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Embryonale Entwicklung und Aufbau der Niere

05.07.1999
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-TitelGovi-Verlag

ANATOMIE DES MENSCHEN

Embryonale Entwicklung und Aufbau der Niere

von Thomas Beck, Rostock

Die Nieren spielen eine zentrale Rolle bei der Ausscheidung körpereigener und körperfremder Substanzen. Sie sind ebenso unverzichtbar für die Volumenregulation der Extrazellularflüssigkeit des Körpers und bestimmen entscheidend die Zusammensetzung der Körperflüssigkeiten.

Die embryonale Entwicklung der Niere verläuft recht kompliziert. In der frühen Embryonalentwicklung bildet sich nämlich nicht eine einzelne, sondern nacheinander drei Nierenanlagen, von denen nur die zuletzt ausgebildete bestehen bleibt und dauerhaft die Nierenfunktion übernimmt. Bei den zuerst gebildeten Nierenanlagen greift die Natur auf Nierenformen niederer Wirbeltiere zurück. Teile dieser Nierenanlagen bilden sich später vollständig zurück, andere bleiben bestehen und werden dann entweder in die nachfolgenden Entwicklungsstadien oder unter Funktionswandel in das Genitalsystem integriert. Die Kenntnis der embryonalen Entwicklung ist daher für das Verständnis des Urogenitalssystems von großer Bedeutung.

Bildungsort der embryonalen Nierenanlagen ist das an der dorsalen Wand der embryonalen Leibeshöhle gelegene Mesoderm, das in Segmenten angeordnet ist, den sogenannten Nephrotomen. Von kranial nach kaudal bilden sich folgende Strukturen

o die Vorniere (Pronephros) ungefähr am 22. Schwangerschaftstag;
o die Urniere (Mesonephros), die in thorakalen und lumbalen Segmenten in der 4. Schwangerschaftswoche entsteht;
o die Nachniere (Metanephros), die ab der 5. Schwangerschaftswoche entsteht und das endgültige Ausscheidungsorgan darstellt.

Die Vorniere entspricht in ihrem Bau der Niere primitiver Fische. Das eigentliche Nierengewebe, das in der embryonalen Halsregion gebildet wird, bleibt beim Menschen ohne Funkion und degeneriert rasch; jedoch wird der Vornierengang, der durch kaudales Wachstum Verbindung mit dem primitiven Enddarm (Kloake) aufnimmt, von der nachfolgenden Urniere als Urnierengang genutzt. Der nach kaudal voranwachsende Urnierengang induziert die Bildung zusätzlicher Baueinheiten der Urniere, die aus Glomeruli und Tubuli bestehen und in ihren Bauprinzipien den Nieren von Fischen und Amphibien entsprechen. Ähnlich diesen Lebewesen fehlt der Urniere des Embryos die Fähigkeit zur Konzentration von Urin, die hier aber ebenfalls unwichtig ist, da sich der Embryo umhüllt von Amnionflüssigkeit (Fruchtwasser) gewisserma§en in einer aquatischen Umwelt befindet. Der Grund zum Sparen des Körperwassers, wie es für die Landbewohner essentiell ist, entfällt damit. Bereits während des schwanzwärts gerichteten Wachstums des Urnierenganges beginnen die kopfwärts gelegenen Segmente der Niere zu degenerieren.

Auch wenn die Ausscheidungsfunktion der Urniere nur kurze Zeit besteht, so bleiben doch einige ihrer Strukturelemente dauerhaft bestehen, allerdings unter Wandlung ihrer Funktion. Während bei der Frau der Urnierengang bis auf funktionell unwichtige Reste vollständig degeneriert, ist der Urnierengang beim Manne Ausgangsstruktur des Genitalapparates. Aus den Tubuli der Urniere werden beim Manne später die in den Nebenhoden führenden Ausführungsgänge des Hodens (Ductuli efferentes); aus dem Urnierengang bilden sich der Nebenhodengang (Ductus epidimydis), der Samenleiter (Ductus deferens), außerdem die Bläschendrüse (Gl. vesiculosa) und der Ductus ejaculatorius (Spritzkanal). Bei beiden Geschlechtern stammt ein dreieckiger Anteil der Harnblasenwand ebenfalls aus dem Urnierengang, das sogenannte Trigonum vesicae.

