Physiologie: pH, Atmung, Niere, Leber

Abbildung: Einige Zuflüsse zum Atemzentrum (vgl. dort)

Neben dem aktuellen Wert der Atemgase (pO₂, pCO₂) und des pH im Blut spielen zahlreiche periphere und zentrale Afferenzen eine wichtige Rolle, die im Atemzentrum (Hirnstamm) integriert werden

Nieren und Säureausscheidung

vgl. dort

Zur Stabilisierung des Säure-Basen-Haushalts ist es entscheinnd, dass die Nieren in der Lage sind, die Wirkung nichtflüchtiger Säuren - die in den meisten Nephronabschnitten sezerniert werden und renal ausgeschieden werden müssen - durch Rückresorption sowie Neubildung von Bicarbonat auszubalancieren (

s. auch dort).

Abhängig vom Säure-Basen-Status des Körpers verändert die Niere ihre H⁺-Ausscheidung: Bei Azidose werden mehr, bei Alkalose weniger Wasserstoffionen über den Urin aus dem Organismus entfernt.

Der Großteil (4/5) der Bicarbonatresorption erfolgt im proximalen Tubulus:

Abbildung: Proximaler Tubulus und Bicarbonatresorption
Nach einer Vorlage in Abelow B, Understanding Acid-Base. Lippincott Williams & Wilkins 1998

Der proximale Tubulus tauscht an seiner luminalen Membran (unten) Natrium gegen Protonen aus (sekundär aktiver Transport). Die tubuläre [Na⁺] - im Filtrat etwa 140 mM - ist die treibende Kraft (intrazellulär hält die basolateral liegende Na/K-ATPase die Natriumkonzentration niedrig).

Bicarbonat tritt über die basolaterale Membran (oben) zusammen mit Na⁺ in das Interstitium und damit in den Blutkreislauf über. Mit jedem Na⁺ treten dabei drei Bicarbonationen - und damit zwei negative Ladungen - über die Membran, das (innen-negative) Membranpotential treibt Bicarbonat aus der Zelle.

Der Na⁺/H⁺-Austauscher an der luminalen Membran kann Protonen nur gegen ein mäßiges Gefälle sezernieren, daher funktioniert diese H⁺-Ausscheidung nur bis zu einem pH-Wert im Tubulus von 6,5-6,8 - stärkere Ansäuerung ist nicht möglich.

Carboanhydrase befindet sich sowohl in der Tubulusepithelzelle als auch an ihrer luminalen Membran, wo sie die Reaktion zu CO₂ katalysiert

Durch das Verschwinden des meisten Bicarbonats aus dem proximalen Tubulus wird dessen Inhalt leicht sauer (pH ~6,8).

Die Henle-Schleife entfernt weitere ~10%, sodass im distalen Nephron nur noch ~10% des filtrierten HCO₃^- ankommen. Dieses entfernt das restliche Bicarbonat, der luminale pH-Wert sinkt durch das sezernierte H⁺ auf einen Wert von bis zu 4,5 ab (

Abbildung):

Abbildung: Bicarbonatresorption im distalen Tubulus

Nach einer Vorlage in Abelow B, Understanding Acid-Base. Lippincott Williams & Wilkins 1998

Ähnlich wie im proximalen Tubulus, entstehen auch in distalen Tubuluszellen aus Kohlendioxid und Wasser - beschleunigt durch die Wirkung von Carboanhydrase - Bicarbonat und Wasserstoffionen.

Bicarbonat wird über die basolaterale Membran via Austausch gegen Chlorid (Bicarbonat-Chlorid- Austauscher) in das Interstitium bzw. den Blutkreislauf aufgenommen.

Wasserstoffionen werden direkt aktiv in das Lumen sezerniert (H⁺-ATPase, Protonenpumpe) und säuern dessen Inhalt an (bis auf pH=4,5) - ohne Austausch gegen Natrium (wie das im proximalen Tubulus der Fall ist)

Zusätzlich zur Reklamation praktisch des gesamten filtrierten Bicarbonats kann die Niere auch HCO₃^- generieren. Das geschieht auf zwei Wegen (

Abbildung, rechts), indem andere Puffersysteme zur Bindung von Wasserstoffionen gebraucht werden: "Titrierbare" Anionen (wie Phosphat) einerseits (~40%) sowie Ammoniak, das durch die Aufnahme eines H⁺ zu NH₄⁺ wird (~60% der ausgeschiedenen Säurevalenzen).

