(Microsoft PowerPoint - Niere22016 [Kompatibilit\341si m\363d])

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NIERENPHYSIOLOGIE, HOMÖOSTASE
DER EXTRAZELLULÄREN FLÜSSIGKEITSRÄUME (2)
Dr. Attila Nagy
2016
Das Tubulussystem (Lernziele:
56, 57, 58)
Das Tubulussystem besteht aus
mehreren, morphologisch und
funktionell unterschiedlichen
Abschnitten.
1. Proximaler Tubulus
2. Henle Schleife
3. Distaler Tubulus
4. Verbindungsstück
5. Sammelrohr
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Transepithelialer Transport
Eigenschaften der epithelialen Zellen
Epitheliale Zellen
sind polarisiert
2
Schlussleiste (tight junctions)
1. Halten Zellen zusammen
2. Barrier Funktion
Wasserpermeables Epithel:
im proximalen Tubulus
Isoosmotische Resorption
Wasserinpermeables Epithel:
Im distalen Nephron
Hyperosmotische Resorption
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Transepithelialer Transport: 2 Membrane – 3 Kompartment Model
Transepithelial Transport kann man in
der Niere, im Magen-Darm-Trakt, in den
exokrinen Drüsen und im Plexus
Choroideus finden
„Solvent drag” Mechanism
Schmidt/Thews: Physiologie des Menschen 27. Auflage 1997
Transepithelialer Transport von der funktionellen Aussenseit ins
Interstitium wird als Resorption und in umgekehrten Richtung als
Sekretion bezeichnet.
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Der transzelluläre Weg führt durch die apikale und basolaterale
Membran der Epithelzelle. Der parazelluläre Weg führt durch
die Schlussleiste und die gesamte Länge der Interzellulärspalts.
Man kann aktive und passive Transportmechanismen
unterscheiden.
Alle Formen des aktiven Transports können gegen äußere
Gradienten “bergauf“ erfolgen. Passiver Transport geschieht
stets in Richtung des äußeren Gradienten, also “bergab“.
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Passiver Transport - Diffusion
Erleichterte Diffusion
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Primär-aktiver Transport (Ionenpumpen)
Primär-aktiver Transport erfolgt definitionsgemäss unter
unmittelbarem Verbrauch von ATP.
Sekundär-aktiver Transport ist ein Carrier-vermittelter
Symport oder Antiport, dessen triebende Kraft ein Ionengradient
ist. Dieser Gradient wird durch primär aktiven Transport
aufrechterhalten.
Tertiär-aktiver Transport wird durch sekundär aktiven
Transport angetrieben.
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Tubuläre Transportprozesse
Normaleweise werden annährend 99% des filtrierten Wassers und über
90% der im Filtrat gelösten Substanzen durch die Nierentubuli wieder
resorbiert. Darüberhinaus werden einige Substanzen sezerniert.
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Meßgrößen der Nierenfunktion
Clearance
Das Plasmavolumen das von einem gewissen Substanz
(Inulin, Kreatinin usw. ) “geklärt“ wird.
C= U x V / P
wo U die Konzetration der Substanz im Urin, V die Urinstromstarke und P die Konzentration der Substanz im Plasma.
Der Clearancewert von verschiedenen Stoffen sind zwischen
0 und 600 ml/min.
Bei Substanzen die frei filtrierbar sind und werden weder
secerniert noch resorbiert ist der Clearancewert entspricht
somit der GFR.
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Die renale Clerance des Inulins und Kreatinins entspricht der
GFR.
Bei Substanzen, die frei filtriert und teilweise resorbiert sind ist
die renale Clearance kleiner als die GFR. Bei Substanzen, die
frei filtriert und teilweise secerniert sind ist die renale
Clearance größer als die GFR.
C=0 Die Substanz ist nicht im Harn (Proteine, Glukose).
Entweder die Substaz ist nicht filtriert oder die ganze
filtrierte Menge wird resorbiert.
Fraktionelle Ausscheidung (Clearance/GFR)
Das Verhältniss der Clearance einer Substanz zur GFR
wird fraktionelle Ausscheidung genannt.
Ein Beispiel:
Bei einem Patienten ist die Harnstoffkonzetration des Plasma
5mmol/l und die Harnstoffkonzentration des Urins ist 80
mmol/l. Die Urinstromstärke ist 3 ml/min. Der Clearance ist
deswegen 48 ml/min. Die GFR ist 100 ml/min. Die fraktionelle
Ausscheidung des Harnstoffes ist 0,48. Das heißt, daß der
Patient scheidet etwa die Hälfte des filtrierten Harnstoff aus.
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Paraaminohippursäureclearance (PAH)
PAH ist frei filtriert und secerniert mit hoher Affinität. Die
gesamte, die Niere passierende Substanz wird ausgeschieden.
Es geht solange das Transportsystem nicht gesättigt ist.
Für die vollständig sezernierten Substanzen ist die renale
Clearance somit identisch mit dem renaler Plasmafluß (RPF).
Übersteigt die im renalen Plasma antrasportierte Substanz die
Maximale Sekretionsrate, dann ist die renale Clearance
geringer als RPF. PAH Clearance ist etwa 600 ml/min und so
der RPF ist ungefähr 600 ml/min.
Aus dem RPF und dem Hämatokrit kann der renale Blutfluß
(RBF) errechnet werden.
