Nieren und ihr Aufbau
Die Nieren sind zwei bohnenförmige, braune Organe, die etwa so groß wie eine Faust sind und eine Länge von 10-12 cm haben. Sie sind von der Nierenkapsel bedeckt, einer zähen Kapsel aus faserigem Bindegewebe. An der Oberfläche jeder Niere befinden sich zwei Fettschichten, die die Nieren abpolstern. An der konkaven Seite der Niere befindet sich eine Vertiefung, in die eine Nierenarterie eintritt und eine Nierenvene sowie ein Harnleiter aus der Niere austreten. Die Nieren befinden sich an der Rückwand der Bauchhöhle knapp oberhalb der Gürtellinie und sind durch den Brustkorb geschützt. Sie gelten als retroperitoneal, das heißt, sie liegen hinter dem Bauchfell. Es gibt drei Hauptbereiche der Niere, die Nierenrinde, das Nierenmark und das Nierenbecken. Die äußere, granulierte Schicht ist die Nierenrinde. Die Rinde erstreckt sich nach unten zwischen einer radial gestreiften inneren Schicht. Die innere, radial gestreifte Schicht ist das Nierenmark (Medulla). Sie enthält pyramidenförmiges Gewebe, die so genannten Nierenpyramiden, die durch Nierensäulen getrennt sind. Die Harnleiter sind mit dem Nierenbecken verbunden und bilden das Zentrum der Niere.
Nierenvene
Die Nierenvenen sind Venen, die die Niere entwässern. Sie verbinden die Niere mit der unteren Hohlvene (Vena cava inferior). Da sich die Vena cava inferior auf der rechten Körperhälfte befindet, ist die linke Nierenvene im Allgemeinen die längere der beiden Venen. Im Gegensatz zur rechten Nierenvene nimmt die linke Nierenvene häufig die linke Gonadenvene auf (linke Hodenvene bei Männern, linke Eierstockvene bei Frauen). Häufig nimmt sie auch die linke Vena suprarenalis auf.
Nierenarterie
Die Nierenarterien entspringen normalerweise aus der Bauchaorta und versorgen die Nieren mit Blut. Die arterielle Versorgung der Nieren ist variabel, und es kann eine oder mehrere Nierenarterien geben, die jede Niere versorgen. Aufgrund der Lage der Aorta, der Vena cava inferior und der Nieren im Körper ist die rechte Nierenarterie normalerweise länger als die linke Nierenarterie. Die rechte Nierenarterie kreuzt normalerweise die untere Hohlvene nach hinten. Bis zu einem Drittel der gesamten Herzleistung kann durch die Nierenarterien fließen, um von den Nieren gefiltert zu werden.
Harnleiter
Die Harnleiter sind zwei Röhren, die den Urin von den Nieren in die Blase ableiten. Jeder Harnleiter ist ein Muskelschlauch, der etwa 25 cm (10 Zoll) lang ist. Die Muskeln in den Wänden der Harnleiter leiten den Urin in kleinen Schüben in die Blase (ein kollabierbarer Beutel im vorderen Teil des knöchernen Beckens, in dem der Urin vorübergehend gespeichert wird). Nachdem der Urin von den Harnleitern in die Blase gelangt ist, wirken kleine Falten in der Blasenschleimhaut wie Ventile, die den Rückfluss des Urins verhindern. Der Auslass der Blase wird durch einen Schließmuskel kontrolliert. Eine volle Blase stimuliert sensorische Nerven in der Blasenwand, die den Schließmuskel entspannen und den Urinabgang ermöglichen. Die Entspannung des Schließmuskels ist jedoch zum Teil auch eine erlernte Reaktion, die willentlich gesteuert wird. Der freigesetzte Urin gelangt in die Harnröhre.