Abbildung: pH-relevante Vorgänge entlang eines Nephrons
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep: Concise Medical Physiology, Elsevier 2021

Links: Gelbe Boxen zeigen den rückresorbierten, grüne den verbliebenen Anteil der glomerulär filtrierten Bicarbonatmenge.

Rechts: Die Niere gewinnt neues Bicarbonat aus der Nutzung titrierbarer Säureanionen (z.B. HPO₄^2-) sowie von NH₃. Rosa Boxen deuten die Säureausscheidung als titrierbare Säure oder als Ammonium an, gelbe Boxen die Bildung neuen HCO₃^- oder die Rückresorption von NH₄⁺ im aufsteigenden Schenkel der Henle-Schleife

Wasserstoffionen können als Ammoniumionen ausgeschieden werden.

Über Ammonium s. unten

Ammoniummechanismus: Die Ausscheidung von Ammoniumionen ist besonders bedeutsam, da metabolisch reguliert. Glutamin gelangt über den Blutkreislauf zur Niere, wird im proximalen Tubulus Na-gekoppelt aufgenommen und mittels Glutaminase zu Glutamat und Ammoniak (NH₃) gespalten.

Ammoniak ist lipidlöslich und elektroneutral und wandert so passiv aus der Tubuluszelle in das Tubuluslumen (NH₃ ist tubulusgängig).

H⁺ wird ATP-abhängig elektrogen sowie über Na⁺/H⁺-Antiport sezerniert.

Einmal im Tubuluslumen, kombinieren H⁺ und NH₃ zu NH₄⁺; die positiv geladenen Ammoniumionen können nur schwer in die proximale Tubuluszelle aufgenommen werden, verbleiben also im Lumen.

NH₃ + H⁺

NH₄⁺

Der pK-Wert dieses Systems liegt bei 9,0 - bei pH 7,4 liegt der Großteil (97,5%) als NH₄⁺ vor, nur 2,5% als NH₃. Sinkt der pH-Wert, verstärkt sich dieses Ungleichgewicht (bei einem pH von 5,0 steht es mehr als 100:1 für NH₄⁺).

Protonen werden zu mehr als 30% über NH₄⁺ ausgeschieden

Erst der aufsteigende Schenkel der Henle-Schleife resorbiert Ammonium (Cotransport mit Natrium und Chlorid) und "entlässt" es als Ammoniak wieder über die basolaterale Membran ins Interstitium des Nierenmarks. Dadurch kommt es hier zu einer Anreicherung von NH₄⁺. Ein Teil rezirkuliert im Nierengewebe; ein Teil wird ins Blut wiederaufgenommen und von der Leber detoxifiziert; ein Teil wird mit dem Harn ausgeschieden (~40 mmol/d).

Abbildung: Synthese und Transport von Ammonium in der Niere
Nach Bourgeois S, Houillier P: State of knowledge on ammoniumm nandling by the kidney. Pflügers Arch 2024; 476: 517-31

Das Ammoniak / Ammonium-System (Gesamt-Ammonium, tA) wird in den proximalen Nierentubuli gebildet (aus Glutamin) und sezerniert, anschließend in der Henle-Schleife und vor allem im dicken aufsteigenden Schenkel (transzellulär) rückresorbiert und konzentriert. Durch Gegenstrom-Anreicherung entsteht im Nierenmark ein Konzentrationsgradient von der Papillenspitze (hohe Konzentration) zur Rinde (geringe Konzentration). Ammoniumionen werden im Intertstitium reversibel an Sulfatide (S - anionische Glycosphingolipide, die sich im Nierenmark anreichern) gebunden.

