Titel

ANATOMIE DES MENSCHEN

Tubulussystem der Niere

In der Niere sind zwei Systeme hintereinandergeschaltet, ein Filtrationsystem und ein Röhrensystem. Im Röhrensystem, besser bekannt unter der Bezeichnung Tubulussystem, wird die Zusammensetzung des Filtrates verändert und das Endprodukt, der Harn, bereitet. Der anatomische Aufbau dieses Systems ist eng verknüpft mit dem Namen eines Mannes, dessen berufliche Laufbahn zu Beginn fast unüberwindliche Schwierigkeiten aufzuweisen schien.

"Bei Rücksendung sämmtlicher Anlagen Ihrer Vorstellung vom 4. Januar d.J. eröffnet Ihnen das unterzeichnete Ministerium hierdurch, daß Ihrem Gesuche um Zulassung als Privatdocent in der hiesigen medizinischen Facultät nicht gewillfahrt werden kann, da Sie nach der eingeholten Erklärung der Königlichen Ministerial Commission bezüchtigt sind, Mitglied des engeren Vereins der Burschenschaft in Bonn gewesen zu sein und bei dieser Anschuldigung [.......] Ihre Zulassung als Privatdocent an einer inländischen Universität nicht statthaft ist. Ob es thunlich sein wird, Sie unter diesen Umständen als Professor noch weiter fungiren zu lassen, hierüber muss das Ministerium seinen noch zu fassenden Beschluss von dem Gange und Ergebnisse der bevorstehenden gerichtlichen Untersuchung abhängig machen".

Jener, dessen Berufsaussichten derart zweifelhaft erscheinen, hatte gerade in Berlin am Kupfergraben bei der Witwe des Philosophen Hegel Quartier genommen und sollte in der Folge vier ungemütliche Wochen in der Berliner Hausvogtei einsitzen, um danach zu "sechs Jahren Festungshaft, Cassation und Unfähigkeit staatliche Ämter zu bekleiden" verurteilt zu werden. Erst die dringliche Fürsprache solch einflußreicher Personen wie Alexander von Humboldt konnte das ungerechte politische Urteil abwenden, das die preu§ische Verwaltung angestrengt hatte, um liberaldemokratische Strömungen einzudämmen. Es war der Anatom Jakob Henle, der in den Jahren 1836/37 von den politischen Umbrüchen derart überrascht wurde.

Henle war einer der herausragenden Anatomen des 19. Jahrhunderts, dessen Name untrennbar mit der Anatomie der Niere verknüpft bleibt. Erst spät, im Jahre 1862, schreibt er an Karl von Pfeufer (1806 bis 1869, Professor für Medizin in Zürich, Heidelberg, München), daß es Zeit sei, von einem Glück zu berichten, "das mir widerfahren, von dem Glück, in meinen alten Tagen eine Entdeckung zu machen, die merkwürdiger und überraschender ist, als irgend eine meiner früheren".

Die von Henle erwähnte Entdeckung betraf die später nach ihm benannte Henle-Schleife des Nephrons, die erstmals eine zutreffende Beschreibung dieser Baueinheit der Niere ermöglichte. Freilich war er noch der irrigen Auffassung, daß die Henle-Schleife gar nicht mit den Sammelrohren in Verbindung stünde, es sich also um ein geschlossenes Kanalsystem handle.

Tubulussystem

Während das Glomerulum im Dienste der Ultrafiltration des Blutplasmas steht, hat das Tubulussystem die Aufgabe, dieses Ultrafiltrat so zu verändern, daß der Körper keine nüzlichen Stoffe verliert, die ionale Zusammensetzung des Harns den physiologischen Erfordernissen angepaßt ist und das Volumen des Primärharns verringert wird. Hierzu werden in den Tubuli die Mechanismen der selektiven Sekretion und der selektiven Resorption angewendet.

Diese Aufgaben übernehmen wirkungsvolle Transportsysteme in den Membranen der Tubulusepithelzellen. Das Ausmaß der Resorptionsfähigkeit des Tubulusepithels wird eindrucksvoll durch die Mengenangaben für Natrium belegt. Pro Tag verlassen 26 mol NaCl in den Glomeruli den Gefäßraum, das entspricht immerhin 1,5 kg NaCl. Lediglich 1 bis 20 g NaCl werden täglich mit dem Urin ausgeschieden.

Die Transportleistung des Tubulusepithels entfaltet sich erst im Verein mit der Dichtigkeit des Epithelzellverbandes, die durch unterschiedliche Zell-Zell-Kontakte zwischen den Zellen bestimmt wird. Sowohl Transportsysteme als auch Zell-Zell-Kontakte sind nicht gleichförmig im Tubulus verteilt. Daher sind auch dessen Eigenschaften nicht über die gesamte Tubuluslänge einheitlich. Ionentransporter und Wasserdurchlässigkeit des Epithels weisen eine spezifische longitudinale Verteilung entlang des Tubulus auf, die für die Erfüllung der Aufgaben notwendig ist. Diese biochemische Spezialisierung spiegelt sich auch in der Morphologie der Tubuluszellen wider.