Harnblase
Die Harnblase ist ein hohles, muskulöses und dehnbares oder elastisches Organ, das auf dem Beckenboden sitzt (bei Männern oberhalb der Prostata). An ihrem vorderen Rand liegt die Schambeinfuge und an ihrem hinteren Rand die Vagina (bei Frauen) und der Mastdarm (bei Männern). Die Harnblase kann etwa 500 bis 530 ml (17 bis 18 Unzen) Urin fassen, der Harndrang tritt jedoch in der Regel erst auf, wenn sie etwa 150 bis 200 ml enthält. Wenn sich die Blase mit Urin füllt (etwa zur Hälfte), senden Dehnungsrezeptoren Nervenimpulse an das Rückenmark, das dann einen Reflex-Nervenimpuls an den Schließmuskel (Muskelventil) am Blasenhals sendet, der sich entspannt und den Urinfluss in die Harnröhre ermöglicht. Der innere Harnröhrenschließmuskel ist unwillkürlich. Die Harnleiter treten diagonal vom dorsolateralen Blasenboden in die Blase ein, und zwar in einem Bereich, der Trigon genannt wird. Das Trigon ist ein dreieckiger Bereich an der postero-inferioren Wand der Blase. Die Harnröhre tritt an der tiefsten Stelle des Dreiecks des Trigonums aus. Der Urin in der Blase trägt auch zur Regulierung der Körpertemperatur bei. Wenn die Blase normal funktioniert, entleert sie sich bei einer vollständigen Entleerung vollständig, andernfalls ist dies ein Zeichen dafür, dass ihre Elastizität beeinträchtigt ist; wenn sie vollständig leer ist, kann dies aufgrund der schnellen Änderung der Körpertemperatur ein Kältegefühl verursachen.
Urethra
Die Harnröhre ist ein muskulöser Schlauch, der die Blase mit der Außenseite des Körpers verbindet. Die Funktion der Harnröhre ist es, den Urin aus dem Körper zu entfernen. Bei Frauen ist sie etwa 3,8 cm lang, bei Männern bis zu 20 cm. Da die Harnröhre bei Frauen so viel kürzer ist, können sich in der Blase leichter schädliche Bakterien ansiedeln, was allgemein als Blasenentzündung oder Harnwegsinfektion bezeichnet wird. Die häufigsten Bakterien einer Harnwegsinfektion sind E. coli aus dem Dickdarm, die mit dem Kot ausgeschieden werden. weibliche Harnröhre
Bei der Frau ist die Harnröhre etwa 1 bis 2 Zentimeter lang und öffnet sich in der Vulva zwischen der Klitoris und dem Scheideneingang.
Männer haben eine längere Harnröhre als Frauen. Das bedeutet, dass Frauen anfälliger für Infektionen der Blase (Zystitis) und der Harnwege sind.
Männliche Harnröhre
Beim Mann ist die Harnröhre etwa 8 Zoll lang und öffnet sich am Ende des Peniskopfes.
Die Länge der männlichen Harnröhre und die Tatsache, dass sie eine Reihe von Biegungen aufweist, erschweren die Katheterisierung.
Der Harnröhrenschließmuskel ist eine Sammelbezeichnung für die Muskeln, die den Urinfluss aus der Harnblase kontrollieren. Diese Muskeln umgeben die Harnröhre, so dass sie sich zusammenziehen, wenn sie die Harnröhre verschließen.
- Es gibt zwei verschiedene Muskelbereiche: den inneren Schließmuskel am Blasenhals und
- den äußeren, oder distalen Schließmuskel.
Männliche Menschen haben einen viel stärkeren Schließmuskel als weibliche, was bedeutet, dass sie eine große Menge Urin doppelt so lange, nämlich bis zu 800 ml, zurückhalten können.
Nephrone
Ein Nephron ist die grundlegende strukturelle und funktionelle Einheit der Niere. Der Name Nephron kommt vom griechischen Wort (nephros), das Niere bedeutet. Seine Hauptfunktion besteht in der Regulierung des Wasserhaushalts und der löslichen Stoffe, indem es das Blut filtert, die benötigten Stoffe resorbiert und den Rest als Urin ausscheidet. Die Nephrone scheiden Abfallstoffe aus dem Körper aus, regulieren das Blutvolumen und den Blutdruck, kontrollieren den Gehalt an Elektrolyten und Stoffwechselprodukten und regulieren den pH-Wert des Blutes. Ihre Funktionen sind lebenswichtig und werden vom endokrinen System durch Hormone wie das antidiuretische Hormon, Aldosteron und Parathormon reguliert.
Jedes Nephron hat seine eigene Blutversorgung aus zwei Kapillarbereichen der Nierenarterie. Jedes Nephron besteht aus einer ersten Filterkomponente (dem Nierenkörperchen) und einem Tubulus, der auf die Rückresorption und Sekretion spezialisiert ist (dem Nierentubulus). Das Nierenkörperchen filtert große gelöste Stoffe aus dem Blut und gibt Wasser und kleine gelöste Stoffe zur Modifikation an den Nierentubulus ab.
