Tubuläre Transportprozesse

Eine der wichtigsten Aufgaben der Niere ist die Filtrierung und Ausscheidung harnpflichtiger Substanzen mit dem Urin. Hierfür wird in den Glomeruli der Niere zunächst sog. Primärharn aus dem Blutplasma abfiltriert und anschließend im Tubulussystem des Nephrons prozessiert. Hierbei hat jeder Abschnitt des Tubulussystems eine spezifische Funktion: Im proximalen Nephron werden zunächst kleine Teilchen wie Wasser, Ionen, Glucose und Aminosäuren resorbiert, die im Glomerulus frei filtriert werden, aber nicht ausgeschieden werden sollen. Die Henle-Schleife dient hauptsächlich der Aufrechterhaltung eines Konzentrationsgradienten im Niereninterstitium (sog. corticomedullärer Konzentrationsgradient), der für die Harnkonzentrierung unerlässlich ist. Diese Harnkonzentrierung sowie die Feinjustierung der Urinzusammensetzung finden dann im distalen Nephron und im Sammelrohr statt.

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Bei der Gliederung des Tubulussystems eines Nephrons in einzelne Abschnitte wird eine funktionelle von einer anatomischen Einteilung unterschieden, die sich allerdings nicht entsprechen.

Im proximalen Nephron (= proximaler Tubulus) werden große Stoffmengen aus dem Primärharn rückresorbiert. Diese Stoffe durchqueren das Tubulusepithel dabei auf unterschiedliche Weise: Entweder durch die Epithelzellen hindurch (= transzellulär) oder zwischen den Zellen (= parazellulär). Je nach Tubulusabschnitt (frühproximal vs. spätproximal) dominiert einer dieser beiden Resorptionsmechanismen.

Unterschiedliche Resorptionsmechanismen

Transzelluläre Resorption

• Beschreibung: Transporter schleusen Stoffe aktiv durch die Epithelzellen hindurch
• Ort: Überwiegend frühproximal
• Mechanismus (sekundär aktive Transporter)
  1. Basolaterale Na⁺/K⁺-ATPase transportiert (unter ATP-Verbrauch) Na⁺ aus der Zelle heraus und K⁺ in die Zelle hinein
  2. Bildung eines hohen elektrochemischen Gradienten für Na⁺
  3. Der Transport von Natrium in die Zelle (= Triebkraft) erfolgt entweder im Symport oder im Antiport mit anderen Stoffen
• Wichtige Transporter
  • Apikal
    • Na⁺/Glucose-Symporter (sog. SGLT1/SGLT2-Transporter)
    • Na⁺/Aminosäuren-Symporter
    • Na⁺/Phosphat-Symporter
    • Na⁺/H⁺-Antiporter
  • Basolateral
    • Na⁺/3HCO₃^--Symporter (sog. NBC1-Transporter): Transportiert Natrium- und Bicarbonat-Ionen gegen ihren chemischen Gradienten aus der Zelle ins Niereninterstitium

Im frühproximalen Tubulus ist die Resorption der meisten Stoffe an die Natriumresorption gekoppelt!

Parazelluläre Resorption

• Beschreibung: Passiver Transport gelöster Stoffe (z.B. Ionen) zwischen den Tubulusepithelzellen
• Voraussetzung: „Undichte“ Tight Junctions (sog. leaky Tight Junctions), an denen maßgeblich Claudine beteiligt sind, zwischen den Epithelzellen
• Ort: Überwiegend spätproximal
• Zwei Mechanismen treiben diese Resorptionsform an
  1. Transepitheliales Potenzial
  2. Solvent Drag

Transepitheliales Potenzial

• Beschreibung
  • An Tubulusepithelzellen kann man zwei unterschiedliche elektrische Potenziale messen: das luminale und das basolaterale Potenzial
  • Das transepitheliale Potenzial beschreibt die Differenz zwischen diesen beiden Potenzialen
• Das Transepitheliale Potenzial verändert sich im Verlauf des proximalen Tubulus
  • Frühproximal: Dem Tubuluslumen wird viel Na⁺ und damit positive Ladung entzogen → Lumen wird zunehmend negativer → Lumennegatives transepitheliales Potenzial entsteht
  • Spätproximal: Das lumennegative Potenzial drängt Cl^- aus dem Tubuluslumen ins Blut/Interstitium → Cl^- wird resorbiert → Lumen wird dadurch zunehmend positiver → Lumenpositives transepitheliales Potenzial entsteht → Dadurch werden Kationen aus dem Lumen gedrängt → Kationen (Mg²⁺, Ca²⁺,Na⁺, K⁺) werden resorbiert