Aufgaben der Tubulusabschnitte

Proximaler Tubulus: Hier erfolgt die Rückresorption wertvoller Bestandteile des Primärharns. Das Epithel weist im proximalen Tubulusabschnitt eine große Transportkapazität auf. Die Gradienten zwischen Tubulusflüssigkeit und Plasma sind aber gering, denn die Epithelzellen sind nur durch recht primitive Zellkontakte miteinander verbunden und das Tubulusepithel ist dementsprechend "undicht". Die luminale Oberfläche des Tubulusepithels ist zur Resorptionsverbesserung durch eine Vielzahl von Mikrovilli stark vergrößert und wird deshalb als Bürstensaum bezeichnet.

Die Zellen sind reich mit Mitochondrien ausgestattet und daher in ihrem Färbeverhalten deutlich azidophil. Die Mitochondriendichte weist auf einen regen Stoffwechsel hin, der den Erhalt der energieverbrauchenden Transportprozesse sicherstellt. Antriebsmotor der Transporter ist letzlich die an der basalen Zellseite lokalisierte Na+/K+-ATPase, die Na+ aus der Zelle ausschleust und K+-Ionen gegen einen Konzentrationsgradienten in die Zelle hineintransportiert. Der auf diese Weise aufgebaute Natriumgradient wird benötigt, um an der luminalen Seite der Tubuluszellen Substrate wie Glucose, Aminosäuren, Mono- und Dicarboxylsäuren, Sulfat und Phosphat im Symport mit Na+ aufzunehmen oder im Falle der Protonen diese im Antiport mit Natriumionen an das Lumen abzugeben.

Intermediärer Tubulus: Von diesen Transportcharakteristika unterscheidet sich der intermediäre Tubulus deutlich, der aus den dünnen ab- und aufsteigenden Schenkeln der Henle-Schleife besteht. Das Epithel ist flach und mitochondrienarm und erbringt kaum spezifische Transportleistungen. Allerdings ist es wasserpermeabel, so daß Wasser das Tubuluslumen verlassen kann, angetrieben durch die viel höhere Osmolalität des umgebenden Interstitiums. Bedeutung gewinnt dieser Vorgang bei den sehr langen intermediären Tubuli, die von den juxtamedullären Glomeruli ausgehen und bis tief hinunter in das hyperosmolale Nierenmark vorstoßen. Diese langen intermediären Tubuli werden begleitet von einem peritubulären Netz aus Blutkapillaren, die von den Arteriolae efferentes der Glomeruli ausgehen und sich dann erneut zu einem kapillären Wundernetz auffächern. Erst im Wechselspiel mit diesem Kapillargeflecht, dem dicken aufsteigenden Teil der Henle-Schleife und den Sammelrohren wird die funktionelle Bedeutung des intermediären Tubulus sichtbar (siehe auch Gegenstromprinzip der Niere).

Distaler Tubulus: Im distalen Tubulus, genauer gesagt in der Pars recta, also im dicken aufsteigenden Teil der Henle-Schleife, wird die Tubulusflüssigkeit auf etwa ein Viertel des Wertes an der Schleifenspitze verdünnt, weil ungefähr 30 Prozent der Natrium- und Chloridionen das Lumen verlassen, jedoch ohne das dazugehörige Wasser. Dies beruht alleine auf der Wasserundurchlässigkeit dieses Abschnittes. Der Transport eines Na+-Ions erfolgt hier als Cotransport immer zusammen mit einem K+-Ion und zwei Cl--Ionen. Dieser Transporter ist durch die stark wirksamen Schleifendiuretika, zum Beispiel Furosemid, hemmbar. Der Energiebedarf für die Transportvorgänge und damit die Mitochondriendichte ist hoch und wird ausschließlich aerob oder aus kurzkettigen Fettsäuren gedeckt. Folglich ist die Empfindlichkeit gegenüber ischämischen Schädigungen besonders ausgeprägt. Die Zellmembran ist sowohl auf der luminalen als auch auf der dem Blut zugewandten Seite durch Mikrovilli und Mikroplicae (Falten) vergrößert.

