Fragenkatalog Vorbesprechung Vegetative Physiologie Niere.doc

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Mnchen den 29. April 2009 Fragenkatalog zur Vorbereitung auf das Praktikum Niere

1.1 Wie ist die Niere makroskopisch bzw. mikroskopisch aufgebaut? Beschreiben Sie, welche Strukturen fr die glomerulre Filtration relevant sind. Welche morphologischen Strukturen sind fr die verschiedenen Tubusabschnitte charakteristisch?...................... 1

1.2 Wie ndert sich die Nierendurchblutung (RBF) bzw. die glomerulre Filtrationsrate (GFR), wenn der Blutdruck (Perfusionsdruck) steigt? Welche zellulren Mechanismen (Gefmuskulatur) fhren zu diesem Verhalten? ................................................................. 3

1.3 Welche Parameter bestimmen die Gre der glomerulren Filtrationsrate? .................... 3

1.4 Welche Bedingungen muss eine Substanz erfllen, damit sie als Filtrationsmarker verwendet werden kann und wie errechnet sich die pro Zeiteinheit filtrierte Menge einer frei filtrierbaren Substanz?...................................................................................................... 3

1.5 Was bedeuten die Begriffe Filtrationsfraktion, fraktionelle Exkretion, Clearance? .......... 4 Filtrationsfraktion (FF):................................................................................................................ 4 Fraktionelle Exkretion: ................................................................................................................ 4 Clearance:................................................................................................................................... 4

1.6 Was versteht man unter einem leeren bzw. unter einem dichten Epithel? Durch welche zellulren Strukturen sind diese Funktionunterschiede bedingt? ......................... 5

1.7 Welche wesentlichen Transportfunktionen erfllen der proximale Tubulus, der absteigende Schenkel der Henleschen Schleife, der aufsteigende Schenkel der Henleschen Schleife, das distale Konvolut und das Sammelrohr? ................................... 5 proximaler Tubulus: .................................................................................................................... 5 absteigender Schenkel der Henleschen Schleife: ..................................................................... 5 aufsteigender Schenkel der Henleschen Schleife: .................................................................... 5 distale Konvolut: ......................................................................................................................... 5 Sammelrohr: ............................................................................................................................... 5

1.8 Wo wird das antidiuretische Hormon gebildet, wo wird es gespeichert? Welche Wirkungen hat es in der Niere?............................................................................................... 6

1.9 Welche Wirkungen hat Aldosteron in der Niere?.................................................................. 7

1.10 Wie wirkt sich eine erhhte Plasma-HCO3 Konzentration auf die filtrierte HCO3

- -Menge aus und wie beeinflusst der Partialdruck von CO2 die H

+ -Sekretion/ HCO3- -Resorption

in der Niere?.............................................................................................................................. 8 1.1 Wie ist die Niere makroskopisch bzw. mikroskopisch aufgebaut? Beschreiben

Sie, welche Strukturen fr die glomerulre Filtration relevant sind. Welche morphologischen Strukturen sind fr die verschiedenen Tubusabschnitte charakteristisch?

Makroskopischer Aufbau: Die Nieren liegender Menschen retroperitoneal beidseits der Wirbelsule, unterhalb des Zwerchfells in der Fossa lumbalis, etwa in Hhe des 12. Brustwirbels bis 3.Lendenwirbels (die rechte Niere etwa eine halbe Wirbelhhe



tiefer). Am Nierenhilus verzweigen sich von ventral nach dorsal Vena renalis, der Arteria renalis und der Ureter sowie einige Lymphgefe und Nerven. Jede Niere wird von der, direkt aus der Aorta entspringenden, Arteria renalis mit Blut versorgt. Der vordere Hauptstamm entlsst vor dem Hilus vier Segmentarterien, der hintere nur eine (die nur ein Segment versorgt). Die Vena renalis fr das Blut unmittelbar in die Vena cava inferior. Der von der Niere ins Nierenbecken abgegebene Urin wird jeweils durch den Harnleiter (Ureter) zur Harnblase transportiert. An den paarig angelegten, retroperitoneal gelegenen Nieren lassen sich Mark und Rinde unterscheiden. Die Funktionseinheit der Niere ist das Nephron, welches aus einem Glomerulus mit Bowman-Kapsel und dem Tubulussystem besteht. Die Glomeroli in der Nierenrinde, das Tubulussystem durchzieht das Nierenmark. Man unterteilt das Tubulussystem in drei Abschnitte:

proximaler Tubulus (proximales Konvolut und gerader Teil des proximalen Tubulus)

