht ein Teil der Stoffmenge in den Harn verloren (Clearance ist gegeben).

  Ein glomerulär filtrierter Stoff, der tubulär nicht rückresorbiert wird, wird ausgeschieden. Er ist in der rückresorbierten Flüssigkeit nicht vorhanden, die Menge dieser ("gereinigten") Flüssigkeit entspricht der Clearance des Stoffes und kann etwa mit dem Volumen glomerulär filtrierter Flüssigkeit gleichgesetzt werden. Wenn 99% der filtrierten Flüssigkeit tubulär resorbiert werden, ergibt sich dabei ≈1% Fehler (<Abbildung).

Inulinclearance und Kreatininclearance. Dies ist beim Inulin der Fall, und man kann die Inulinclearance praktisch mit der Filtrationsleistung der Glomeruli gleichsetzen (Inulinclearance = GFR). Auch Kreatinin kann zur Abschätzung der Filtration herangezogen werden. Die Kreatininclearance gibt bei gesunden Nieren ebenfalls etwa den Betrag der glomerulären Filtration an, weil die Menge tubulär sezernierten Kreatinins gegenüber der glomerulär filtrierten Menge vernachlässigbar klein ist. (Bei eingeschränkter Nierenfunktion nimmt dieser Anteil zu, sodass der Betrag der GFR überschätzt wird.)

Die Harnstoffclearance liegt bei 60-80 ml/min. Harnstoff unterliegt vollständig der glomerulären Filtration, wird aber aufgrund seiner hohen Membranpermeabilität fast zur Hälfte rückresorbiert. (Klinik: Bei sehr niedriger GFR kann man aus dem Mittelwert aus Kreatininclearance - die dann einen zu hohen Wert liefert - und Harnstoffclearance - die niedriger als die GFR ist - etwa auf die tatsächliche Größe der glomerulären Fíltration rückschließen, die Fehler heben sich ungefähr auf.)

Harnsäure wird glomerulär filtriert und im proximalen Tubulus zunächst fast vollständig rückresorbiert, dann zur Hälfte der glomerulär filtrierten Menge sezerniert und wiederum zum Großteil resoriert;
als Referenzbereich für die Harnsäureclearance gilt 6–12 ml/min.

PAH-Clearance. Die Clearance von Paraaminohippursäure (PAH) entspricht zu mehr als 90% dem renalen Plasmafluss (RPF), da die über die Arterien an die Niere anströmende PAH-Menge zu ≈20% glomerulär filtriert und zu >70% tubulär sezerniert wird.


 
>Abbildung: Serumkreatinin als Funktion der GFR
Nach einer Vorlage bei rsidefenser.blogspot.com

Bei normaler Filtrationsleistung (100-120 ml/min) entfernt die Niere das aus dem Muskelstoffwechsel konstant anfallende Kreatinin über vollständige glomeruläre Filtration - plus etwas tubuläre Sekretion (Kreatininkurve über GFR-Kurve) - aus dem Blut. Der Plasma-Kreatininwert ist niedrig (≈0,7 mg/dl oder ≈60 µM/l). Sinkt die Filtrationsleistung, nimmt das Plasma-Kreatinin zunächst nur leicht zu (Linie A/B). Je stärker die GFR reduziert ist, desto steiler steigt das Serumkreatinin an (Linie C/D)

  Glomeruläre Filtrationsrate (GFR). Ein wichtiger Anhaltspunkt ist die Filtrationsleistung der Nieren. Sie beträgt bei jüngeren Erwachsenen ≈120 ml/min (genauer: 60-70 ml pro Minute pro m2 Körperoberfläche).

Das (körperfremde) Polysaccharid Inulin wird tubulär nicht resorbiert. Dies gilt auch für Kreatinin, ein Abbauprodukt des Muskelstoffwechsels (Kreatinphosphat: etwa 20 mg / kg Körpergewicht / Tag, m>f). Die Kreatininkonzentration im Blut ist ziemlich konstant (≈1 mg/dl) und kann in die Clearanceformel eingesetzt werden.

