Niere

Tierphysiologischer Kurs, Universität Frankfurt am Main, SS 2003 Protokoll vom 9. Juli 2003
Mi-So Lee
Christian Gerlinger
Frederik Barka
Vanessa Bockhart
Annette Schlögel
Laura Conradt
Christine Zimmermann

Exkretionsleistung der Niere

Einleitung
Das für die Osmoregulation beim Menschen verantwortliche Organ ist die Niere. Sie wird über die Nieren-Arterie mit Blut durchströmt, welches über die Nieren-Vene wieder abgeführt wird. Dabei anfallender Harn wird über Harnleiter, Harnblase und Harnröhre als Urin abgegeben.
Die Niere selbst gliedert sich in Rinde, Mark und Nierenbecken, von dem der Harnleiter abgeht. Im Rindenanteil ist die Bowman’sche Kapsel lokalisiert, an denen der Primärharn abgepresst wird. In den Markanteil ragen die Henlesche-Schleife und das Sammelrohr, welches in das Nierenbecken mündet. Über die gesamte Länge des Tubulus findet z.T. nach Körperbedarf kontrollierte Sezernierung und Reabsorbtion statt. Dadurch kann der Körper Stoffe (z.B NaCl, Nährstoffe, Wasser) zurückgewinnen, welche vorher über das Blut abgegeben wurden.

Die Harnbildung beginnt im Malphigi-Körperchen. Hier kommt es zur Filtration des Plasmas durch das Endothel der Kapillaren ins Lumen der Kapsel. Der dabei gebildete Primärharn (Ultrafiltrat) entspricht in seiner Zusammensetzung weitgehend dem Plasma, mit Ausnahme hochmolekularer Substanzen (v.a. Proteine und Erythrozyten). Antriebskraft für die Filtration ist der hydrostatische Druck im Glomerulus; dieser ist höher als der normaler Kapillaren, da sich der Durchmesser der abführenden Gefäße verringert. Jedoch wirkt nicht der gesamte hydrostatische Druck des Glomerulus als Filtrationsdruck, da ihm der hydrostatische Druck der Bowman’schen Kapsel und der kolloidosmotische Druck entgegenwirken. Die globuläre Filtrationsrate ist zwischen 80 und 160 mm Hg unabhängig vom Blutdruck. Die produzierte Harnmenge ist somit immer gleich (180µl/d). Dies wird erreicht, indem der Blutdruck bei Druchschwankungen des Zentralkreislaufs in der afferenten Arteriole des Glomerulums durch myogene Kontraktion des Gefäßes konstant gehalten wird (Autoregulation).
Im sich an die Bowmansche Kapsel anschließenden proximalen Tubulus kommt es (bei gesunden Menschen) zur vollständigen Reabsorption von Glucose, mittels eines aktiven Carriertransportes. Zudem werden hier 67% des Na+ aktiv aus dem Primärharn entfernt, was einen passiven Nachstrom von H2O und Cl- (Gegenion des Na+) zur Folge hat. Auf diese Weise werden vor Erreichen der Henle’schen Schleife 75% des Filtrates resorbiert (Volumenreduktion). Dabei bleiben das Filtrat und die interstitielle Flüssigkeit isoosmotisch.
An den proximalen Tubulus schließt sich die Henle’sche Schleife (H.S.) an. Ihre Hauptaufgabe besteht im Aufbau eines Konzentrationsgradienten in Richtung Mark. Der absteigende Schenkel der H.S. ist permeabel für Wasser, nicht aber für Ionen und Harnstoff. Durch die Aktivität von Na+- und Cl--Pumpen im dicken Teil des aufsteigenden Schenkels der H.S. steigt die Osmolarität des Interstitiums.
Aufgrund dieses Konzentrationsgradienten kommt es im absteigenden Ast zu einem passiven H2O-Ausstrom aus dem Tubulus. Damit nimmt die Konzentration der tubulären Flüssigkeit in Richtung Spitze der H.S. zu. Der sich anschließende aufsteigende dünne Schenkel ist permeabel für Ionen, nicht aber für H2O und Harnstoff. Hier kommt es zu einem Na+- und Cl--Ausstrom aus der hochkonzentrierten, tubulären Flüssigkeit. Dadurch nimmt die Konzentration und damit der Ausstrom von Ionen in Richtung Nierenrinde wieder ab.
Aus der H.S. fließt der Harn in den distalen Tubulus. Hier wird unter anderem der pH-Wert des Plasmas reguliert.
Der distale Tubulus mündet ins Sammelrohr, wo es zur Aufkonzentrierung kommt, indem der durch die H.S. aufgebaute Konzentrationsgradient im Mark für die Produktion von hypertonischem Harn genutzt wird.