Henle-Schleife (absteigender Schenkel, berleitungsstck sowie dnner und dicker aufsteigender Schenkel)

distaler Tubulus (distales Konvolut)

Der Glomerulus besteht aus einem Kapillarnetz, das sich in den bindegewebsartigen Ursprung des Tubulussystems einstlpt. (aus der eingestlpten Wand des Tubulussystems entsteht die Bowman-Kapsel, die den Glomerulus umhllt) Zur Versorgung der Kapillarschlingen entspringt aus der A.interlobularis das Vas afferens (afferente Arteriole). Nach der Verzweigung im Glomerulus sammeln sich die Arteriolen wieder als Vas efferens, verlassen den Glomerulus und bilden als peritubulre Kapillaren, die das Tubuli begleitet und spter die Vasa recta bilden. Das Hauptstck (Tubulus proximalis) verluft zunchst geschlngelt (Tubulus contortus proximalis) und dann gerade (Tubulus rectus proximalis) in das Nierenmark.

Hier werden die im Primrharn enthaltenen wertvollen Verbindungen (z. B. Glucose, Aminosuren, Elektrolyte) zurckgewonnen. Auerdem werden hier einige Schadstoffe aktiv abgegeben.

Das berleitungsstck (Tubulus attenuatus) zieht zunchst weiter in Richtung Nierenmark und biegt dann wieder in Richtung Rinde um. Hier wird dem Harn vor allem Wasser entzogen.

Das Mittelstck (Tubulus distalis) beginnt noch im Nierenmark und zieht zunchst als gerades Rhrchen (Tubulus rectus distalis) in die Nierenrinde. Hier schliet sich wiederum ein gewundener Abschnitt (Tubulus contortus distalis) an, der in ein Sammelrohr mndet.

Im distalen Tubulus wird dem Harn NaCl entzogen und ins Nierenmark abgegeben, wo das NaCl ber die Kapillaren wieder in den Blutkreislauf gelangt. Hier findet ein aktiver Transport ber Ionenkanle statt: Na+ wird aktiv heraustransportiert, Cl- wandert passiv nach.



1.2 Wie ndert sich die Nierendurchblutung (RBF) bzw. die glomerulre Filtrationsrate (GFR), wenn der Blutdruck (Perfusionsdruck) steigt? Welche zellulren Mechanismen (Gefmuskulatur) fhren zu diesem Verhalten?

Wenn der Perfusionsdruck der Niere steigt passiert folgendes:

Wenn der Perfusionsdruck steigt, ist der ADH-Plasmaspiegel niedrig und das Sammelrohr kaum wasserdurchlssig, so dass auch wenig Aquaporine in der apikalen Zellmembran der Sammelrohre vorhanden sind und sich viel Sekundrharn bildet. Durch die aufsteigende Henle-Schleife sowie durch zustzliche Resorption von gelsten Teilen im Sammelroh wird verdnnter Harn ausgeschieden. (bis zu einem Minimum von 30-50 mosm/l). Die GFR kann mit Hilfe der Inulin-Clearance bestimmt werden.Inulin kommt im Krper natrlicherweise nicht vor (Molekulargewicht 5000 Dalton) und erfllt die Bestimmungen eines Indikatorstoffes: Inulin passiert gut den Glomerulusfilter, wird nicht tubulr sezerniert oder rckresorbiert, nicht in der Niere verstoffwechselt und ist im Blut nicht an Proteine gebunden. Clearance fr Inulin = GFR GFR = CInulin = UInulin x V / PInulin CInulin = Inulin-Clearance (ml/min) UInulin = Urinkonzentration von Inulin (mg/100ml) V = Harnvolumen pro Zeiteinheit (ml/min) PInulin = Plasmakonzentration von Inulin (mg/100ml) Normalclearance: Frauen 120 ml/min, Mnner 125 ml/min. Pro 24 h werden ungefhr 180 l filtriert.

Die Gefmuskulatur am Vas afferens des Glomeruli erschlafft, so dass der Glomerulus besser durchblutet werden kann. -> Filtrationsrate steigt, mehr Primrharn wird produziert, weniger Rckresorption -> Sekundrharn-Ausscheidung steigt an.