Glomerulus
Der Glomerulus ist ein Kapillarbüschel, das von einer afferenten Arteriole des Nierenkreislaufs mit Blut versorgt wird. Der glomeruläre Blutdruck ist die treibende Kraft für die Filtration von Flüssigkeit und gelösten Stoffen aus dem Blut in den von der Bowman-Kapsel gebildeten Raum, während der Rest des Blutes, der nicht in den Glomerulus gefiltert wird, in die engere efferente Arteriole gelangt. Von dort gelangt es in die Vasa recta, d. h. in die Sammelkapillaren, die mit den Tubuli convolutedi durch den interstitiellen Raum verflochten sind, in den auch die rückresorbierten Substanzen gelangen. Diese vereinigen sich dann mit den ableitenden Venolen aus anderen Nephronen in der Nierenvene und vereinigen sich wieder mit dem Hauptblutstrom.
Afferente/Efferente Arteriolen
Die afferente Arteriole versorgt den Glomerulus mit Blut. Eine Gruppe spezialisierter Zellen, die so genannten juxtaglomerulären Zellen, befinden sich um die afferente Arteriole herum, wo sie in das Nierenkörperchen eintritt. Die efferente Arteriole entwässert den Glomerulus. Zwischen den beiden Arteriolen liegen spezialisierte Zellen, die Macula densa. Die juxtaglomerulären Zellen und die Macula densa bilden zusammen den juxtaglomerulären Apparat. In den Zellen des juxtaglomerulären Apparats wird das Enzym Renin gebildet und gespeichert. Renin wird als Reaktion auf einen verminderten Blutdruck in den afferenten Arteriolen, einen verminderten Natriumchloridspiegel im distalen Tubulus convolutus und die Stimulation von Rezeptoren (Beta-Adrenalin) an den juxtaglomerulären Zellen durch den Sympathikus freigesetzt. Renin wird zur Bildung von Angiotensin I und Angiotensin II benötigt, die die Sekretion von Aldosteron durch die Nebennierenrinde stimulieren.
Glomerularkapsel oder Bowman-Kapsel
Die Bowman-Kapsel (auch Glomerularkapsel genannt) umgibt den Glomerulus und besteht aus viszeralen (einfache Plattenepithelzellen) (inneren) und parietalen (einfache Plattenepithelzellen) (äußeren) Schichten. Die viszerale Schicht liegt direkt unter der verdickten glomerulären Basalmembran und besteht aus Podozyten, die Fußfortsätze über die Länge des Glomerulus aussenden. Die Fußfortsätze sind miteinander verzahnt und bilden Filtrationsschlitze, die im Gegensatz zu denen des glomerulären Endothels von Membranen überspannt werden. Die Größe der Filtrationsschlitze schränkt die Passage großer Moleküle (z. B. Albumin) und Zellen (z. B. rote Blutkörperchen und Blutplättchen) ein. Darüber hinaus haben die Fußsohlen eine negativ geladene Hülle (Glykokalyx), die die Filtration negativ geladener Moleküle, wie z. B. Albumin, einschränkt. Dieser Vorgang wird als elektrostatische Abstoßung bezeichnet.
Die Parietalschicht der Bowman-Kapsel ist von einer einzigen Schicht Plattenepithel ausgekleidet. Zwischen der viszeralen und der parietalen Schicht befindet sich der Bowman-Raum, in den das Filtrat nach Passieren der Filtrationsschlitze der Podozyten eintritt. Hier liegen glatte Muskelzellen und Makrophagen zwischen den Kapillaren und stützen diese. Anders als die viszerale Schicht hat die parietale Schicht keine Filtrationsfunktion. Vielmehr wird die Filtrationsbarriere von drei Komponenten gebildet: den Membranen der Filtrationsschlitze, der dicken glomerulären Basalmembran und der von den Podozyten abgesonderten Glykokalyx. 99 % des glomerulären Filtrats werden letztendlich resorbiert.
Der Prozess der Filtration des Blutes in der Bowman-Kapsel ist die Ultrafiltration (oder glomeruläre Filtration), und die normale Filtrationsrate beträgt 125 ml/min, was dem Zehnfachen des täglichen Blutvolumens entspricht. Die Messung der glomerulären Filtrationsrate (GFR) ist ein diagnostischer Test der Nierenfunktion. Eine verminderte GFR kann ein Zeichen für Nierenversagen sein. Zu den Bedingungen, die die GFR beeinflussen können, gehören: arterieller Druck, Verengung der afferenten Arteriole, Verengung der efferenten Arteriole, Plasmaproteinkonzentration und kolloidosmotischer Druck.
