Système rénal

D. Hoogewijs

Funktionen der Nieren

* **Regulierung des Flüssigkeitsvolumens** und seiner
**Elektrolytzusammensetzung**
* Regulation von Acide-Base Gleichgewicht (pH 7.4)
* Ausscheidung von Abbauprodukten des
Stoffwechsel
* **Regulation des Blutdrucks** (via Volumenregulation & NaCl)
* **Hormonproduktion**
* **Ausscheidung von Fremdstoffen**
* **Glukoneogenese**

Nierenstruktur - Cortex, Medulla, Nephron, Glomerulus

* Cortex = Nierenrinde
* Medulla = Nierenmark (innerer Teil)
* Nephron = kleinste Funktionelle Einheit (Glomerulus & Röhrchen)
* Glomerulus

3 Schritte der Nierenfiltration

1. **Filtration**: vom Blut zum Lumen
2. **Rückresorption**: vom Lumen ins Blut
Blut
3. **Sekretion**: vom Blut zum Licht

Ausscheidung

Filtration - Reabsorption + Sekretion

GFR & RBF

**glomerular filtration rate**

125ml/min = 180l/Tag

→ Dosis eines Medikaments muss vom GFR abhängig gemacht werden

→ erhöhter GFR → schnellere Elimination von toxischen Abfallprodukten

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**renal blood flow**

Ohms law → ca 1,2 l/min

2 Arten von Nephronen

**Oberflächlich**: 80 bis 85%.

* Nierenkörperchen sehr weit oben in der Rinde.
* Kurze Schlingen, die sehr flach in die Medulla eindringen
* vaskularisiert durch Kapillaren, die von den efferenten Arteriolen abzweigen

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**Juxtamedullär**: 15-20%.

* Nierenkörperchen tiefer in der Rinde
* Lange Schlingen
* vaskularisiert durch Kapillaren, die sich von den efferenten Arteriolen ableiten
* Je länger die Schlinge, desto höheres Konzentrationsvermögen hat das Nephron

Tägliche Bilanz - Input & Output

**Input - Output = 0**

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**Input**:

* Metabolismus
* zelluläre Produktion
* intestinale Absorption

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**Output**:

* Nieren
* Ventilation
* Haut
* Fäkalien

Tubulusabschnitte

* Bowman-Kapsel mit Glomerulus
* proximaler Tubulus
* Henle-Schleife
* distaler Tubulus
* Sammelrohr

Diurese vs Natriurese

Diurese:

Erhöhung der Wasserausscheidung

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Natriurese:

Erhöhung der Natriumausscheidung

Tubuläres Epithelium

basolaterale Natriumpumpe

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Proximales Epithel → "leaky"

Distales Epithel → "tight"

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(rechts: Kapillare)

Zellen des proximalen Tubulus

* **Bürstensaum** → sehr grosse Oberfläche
* aktiver Metabolismus
* **proximales Epithel** → leaky
* reich an **Aquaporine 1** → H2O Kanal
* lockere/wenige tight junctions → **hohe hydraulische Leitfähigkeit**

Ab- & aufsteigender Teil der Henle-Schleife

**Absteigend:**

konzentrierender Teil (wasserdurchlässig)

* **dünner herabgehender Teil**

→ Wassertransport

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**Aufsteigend:**

verdünnender Teil (NaCl durchlässig)

* **dünner aufsteigender Teil**


* **dicker aufsteigender Teil**

→ Reabsorption von Na, K & Kati

ca 20-25% des gefilterten Na wird resorbiertenon

**Furosemid** blockiert Resorption

Zellen im Sammelrohr

distales Epithel → dicht

2 Zelltypen:

* **Hauptzellen** → Wasser-, Na- & K-Transport (flache apikale Membran)
* **Interkalationszellen** → Ansäuerung des Urins oder Alkaninisierung (wichtig für Ausscheidung von Protonen & Bicarbonat)

Glomeruläre Struktur

fenestrierte Endothelzellen → kleine Kanäle dazwischen um Wasser durchzulassen

→ perfekte Filterung, sodass keine Proteine verloren gehen

Filtrationsbarriere - 3 Schichten

1. **fenestrierte Endothelzellen**
2. **glomeruläre Basalmembran**

→ Kollagen & Proteoglykane (negativ geladen) → stossen **Proteine** (negativ geladen) ab → sehr wichtig um nicht zu viele Proteine zu verlieren
3. **Schlitzmembran** → Podozytenfüsschen

Druck in den Nierenkapillaren & -arteriolen

* glomerulären Kapillaren liegen im arteriellen System
* Druck ist höher als in den anderen Kapillaren
* Druckabfälle in afferenten & efferenten Arteriolen entsprechen den Widerständen Raff und Reff .