Die Sammelrohre nehmen Ammonium auf, das mit dem Harn ausgeschieden wird

Ammonium wird vor allem von Epithelzellen des proximalen Tubulus synthetisiert (hauptsächlich aus Glutamin, das die Zellen über Na-gekoppelte Cotransporter aus dem Tubuluslumen - apikal - und dem peritubulären Interstitium - basolateral - betritt), in der Helne-Schleife teilweise rückresorbiert und in den papillären Sammelrohren passiv sezerniert (Ammonium bleibt bei niedrigem pH im Tubulus "gefangen", weil es - im Gegensatz zu Ammoniak - kaum permeabel ist).

Azidose wird renal durch Ausscheidung saurer Valenzen kompensiert, was bedeutet, dass die Ausscheidung von Bicarbonat sinkt (wird zur Pufferung verbraucht, es entsteht CO₂, das im Fall einer nicht-respiratorischen Störung ohne weiteres abgeatmet wird) und die Ausscheidung von "maskierten Wasserstoffionen" in Form von H₂PO₄^- (die Phosphatsekretion erfolgt ohne Energiezufuhr) und NH₄⁺ steigt (Letzteres mit einer Verzögerung von 1-2 Tagen):

H⁺ + HCO₃^-

CO₂ + H₂O

H⁺ + NH₃

NH₄⁺

H⁺ + HPO₄^2-

H₂PO₄^-

Bei Alkalose sinkt umgekehrt die Phosphat- und (mit einiger Verzögerung) Ammoniumausscheidung, bei nicht-respiratorischer Störung auch die CO₂-Abatmung.

Austausch gegen Natrium: Bei sinkendem zellulären pH scheiden Tubuluszellen an der luminalen Membran H⁺ gegen Na⁺ aus (proximaler Tubulus, distaler Tubulus, Sammelrohr) - insbesondere bei azidotischer Stoffwechsellage. Im Lumen wird Bicarbonat aufgebraucht, Nicht-Bicarbonatpuffer wie Phosphat helfen mit, es entsteht CO₂. Dieses diffundiert in die Tubuluszelle zurück und bildet wieder H⁺ und HCO₃^-.

Die Umwandlung CO₂

H₂CO₃ wird durch Carboanhydrase beschleunigt, Carboanhydrasehemmer wirken verzögernd auf den Vorgang und hemmen die Natriumresorption. Wasserstoffionen werden wiederum ausgeschieden, Bicarbonationen als Puffer an das Blut weitergereicht. Der überwiegende Teil der H⁺-Sekretion dient der Rückresorption von Bicarbonat.

Am Ende des proximalen Tubulus kann der pH-Wert der tubulären Flüssigkeit unter 7,0 liegen, der Endharn kann einen pH bis etwa 4,4 erreichen, was einer tausendfachen Konzentration von Wasserstoffionen entspricht (7,4 - 4,4 = 3,0; 3 ist der dekadische Logarithmus von 1000).

Im distalen Tubulussystem und in den Sammelrohren der Niere finden sich auf pH-relevanten Austausch spezialisierte Wandzellen:

Schaltzellen (intercalated cells) sezernieren H⁺ (Typ A oder alpha: H⁺-ATPase, Na-H-Antiporter) oder Bicarbonat (Typ beta: Bicarbonat-Chlorid-Austauscher).

Nur ein kleiner Anteil (~0,1-0,2 %) der Wasserstoffionen wird frei ausgeschieden, der Hauptanteil als H₂PO₄^-.

Moleküle, die Stickstoff, Phosphor oder Schwefel enthalten, werden sowohl renal als auch über den Darm ausgeschieden:

Stickstoff in Harnstoff (>80%), Kreatinin, Ammoniumsalzen, Harnsäure

Phosphor als Phosphat

Schwefel als Sulfat - aus schwefelhaltigen Aminosäuren (Cystein, Cystin, Methionin)

Die Ausscheidung nicht-flüchtiger (titrierbarer) Säuren (Phosphat, Harnsäure, Kreatinin) macht ~30 mmol/d aus (das entspricht ~0,2% der respiratorisch entfernten Säurevalenzen).

Etwa 40 mmol Säurevalenzen gelangen pro Tag als Ammonium zur Ausscheidung. (Der "Ammoniummechanismus" ist weiter unten beschrieben.)