1.3 Welche Parameter bestimmen die Gre der glomerulren Filtrationsrate? Die glomerulre Filtrationsrate (GFR) ist abhngig von

o dem hydrostatischen Druck (PKapi, PBowm) o dem kolloidosmotischem Druck des Blutplasmas (Kapi) o Filtrationsflche (F) o hydraulischer Leitfhigkeit (Lp) der Barriere aus Endothelzellen,

Basalmembran und Podozyten.

1.4 Welche Bedingungen muss eine Substanz erfllen, damit sie als Filtrationsmarker verwendet werden kann und wie errechnet sich die pro Zeiteinheit filtrierte Menge einer frei filtrierbaren Substanz?



Die Substanz:

muss gut den Glomerulusfilter passieren knnen wird nicht tubulr sezerniert oder rckresorbiert wird nicht in der Niere verstoffwechselt ist im Blut nicht an Proteine gebunden ist physiologisch inert1 nicht toxisch

1.5 Was bedeuten die Begriffe Filtrationsfraktion, fraktionelle Exkretion,

Clearance? Filtrationsfraktion (FF): Verhltnis von glomerulrer Filtrationsrate (GFR) zum renalen Plasmafluss (RPF). Sie gibt an, welcher Anteil vom renalen Plasmafluss filtriert wird. Normalwert der FF ist 0,2 (d.h. 20% des die Niere bei einer Passage passierenden Blutplasmas werden filtriert). Berechnung der Filtrationsfraktion: FF = GFR / RPF2 = CInulin / CPAH Eine andere Mglichkeit zur Bestimmung der Filtrationsfraktion ist das Messen der Inulin-Konzentration in einer Arterie und der Nierenvene. Der Konzentrationsunterschied zwischen Arterie und Nierenvene gibt die Filtrationsfraktion an. Fraktionelle Exkretion: Verhltnis von im Urin ausgeschiedener zur glomerulr filtrierten Menge einer Substanz pro Zeiteinheit. Berechnung: FAX = (VX x UX) / (GFR x PX) UX = Urinkonzentration der Substanz [mg/100ml] VX = Urinvolumen pro Zeiteinheit [ml/min] PX = Plasmakonzentration der Substanz [mg/100ml] FAX = Fraktionelle Ausscheidung Fr Substanzen die vollstndig filtriert und ausgeschieden werden (Inulin oder Kreatinin) ist die ausgeschiedene Menge gleich der filtrierten Menge -> die fraktionelle Ausscheidung ist 1. Clearance: Unter Clearance versteht man das Entfernen eine exo- oder endogenen Substanz aus einem Krpersystem. Die spezifischen Leistungen werden von verschiedenen Organen erbracht.

1 Als chemisch inert (lat. fr unttig, unbeteiligt, trge) bezeichnet man Substanzen, die unter den jeweilig gegebenen Bedingungen mit potentiellen Reaktionspartnern (Luft, Wasser, Edukte und Produkte einer Reaktion) nicht oder nur in verschwindend geringem Mae reagieren. 2 renaler Plasmafluss



Renale Clearance bezeichnet die Clearance durch die Nieren und gibt das Plasmavolumen an, welches pro Zeiteinheit von der entsprechenden Substanz befreit wurde. Formel (hier fr Kreatinin): CKreatinin = (UKreatinin x VX) / PKreatinin UKreatinin = Urinkonzentration von Kreatinin [mg/100ml] VX = Urinvolumen pro Zeiteinheit [ml/min] PKreatinin = Plasmakonzentration von Kreatinin [mg/100ml] 1.6 Was versteht man unter einem leeren bzw. unter einem dichten Epithel?