Solvent drag

• Beschreibung: Konvektiver Transport der im Wasser gelösten Stoffe
• Mechanismus: Resorption von Stoffen im proximalen Tubulus → Osmotischer Gradient zwischen Tubuluslumen und Interstitium entsteht → Dem Gradienten folgend strömt Wasser aus dem Tubuluslumen ins Interstitium und „reißt“ Elektrolyte und kleine Moleküle mit sich

Im frühproximalen Tubulus wird das positiv geladene Natrium aus dem Tubuluslumen entfernt - das lumennegative transepitheliale Potenzial entsteht!

Im spätproximalen Tubulus wird das negativ geladene Chlorid aus dem Tubuluslumen entfernt - das lumenpositive transepitheliale Potenzial entsteht!

Die Henle-Schleife kann funktionell als ein Tubulusabschnitt betrachtet werden, setzt sich anatomisch/histologisch aber aus unterschiedlichen Tubulusbereichen zusammen. Die wichtigste Aufgabe der Henle-Schleife ist die Harnkonzentrierung.

• Einteilung
  • Dicker, absteigender Teil
  • Dünner absteigender und aufsteigender Teil
  • Dicker, aufsteigender Teil
• Funktion: Harnkonzentrierung

Transportprozesse in der Henle-Schleife

Dünner, absteigender und aufsteigender Teil der Henle-Schleife

Der dünne, absteigende und aufsteigende Teil werden zusammen auch als Intermediärtubulus bezeichnet, besitzen aber unterschiedliche Funktionen. Insgesamt finden im Intermediärtubulus kaum aktive Transportvorgänge statt.

• Absteigender Intermediärtubulus: Wasserresorption durch Aquaporin-1-Kanäle (AQP 1)
• Aufsteigender Intermediärtubulus: Wasserundurchlässig; enthält keine Aquaporine

Dicker, aufsteigender Teil der Henle-Schleife

• Wichtigste Eigenschaften: Impermeabel für Wasser und permeabel für NaCl
• Transzelluläre Resorption
  • Wichtigster Transporter: Na⁺/K⁺/2Cl^--Transporter (NKCC2)
    • Mechanismus (sekundär aktiver Transporter)
      1. Basolaterale Na⁺/K⁺-ATPase generiert einen Natriumgradienten, der vom Tubuluslumen in die Zelle gerichtet ist
      2. Natrium folgt diesem Gradienten und nimmt durch den apikalen NKCC2 ein Kalium- und zwei Chlorid-Ionen mit vom Tubuluslumen in die Zelle. Mit diesen geschieht Folgendes:
         • Natrium wird basolateral durch Na⁺/K⁺-ATPase aus der Zelle geschleust
         • Chlorid wird basolateral über Chloridkanäle wieder aus der Zelle geschleust
         • Kalium strömt apikal über Kaliumkanäle wieder zurück ins Lumen
    • Folge
      • Ein positiv geladenes Teilchen (K⁺) gelangt über apikale Kanäle (ROMK) zurück ins Lumen, zwei negative Ionen (Cl^‑) und ein positives Ion (Na⁺) werden resorbiert
      • Netto verbleibt also eine positive Ladung im Lumen
      • Ein sog. lumenpositives transepitheliales Potenzial entsteht und bildet die Triebkraft für die Resorption weiterer Kationen: Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺
• Parazelluläre Resorption: Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺ (angetrieben durch das lumenpositive Potenzial)

Im aufsteigenden Teil der Henle-Schleife wird NaCl über den Na⁺/K⁺/2Cl^--Transporter resorbiert!

Das distale Nephron setzt sich anatomisch betrachtet aus dem distalen Tubulus, dem Verbindungstubulus und dem Sammelrohr zusammen. Hier erfolgt die Feinabstimmung der Harnzusammensetzung, vor allem bzgl. der Konzentration der Elektrolyte sowie der Osmolarität - diese werden hier insb. durch Hormone beeinflusst. Das distale Nephron wird aufgeteilt in (1) den frühen distalen Tubulus und (2) den späten distalen Tubulus und das Sammelrohr.

