Nieren

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Anatomie der Nieren

Lage

Die Nieren sind ein Organpaar, das sich entlang der hinteren Muskelwand der Bauchhöhle befindet. Die linke Niere liegt etwas weiter oben als die rechte Niere, da die Leber auf der rechten Körperseite größer ist. Im Gegensatz zu den anderen Bauchorganen liegen die Nieren hinter dem Bauchfell, das die Bauchhöhle auskleidet, und werden daher als retroperitoneale Organe betrachtet. Die Rippen und die Muskeln des Rückens schützen die Nieren vor äußeren Schäden. Fettgewebe, das als perirenales Fett bezeichnet wird, umgibt die Nieren und dient als Schutzpolster.

Struktur

Die Nieren sind bohnenförmig, wobei die konvexe Seite jedes Organs seitlich und die konkave Seite medial liegt. Die Einbuchtung auf der konkaven Seite der Niere, der so genannte Nierenhilus, bietet Platz für den Eintritt der Nierenarterie, der Nierenvene und des Harnleiters in die Niere.

Eine dünne Schicht aus faserigem Bindegewebe bildet die Nierenkapsel, die jede Niere umgibt. Die Nierenkapsel bildet eine steife äußere Hülle, um die Form des weichen inneren Gewebes zu erhalten.

Tief unter der Nierenkapsel befindet sich die weiche, dichte, gefäßreiche Nierenrinde. Sieben kegelförmige Nierenpyramiden bilden das Nierenmark tief in der Nierenrinde. Die Nierenpyramiden sind so ausgerichtet, dass ihre Basen nach außen zur Nierenrinde und ihre Spitzen nach innen zur Nierenmitte zeigen.

Jede Spitze ist mit einem Nebenkelch verbunden, einem kleinen hohlen Rohr, das den Urin sammelt. Die Nebenkelche vereinigen sich zu drei größeren Hauptkelchen, die sich wiederum zum hohlen Nierenbecken in der Mitte der Niere vereinigen. Das Nierenbecken verlässt die Niere am Nierenhilus, wo der Urin in den Harnleiter abfließt.

Blutversorgung

1. Die Nierenarterien verzweigen sich direkt von der Bauchaorta und treten durch den Nierenhilus in die Nieren ein.
2. Im Inneren der Nieren teilen sich die Nierenarterien in die kleineren afferenten Arteriolen der Nieren.
3. Jede afferente Arteriole transportiert Blut in die Nierenrinde, wo sie sich in ein Bündel von Kapillaren aufteilt, das als Glomerulus bezeichnet wird.
4. Aus dem Glomerulus sammelt sich das Blut wieder in kleineren efferenten Arteriolen, die in das Nierenmark hinabsteigen.
5. Die efferenten Arteriolen teilen sich in die peritubulären Kapillaren, die die Nierentubuli umgeben.
6. Nächstens vereinigen sich die peritubulären Kapillaren zu Venen, die wiederum in die große Nierenvene münden.
7. Schließlich verlässt die Nierenvene die Niere und mündet in die untere Hohlvene, die das Blut zum Herzen zurückführt.

Das Nephron

Jede Niere enthält etwa 1 Million einzelne Nephrone, die mikroskopisch kleinen Funktionseinheiten der Niere, die das Blut filtern und den Urin produzieren. Das Nephron besteht aus zwei Hauptteilen: dem Nierenkörperchen und dem Nierentubulus.

Das Nierenkörperchen, das für die Filterung des Blutes verantwortlich ist, besteht aus den Kapillaren des Glomerulus und der Glomerularkapsel (auch Bowman-Kapsel genannt). Der Glomerulus ist ein gebündeltes Netz von Kapillaren, das die Oberfläche des Blutes in Kontakt mit den Blutgefäßwänden vergrößert. Um den Glomerulus herum befindet sich die glomeruläre Kapsel, eine becherförmige Doppelschicht aus einfachem Plattenepithel mit einem Hohlraum zwischen den Schichten. Spezielle Epithelzellen, so genannte Podozyten, bilden die Schicht der Glomerularkapsel, die die Kapillaren des Glomerulus umgibt. Die Podozyten arbeiten mit dem Endothel der Kapillaren zusammen, um einen dünnen Filter zu bilden, der den Urin vom Blut trennt, das den Glomerulus passiert. Die äußere Schicht der Glomerularkapsel hält den Urin vom Blut innerhalb der Kapsel getrennt. Am anderen Ende der Glomerularkapsel, gegenüber dem Glomerulus, befindet sich die Mündung des Nierentubulus.

