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Ausscheidung - Niere

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GP Lernzettel Ausscheidung / Nervensystem
Bau und Funktionen der Niere
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- Aufbau Niere/Nephron - Harnbildung - Gegenstromprinzip - Blutreinigung - Wasser-/Elektrolythaushalt - Bildung Hormone - Erkrankung Niere/Harnwege - Hämodialyse / Bauchfelldialyse

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Bau: GP Lernzettel Ausscheidung / Nervensystem Bau und Funktionen der Niere 1 Nierenmark 6 Nierenbecken 2 Nierenrinde 7 Nierenaterie 3 Nieren-Pyramide 8 Nierenvene 4 Nierenkapsel 9 Nierenkelch 5 Harnleiter Aufbau der Niere: Eigengewicht: 300g Menge des durchfließendes Blutes pro Tag: 15001 Primärharn pro Tag: 1501 Endharn pro Tag: 1,51 proximaler Tubulus Glomerulum vas efferens peritubuläre Kapillare Harnbildung im Nephron: 1. Filtration: Ultrafiltration des Blutes im Glomerulus der Bowman-Kapsel Bildung von Primärharn beginnt im Glomerulum → Henle- Schleife absteigender- aufsteigender Schenkel Ⓒphysiologie.cc Bowman- arteria radialis Kapsel (cortex) vena radialis vas afferens distaler Tubulus Nierenrinde → so entsteht ein Ultrafiltrat - Primärharn (mit Glukose, Salz, Wasser, Harnstoff,...) 2. Rückresorption arteria arcuata zur vena renalis Sammelrohr Aufbau eines Nephrons: → besteht aus dem Nierenkörperchen und dem daran angeschlossenen Tubulussystem (Nierenkanälchen) mündet im Sammelrohr Jeweils mehrere Tausend Nephrone bilden die 8 Pyramiden im Mark der Nieren. Nierenkörperchen, Glomerulus, Podocyten, Bowman-Kapsel: Ultrafiltration - Blut wird durch Ultrafiltrationsschlitze, die von den Podocyten gebildet werden gepresst. Bildung des Primärharns, der Glucose, Wasser, Salze, Harnstoff, enthält. Vorderer (proximaler) Tubulus, absteigender Ast der Henle-Schleife, aufsteigender Ast der Henle-Schleife, arterielle Kapillare, venöse Kapillare, hinterer (distaler) Tubulus: Rückresorption - Glucose, Salze, Wasser werden ins Blut rückresorbiert Harnsammelrohr: Exkretion (Rückresorption) - letzte Rückresorption und Weiterleitung des Endharns ins Nierenbecken Nierenmark Blut wird durch Ultrafiltrationsschlitze, die von den Podocyten gebildet werden, gepresst Wasser und kleine Moleküle passieren (durch Wand der Kapillaren), größere Moleküle (Eiweiße) bleiben im Gefäßsystem zurück Primärharn gelangt in Tubulus der Nephronen im proximalen Tubulus werden dem Primärharn durch aktive Transportvorgänge Glucose und Na* wieder...

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entzogen; Cl strömt passiv nach → werden ins Blut rückresorbiert infolge des Stoffentzugs sinkt der osmotische Druck des Harns unter den des umgebenden Gewebes, sodass auf osmotischem Weg (passiv) ein großer Teil des Wassers wieder zurück in Gewebsflüssigkeit strömt (absteigender Ast) aufsteigender Ast ist wasserundurchlässig → durchlässig für Salzionen, Na* wird aktiv ins Interstitium transportiert, Cl passiv → Harn wird salzärmer (konzentriert) 3. Sekretion / Exkretion Harnstoff, Medikamente, Drogen, Umweltgifte werden über Wandzellen der Nierenkanälchen in Primärharn abgesondert (aktiv) + weiterer Wasserentzug (passiv) im Sammelrohr → durch Resorption und Sekretrion wird Sekundär-/Endharn gebildet, über Harnsammelrohr gelangt dieser ins Nierenbecken und wird dann ausgeschieden Das Gegenstromprinzip: → beim Stoffaustausch angewandte Methode, bei der zwei Stoffströme in entgegengesetzter Richtung aneinander vorbeigeführt werden durch Konzentrationsgefälle streben die Teilchen danach eine gleiche Konzentration zu schaffen. Die Teilchen gelangen vom Ort hoher Konzentration zum Ort niedriger Konzentration. Durch den Gegenstrom werden die transportierten Teilchen immer wegtransportiert also höherer Austausch → Osmolalität in Rindenschicht niedriger (300 mosmol/l) und in Markschicht höher (1200 mosmol/l) → mol/l-Einheit der Stoffmengenkonzentration → mosmol/l-Einheit der osmotisch wirksamen Stoffmenge im aufsteigenden Ast der Henle-Schleife werden Natriumionen und Chloridionen durch aktiven Transport aus dem Harn in das benachbarte Instertitium transportiert → dadurch steigt Osmolarität im Gewebe an & sinkt im aufsteigenden Ast (→ das Wasser verbleibt im Harn, da es dem Natrium nicht folgen kann - die Flüssigkeit wird hypoton (geringerer osmotischer Druck als außen), das Interstitium wird hyperton (erhöhter osmotischer Druck)) durch Konzentrationsunterschied fließt in das hypertone Interstitium nun Wasser passiv aus dem absteigenden Ast der Henle-Schleife ein, da hier Wand wasserdurchlässig ist → dadurch wird Primärharn im absteigenden Ast aufkonzentriert & Wasser entzogen - ● Isoton: hierbei stehen Natrium- und Wasserüberschuss in einem isotonen Verhältnis, d.h. der Natriumspiegel ändert sich nicht. Hyperton: Natriumüberschuss wodurch Wasser entzogen wird ● Hypoton: durch einen Überschuss an freiem Wasser sinkt der Natriumspiegel Stoffmengenkonzentration = Stoffmenge/Volumen | c= n/v → kurz c, ist eine physikalische bzw. chemische Größe zur Beschreibung der Zusammensetzung von Stoffgemischen (z.B. Lösungen). Dabei wird die Stoffmenge auf das Gesamtvolumen bezogen. Aufgaben Übersicht: - Harnbildung zur Ausscheidung harnpflichtiger Substanzen Reinigung und Entiftung des Blutes - Wasser- und Salzshaushaltes (Elektrolythaushalt) - Regulation von Blutdruck Regulation Säuren-Basen-Gleichgewicht Blutreinigung: - Nieren reinigen das Blut entfernen durch Filterungsprozesse harnpflichtige und giftige Stoffe, die den Körper ansonsten vergiften würden - im Metabolismus von Eiweiß entstehen harnpflichtige Stoffe wie z.B. Ammoniak, Kreatinin, Harnstoff und Harnsäure - Abbau von Medikamenten kann zu giftigen Stoffen führen → Die Poren lassen lediglich kleinere Moleküle passieren, nicht jedoch Eiweiße oder gar Blutzellen. Eiweiße im Urin sind daher ein Anzeichen für eine Nierenerkrankung, zumindest wenn mehr als 0,2 Gramm davon pro Tag ausgeschieden werden. → Endprodukt des komplexen Vorgangs der Blutreinigung ist der Harn Was ist Harn? → Blutfiltrat, das Wasser und Elektrolyte sowie harnpflichtige Substanzen wie z.B. Harnstoff und Harnsäure, Ammoniak sowie von außen zugeführte Gifte (exogene Toxine) enthält und aus dem Körper transportiert. Wasser- und Elektrolythaushalt: (siehe AB Regulation des Wasser- und Salzhaushalts) → physiologisches System der Aufnahme und Abgabe von Wasser und damit eng zusammenhängende Regulierung der Konzentrationen von Elektrolyten, d.h. positiv und negativ geladenen, gelösten Teilchen - Der Wasser-Elektrolyt-Haushalt bestimmt die Flüssigkeitsverteilung im menschlichen Körper und ist eine unverzichtbare Grundlage aller Lebensvorgänge. Körperwasser und Kompartiment - Körper besteht aus 60% aus Wasser Intrazellulärraum: ca. 2/3 des Gesamtkörperwassers ● Extrazellulärraum: ca. 1/3 des Gesamtkörperwassers Intra- und Extrazellulärvolumen Die Verteilung des Gesamtkörperwassers in verschiedene Kompartimente über die Membranen wird durch den osmotischen Druck bestimmt. Dadurch, dass Wasser frei durch die Membranen diffundieren kann, wird der osmotische Druck von Intrazellulärraum und Extrazellulärraum trotz unterschiedlicher Zusammensetzung der Kompartimente ausgeglichen. Wenn in einem Kompartiment eine andere Osmolarität herrscht als in einem anderen, diffundiert Wasser durch die Zellmembranen und gleicht den osmotischen Druckunterschied aus. Dabei nimmt allerdings das Wasservolumen in diesem Kompartiment zu. Regulation des Wasser-Elektrolyt-Haushaltes: Wassermangel: durch Schwitzen: Verlust von Wasser → Hypothalasmus registriert hohe Osmoralität → Signal an Hypophyse ADH (antidiuretisches Hormon) auszuschütten → ADH wird im Blut zur Niere transportiert & die Wasserrückresorption steigt durch Öffnung von Aquaporinen im Sammelrohr → weniger Harn (Volumen), dafür konzentrierter. → Osmolarität im Blut sinkt, dies wird durch den Hypothalasmus registriert, ADH-Ausschüttung stoppt. ADH: wirkt als Effektorhormon des Hypothalasmus zur Regulation des Wasserhaushaltes Hypophyse: steuert verschiedene Körperfunktionen und spielt eine wichtige Rolle bei der Kontrolle des Hormonhaushalts Salz- und Wassermangel: Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS) → reguliert den Waser- & Elektrolythaushalt des Körpers, beeinflusst dadurch indirekt den Blutdruck Am Anfang des Regelkreises steht das hormonähnliche Enzym Renin. Dieses wird in der Niere gebildet. Renin spaltet das Prohormon Angiotensinogen in Angiotensin I. Angiotensinogen wird in der Leber synthetisiert. Angiotensin I wird wiederum durch das in den Lungen gebildete Angiotensin converting enzyme (ACE) in Angiotensin II umgewandelt. Angiotensin II wirkt auf verschiedene Zielstrukturen. Zudem bewirkt es eine Ausschüttung des Hormons Aldosteron. Durchfall: Verlust von Wasser & Salzionen → Blutdruck sinkt → Niere schüttet das Hormon Renin aus → Renin spaltet Angiotensinogen aus der Leber → daraus entsteht Angiotensin I→ wird durch ACE (aus Lunge) in Angiotensin II umgewandelt → Vasokonstriktion (Verengung) der Blutgefäße; → Durstgefühl - Aufnahme von Wasser; → Nebenniere setzt Aldosteron frei → Rückresorption von NaCl und H₂O steigt (Niere scheidet weniger Wasser & Salz aus) → fördert Freisetzung von ADH → hemmt Wasserausscheidung dadurch: Blutdruck steigt → Herz setzt das Hormon ANP frei, das NaCl Ausscheidung erhöht, osmotisch folgt Wasser, somit wird