Früher distaler Tubulus

• Wichtige Transporter (luminal)
  • Na⁺/Cl^--Cotransporter
    • Transport: Transportiert ein Natrium- und ein Chlorid-Ion in die Tubuluszelle; wird durch Aldosteron induziert
    • Mechanismus: Sekundär-aktiver Transport
  • Ca²⁺-Kanal (ECaC)
    • Transport: Transportiert ein Calcium-Ion in die Tubuluszelle
    • Mechanismus: Tertiär-aktiver Transport
      • Zunächst wird Calcium basolateral über einen sekundär-aktiven 3 Na⁺/Ca²⁺-Antiport ins Niereninterstitium befördert
      • Durch den aufgebauten Calciumkonzentrationsgradienten erfolgt die Aufnahme von Calcium in die Tubuluszelle passiv über einen tertiär-aktiven Transport

Später distaler Tubulus und Sammelrohr

Im distalen Tubulus und Sammelrohr befinden sich zwei unterschiedliche Zelltypen: Die Hauptzellen und die Schaltzellen. Diese besitzen unterschiedliche Transporter.

• Hauptzellen
  • Epithelialer Na⁺-Kanal (ENaC): Natriumrückresorption; wird durch Aldosteron stimuliert
  • K⁺-Kanäle (ROMK): K⁺ strömt aus der Zelle ins Lumen, wird durch Aldosteron stimuliert
  • Aquaporin-2-Kanäle: Wasserresorption
• Schaltzellen
  • Schaltzellen Typ A: Sezernieren H⁺
    • Transporter: H⁺/K⁺-ATPase oder H⁺-ATPase
  • Schaltzellen Typ B: Sezernieren HCO₃^-
    • Transporter: Cl^-/HCO₃^--Transporter

Der Na⁺/Cl^--Cotransporter und der epitheliale Natriumkanal (ENaC) werden aldosteronabhängig in die Tubuluszellen des distalen Nephrons eingebaut!

Die Osmolarität des Niereninterstitiums nimmt im Verlauf von der Nierenrinde bis hin zur Papillenspitze von 290 mosmol/L bis maximal 1400 mosmol/L zu (sog. corticomedullärer Osmolaritätsgradient). Grundlage für die Entstehung dieses Gradienten ist das Gegenstromprinzip. Auch die Harnstoffrezirkulation spielt eine wichtige Rolle.

Grundprinzipien der Harnkonzentrierung

• Gegenstromprinzip der Niere: Wichtigster Mechanismus der renalen Harnkonzentration
  • Ablauf
    • Aktive Natriumresorption im aufsteigenden Teil der Henle-Schleife über Na⁺/K⁺/2Cl^--Transporter
    • Wasser kann nicht folgen, da aufsteigender Teil für Wasser impermeabel ist
    • Niereninterstitium wird hyperosmolar
    • Absteigender Teil der Henle-Schleife (der das hyperosmolare Interstitium durchzieht) ist permeabel für Wasser
    • Durch den großen Osmolaritätsgradienten zwischen absteigendem Teil und Interstitium wird dem absteigenden Teil Wasser durch Resorption entzogen
    • Folge: Energieeffiziente Harnkonzentrierung
• Harnstoffrezirkulation: Harnstoff wird zunächst frei filtriert und im Verlauf sowohl resorbiert als auch sezerniert
  • Ablauf
    • Proximales Nephron: Resorption von ∼50 % des Harnstoffs (freie Diffusion aus dem Tubulus ins Interstitium)
    • Distales Nephron: Größtenteils impermeabel für Harnstoff
      • Sammelrohr
        • ADH vermittelt Einbau und Aktivierung der Urea-Transporter 1 (UT-1) in die luminale Membran
        • Aufgrund der hohen Harnstoffkonzentration im Lumen wird Harnstoff entlang seines chemischen Gradienten nun wieder ins innere Mark resorbiert
        • Da Harnstoff innerhalb des Sammelrohres nur im medullären Teil resorbiert wird, akkumuliert es im Nierenmark
        • Akkumulierter Harnstoff entzieht dem absteigenden Teil der Henle-Schleife Wasser und trägt so zur Konzentrierung des Harns im absteigenden Teil der Henle-Schleife bei
    • Dünner Teil der Henle-Schleife: Harnstoff tritt über Urea-Transporter 2 (UT2) wieder in das Tubuluslumen ein

