Henle-Schleife und Gegenstrommultiplikator

Die Henle-Schleife ist das haarnadelförmige Segment des Nephrons, das in das Nierenmark eintaucht und zum Kortex zurückkehrt. Ihr absteigender und aufsteigender Schenkel weisen entgegengesetzte Permeabilitäten auf, und diese Anordnung ermöglicht es, dass die aktive Salzresorption im aufsteigenden Schenkel zu einem steilen osmotischen Gradienten entlang des Marks verstärkt wird. Dieser Gradient, der durch Gegenstrommultiplikation aufgebaut wird, ermöglicht es der Niere, Urin zu produzieren, der stärker konzentriert ist als Plasma.

Definition

Die Henle-Schleife ist das U-förmige Nephronsegment, dessen wasserdurchlässiger absteigender Schenkel und salztransportierender, wasserundurchlässiger dicker aufsteigender Schenkel zusammen einen Gegenstrommultiplikator betreiben, der ein hyperosmolares medulläres Interstitium erzeugt, das die Wasserresorption aus dem Sammelrohr antreibt.

Scope

Dieses Thema behandelt die Struktur und die differentiellen Permeabilitäten des absteigenden und des dicken aufsteigenden Schenkels, den aktiven NaCl-Transport, der das System antreibt, den Gegenstrommultiplikator, der den kortikomedullären osmotischen Gradienten etabliert, und die Rolle der Vasa recta und des Harnstoffs bei dessen Erhaltung. Es handelt sich um einen physiologischen Referenzeintrag, nicht um eine klinische Leitlinie.

Core questions

• Wie unterscheiden sich der absteigende und der aufsteigende Schenkel in ihrer Permeabilität?
• Wie treibt die aktive NaCl-Resorption im dicken aufsteigenden Schenkel das System an?
• Wie baut die Gegenstrommultiplikation den medullären Gradienten auf?
• Wie tragen die Vasa recta und der Harnstoff zur Aufrechterhaltung der medullären Hyperosmolarität bei?

Key concepts

• Wasserdurchlässiger absteigender Schenkel
• Wasserundurchlässiger dicker aufsteigender Schenkel
• Na-K-2Cl-Kotransporter (NKCC2)
• Einzeleffekt und axiale Multiplikation
• Kortikomedullärer osmotischer Gradient
• Gegenstromaustausch in den Vasa recta
• Harnstoffrecycling und medulläre Hyperosmolarität

Key theories

Gegenstrommultiplikation

Der aktive NaCl-Transport aus dem wasserundurchlässigen dicken aufsteigenden Schenkel erzeugt auf jeder Ebene eine geringe transversale osmotische Differenz; da der Fluss in den beiden Schenkeln in entgegengesetzte Richtungen verläuft, wird dieser kleine Einzeleffekt entlang der Länge der Schleife zu einem großen axialen kortikomedullären osmotischen Gradienten multipliziert.

Mechanisms

Im dicken aufsteigenden Schenkel reabsorbiert der apikale Na-K-2Cl-Kotransporter, angetrieben durch die basolaterale Na+/K+-ATPase, Natrium und Chlorid, während das Segment wasserundurchlässig bleibt; dies verdünnt die luminale Flüssigkeit und fügt dem Interstitium Salz hinzu, der sogenannte Einzeleffekt. Da der absteigende Schenkel wasserdurchlässig ist und sich konzentriert, wenn Flüssigkeit nach innen strömt, und der aufsteigende Schenkel verdünnt, wenn Flüssigkeit nach außen strömt, multiplizieren die entgegengesetzten Ströme den Einzeleffekt zu einem steilen osmotischen Gradienten vom Kortex zum inneren Mark. Die Vasa recta verlaufen im Gegenstrom, um gelöste Stoffe einzuschließen und das Auswaschen zu begrenzen, und das Recycling von Harnstoff in das innere Mark trägt zusätzlich zur interstitiellen Hyperosmolarität bei. Der resultierende Gradient liefert die osmotische Kraft für die Wasserresorption, wenn das Sammelrohr wasserdurchlässig ist.

Clinical relevance

Der Salztransport des dicken aufsteigenden Schenkels und der medulläre Gradient erklären, wie die Niere den Urin verdünnt oder konzentriert, eine physiologische Grundlage zum Verständnis von Störungen des Wasserhaushalts und des Wirkungsortes von Schleifendiuretika. Dieser Eintrag beschreibt den normalen Konzentrationsmechanismus als Referenz und gibt keine diagnostischen oder therapeutischen Ratschläge.

Evidence & guidelines

Das hier zusammengefasste Gegenstrommodell wird durch Mikropunktions- und mathematische Modellierungsstudien sowie durch die molekulare Charakterisierung der Transporter des dicken aufsteigenden Schenkels gestützt, wie in den zitierten Übersichten zum Harnkonzentrierungsmechanismus integriert.

History

Die Gegenstromhypothese entstand Mitte des 20. Jahrhunderts und wurde durch Mikropunktionsmessungen gestützt, die eine steigende Osmolalität in Richtung der Nierenpapille zeigten. Spätere mathematische Modellierungen und die molekulare Identifizierung des Na-K-2Cl-Kotransporters und der medullären Harnstofftransporter verfeinerten die Beschreibung, wie der Gradient aufgebaut und aufrechterhalten wird.

Debates

Wie wird der inner-medulläre Gradient erzeugt?

Der dünne aufsteigende Schenkel des inneren Marks weist nicht den aktiven NaCl-Transport auf, der im dicken aufsteigenden Schenkel zu beobachten ist, so dass der genaue Mechanismus, der den Urin im tiefsten Mark konzentriert, weiterhin umstritten ist, wobei Modelle passive gelöste Stoff- und Harnstoffbewegungen sowie die dreidimensionale Architektur des Marks heranziehen.

Key figures

• Carl W. Gottschalk
• Jeff M. Sands
• Harold E. Layton

Seminal works

• sands-2014
• mount-2014
• pannabecker-2013

Frequently asked questions

Warum wird der dicke aufsteigende Schenkel als Verdünnungssegment bezeichnet?

Er reabsorbiert aktiv Natrium und Chlorid, ist aber wasserundurchlässig, so dass die ihn verlassende Flüssigkeit verdünnter ist als Plasma, während das reabsorbierte Salz das umgebende Interstitium stärker konzentriert.

Was ist der Zweck des medullären osmotischen Gradienten?

Er liefert die osmotische Triebkraft, die Wasser aus dem Sammelrohr zieht, wenn dieses Segment wasserdurchlässig gemacht wird, wodurch die Niere den Urin konzentrieren kann.