Eine Reihe von Röhren, die Nierentubuli genannt werden, konzentrieren den Urin und gewinnen die nicht abfallenden gelösten Stoffe aus dem Urin zurück. Der Nierentubulus transportiert den Urin von der Glomerularkapsel zum Nierenbecken.

1. Der gekrümmte erste Abschnitt des Nierentubulus wird als proximaler Faltenschlauch bezeichnet. Die Tubuluszellen, die den proximalen Tubulus auskleiden, nehmen einen Großteil des Wassers und der Nährstoffe auf, die ursprünglich in den Urin gefiltert wurden.
2. Der Urin durchläuft als Nächstes die Henle-Schleife, einen langen geraden Tubulus, der den Urin in das Nierenmark leitet, bevor er eine Haarnadelkurve macht und zur Nierenrinde zurückkehrt.
3. Nach der Henle-Schleife folgt der distale Tubulus.
4. Schließlich gelangt der Urin aus den distalen Tubuli mehrerer Nephrone in den Sammelkanal, der den konzentrierten Urin durch das Nierenmark in das Nierenbecken leitet.
5. Am Nierenbecken vereinigt sich der Urin aus vielen Sammelkanälen und fließt aus den Nieren in die Harnleiter.

Physiologie der Nieren

Ausscheidung von Abfallstoffen

Die Hauptfunktion der Nieren ist die Ausscheidung von Abfallstoffen, die durch den Eiweißstoffwechsel und die Muskelkontraktion entstehen. Die Leber verstoffwechselt Nahrungsproteine zur Energiegewinnung und produziert giftiges Ammoniak als Abfallprodukt. Die Leber ist in der Lage, den größten Teil dieses Ammoniaks in Harnsäure und Harnstoff umzuwandeln, die für den Körper weniger giftig sind. In der Zwischenzeit nutzen die Muskeln unseres Körpers Kreatin als Energiequelle und produzieren dabei das Abfallprodukt Kreatinin. Ammoniak, Harnsäure, Harnstoff und Kreatinin sammeln sich im Laufe der Zeit im Körper an und müssen aus dem Kreislauf entfernt werden, um die Homöostase aufrechtzuerhalten.

Die Glomeruli in den Nieren filtern alle vier dieser Abfallprodukte aus dem Blutkreislauf, so dass wir sie mit dem Urin aus dem Körper ausscheiden können. Etwa 50 % des im Blut befindlichen Harnstoffs werden von den Tubuluszellen des Nephrons resorbiert und in den Blutkreislauf zurückgeführt. Der Harnstoff im Blut trägt dazu bei, andere, giftigere Abfallprodukte im Urin zu konzentrieren, indem er das osmotische Gleichgewicht zwischen Urin und Blut im Nierenmark aufrechterhält.

