Allgemeine Nierenfunktionen

Funktionen der Niere

Homöostatische Funktionen
- Regulierung des Wasserhaushalts
  - Konstanthaltung der Wassermenge im Körper (42 L) und der
    Osmolalität im Blut (290 mosm/kg H₂O)
- Regulation des extrazellulären Volumens
  - Konstanthaltung des extrazellulären Volumens (EZV) von ca. 15 L
    (spielt eine Rolle bei der langfristigen Blutdruckregulation)
- Regulierung des Elektrolythaushaltes
  - Konstanthaltung der Konzentration der wichtigsten Elektrolyte
    wie Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, HCO₃^- und Phosphat
- Regulation des Säure-Basen-Haushaltes
  - Konstanthaltung des pH-Wertes im Blut (7,4) durch Ausscheidung von Säuren und Basen über die Nieren
Ausscheidung harnpflichtiger Substanzen
- Ausscheidung von Stoffwechselendprodukten wie Harnstoff
  ( ca. 20 g/Tag), Kreatinin (ca. 1,2 g/Tag), Ammonium (ca. 1 g/Tag) und
  Harnsäure (ca. 0,5 g/Tag)
- Ausscheidung körperfremder Substanzen wie Medikamente
Biochemische Funktionen
- Synthese von Hormonen und Enzymen wie Vitamin D (Calcitriol
  ➜ Calcium- und Knochenstoffwechsel), Erythropoetin (➜ Blutbildung) und
  Renin (➜ Regulation des Blutdrucks)
- Synthese von Aminosäuren

Aufbau der Niere

Die Niere besteht aus der Nierenrinde (Cortex renalis) und dem Nierenmark (Medulla renalis). Nierenrinde und Nierenmark werden von den sogenannten Nephronen durchzogen. Pro Niere gibt es ca. 1 Million Nephrone, die damit die funktionell kleinste Einheit der Niere bilden. In der Nierenrinde befinden sich die Nierenkörperchen (kapillärer Gefäßknäuel (Glomerulus) + umliegenden Kapsel (Bowman-Kapsel)), die für die Bildung des Primärharns verantwortlich sind. Im Nierenmark befinden sich die Nierenkanälchen, die den Primärharn konzentrieren.

Struktur und funktionelle Einheiten der Nieren

Aufbau eines Nephrons:

Originalabbildungen von Servier Medical Art by Servier (www.smart.servier.com), lizensiert unter einer Creative Commons Attribution 3.0 Unported License. Es wurden die Beschriftungen und eine Sonde hinzugefügt. Diese Abbildung ist ein Derivat, der oben angegebenen Quelle. Es wurden die Markierungen und Beschriftungen ergänzt.

Abschnitt	Hauptfunktionen
Glomerulus	Primärharnbildung
Proximaler Tubulus	Massenresorption (2/3 der Resorptionsleistung)
Henle-Schleife	Harnkonzentrierung durch einen kortikomedullären osmotischen Gradienten im Nierenmark
Distaler Tubulus	Resorption von Na⁺ und Cl^-
Verbindungsstück & Sammelrohr	Feineinstellung: Anpassung an den Bedarf des Körpers durch Resorption von H₂O und Elektrolyten und Anpassung des pH-Wertes im Blut durch Sekretion von Säuren oder Basen

Nierenkörperchen:

Die Nierenkörperchen bestehen aus dem Glomerulus (Gefäßknäuel) und der Bowman-Kapsel (wird aus einem parietalen und viszeralen Blatt gebildet). Das Blutplasma wird aus den glomerulären Kapillaren über den glomerulären Filter in den Kapselraum gepresst. Die entstandene Flüssigkeit wird als Ultrafiltrat bezeichnet. Es enthält alle Stoffe des Blutplasmas, bis auf die Stoffe, die durch den glomerulären Filter im Blut zurückgehalten werden. Es enthält eine geringere Konzentration an Proteinen als das Blutplasma und bildet den Ausgangspunkt für die weitere Verarbeitung des Urins in den Nieren.