Durch welche zellulren Strukturen sind diese Funktionunterschiede bedingt? Unter dichten Epithel versteht man durch Tight junctions zusammengehaltenes Epithel, dass keine Moleklpassagen zulsst. 1.7 Welche wesentlichen Transportfunktionen erfllen der proximale Tubulus, der

absteigende Schenkel der Henleschen Schleife, der aufsteigende Schenkel der Henleschen Schleife, das distale Konvolut und das Sammelrohr?

proximaler Tubulus: Hauptschlich Rckresorption von Substanzen (z.B. Elektrolyte, Wasser) , wobei eine groe Substanzmenge transportiert werden kann. Dieser Transport ist jedoch wenig reguliert und erfolgt nur gegen geringe Konzentrationsgeflle. absteigender Schenkel der Henleschen Schleife: Gegenstrommechanismus zur Harnkonzentrierung aufsteigender Schenkel der Henleschen Schleife: distale Konvolut: Dient der Feineinstellung, transportiert geringe Substanzmengen gut reguliert gegen groe Konzentrationsgeflle. Daher greifen im distalen Konvolut viele auerhalb der Niere gebildeten Hormone (z.B. Aldosteron, Adiuretin, atrionatriuretisches Peptid, Parathormon, Vitamin D) an, welche die Zusammensetzung & Menge des Harns bestimmen. Sammelrohr: Das Epithel im Sammelrohr ist normalerweise wenige permeabel fr Wasser, jedoch sorgt das antidiuretische Hormon (Vasopressin) dafr, dass diese Permeabilitt durch den Einbau von Aquaporinen (AQP2) in die Plasmamembran gesteigert wird, wodurch H2O in das hypertone Nierenmark tritt. (passiver Transport [Osmose] aufgrund des Konzentrations-Gradienten des H2O vom Tubulus zum Nierenmark) Der Harn wird hierdurch strker konzentriert.



1.8 Wo wird das antidiuretische Hormon gebildet, wo wird es gespeichert? Welche Wirkungen hat es in der Niere?

Das antidiuretische Hormon (ADH; auch Adiuretin, Vasopressin oder AVP Arginin-Vasopressin) ist ein Peptidhormon, welches aus neune Aminosuren besteht und eine intramolekulare Disulfidbindung sowie einen amidierten C-Terminus besitzt. ADH wird in Kerngebieten des Hypothalamus (Nucl.supraopticus, Nucl.paraventricularis) produziert und im Hypophysenhinterlappen gespeichert. ADH wirkt auf zwei Arten:

Als peripheres Hormon: Hierzu wird es entlang des Hypophysenstiels axonal (Tractus supraopticohypophysialis) transportiert, in Vesikeln des Hypophysenhinterlappens gespeichert und bei Bedarf direkt in das Blut abgegeben, wo es in extrem niedriger Konzentration (einige Milliardstel Gramm) wirksam ist.

Als zentrales Neuropeptid: Hier ist es an der Regulation der Adenohypophyse

und zentralen Wegen des autonomen Nervensystems beteiligt wie auch in Verbindungen zwischen limbischem System und Hypothalamus. Hier wird es vermehrt bei Fieberreaktionen ausgeschttet und begrenzt diese (ber den V1-Rezeptor). (Aus diesem Grunde findet man bei hochentzndlichen Krankheitsbildern wie z. B. Lungenentzndungen hufig eine Hyponatrimie).

Peripher ist das antidiuretische Hormon ein Dursthormon. Bei Wassermangel im Organismus wird das Blutserum hyperton. Die Osmorezeptoren im Hypothalamus stellen dies fest und veranlassen die Freisetzung von ADH aus der Neurohypophyse. Ein weiterer Stimulus fr die Ausschttung von ADH ist ein Volumenmangel im arteriellen System, der ber Barorezeptoren im rechten Vorhof des Herzens und im Aortenbogen registriert wird.

ADH wird ber das Blut zu den Epithelzellen des Sammelrohrs in der Niere transportiert. Diese Zellen sind normalerweise fr Wasser nicht durchlssig und verhindern so die Rckresorption von Wasser aus dem Harn. ADH koppelt nun an membranstndige Rezeptoren, die im Inneren der Zelle eine Freisetzung von Calcium auslsen, was wiederum zum Andocken von Vesikeln, die Aquaporine (AQP2) beinhalten, an die Zellmembran fhrt. Die Aquaporine werden in die Zellmembran eingebaut, diese wird dadurch durchlssig fr Wasser, das osmotisch aus dem Harn zurck ins Blut gezogen wird. In der Niere bewirkt es so eine vermehrte Reabsorption von Wasser aus dem Primrharn des Sammelrohrs.

Ferner wirkt das antidiuretische Hormon gefverengend. Beide Wirkungen erhhen den Blutdruck.