der Blutdruck wieder gesenkt; Reninausschüttung sinkt ebenfalls ANP: In der Niere bewirkt es innerhalb weniger Minuten im Verbindungsstück und im medullären Sammelrohr eine erhöhte Natrium- und Chloridausscheidung. Osmotisch folgt dem Kochsalz Wasser. Dadurch verliert der Körper Plasmavolumen und der Blutdruck sinkt. ANP kann daher als Aldosteronantagonist angesehen werden. Die Reninausschüttung aus dem juxtaglomerulären Apparat der Niere sinkt ebenfalls. Zudem hemmt ANP den epithelialen Natriumkanal und bewirkt somit ebenfalls eine Natriurese und Diurese. Im Hypothalamus wird durch ANP das Durstgefühl gehemmt. In der Hypophyse die ADH-Ausschüttung herabgesetzt. ACE-Hemmer hemmen das Enzym ACE → Blutdruck senkende Wirkung Blutdruck Die Nieren können über den Salz- und Wasserhaushalt auch den Blutdruck erhöhen oder senken. - Der Blutdruck hängt engt damit zusammen, wie groß die gesamte Blutmenge ist, die in den Blutgefäßen zirkuliert. Die Nieren sind dasjenige Organ des Körpers, dass die Flüssigkeitsmengen reguliert. Das wirkt sich natürlich auch auf das Blutvolumen aus. Elektrolyte Elektrolyte sind kleine geladene Teilchen (lonen bzw. dissoziierte Salze). Zu den wichtigsten Elektrolyten im Körper zählen: die positiv geladenen Kationen: Na+ Natrium): v.a. extrazellulär; K+ (Kalium): v.a. intrazellulär; Ca2+ (Calcium); Mg2+ (Magnesium) die negativ geladenen Anionen: Cl- (Chlorid); HCO3- (Bikarbonat); PO43- (Phosphat); weitere negativ geladene Teilchen, zu denen auch größere, z.B. Proteine gehören Elektrolyte liegen intrazellulär, interstitiell und intravasal in unterschiedlichen Konzentrationen vor: intrazellulär: v.a. K+- und Phosphat-lonen extrazellulär: v.a. Na+-, Cl-- sowie Bikarbonat-lonen. diese Elektrolytverhältnisse werden durch aktive lonenpumpen in den Zellmembranen aufrechterhalten. Da die Elektrolyte Teilchen sind, die elektrische Spannung leiten, ändert sich abhängig von den Elektrolyt-Konzentrationen auch die Spannung an den Zellmembranen. Die elektrische Spannung auf der Zellmembran steuert eine Vielzahl von Prozessen, die auf Zellebene ablaufen. Damit bestimmen Elektrolyte also nicht nur die Flüssigkeitsverteilung im Körper, sondern auch zelluläre Funktionen, z. B. die Depolarisation von Nervenzellen bei Weiterleitung eines Nervenreizes. Physiologie Aufnahme von Wasser und Elektrolyten: oral über Verdauungstrakt, der Flüssigkeit und lonen durch die Darmwand resorbiert. Ausscheidung: erfolgt über die Nieren (Diurese), über die Haut in Form der Transpiration (Schwitzen) und über die Atemluft. Das Verhältnis der verschiedenen Ausscheidungswege ist unter anderem von klimatischen Bedingungen abhängig. Das Verhältnis zwischen Wasseraufnahme und -ausscheidung erfasst man in der Flüssigkeitsbilanz. Die Menge der Elektrolytausscheidung bzw. -retention in der Niere muss stets dem Bedarf angepasst werden: Durch Urin, Stuhl, Perspiration, etc. gehen täglich Wasser und Elektrolyte verloren. Durch Trinken, Speisen, ggf. Infusionen und Oxidationswasser (bei Fieber, Hyperthyreose oder nach OP) kommen Wasser und Elektrolyte hinzu. Der Körper reguliert den Wasser-Elektrolyt-Haushalt primär über zwei Mechanismen: Ermittlung der Osmolalität (die Konzentration aller gelösten - und damit osmotisch wirksamen - Teilchen in einer Lösung) -> osmol/kg •Detektion von Volumenabweichungen Klinik In bestimmten Situationen (z. B. bei starkem Durchfall, Erbrechen, Schwitzen, Blutverlust) oder bei verschiedenen Erkrankungen (Niereninsuffizienz) kann die körpereigene Regulation durch die Nieren nicht ausreichend sein oder versagen. Es kommt dann zu Störungen des Wasser-Elektrolyt-Haushalts: • Hyperhydratation (übermäßigen Wassergehalt) | Dehydratation (zu wenig Wassergehalt) • Hypervolämie (erhöhtes Blutvolumen) | Hypovolämie (vermindertes Blutvolumen) • Hypernatriämie (erhöhte Natriumkonzentration über 145 m/mol) | Hyponatriämie (verminderte Natriumkonzentration von Natriumionen im Blut) • Hyperkaliämie (erhöhte Kaliumkonzentration Grenzwert bei 5,0-5,2 mmol/l) | Hypokaliämie (verminderte " unter 3,6 mmol/l) ●Hyperkalzämie (erhöte Kalziumkonzentration über 2,65 mmol/l) | Hypokalzämie (verminderte " unter 2,2 mmol/l) Diese Zustände können mitunter lebensgefährlich sein und müssen - je nach Schweregrad - umgehend medizinisch behandelt werden, z. B. durch Flüssigkeitszufuhr oder Infusionen elektrolythaltiger Lösungen. Isotone Veränderungen der Flüssigkeitspegel beschränken sich nur auf den Extrazellulärraum. Nimmt aber die Osmolalität zu (hypertone Auslenkung) wird Wasser aus den Zellen herausbewegt, sodass eine Zellschrumpfung die Folge ist. Umgekehrt kommt es zu einer Zellschwellung bei hypotoner Änderung. Natrium-Kalium-Pumpe (ATPase) – primär