Filtration, Reabsorption und Sekretion

1. Die Nieren filtern das Blut, während es die Kapillaren passiert, die den Glomerulus bilden. Der Blutdruck drückt den größten Teil des Blutplasmas durch die Auskleidung der Kapillaren und in die Glomerularkapsel. Die Blutzellen sind zu groß, um die Kapillarauskleidung zu passieren, und verbleiben daher zusammen mit einem gewissen Restplasma in den Kapillaren. Das gefilterte Plasma, das nun als Tubulusflüssigkeit bezeichnet wird, beginnt aus der glomerulären Kapsel in den proximalen Tubulus zu fließen.
2. Gleichzeitig bewegt sich das konzentrierte Blut, das in den Kapillaren des Glomerulus verbleibt, in die efferenten Arteriolen und weiter zu den peritubulären Kapillaren, die den proximalen Tubulus umgeben. Die Epithelzellen, die den Tubulus auskleiden, nehmen aktiv wertvolle Glukosemoleküle, Aminosäuren und Ionen aus dem Filtrat auf und geben sie wieder an das Blut ab. Diese Zellen absorbieren auch alle im Blut verbliebenen Abfallprodukte (wie Ammoniak und Kreatinin) und geben diese Chemikalien in das Filtrat ab. Während diese gelösten Stoffe ausgetauscht werden, drückt der osmotische Druck Wasser aus dem verdünnten, hypotonen Filtrat zurück in das konzentrierte, hypertone Blut.
3. Aus dem proximalen Tubulus convolutus gelangt die tubuläre Flüssigkeit in die Henle-Schleife, wo Wasser und Ionen rückresorbiert werden. Der absteigende Schenkel der Henleschen Schleife ist wasserdurchlässig und führt das Filtrat tief in das Nierenmark. Das den Tubulus umgebende Medulla-Gewebe enthält eine hohe Ionenkonzentration und im Vergleich zum Filtrat sehr wenig Wasser. Der osmotische Druck zwischen dem hypotonen Filtrat und den hypertonen Markzellen drückt Wasser aus dem Filtrat in die Zellen. Die Zellen des Marks geben dieses Wasser an das Blut zurück, das durch die nahe gelegenen Kapillaren fließt.
4. Das Filtrat durchläuft als nächstes den aufsteigenden Schenkel der Henle-Schleife, wenn es das Mark verlässt. Die Gewebe, die das aufsteigende Glied umgeben, sind nicht durchlässig für Wasser, aber durchlässig für Ionen. Das Filtrat ist nach dem Passieren des absteigenden Schenkels sehr konzentriert, so dass Ionen leicht aus dem Filtrat in die Zellen diffundieren, die den aufsteigenden Schenkel auskleiden. Diese Ionen werden in das Blut zurückgeführt, das durch die nahegelegenen Kapillaren fließt.
5. Die aus der Henle-Schleife austretende Tubulusflüssigkeit durchläuft anschließend den distalen Tubulus convoluted und den Sammelkanal des Nephrons. Diese Tubuli nehmen weiterhin kleine Mengen an Wasser und Ionen auf, die noch im Filtrat enthalten sind. Die den Sammelkanal umgebenden Gewebe absorbieren aktiv überschüssige Kalium- und Wasserstoffionen aus den nahe gelegenen Kapillaren und scheiden diese überschüssigen Ionen als Abfallstoffe in das Filtrat aus.
6. Wenn das Filtrat das Ende des Sammelkanals erreicht, sind fast alle wertvollen Nährstoffe, Ionen und Wasser in den Blutkreislauf zurückgeführt worden, während Abfallprodukte und eine kleine Menge Wasser übrig bleiben und den Urin bilden. Der Urin verlässt den Sammelkanal und vereinigt sich mit dem Urin aus anderen Sammelkanälen im Nierenbecken.

Wasserhomöostase

Die Nieren sind in der Lage, das Wasservolumen im Körper zu kontrollieren, indem sie die Rückresorption von Wasser durch die Tubuli des Nephrons verändern. Unter normalen Bedingungen nehmen die Tubuluszellen der Nephrontubuli (durch Osmose) fast das gesamte Wasser auf, das durch den Glomerulus in den Urin gefiltert wird.

Die Wasserrückresorption führt zu einem sehr konzentrierten Urin und zur Erhaltung des Wassers im Körper. Die Hormone Antidiuretisches Hormon (ADH) und Aldosteron steigern beide die Wasserrückresorption, bis fast 100 % des vom Nephron gefilterten Wassers ins Blut zurückgeführt werden. ADH stimuliert die Bildung von Wasserkanalproteinen in den Sammelkanälen der Nephrone, die es dem Wasser ermöglichen, vom Urin in die Tubuluszellen und weiter ins Blut zu gelangen. Aldosteron steigert die Rückresorption von Na+- und Cl- Ionen, wodurch mehr Wasser durch Osmose ins Blut gelangt.

In Situationen, in denen zu viel Wasser im Blut vorhanden ist, schüttet unser Herz das Hormon atriales natriuretisches Peptid (ANP) aus, um die Ausscheidung von Na+- und Cl- Ionen zu erhöhen. Durch die erhöhte Konzentration von Na+ und Cl- im Urin wird über Osmose Wasser in den Urin gezogen, wodurch sich die produzierte Urinmenge erhöht.

Säure-Basen-Homöostase

Die Nieren regulieren den pH-Wert des Blutes, indem sie die Ausscheidung von Wasserstoffionen (H+) und Bikarbonationen (HCO3-) kontrollieren. Wasserstoffionen sammeln sich an, wenn Proteine in der Leber verstoffwechselt werden und wenn Kohlendioxid im Blut mit Wasser reagiert und Kohlensäure (H2CO3) bildet. Kohlensäure ist eine schwache Säure, die in Wasser teilweise unter Bildung von Wasserstoff- und Bicarbonationen dissoziiert. Beide Ionen werden im Glomerulus der Niere aus dem Blut gefiltert, aber die Tubuluszellen, die das Nephron auskleiden, nehmen selektiv Bikarbonationen auf, während Wasserstoffionen als Abfallprodukt im Urin zurückbleiben. Die Tubuluszellen können auch aktiv zusätzliche Wasserstoffionen in den Urin absondern, wenn das Blut extrem sauer wird.