Indirekt sind auch Sammelrohre, Nierenkelche, Nierenbecken und die Harnleiter (Ureteren) der Nachniere auf eine Aussprossung des Urnierenganges, die Ureterknospe, zurückzuführen. Der gesamte Tubulusapparat der Niere fehlt noch bei dieser Aufzählung, da nicht die gesamte Nachniere aus dem Urnierengang entsteht. In der Tat entsteht die Nachniere durch die gegenseitige Wechselwirkung zwischen dem Epithel des Urnierenganges und dem umgebenden embryonalen Bindegewebe, dem Mesenchym, die beide dem mittleren Keimblatt, dem Mesoderm, entstammen. Da sich Epithel und Mesenchym gegenseitig beeinflussen, spricht man auch von einer reziproken Induktion.

Der Ort dieser Wechselwirkung liegt kurz vor der Einmündung des Urnierenganges in die Kloake. Dort sprosst die epitheliale Uretherknospe aus dem Urnierengang aus. Jede Aussprossung teilt sich beim Einwachsen in das umgebende Mesenchym, das als metanephrogenes Blastem bezeichnet wird, in einer Weise, da§ wiederum zwei neue Verzweigungen entstehen (dichotome Verzweigung). Durch Erweiterung der Knospe bildet sich das Nierenbecken, die folgenden zwei bis drei Verzweigungen bilden die Nierenkelche. Die sich bis zum 5. Schwangerschaftmonat weiter fortsetzende Verzweigung bildet schließlich das System der Nierenpapillen, der Sammelrohre und der Verbindungsstücke. Ohne das umgebende metanephrogene Blastem läuft die Verzweigung der Uretherknospe nicht ab. Das Blastem synthetisiert einen Botenstoff, der wiederum auf die Epithelzellen der Ureterknospe wirkt.

Wachstumsfaktoren kontrollieren Organentwicklung

Diese Entwicklungsvorgänge sind von beträchtlichem Interesse, weil Krebserkrankungen als unkontrollierte Entwicklungsvorgänge aufgefaßt werden können. Gendeletionsexperimente haben ergeben, daß das Proto-Oncogen c-ret eine Schlüsselrolle bei dieser Wechselwirkung zu spielen scheint. Unter Proto-Oncogenen versteht man Gene in Wirbeltierzellen, die in hohem Maße sequenzähnlich sind zu tumorauslösenden Genen in Viren, den Oncogenen.

Bei Mutanten mit fehlerhaftem c-ret-Gen bleibt die Bildung der Uretherknospe aus. Das Proto-Oncogen c-ret kodiert wie viele andere Proto-Oncogene auch für ein Protein c-ret, das eine Tyrosinkinase-Domäne enthält (zur Unterscheidung vom dazugehörigen Gen wird das Genprodukt, also das entsprechende Protein, nicht kursiv geschrieben).

Der Botenstoff aus dem Blastem, der die membranständige Tyrosinkinase c-ret aktiviert, ist kürzlich als GDNF (Glial Cell Line-Derived Neurotrophic Factor) erkannt worden. Dieser Wachstumsfaktor GDNF wurde zuerst als bedeutsam für das Wachstum von dopaminergen Neuronen und Motoneuronen erkannt, mittlerweile wird er aber auch als wesentlich für die Organentwicklung, insbesondere der des Darmes und der Nieren, angesehen. GDNF gehört zur gro§en Transforming Growth Factor-b-Superfamilie.

Bei fast zwei Dritteln aller c-ret-Knockout-Mäuse, denen dieses Gen entfernt wurde und damit die c-ret-Tyrosinkinase fehlt, wird gar keine Niere angelegt (Nierenagenesie), bei den übrigen Fällen kommt es zu Mißbildungen. Umgekehrt ist die Nierenentwicklung auch bei GDNF-Knockout-Mäusen gravierend gestört, da sie GDNF nicht mehr bilden können. Das metanephrogene Blastem wird abgeräumt und ist um den 13. Embryonaltag bei der GDNF-Knockout-Maus ganz verschwunden.

Bei der normalen Entwicklung werden in den Verdichtungszonen des metanephrogenen Blastems durch die einwachsende Ureterknospe ebenfalls Veränderungen induziert, die einer Wandlung von Mesenchym zu Epithel entsprechen. Die Epithelzellen ordnen sich hakenförmig an. Gleichzeitig bewirken die induzierten Mesenchymzellen auch das Einsprossen von Endothelzellen der Blutgefäße, die in den Epithelhaken einwachsen, so daß nunmehr ein Glomerulus aus Gefäßknäuel und Bowmanscher Kapsel entsteht. Der Tubulus entwickelt sich weiter vom Glomerulus über proximalen Tubulus, Henle-Schleife bis hin zum distalen Tubulus. Die Epithelzellen werden dabei polarisiert, das heißt Zellspitze und Zellbasis werden unterscheidbar, was nur möglich ist, wenn die Plasmamembranen durch seitliche Zell-Zell-Verbindungen verschweißt werden, so daß die Zellmembran nicht mehr über den vollen Zellumfang frei beweglich ist. Zellpolarität ist eine notwendige Voraussetzung für gerichteten Transport von Epithelien, wie es später im Tubulusapparat auch der Fall ist.