Demgegenüber steht im gewundenen Teil des distalen Tubulus (Pars convuluta) ein Na+/Cl--Cotransporter in der luminalen Membran der Tubuluszellen zur Verfügung bei gleichzeitiger hoher Wasserpermeabilität des Epithels, so daß die Osmolalität der Tubulusflüssigkeit in diesem Abschnitt zunimmt und sich rasch wieder der Tonizität des Blutplasmas annähert. Im Gegensatz zum dicken aufsteigenden Schenkel der Henle-Schleife spielt beim Na+/Cl--Cotransporter das K+-Ion keine Rolle. Der Cotransporter ist auch nicht durch Schleifendiuretika hemmbar, wohl aber durch die Thiazide; umgekehrt ist der Na+/K+/2Clø-Cotransporter auch nicht durch die Thiazide hemmbar.

Ein kurzes Tubulusstück, der sogenannte Verbindungstubulus, leitet vom distalen Tubulus über in das Sammelrohrsystem. Die Typisierung der dortigen Zellen ist schwierig, weil sowohl Zellen des distalen Tubulus als auch solche der Sammelrohre vermischt vorkommen. Elektrophysiologisch lassen sich dort Na+-Kanäle nachweisen, die durch K+-sparende Diuretika wie Amilorid und Triamteren blockiert werden können.

Sammelrohre

Ein ganz anderer Zelltyp wird in den Sammelrohren erkennbar, die embryonal aus der Uretherknospe stammen und daher auch nicht mehr zum Nephron gezählt werden. Im Gegensatz zu ihrem Namen erfüllen sie nicht nur eine passive Sammelfunktion, sondern können ebenfalls aktiv die Zusammensetzung des Harns wesentlich verändern. Die Zellen der Sammelrohre sind deutlich voneinander abgrenzbar und weisen ein lichtmikroskopisch helles Zytoplasma ohne basale Streifung auf. Die Zell-Zell-Kontakte sind ziemlich tief gestaffelt und dichten daher das Lumen gegenüber dem extrazellulären Raum gut ab. Entsprechend gering ist die Bedeutung des parazellulären Transports. Das Lumen der Sammelrohre ist deutlich größer als das der Tubulusabschnitte.

Bei elektronenmikroskopischer Untersuchung gelingt eine weitere Differenzierung. Mit dieser Technik lassen sich zwei Zelltypen in den Sammelrohren unterscheiden, nämlich die zahlreicheren hellen Hauptzellen und die in geringerer Anzahl vorliegenden dunklen Schaltzellen (weil sie "dazwischengeschaltet" sind). Die dunklen Zellen sind reicher an Mitochondrien und freien Ribosomen als die hellen Zellen. Jedoch ist die Mitochondriendichte bei beiden Typen wesentlich geringer als in anderen transportaktiven Tubulusabschitten. Die Mitochondrien der Haupttzellen sind eher in der Zellspitze und nicht am Zellfuß wie in den transportaktiven Tubulusabschnitten lokalisiert. Bei generell niedrigem Mikrovillibesatz in den Sammelrohren ist deren Dichte auf den Schaltzellen doch deutlich höher als in den Hauptzellen. Beiden Zelltypen lassen sich unterschiedliche Transportleistungen zuordnen: 1. Hauptzellen: Na+- und Wasserresorption; 2. Schaltzellen: HCO-3- und H+-Sekretion.

Kurz gesagt, dienen die Sammelrohre der Feinabstimmung von Ionen- und Wasserausscheidung. In den Sammelrohren werden noch ungefähr 5 bis 10 Prozent der ursprünglich filtrierten Natriummenge resorbiert, mitunter auch gegen ein erhebliches Konzentrationsgefälle. Dem Einstrom über die luminalen Natriumkanäle steht der Auswärtstransport über die basale Zellmembran gegenüber, die von der Na+/K+-ATPase angetrieben wird. An der luminalen Seite wird der Natriumeinstrom gesteuert durch zwei Hormone, die entweder rasch (Vasopressin) oder verzögert (Aldosteron) wirken. Vasopressin erhäht die Natriumleitfähigkeit durch Aktivierung der Adenylatcyclase; Aldosteron steigert die Transkription von mRNA für Na+-Kanäle und Na+/K+-ATPase.

Von großer Bedeutung sind außerdem K+-Kanäle in der luminalen Zellmembran. Die Sekretion von Kaliumionen ist hierbei als passiver Transport an die Hauptzellen gebunden, während die Resorption in den Schaltzellen als aktiver Transport an eine H+/K+-ATPase der apikalen Membran gekoppelt ist. Der Durchtritt von K+-Ionen hängt ab von:

o der luminalen Flußrate des Harns; die K+-Sekretion ist proportional der Flußrate;
o dem Na+-Angebot im Sammelrohrlumen; je höher das Na+-Angebot im Tubuluslumen, desto höher die K+-Sekretion, was sich regelmäßig in unerwünschten Kaliumverlusten bei der Anwendung von natriuretischen Diuretika bemerkbar macht;
o dem pH-Wert in der Sammelrohrzelle; die Offenwahrscheinlichkeit der K+-Kanäle steigt mit zunehmendem pH-Wert;
o Aldosteron und Vasopressin; beide steigern infolge Depolarisation der Tubuluszelle und vermutlich auch über Steigerung der Anzahl aktiver K+-Kanäle die Kaliumresorption.

