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Einführung - Physiologie der Niere (1)
Ziele des Kurses
Funktionsprinzip der Nieren
Transportvorgänge im Nierenkörperchen und im Tubulussystem
Filtration
Niere – Diffusion
Niere – Osmose
Osmolarität, hypertone und hypotone Lösungen
Resorption und Sekretion
Osmolarität im Tubulussystem und dem umgebenden Gewebe
Rückgewinnung von Natrium, Chlor und Wasser im Tubulussystem
Rückgewinnung von Kalium im Tubulussystem der Niere
Rückgewinnung von Kalzium im Tubulussystem der Niere
Rückgewinnung von Magnesium im Tubulussystem der Niere
Rückgewinnung von Phosphat im Tubulussystem der Niere
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Filtration


Die Filtration des Primärharns geschieht in der Bowman-Kapsel. Vergegenwärtigen Sie sich bitte noch einmal den Aufbau der Bowman-Kapsel.



Abb. 2: Schematischer Aufbau der Bowman-Kapsel © Andreas Heimann-Heinevetter

Das Vas afferens tritt am Gefäßpol in die Bowman-Kapsel ein und verzweigt sich zum Kapillarnetz des Glomerulus. Um die Kapillarschlingen herum schmiegt sich das aus den Podozyten bestehende innere Blatt der Bowman-Kapsel. Am Gefäßpol schlägt das innere Blatt um und wird so zum äußeren Blatt der Bowman-Kapsel. Im Raum zwischen innerem und äußerem Blatt sammelt sich der Primärharn (Glomerulusfiltrat), der Primärharn fließt am Harnpol in das Tubulussystem des Nephrons ab. Das Kapillarknäuel des Glomerulus vereinigt sich wieder zu einem größeren Blutgefäß, dem Vas efferens, das die Bowman-Kapsel am Gefäßpol verlässt.


Die Menge sowie der Inhalt des abfiltrierten Primärharns sind abhängig von der Art des Filters, vom Filtrationsdruck und von der Zusammensetzung des Blutes, also der zu filtrierenden Flüssigkeit.


Der Filter, durch den der Primärharn abgepresst wird, besteht aus drei Membranen.


Filtrationsmembranen



Abb. 3: Filtrationsmembranen in der Bowman-Kapsel © Andreas Heimann-Heinevetter

  • Endothelzellen der Kapillaren. Mit diesen Zellen sind die Kapillaren ausgekleidet. Diese Zellen haben sehr kleine Poren mit einer Größe von gerade einmal 70 nm (Nanometer), das sind also 70 Millionstel Millimeter. Die Zellen des Blutes sind zu groß, um sich durch diese kleinen Poren zu zwängen.

  • Die nächste zu passierende Schicht ist die Basalmembran, sie hat ebenfalls Poren und die sind mit 400 nm, also 400 Millionstel Millimeter, recht dick. Die Basalmembran hat noch eine besondere Eigenschaft: In ihr befinden sich viele Teilchen mit negativer Ladung.

    Ja, Sie haben richtig gelesen – in der Basalmembran gibt es viele Teilchen mit elektrisch negativer Ladung. Warum ist das von Bedeutung? Im Blut gibt es ebenfalls negativ geladene Teilchen. Nun, diese Teilchen fühlen sich von der Basalmembran alles andere als angezogen, sie stoßen sich fast von ihr ab wie die gleichen Pole zweier Magneten. Entsprechend können diese Teilchen kaum die Basalmembran überwinden, da sie wegen ihrer Ladung nur selten in deren Nähe kommen.

  • Die letzte zu überwindende Schicht ist das innere Blatt der Bowman-Kapsel, mit den Podozyten (übersetzt müsste dieser Name so etwas wie „Fußzellen“ bedeuten). Im inneren Blatt der Bowman-Kapsel findet man schmale kurze Schlitze mit einer Länge von 15 nm und einer Breite von 5 nm.
  • Nanometer. In diesem Abschnitt ist von Nanometern die Rede. Hierzu ein kleiner Größenvergleich.

    Ein Wasserstoffatom hat die Größe von ca. 0,1 Nanometer, es kann also wunderbar durch alle Schlitze und Poren schlüpfen.

    Wasser (H2O) hat eine durchschnittliche Molekülgröße von 0,28 Nanometern und kann damit ebenfalls leicht alle Membranen passieren.

    Eiweiße haben eine Größe (ich habe da nur eine konkrete Zahl gefunden) von etwa 100 Nanometern, sind also etwas zu fett, um durch die Membranen zu treten.

