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NIERENPHYSIOLOGIE, HOMÖOSTASE
DER EXTRAZELLULÄREN FLÜSSIGKEITSRÄUME (3)
Dr. Attila Nagy2019
Renale Behandlung organischer Substanzen
Monosaccharide wie Glukose und Galaktose werden durch Na+
gekoppelten Symport resorbiert. Die Monosaccharide verlassen die
Zelle über einen Uniporter (Glut2). Der luminale Glukostransport ist
durch Glut 2 (geringere Affinität) und Glut 1 (hochaffiner Transporter)
bewerkstelligt.
Nierenschwelle für Glukose
Die maximale Transportrate der Niere wird bei der Plasmakoncentra-
tion 10 mmol/l erreicht (Nierenschwelle). Die Nierenschwelle ist
von der Filtrationsrate unabhängig.
Diabetes mellitus - Überlaufglukosurie.
Auch eine Abnahme der maximalen tubulären Transportrate kann
zur Glukosurie führen (renale Glukosurie).
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Aminosäure
Die meisten filtrierten Aminosäuren werden durch parallel
arbeitende Aminosäuretransporter vollständig resorbiert.
Die Aminosäuretransportsysteme sind sättigbar
(Nierenschwelle).
Aminoazidurie
Weitere Zucker
Galaktose wird durch den Glut1 sekundär aktiv resorbiert.
Fruktose durch einen passiven Uniporter (Glut5).
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Na+-gekoppelter Transportprozesse (Glukose-Typ
Resorption ); Symportersysteme
Glukose
Galaktose
Aminosäuren
Organische Säuren
Vitamin C
Phosphat
Sulphat
HCO3
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Phosphate Resorption
Peptide und Proteine
1. Di- und Tripeptide können im proximalen Tubulus durch Peptid-
H+-Symporter (Pept1 und Pept2) resorbiert werden
2. Peptidase können Peptide und Proteine spalten. Die
dabei gebildete Aminosäuren werden resorbiert.
3. Grössere Peptide und Proteine werden durch Endozytose in die
proximalen Tubuluszellen aufgenommen. Lysosomale Enzyme
abbauen die Proteine.
Diese Mechanismen verhindern eine nennenswerte Ausscheidung
von Proteinen (<30 mg Albumin/Tag). Ursache von Proteinuriekann entweder der Defekt des glomeruläres Filters oder ein tubulärer
Defekt sein, der die Resorption der filtrierten Proteine beeinträchtigt.
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Sekretion im proximalen Tubulus
-Organische Säuren und Basen
-Para-amino-hippursäure
-Über einen Anionaustauscher werden Formiat und
Oxalat im Austausch gegen Cl- Sezerniert. Auf diese Weise
können erhebliche Mengen von Cl- resorbiert werden.
-Proton-Kalium im dritten Segment-Harnsäure im dritten Segment
PAH Sekretion
excreted
secreted
filtratedsaturation
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Organische Basen
Eine Reihe von Transportprozessen im proximalen Tubulus
sezernieren und resorbieren organische Kationen, wie Cholin,
Azetylcholin, Adrenalin, Dopamin, Histamin, Serotonin.
Im allgemein überwiegt die Sekretion, so werden die
Kationen ausgeschieden.
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Die Ausscheidung von Pharmaka, Giften, und weiteren Fremdstoffen
Diese Substanzen werden in der Leber an Glukuronat,
Glutathion, Sulphat oder Azetat gekoppelt und können
somit durch die Transportprozesse für organische Säuren
transportiert werden.
Harnsäure
Harnsäure ist ein Endprodukt des Purinstoffwechsels die durch
die Niere ausgeschieden werden muss. Beim Menschen wird
in proximalen Tubulus normalerweise die ganze filtrierte Menge
von Harnsäure resorbiert.
Gegen Ende des proximalen Tubulus wird Harnsäure auch
sezerniert. Letzlich werden etwa 10% ausgeschieden.
Die Harnsäurekristalle erzeugen eine schmerzhafte Entzündung,
die letzlich zur Zerstörung der Gelenke führen (Gicht).