Alle Proteine, die etwa 30 Kilodalton oder weniger haben, können die Membran frei passieren. Negativ geladene Moleküle werden jedoch durch die negative Ladung der Basalmembran und der Podozyten zusätzlich behindert. Kleine Moleküle wie Wasser, Glukose, Salz (NaCl), Aminosäuren und Harnstoff können ungehindert in den Bowman-Raum eindringen, Zellen, Blutplättchen und große Proteine jedoch nicht. Folglich ist das Filtrat, das die Bowman-Kapsel verlässt, in seiner Zusammensetzung dem Blutplasma sehr ähnlich, wenn es in den proximalen Tubulus (Faltenschlauch) gelangt. Zusammen werden der Glomerulus und die Bowman-Kapsel als Nierenkörperchen bezeichnet.
Proximaler Convoluted Tubulus (PCT)
Der proximale Tubulus kann anatomisch in zwei Segmente unterteilt werden: den proximalen Convoluted Tubulus und den proximalen Straight Tubulus. Der proximale Tubulus kann aufgrund des histologischen Erscheinungsbildes seiner Zellen weiter in die Segmente S1 und S2 unterteilt werden. In Anlehnung an diese Namenskonvention wird der proximale gerade Tubulus gemeinhin als S3-Segment bezeichnet. Der proximale Tubulus convolutus hat eine Schicht quaderförmiger Zellen im Lumen. Dies ist die einzige Stelle im Nephron, die quaderförmige Zellen enthält. Diese Zellen sind mit Millionen von Mikrovilli bedeckt. Die Mikrovilli dienen dazu, die Oberfläche für die Rückresorption zu vergrößern.
Flüssigkeit im Filtrat, das in den proximalen Tubulus eintritt, wird in die peritubulären Kapillaren rückresorbiert, einschließlich etwa zwei Drittel des gefilterten Salzes und Wassers und aller gefilterten organischen gelösten Stoffe (hauptsächlich Glukose und Aminosäuren). Dies wird durch den Natriumtransport aus dem Lumen ins Blut durch die Na+/K+ ATPase in der basolateralen Membran der Epithelzellen angetrieben. Ein Großteil der Massenbewegung von Wasser und gelösten Stoffen findet zwischen den Zellen durch die tight junctions statt, die in diesem Fall nicht selektiv sind.
Die gelösten Stoffe werden isotonisch absorbiert, d.h. das osmotische Potential der Flüssigkeit, die den proximalen Tubulus verlässt, ist das gleiche wie das des ursprünglichen glomerulären Filtrats. Glukose, Aminosäuren, anorganisches Phosphat und einige andere gelöste Stoffe werden jedoch über sekundären aktiven Transport durch Cotransportkanäle, die durch den Natriumgradienten aus dem Nephron angetrieben werden, rückresorbiert.
Nephronschleife oder Henle-Schleife
Die Henle-Schleife (manchmal auch als Nephronschleife bezeichnet) ist ein U-förmiges Rohr, das aus einem absteigenden und einem aufsteigenden Schenkel besteht. Sie beginnt in der Rinde, nimmt das Filtrat aus dem proximalen Tubulus convolutus auf, erstreckt sich in die Medulla und kehrt dann zur Rinde zurück, um sich in den distalen Tubulus convolutus zu entleeren. Seine Hauptaufgabe besteht darin, das Salz im Interstitium, dem Gewebe, das die Schleife umgibt, zu konzentrieren.