Die zellulären Umwandlungsvorgänge werden von Wachstumsfaktoren, zum Beispiel IGF (Insulin-like Growth Factor), EGF (Epidermal Growth Factor), TGF (Transforming Growth Factor) a und b sowie NGF (Nerve Growth Factor), kontrolliert. Das eisenbindende Rezeptorprotein Transferrin spielt ebenfalls eine Schlüsselrolle für die Umwandlung von Mesenchym in Epithel, da die Epithelzellen bei ihrer Differenzierung Transferrinrezeptoren auf ihrer Oberfläche bilden.

In der vierten bis siebten Entwicklungswoche wird durch Einwachsen einer Scheidewand, des Septum urogenitale, die Kloake in zwei Anteile aufgeteilt, nämlich das Rectum mit Proctodeum einerseits und den Sinus urogenitalis (Harn- und Geschlechtsbucht) andererseits. Aus letzterem geht die Harnblase ausschließlich ihres Trigonum vesicae hervor, ferner die Harnröhre (Urethra), die Prostata und bei der Frau der Scheidenvorhof. Zu Beginn steht die Harnblase noch über den Urachus (Ductus allantoicus) mit dem Urharnsack (Allantois) in Verbindung. Diese Verbindung degeneriert jedoch. Aus dem Urachus wird das mediale Nabelband, das Ligamentum umbilicale mediale. Bisweilen unterbleibt die Rückbildung des Urachus, so daß eine Urachusfistel entsteht und Harn nach der Geburt aus dem Nabel abfließt.

Der fetale Harn, dessen Produktion in der neunten bis zehnten Woche einsetzt, gelangt in das Fruchtwasser, von dem der Fetus täglich mehrere hundert Milliliter schluckt. Über den Dünndarm werden somit Abbauprodukte resorbiert und letzlich über die Plazenta und das mütterliche Blut aus dem Fetus ausgeschleust. Den Nieren kommt daher während der Fetalentwicklung noch keine wesentliche Ausscheidungsfunktion zu. Störungen der Nierenfunktion können sich allerdings in einem zu geringen Fruchtwasservolumen niederschlagen (Oligohydramnion), wodurch ein unzureichender Schutz des Fetus vor äußerer Druckeinwirkung eintreten kann. Dies äußert sich in der sogenannten Potter Facies (Edith L. Potter 1901, Chicago) mit Ohrmuscheldysplasie und Tiefstand der Ohren, weitem Augenabstand, Epikanthus (Falte der Haut des Oberlides) und eingesunkener Nasenwurzel.

Das metanephrogene Blastem ist normalerweise bei der Geburt aufgebraucht. Sind jedoch noch Reste vorhanden, können sie die Herde für Nephroblastome, maligne embryonale Nierentumoren, darstellen (Wilms-Tumor; Max W. Wilms, 1867 bis 1918, Pathologe und Chirurg in Leipzig, Basel, Heidelberg). Bislang sind drei Gene (WT1 bis WT3) bekannt, deren Mutationen zur Entstehung solcher Nephroblastome, zu Mißbildungen des Urogenitalsystems oder zu Krankheitsbildern wie dem Denys-Drash-Syndrom (nach P. Denys und A. Drash) fŸüren, die für die Entstehung eines Wilms-Tumors prädisponieren. WT1 bis WT3 sind Tumorsuppressorgene, die für Transkriptionsfaktoren kodieren, die als Zinkfingerproteine ihrerseits an DNA-Sequenzen von Wachstumsfaktoren wie IGF binden und auf diese Weise deren Transkription unterdrücken.

Während der Fetalentwicklung wandern die Nieren kranialwärts (Aszensus der Nieren), weniger infolge einer absoluten Lageänderung als vielmehr durch das Wachstum der fetalen Lumbal- und Sakralregion und die Verminderung der Körperkrümmung. Der Aszensus der Nieren ist wichtig für das Verständnis der oftmals stark variablen Gefäßversorgung der Nieren, von deren Lageanomalien und kongenitalen Mißbildungen.