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Die Henle-Schleife
1. Der absteigende dicke Teil der Henle-Schleife
(Proximaler Tubulus)
2. Der dünne Teil (kein aktive Transport, passive
Elektrolyttransport)
3. Dicker aufsteigender Teil der Henle-Schleife
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Dünner absteigender Teil
1. Geringe Permeabilität für gelöste Substanzen
2. Grosse Wasserpermeabilität
3. Kein aktiver Transport
Die Osmolarität steigt bis 1200 mosm/kg in den juxtamedullären
Nephronen und bis 600 mosm/kg in den kortikalen Nephronen.
Diese Erhöhungen kann man wegen der Wasseresorption
beobachten.
Die dominierenden Stoffe im Tubuluslumen sind Na+ und Cl-
Harnstoff ist der dominierende Stoff im peritubulären Raum.
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Dünner aufsteigender Teil
1. Keine Wasserpermeabilität
2. Grosse Na+ und Cl-Permeabilität
3. Geringe Harnstoffpermeabilität
Na+ und Cl- diffundieren in den peritubulären Raum und
Harnstoff diffundiert in den Tubulus.
Die Osmolarität sinkt aber das Volumen bleibt
unverändert.
Na+ wird in diesem Segment durch den Na+, K+, 2Cl–
Symport in die Zelle transportiert.
K+ rezirkuliert in das Lumen. Cl- verlässt die Zelle über
Cl- Kanälen der basolateralen Zellmembran. Na+ wird im
Austausch gegen K durch die Na+/K+-ATPase der
basolateralen Zellmembran aus der Zelle gepumpt.
Das in das Lumen zurückkehrende K+ und das die Zelle
basolateral verlassende Cl- erzeugen ein Lumen-positives
transepitheliales Potential, das Kationen (Na, Ca, Mg) durch
die Tight junctions aus dem Lumen treibt.
Dicker aufsteigender Teil der Henle-Schleife
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NH4+-Transport in der Henle Schleife.
Der Na+, K+, 2Cl– Symport kann statt K+ auch NH4+
resorbieren. Dies führt zur Akkumulierung von NH4+
in Nierenmark. Da das Sammelrohr für NH3/NH4+
durchlässig ist, gewährleisten die hohen NH4+-
Konzentrationen eine effiziente Ausscheidung von
NH4+ in den Urin.
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Renale Behandlung von Harnstoff
Das proximale Tubulusepithel ist für Harnstoff gut passierbar.
Mehr als Hälfte der filtrierten Harnstoffs ist proximal-tubulär resorbiert.
Im Nierenmark diffundiert Harnstoff aus dem Sammelrohr in das
Nierenmark und von dort in die Henle-Schleife (Rezirkulation
von Harnstoff)
Harnstoffzyklus
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Das distale Nephron
Im distalen Tubulus und Sammelrohr geschieht die
entgültige Feinstellung der Urinzusammensetzung.
Es kann gegen hohe Gradienten transportieren, verfügt
über eine geringe Transportkapazität.
Es besteht aus unterschiedlichen Segmenten und Zellen.
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Distale Tubuluszelle
Die meisten Zellen resorbieren Na+ durch einen NaCl-
Symport. Cl– verlässt die Zelle über KCl-Symport in der
basolateralen Zellmembran.
Na+ wird durch Na+/K+ -ATPase aus der Zelle transportiert.
K+ verlässt die Zelle durch K+ Kanale.
Die Zellen können Ca2+ auch resorbieren. Luminale Ca2+
Kanale und basolterale Na+/Ca2+ Austauscher.
Transport in der distalen Tubuluszelle
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Hauptzellen
Im späten distalen Tubulus und Sammelrohr findet man
vorwiegend Hauptzellen, die durch Na+ und K+-Kanäle
in der luminalen Zellmembran charakterisiert sind.
Die Zelle resorbiert Na+ im Austausch gegen K+
Na+ wird durch Na+/K+ -ATPase in der basolateralen
Zellmembran aus der Zelle transportiert.
Gesteigerte Na+-Resorption
Gesteigerte K+-Sekretion und K+-Ausscheidung.