Die Rückresorption erfolgt zu ~80% im proximalen Tubulus als Kohlendioxid (über den "CO₂-Bicarbonat-Mechanismus", da Bicarbonat nicht durch die luminale Tubulusmembran gelangen kann: CO₂ + H₂O

H₂CO₃

H⁺ + HCO₃^-). Das Ausmaß der Rückresorption hängt vom pCO₂ und Harn-pH ab:

Hoher pCO₂ im Tubulus steigert den Gradienten und fördert die Rückresorption;

bei einem Harn-pH unter 6,5 wird kein Bicarbonat mehr ausgeschieden (das bedeutet dann, die Säureexkretion entspricht der Summe aus ausgeschiedener titrierbarer Säure plus NH₄⁺).

pH und effektives zirkulierendes Volumen, Corticoide, Kalium

Nimmt das effektive zirkulierende Volumen - das funktionelle Füllungsvolumen des Kreislaufs, dessen Größe die Durchblutung der Gewebe bestimmt - ab, regt dies die Natriumresorption auf mehreren Wegen an (

vgl. dort):

Aktivierung von Renin, Angiotensin, Aldosteron

Erhöhung des sympathischen Einflusses auf Blutgefäße

Vasopressinausschüttung aus der Hypophyse

Hemmung der Produktion natriuretischer Peptide

Sowohl Angiotensin II als auch Noradrenalin regen den Na/H-Austausch im proximalen Tubulus an. Volumenkontraktion (Hypovolämie, Dehydration) führt auf diesem Weg automatisch auch zu gesteigerter Protonensekretion (Volumenkontraktionsalkalose, contraction alkalosis). Länger andauernde Volumenkontraktion aktiviert auch Aldosteron, das die H⁺-Sekretion (im Sammelrohrsystem) ebenfalls anregt. Die Volumenregulation "siegt" über die Regulation des pH-Werts.

Volumenexpansion hat den entgegengesetzten Effekt.

Hormone der Nebennierenrinde wirken säureausscheidend: Glucocorticoide regen im proximalen Tubulus den Na/H-Austauscher an, Aldosteron die H⁺-Sekretion in den Sammelrohren durch Aktivierung der apikalen (elektrogenen) H⁺-Pumpe sowie der basolateralen Cl/HCO_3-Austauschers.

Chronische Nebenniereninsuffizienz bewirkt (nichtrespiratorische) Azidose, die lebensbedrohliche Ausmaße annehmen kann.

Die Kaliumbilanz ist mit der Säureausscheidung verknüpft: Nimmt der Blut-pH ab, steigt der Kaliumspiegel, und umgekehrt (s. dort). Aber der Kaliumgehalt beeinflusst auch den pH: Kaliummangel führt oft zu metabolischer Alkalose, erklärbar durch Anregung des K/H-Austauschs in der Wand der Sammelrohre und erhöhte Saureausscheidung in Form von Ammonium.

pH-Stabilisation und Atmung

Die Atmung ist - gemessen an der molaren Leistung (~15-20 mol CO₂/d) - bei weitem das wichtigste Organ der Säure-Ausscheidung (sie entfernt rund 250mal mehr saure Valenzen aus dem Körper als die Niere mit einer Säureausscheidungsleistung von ~0,07 M/d); die renale Ausscheidung "nichtflüchtiger" Säurevalenzen kann allerdings von keinem anderen Organ übernommen werden.

Näheres zur Beteiligung der Atmung am Säure-Basen-Gleichgewicht s. dort

Abbildung: Bicarbonatresorption im distalen Tubulus

Nach einer Vorlage in Abelow B, Understanding Acid-Base. Lippincott Williams & Wilkins 1998

Abbildung: Zusammenarbeit von Leber und Niere bei der Ausscheidung von Stickstoff aus dem Aminosäureabbau
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 3rd ed., Elsevier 2016

Konkretes Rechenbeispiel mit ausbalanciertem Säure-Basen-Gleichgewicht. Angenommen ist der tägliche Abbau von 940 mmol Aminosäuren, die als 450 mmol Harnstoff (Formel ganz rechts; entsprechend 900 mM Stickstoff!) und 40 mmol Ammonium ausgeschieden werden.