Da während des Aszensus die Blutversorgung der Nieren aus wechselnden Gefäßen erfolgt, können bei mangelnder Rückbildung früherer Arterienäste zusätzliche Nierenarterien persistieren. Vor dem Aszensus erhalten die Nieren noch Blut aus der gemeinsamen Beckenarterie (A. iliaca communis) und aus der A. sacralis mediana (mittlere Kreuzbeinarterie). Während des Aufstiegs erfolgt die Blutversorgung dann aus lateralen Ästen der Bauchaorta, wobei die kaudal gelegenen Arterien degenerieren und kranial neue Gefäße gebildet werden. Erfolgt diese Rückbildung nicht vollständig, entstehen zusätzliche akzessorische Nierenarterien, die recht häufig auftreten (circa in einem Viertel aller Fälle). Sie treten nicht am Hilus der Nieren ein, sondern direkt in das Parenchym (Polarterien). Auch wenn sie eigentlich "überzählig" sind, würde ihre irrtümliche Unterbindung einen Teil der Niere absterben lassen, da es sich ebenfalls um Endarterien handelt.

Findet ein Aszensus der Nieren überhaupt nicht statt, dann verbleibt die Niere im Becken und erhält ihre Blutversorgung auch weiterhin aus den Beckenarterien. Dabei können beide Nieren verschmelzen und eine unförmige, zusammenhängende Masse ("Kuchenniere") bilden. Solche Verschmelzungen können auch während des Aszensus auftreten, bei dem die Nieren durch die gabelförmige Aufzweigung der Nabelarterien hindurchtreten müssen, dabei zwangsläufig eng aneinander gepreßt werden und am unteren Nierenpol verwachsen können. Auf diese Weise bildet sich eine "Hufeisenniere", die allerdings nicht weiter aszendieren kann, da die untere Gekräsearterie (A. mesenterica inferior) dies verhindert.

Lage der Nieren

Die Nieren liegen hinter der Peritonealhšhle, also retroperitoneal. Beidseits der Wirbelsäule erstrecken sie sich über eine Strecke, die vom 12. Brustwirbel (oberer Nierenpol) bis zum 3. Lendenwirbel (unterer Nierenpol) reicht. Durch die große Masse der Leber wird die rechte Niere um etwa eine halbe Wirbelhöhe nach kaudal verlagert und steht dadurch tiefer als die linke Niere. Das Muskelrelief der hinteren Bauchwand sorgt dafür, daß die Nierenachsen in charakteristischer Weise ausgerichtet werden. Zwei Muskeln der Bauchwand sind hierfür verantwortlich: der M. quadratus lumborum (quadratischer Lendenmuskel) und der M. psoas major (großer Lendenmuskel; griechisch psoas Lendenmuskel). Letzterer ist korrekterweise eigentlich zu den inneren Hüftmuskeln zu rechnen, da er vom 12. Brustwirbelkörper und den 1. bis 4. Lendenwirbelkörpern seinen Ursprung nimmt und am Trochanter major (großer Rollhügel) des Femur (Oberschenkelknochen) ansetzt.

Die Nieren liegen in einer Rinne, die von diesen beiden Muskeln gebildet wird. Durch diese Lagerung laufen die Längsachsen der Nieren nach hinten oben zusammen, während die Querachsen nach vorne medial konvergieren. Daher spräche man auch besser nicht von Vorder- und Hinterfläche der Niere (Facies anterior et posterior), sondern von der anterolateralen und posteromedialen Fläche.

In dieser Lage werden die Nieren vornehmlich durch die Aufhängung an ihren Gefäßen und durch eine Fettkapsel, die Capsula adiposa renis, gehalten, die ihrerseits durch die Umhüllung mit einem bindegewebigen Fasziensack (Fascia renalis) geborgen und begrenzt wird. Auf diese Weise wird ein Fettlager geschaffen, das den Nieren aber Verschieblichkeit bei Zwerchfellkontraktionen gestattet. Der Fasziensack ist nicht allseits geschlossen, sondern öffnet sich nach kaudal und medial, so daß er von lateral zangenartig die Niere mit der Capsula adiposa umfaßt. Er hat demnach zwei Blätter, die lateral verschmelzen:

o ein vorderes Blatt, das direkt unterhalb des parietalen Peritoneums (Bauchfell) liegt, und
o ein hinteres Blatt, das zur Bedeckung der hinteren Bauchwandmuskeln, der Fascia transversalis, gerechnet wird. Nach medial geht das vordere Blatt in die Adventitia der großen Gefäße, der V. cava inferior und der Aorta abdominalis über; dorsal verbindet sich das hintere Blatt mit der Faszie des M. psoas major und der Fascia diaphragmatis inferior des Zwerchfells. Nach kaudal sind beide Blätter nur an den Ureteren angeheftet und nicht eindeutig miteinander verschmolzen. Entzündliche Prozesse bleiben daher meist auf eine Seite beschränkt und greifen nicht auf den perirenalen Raum der Gegenseite über, sie können sich jedoch leicht nach kaudal ausbreiten. Allgemein gilt, daß Entzündungen lange Zeit auf den perirenalen Raum innerhalb des Fasziensackes beschränkt bleiben können.