RBF= RPF/ (1-Hämatokrit)
RBF der Niere ist etwa 1200ml/min. Die Nieren sind die
bestdurchbluteten Organe des Körpers.
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Osmotische Clearance
Die Clearance der Gesamtheit an osmotisch aktiven
Substanzen ist osmotische Clearance.
Cosm=Vu x Uosm/ Posm
Freie Wasser-Clearance
Zieht man vom Urinvolumen die osmotische Clearance ab,
dann erhält man die freie Wasser-Clearance.
CH2O= Vu (1-Uosm/Posm)
Bei einem hypoosmolen Urin erzielt die freie WasserClearance einen positiven Wert.
Bei einem hyperosmolaren Urin ist eine negative freie
Wasser-Clearance
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Transportprozesse in dem proximalen Tubulus
(Grosse Transportkapazität - keine hohen Gradienten)
Im proximalen Tubulus werden 70 % des filtrierten
Wasser und Kochsalzes, 95% des filtrietren
Bikarbonates und annähernd 100% der
filtrierten Glukose und Aminosäuren resorbiert.
Darüberhinaus sezerniert der proximale Tubulus einige
Säuren und Basen.
Histologie
Im proximalen Tubulus die luminale Membran enthält
kurze Ausstülpungen (Mikrovilli der Bürstensaumembran)
die basolaterale Membran tiefe Entfaltungen.
Grosse Anzahl von Mitochondrien
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Treibende Kraft: Elektrochemische Gradient
aus dem Extrazellulärraum in die Zelle . Es wird durch die
Na+/K+ - ATPase der basolateralen Zellmembran aufrecht
erhalten, die Na+ im Austausch gegen K+ aus der Zelle
pumpt.
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Bikarbonatresorption
H+ - ionen werden im Austausch gegen Na+ aus der
Zelle transportiert (Na+/H+-Antiporter). H+ - ionen werden
im Tubuluslumen mit filtrierten HCO3 zu CO2 und H2O
verwandelt. Diese Reaktion wird durch
Karboanhydrase (Typ IV) beschleunigt.
Das gebildete CO2 diffundiert in der Zelle und wird in H+
und HCO3- umgewandelt.
HCO3- verlässt die Zelle durch Na+/ HCO3- Symport.
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Cl--Resorption
Im Tubuluslumen Formiat reagiert mit H+
Die gebildete Ameisensäure diffundiert in die Zelle und dissoziiert.
Wegen Formiat kann Cl- resorbiert werden.
ATPase
ATPase
ATPase
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Na+-gekoppelter Transportprozesse
(Symportersysteme)
Glukose
Galaktose
Aminosäuren
Organische Säuren
Vitamin C
Phosphat
Sulphat
HCO3
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Die Na+ gekoppelten Transportprozesse entziehen aus
dem Lumen das positiv geladane Na+ und erzeugen somit
zu Beginn des Proximalen Tubulus ein Lumen-negatives
Potential. In den zweiten Hälfte des proximalen Tubulus
sind die meisten Substrate resorbiert und das
Potential wird Lumen-positiv.
Cl- getriebene Na+-Resorption
Die luminale Konzentration von Substanzen (zB. Cl- ) die
nicht resorbiert werden steigt an. Dieser Anstieg fördert die
Diffusion von Cl- aus dem Tubuluslumen. Diese Diffusion
hinterlässt ein lumen-positives Potential. Dieses Potential
treibt Na+, K+ und Ca2+ durch die Tight junctions aus dem
Lumen. Mehr als die Hälfte der proximal tubulären
Resorption von Na+ ist passiv, getrieben durch Solvent
drag-Mechamism und elektrisches Potential.
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Renale Behandlung organischer Substanzen
Glukose.
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 Plasmakoncentration 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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Weitere Zucker
Galaktose wird durch den Glut1 sekundär aktiv resorbiert.
Fruktose durch einen passiven Uniporter (Glut5).
Aminosäure
Die meisten filtrierten Aminosäuren werden durch parallel
arbeitende Aminosäuretransporter vollständig resorbiert.
Die Aminosäuretransportsysteme sind sättigbar
(Nierenschwelle).
Aminoazidurie
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Na+-gekoppelter Transportprozesse (Glukose-Typ
Resorption ); Symportersysteme
Glukose
Galaktose
Aminosäuren
Organische Säuren
Vitamin C
Phosphat
Sulphat
HCO
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Phosphate Resorption
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Peptide und Proteine
1. Di- und Tripeptide können im proximalen Tubulus durch PeptidH+-Symporter (Pept1 und Pept2) resorbiert werden
2. Peptidase können Peptide und Proteine spalten können. 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 Proteinurie
kann 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
Die in der Zelle akkumulierten Säuren verlassen die Zelle
über Anionaustauscher oder Uniporter in der luminalen
Zellmembran.
Auf diese Weise wird Para-amino-hippursäure sezerniert.
Harnsäure kann über Anionentransporter sowohl sezerniert
als auch resorbiert werden.
Über einen Anionaustauscher werden Formiat und
Oxalat im Austausch gegen Cl- Sezerniert.
Auf diese Weise können erhebliche Mengen von
Cl- resorbiert werden.
PAH Sekretion
excreted
secreted
saturation
filtrated
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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.
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.
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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)
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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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