Ammonium wird vor allem aus Glutamin, hauptsächlich in den proximalen Tubuli gebildet (Glutaminase in den Mitochondrien der Tubulusepithelzellen). Ammonium wird z.T. ausgeschieden, z.T. rückresorbiert und der Leber wieder zugeführt.

Harnstoff entsteht durch Transaminierung (Aspartat → Fumarat)

Bei Hypoventilation wird weniger CO₂ abgeatmet als im Stoffwechsel entsteht, der pCO₂ steigt an: Hyperkapnie (arterieller pCO₂ >45 mmHg), respiratorische Azidose.

Bei Hyperventilation ist es umgekehrt, es entsteht Hypokapnie (arterieller pCO₂ <35 mmHg) und respiratorische Alkalose.

Zentrale Chemorezeptoren werden durch Anstieg des arteriellen pCO₂ und Absinken des pH in Blut und Liquor aktiviert, periphere Chemorezeptoren durch Abnahme des arteriellen pO₂ (glomera carotica und aortica, Afferenz über den IX. und X. Hirnnerven).

Näheres s. dort

Azidose regt die H⁺-Ausscheidung in der Niere an - durch Ammoniumausscheidung entsteht mehr Bicarbonat (metabolische Kompensation

). Bei Alkalose ist es umgekehrt: Die Sekretion von H⁺ nimmt ab, und es kann zur Sekretion von Bicarbonat kommen.

Tubuluszellen reagieren sehr rasch auf Erhöhung des basolateralen pCO₂ mit der Einlagerung von H⁺-Pumpen in die apikale Membran, was ihre Kapazität zur Säureausscheidung steigert. Längerfristig können sie (bei chronischer respiratorischer Azidose) auch ihre Säure/Basen-Transporter hinaufregulieren. Ein Abfall der basolateralen [HCO₃^-] (metabolische Azidose) bewirkt ebenfalls vermehrte Einlagerung von H⁺-Pumpen in die apikale Membran. Bei chronischer metabolischer Azidose steigt die Ammonium-Ausscheidung mit dem Harn deutlich an.

Stickstoffausscheidung

Als Stickstoffbilanz bezeichnet man die Differenz von Stickstoffzufuhr (mit der Nahrung) und Stickstoffausscheidung (bei ausgeglicheren Bilanz sind diese beiden Werte gleich groß).

Abbildung: In welchen Formen Stickstoff aus dem Körper entfernt wird

Der größte Anteil der N-Ausscheidung erfolgt über Harnstoff. Geringere Mengen (einige %) verlassen den Körper via Harnsäure und Ammonium. Die Ammoniumausscheidung kann sich bei ausgeprägt azidotischer Stoffwechsellage verzehnfachen

Stickstoff wird in geringem Maße mit dem Stuhl und via Hautschuppen, zum Großteil aber mit dem Harn in der Form von Harnstoff (18-40 g/24h), Harnsäure (0,2-1,5 g/24h) und Ammonium (0,5-1,0 g/24h) nach außen abgegeben (

Abbildung).

Beim Proteinabbau im Körper entstehen

Ammoniumionen (~450 mmol/d); das System NH₃

NH₄⁺ stellt den wichtigsten Protonenpuffer im Harn dar, und die renale Ammoniumausscheidung (NH₄⁺) ist der größte Anteil der Entfernung nichtflüchtiger saurer Valenzen aus dem Organismus. Die Summe aus NH₃ und NH₄⁺ wird als Gesamt-Ammonium (total ammonia) bezeichnet. Der pKa-Wert dieses Systems beträgt 9,2 - das bedeutet, bei einem physiologischen Blut-pH von 7,4 liegt hier der Großteil (99%) in der Form von NH₄⁺ vor - im Harn mit niedrigerem pH-Wert noch mehr, Ammoniak (NH₃) nur in Spuren. Da das Ammoniumsystem in höherer Konzentration als Gift wirkt (vor allem neurotoxisch), ist seine Konzentration im Körper gering.