Die Kontrolle der tubulären Wasserresorption erfolgt über das antidiuretische Hormon (ADH), welches die Permeabilität des Sammelrohrs gegenüber Wasser verändern kann. So können z.B. bei Wassermangel, durch vermehrte ADH-Ausschüttung, zusätzliche Wasserkanäle in die Sammelrohrwand eingebaut werden. Der dadurch ermöglichte osmotische Wasserausstrom führt zu einer Zurückhaltung von Wasser im Körper und dem Ausscheiden von hochkonzentriertem Harn (Antidiurese).
Ein hoher Blutdruck führt zur Hemmung der ADH-Ausschüttung. Damit sinkt die H2O-Permeabilität des Sammelrohrs und es wird verdünnter Harn ausgeschieden (Wasserdiurese). Dadurch wird das Plasmavolumen verringert und der Blutdruck fällt.
Das RAA-System (Renin-Angiotensin-Aldosteron-System) dient ebenfalls der Blutdruckregulierung. Während ADH auf einen Anstieg der Osmolarität des Blutes reagiert, antwortet das RAAS auf einen Flüssigkeitsverlust des Blutes, wenn die Osmolarität zwar gleich bleibt, der Blutdruck aber rapide abfällt. Die Freisetzung von Renin bewirkt über Angiotensin eine Freisetzung von Aldosteron aus der Nebennierenrinde. Durch die Ausscheidung von konzentriertem Harn (Antidiurese) kann so eine Blutdruckerhöhung erreicht werden.
Die Gefäße des Marks ( v.a. die Vasa recta) sind im Antidiuresezustand (bei erhöhtem Blutdruck) stark durchblutet, so dass die Osmolyte des Nierenmarks vermehrt ins Blut übergehen. Dadurch wird der Ionengradient innerhalb des Nierenmark verringert, der Harn ist weniger stark konzentriert (Druckdiurese). Der Druck kann ebenfalls durch die Verengung der peripheren Kapillaren steigen,, beispielsweise, wenn sich ein Organismus in einer kalten Umgebung aufhält. Den daraus resultierenden Harnfluß bezeichnet man als Kältediurese.

In diesem Versuch soll nun die Exkretionsleistung der Niere unter Einfluss von hypo- bzw. hypertonischen Flüssigkeiten untersucht und parallel dazu die Änderung des Plasmavolumens anhand der Hämatokritbestimmung beobachtet werden.



Durchführung:
Zu Beginn des Versuchs wird ein Blindwert erstellt, indem die Ausgangskonzentration des Harns am Kyroskop bestimmt wird. Gleichzeitig wird der Versuchsperson Blut abgenommen und der Hämatokrit in der Mikrohämatokrit-Zentrifuge bestimmt. Alle vorher eingenommenen Speisen und Getränke werden protokolliert.

Von 6 Versuchsteilnehmern trinken jeweils zwei innerhalb von 10 Minuten einen Liter Pfefferminztee bzw. Wasser, Schwarztee oder Brühe. Die Versuchspersonen leeren dann drei mal im Abstand von jeweils einer halben Stunde ihre Blase und die Menge und Konzentration des Harns, sowie der Hämatokrit werden nach jedem Mal wieder bestimmt.
(Näheres Skript S.VIII-2 – VIII-7)

Ergebnisse:
Der Hämatokrit sinkt bei beiden Versuchspersonen, die Schwarztee getrunken haben um 2 %, wobei er nicht bei beiden konstant abfällt, sondern zwischen 42% und 39% schwankt. Bei den Versuchspersonen, die Brühe getrunken haben sinkt er zunächst, steigt dann aber wieder an, bis er nach 90 Minuten etwa den Ausgangswert erreicht hat, mit einer Abweichung von 1 – 2%. Bei einer der Pfefferminztee trinkenden Personen bleibt er zunächst gleich, um dann um 3% zu fallen und schließlich wieder um 1% zu steigen. Insgesamt fällt er also um 2%. Bei der anderen Versuchsperson fällt er dagegen fast konstant.

