Spezielle Endokrinologie

 
Hypothalamus: Wasseraufnahme und Wasserverlust
 
 
© H. Hinghofer-Szalkay

Dehydrierung: ὕδωρ = Wasser ("Entwässerung")
hyperton: ὑπέρ = über (hinaus), τόνος = (An)spannung
Hypovolämie: ὑπό = unter, volumen = Krümmung, αἷμα = Blut
Osmoregulation: ὠσμός = Antrieb, Eindringen; regula = Maßstab, Regel
subfornikales Organ: sub = unter, fornix = Bogen, Wölbung
Vasopressin: vas = Gefäß, premere = drücken, pressen


Der Hypothalamus reguliert auf einen bestimmten Osmolalitätswert der extrazellulären Flüssigkeiten - normalerweise 280-290 mOsm/l. Steigt die Osmolalität (wie infolge Dehydration), nimmt auch die Produktion von Vasopressin zu; dieses "Wassersparhormon" fördert in der Niere die Rückgewinnung glomerulär filtrierten Wassers, was den Wassergehalt im Körper steigert und die Osmolalität im Körper wieder senkt.

Die Schwelle, ab der die osmotisch bedingte Vasopressinsekretion anspricht, liegt bei etwa 280 mOsm. Erst bei höheren Werten (≈290 mOsm) wird zusätzlich der Durstmechanismus getriggert, was dann - zusätzlich zur verringerten Wasserausscheidung - den Trinkmechanismus aktiviert.

Kardiopulmonäre Rezeptoren beeinflussen die osmotische Regulationsschwelle: Vasopressin beginnt bereits bei niedrigeren Osmolalitätswerten anzusteigen, wenn das zentrale Blutvolumen abnimmt (umgekehrt ist die Schwelle bei Hypervolämie zu höherer Osmolalität verschoben).

Zweck dieses Einflusses ist die integrierte Kontrolle von Herz-Kreislauf-System und Salz-Wasser-Haushalt: Der Salzgehalt des extrazellulären Volumens steuert über präzise geregelte Osmolalität das Volumen des Extrazellulärraums sowie das Plasmavolumen.

Weitere Player in diesem Gesamtsystem sind vor allem das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (Volumen- und drucksteigernd, salzsparend) und die natriuretischen Peptide (volumen- und drucksenkend, natriuretisch).


Flüssigkeitsbilanz Durst und Osmoregulation

>Abbildung: Tägliche Wasserbilanz einer erwachsenen Person (Richtwerte)
Nach einer Vorlage in wav-rathenow.de

  Über Hunger und Sättigung: s. dort

  Über Durst und Osmoregulation s. auch dort


Der tägliche Flüssigkeitsbedarf beträgt beim Erwachsenen ≈15%, beim Neugeborenen mindestens 50% seines extrazellulären Flüssigkeitsvolumens. Die tägliche Wasserbilanz einer erwachsenen Person sieht etwa so aus:

  Aufnahme (≥2 Liter pro Tag):

  Trinken: ≈1,5 Liter (bei Schweißverlust entsprechend mehr, bis >10 Liter pro Tag)

  Wasser aus fester Nahrung (≈0,7 l/d)

  Oxidationswasser (Stoffwechsel; ≈0,2-0,5 Liter / Tag)

  Anderes (z.B. Infusionen)

  Abgabe:

  Verlust mit dem Harn (≈1,5 Liter, je nach Flüssigkeitsbelastung, Osmoregulation )

  Verlust mit der Atmung (abhängig u.a. von Luftfeuchtigkeit, ≈0,5 Liter/Tag)

  Verlust über die Haut (ohne Schwitzen: perspiratio insensibilis; als Schweiß: perspiratio sensibilis - äußerst unterschiedlich, kann von Null bis mehrere Liter pro Tag betragen)

  Verlust über den Stuhl (≥0,1 Liter/Tag)




>Abbildung: Kerne des medialen Hypothalamus (Rechteck) und Projektionen
Modifiziert nach einer Vorlage in Clark / Boutros: The Brain and Behavior, Blackwell Science 1999

Der mediale Hypothalamus ist reich an Kernen und läßt sich in drei Teile gliedern:

Die supraoptische Region liegt direkt über der Sehnervenkreuzung hinter der präoptischen Region (diese enthält die präoptischen Kerne - medial den sexually dimorphic nucleus SDN, nicht gezeigt). Die supraoptische Region beinhaltet die Kerne, welche die Hinterlappenhormone Oxytozin und Vasopressin produzieren (magnozelluläre Neurone im nucl. supraopticus und paraventricularis) und die u.a. auf Stressfaktoren reagieren. Der nucl. suprachiasmaticus empfängt retinale Inputs

Die tuberale Region enthält Kerne, die Vorderlappen-steuernde Faktoren wie CRH oder GnRH produzieren. Der nucl. arcuatus ist in die Kontrolle des Körpergewichts involviert und produziert auch ß-Endorphin. Der nucl. dorsomedialis vermittelt aggressives Verhalten, der nucl. ventromedialis erhält Impulse vom Mandelkern und projiziert auf den Meynert'schen Basalkern; auch er reguliert Nahrungsaufnahme und Körpergewicht. Der mediale Hypothalamus wirkt als
Sattheitszentrum

Die mamilläre Region erhält vor allem Impulse aus dem Hippokampus; ihre Funktion ist mit Emotionen und Gedächtnisabildung verknüpft. Projektionen in den vorderen Thalamuskern sind Teil limbischer Rückkopplung

Seitlich vom medialen Hypothalamus liegt der laterale Hypothalamus; diese Zone gilt als Hungerzentrum

Stehen Aufnahme und Abgabe nicht im Gleichgewicht, verändert sich kurzfristig das Körpergewicht. Rasche Gewichtsänderungen sind also ein Zeichen für Speicherung (Zunahme) oder Verlust von Körperwasser (Abnahme).