aktiver Transport → ein Enzym aus der Klasse der Transmembranproteine, das in der Zellmembran verankert ist → für den Transport von Kalium- und Natriumionen verantwortlich → fungiert als Antiporter → pro Zyklus werden 3 Natriumionen aus der Zelle, 2 Kaliumionen in die Zelle (lonentransport entgegen Konzentrationsgefälle) gepumpt → benötigt hierfür ATP (Adenosintriphosphat) bei jedem Transportvorgang nimmt die Ladung innerhalb der Zelle ab → Zellinneres negativer geladen → dadurch wird Spannung aufrechterhalten (Ruhepotential → wichtig für Nervenzellen - Reizweiterleitung) ohne Na-K-ATPase → Konzentrationsausgleich würde die Pumpe die lonen nicht wieder zurück transportieren, würde keine negative Spannung an der Membran herrschen → Zelle wäre nicht mehr in der Lage Erregungen weiterzuleiten Mechanismus: 1. Die Na+-K+-ATPase ist ins Zellinnere geöffnet. Drei Natrium lonen binden an für sie spezifische Bindungsstellen. 2. Ein ATP-Molekül bindet an seine Bindungsstelle am innenliegenden Teil des Proteins. ATP wird hydrolysiert (gespalten) in ADP (Adenosindiphosphat) und ein Phosphatrest. Nur das Phosphat bleibt an der Bindestelle gebunden. 3. Die freigesetzte Energie führt zu einer Konformationsänderung des Enzyms. Es schließt sich auf der Innenseite, während es sich nach außen hin öffnet. 4. Die drei Natrium lonen lösen sich aus dem Protein. Zwei von außen kommende Kaliumionen werden an spezifische Bindungsstellen im Enzym gebunden. 5. Der Phosphatrest wird abgespalten. Die Form des Proteins ändert sich und nimmt wieder seine Ursprungsform an. 6. Die Kaliumionen lösen sich aus der Bindestelle und gelangen ins Cytoplasma. Der Ausgangszustand ist wieder erreicht und ein neuer Pumpvorgang kann beginnen. Transportvorgänge Diffusion (passiv) erleichterte Diffusion mittels Carrier Erleichterte Diffusion durch Poren ohne äußere Einwirkung eintretender Ausgleich von Konzentrationsunterschieden in Flüssigkeiten → gleichmäßige Verteilung Teilchen im Raum Endocytose / Exocytose Wenn eine Substanz eine Membran durchwandert und dabei von einem Carrier von der einen auf die andere Seite transportiert wird Carrier → Permease/Protein, dass beim Andocken eines bestimmten Stoffes seine Konformation ändert und so den Stoff durch die Membran schleust Moleküle können die Membran, an speziellen Poren (durch Proteine gebildet) durchqueren - dabei werden schwache Bindungen ausgebildet und wieder gelöst, sodass die Moleküle durch den Kanal durchgeschleust werden Verwendet eine Energiequelle (ATP), um Moleküle über eine Membran gegen ihren Gradienten zu bewegen Primärer aktiver Transport (Natrium-Kalium-Pumpe) Sekundärer aktiver Transport eine Teilchensorte deren Konzentrationsgradient vorher unter Energieverbrauch aufgebaut wurde (Na+) strömt Symport (Na-K-Cl-Symporter) passiv mithilfe eines Carriers durch die Membran und schleppt dabei eine zweite Teilchensorte (Glukose) entgegen deren Konzentrationsgradient in der gleichen Richtung mit sich. Sekundärer aktiver Transport Eine Teilchensorte deren Konzentrationsgradient vorher unter Energieverbrauch aufgebaut (z.B. Na+) strömt Antiport passiv mithilfe eines Carriers durch die Membran und schleppt dabei eine zweite Teilchensorte (z.B. Ca2+) entgegen deren Konzentrationsgradient in der entgegengesetzten Richtung durch den Carrier. Durch Verlagerung ganzer Membranbereiche stülpt sich entweder ein Vesikel ins Innere einer Zelle ein und transportiert dadurch seinen Inhalt ins Zellinnere - Endocytose. Oder verschmilzt mit der Membran und gibt dadurch seinen Inhalt an die Umgebung ab - Exocytose. Die Bewegung der riesige benötigt ATP Energie Aufgabe Schleifendiuretika: → Gruppe harntreibender Medikamente (Diuretika) → wirken am aufsteigenden Ast der Henle-Schleife → Therapie von Ödemen → hemmen den Na-K-Cl-Symporter in Nierenkanälchen Ödeme: Ansammlung von Wasser unter der Haut (z.B. Hungerödem ausgelöst durch Eiweißmangel (Unterernährung)) Na-K-Cl-Symporter: Transportprotein → Rückresorption von Na+, Cl- & K* aus dem Urin in die Tubuluszellen - nachfolgend Wasserrückresorption im absteigenden Ast & Sammelrohr Natrium-Kalium-Pumpe: Aktiver Austausch von Na* und K* → Natrium wird ins Blut & Kalium in die Tubuluszelle transportiert → Kalium kann die Zelle in beide Richtungen wieder verlassen → Natrium Konzentration in der Zelle sinkt → Na-K-ATPase treibt Na-K-Cl-Symporter an → Rückresorption von Natrium (& Wasser) Hemmung des Na-K-Cl-Symporters: Schleifendiuretika hemmen den Symporter, somit keine Rückresorption von Natrium, Kalium und Wasser mehr → diuretische Wirkung: vermehrter Verlust von Nat & K* und Wasser (Diurese) → blutdrucksenkende Wirkung: verringertes Blutvolumen verringerter Blutdruck Glomeruläre