Die geringe Durchblutung des Nierenmarks dient der Aufrechterhaltung des osmotischen Gradienten zur Harnkonzentrierung. Bei Blutdruckerhöhung kommt es zur erhöhten Markdurchblutung und damit zur Auswaschung dieses Gradienten. Folge ist eine vermehrte Diurese (sog. „Druckdiurese“).

Ablauf der Harnkonzentrierung

1. Proximales Nephron
   • Resorption eines Großteils der filtrierten Stoffe, z.B. Glucose, Aminosäuren, Phosphat im Symport mit Natrium
   • Das Tubuluslumen wird im Vergleich zum Interstitium negativ geladen (lumennegatives transepitheliales Potenzial)
   • Interstitium wird im Vergleich zum Tubuluslumen hyperosmolar
   • Aufgrund des lumennegativen transepithelialen Potenzials strömen nun Chlorid-Ionen ins Interstitium
2. Absteigender Teil der Henle-Schleife
   • Praktisch keine aktiven Transporter
   • Diffusion von Wasser ins Interstitium (vermittelt durch Gegenstromprinzip der Niere)
   • Weiterer Entzug von Wasser durch im Nierenmark akkumulierten Harnstoff
   • Stark hyperosmolarer Harn erreicht den aufsteigenden Teil der Henle-Schleife
3. Aufsteigender Teil der Henle-Schleife
   • Natrium, Kalium und Chlorid werden mittels eines sekundär aktiven Transporters resorbiert, der Abschnitt ist jedoch impermeabel für Wasser
   • Das Interstitium wird im Vergleich zum Tubuluslumen hyperosmolar
   • Das Tubuluslumen wird im Verhältnis zum Interstitium positiv geladen (lumenpositives transepitheliales Potenzial) und treibt Kationen (Kalium, Natrium, Magnesium, Calcium) ins Interstitium
4. Distales Nephron (Sammelrohr)
   • Durch den ADH-abhängigen Einbau von Aquaporinen wieder permeabel für Wasser
   • Das Wasser kann in das hyperosmolare Interstitium strömen

Mithilfe des Gegenstromprinzips und der Harnstoffrezirkulation wird in der Henle-Schleife ein corticomedullärer Osmolaritätsgradient aufgebaut. Im Sammelrohr wird dieser dann genutzt, um Wasser zu resorbieren: Der Harn wird somit stark konzentriert!

Das Gegenstromprinzip wirkt sich auch auf den Sauerstoffgehalt des Interstitiums aus: Die Erythrozyten in den absteigenden Vasa recta geben den Sauerstoff an die desoxygenierten Erythrozyten der aufsteigenden Vasa recta ab, sodass das Nierenmark schlechter mit Sauerstoff versorgt wird als die Rinde!

Natriumresorption

Das im Glomerulus filtrierte Natrium wird zu ca. 99% resorbiert.

• Allgemeines Prinzip: Die Na⁺/K⁺-ATPase (basolateral) pumpt Natrium aus der Zelle (unter Verbrauch von 1 ATP werden 3 Na⁺ gegen 2 K⁺ getauscht) → Natriumgradient entsteht → Natrium-Ionen werden aus dem Tubuluslumen in die Tubuluszellen gezogen (sekundär-aktiver Transport)
• Resorptionsmechanismen
  • Proximaler Tubulus
    • Na⁺-Symporter mit Kohlenhydraten, Aminosäuren, Phosphat
    • Na⁺/H⁺-Antiporter
    • Solvent Drag
  • Dünner, absteigender und dünner, aufsteigender Teil der Henle-Schleife (Intermediärtubulus)
    • Parazelluläre Resorption (keine aktive Natriumresorption!)
  • Dicker, aufsteigender Teil der Henle-Schleife (Pars recta des distalen Tubulus)
    • Na⁺/K⁺/2Cl^--Transporter
  • Distaler Tubulus, Pars convoluta
    • NaCl-Cotransporter
  • Verbindungsstück und Sammelrohr
    • Epitheliale Na⁺-Kanäle (ENaC)

Die Natriumresorption im Sammelrohr via ENaC erfolgt aldosteronabhängig und geht immer mit einer gesteigerten Kaliumsekretion einher!