Lagebeziehung zu anderen Bauchorganen

Aufgrund ihrer Lage stehen die Nieren seitenunterschiedlich mit einer Vielzahl weiterer Organe des Bauchraumes in enger, topographischer Beziehung. Hierbei sind die Vorderflächen der Nieren teilweise mit Peritoneum bedeckt und teilweise frei, je nachdem, ob die Nachbarorgane intraperitoneal oder retroperitoneal liegen.

Bei der rechten Niere sind die Berührungsflächen mit Leber und Dünndarmschlingen mit Peritoneum bedeckt; freie Flächen ergeben sich durch Berührung mit Nebenniere, Duodenum (Pars descendens) und Flexura coli dextra. Bei der linken Niere sind die Berührungsflächen mit der Hinterwand des Magens, mit der Milz und mit Dünndarmschlingen mit Peritoneum bedeckt; freie Flächen ergeben sich durch die Anlagerung der Nebenniere, des Ligamentum splenorenale, des Pankreas, der Flexura coli sinistra und des Colon descendens.

Gefäßversorgung der Nieren

Die Nieren erhalten ihre arterielle Versorgung durch die paarig angelegte A. renalis, die kurz unterhalb der oberen Gekröseschlagader (A. mesenterica superior) aus der Bauchaorta (Aorta abdominalis) abgeht. Linke und rechte Nierenarterie gehen nicht in gleicher Höhe aus der Aorta hervor. Die rechte Nierenarterie entspringt etwas weiter kranial und ist auch etwas länger als die linke. Charakteristisch ist die Lagebeziehung zur unteren Hohlvene (V. cava inferior): Die rechte Nierenarterie unterkreuzt die Vena cava inferior und läuft unter der rechten Nierenvene (V. renalis dextra) zum Nierenhilus. Sowohl die rechte Nierenarterie als auch Nierenvene werden hierbei vom Kopf des Pankreas (Bauchspeicheldrüse) und dem absteigenden Teil des Duodenums bedeckt. Die linke Nierenvene bedeckt in ähnlicher Weise die linke Nierenarterie, beide zusammen sind überlagert vom Corpus des Pankreas.

Bei Eintritt in den Nierenhilus verzweigen sich die Nierenarterien in recht variantenreicher Art in vier bis fünf Hauptäste. Als konstante Muster lassen sich entweder ein Ramus anterior und posterior oder zusätzlich ein Ramus inferior erkennen. Die Rami (Äste, Zweige) spalten ihrerseits wieder in fünf Segmentarterien auf, die die entsprechende Zahl von Nierensegmenten versorgen, die in der Regel je zwei Lappen (Lobi) umfassen. Die Ausdehnung dieser Nierensegmente ist jedoch nur funktionell durch das jeweilige arterielle Stromgebiet festgelegt und beruht nicht etwa auf einer festen Gewebegrenze, wie dies beispielsweise für die Lunge gilt.

Feinbau der Niere

Legt man durch die Niere einen Längsschnitt und betrachtet die Schnittflächen, dann erkennt man unmittelbar, daß das Nierenparenchym nicht einheitlich aussieht, sondern in unterschiedliche Regionen gegliedert werden kann, die verschiedene Bauelemente beinhalten. Es ist leicht ersichtlich, daß die Niere aufgebaut ist aus:

o einer derben Organkapsel, die von der Nierenoberfläche abgelöst werden kann;
o der Nierenrinde (Cortex renalis), die als Gewebekappe die Region
o des Nierenmarks (Medulla renalis) überwölbt.

Das Mark liegt in der Form einer Pyramide vor, deren Basis der Nierenoberfläche zugewandt ist, während die siebartigen, abgestumpften Pyramidenspitzen als sogenannte Markpapillen (Papillae renales) in die Kelche (Calices) des Nierenbeckens (Pelvis renalis) hineinragen. Aus den siebartigen Pyramidenspitzen fließt der gebildete Harn in das Nierenbecken ab. Eine solche Markpyramide mit ihrem dazugehörigen Rindenmantel wird als Lobus renalis (Nierenlappen) oder als Renculus (lateinisch: "kleine Niere") bezeichnet.