Aspartat (~450 mmol/d) - Desaminierung von Aspartat in der Leber führt zur Entstehung von NH₃ und Harnstoff (~450 mmol/d).

Glutamat (~20 mmol/d).

Dynamik der Ammoniumbildung. Bei niedrigem pH-Wert (azidotische Stoffwechsellage) entfernt die Niere H⁺ vermehrt in Form von NH₄⁺ - auf diesem Weg können Wasserstoffionen pH-neutral ausgeschieden werden. Mitochondrien in den Tubuluszellen enthalten Glutaminase: Dieses Enzym ermöglicht den Abbau von Glutamin (über Glutamat) zu Oxoglutarat. Dabei entsteht NH₄⁺. Der Betrag dieser Ammoniumsynthese hängt in hohem Ausmaß vom Säure-Basen-Status ab: Die Niere kann die NH₄⁺-Ausscheidung im Bedarfsfall etwa 10-fach steigern.

Ammonium im Serum (venös)

bei pH=7,4: 1% als NH₃ (freies Ammoniak) und 99% als NH₄⁺ (Ammoniumionen)
"Ammonium" (total ammonia): Summe aus NH₃ und NH₄⁺Erwachsene: Bis 53 µM (bis 90 µg/dl) - Angaben verschieden

Frauen 11-51 µM, Männer 15-60 µM, Kinder <48 µM

Harnstoff ist der quantitativ führende Weg (~85%) zur Stickstoffausscheidung (~900 mmol Stickstoff / Tag). Die Synthese von Harnstoff (~bei üblicher "westlicher" Kost 450 mmol/d) konsumiert sowohl H⁺ als auch HCO₃^-; dies geschieht im periportalen Bereich des Leberläppchens. Die Leber wandelt Ammonium - aus dem Abbau von Aminosäuren - hauptsächlich in Harnstoff um (

Abbildung); die Harnstoffkonzentration im Blut (auch als BUN, blood urea nitrogen angegeben) beträgt normalerweise etwa 2,6-6,0 mM bzw. 7-18 mg/dl.

Abbildung: Aminosäuremetabolismus und Harnstoffsynthese in Hepatozyten
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 3rd ed., Elsevier 2016

Nimmt eine Leberzelle eine α-Aminosäure auf (Aminosäurecarrier), hat sie zwei Möglichkeiten:

   Sofortige Verwendung zur Proteinsynthese, oder

   Desaminierung. Dabei entsteht Glutamat und die entsprechende Ketosäure (und das entsprechende Produkt).

NH₄⁺ (das bei der Regenerierung von α-Ketoglutarat entsteht) wird im Harnstoffzyklus metabolisiert.

NH₃ betritt die Zelle über Aquaporin 9 (AQP9) oder den Harnstofftransporter UT-B, der auch in Erythrozyten, Darm- und Nierenzellen sowie an der Blut-Hirn-Schranke vorkommt. Harnstoff kann die Zelle über diese Permeasen verlassen

In der Niere wird Harnstoff filtriert, resorbiert (proximaler Tubulus, medulläres Sammelrohr) und wieder sezerniert (dünner Schenkel der Henle-Schleife,

s. dort). In distalen (harnstoffdurchlässigen) Nephronsegmenten gelangt Harnstoff auch über Transporter (UTs, urea transporters) über die Tubuluswand. So wird letztlich knapp die Hälfte der glomerulär filtrierten Menge mit dem Harn ausgeschieden.

Bei proteinfreier Diät fällt wesentlich weniger Stickstoff an, die Stickstoffausscheidung sinkt dann innerhalb einer Woche auf ein Drittel (von ~120 mg/kg/d auf etwa 40 mg/kg/d, was bei einem 80 kg schweren Menschen eine Abnahme von z.B. 10 g/d auf 3 g/d bedeutet.