Der glomeruläre Filter bildet die Blut-Harn-Schranke. Er besteht aus dem diskontinuierlichen Endothel der glomerulären Kapillaren, der Basallamina des Endothels und den Podozyten mit deren Schlitzmembran.
Die 3 Schichten des Filters weisen eine unterschiedliche Durchlässigkeit auf und halten bestimmte Zellen und Stoffe im Blut zurück:

1. Schicht: Blutzellen werden zurückgehalten
2. Schicht: größere Proteine werden zurückgehalten
3. Schicht: Plasmaproteine wie Albumin werden zurückgehalten

Das pro Zeiteinheit von den Glomeruli filtrierte Volumen wird als glomeruläre Filtrationsrate (GFR) bezeichnet. An der Stelle, an der die afferenten und efferenten Arteriolen in die Bowman-Kapsel ein- bzw. austreten, kommt der erste Teil des distalen Konvoluts in direkten Kontakt mit den Arteriolen. Die Wand des distalen Konvoluts bildet an dieser Stelle einen Teil des juxtaglomerulären Apparates, der als Macula densa bezeichnet wird. An der Macula densa wird die NaCl-Konzentration gemessen. Je nach Höhe der NaCl-Konzentration wird die glomeruläre Filtrationsrate durch eine Dilatation oder Konstriktion der afferenten Arteriole angepasst. Die Macula densa spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation des Blutdrucks.

"Shypoetess, CC BY-SA 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0>, via Wikimedia Commons: Es wurden teilweise die Beschriftungen ersetzt und teilweise hinzugefügt.
Die Übersichtsabbildung (oben links) wurde ausgeschnitten und verschoben sowie verkleinert. Es wurden Pfeile teilweise ersetzt und teilweise hinzugefügt.

Grundprinzipien der Urinbildung

Bowman KapselMadhero88, CC BY 3.0 <https://creativecommons.org/licenses/by/3.0>, via Wikimedia Commons. Diese Abbildung ist ein Derivat, der oben angegebenen Quelle. Es wurden die Markierungen und Beschriftungen teilweise ersetzt und teilweise ergänzt.

1. Filtration: Primärharnbildung

Entspricht, bis auf Plasmaproteine, dem eiweißfreien Blutplasma
(pro Tag ca. 180 L)
Enthält unter anderem Wasser, Natriumionen, Chloridionen, Bicarbonat, weitere Elektrolyte, Glucose, Laktat, Aminosäuren, Acetat, Citrat

2. Tubuläre Resorption

Pro Tag ca. 179 L (ca. 99% des Primärharns)
Größtenteils im proximalen Tubulus und im
absteigenden Teil der Henle-Schleife
Rückresorption 2/3 des Wassers und des NaCls, ca. 90%,
ca. 95% des Bicarbonats und nahezu 100% der Glucose und Aminosäuren

3. Tubuläre Sekretion

Sekretion verschiedener Stoffe wie von Harnstoff,
Harnsäure, Protonen, Ammoniak und Kalium

4. Ausscheidung des Endurins

Pro Tag ca. 1 L
Ausscheidung von harnpflichtigen Substanzen:
insbesondere Harnstoff, Kreatinin, Harnsäure, Oxalat, Ammoniak

Durchblutung der Nieren

Gefäßabschnitte

This work by Cenveo is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 United States (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
Es wurden die Beschriftungen ersetzt.

Die Blutzufuhr zur Niere erfolgt über die A. renalis (1). Von dort gelangt das Blut zunächst in die Segmentarterien (2). Diese münden in die Aa. lobares (3), welche anschließend in die Aa. interlobares (4) müden. Diese verlaufen zwischen zwei Nierenpyramiden kapselwärts. Die Aa. interlobares (4) verzweigen sich in die Aa. arcuatae (5). Aus den Arteriae arcuatae (5) entspringen wiederum senkrecht die Aa. interlobulares (6).