Diabetes insipidus durch Vasopressin-Mangel

Nicht nur die Durchlässigkeit für Ionen, sondern vor allem die Wasserdurchlässigkeit der Sammelrohre steht unter der hormonellen Kontrolle von Vasopressin. Vasopressin wirkt auf zellulärer Ebene an der Niere durch Aktivierung der Vasopressin-2-(V2)-Rezeptoren, die als typische Gs-Protein-gekoppelte Rezeptoren eine Erhöhung der intrazellulären cAMP-Konzentration erzeugen. Daraus folgt die Aktivierung der Proteinkinase A (PKA), die Zellproteine phosphoryliert. Über noch unbekannte Zwischenschritte, bei denen auch als Transportvehikel Mikrotubulin-assoziierte Proteine beteiligt sind, werden jetzt in der Zelle Vesikel in Richtung auf die Zellmembran geschleust. Diese Vesikel enthalten Kanalproteine für den Wasserkanal, das sogenannte Aquaphorin. Nach Einbau von Aquaphorin in die luminale Zellmembran der Sammelrohre steigt die Wasserdurchlässigkeit stark an. Da die basale Zellmembran ohnehin permanent wasserdurchlässig ist, entscheidet alleine der Einbau von Aquaphorin in die luminale Zellmembran über die Durchlässigkeit des Sammelrohrepithels.

Dieser Regelmechanismus kann bei dem seltenen Krankheitsbild des Diabetes insipidus (insipidus: nicht schmeckend; zurückgehend auf die organoleptische Urinprobe nach Thomas Willis im 16. Jahrhundert) auf verschiedene Weise gestört sein. In jedem Falle kommt es bei unzureichender Wasserdurchlässigkeit zur Ausscheidung enormer Mengen von täglich bis zu 25 l eines hypoosmolalen (weniger als 200 mOsm/kg) Urins, was unschwer in der alten deutschen Bezeichnung "Wasserharnruhr" zum Ausdruck kommt. Pathogenetisch werden zwei Formen unterschieden: Diabetes insipidus centralis und Diabetes insipidus renalis.

Beim Diabetes insipidus centralis werden keine ausreichenden Mengen an Vasopressin vom Hypophysenhinterlappen ausgeschüttet, während im Gegensatz hierzu bei der renalen Form die Zellen der Sammelrohre nicht auf Vasopressin ansprechen. Abgesehen von idiopathischen Formen gelten als Ursache für den Diabetes insipidus centralis meist Schädel-Hirn-Traumen, Tumoren von Hypothalamus oder Hypophyse oder aber eine autosomal dominant vererbte Punktmutation im Signalpeptid der Hormonvorstufe, des Vasopressin-Neurophysins. Ebenso ist auch der X-chromosomal rezessiv vererbte, renale Diabetes insipidus ausgesprochen selten. Durch Mutation wird ein fehlerhafter V2-Rezeptor gebildet, der Vasopressin nicht mehr binden kann oder die intrazelluläre Signaltransduktion nicht sicherstellt.

Für die Arzneimitteltherapie wesentlich wichtiger sind die erworbenen Formen des renalen Diabetes insipidus. So sind das Tetracyclin Demeclocyclin und vor allem Lithium zur Therapie der manisch-depressiven Erkrankungen in der Lage, Diabetes insipidus auszulösen. Bis zu einem Drittel der mit Lithium behandelten Patienten erkrankt daran. Lithium inhibiert die Wirkung von Vasopressin, wobei noch unklar ist, ob die Inhibition auf der Stufe der Adenylatcyclase oder bei den nachfolgenden Reaktionen des Zellstoffwechsels erfolgt.

Das Gegenstromsystem

Die Konzentrationsleistung der Niere ist au§erordentlich variabel. So kann beim Menschen die Osmolalität des Harns zwischen 100 und 1000 mosm/l schwanken und bei Nagern wie der Sandratte (Psammomys obesus), der Wüstenspringmaus (Meriones unguiculatus) oder der Taschenmaus (Heteromydae) bis zu 8600 mosm/l betragen. Diese Konzentrationsleistung ist typisch für Landbewohner und verständlicherweise in ariden Klimagebieten besonders ausgeprägt. Hierzu sind in der Niere zwei Voraussetzungen notwendig: die Existenz der Henle-Schleife und die Regulation der Wasserdurchlässigkeit der Sammelrohre durch Vasopressin.