Kaliumresorption und Kaliumsekretion

• Kaliumresorption: Etwa 90% des im Glomerulus filtrierten Kaliums werden resorbiert
  • Proximaler Tubulus: Solvent Drag
  • Dicker, aufsteigender Teil der Henle-Schleife: Na⁺-K⁺-2Cl^--Transporter
• Kaliumsekretion
  • Sammelrohr: K⁺-Kanäle

Die Kaliumkanäle im Sammelrohr sind funktionell an die ENaC (Epitheliale Natriumkanäle) des Sammelrohrs gekoppelt. Eine gesteigerte Natriumresorption durch die ENaC geht deshalb immer mit einer gesteigerten Kaliumsekretion einher!

Chloridresorption

Ca. 99% des im Glomerulus filtrierten Chlorids werden wieder resorbiert. Die Chloridresorption ist eng an die Natriumresorption gekoppelt.

• Proximaler Tubulus: Solvent Drag
• Dünner, aufsteigender Teil der Henle-Schleife: Passive Resorption
• Dicker, aufsteigender Teil der Henle-Schleife: Na⁺-K⁺-2Cl^--Transporter
• Distaler Tubulus, Pars convoluta: NaCl-Cotransporter

Calciumresorption

Ca. 95% des im Glomerulus filtrierten Calciums werden wieder resorbiert.

• Proximaler Tubulus: Parazellulär (Solvent Drag)
• Aufsteigender Teil der Henle-Schleife: Parazellulär
• Distaler Tubulus, Pars convoluta: ECaC (Epitheliale Calciumkanäle)

Magnesiumresorption

Ca. 95% des im Glomerulus filtrierten Magnesiums werden wieder resorbiert.

• Proximaler Tubulus: Solvent Drag
• Dicker, aufsteigender Teil der Henle-Schleife: Parazellulär (Triebkraft hierfür ist das lumenpositive transepitheliale Potenzial, welches durch den Na+/K+/2Cl--Transporter erzeugt wird)

Protonensekretion und Bicarbonatresorption

Für die renale Protonensekretion sind das Phosphat- und Ammoniumsystem von besonderer Bedeutung. Etwa die Hälfte der Protonen werden als freie Protonen in das Tubuluslumen sezerniert und dort hauptsächlich durch den Phosphatpuffer gebunden. Die andere Hälfte gelangt als Ammonium-Ionen (NH₄⁺) in das Tubuluslumen. Durch die direkte Ausscheidung von Ammonium werden einerseits Protonen ausgeschieden, andererseits wird im Vergleich zur Ammoniakausscheidung über den Harnstoffzyklus Bicarbonat eingespart (indirekte Pufferwirkung).

Protonensekretion

• Proximaler Tubulus
  • Na⁺/H⁺-Antiporter: Die Protonensekretion mittels dieses Transporters ist eng an die Bicarbonatresorption gekoppelt
    1. H⁺ gelangt mittels des Na⁺/H⁺-Antiporters ins Tubuluslumen und verbindet sich dort mit HCO₃^- zu Kohlensäure (H₂CO₃)
    2. Im Bürstensaum sitzt die Carboanhydrase, welche H₂CO₃ zu H₂O und CO₂ spaltet
    3. CO₂ wird resorbiert und von einer zytosolischen Carboanhydrase wieder zu H₂CO₃ hydratisiert
    4. H₂CO₃ zerfällt spontan in H⁺ und HCO₃^-
    5. H⁺ wird nun wieder mittels des Na⁺/H⁺-Antiporters ins Tubuluslumen befördert
    6. HCO₃^- verlässt die Zelle basolateral über den Na⁺/3HCO₃^--Symporter
• Sammelrohr: Abhängig vom pH-Wert des Blutes dominiert hier einer der zwei Typen von Schaltzellen, die ineinander umgewandelt werden können
  • Typ-A-Schaltzellen
    • H⁺-ATPase (primär-aktiv): Pumpt Protonen ins Tubuluslumen
  • Typ-B-Schaltzellen
    • Cl^-/HCO₃^--Antiporter: Befördert Bicarbonat im Austausch mit Chlorid ins Tubuluslumen

