Maximale Urinosmolarität und -konzentration

Es gibt eine Obergrenze für die Konzentration des Urins, die durch die höchste Osmolarität bestimmt wird, die das innere Nierenmark erreichen kann; bei gesunden Erwachsenen entspricht dies einer maximalen Urinosmolarität, die deutlich über der des Plasmas liegt. Da eine feste tägliche Solutlast ausgeschieden werden muss, legt diese Grenze auch ein minimales, obligatorisches Wasservolumen fest, das den Körper im Urin verlassen muss.

Definition

Die maximale Urinosmolarität ist die höchste Konzentration, auf die die Niere den Urin anheben kann, bestimmt durch die Spitzenosmolarität des inneren Markinterstitiums, mit dem die Flüssigkeit des Sammelrohrs unter maximaler antidiuretischer Hormonwirkung ins Gleichgewicht kommt; zusammen mit der täglichen Solutlast bestimmt sie das obligatorische Urinvolumen.

Scope

Dieses Thema behandelt, was die maximal erreichbare Urinosmolarität bestimmt, das daraus folgende Konzept des obligatorischen Wasserverlusts und das entgegengesetzte Extrem der maximalen Verdünnung. Es integriert die Themen Gradient, Vasa recta und Harnstoff in die Gesamtkonzentrationsleistung der Niere. Es handelt sich um Referenzphysiologie, nicht um klinische Leitlinien.

Core questions

• Was setzt die Obergrenze für die Urinosmolarität fest?
• Wie übersetzt sich die maximale Konzentration in ein obligatorisches Mindesturinvolumen?
• Was bestimmt den am stärksten verdünnten Urin, den die Niere produzieren kann?
• Welche Faktoren senken die maximal erreichbare Konzentration?

Key concepts

• Maximale Urinosmolaritätsgrenze
• Gleichgewicht der Sammelrohrflüssigkeit mit dem inneren Markinterstitium
• Obligatorischer Wasserverlust
• Tägliche Solutlast und minimales Urinvolumen
• Maximale Harnverdünnung
• Determinanten der Konzentrationsfähigkeit (Gradient, Harnstoff, Vasopressin, Aquaporin-2)

Mechanisms

Unter maximaler antidiuretischer Hormonwirkung wird das Sammelrohr durch reichlich apikales Aquaporin-2 hochgradig wasserdurchlässig, und die das Rohr verlassende Flüssigkeit gleicht sich osmotisch mit dem inneren Markinterstitium aus; die maximale Urinosmolarität kann daher die Spitzenosmolarität des Interstitiums nicht überschreiten, die selbst durch Gegenstrommultiplikation, Harnstoffrecycling und Erhaltung durch die Vasa recta festgelegt wird. Da eine annähernd feste Menge an Solut täglich ausgeschieden werden muss, ergibt die Division dieser Solutlast durch die maximale Osmolarität ein minimales oder obligatorisches Urinvolumen, das die Niere nicht unterschreiten kann; eine weniger effiziente Konzentration erhöht dieses obligatorische Volumen. Im entgegengesetzten Extrem, wenn antidiuretisches Hormon fehlt, bleibt das Sammelrohr wasserundurchlässig, während der aufsteigende Schenkel weiterhin Solut entfernt, so dass der Urin deutlich hypoosmotisch gemacht werden kann, was die Verdünnungsgrenze der Niere definiert. Jeder Faktor, der den medullären Gradienten senkt, die Aquaporin-2-Insertion reduziert oder die Harnstoffverfügbarkeit verringert, senkt die maximal erreichbare Osmolarität.

Clinical relevance

Die maximale Konzentrationsfähigkeit und der daraus resultierende obligatorische Wasserbedarf erklären, warum Solut- und Wasserhaushalt miteinander verbunden sind, und eine reduzierte Konzentrationsfähigkeit ist ein anerkanntes Merkmal mehrerer physiologischer und krankhafter Zustände, die in der klinischen Nephrologie diskutiert werden; dieser Eintrag beschreibt die Physiologie und ist keine Grundlage für Diagnose oder Behandlung.

Evidence & guidelines

Die Darstellung stützt sich auf physiologische Übersichten zur Harnkonzentration, auf Übersichten zu renalen Aquaporinen und auf Standardlehrbücher der Physiologie; numerische Werte für die maximale Osmolarität variieren je nach Methode und Spezies und werden hier qualitativ angegeben.

History

Nachdem der Gegenstrommechanismus erklärt hatte, wie der medulläre Gradient aufgebaut wird, wandte sich die Aufmerksamkeit der Frage zu, was den Gradienten und damit die maximale Urinkonzentration begrenzt, und der damit verbundenen Idee eines obligatorischen Mindesturinvolumens, das zur Ausscheidung der täglichen Solutlast erforderlich ist. Die Entdeckung und Charakterisierung von Aquaporin-2 lieferte später eine molekulare Erklärung für die regulierte Wasserdurchlässigkeit, die es der Sammelrohrflüssigkeit ermöglicht, während maximaler Antidiurese mit dem medullären Interstitium ins Gleichgewicht zu kommen.

Key figures

• Jeff M. Sands
• Harold E. Layton
• Mark A. Knepper
• Søren Nielsen

Seminal works

• sands-2009
• nielsen-2002

Frequently asked questions

Was begrenzt, wie stark Urin konzentriert werden kann?

Die maximale Urinosmolarität kann die Spitzenosmolarität des inneren Markinterstitiums nicht überschreiten, mit dem die Sammelrohrflüssigkeit unter maximaler antidiuretischer Hormonwirkung ins Gleichgewicht kommt; diese interstitielle Spitze wird durch Gegenstrommultiplikation, Harnstoffrecycling und Vasa recta-Austausch festgelegt.

Was ist obligatorischer Wasserverlust?

Da eine annähernd feste tägliche Solutlast ausgeschieden werden muss und Urin nur bis zu einer maximalen Osmolarität konzentriert werden kann, gibt es ein minimales Urinvolumen, das verloren gehen muss, um dieses Solut abzuführen; dieses Minimum ist der obligatorische Wasserverlust.