Die rückresorbierten Bikarbonationen gelangen in den Blutkreislauf, wo sie Wasserstoffionen neutralisieren können, indem sie neue Moleküle von Kohlensäure bilden. Kohlensäure, die die Kapillaren der Lunge passiert, dissoziiert in Kohlendioxid und Wasser, so dass wir das Kohlendioxid ausatmen können.

Elektrolyt-Homöostase

Die Nieren halten die Homöostase wichtiger Elektrolyte aufrecht, indem sie deren Ausscheidung über den Urin kontrollieren.

• Natrium (Na+): Natrium ist ein lebenswichtiger Elektrolyt für die Muskelfunktion, die Funktion der Nervenzellen, die Blutdruckregulation und die Regulierung des Blutvolumens. Über 99 % der Natriumionen, die die Nieren passieren, werden aus dem tubulären Filtrat in das Blut rückresorbiert. Der größte Teil der Rückresorption von Natrium findet im proximalen Tubulus convolutedis und in der aufsteigenden Henle-Schleife statt.
• Kalium (K+): Genau wie Natrium ist Kalium ein lebenswichtiger Elektrolyt für die Muskelfunktion, die Funktion der Nervenzellen und die Regulierung des Blutvolumens. Im Gegensatz zu Natrium werden jedoch nur etwa 60 bis 80 % der Kaliumionen, die die Nieren passieren, rückresorbiert. Der größte Teil der Rückresorption von Kalium findet im proximalen Tubulus convolutedis und in der aufsteigenden Henle-Schleife statt.
• Chlorid (Cl-): Chlorid ist das wichtigste Anion (negativ geladenes Ion) im Körper. Chlorid ist für die Regulierung von Faktoren wie dem pH-Wert und dem zellulären Flüssigkeitshaushalt von entscheidender Bedeutung und trägt zum Aufbau des elektrischen Potenzials von Neuronen und Muskelzellen bei. Der proximale Tubulus und die aufsteigende Henle-Schleife nehmen etwa 90 % der von den Nieren gefilterten Chlorid-Ionen wieder auf.
• Calcium (Ca2+): Kalzium ist nicht nur einer der wichtigsten Mineralstoffe im Körper, der die Knochen und Zähne aufbaut, sondern auch ein lebenswichtiger Elektrolyt. In seiner Funktion als Elektrolyt ist Kalzium für die Kontraktion des Muskelgewebes, die Freisetzung von Neurotransmittern durch die Neuronen und die Stimulation des Herzmuskelgewebes im Herzen unerlässlich. Der proximale Tubulus convolutedis und die aufsteigende Henle-Schleife nehmen den größten Teil des Kalziums aus dem Tubulusfiltrat in das Blut zurück. Parathormon erhöht die Rückresorption von Kalzium in den Nieren, wenn der Kalziumspiegel im Blut zu niedrig wird.
• Magnesium (Mg2+): Das Magnesium-Ion ist ein essentieller Elektrolyt für die ordnungsgemäße Funktion von Enzymen, die mit Phosphatverbindungen wie ATP, DNA und RNA arbeiten. Der proximale Tubulus und die Henle-Schleife nehmen den größten Teil des Magnesiums, das die Niere passiert, wieder auf.

Blutdruckhomöostase

Die Nieren tragen zur Kontrolle des Blutdrucks im Körper bei, indem sie die Ausscheidung von Natriumionen und Wasser regulieren und das Enzym Renin produzieren. Da Blut zum größten Teil aus Wasser besteht, führt eine erhöhte Wassermenge im Körper zu einer Vergrößerung des Blutvolumens in den Blutgefäßen. Ein erhöhtes Blutvolumen bedeutet, dass das Herz stärker als sonst pumpen muss, um das Blut in die mit überschüssigem Blut gefüllten Gefäße zu drücken. Ein erhöhtes Blutvolumen führt also zu einem erhöhten Blutdruck. Wenn der Körper hingegen dehydriert ist, sinken das Blutvolumen und der Blutdruck.

Die Nieren können den Blutdruck kontrollieren, indem sie entweder Wasser resorbieren, um den Blutdruck aufrechtzuerhalten, oder indem sie mehr Wasser als üblich über den Urin ausscheiden und so das Blutvolumen und den Blutdruck senken. Die Natriumionen im Körper tragen dazu bei, den osmotischen Druck im Körper zu regulieren, indem sie Wasser in Bereiche mit hoher Natriumkonzentration ziehen. Um den Blutdruck zu senken, können die Nieren zusätzliche Natriumionen ausscheiden, die Wasser aus dem Körper ziehen. Umgekehrt können die Nieren zusätzliche Natriumionen resorbieren, um Wasser im Körper zu halten.

