Harnkonzentrierung

Unter dem Gegenstromprinzip versteht man das Prinzip, einen effizienten Stoffaustausch durch gegenläufige benachbarte anatomische Strukturen zu erreichen. Das Gegenstromprinzip der Nieren zielt darauf ab, den osmotischen Gradienten zwischen Interstitium und tubulärer Flüssigkeit zu verstärken und aufrechtzuerhalten. In den Nieren arbeiten 2 Systeme nach dem Gegenstromprinzip:

• Gegenstromverstärkersystem der Henle-Schleife
• Gegenstromaustauschersystem der Vasa recta

Ablauf des Gegenstromverstärkersystems:

Die Gegenstromverstärkung ist ein aktiver Mechanismus, der den Aufbau des osmotischen Gradienten zwischen dem Interstitium und den Nephronsegmenten verstärkt und ist der wichtigste Mechanismus für die Konzentrierung des Urins.

Es erfolgt eine aktive Resorption von osmotisch aktiven Stoffen aus der dicken aufsteigenden Henle-Schleife in das Interstitium (1). Diese in das Interstitium resorbierten Stoffe wirken nun osmotisch auf die Flüssigkeit in der angrenzenden absteigenden Henle-Schleife (2).

In der dicken aufsteigenden Henle-Schleife ist die NaCl-Resorption durch den Na⁺- K⁺-2Cl^--Cotransporter (NKCC2) und die Na⁺/K⁺-ATPase sehr hoch (1). Gleichzeitig ist die dicke aufsteigende Henle-Schleife aufgrund des Fehlens von Aquaporinen wasserundurchlässig. 

➜ Dadurch sinkt die Osmolalität im Tubuluslumen, während sie im Interstitium steigt 

➜ Der absteigende Teil der Henle-Schleife ist wasserdurchlässig, sodass nun aufgrund des hohen Osmolalitätsgradienten in Richtung des Interstitiums das Wasser durch Resorption aus der absteigenden Henle-Schleife entzogen wird (2) 

➜ Die interstitielle Osmolalität an der Papillenspitze kann auf bis zu 1.200 mosmol/kg H₂O erhöht werden 

➜ Die tubuläre Osmolalität kann am distalen Ende der Henle-Schleife auf unter 100 mosmol/kg H₂O absinken. Die Henle-Schleife ist für die Beeinflussung der Osmolalität und die Bildung von verdünntem oder konzentriertem Urin unerlässlich 

➜ Die Natrium-Konzentration ist zu Beginn im absteigenden Teil der Henle- Schleife gering. Durch den Entzug von H₂O wird die Natrium-Konzentration zunehmend höher. Zu Beginn des aufsteigenden Teils der Henle Schleife besteht somit eine sehr hohe Natrium-Konzentration. Dies erleichtert den aktiven Transport von Natrium in das Interstitium 

➜ Durch den Transport von Natrium in das Interstitium sinkt die Natrium- Konzentration und die Osmolalität im Verlauf des aufsteigenden Teils der Henle- Schleife 

➜ Somit wird dem Urin in der Henle Schleife Flüssigkeit und Natrium entzogen 

Ablauf des Gegenstromaustauschersystems:

Das Gegenstromaustauschersystem beruht auf dem Verlauf der Vasa recta.

• Die Vasa recta laufen parallel ab- und aufsteigend im Nierenmark
• Das Blut fließt in den ab- und aufsteigenden Gefäßen entgegengesetzt
• Die Nierengefäße im Nierenmark können ungewollt Elektrolyte und andere Stoffe aufnehmen und abgeben
• Das Ziel des Gegenstromaustauschersystems ist eine Aufrechterhaltung des osmotischen Gradienten.
  Im Gegensatz zum Gegenstromverstärkersystem soll kein osmotischer Gradient aufgebaut werden
• Die osmotische Konzentration nimmt vom äußeren Mark bis zur Papille zu
• Die Konzentrationsgradienten zwischen dem Blut in den Vasa recta und dem Interstitium unterscheiden sich zwischen den absteigenden und den aufsteigenden Vasa recta

• Absteigende Vasa recta:
  • Osmotische Konzentration nimmt in Richtung
    der Papille zu -> Konzentrationsgradient ist vom Interstitium in die Blutbahn gerichtet -> Osmolite werden in die Blutbahn aufgenommen und Wasser strömt aus der Blutbahn in das Interstitium -> es erfolgt eine Zunahme der osmotischen Konzentration in der Blutbahn und eine Abnahme der osmotischen Konzentration im Interstitium
• Prozesse wirken dem Gegenstromverstärkersystem entgegen und müssen ausgeglichen werden
• Aufsteigende Vasa recta:
  • Osmotische Konzentration nimmt in Richtung des Nierenmarks ab -> Konzentrationsgradient ist von der Blutbahn in das Interstitium gerichtet -> Osmolite werden in das Interstitium abgegeben und Wasser strömt aus dem Interstitium in die Blutbahn -> es erfolgt eine Abnahme der osmotischen Konzentration in der Blutbahn und eine Zunahme der osmotischen Konzentration im Interstitium
• Prozesse in den absteigenden und aufsteigenden Vasa recta gleichen sich aus
• Mit dem Wasser diffundiert auch O₂ mit. Dieses wird somit an das Nierenmark abgegeben und teilweise wieder in das

Einleitung

Die interstitiellen Zellen des Nierenmarks haben eine Toleranzgrenze von maximal 600 mosmol/kg H₂O NaCl. Um jedoch die erforderlichen 1200 mosmol/kg H₂O zu erreichen, wird ein weiteres Osmolyt im Nierenmark akkumuliert. Dabei handelt es sich um Harnstoff, der 50% zur Gesamtosmolalität des Nierenmarks beiträgt. Der Harnstoff wird im Glomerulus frei filtriert und anschließend resorbiert und wieder sezerniert.

Ablauf der Harnstoffrezirkulation:

Proximaler Tubulus:

• 50% des Harnstoffs wird wieder resorbiert (1)

Distaler Tubulus:

• Undurchlässig für Harnstoff (2)

➜ Da H₂O im Sammelrohr stark resorbiert wird, Harnstoff jedoch nicht, steigt die Harnstoffkonzentration bis zum Sammelrohr auf bis zu 700 mosmol/kg H₂O an (3)

Sammelrohr:

• An der Nierenpapille diffundiert der Harnstoff aus dem Sammelrohr in das Interstitium und folgt dabei seinem chemischen Gradienten (4)

➜ Der Harnstoff reichert sich im Interstitium an und die Osmolalität steigt auf bis zu 600mosmol/kg H₂O (5)

➜ Im absteigenden Teil der Henle-Schleife wird H₂O aus dem Tubulus in das Interstitium entlang des osmotischen Gradienten resorbiert, wodurch der Urin weiter konzentriert wird (6)
Dünner Teil der Henle-Schleife:

• Harnstoff wird wieder sezerniert und tritt in das Tubuluslumen ein (7)