Hauptzelle
Schaltzelle Typ A
Schaltzelle Typ B
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Natriumhaushalt
Na+ Aufnahme
100- 600 mmol/Tag
Keine physiologische Kontrolle
Na+ Ausscheidung
Schwitzen
Stuhl
Harn (100-400 mmol/Tag).
Regulation des Na-Haushalts
Kontrolle der Ausscheidung
In allen Nephronsegmenten sind Na+ resorbiert.
Etwa 60-70% des filtrierten Na+ wird im
proximalen Tubulus Resorbiert.
Weitere 20-30% in der Henle-Schleife.
In distalem Tubulus und Sammlerohr etwa 8-9%.
Normalerweise maximum 1% des filtrierten Na+
wird ausgeschieden.
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Regulation der Na+-Ausscheidung
Effektor Mechanismen
(1./ Glomerulotubuläre Balance)
2./ Renin-Angiotensin-Aldosteron System
3./ “third factor”
Glomerulotubuläre Balance
Eine Zunahme der GFR ist in aller Regel mit einer
Proportional Zunahme der proximal-tubulären Resorption
verbunden. Na-Resorption und Transportraten (Glukose,
Aminosäure) steigen mit der GFR an, so daß die zusätzlich
filtrierten Mengen an Wasser und Substanzen am Ende des
proximalen Tubulus weitgehend wieder resorbiert sind.
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JUXTAGLOMERULÄRER APPARAT (JGA)
endfeet of podocytes
capillary
mesangial cell
podocyte
mesangial cell
Reninsekretion wird gefördert:
1. Abnahme des renalen Blutflusses
2. Abnahme der Salzkoncentration im
Macula densa Epithel
3. Sympathicus (ß1 Rezeptor)
4. Hypovolemie
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Reninsekretion wird gehemmt:
1. Prostaglandine ( PGE2, PGD2, PGI2)
2. Atriopeptin (ANF)
Kontrolle der Reninsekretion
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Angiotensin II Produktion
Angiotensinogen (alfa2-globulin, Leber),
Angiotensin I 10 Aminosäure (ACE, Angiotensin-Konvertase)
Angiotensin II Aktive Form! 8 Aminosäure
Angiotensin III
Wirkungen von Angiotensin II
1/ Blutdruckregulation
Vasokonstriktion
2/ Fördert die Aldosteronsekretion
3/ Stimuliert Durst und Salzappetit
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Kontrolle der Aldosteronsekretion
Atriopeptin (ANF)
Rechter Vorhof
28 (21 - 73) Aminosäure (2800-13.000 Dalton).
Prekursor ist pro-ANF (atriopeptinogen) 126 Aminosäure.
Sekretion ist gefördert:Hypervolemie
ADH
Adrenalin
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Wirkungen von ANF
1. Vasodilatation,
2. GFR wird erhöht (Dilatation der
(Afferente arteriole)
3. Hemmt die Reninsekretion
4. Hemmt die Aldosteronesekretion,
5. Hemmt die ADH-Produktion
6. Natriurese und Wasserdiurese
Mechanismen der Na-Resorption im ganzen Nephron
Na/H AntiporterNa/S SymporterParazellulärer Transport
Na/K/2Cl SymporterParazellulärer Transport
Na/Cl SymporterNa Kanäle
Proximaler Tubulus(Acetazolamid hemmt)
Henle-Schleife(Furosemid hemmt)
Distales Nephron(Thyazid hemmt)
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Schaltzellen
Schaltzellen sezernieren entweder H+ (Typ A) oder
HCO3- (Typ B). In den Schaltzellen Typ A wird die
H+ Sekretion durch eine H+-ATPase oder bei K+-Mangel
H+/K+ ATPase bewerkstelligt.
Das in den Schaltzellen Typ B gebildete HCO3- verlässt
die Zelle über einen Cl-/HCO3- Austauscher. Das
akkumulierte Cl- verläßt die Zelle über basolaterale
Cl- Kanäle.
Cl- kann das Lumen auch parazellulär Verlassen.
Hauptzelle
Schaltzelle Typ A
Schaltzelle Typ B