Filtrationsrate - Kreatinin-Clearance → ist die Menge an Flüssigkeit die in den Glomeruli der Nieren pro Zeiteinheit filtriert wird wird in ml/min angegeben wichtiges Parameter zur Beurteilung/ Überprüfung der Nierenfunktion wird im klinischen Alltag per Näherungsformel aus der Plasmakreatininkonzentration berechnet Ursache für eine erniedrigte GFR ist meist eine Niereninsuffizienz, aber auch im Alter sinkt die GFR auf bis zu 50% des Ursprungswertes → bei einem gesunden Menschen: GFR= ca. 120 ml/min (sollte mindestens 90 ml/min betragen) bei Passage der Körperflüssigkeit durch Nephronsystem erfolgt eine Reinigung von bestimmten Stoffen → Entfernung dieser aus der Körperflüssigkeit und Ausscheidung im Harn Clearance: Maß für Entgiftungsleistung der Nieren → Plasmavolumen pro Zeiteinheit, das von einem bestimmten Stoff geklärt wurde Kreatinin-Clearance: → gebräuchlichste klinische Clearance-Verfahren zur Beurteilung der Nierenfunktion (diagnostisches Werkzeug zur Erfassung einer Niereninsuffizienz) Kreatinin: entsteht als Stoffwechselprodukt des Kreatins. Das in der Leber, der Bauchspeicheldrüse und den Nieren gebildete Kreatin versorgt das Muskelgewebe mit Energie. Als für den Organismus nicht notwendiger Stoff wird das Kreatinin durch die Nieren

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entzogen; Cl strömt passiv nach → werden ins Blut rückresorbiert infolge des Stoffentzugs sinkt der osmotische Druck des Harns unter den des umgebenden Gewebes, sodass auf osmotischem Weg (passiv) ein großer Teil des Wassers wieder zurück in Gewebsflüssigkeit strömt (absteigender Ast) aufsteigender Ast ist wasserundurchlässig → durchlässig für Salzionen, Na* wird aktiv ins Interstitium transportiert, Cl passiv → Harn wird salzärmer (konzentriert) 3. Sekretion / Exkretion Harnstoff, Medikamente, Drogen, Umweltgifte werden über Wandzellen der Nierenkanälchen in Primärharn abgesondert (aktiv) + weiterer Wasserentzug (passiv) im Sammelrohr → durch Resorption und Sekretrion wird Sekundär-/Endharn gebildet, über Harnsammelrohr gelangt dieser ins Nierenbecken und wird dann ausgeschieden Das Gegenstromprinzip: → beim Stoffaustausch angewandte Methode, bei der zwei Stoffströme in entgegengesetzter Richtung aneinander vorbeigeführt werden durch Konzentrationsgefälle streben die Teilchen danach eine gleiche Konzentration zu schaffen. Die Teilchen gelangen vom Ort hoher Konzentration zum Ort niedriger Konzentration. Durch den Gegenstrom werden die transportierten Teilchen immer wegtransportiert also höherer Austausch → Osmolalität in Rindenschicht niedriger (300 mosmol/l) und in Markschicht höher (1200 mosmol/l) → mol/l-Einheit der Stoffmengenkonzentration → mosmol/l-Einheit der osmotisch wirksamen Stoffmenge im aufsteigenden Ast der Henle-Schleife werden Natriumionen und Chloridionen durch aktiven Transport aus dem Harn in das benachbarte Instertitium transportiert → dadurch steigt Osmolarität im Gewebe an & sinkt im aufsteigenden Ast (→ das Wasser verbleibt im Harn, da es dem Natrium nicht folgen kann - die Flüssigkeit wird hypoton (geringerer osmotischer Druck als außen), das Interstitium wird hyperton (erhöhter osmotischer Druck)) durch Konzentrationsunterschied fließt in das hypertone Interstitium nun Wasser passiv aus dem absteigenden Ast der Henle-Schleife ein, da hier Wand wasserdurchlässig ist → dadurch wird Primärharn im absteigenden Ast aufkonzentriert & Wasser entzogen - ● Isoton: hierbei stehen Natrium- und Wasserüberschuss in einem isotonen Verhältnis, d.h. der Natriumspiegel ändert sich nicht. Hyperton: Natriumüberschuss wodurch Wasser entzogen wird ● Hypoton: durch einen Überschuss an freiem Wasser sinkt der Natriumspiegel Stoffmengenkonzentration = Stoffmenge/Volumen | c= n/v → kurz c, ist eine physikalische bzw. chemische Größe zur Beschreibung der Zusammensetzung von Stoffgemischen (z.B. Lösungen). Dabei wird die Stoffmenge auf das Gesamtvolumen bezogen. Aufgaben Übersicht: - Harnbildung zur Ausscheidung harnpflichtiger Substanzen Reinigung und Entiftung des Blutes - Wasser- und Salzshaushaltes (Elektrolythaushalt) - Regulation von Blutdruck Regulation Säuren-Basen-Gleichgewicht Blutreinigung: - Nieren reinigen das Blut entfernen durch Filterungsprozesse harnpflichtige und giftige Stoffe, die den Körper ansonsten vergiften würden - im Metabolismus von Eiweiß entstehen harnpflichtige Stoffe wie z.B. Ammoniak, Kreatinin, Harnstoff und Harnsäure - Abbau von Medikamenten kann zu giftigen Stoffen führen → Die Poren lassen lediglich kleinere Moleküle passieren, nicht jedoch Eiweiße oder gar Blutzellen. Eiweiße im Urin sind daher ein Anzeichen für eine Nierenerkrankung, zumindest wenn mehr als 0,2 Gramm davon pro Tag ausgeschieden