Aus den Aa. interlobulares (6) entspringen die Aa. afferentiae (7), die sich in den Glomeruli (8) in zahlreiche parallele Gefäßschlingen aufteilen. Diese Gefäßschlingen münden in die Aa. efferentiae (9), die sich wiederum verzweigen:

Die efferenten Gefäße der oberflächlichen Glomeruli geben peritubuläre Kapillaren (10) ab, die ein Gefäßnetz um die Tubuli in der Nierenrinde bilden. Im peritubulären Kapillarnetz finden Resorptions- und Sekretionsprozesse statt
Die efferenten Gefäße der tiefer gelegenen Glomeruli, auch als juxtamedulläre Glomeruli bezeichnet, geben die Vasa recta (11) ab, die in langen Kapillarschlingen das Mark versorgen und oft bis zur Papillenspitze absteigen. Die Vasa recta dienen vor allem der Harnkonzentrierung nach dem Gegenstromprinzip (siehe Gegenstromprinzip)
Die peritubulären Kapillaren und die Vasa recta münden schließlich über verschiedene Verzweigungen in die V. renalis (12).

Renaler Blutfluss

Die Nieren sind die am stärksten durchbluteten Organe des Körpers mit einer Durchflussrate von ca. 1 Liter pro Minute, bezogen auf ihr Gewicht, das nur 0,4 % des gesamten Körpergewichts ausmacht. Etwa 20 % des Herzzeitvolumens fließen durch die Nieren, wobei die Nierenrinde mit 90 % des renalen Blutflusses im Vergleich zum Nierenmark den größten Anteil hat. Der größte Teil des Blutes fließt durch die Glomeruli, die sich in der Nierenrinde befinden. Die intensive Durchblutung der Nieren resultiert nicht aus einem hohen Sauerstoffverbrauch (die Sauerstoffsättigung in den Nierenvenen beträgt ca. 90 %), sondern dient hauptsächlich der Filtration und der Bildung des Primärharns.

Wichtige Kenndaten der Nierenfunktion:

Kenndaten		Wert
Renaler Blutfluss (RBF)	Blut, das pro Minute durch die Nieren fließt	1.200 ml/min (20 % des Herzzeitvolumens)
Renaler Plasmafluss (RPF)	Plasmavolumen, das pro Minute durch die Nieren fließt Berücksichtigt nur die flüssigen Komponenten des Blutes, nicht die Blutzellen	600 ml/min
Glomeruläre Filtrationsrate (GFR)	Plasmavolumen, das pro Minute in allen Nierenkörperchen zusammen filtriert wird Gibt Rückschlüsse auf die Effizienz der Nieren bei der Filtration des Blutes	120 ml/min (ca. 180 l/Tag)
Filtrationsfraktion (FF)	Anteil des renalen Plasmaflusses, das filtriert wird (20%) FF = GFR/RPF Die restlichen 80% des Blutplasmas werden nicht filtriert und fließen über die Vasa efferentia wieder ab	GFR/RPF = 120 ml/min / 600 ml/min = 0,2 = 20 %
Fraktionelle Ausscheidung (FA)	Prozentualer Anteil einer Substanz, die nach der Filtration tatsächlich über den Urin ausgeschiedenen wird FA= "ausgeschiedene Menge" /"filtrierte Menge" Wenn die FA = 100% beträgt, wird der Stoff nachdem er filtriert wurde vollständig ausgeschieden FA <100% = Resorption FA = 100% = keine tubulären Transportprozesse FA >100% = Sekretion	Bsp. Wasser: 0,9 l/Tag werden über den Urin ausgeschieden / 180 l/Tag werden filtriert = 0,005 = 0,5% des filtrierten Wassers werden über den Urin ausgeschieden
Resorption	Menge eines Stoffes, die aus dem Urin zurück ins Blut aufgenommen wird	99 % des filtrierten Wassers werden resorbiert
Urinausscheidung	Urinvolumen, das innerhalb von einem Tag ausgeschieden wird	1-2 l/Tag

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Aufbau eines Nephrons:

Nierenkörperchen:

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Gefäßabschnitte

Renaler Blutfluss

Wichtige Kenndaten der Nierenfunktion:

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