Bindung der Protonen im Harn

• Ammoniumsystem: Ausscheidung von Protonen an Ammonium-Ionen (NH₄⁺) gebunden: siehe Sekretion harnpflichtiger Substanzen und Die Rolle der Leber bei der pH-Regulation
• Sekretion von Phosphat: PO₄^3- wird glomerulär frei filtriert und verbindet sich im Tubuluslumen mit einem oder zwei H⁺-Ionen (zu HPO₄^2- bzw. H₂PO₄^‑)

Protonen werden zum einen durch den Phosphatpuffer abgepuffert, zum anderen können sie in Form von NH₄⁺ ausgeschieden werden.

Resorption von Proteinen und Aminosäuren

Proteine und Aminosäuren werden im proximalen Tubulus fast vollständig resorbiert.

• Freie Aminosäuren: Über einen Na⁺-Symporter
• Dipeptide, Oligopeptide, Polypeptide: Werden durch Peptidasen im Bürstensaum gespalten
  • Aufnahme entweder über Endozytose oder mittels eines Protonen-Symporters

Kohlenhydratresorption

• Glucoseresorption: Im Normalfall wird die gesamte Glucose bereits im proximalen Tubulus wieder resorbiert. Hierfür stehen zwei Natrium-gekoppelte Transporter (SGLT = Sodium dependent glucose transporter) zur Verfügung, welche sich in ihrer Affinität unterscheiden
  • SGLT2: Sitzt vermehrt am Anfang des proximalen Tubulus
    • Resorbiert ein Molekül Glucose mit einem Molekül Natrium (Na⁺-/Glucose-Symporter)
    • Hohe Kapazität, aber geringe Affinität
  • SGLT1: Sitzt vermehrt am Ende des proximalen Tubulus
    • Resorbiert ein Molekül Glucose mit zwei Molekülen Natrium (2Na⁺-/Glucose-Symporter)
    • Geringe Kapazität, aber hohe Affinität
  • Fructoseresorption: GLUT5 (natriumunabhängig)
  • Galactoseresorption: Ebenfalls SGLT1

Ab einer Konzentration von 10mmol/l im Primärharn wird die Transportkapazität der Glucosetransporter überschritten, sodass Glucose mit dem Urin ausgeschieden wird. Man bezeichnet diesen Wert deshalb als Nierenschwelle für Glucose!

Wasserresorption

Die Wasserresorption erfolgt passiv und kann sehr stark moduliert werden (bspw. über ADH). Dies macht die variable Ausscheidung von Wasser möglich (Harnkonzentrierung).

• Proximaler Tubulus
  • Aquaporine 1 (AQP1)
  • Parazellulär
• Dünner, absteigender Teil der Henle-Schleife: Aquaporine 1 (AQP1)
• Aufsteigender Teil der Henle-Schleife: Undurchlässig für Wasser
• Distaler Tubulus: Parazellulär
• Sammelrohr: Aquaporine 2 (AQP2)
  • Hier erfolgt die Einstellung der endgültigen Urinosmolarität

Der Einbau der AQP2 in die Tubuluszellen des Sammelrohrs erfolgt ADH-abhängig!