    Ein rotes Blutkörperchen bringt es immerhin auf eine Größe von 7500 Nanometern, da sind alle Schlitze und Poren zu eng. Es kann nicht durch die „Filter“ der Bowman-Kapsel hindurchtreten.

Spätestens das innere Blatt der Bowman-Kapsel verhindert den Durchtritt von Zellen und großen Molekülen wie Eiweiß in das „Ultrafiltrat“, also in den Primärharn. Findet man Eiweiß im Urin, deutet das darauf hin, dass irgendetwas am Filter nicht stimmt. Findet man rote Blutkörperchen im Urin, so weist das weniger auf den Filter hin (denn die Blutkörperchen sind ja riesig im Vergleich zu den Poren und Schlitzen), sondern eher auf einen Defekt in den ableitenden Harnwegen, z.B. im Harnleiter oder in der Blase.


Filtrationsdruck


Der Filtrationsdruck ist die zweite entscheidende Größe, wovon die Menge des Filtrats, also des abgepressten Primärharns, abhängt. Der Filtrationsdruck ist der effektive Blutdruck, der in den Kapillaren der Bowman-Kapsel vorhanden ist.



Abb. 4: Filtrationsdruck in der Bowman-Kapsel © Andreas Heimann-Heinevetter

Sie haben eventuell gestutzt bei dem Begriff „wirksamer Blutdruck“. Der Grund ist folgender:


In der Bowman-Kapsel herrschen mehrere Drücke, die teilweise in gegensätzlicher Richtung wirken.


  • Einer dieser Drücke ist der Blutdruck in den Kapillarschlingen, er beträgt etwa 50 mmHg. Gäbe es keinen entgegengesetzten Druck, so wäre dies der Filtrationsdruck. Doch es gibt Gegenspieler, also Drücke, die genau in der anderen Richtung wirksam werden.

  • Der hydrostatische Druck. In der Bowman-Kapsel selbst herrscht eine Art „Grunddruck“, er wird z.B. durch das umgebende Gewebe hervorgerufen. Stellen Sie sich vor, Sie nehmen eine Plastiktüte (das ist die Niere) und packen dort ein Gemisch aus Sand und Murmeln hinein. Die Murmeln sind die Bowman-Kapseln. Nun, der Sand in der Plastiktüte drückt von allen Seiten ein wenig auf die Murmeln. Das wäre dann der „hydrostatische Murmeldruck“ (wunderschönes Wort finde ich … kicher). Aber Sie haben verstanden, was ich meine. Die Niere selbst, die umgebende Nierenkapsel, die Bauchorgane und so weiter üben einen gewissen Druck auf die Bowman-Kapsel aus, eben den hydrostatischen Druck. Er beträgt etwa 15 mmHg. Wenn man diesen Wert von den 50 mmHg Blutdruck in den Kapillarschlingen abzieht, bleiben also noch 35 mmHg an Filtrationsdruck übrig.

    Doch Sie ahnen es schon, es gibt noch einen Gegenspieler zu dem Blutdruck in den Kapillarschlingen.

  • Der kolloidosmotische Druck. Große Moleküle wie die Eiweiße des Blutes haben die Eigenschaft, Wasser quasi festzuhalten. Im Blut befinden sich diese Moleküle. Der Blutdruck in den Kapillarschlingen versucht das Wasser zu filtrieren, aber dann kommen die besagten großen Moleküle ins Spiel, die sagen: „Ich gebe das Wasser nicht her … kämpfe darum!“ Bei diesem Tauziehen ums Wasser bietet der noch vorhandene effektive Filtrationsdruck 35 mmHg auf, die großen Moleküle halten mit 25 mmHg dagegen. Also bleibt ein realer Filtrationsdruck von 10 mmHg übrig.

  • Effektiver Filtrationsdruck. Er beträgt gerade mal 10 mmHg, das ist gemessen am Blutdruck im Körper von 120 mmHg (systolisch) wirklich nicht viel. Doch dieser geringe Filtrationsdruck reicht aus, um am Tag circa 140 Liter Primärharn zu produzieren, und bei der Menge und Ihrem Körpergewicht ist Ihnen klar: Würde da nicht ganz viel zurückgewonnen, wären Sie nach etwa zwölf Stunden nicht mehr da.

Übrigens: Die Niere ist in der Lage, den Blutdruck in den Kapillarschlingen trotz schwankender Blutdrücke im Körperkreislauf in großen Grenzen (180 bis 80 mmHg Mitteldruck) konstant zu halten.


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Identnummer: 20091216

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