Wird die Konzentrierung des Harnes nicht benötigt, weil dem aquatisch lebenden Organismus durch Ausscheidung großer Mengen eines verdünnten Harns kein gravierender Wasserverlust entstehen kann, wie es bei Amphibien und Reptilien der Fall ist, dann weisen die Nieren dieser Tiere auch keine Henle-Schleifen auf. Manchen Arten, wie der Niere des Bibers, fehlen die langen Henle-Schleifen; es finden sich dort nur kurze Henle-Schleifen.

Die Konzentrierungsfähigkeit der Niere spiegelt sich direkt in den intrarenalen physiologischen Verhältnissen wider. Die Osmolalität des Nierengewebes nimmt von Nierenrinde über äußeres Mark zum inneren Mark und den Papillenspitzen hin zu. Bevor der Harn in das Nierenbecken abgegeben wird, passiert er also nacheinander Zonen zunehmender Osmolalität. Dieser intrarenale osmotische Gradient wird verursacht und aufrechterhalten durch zwei physiologische Mechanismen: den aktiven Auswärtstransport von Na+, K+ und 2 Cl- im wasserundurchlässigen dicken aufsteigenden Teil der Henle-Schleife und durch den Austritt von Harnstoff aus den tiefen medullären und papillären Abschnitten der Sammelrohre, während die kortikalen und äußeren medullären Abschnitte der Sammelrohre grundsätzlich für Harnstoff undurchlässig sind.

Der Transport erfolgt über einen Harnstofftransporter, der mittlerweile kloniert wurde und bei der Ratte in drei Isoformen vorliegt. Sie sind topographisch unterschiedlich in der Niere verteilt:

o UT1 in den Sammelrohren des inneren Marks;
o UT2 in den absteigenden Schenkeln der Henle-Schleife;
o UT3 in den absteigenden Schenkeln der Vasa recta.

Der Harnstofftransporter wird unterschiedlich reguliert, wobei die Phosphorylierung durch die Proteinkinase A eine zentrale Rolle spielt. Für UT1 ist gezeigt worden, daß durch Stimulation der Vasopressin-2-Rezeptoren der Harnstofftransport deutlich ansteigt. Jedoch wären Harnstofftransport und Na+/K+/2Cl-Transport alleine nicht in der Lage, wirkungsvoll einen Osmolaritätsgradienten in der Niere aufzubauen, aufrechtzuerhalten und den Harn zu konzentrieren. Es hat daher nicht an Erklärungsversuchen für die Konzentrationsleistung der Niere gefehlt. Die Hypothese des Gegenstromsystems wird weitgehend durch die experimentellen Befunde und die Anatomie der Niere gestützt. Wichtig ist hierbei die parallele Ausrichtung von absteigendem und aufsteigendem Schenkel der Henle-Schleife, den Sammelrohren sowie absteigenden und aufsteigenden Vasa recta.

In diesem System verläuft die Flu§richtung zweier benachbarter Röhren immer gegenläufig. Gleichzeitig addieren sich die Einzeleffekte in funktionell einheitlichen Röhrenabschnitten. Es ist also im Grunde die Kombination der einzelnen physiologischen Transportvorgänge mit der speziellen Anatomie der Niere, die zu einer Multiplikation der Einzeleffekte und damit zur Gesamtverstärkung führt. Dies wird sofort verständlich, wenn man die Osmolalität der Tubulusflüssigkeit auf ihrem Weg vom Glomerulum zu den Sammelrohren verfolgt:

o Im absteigenden wasserdurchlässigen Schenkel der Henle-Schleife wird Wasser aus dem Tubuluslumen in das umgebende hyperosmolare Interstitium gezogen. Entsprechend nimmt die Osmolalität der Tubulusflüssigkeit bis zur Scheitelspitze der Henle-Schleife von etwa 300 mosm/kg bis auf 1200 mosm/kg zu.
o Im aufsteigenden Schenkel trifft die hyperosmolale Tubulusflüssigkeit auf ein wasserundurchlässiges Epithel. Der dort ablaufende aktive Ionenauswärtstransport über den Na+/K+/2Cl-Transporter führt zu einer stetig abnehmenden Osmolalität der Tubulusflüssigkeit, die folglich hypoosmolal in die Sammelrohre abfließt.
o Da die Sammelrohre das hyperosmolale Nierenmark durchqueren, tritt dort wiederum Wasser aus den Sammelrohren in das hyperosmolale Interstitium über. Die Wasserdurchlässigkeit der Sammelrohre wird dort alleine durch Vasopressin bewirkt. Auf diese Weise verläßt hyperosmolaler, konzentrierter Harn die Niere.