Die Ausscheidung von Harnstoff ist nicht direkt pH-wirksam. Steigt der Blut-pH an (Alkalose), wird aber die Ausscheidung von Stickstoff über Harnstoff forciert (und weniger N über Ammonium ausgeschieden). Bei Azidose ist es umgekehrt; es steigt die Ausscheidung von Ammoniumionen (der pK-Wert des NH₃/NH₄⁺-Systems liegt bei 9,2, daher liegt bei einem pH von 7,2 100-mal mehr NH₄⁺ als NH₃ vor).

Über das Glutamin-Glutamat-System, an dem Leber- und Nierengewebe beteiligt sind, wird auf die Erfordernisse der Säure-Basen-Bilanz Rücksicht genommen:

Bei Azidose wird vermehrt Glutamin herangezogen (dieses entsteht nahe der vena centralis, also der sauerstoffärmeren Region der hepatischen Acini), um (äquimolar) Ammonium (Ausscheidung von Wasserstoffionen via NH₄⁺) und Bicarbonat (Pufferbase) zu bilden.

Bei Alkalose nimmt hingegen die Bildung von Harnstoff zu.

Bei Azidose scheiden Tubuli H⁺ im Austausch gegen Na⁺ aus (Wasserstoffionen können als Ammoniumionen oder H2PO4^- ausgeschieden werden), im Lumen wird Bicarbonat aufgebraucht. Bei Alkalose sinkt die Phosphat- und Ammoniumausscheidung. Tubuluszellen verwandeln CO2 über Kohlensäure (Carboanhydrasehemmer verzögern die Natriumresorption) in H⁺und Bicarbonat. Moleküle, die Stickstoff, Phosphor oder Schwefel enthalten, werden mit dem Harn ausgeschieden: Stickstoff in Harnstoff (>80%), Kreatinin, Ammoniumsalzen, Harnsäure; Phosphor als Phosphat; Schwefel (aus schwefelhaltigen Aminosäuren: Cystein, Cystin, Methionin) als Sulfat. Täglich werden etwa 70 mmol Säurevalenzen mit dem Harn aus dem Körper entfernt: ~30 mmol titrierbare Säuren, ~40 mmol Ammonium

Die Atmung entfernt mehr als 200-mal so viele saure Valenzen aus dem Körper als die Nieren (CO2 ist das Anhydrid der Kohlensäure). Beim Proteinabbau entstehen Ammoniumionen (~450 mmol/d), Aspartat (~450 mmol/d), Glutamat (~20 mmol/d). Hepatische Desaminierung von Aspartat (Transaminierung Aspartat → Fumarat) ergibt Ammoniak (NH3) und Harnstoff (~450 mmol/d). Glutamin gelangt über das Blut zur Niere, wird mittels Glutaminase zu Glutamat und Ammoniak (lipidlöslich und elektroneutral, daher tubulusgängig) gespalten. Ammoniak diffundiert in das Tubuluslumen, aus NH3 (2,5%) und H⁺ entstehen Ammoniumionen (NH4⁺, 97,5%), die im Lumen verbleiben. Protonen werden zu >30% über NH4⁺ ausgeschieden

Der aufsteigende Schenkel der Henle-Schleife resorbiert Ammoniumionen (Cotransport mit Natrium und Chlorid), Ammoniak gelangt aus dem Sammelrohr wieder in das Interstitium des Nierenmarks (Anreicherung von NH4⁺). Ein Teil wird resorbiert und von der Leber detoxifiziert, ein Teil (~40 mmol/d) mit dem Harn ausgeschieden. Bei azidotischer Stoffwechsellage steigt die Ausscheidung von NH4⁺. Glutaminase (tubuläre Mitochondrien) baut (über Glutamat) Glutamin zu Oxoglutarat ab, es entsteht NH4⁺. Die NH4⁺-Ausscheidung kann ~10-fach ansteigen

Bei proteinfreier Diät fällt die Stickstoffausscheidung auf ein Drittel (z.B. von 10 auf 3 g/d). Harnstoff ist der wichtigste Weg (~85%) der Stickstoffausscheidung (~900 mmol/d). Bei Azidose wird vermehrt Glutamat zur Bindung von Ammonium (und damit H⁺) herangezogen, es entsteht Glutamin. Bei Alkalose wird N vermehrt in Form von Harnstoff ausgeschieden

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.