Das Volumen steigt bei den Versuchspersonen, die Schwarz- bzw. Pfefferminztee getrunken haben erst an und fällt bei der letzten Messung wieder, mit Ausnahme einer Pfefferminztee trinkenden Person. Hierauf soll in der Diskussion eingegangen werden.
Bei der Brühe fällt das Volumen bei beiden Versuchspersonen erwartungsgemäß auf fast 1/3 des anfangs gemessenen Wertes und steigt schließlich wieder leicht an.

Die Konzentration des Harns sinkt bei beiden Tee trinkenden Versuchspersonen gleichermaßen, wobei hier ein Wert am Ende des Versuchstages nicht mehr gemessen werden konnte. Dagegen steigt sie bei den Brühetrinkern mehr oder weniger steil an und beträgt am Ende des Versuches wieder in etwa ihren Ausgangswert.

Diskussion:
Da Schwarztee als Diureticum wirkt, bewirkt er eine Erhöhung des Bluttdruckes. Infolge dessen kommt es zur Auswaschung von Elektrolyten im Nierenmark und zu einer erhöhten Wasserabgabe (Druckdiurese). Aus diesem Grund ist die abgegebene Harnmenge der Personen, die Schwarztee getrunken haben, höher als die vom Pfefferminztee. Durch die vermehrte Wasserausscheidung beim Schwarztee, müsste nach einem ersten Absinken des Hämatokrits, dieser dann ansteigen. Dass dies nicht der Fall ist, ist wahrscheinlich damit zu erklären, dass beide Schwarztee-Trinker bereits vor dem Versuch deutlich mehr Flüssigkeit zu sich genommen haben, als die Pfefferminztee trinkenden Versuchspersonen. Da Schwarztee Teein enthält und es durch die Druckdiurese so zu einer verstärkten Wasserabgabe kommt, müsste hier die Konzentration geringer sein, als beim Pfefferminztee, was zumindest bei einer Versuchsperson zutrifft.
Insgesamt wurden etwa 60 – 70% der aufgenommenen Flüssigkeit wieder ausgeschieden.

Die Bestandteile der Brühe werden wie auch die des Tees über das Epithel des Verdauungstraktes ins Blut aufgenommen. Aufgrund ihres Salzgehaltes ist die Brühe zum Blut hypertonisch. Zuerst wird dabei das Wasser aufgenommen, was an dem Absinken des Hämatokrits und der Konzentration des Harns (bei einer der beiden Personen) erkennbar ist. Auch werden während der 90 Minuten nur etwa 3 –7% der aufgenommenen Flüssigkeit wieder ausgeschieden. Anschließend werden die Ionen ins Blut aufgenommen, so dass der Hämatokritgehalt und die Konzentration wieder auf den Ausgangswert ansteigen. Das Volumen bleibt zunächst um mehr als die Hälfte reduziert.

Beim Trinken des Pfefferminztees kommt es zu einer Erhöhung des Blutvolumens und zu einer Abnahme des Hämatokrits, da der Tee hypoosmotisch zum Blut ist. Bei einer Versuchsperson bleibt der Hämatokrit jedoch anfangs konstant. Dies könnte daran liegen, dass das Wasser zunächst von den Zellen aufgenommen wird, da die Person bis zum Zeitpunkt des Versuches weder Nahrung noch Wasser zu sich genommen hat und daher dehydriert ist. Weiterhin wird über Osmorezeptoren im Hypothalamus der osmotische Druck des Blutplasmas gemessen. Da durch die Flüssigkeitsaufnahme der osmotische Druck des Blutes sinkt, kommt es zu einer Hemmung der ADH-Ausschüttung, wodurch weniger Wasser im Sammelrohr resorbiert wird. Die Harnmenge sinkt zunächst, steigt wieder und pendelt sich schließlich auf den Ausgangswert ein.
Bei der zweiten Versuchsperson steigen wie erwartet Harnmenge und Hämatokrit und die Konzentration sinkt.


Literatur:
Praktikumsskript
Klinke/Silbernagel, Lehrbuch der Physiologie
Eckert, Tierphysiologie