Das Konzentrationsvermögen der Niere ist allerdings keine statische Größe, sondern kann durch eine Reihe von Faktoren geschwächt werden. Der hohe osmotische Gradient bleibt ohnedies nur deshalb bestehen, weil die in das Mark einstrahlenden Gefäßbündel der Vasa recta so angeordnet sind, daß Harnstoff bei gegebenen Durchblutungsverhältnissen zwischen den beiden Schenkeln der Vasa recta rezirkuliert und somit nicht das Nierenmark verläßt. Die Verhältnisse ändern sich, wenn die normalerweise niedrige Durchblutung des Nierenmarks (etwa sieben bis acht Prozent der Gesamtdurchblutung) erhöht wird, dadurch mehr Harnstoff und Salze in das Blut gelangen und abtransportiert werden. Der leicht diuretische Effekt der Xanthine (Coffein, Theophyllin) beruht auf solch einem Mechanismus.

Die Konzentrationsfähigkeit nimmt auch dann ab, wenn das Volumenangebot im Tubulus so stark erhöht ist, daß die Transportkapazität des Na+/K+-Auswärtstransports überschritten ist und der osmotische Gradient ebenfalls absinkt, so daß lediglich ein isotoner Urin ausgeschieden wird. Da die Konzentrierungsfähigkeit der Niere zum guten Teil auf einem ausreichendem Harnstoffnachschub beruht, wird ein mangelndes Harnstoffangebot ebenfalls zur Ausscheidung eines gering konzentrierten Urins führen. Da Harnstoff das Ausscheidungsprodukt des Proteinstoffwechsels darstellt, kann demnach ein mangelnder Proteinumsatz diese Wirkung verursachen.

Die Macula densa als Meßfühler

Die Filtrationsleistung der Niere hängt in entscheidendem Umfang vom Filtrationsdruck in den Glomeruli ab, der wiederum abhängt von der Nierendurchblutung und damit vom systemischen Blutdruck. Die Niere ist ein ungewöhnlich stark durchblutetes Gewebe und erhält rund ein Viertel des Herzzeitvolumens. Da das Organ nur rund 150 g wiegt, errechnet sich mit etwa 400 ml/100 g/min eine sehr hohe Durchblutung, die beispielsweise die Durchblutung des Gehirns von etwa 60 ml/100 g/min bei weitem übertrifft. Zwischen Mark und Rinde ist die Durchblutung sehr unterschiedlich verteilt: Etwa 93 Prozent der Durchblutung entfallen auf die Nierenrinde. Zum Erhalt der Transportleistung der Nierentubuli und zur Sicherstellung einer konstanten Filtration ist diese hohe Durchblutung zwingend notwendig, sonst käme es schnell zum akuten Nierenversagen.

Wegen ihrer Bedeutung ist die renale Durchblutung autoreguliert; sie ändert sich demnach nicht druckpassiv. Vielmehr wird der Blutdruck in der Niere innerhalb eines Druckbereichs von 60 bis 160 mmHg durch Eng- oder Weitstellung der Nierengefäße konstant und somit relativ unabhängig vom systemischen Blutdruck gehalten. Die Autoregulation kann auch in vitro an der isolierten Niere beobachtet werden, ist also weitgehend unabhängig von äu§eren Einflüssen wie Innervation oder dem verwendeten Perfusionsmedium. Sie beruht nicht auf einem einzigen Mechanismus, sondern mit großer Wahrscheinlichkeit auf folgenden Teilwirkungen:

o Bayliss-Effekt, dem zufolge eine Gefäßwand auf Dehnung mit einem Anstieg des Gefäßtonus reagiert;
o der tubuloglomerulären Rückkopplung, die ihrerseits aus Einzelfaktoren zusammengesetzt ist.

Der Begriff der tubuloglomerulären Rückkopplung geht von der Rückwirkung des Filtrates auf die eigene Filtration und der Überlegung aus, daß druckinduzierte Schwankungen der glomerulären Filtrationsrate zu einer veränderten Tubulusflüssigkeit im Nephron führen. Bewerkstelligt wird diese Rückkopplung durch den juxtaglomerulären Apparat, über den jedes einzelne Nephron verfügt. Hier treten afferente und efferente Arteriolen des Nephrons mit dem eigenen distalen Tubulus kurz vor Ende von dessen Pars recta in unmittelbaren Kontakt. An dieser Stelle treten Besonderheiten sowohl im Epithel des distalen Tubulus als auch im Endothel der afferenten Arteriole auf:

o Im distalen Tubulusepithel fällt eine fleckförmige Ansammlung von dicht gepackten, kleinen Zellen mit großem Zellkern auf, die Macula densa (Macula, lateinisch Fleck, "Makel", densa, dicht).
o Die Muskelzellen der Tunica media des Vas afferens ähneln an dieser Stelle morphologisch eher Epithelzellen eines endokrinen Organs, da sie ungewöhnlich viele Granula aufweisen, die die Protease Renin enthalten. Sie werden außerdem durch sympathische Nervenfasern innerviert.
o Als dritte Komponente des juxtaglomerulären Apparates treten die extraglomerulären Mesangiumzellen hinzu, die auch Goormaghtigh-Zellen (Norbert Goormaghtigh, 1890 bis 1960, Pathologe in Gent) genannt werden, ein solider Zellkeil, der sich zwischen Vas afferens und efferens sowie die Macula densa schiebt und in das intraglomeruläre Mesangium übergeht.