Schließlich produzieren die Nieren das Enzym Renin, um zu verhindern, dass der Blutdruck im Körper zu niedrig wird. Die Nieren sind auf einen bestimmten Blutdruck angewiesen, um das Blutplasma durch die Kapillaren im Glomerulus zu drücken. Wenn der Blutdruck zu niedrig wird, geben Zellen der Niere Renin ins Blut ab. Renin setzt einen komplexen Prozess in Gang, der zur Freisetzung des Hormons Aldosteron durch die Nebennieren führt. Aldosteron regt die Zellen der Niere an, die Rückresorption von Natrium und Wasser zu erhöhen, um das Blutvolumen und den Blutdruck aufrechtzuerhalten.

Hormone

Die Nieren erfüllen eine kleine, aber wichtige endokrine Funktion, indem sie die Hormone Calcitriol und Erythropoietin produzieren.

• Calcitriol ist die aktive Form von Vitamin D im Körper. Die Tubuluszellen des proximalen Konvolutrohrs stellen Calcitriol aus inaktiven Vitamin-D-Molekülen her. Calcitriol gelangt dann von den Nieren über den Blutkreislauf in den Darm, wo es die Aufnahme von Calcium aus der Nahrung im Darmlumen erhöht.
• Erythropoietin (EPO) ist ein Hormon, das von den Zellen der peritubulären Kapillaren als Reaktion auf Hypoxie (Sauerstoffmangel im Blut) gebildet wird. EPO regt die Zellen des roten Knochenmarks an, mehr rote Blutkörperchen zu produzieren. Der Sauerstoffgehalt im Blut steigt, wenn mehr rote Blutkörperchen heranreifen und in den Blutkreislauf gelangen. Sobald der Sauerstoffgehalt wieder normal ist, stellen die Zellen der peritubulären Kapillaren die Produktion von EPO ein.

Eine Reihe von Hormonen, die an anderen Stellen im Körper produziert werden, tragen zur Steuerung der Nierenfunktion bei.

• Antidiuretisches Hormon (ADH), auch Vasopressin genannt, ist ein Hormon, das von neurosekretorischen Zellen im Hypothalamus des Gehirns produziert wird. Diese Zellen reichen bis in den Hypophysenhintergrund, der ADH speichert und freisetzt. Die ADH-Produktion wird durch eine Abnahme des Blutvolumens und eine erhöhte Osmolarität des Blutes angeregt. ADH hilft dem Körper, Wasser zurückzuhalten, indem es die Zahl der Wasserkanäle in den Zellen der Sammelkanäle der Nieren erhöht. Diese Wasserkanäle ermöglichen die Rückresorption des im Urin verbliebenen Wassers ins Blut, was zu extrem konzentriertem Urin führt.
• Angiotensin II ist ein Hormon, das in der Leber gebildet und durch die Enzyme Renin und Angiotensin-konvertierendes Enzym aktiviert wird. Sobald es aktiviert ist, erhöht Angiotensin II die Rückresorption von Natrium- und Chloridionen im proximalen Tubulus, was zu einer erhöhten Rückresorption von Wasser führt.
• Aldosteron ist ein Hormon, das in der Nebennierenrinde als Reaktion auf Angiotensin II gebildet wird. Aldosteron bindet sich an Zielzellen in den Wänden der Sammelkanäle des Nephrons. Diese Zellen nehmen zusätzliche Natrium- und Chloridionen auf, die sonst mit dem Urin ausgeschieden würden. Die Zielzellen entfernen auch Kaliumionen aus dem Blut und scheiden sie mit dem Urin aus.
• Atriales natriuretisches Peptid (ANP) ist ein Hormon, das von Herzmuskelzellen in den Vorhöfen des Herzens produziert wird. Diese Zellen produzieren ANP als Reaktion auf einen hohen Natriumgehalt im Blut oder einen erhöhten Blutdruck. In den Nieren erhöht ANP die glomeruläre Filtrationsrate, so dass mehr Blutplasma in die glomeruläre Kapsel und in die Nierentubuli gepresst wird. ANP entfernt auch einige gelöste Stoffe aus den Zellen des Nierenmarks, wodurch die Henle-Schleife bei der Rückresorption von Wasser und Ionen aus dem Filtrat weniger effizient ist. Das Nettoergebnis von ANP ist, dass mehr Natrium und Wasser mit dem Urin ausgeschieden werden, das Blutvolumen abnimmt und der Blutdruck ebenfalls sinkt.