Harnkonzentrierung und -verdünnung

Harnkonzentrierung und -verdünnung ist die renale Fähigkeit, die Osmolarität des ausgeschiedenen Urins über einen weiten Bereich zu variieren, während Wasser konserviert oder eliminiert wird, sodass die Plasmaosmolarität trotz großer Schwankungen der Wasseraufnahme nahezu konstant bleibt. Die Niere erreicht dies, indem sie ein hyperosmolares Interstitium im Nierenmark erzeugt und dann reguliert, wie viel Wasser der Sammelgang, hauptsächlich unter der Kontrolle des antidiuretischen Hormons, in den Körper zurückführt.

Definition

Harnkonzentrierung und -verdünnung bezieht sich auf die regulierte Anpassung der finalen Harnosmolarität, die durch einen kortikomedullären osmotischen Gradienten erreicht wird, der durch Gegenstrommultiplikation in den Henle-Schleifen und durch variable, hormonell gesteuerte Wasserresorption entlang des Sammelgangs erzeugt wird.

Scope

Dieser Bereich führt den Leser in die Funktionsweise der Säugetierniere ein, wie sie Urin produziert, der wesentlich konzentrierter oder wesentlich verdünnter als Plasma sein kann. Er behandelt den Aufbau des medullären osmotischen Gradienten durch Gegenstrommultiplikation, die Erhaltung dieses Gradienten durch die Vasa recta, den Beitrag des Harnstoffrecyclings und die Determinanten der maximal erreichbaren Harnkonzentration. Es handelt sich um eine Referenzübersicht der Physiologie, nicht um eine klinische Leitlinie.

Sub-topics

• Maximale Urinosmolarität und -konzentration
• Osmotische Gradientenbildung in der Nierenmedulla
• Harnstoffrecycling und medulläre Osmolarität
• Vasa Recta und Gegenstromaustausch

Core questions

• Wie wird ein steiler osmotischer Gradient im Nierenmark aufgebaut und aufrechterhalten?
• Wie entkoppelt die Niere die Wasserausscheidung von der Solutausscheidung?
• Was setzt die Obergrenze dafür fest, wie konzentriert Urin werden kann?
• Wie schaltet das antidiuretische Hormon die Niere zwischen Konzentrierungs- und Verdünnungsmodus um?

Key concepts

• Kortikomedullärer osmotischer Gradient
• Gegenstrommultiplikation
• Gegenstromaustausch durch die Vasa recta
• Einzeleffekt des dicken aufsteigenden Astes
• Antidiuretisches Hormon (Vasopressin) und Aquaporin-2
• Harnstoffrecycling
• Freie Wasser-Clearance
• Maximale und minimale Harnosmolarität

Key theories

Hypothese der Gegenstrommultiplikation

Die Henle-Schleife fungiert als Gegenstrommultiplikator: Die aktive NaCl-Resorption aus dem wasserundurchlässigen dicken aufsteigenden Ast erzeugt eine kleine transversale osmotische Differenz, die entlang der Länge des Marks zu einem großen axialen Gradienten multipliziert wird, den der Sammelgang dann zur Harnkonzentrierung nutzt.

Mechanisms

Zwei gekoppelte Prozesse liegen der Funktion zugrunde. Erstens baut die Henle-Schleife einen Gradienten zunehmender interstitieller Osmolarität von der Rinde zum inneren Mark auf und hält diesen aufrecht: Der dicke aufsteigende Ast resorbiert aktiv NaCl, während er für Wasser undurchlässig bleibt, und die Gegenstromanordnung des absteigenden und aufsteigenden Astes multipliziert diesen Einzeleffekt zu einem steilen axialen Gradienten. Die Vasa recta erhalten den Gradienten, indem sie als Gegenstromaustauscher fungieren, und das Harnstoffrecycling trägt zur Osmolarität des inneren Marks bei. Zweitens durchläuft der Sammelgang diesen Gradienten; wenn antidiuretisches Hormon vorhanden ist, werden Aquaporin-2-Wasserkanäle in die apikale Membran eingefügt, Wasser fließt osmotisch in das hyperosmolare Interstitium, und es entsteht konzentrierter Urin, während bei niedrigen Hormonspiegeln der Gang relativ wasserundurchlässig bleibt und verdünnter Urin ausgeschieden wird.

Clinical relevance

Der Konzentrierungs- und Verdünnungsmechanismus erklärt, wie der Körper die Plasmaosmolarität und den Wasserhaushalt verteidigt, und Störungen desselben liegen mehreren anerkannten Mustern der Wasserfehlregulation zugrunde, die in der klinischen Physiologie diskutiert werden, wie z. B. Zustände einer beeinträchtigten Wasserkonservierung oder einer beeinträchtigten Wasserausscheidung. Dieser Eintrag beschreibt die Physiologie, die solche Zustände stören, und ist keine Grundlage für Diagnose oder Behandlung.

Evidence & guidelines

Die hier zusammengefassten Mechanismen stammen aus physiologischen Übersichten und Standardlehrbüchern und nicht aus klinischen Studien; die wichtigsten modernen Synthesen sind Übersichtsartikel zum Harnkonzentrierungsmechanismus und zu renalen Aquaporinen.

History

Die Gegenstromhypothese entstand Mitte des 20. Jahrhunderts, um zu erklären, wie die Niere Urin produzieren konnte, der weitaus konzentrierter als Plasma war, und die folgenden Jahrzehnte klärten die Transporteigenschaften jedes Nephronsegments. Die molekulare Ära fügte die Klonierung von Aquaporin-Wasserkanälen und Harnstofftransportern hinzu, die eine molekulare Grundlage für die regulierten Wasser- und Harnstoffbewegungen lieferten, die die klassischen Modelle funktionell abgeleitet hatten.

Key figures

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

Seminal works

• sands-layton-2014
• nielsen-2002

Frequently asked questions

Warum kann die Niere Urin konzentrierter als Blut machen?

Weil die Henle-Schleife durch Gegenstrommultiplikation ein hyperosmolares medulläres Interstitium aufbaut; Wasser verlässt dann den Sammelgang osmotisch in dieses Interstitium, wenn das antidiuretische Hormon den Gang wasserdurchlässig macht.

Was ist der Unterschied zwischen konzentrierendem und verdünnendem Urin?

Beide hängen vom selben medullären Gradienten ab. Konzentrierung tritt auf, wenn das antidiuretische Hormon den Sammelgang wasserdurchlässig macht, sodass Wasser resorbiert wird; Verdünnung tritt auf, wenn der Hormonspiegel niedrig ist, der Gang wasserundurchlässig bleibt und der vom aufsteigenden Ast entfernte Solut den Urin hypoosmotisch macht.