werden. → Endprodukt des komplexen Vorgangs der Blutreinigung ist der Harn Was ist Harn? → Blutfiltrat, das Wasser und Elektrolyte sowie harnpflichtige Substanzen wie z.B. Harnstoff und Harnsäure, Ammoniak sowie von außen zugeführte Gifte (exogene Toxine) enthält und aus dem Körper transportiert. Wasser- und Elektrolythaushalt: (siehe AB Regulation des Wasser- und Salzhaushalts) → physiologisches System der Aufnahme und Abgabe von Wasser und damit eng zusammenhängende Regulierung der Konzentrationen von Elektrolyten, d.h. positiv und negativ geladenen, gelösten Teilchen - Der Wasser-Elektrolyt-Haushalt bestimmt die Flüssigkeitsverteilung im menschlichen Körper und ist eine unverzichtbare Grundlage aller Lebensvorgänge. Körperwasser und Kompartiment - Körper besteht aus 60% aus Wasser Intrazellulärraum: ca. 2/3 des Gesamtkörperwassers ● Extrazellulärraum: ca. 1/3 des Gesamtkörperwassers Intra- und Extrazellulärvolumen Die Verteilung des Gesamtkörperwassers in verschiedene Kompartimente über die Membranen wird durch den osmotischen Druck bestimmt. Dadurch, dass Wasser frei durch die Membranen diffundieren kann, wird der osmotische Druck von Intrazellulärraum und Extrazellulärraum trotz unterschiedlicher Zusammensetzung der Kompartimente ausgeglichen. Wenn in einem Kompartiment eine andere Osmolarität herrscht als in einem anderen, diffundiert Wasser durch die Zellmembranen und gleicht den osmotischen Druckunterschied aus. Dabei nimmt allerdings das Wasservolumen in diesem Kompartiment zu. Regulation des Wasser-Elektrolyt-Haushaltes: Wassermangel: durch Schwitzen: Verlust von Wasser → Hypothalasmus registriert hohe Osmoralität → Signal an Hypophyse ADH (antidiuretisches Hormon) auszuschütten → ADH wird im Blut zur Niere transportiert & die Wasserrückresorption steigt durch Öffnung von Aquaporinen im Sammelrohr → weniger Harn (Volumen), dafür konzentrierter. → Osmolarität im Blut sinkt, dies wird durch den Hypothalasmus registriert, ADH-Ausschüttung stoppt. ADH: wirkt als Effektorhormon des Hypothalasmus zur Regulation des Wasserhaushaltes Hypophyse: steuert verschiedene Körperfunktionen und spielt eine wichtige Rolle bei der Kontrolle des Hormonhaushalts Salz- und Wassermangel: Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS) → reguliert den Waser- & Elektrolythaushalt des Körpers, beeinflusst dadurch indirekt den Blutdruck Am Anfang des Regelkreises steht das hormonähnliche Enzym Renin. Dieses wird in der Niere gebildet. Renin spaltet das Prohormon Angiotensinogen in Angiotensin I. Angiotensinogen wird in der Leber synthetisiert. Angiotensin I wird wiederum durch das in den Lungen gebildete Angiotensin converting enzyme (ACE) in Angiotensin II umgewandelt. Angiotensin II wirkt auf verschiedene Zielstrukturen. Zudem bewirkt es eine Ausschüttung des Hormons Aldosteron. Durchfall: Verlust von Wasser & Salzionen → Blutdruck sinkt → Niere schüttet das Hormon Renin aus → Renin spaltet Angiotensinogen aus der Leber → daraus entsteht Angiotensin I→ wird durch ACE (aus Lunge) in Angiotensin II umgewandelt → Vasokonstriktion (Verengung) der Blutgefäße; → Durstgefühl - Aufnahme von Wasser; → Nebenniere setzt Aldosteron frei → Rückresorption von NaCl und H₂O steigt (Niere scheidet weniger Wasser & Salz aus) → fördert Freisetzung von ADH → hemmt Wasserausscheidung dadurch: Blutdruck steigt → Herz setzt das Hormon ANP frei, das NaCl Ausscheidung erhöht, osmotisch folgt Wasser, somit wird der Blutdruck wieder gesenkt; Reninausschüttung sinkt ebenfalls ANP: In der Niere bewirkt es innerhalb weniger Minuten im Verbindungsstück und im medullären Sammelrohr eine erhöhte Natrium- und Chloridausscheidung. Osmotisch folgt dem Kochsalz Wasser. Dadurch verliert der Körper Plasmavolumen und der Blutdruck sinkt. ANP kann daher als Aldosteronantagonist angesehen werden. Die Reninausschüttung aus dem juxtaglomerulären Apparat der Niere sinkt ebenfalls. Zudem hemmt ANP den epithelialen Natriumkanal und bewirkt somit ebenfalls eine Natriurese und Diurese. Im Hypothalamus wird durch ANP das Durstgefühl gehemmt. In der Hypophyse die ADH-Ausschüttung herabgesetzt. ACE-Hemmer hemmen das Enzym ACE → Blutdruck senkende Wirkung Blutdruck Die Nieren können über den Salz- und Wasserhaushalt auch den Blutdruck erhöhen oder senken. - Der Blutdruck hängt engt damit zusammen, wie groß die gesamte Blutmenge ist, die in den Blutgefäßen zirkuliert. Die Nieren sind dasjenige Organ des Körpers, dass die Flüssigkeitsmengen reguliert. Das wirkt sich natürlich auch auf das Blutvolumen aus. Elektrolyte Elektrolyte sind kleine geladene Teilchen (lonen bzw. dissoziierte Salze). Zu den wichtigsten Elektrolyten im Körper zählen: die positiv geladenen Kationen: Na+ Natrium): v.a. extrazellulär; K+ (Kalium): v.a. intrazellulär; Ca2+ (Calcium); Mg2+ (Magnesium) die negativ geladenen Anionen: Cl- (Chlorid); HCO3- (Bikarbonat); PO43- (Phosphat); weitere negativ geladene Teilchen, zu denen auch größere, z.B. Proteine gehören Elektrolyte liegen intrazellulär, interstitiell und intravasal in unterschiedlichen Konzentrationen vor: intrazellulär: v.a. K+- und Phosphat-lonen extrazellulär: v.a. Na+-, Cl-- sowie Bikarbonat-lonen. diese Elektrolytverhältnisse werden durch aktive lonenpumpen in den Zellmembranen aufrechterhalten. Da die Elektrolyte Teilchen sind, die elektrische Spannung leiten, ändert sich abhängig von den Elektrolyt-Konzentrationen auch die Spannung an den Zellmembranen. Die elektrische Spannung auf der Zellmembran steuert eine Vielzahl von Prozessen, die auf Zellebene ablaufen. Damit bestimmen Elektrolyte also nicht nur die Flüssigkeitsverteilung im Körper, sondern auch zelluläre Funktionen, z. B. die Depolarisation von Nervenzellen bei Weiterleitung eines Nervenreizes. Physiologie Aufnahme von Wasser und Elektrolyten: oral über Verdauungstrakt, der Flüssigkeit und lonen durch die Darmwand resorbiert. Ausscheidung: erfolgt über die Nieren (Diurese), über die Haut in Form der Transpiration (Schwitzen) und über die Atemluft. Das Verhältnis der verschiedenen Ausscheidungswege ist unter anderem von klimatischen Bedingungen abhängig. Das Verhältnis zwischen Wasseraufnahme und -ausscheidung erfasst man in der Flüssigkeitsbilanz. Die Menge der Elektrolytausscheidung bzw. -retention in der Niere muss stets dem Bedarf angepasst werden: Durch Urin, Stuhl, Perspiration, etc. gehen täglich Wasser und Elektrolyte verloren. Durch Trinken, Speisen, ggf. Infusionen und Oxidationswasser (bei Fieber, Hyperthyreose oder nach OP) kommen Wasser und Elektrolyte hinzu. Der Körper reguliert den Wasser-Elektrolyt-Haushalt primär über zwei Mechanismen: Ermittlung der Osmolalität (die Konzentration aller gelösten - und damit osmotisch wirksamen - Teilchen in einer Lösung) -> osmol/kg •Detektion von Volumenabweichungen Klinik In bestimmten Situationen (z. B. bei starkem Durchfall, Erbrechen, Schwitzen, Blutverlust) oder bei verschiedenen Erkrankungen (Niereninsuffizienz) kann die körpereigene Regulation durch die Nieren nicht ausreichend sein oder versagen. Es kommt dann zu Störungen des Wasser-Elektrolyt-Haushalts: • Hyperhydratation (übermäßigen Wassergehalt) | Dehydratation (zu wenig Wassergehalt) • Hypervolämie (erhöhtes Blutvolumen) | Hypovolämie (vermindertes Blutvolumen) • Hypernatriämie (erhöhte Natriumkonzentration über 145 m/mol) | Hyponatriämie (verminderte Natriumkonzentration von Natriumionen im Blut) • Hyperkaliämie (erhöhte Kaliumkonzentration Grenzwert bei 5,0-5,2 mmol/l) | Hypokaliämie (verminderte " unter 3,6 mmol/l) ●Hyperkalzämie (erhöte Kalziumkonzentration über 2,65 mmol/l) | Hypokalzämie (verminderte " unter 2,2 mmol/l) Diese Zustände können mitunter lebensgefährlich sein und müssen - je nach Schweregrad - umgehend medizinisch behandelt werden, z. B. durch Flüssigkeitszufuhr oder Infusionen elektrolythaltiger Lösungen. Isotone Veränderungen der Flüssigkeitspegel beschränken sich nur auf den Extrazellulärraum. Nimmt aber die Osmolalität zu (hypertone Auslenkung) wird Wasser aus den Zellen herausbewegt, sodass eine Zellschrumpfung die Folge ist. Umgekehrt kommt es zu einer Zellschwellung bei hypotoner Änderung. Natrium-Kalium-Pumpe (ATPase) – primär aktiver Transport → ein Enzym aus der Klasse der Transmembranproteine, das in der Zellmembran verankert ist → für den Transport von Kalium- und Natriumionen verantwortlich → fungiert als Antiporter → pro Zyklus werden 3 Natriumionen aus der Zelle, 2 Kaliumionen in die Zelle (lonentransport entgegen Konzentrationsgefälle) gepumpt → benötigt hierfür ATP (Adenosintriphosphat) bei jedem Transportvorgang nimmt die Ladung innerhalb der Zelle ab → Zellinneres negativer geladen → dadurch wird Spannung aufrechterhalten (Ruhepotential → wichtig für Nervenzellen - Reizweiterleitung) ohne Na-K-ATPase → Konzentrationsausgleich würde die Pumpe die lonen nicht wieder zurück transportieren, würde keine negative Spannung an der Membran herrschen → Zelle wäre nicht mehr in der Lage Erregungen weiterzuleiten Mechanismus: 1. Die Na+-K+-ATPase ist ins Zellinnere geöffnet. Drei Natrium lonen binden an für sie spezifische Bindungsstellen. 2. Ein ATP-Molekül bindet an seine Bindungsstelle am innenliegenden Teil des Proteins. ATP wird hydrolysiert (gespalten) in ADP (Adenosindiphosphat) und ein Phosphatrest. Nur das Phosphat bleibt an der Bindestelle gebunden. 3. Die freigesetzte Energie führt zu einer Konformationsänderung des Enzyms. Es schließt sich auf der Innenseite, während es sich nach außen hin öffnet. 