Die Messung der endogenen Kreatininclearance (endogen = aus dem Körper selbst stammend) ist einfacher durchführbar (aber mit Fehlern behaftet), die Inulinclearance ergibt andererseits verlässlichere Werte. Bei hohen Kreatinin-Blutwerten weicht die Kreatininclearance von der GFR zunehmend ab, da Kreatinin dann auch vermehrt tubulär sezerniert wird (>Abbildung).

  Durchblutung, Renaler Plasmafluss (RPF). Dieser Wert ist ein Maß für die Durchblutung der Nieren. Der durchschnittliche Referenzwert für jüngere Erwachsene ist ≈600 ml/min.

Wird ein Stoff vollständig aus dem Plasma entfernt, so ist seine Clearance gleich der Plasmamenge, die durch die Niere geströmt ist (RPF). Die Nierendurchblutung kann aus der Clearance von Para-Amino-Hippursäure (PAH) berechnet werden; diese beträgt >90% der renalen Plasmaströmung (PAH wird tubulär weitgehend sezerniert). Die Durchblutung der Nieren errechnet sich unter Berücksichtigung des Hämatokrit als

Renale Perfusion = RPF x 1/(1-Ht)



Mit zunehmendem Alter nehmen sowohl die Filtrationsleistung als auch die Durchblutung der Niere ab.
 
  Mathematische Methoden (Anwendung von Compartmentmodellen) ermöglichen es, Clearancewerte aufgrund des Zeitverlaufs der Blutkonzentration nach Injektion eines Indikators zu ermitteln (ohne Messung der Harnausscheidung).

  Viele Symptome einer Nierenerkrankung machen sich systemisch bemerkbar, z.B. im Blutdruck (Goldblatt-Hochdruck bei eingeengten Nierenarterien, etc).


Die Durchblutung der Nieren (renale Perfusion) beträgt ≥1 l/min -  >90% davon für die Durchblutung der Nierenrinde, <10% für die des Marks. Die Durchblutung der Nierenarterien und ihrer Hauptäste kann dopplersonografisch beurteilt werden (farbkodierte Duplexsonografie, >Abbildung).

 
<Abbildung: 99mTc-Szintigramm gesunder Nieren
Nach einer Vorlage bei diomedia.com

Kurzlebiges metastabiles Technetium-99, gekoppelt an 2,3-Dimercaptosuccinsäure, wird 2 Stunden vor der Untersuchung intravenös verabreicht, lagert sich an funktionstüchtiges Nierengewebe an und emittiert Gammastrahlung
  Bildgebende Verfahren

Nierenszintigramme (<Abbildung)
werden bei Verdacht auf eine Schädigung oder Beeinträchtigung der Nierenfunktion zur Darstellung der Niere sowie zur Kontrolle der renalen Perfusion und Funktion genützt

Sonografie (Ultraschall) dient der Orientierung, zur Abschätzung raumfordernder Prozesse und von Gefäßproblemen (Stenosen, Thrombosen)

Weitere Methoden sind
Computer- oder Magnetresonanztomografie, Ausscheidungsurografie, i.v.-Infusionsurografie mit nierengängigen Kontrastmitteln, Angiografie, Miktions-Zystourethrografie (Funktion der ableitenden Harnwege)


>Abbildung: Farbkodierte Darstellung der Nierengefäße
Nach einer Vorlage bei dreamstime.com


Weiters in Betracht kommen nuklearmedizinische Verfahren (Isotopennephrografie , seitengetrennte Clearance, evt. vor und nach Gabe eines rasch wirksamen ACE-Hemmers zum Nachweis funktionell wirksamer Stenosen der a. renalis)

  Nierenbiopsie zur feingeweblichen Untersuchung: Unter Ultraschallkontrolle wird mittels Punktionsnadel von dorsal her transkutan eine Gewebeprobe aus der Niere entnommen; diese wird lichtmikroskopisch sowie immunhistochemisch untersucht.


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.