Sekretion harnpflichtiger Substanzen

• Ammoniakausscheidung: Wird entweder in der Leber im Harnstoffzyklus unter Verbrauch von Bicarbonat in Harnstoff umgewandelt oder im Glutamin fixiert
  • In den Zellen des proximalen Tubulus werden aus Glutamin insgesamt zwei Ammonium-Ionen (NH₄⁺) abgespalten
    • Glutaminase: Glutamin → Glutamat + NH₄⁺
    • Glutamat-Dehydrogenase: Glutamat → α-Ketoglutarat + NH₄⁺
  • NH₄⁺ dissoziiert zu NH₃ + H⁺ → das ungeladene NH₃ kann ins Tubuluslumen diffundieren und H⁺ gelangt über aktive Sekretion ins Lumen → im Lumen reagiert NH₃ mit H⁺ wieder zu NH₄⁺
  • NH₄⁺ ist polar und kann daher nicht wieder zurück in die Zelle diffundieren → NH₄⁺ wird mit dem Harn ausgeschieden
    • Der Na⁺-K⁺-2Cl^--Transporter im dicken aufsteigenden Teil der Henle-Schleife kann statt K⁺ auch NH₄⁺ resorbieren → ein Teil des NH₄⁺ gelangt aus dem Tubuluslumen wieder in das Nierenmark → hohe Konzentration von NH₄⁺ im Nierenmark → NH₄⁺ ⇄ NH₃ und H⁺ → Diffusion von NH₃ entlang des Konzentrationsgradienten in das Lumen des Sammelrohrs, aktive Sekretion der H⁺-Ionen ins Sammelrohr → NH₄⁺ wird mit dem Harn ausgeschieden
  • Durch die Ausscheidung von NH₄⁺ über Glutamin werden einerseits Protonen ausgeschieden, andererseits wird im Vergleich zur Ausscheidung von Ammoniak (NH₃) über den Harnstoffzyklus Bicarbonat eingespart. Das Bicarbonat steht so als Puffer zur Verfügung (indirekte Pufferwirkung des Ammonium-Systems, siehe auch Die Rolle der Leber bei der pH-Regulation).
• Harnstoffausscheidung
  • Harnstoff wird frei filtriert und im proximalen Tubulus zu 50% wieder resorbiert
  • Ein Teil des Harnstoffs unterliegt der Harnstoffrezirkulation, welche entscheidend am Aufbau des corticomedullären Osmolaritätsgradienten beteiligt ist
• Harnsäureausscheidung
  • Harnsäure wird zunächst fast vollständig als Urat im proximalen Tubulus rückresorbiert, erst gegen Ende des proximalen Tubulus werden ca. 10% wieder sezerniert, die dann ausgeschieden werden
• Kreatininausscheidung
  • Kreatinin wird frei filtriert, geringfügig sezerniert und nicht resorbiert

Die einzelnen Nephronabschnitte

In welchem Tubulusabschnitt wird der größte Anteil des Bicarbonats rückresorbiert?

Erläutere den Mechanismus, über den im proximalen Tubulus Substanzen wie Phosphat, Glucose und Aminosäuren aus dem Primärharn in die Zelle aufgenommen werden!

Wie gelangt Bicarbonat aus dem proximalen Tubuluslumen ins Interstitium? Welche Besonderheit weist der daran beteiligte basolaterale Transport auf?

Welche Transportvorgänge finden im Intermediärtubulus statt?

Was wird im dicken, aufsteigenden Teil der Henle-Schleife resorbiert und wie findet dies statt?

Wie wirkt Furosemid und was muss man deshalb beachten?

Welche Transporter bzw. Kanäle werden aldosteronabhängig in die Tubuluszellen des distalen Nephrons eingebaut?

Was bewirken medikamentöse Hemmstoffe des sog. ENaC (epithelialer Na⁺Kanal) und welchen Vorteil haben sie gegenüber anderen Diuretika?

Harnkonzentrierung

Welche Funktion haben die Urea-Transporter Typ 1 und 2 jeweils und welche Rolle spielt ADH?

Welche Rolle spielen die Transportprozesse im dicken, aufsteigenden Teil der Henle-Schleife für den corticomedullären Osmolaritätsgradient?

Resorption und Sekretion einzelner Stoffe

Die Harnkonzentration welchen Ions außer Natrium wird durch die Aktivität des ENaC beeinflusst?

Wie erfolgt die renale Magnesiumresorption?

Wie erfolgt die renale Calciumresorption?

Welche Folgen hat eine Hemmung der Carboanhydrasen im proximalen Tubulus?

Wie erfolgt die renale Resorption von Peptiden?

Was bezeichnet die sog. Nierenschwelle für Glucose und wo liegt sie?

Welche Wirkung hat ADH auf das Sammelrohrepithel?

Wie hoch liegt die fraktionelle Ausscheidung von Kreatinin und Harnstoff?

Eine Sammlung von allgemeineren und offeneren Fragen zu den verschiedenen prüfungsrelevanten Themen findest du im Kapitel Beispielfragen aus dem mündlichen Physikum.