Die Regelung des Durstempfindens erfolgt über Kerngebiete im Hypothalamus bzw. organum vasculosum.

Erhöhung der Blut-Osmolarität oder Blutdruckabfall / Hypovolämie
lösen Durstempfinden und "primäres Trinken" aus.
  Die Blut-Osmolalität wird in Teilen des Gehirns gemessen, die nicht von der Blut-Hirn-Schranke betroffen sind: Dem organum vasculosum laminae terminalis und dem subfornikalen Organ




Osmolalitätsanstieg der extrazellulären Flüssigkeit stimuliert mechanosensitive Kationenkanäle in der Membran osmorezeptiver Nervenzellen, depolarisiert diese und erhöht ihre Aktionspotentialfrequenz. Das aktiviert z.B. Neuronen, die in den Hypothalamus projizieren.

Außer der Osmolalität wirken sich auch endokrine Signale auf die Aktivität osmorezeptiver Zellen aus:

Subfornikales Organ (organum subfornicale): Dieses am Dach des dritten Ventrikels (unter der Fornix) liegende Gewebe - ein zirkumventrikuläres Organ mit fenestriertem Endothel (mikrovilli- bzw. auch zilienhältige Tanycyten) - beteiligt sich an der Elektrolyt- und Flüssigkeitsregulation. Seine Zellen werden durch Anstieg des Angiotensinspiegels angeregt,
im Hypothalamus die Bildung von Vasopressin zu stimulieren. Seine Neuronen steuern direkt das Trinkverhalten.

Dadurch ergibt sich ein (weiterer) Rückkopplungskreis zwischen Gehirn und Niere:

       Einerseits regt der Hypothalamus über Vasopressin (=Adiuretin) die Rückresorption von Wasser an, was das Blutvolumen steigert und den Blutdruck stabilisiert;

       andererseits reagiert die Niere auf Volumenmangel / Blutdruckabfall mit Aktivierung des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Mechanismus, und Angiotensin II regt über das subfornikale Organ wiederum den Hypothalamus an.
 
Es gibt zwei Gruppen osmosensitiver Zellen:

  Eine löst Durstempfinden (und wahrscheinlich Salzappetit) und damit orale Wasseraufnahme aus,

  die andere projiziert auf das magnozelluläre System im vorderen Hypothalamus (Vasopressinbildung).
 

<Abbildung: Osmoregulation
Nach: Brunton PJ et al., Control of neurohypophysial hormone secretion, blood osmolality and volme in pregnancy.  J Physiol Pharmacol 2008; 59: s8

Erhöhte extrazelluläre Natriumkonzentration (>145 mM - osmotische Hypertonie ) regt die Elemente des Systems an und fördert über Vasopressin den "Wassersparmechanismus" (Rückresorption in der Niere)

Das organum vasculosum laminae terminalis (OVLT) und der nucl. praeopticus sind in die Regelung von Körpertemperatur, Hunger und Durst involviert, das subfornikale Organ am Boden des 3. Ventrikels reagiert dazu besonders empfindlich auf Angiotensin II (niedriger Blutdruck!)


Organum vasculosum und subfornicale unterliegen nicht der Blut-Hirn-Schranke

 Glutamat, GABA , AII und ANP wirken als Transmitter
    Weitere Erklärungen s. Text

Das magnozelluläre System (nucl. paraventricularis und nucl. supraopticus im Hypothalamus) bildet Adiuretin. Dieses wird bei Dehydration oder funktioneller Hypovolämie in den Blutkreislauf abgegeben.

Ab einer Schwelle von 280 mOsm/kg
lösen weniger als 1% Änderung der Plasmaosmolalität messbare Adiuretineffekte im Blut aus.

 Diese osmotische Regulationsschwelle ist erniedrigt

  bei Volumenmangel (geringere Reizung kardiopulmonärer Rezeptoren)

  in der 2. Zyklusphase der Frau

  in der Schwangerschaft (hormonelle Effekte auf Osmorezeptoren).

Die osmotische Regulationsschwelle ist erhöht

  bei Hypervolämie (Rückkopplung über kardiopulmonäre und arterielle Barorezeptoren).
 
In der Niere fördern V2-Rezeptoren die Rückresorption von Wasser im Sammelrohrsystem (hormonabhängige Einlagerung von Aquaporin-2 in die apikale Membran der Tubuluszellen). Je höher die Adiuretinkonzentration, desto mehr
mit Aquaporinmolekülen besetzte intrazelluläre Vesikel fusionieren mit der apikalen Membran und umso mehr Wasser wird rückresorbiert.
 Fast 20 Liter Wasser täglich werden hormonabhängig rückresorbiert; Adiuretin ist das "Wassersparhormon" des Körpers.
Mehr als 10% Abweichungen der Plasmaosmolalität vom Normalbereich sind lebensbedrohlich.

Vasopressin wird in Leber und Niere abgebaut; seine Halbwertszeit beträgt 2-5 Minuten. Bei Leber- und Nierenerkrankungen kann die ADH-Konzentration wegen mangelhaften Abbaus inadäquat ansteigen, was zu Wasseransammlung im Körper führt.



Eine Reise durch die Physiologie


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