Die Bedeutung für die tubuloglomeruläre Rückkopplung erhält dieser Apparat durch die Eigenschaften der Macula densa, als "Chemorezeptor" zu fungieren. Diese Zellen können die Cl-Konzentration der Tubulusflüssigkeit messen, da sie durch Cl-Ionen depolarisiert werden. Eine zu hohe Cl-Konzentration kann auftreten, wenn die glomeruläre Filtrationsrate des betreffenden Nephrons zu hoch ist. Von der Macula densa wird die Information zu den glatten Muskelzellen des Vas afferens geleitet, die sich daraufhin kontrahieren und so die glomeruläre Filtration drosseln.

Bislang ist noch unklar, wie diese Information übermittelt wird, aber es bestehen recht überzeugende Hinweise, daß Adenosin als Überträger fungiert und über A1-Rezeptoren das Vas afferens kontrahiert. Renin reduziert bei diesem Rückkopplungsmechanismus die Durchblutung im Vas afferens nicht, da bei Anstieg der Cl- und Na+-Konzentration an der Macula densa über Adenosin A1-Rezeptoren die Reninausschüttung vermindert wird. Im Gegensatz hierzu verursacht ein Absinken der Na+- und der Cl-Konzentration an der Macula densa eine Freisetzung von Renin, das überwiegend zur perivaskulären Seite hin ausgeschüttet und dann von den Kapillaren wieder aufgenommen wird . Renin als saure Aspartylprotease kann das überwiegend in der Leber synthetisierte Angiotensinogen in Angiotensin I überführen, das durch das Angiotensin Converting Enzyme (ACE) weiter zum biologisch aktiven Angiotensin II gespalten wird. Angiotensin II ist nicht nur einer der wirksamsten physiologischen Vasokonstriktoren, sondern setzt aus der Nebennierenrinde auch Aldosteron frei, das wiederum im distalen Tubulus die Na+-Rückresorption steigert, aus dem Hypophysenhinterlappen Vasopressin freisetzt und Durstgefühl erzeugt. Alle Einzeleffekte dienen der Erhöhung des Plasmavolumens. Es ist daher verständlich, daß eine erhöhte Reninfreisetzung auch durch einen Abfall des systemischen Blutdrucks oder eine erhöhte Aktivität des Sympathikus ausgelöst werden kann.

Ableitende Harnwege

Die Nierenkelche (Calices) sammeln den an den siebartigen Papillenspitzen (Areae cribrosae) austretenden Harn. Die Gesamtheit der Calices vereinigt sich zum Nierenbecken (Pelvis renalis), das in der vollständig vom Nierengewebe umgebenen Nierenbucht (Sinus renalis) liegt, diese jedoch nicht vollständig ausfüllt, sondern Resträume für Nierengefäße, Nerven und Fettgewebe offenläßt. Aus dem Nierenbecken fließt der Harn über die Ureteren (Harnleiter) ab, die bis zur Harnblase absteigen und dort schräg die Wand der Harnblase durchsetzen. In ihrem etwa 25 bis 30 cm langen Verlauf durchmessen die Harnleiter drei charakteristische Engstellen, an denen abgehende Nierensteine bevorzugt steckenbleiben. Die Engstellen liegen an folgenden Punkten:

o am Übergang zwischen Nierenbecken und Harnleiter;
o beim Übergang in das kleine Becken, an dem der Harnleiter die gemeinsame oder die äußere Beckenarterie (A. iliaca communis oder externa) überkreuzt;
o am Durchtritt des Harnleiters durch die Blasenwand.

Dem Verlauf des Harnleiters entsprechend unterscheidet man zwei Abschnitte: das auf dem M. psoas major liegende Bauchteil (Pars abdominalis), das vom Nierenbecken bis zur Beckeneingangsebene reicht, und das Beckenteil (Pars pelvica), das von der Beckeneingangsebene bis zum Eintritt in die Harnblase zieht. Beim Mann unterkreuzt dieser Anschnitt den Samenleiter und tritt in enger Nachbarschaft zur anliegenden Samenblase (Vesicula seminalis) von hinten seitlich durch die Blasenwand. Bei der Frau zieht der Harnleiter nahe am Gebärmutterhals vorbei und unterkreuzt hierbei die Hauptarterie der Gebärmutter, die A. uterina.