Diese klare Gliederung wird dadurch in Unordnung gebracht, daß von der außen gelegenen Nierenrinde Rindengewebe in das Nierenmark einstrahlt, die sogenannten Columnae renales (oder auch sprachlich nicht korrekt Bertini-Säulen genannt nach Exupére Joseph Bertin, 1712 bis 1781, Anatom an der Académie des Sciences, Paris). Dies erklärt sich aus der Entwicklung der menschlichen Nieren, bei denen mehrere einpapilläre Renculi, in der Regel pro Niere sechs bis sieben, zusammenwachsen, so daß ihre verschmelzenden Ränder aus Cortex dann die Columnae renales ergeben. An fetalen Nieren und den Nieren von Neugeborenen ist diese Entstehungsweise an der deutlich eingekerbten Nierenoberfläche noch gut erkennbar.

Aber auch Anteile des Nierenmarks stören die Ordnung der Nierenrinde, nämlich die Markstrahlen. Es handelt sich hierbei um die geraden Anteile der proximalen und distalen Tubuli, die zusammen mit den Sammelrohren strahlenförmig in der übrigen Rindensubstanz liegen. Diese wird als Rindenlabyrinth bezeichnet und besteht aus den gewundenen Anteilen der Tubuli und den Nierenkörperchen (Corpuscula renale). Das Mark ist seinerseits unterteilbar in eine etwas rötlicher gefärbte Außenzone und eine blassere Innenzone. Die Außenzone zerfällt wiederum in einen Außenstreifen und einen Innenstreifen, erklärbar durch den Feinbau der dort gelegenen Strukturelemente.

Das Nephron

Dies leitet über zu einer genaueren Betrachtung der mikroskopisch erkennbaren Strukturelemente der Niere. Deren funktionelle, aber auch morphologische Baueinheit ist das Nephron. Ein Nephron besteht aus einem Nierenkörperchen (Corpusculum renale), das mit einem funktionell und morphologisch heterogenen Schlauchsystem, dem Tubulus nephroni, verbunden ist. Über dieses Tubulussystem wird die Anknüpfung an das Sammelrohr (Tubulus colligens) erreicht und schließlich der Harn über das Nierenbecken in die Harnleiter geführt.

Das Corpusculum renale entsteht zusammen mit dem Tubulus nephroni aus dem metanephrogenen Blastem, das in den Verdichtungszonen des Blastems Nierenbläschen und -kanälchen bildet. In das Nierenbläschen sprossen jeweils Kapillarschlingen ein, die schließlich von dem Blastem so umhüllt werden, daß eine blindsackartige Erweiterung des Kanälchens die Kapillarschlingen wie eine Kapsel umhüllt. Diese Bowmansche Kapsel (Sir William Bowman, 1816 bis 1892, Anatom und Physiologe in London) ist doppelwandig. Sie besitzt ein inneres viszerales und ein äußeres parietales Blatt. Das innere viszerale Blatt überzieht die Kapillarschlingen und ist gleichbedeutend mit den Podozyten (Fuüzellen, griechisch pus, podos Fuß), deren Rolle beim Feinbau der Nierenkörperchen genauer besprochen wird. Gegenüber der Eintrittsstelle des Kapillarknäuels in die Bowmansche Kapsel (dem Gefäßpol) geht das äußere parietale Blatt der Kapsel kontinuierlich am sogenannten Harnpol in den Anfangsteil des schlauchartigen Tubulussystems über.

Dieses Tubulussystem gliedert sich in den Anfangsteil, den proximalen Tubulus, ferner den intermediären sowie den distalen Tubulus, der dann über einen Verbindungstubulus an die Sammelrohre angeknüpft ist. Eine genauere Betrachtung zeigt, daß der gesamte Tubulus seine Gestalt über die Verlaufsstrecke hinweg ändert. Proximaler und distaler Tubulus weisen sowohl gerade als auch gewundene Anteile auf und gliedern sich deshalb in eine Pars recta und Pars contorta. Weniger anatomisch als funktionell kann beim sehr viel dünneren intermediären Tubulus ein absteigender (Pars descendens) und ein aufsteigender Schenkel (Pars ascendens) unterschieden werden.