1.9 Welche Wirkungen hat Aldosteron in der Niere? Aldosteron ist ein natrliches Steroidhormon (aus Cholesterin gebildet), wird zu den Mineralcorticoiden gezhlt und bei Flssigkeitsmangel vermehrt ausgeschttet. Aldosteron wird in der Zona glomerulosa (uerste Schicht der Nebenniere) produziert. Zu einer Aldosteron-Ausschttung kommt es durch

verminderten Blutvolumen verminderten Blutdruck bei einer Hyperkalimie

Die Natriumkonzentration im Blut beeinflusst die Aldosteronsynthese gegensinnig: steigt das Natrium im Blut, wird die Biosynthese gehemmt, sinkt das Natrium, ist sie stimuliert. ACTH (Adrenocorticotropin) stimuliert die Aldosteron-Synthese whrend Atriopeptin (ANP) die Ausschttung hemmt. Die Biosynthese von Mineralcorticoiden wird noch durch Substanzen mit beta-adrenerger Wirkung angeregt und durch Dopamin gehemmt.

Aldosteron steigert die Rckresorption von Natriumionen in den Verbindungstubuli und Sammelrohren der Niere mit Anstieg des Extrazellulrvolumens durch vermehrten Einbau von Natriumkanlen (ENaC) in die apikale Plasmamembran. Parallel zur gesteigerten Natriumretention kommt es zu einer erhhten Ausscheidung von Kalium- und Ammoniumionen und Protonen, was zu einer Abnahme der Kaliumkonzentration und Zunahme des pH-Wertes im Blut fhrt.

Seine Wirksamkeit kann durch Aldosteron-Antagonisten wie Spironolacton, Canrenoat und Eplerenon gehemmt werden.

Die Wirksamkeit von Aldosteron auf den Mineralhaushalt ist etwa 1000 mal hher als die von Cortisol, weil das Cortisol in den aldosteronsensitiven Zellen durch die 11--Hydroxysteroiddehydrogenase Typ 2 zu Cortison umgewandelt wird und den Rezeptor nicht aktivieren kann. Die Rezeptoraffinitt ist gleich.

Aldosteron wird durch das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System reguliert. Weiterhin kann der Anstieg der Kaliumkonzentration die Synthese von Aldosteron aktivieren.

Eine wichtige Rolle des Aldosteron und des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems ist die Blutdruckregulation. Zudem scheint Aldosteron in der Bewltigung von lebensbedrohlichen Stresssituationen erforderlich zu sein.



1.10 Wie wirkt sich eine erhhte Plasma-HCO3 Konzentration auf die filtrierte

HCO3- -Menge aus und wie beeinflusst der Partialdruck von CO2 die H

+ -Sekretion/ HCO3

- -Resorption in der Niere? Wenn die Plasma HCO3

Konzentration steigt, wird auch volumenmig mehr HCO3

in den Primrharn abgegeben. Dieses HCO3 wird jedoch wieder resorbiert (zu 80%

im proximalen Konvolut, 10% im dicken, aufsteigenden Teil der Henleschen Schleife [TAL], 6% im distalen Konvolut und ~4% im Sammelrohr), so dass nur 0,01% (=0,36 mmol/Tag) der ursprnglichen 24 mM bei einer GFR3 von 180 l/Tag ausgeschieden werden. H+ und pCO2 stehen in einem festen Verhltnis zueinander. Steigt der pCO2 kommt es zu einer Azidose (pH) im Blut, so dass der Krper versucht vermehrt H+ auszuscheiden und gleichzeitig vermehrt Bicarbonat zur Pufferung zurckzuhalten. Weitergabe und Vervielfltigung dieser Publikation oder von Teilen daraus sind, zu welchem Zweck und in welcher Form auch immer, ohne die ausdrckliche schriftliche Genehmigung durch den Autor Lucas Schrder-Doms (www.schroeder-doms.de) nicht gestattet. In dieser Publikation enthaltene Informationen knnen ohne vorherige Ankndigung gendert werden. Alle Rechte an Text- und Bildmaterial vorbehalten.

3 glomerulren Filtrationsrate 120ml/ Min = 180 l/ Tag Im Gegensatz dazu steht der glomerulre Filtrationsdruck: In den Glomerulusschlingen herrscht ein glomerulrer Blutdruck von etwa 50 mmHg. Diesem wirken der kolloidosmotische Druck des Blutes (~25mmHg) und der hydrostatische Druck der Bowmanschen Kapsel (~17mmHg) entgegen.

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