Der für ein Hohlorgan typische Wandaufbau des Ureters gliedert sich von außen nach innen in folgende Schichten:

o bindegewebige Hülle (Tunica adventitia), die der Heranführung der Nerven und Blutgefäße dient und die Verschieblichkeit gegenüber den umliegenden Organen sichert;
o Muskelwandschicht (Tunica muscularis), die sich wieder in eine innere Längs- und eine äußere Ringmuskelschicht gliedert und deren Aufgabe die abschnittsweise Kontraktion und hierdurch der Weitertransport des Harns in die Harnblase ist;
o Schleimhaut (Tunica mucosa), die zum Schutze vor dem aggressiven Harn als sogenanntes Übergangsepithel, das im übrigen die gesamten ableitenden Harnwege auskleidet, ausgebildet ist und besondere Merkmale aufweist: Bildung einer Permeabilitätsbarriere, so daß der hypertone Harn nicht Wasser durch die Ureterwand hindurch absaugt oder ausscheidungspflichtige Stoffe aus dem Harn wieder resorbiert werden können; Dehnbarkeit, um sich wechselnden Füllungszuständen ohne Bildung von Diskontinuitäten anpassen zu können.

Die bei abgehenden Harnsteinen oft unerträglichen, kolikartigen Schmerzen beruhen auf dem vergeblichen Versuch der Muskelschicht des Harnleiters, die Steine durch Kontraktionen weiterzutreiben.

Die Harnblase (Vesica urinaria) liegt vor und unter dem Bauchfell und ist über elastische Bindegewebszüge fixiert (Ligamentum pubovesicale und rectovesicale). Sie gliedert sich in Blasenscheitel (Apex vesicae); Blasenkörper (Corpus vesicae); Blasengrund (Fundus vesicae) und Blasenhals (Collum vesicae). Beim Mann ist die Unterfläche aus Collum und Teilen des Fundus mit der Prostata verwachsen. Hinten lateral liegen der Harnblase die Samenbläschen an, die medial von den aufgetriebenen Endabschnitten des Samenleiters (Ampulla ductus deferentis) begleitet sind. Bei der Frau grenzt entsprechend unten an die Harnblase die Pars supravaginalis des Gebärmutterhalses (Cervix uteri).

Die Wand der Harnblase wird von einer kräftigen dreischichtigen Muskellage aufgebaut, die aus einer mittleren Ringmuskelschicht und jeweils einer innen und außen anliegenden Längsmuskelschicht aufgebaut ist (M. detrusor vesicae). Bei Kontraktion dieses Muskels wird nicht nur der Harn aus der Blase ausgetrieben, sondern gleichzeitig auch der in der Wand liegende Teil (Pars intramuralis) des Harnleiters verschlossen, so daß kein Harn in die Niere zurückgedrückt werden kann. Wird dieser Verschlu§mechanismus insuffizient, kann bei lang andauerndem Reflux eine Refluxnephropathie bis hin zur Nierendegeneration auftreten.

Aus der Harnblase tritt die Harnröhre (Urethra) aus, deren Länge und Verlauf geschlechtsspezifisch sind. Während sie beim Mann etwa 20 cm lang ist, sind es bei der Frau lediglich 3 bis 5 cm; folglich sind aufsteigende Infektionen bei der Frau viel häufiger als beim Mann. Sie verläuft bei der Frau nach vorn, der Vorderwand der Vagina eng benachbart. Das Endstück springt leistenartig als Crista urethralis vaginae in die Vagina vor, um dann als Ostium urethrae externum unmittelbar vor dem Ostium vaginae zu enden.

Beim Mann dagegen unterscheidet man folgende Abschnitte der Harnröhre nach Verlassen der Harnblase: die Pars prostatica, die Verlaufsstrecke in der Prostata; die Pars membranacea, der Abschnitt, der den Beckenboden durchsetzt; die Pars spongiosa, die im Corpus spongiosum (Harnröhrenschwellkörper) verläuft. Ein anatomischer Schließmuskel der Harnröhre fehlt im engeren Sinne. Es gibt also keinen eigentlichen Sphinkter. Der Verschluß der Harnröhre wird zum einen durch glatte Muskulatur der Harnblasenwand gewährleistet, die die hindurchtretende Harnröhre ringförmig umspinnt, und durch die quergestreifte, dem Willen unterworfene Muskulatur des Diaphragma urogenitale. Das Diaphragma urogenitale ist eine Bindegewebsmuskelplatte, die das Levatortor im Beckenboden verschließt. Das Diaphragma enthält den M. transversus perinei profundus (tiefer querer Damm-Muskel), von dem ringförmige Fasern die Urethra umschließen und damit den eigentlichen M. sphinkter urethrae bilden, dessen Kontraktion willentlich den Harnfluß unterbricht.

Literatur

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Anschrift des Verfassers:
Dr. Thomas Beck
Institut für Anatomie der Universität Rostock
Gertrudenstr. 9
18055 Rostock

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