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

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

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

Input:

• Metabolismus

• zelluläre Produktion

• intestinale Absorption

Output:

• Nieren

• Ventilation

• Haut

• Fäkalien

Tubulusabschnitte

• Bowman-Kapsel mit Glomerulus

• proximaler Tubulus

• Henle-Schleife

• distaler Tubulus

• Sammelrohr

Diurese vs Natriurese

Diurese:

Erhöhung der Wasserausscheidung

Natriurese:

Erhöhung der Natriumausscheidung

Tubuläres Epithelium

basolaterale Natriumpumpe

Proximales Epithel → "leaky"

Distales Epithel → "tight"

(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

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

→ 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) → senken glomerulären Druck

→ schnell, um eine Hyperfiltration zu vermeiden

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

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

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

zu tiefe Osmolalität = Verdünnung → ADH Inhibition → keine Resorption

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

Beta:

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

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

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, ...)