4. Die drei Natrium lonen lösen sich aus dem Protein. Zwei von außen kommende Kaliumionen werden an spezifische Bindungsstellen im Enzym gebunden. 5. Der Phosphatrest wird abgespalten. Die Form des Proteins ändert sich und nimmt wieder seine Ursprungsform an. 6. Die Kaliumionen lösen sich aus der Bindestelle und gelangen ins Cytoplasma. Der Ausgangszustand ist wieder erreicht und ein neuer Pumpvorgang kann beginnen. Transportvorgänge Diffusion (passiv) erleichterte Diffusion mittels Carrier Erleichterte Diffusion durch Poren ohne äußere Einwirkung eintretender Ausgleich von Konzentrationsunterschieden in Flüssigkeiten → gleichmäßige Verteilung Teilchen im Raum Endocytose / Exocytose Wenn eine Substanz eine Membran durchwandert und dabei von einem Carrier von der einen auf die andere Seite transportiert wird Carrier → Permease/Protein, dass beim Andocken eines bestimmten Stoffes seine Konformation ändert und so den Stoff durch die Membran schleust Moleküle können die Membran, an speziellen Poren (durch Proteine gebildet) durchqueren - dabei werden schwache Bindungen ausgebildet und wieder gelöst, sodass die Moleküle durch den Kanal durchgeschleust werden Verwendet eine Energiequelle (ATP), um Moleküle über eine Membran gegen ihren Gradienten zu bewegen Primärer aktiver Transport (Natrium-Kalium-Pumpe) Sekundärer aktiver Transport eine Teilchensorte deren Konzentrationsgradient vorher unter Energieverbrauch aufgebaut wurde (Na+) strömt Symport (Na-K-Cl-Symporter) passiv mithilfe eines Carriers durch die Membran und schleppt dabei eine zweite Teilchensorte (Glukose) entgegen deren Konzentrationsgradient in der gleichen Richtung mit sich. Sekundärer aktiver Transport Eine Teilchensorte deren Konzentrationsgradient vorher unter Energieverbrauch aufgebaut (z.B. Na+) strömt Antiport passiv mithilfe eines Carriers durch die Membran und schleppt dabei eine zweite Teilchensorte (z.B. Ca2+) entgegen deren Konzentrationsgradient in der entgegengesetzten Richtung durch den Carrier. Durch Verlagerung ganzer Membranbereiche stülpt sich entweder ein Vesikel ins Innere einer Zelle ein und transportiert dadurch seinen Inhalt ins Zellinnere - Endocytose. Oder verschmilzt mit der Membran und gibt dadurch seinen Inhalt an die Umgebung ab - Exocytose. Die Bewegung der riesige benötigt ATP Energie Aufgabe Schleifendiuretika: → Gruppe harntreibender Medikamente (Diuretika) → wirken am aufsteigenden Ast der Henle-Schleife → Therapie von Ödemen → hemmen den Na-K-Cl-Symporter in Nierenkanälchen Ödeme: Ansammlung von Wasser unter der Haut (z.B. Hungerödem ausgelöst durch Eiweißmangel (Unterernährung)) Na-K-Cl-Symporter: Transportprotein → Rückresorption von Na+, Cl- & K* aus dem Urin in die Tubuluszellen - nachfolgend Wasserrückresorption im absteigenden Ast & Sammelrohr Natrium-Kalium-Pumpe: Aktiver Austausch von Na* und K* → Natrium wird ins Blut & Kalium in die Tubuluszelle transportiert → Kalium kann die Zelle in beide Richtungen wieder verlassen → Natrium Konzentration in der Zelle sinkt → Na-K-ATPase treibt Na-K-Cl-Symporter an → Rückresorption von Natrium (& Wasser) Hemmung des Na-K-Cl-Symporters: Schleifendiuretika hemmen den Symporter, somit keine Rückresorption von Natrium, Kalium und Wasser mehr → diuretische Wirkung: vermehrter Verlust von Nat & K* und Wasser (Diurese) → blutdrucksenkende Wirkung: verringertes Blutvolumen verringerter Blutdruck Glomeruläre Filtrationsrate - Kreatinin-Clearance → ist die Menge an Flüssigkeit die in den Glomeruli der Nieren pro Zeiteinheit filtriert wird wird in ml/min angegeben wichtiges Parameter zur Beurteilung/ Überprüfung der Nierenfunktion wird im klinischen Alltag per Näherungsformel aus der Plasmakreatininkonzentration berechnet Ursache für eine erniedrigte GFR ist meist eine Niereninsuffizienz, aber auch im Alter sinkt die GFR auf bis zu 50% des Ursprungswertes → bei einem gesunden Menschen: GFR= ca. 120 ml/min (sollte mindestens 90 ml/min betragen) bei Passage der Körperflüssigkeit durch Nephronsystem erfolgt eine Reinigung von bestimmten Stoffen → Entfernung dieser aus der Körperflüssigkeit und Ausscheidung im Harn Clearance: Maß für Entgiftungsleistung der Nieren → Plasmavolumen pro Zeiteinheit, das von einem bestimmten Stoff geklärt wurde Kreatinin-Clearance: → gebräuchlichste klinische Clearance-Verfahren zur Beurteilung der Nierenfunktion (diagnostisches Werkzeug zur Erfassung einer Niereninsuffizienz) Kreatinin: entsteht als Stoffwechselprodukt des Kreatins. Das in der Leber, der Bauchspeicheldrüse und den Nieren gebildete Kreatin versorgt das Muskelgewebe mit Energie. Als für den Organismus nicht notwendiger Stoff wird das Kreatinin durch die Nieren