Faßt man Pars recta des proximalen Tubulus, Pars descendens und ascendens des intermediären Tubulus und die Pars recta des distalen Tubulus zusammen, so gelangt man zum Begriff der Henleschen Schleife (Ansa nephroni; lateinisch ansa Henkel, Griff, Schleife).

Anhand der Lage und Größe der Nephrone lassen sich drei Typen beim Menschen unterscheiden:

o Nephrone mit langen Henle-Schleifen, die in der Innenzone des Nierenmarks umbiegen und deren Nierenkörperchen zwar noch in der Nierenrinde, aber bereits in direkter Nähe zum Nierenmark liegen (juxtamedulläre Nephrone);
o Nephrone mit kurzen Henle-Schleifen, die schon in der Außenzone des Marks wieder aufsteigen, und schließlich
o Nephrone, deren Schleifen so kurz sind, daß sie gar nicht erst bis in das Nierenmark vordringen, sondern bereits in den Markstrahlen der Nierenrinde umbiegen.

Die Anteile des Nephrons stehen für unterschiedliche Aufgaben zur Verfügung: Das Corpusculum renale dient der Filtration; das Tubulussystem dient der selektiven Resorption und der Sekretion, ändert damit die Zusammensetzung des Primärharns und baut hierdurch einen intrarenalen Ionengradienten auf.

Glomeruläre Filtration

An den Gefäßschlingen des Glomerulums erfolgt eine Ultrafiltration des Blutplasmas ähnlich einer Gelfiltration in der analytischen Chemie. Vorgeschaltet ist gewissermaßen eine Grobfiltration durch die Fenestrationen der Endothelzellen der Gefäße, die korpuskuläre Bestandteile des Blutes bereits zurückhalten können. Die Fenestrationen nehmen etwa zehn Prozent der Endotheloberfläche ein. Die Rolle des "Gels" übernehmen die Basalmembranen der Endothelzellen und der Podozyten. Beide Basalmembranen sind miteinander verschmolzen. Elektronenoptisch läßt sich eine Dreischichtung dieser verschmolzenen Basalmembranen darstellen. Auf eine mittlere elektronenoptisch dichtere Schicht, die Lamina densa, folgen auf beiden Seite je eine elektronenoptisch dünnere Lamina rara externa und interna.

Die Basalmembran besteht aus Kollagenfasern Typ IV, Glycoproteinen wie Laminin und polyanionischen Proteoglykanen. Letztere erfüllen die Funktion eines elektrostatischen Siebreinigers, da sie die ebenfalls negativ geladenen Proteine abstoßen und damit verhindern, daß die Filtrationsleistung der Basalmembran absinkt. Die etwa 250 bis 350 nm dicke Basalmembran wirkt ähnlich wie ein Molekülsieb mit einer Porenweite von 2 bis 3 nm, was ungefähr einem Molekulargewicht von 20 000 bis 30 000 Dalton entspricht. Dies bedeutet, daß Moleküle mit kleinerem Radius, etwa Glucose oder Harnstoff, ungehindert dieses Sieb passieren können, während größere wie das Plasmaalbumin (etwa 3,6 nm und 69 000 Dalton) zurückgehalten werden.

Nach Überwindung dieser Barriere muß das Filtrat noch das viszerale Blatt der Bowmanschen Kapsel passieren, die von den Podozyten gebildet wird, die mit ihren Fußfortsätzen der Basalmembran außen aufliegen. Zwischen diesen dicht plazierten Zellfortsätzen spannt sich eine weitere, mit 5 nm sehr dünne Membran auf, die die etwa 20 bis 30 nm breiten Zwischenräume zwischen den Podozytenfortsätzen überspannt. Diese Schlitzmembran stellt den abschließenden Feinflter dieses dreistufigen Filtersystems dar.

Trotz der geringen Porengröße werden über diese glomerulären Kapillarschlingen enorme Flüssigkeitsmengen abfiltriert. Geht man von einer Nierendurchblutung von 20 bis 25 Prozent des Herzzeitvolumens aus, dann fließen etwa 1250 ml Blut pro Minute durch beide Nieren, was wiederum 680 ml Plasma entspricht. Hiervon werden 125 ml/min (also 180 l/Tag!) Ultrafiltrat gewonnen, so daß sich die Filtrationsfraktion auf rund 0,2 beläuft. Mit anderen Worten: Ein Fünftel des Serumwassers wird in die Bowmansche Kapsel abgepreßt, von dem nur ein Hundertstel schließlich die Niere verlassen wird, was die Konzentrationsleistung der Niere eindrucksvoll beschreibt.

