Künstliche Organe - Niere

Vokabel-Flashcards zur Anatomie, Physiologie, Pathophysiologie und Technik der künstlichen Niere basierend auf der Cardiovascular Engineering Vorlesung 2025.

Nierenposition

Ein Paar bohnenförmiger, rotbrauner Organe, die zwischen dem 12. Brustwirbel und dem 3. Lendenwirbel liegen.

Abmessungen und Gewicht der Niere

Die Niere ist etwa $4\,cm$ dick, $7\,cm$ breit, $11\,cm$ lang und wiegt zwischen $150 - 180\,g$.

Primärfunktionen der Niere

Filterung und Ausscheidung wasserlöslicher Stoffwechselprodukte (Harnstoff, Harnsäure, Kreatinin), Regulation des Wasser- und Elektrolythaushalts (Blutdruck, pH-Wert) sowie Hormonsekretion (Renin, EPO, Vitamin D3).

Nephron

Die funktionelle Einheit der Niere (ca. $1,2$ Millionen pro Niere), bestehend aus einem Nierenkörperchen (Corpuscle) und einem Tubulus.

Nierenkörperchen (Corpuscle)

Besteht aus der Bowman-Kapsel und dem Glomerulum; hier findet die Filterung des Blutes statt.

Glomeruläre Filtrationsrate (GFR)

Volumen des produzierten Primärharns pro Zeit. Standardwerte: $95 - 145\,ml/min$ bei Männern und $75 - 125\,ml/min$ bei Frauen.

Primärharn vs. Endharn

Täglich werden ca. $1500\,l$ Blut durch das Glomerulum gepresst, woraus $180\,l$ Primärharn entstehen; durch Rückresorption verbleiben ca. $1,5\,l/Tag$ als tatsächlicher Urin.

Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS)

Regulationssystem, bei dem ein sinkender Blutdruck oder niedrige $Na^+$-Konzentration die Freisetzung von Renin induziert, was letztlich zu Vasokonstriktion und erhöhter Wasser-/$Na^+$-Rückresorption führt.

Antidiuretisches Hormon (ADH)

Hormon aus dem Hypothalamus, das das Sammelrohr für Wasser durchlässig macht und so die Rückresorption von Wasser erhöht.

Renal Blood Flow (RBF)

Blutfluss durch die Nieren, ca. $1000\,ml/min$, was einem Plasmafluss (RPF) von ca. $550\,ml/min$ entspricht.

Siebungskoeffizient ($S$)

Verhältnis der Konzentration im Filtrat zur Konzentration im Plasma ($S = \frac{c_{Filtrat}}{c_{0}}$). $S=0$ bedeutet keine Filtration, $S=1$ freie Filtration.

Fraktionelle Exkretion ($FE$)

Prozentsatz des Stoffmengenflusses eines Stoffes im Endharn im Vergleich zum Primärharn ($FE = \frac{\dot{n}<em>{Endharn}}{\dot{n}</em>{Primärharn}}$).

Clearance ($C$)

Theoretischer Plasmavolumenstrom, der komplett von einer Substanz befreit wird ($C = \frac{c_{Urin}}{c_{Plasma}} \times Q_{Urin}$).

Kreatinin-Clearance

Klinischer Indikator zur Schätzung der GFR, da Kreatinin weder rückresorbiert noch sekretiert wird ($FE_{Cr} = 100\%$).

Akutes Nierenversagen

Plötzlicher, meist reversibler Ausfall, kategorisiert in prä-renal (z. B. Gefäßblockade), intra-renal (z. B. Toxine) oder post-renal (z. B. Nierensteine).

Chronisches Nierenversagen

Langsam fortschreitender, irreversibler Funktionsverlust, oft verursacht durch Diabetes, Bluthochdruck oder Glomerulonephritis.

Adsorption

Prinzip der Dialyse, bei dem Stoffe chemisch, physikalisch oder elektrostatisch an eine Oberfläche gebunden werden.

Konvektive Filtration

Stofftransport durch eine Filtermembran mittels hydraulischer Kräfte (Druckgradienten).

Diffusion (Dialyse)

Gleichmäßige Verteilung von Molekülen aufgrund der Brownschen Molekularbewegung, angetrieben durch Konzentrationsunterschiede.

Dr. Abel (1913)

Entwickelte in Baltimore das erste Vividiffusions-System mit Membranen aus Collodion für Tierversuche.

Dr. Haas (1924)

Führte in Gießen die erste Patientenbehandlung bei akutem Nierenversagen durch und entdeckte die Möglichkeit der Ultrafiltration.

Dr. Kolff (1945)

Erzielte das erste Überleben eines Patienten mit akutem Versagen mittels der sogenannten Trommelniere.

Dr. Stewart (1966)

Entwickelte den ersten Hohlfasermembran-Dialysator, was die Behandlungsqualität signifikant verbesserte.

Hämoperfusion

Verfahren zur Filterung spezifischer Toxine (z. B. Drogenmissbrauch) mittels eines Adsorbers (z. B. Aktivkohle) bei ca. $300\,ml/min$ Blutfluss.

Hämofiltration

Rein konvektiver Transport von Giftstoffen durch die Membran, wobei der große Flüssigkeitsverlust durch eine Substitutionsflösung ausgeglichen wird.

Hämodialyse

Verfahren mit diffusivem Stofftransport; Ultrafiltration wird hier nur zum Entzug von überschüssigem Wasser (Ödeme) eingesetzt.

Hämodiafiltration

Kombination aus diffusivem und konvektivem Stofftransport zur Erhöhung der Clearance, insbesondere für mittelgroße Moleküle.

Peritonealdialyse

Dialyseverfahren, das das Bauchfell (Peritoneum, $1 - 2\,m^2$) als semipermeable Membran nutzt; der Wasserentzug erfolgt osmotisch durch Glucose im Dialysat.

Hohlfaser-Dialysator-Design

Bündel von bis zu $10.000$ Hohlfasern ($300\,\mu m$ Durchmesser) in einem Gehäuse; Blut fließt durch die Fasern, Dialysat um sie herum.

Gegenstromprinzip

Dialysat und Blut fließen in entgegengesetzte Richtungen, um einen nahezu konstanten Konzentrationsgradienten über die gesamte Länge zu gewährleisten.

Arteriovenöser Shunt (AV-Fistel)

Chirurgische Verbindung von Arterie und Vene zur Arterialisierung der Vene, um einen ausreichenden Blutfluss (> 200\,ml/min) für die Dialyse zu ermöglichen.

Shaldon-Katheter

Zweilumiger Katheter für den zentralvenösen Zugang, häufig bei Intensivpatienten für akute Dialyse oder chronische Hämofiltration verwendet.

Rollenpumpe

Volumengesteuerte Pumpe, die durch rotierende Okklusion auf einen Schlauch wirkt; Standard für Blut- und Dialysatförderung.