Absteigender Schenkel Der absteigende Schenkel ist durchlässig für Wasser, aber völlig undurchlässig für Salz und trägt daher nur indirekt zur Konzentration des Interstitiums bei. Während das Filtrat tiefer in das hypertone Interstitium des Nierenmarks hinabsteigt, fließt das Wasser durch Osmose ungehindert aus dem absteigenden Glied, bis sich der Tonus von Filtrat und Interstitium ausgleicht. Längere absteigende Schenkel lassen dem Wasser mehr Zeit, aus dem Filtrat zu fließen, so dass längere Schenkel das Filtrat hypertoner machen als kürzere Schenkel. Aufsteigendes Glied Im Gegensatz zum absteigenden Glied ist das aufsteigende Glied der Henle-Schleife wasserundurchlässig, ein entscheidendes Merkmal des Gegenstrom-Austauschmechanismus der Schleife. Das aufsteigende Glied pumpt aktiv Natrium aus dem Filtrat und erzeugt so das hypertone Interstitium, das den Gegenstromaustausch antreibt. Beim Passieren des aufsteigenden Glieds wird das Filtrat hypoton, da es einen Großteil seines Natriumgehalts verloren hat. Dieses hypotone Filtrat wird in den distalen Tubulus in der Nierenrinde geleitet.
Distaler Convoluted Tubulus (DCT)
Der distale Convoluted Tubulus ähnelt dem proximalen Convoluted Tubulus in Aufbau und Funktion. Die Zellen, die den Tubulus auskleiden, verfügen über zahlreiche Mitochondrien, die den aktiven Transport mit Hilfe der durch ATP bereitgestellten Energie ermöglichen. Ein Großteil des Ionentransports im distalen Tubulus wird durch das endokrine System reguliert. In Anwesenheit von Parathormon nimmt der distale Tubulus mehr Kalzium auf und scheidet mehr Phosphat aus. Bei Vorhandensein von Aldosteron wird mehr Natrium rückresorbiert und mehr Kalium ausgeschieden. Atriales natriuretisches Peptid bewirkt, dass der distale Tubulus mehr Natrium ausscheidet. Darüber hinaus scheidet der Tubulus auch Wasserstoff und Ammonium aus, um den pH-Wert zu regulieren. 3 % des Wassers, das den distalen Tubulus durchquert hat, bleibt übrig, und der verbleibende Salzgehalt ist vernachlässigbar. 97,9 % des Wassers im glomerulären Filtrat gelangen durch Osmose in die Tubuli und Sammelkanäle.
Sammelkanäle
Jeder distale Tubulus gibt sein Filtrat an ein System von Sammelkanälen ab, dessen erstes Segment der Verbindungstubulus ist. Das Sammelkanalsystem beginnt in der Nierenrinde und erstreckt sich bis tief ins Mark. Auf seinem Weg durch das Sammelkanalsystem passiert der Urin das medulläre Interstitium, das aufgrund des Gegenstromvervielfachersystems der Henle-Schleife eine hohe Natriumkonzentration aufweist. Obwohl der Sammelkanal normalerweise undurchlässig für Wasser ist, wird er in Gegenwart von antidiuretischem Hormon (ADH) durchlässig. Bis zu drei Viertel des Wassers aus dem Urin können beim Verlassen des Sammelkanals durch Osmose rückresorbiert werden. Der ADH-Spiegel bestimmt also, ob der Urin konzentriert oder verdünnt ist. Dehydratation führt zu einem Anstieg von ADH, während Wassermangel zu einem niedrigen ADH-Spiegel führt, der einen verdünnten Urin ermöglicht. Untere Abschnitte des Sammelkanals sind auch durchlässig für Harnstoff, so dass ein Teil davon in das Nierenmark gelangt und so die hohe Ionenkonzentration aufrechterhalten wird (die für das Nephron sehr wichtig ist).
Der Urin verlässt die medullären Sammelkanäle durch die Nierenpapille und entleert sich in die Nierenkelche, das Nierenbecken und schließlich über den Harnleiter in die Blase.Da er einen anderen embryonalen Ursprung hat als der Rest des Nephrons (der Sammelkanal stammt aus dem Endoderm, während das Nephron aus dem Mesoderm stammt), wird der Sammelkanal normalerweise nicht als Teil des eigentlichen Nephrons betrachtet.
Nierenhormone
1. Vitamin D Wird in der Niere metabolisch aktiv. Patienten mit einer Nierenerkrankung haben Symptome eines gestörten Kalzium- und Phosphathaushalts.
2. Erythropoetin- Wird von den Nieren als Reaktion auf einen verminderten Sauerstoffgehalt im Gewebe (Hypoxie) freigesetzt.
3. Natriuretisches Hormon- Wird von den Kardiozytengranula im rechten Vorhof des Herzens als Reaktion auf eine erhöhte Vorhofdehnung freigesetzt. Es hemmt die ADH-Sekretion, die zum Verlust von Natrium und Wasser beitragen kann.