**→ Präglomeruläre Vasodilatation (↓ Raff) oder postglomeruläre Vasokonstriktion (↑ Reff) ⇒ erhöhter Druck in glomulären Kapillaren ⇒ ↑ GFR**

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→ Nieren können den Druck selber regulieren

Wichtigkeit der Autoregulation:

* **beugt große Veränderungen** der Rückresorption und Ausscheidung von Urin vor
* sorgt für eine **relativ konstante "Delivery"** der Masse an Salz und Wasser zum distalen Tubulus

Mechanismen des tubuloglomerulären Feedbacks

**Zu hoher Blutdruck**:

→ Druck im Glomerulus steigt → GFR steigt → Macula densa bemerkts → **Adenosin steigt** (→ Raff steigt) & **Renin sinkt** (→ Reff sinkt) → s**enken glomerulären Druck**

→ **schnell**, um eine Hyperfiltration zu vermeiden

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**Zu tiefer Blutdruck:**

→ Druck im Glomerulus sinkt → GFR sinkt → Macula densa bemerkts → **Adenosin sinkt** (→ Raff sinkt) & **Renin steigt** (→ Reff steigt) → **erhöhen glomerulären Druck**

→ **langsamer** (weniger wichtig)

Transport im proximalen Tubulus

Passiver Transport:

* 1/3 des Na Transports → leaky Epithelium

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Aktiver Transport:

* 2 Barrieren → apikal & basolateral
* Apikale Barriere:
* Symport (Cotransport) → Substrat & Na in Zelle hinein
* Na Kanal
* Antiport (Antitransport) → Na in Zelle & H+ aus Zelle
* Basolaterale Barriere:
* Symport → Na & 3 HCO3- aus Zelle hinaus
* Na K Pumpe (unter Aufwendung von ATP) → Na heraus & K hinein

\

Proximale Reabsorption von Bicarbonat

Resorption im distalen Tubulus

Na & Cl

→ Symport Na & Cl → Cl Kanal & Antiport Na & K

→ blockiert durch Thiaziddiuretika

ca 5-10% des gefilterten Na resorbiert

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Ca & Mg

→ transzellulär

Resorption im Sammelrohr

Na Resorption durch ENaC → gehemmt durch Amilorid

Reguliert durch Aldesteron

ca 2% des gefilterten Na resorbiert

Wasser Resorption & Rolle von Vasopressin (ADH)

* **Proximaler Tubulus** → **Resorption** von Wasser & Salz → Osmolalität bleibt gleich
* **DTL** (descending thin limb) → **Resorption** von Wasser → Osmolalität steigt
* **ATL** (ascending thin limb) & **TAL** (thick ascending limb) → **wasserundurchlässig**, Resorption von Salz → Osmolalität sinkt
* **DCT** (distal convoluted tube) → **wasserundurchlässig**
* **CNT** & **CCD** (cortex collecting duct)
* wasserundurchlässig **ohne Vasopressin** → Osmolalität sinkt → **verdünnter Urin**
* Resorption von Wasser **mit Vasopressin** → Osmolalität steigt → **konzentrierter Urin**

ADH Stimulus

zu hohe Osmolalität → ADH Sekretion → hohe Resorption von Wasser → Zurückhaltung von Wasser & Durstgefühl

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zu tiefe Osmolalität = Verdünnung → ADH Inhibition → keine Resorption

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Produktion im Gehirn

Verdünnter vs konzentrierter Urin - Werte

Verdünnt → 50mOsm/kg

Konzentriert → 1200mOsm/kg

Acide-Base equilibrium

pH = 7.4 → sehr wichtig

Metabolismus (vor allem Fleischesser) generiert sehr viel H+

Schutzmechanismen vor Übersäuerung

1. **Puffer** (nicht Bicarbonat)
2. **Lungen** → atmen CO2 aus → weniger da um mit H2O zu Bicarbonat + H zu reagieren
3. **Nieren**

Alpha & Beta Zellen im Sammelrohr für das Säuren-Basen Gleichgewicht

**Alpha**:

**zu viel freies H+**

sehr viele Mitochondrien → generieren ATPs → befördern H+ nach draussen

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**Beta**:

Antiport: Bicarbonat gegen Cl → sind wichtig wenn pH steigt (zB in Höhe) → **zu wenig freies H+**, zu viel Bicarbonat → muss raus

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Wir haben viel mehr Alpha Zellen -> sind auf ein aggressives Regime von H+ eingestellt -> der Körper kann sich sehr gut anpassen

 

Beta Zellen können sich wenn nötig in Alpha Zellen umwandeln

Zusammenhang von Bicarbonat & Partialdruck von CO2

erhöhter CO2 Partialdruck → Nieren erhöhen Bicarbonat

tiefer CO2 Partialdruck → Nieren senken Bicarbonat

Metabolische Azidose

Kompensation durch Hyperventilation

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**Ursachen**

* **Addition von festen Säuren** (**↑ Einnahme** von H+ (Aspirinvergiftung), **metabolische Bildung ↑** von H+ (fleischreiche Diät, ↑ Milchsäureproduktion bei schwerer körperlicher Betätigung (Laktat), Hypoxie, ...))
* **Bikarbonatverlust** (**intestinal** (Verlust der Darmsekretion bei Durchfall) oder **renal** (renale ↓ H+-Sekretion: Nierenversagen, Hemmung der karbonischen Anhydrase, tubuläre Dysfunktion, ...)