Die Endothelzellen der Kapillarschlingen und die Podozyten sind nicht die einzigen Zellen innerhalb der Bowmanschen Kapsel. Zwischen den Kapillarschlingen befinden sich noch die Mesangiumzellen (die Vorsilbe Mes- deutet auf die Lokalisation hin: zwischen oder inmitten der Gefäße). Sie sitzen sowohl intraglomerulär als auch extraglomerulär zwischen dem Vas afferens und efferens. Ihre Funktion besteht in:

o Vermittlung von Halt und Druckstabilität für das Kapillarknäuel;
o Phagozytose von Makromolekülen, die durch den Dreistufenfilter nicht hindurchtreten können, wohl aber an der entgegengesetzten Seite der Kapillare von den Mesangiumzellen verarbeitet werden, weil an der Berührungsfläche mit den Mesangiumzellen keine Basalmembran den Kapillarendothelzellen aufliegt;
o Beeinflussung der glomerulären Filtrationsrate aufgrund ihrer Fähigkeit zur Kontraktion, zum Beispiel ausgelöst durch Vasopressin, Endothelin, Angiotensin II oder Thromboxan;
o Synthese von Wachstumsfaktoren und Hormonen.

Pathologische Veränderungen des Glomerulums

Die Kenntnis der Strukturelemente des Glomerulums ist nicht nur von funktionellem oder anatomischem Interesse, sondern auch von großer pathologischer Bedeutung. So sind die Basalmembranen im Glomerulum unmittelbar betroffen bei nichtentzündlichen Glomerulopathien und entzündlichen Glomerulonephritiden.

Die nichtentzündlichen Glomerulopathien können metabolische, vaskuläre oder hereditäre Ursachen haben. Ein gutes Beispiel ist die diabetische Glomerulopathie, die fast immer bei Diabetikern in unterschiedlichem Schweregrad nach einer Krankheitsdauer von circa zehn Jahren aufgrund der typischen diabetischen Mikroangiopathie auftritt. Sie ist charakterisiert durch eine Verdickung der Basalmembran der Glomeruluskapillarschlingen und verstärkte Auflagerungen im Bereich des Mesangiums. Wegen der zunehmenden Lumeneinengung der Kapillaren reagiert die Niere, als ob sie nicht ausreichend Blut erhielte. Reaktiv wird der Renin-Angiotensin-Aldosteron-Mechanismus aktiviert, so daß es zur Hypertension kommt. Die Glomeruli sklerosieren zunehmend und veröden, so daß die Urinproduktion absinkt und schließlich eine Niereninsuffizienz auftritt.

Im Gegensatz hierzu sind die Glomerulonephritiden immer entzündlicher Natur und werden meist immunologisch ausgelöst. Man unterscheidet primäre Formen, bei denen die Grunderkrankung nicht erkennbar ist, oder sekundäre Formen auf dem Boden von Systemerkrankungen wie Tumorerkrankungen oder Infektionen. Meist sind es die damit in Verbindung stehenden humoralen, seltener auch die zellulären Abwehrreaktionen, die dann in der Niere die Entzündungsreaktion auslösen. Hier sind wiederum zwei Möglichkeiten zu unterscheiden.

Bei der Antibasalmembran-Antikörper-Glomerulonephritis wandelt sich die Basalmembran während des Krankheitsverlaufs und erhält selbst antigene Eigenschaften. Gegen dieses Autoantigen bildet der Körper IgG-Antikörper, die sich auf der Basalmembran ablagern. Nach Komplementaktivierung und Aktvierung zellulärer Abwehrmechanismen kommt es zur Entzündungsreaktion.

Bei der Immunkomplex-Glomerulonephritis lagern sich die im Blut zirkulierenden Antigen-Antikörper-Komplexe in den Kapillarschlingen ab. Die Immunkomplexe können sowohl durch Erregerbefall als auch durch endogene Antigene, zum Beispiel bei Tumorerkrankungen, entstanden sein. Primär richtet sich die Immunreaktion also nicht gegen eine veränderte Basalmembran, sondern die Ursache der Nierenschädigung sind die aus der Abwehrreaktion gegen die Erreger entstandenen Immunkomplexe. Diese lagern sich auf der Basalmembran ab, sowohl unter den Podozyten als auch unter den Endothelzellen. Nach Komplementaktvierung wird dann die Entzündung manifest.

Anschrift des Verfassers:
Privatdozent Dr. Thomas Beck
Institut für Anatomie der Universität Rostock
Gertrudenstraße 9
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