Tubuläre Transportprozesse

Überblick über die Physiologie

Anatomie

Das Tubulussystem besteht aus:

• Proximaler Tubulus (PT):
  • Pars convoluta
  • Pars recta
• Henle-Schleife:
  • Dünner absteigender Teil
  • Dünner aufsteigender Teil
  • Dicker aufsteigender Teil
• Distaler Tubulus, Pars convoluta
• Sammelrohr

Wege des epithelialen Transports gelöster Stoffe

• Parazellulär: passiver Transport zwischen Zellen
• Transzellulär: Transport durch Zellen hindurch; kann aktiv oder passiv sein

Natrium/Kalium-ATPase

• Befindet sich auf der basolateralen Seite der Tubuluszellen
• Transportiert:
  • 3 Na ⁺ aus der Zelle
  • 2 K ⁺ in die Zelle
• Erzeugt einen Na ⁺ Konzentrationsgradienten und einen Spannungsgradienten:
  • Das Tubuluslumen wird im frühen proximalen gewundenen Tubulus elektronegativ (die Elektronegativität ändert sich jedoch, wenn Substanzen im gesamten Nephron Nephron Niere resorbiert werden).
  • Aktive und passive Transportmechanismen sind von diesen Gradienten abhängig.

Wege des Wassertransports

• Parazellulär:
  • Wasser bewegt sich durch die epithelialen Tight Junctions („undichte“ Unterart der Tight Junctions).
  • Die Bewegung des Wassers wird durch die Osmolarität (Osmose) bestimmt.
• Transzellulär:
  • Wasser bewegt sich über spezielle Kanäle, die als Aquaporine bekannt sind, durch die Zelle.
  • Aquaporine befinden sich in:
    • PT
    • Dünner absteigender Teil der Henle-Schleife
    • Sammelrohr
• Solvent Drag:
  • Einige gelöste Stoffe werden „mitgerissen“, wenn sich das Wasser bewegt.
  • Gelöste Stoffe bewegen sich über konvektive Strömungen, die durch die Bewegung von Wasser erzeugt werden.

Tubuläres Transportmaximum

• Die Resorptionskapazität für einen bestimmten Stoff ist begrenzt.
• Bei Überschreitung gehen zusätzliche Stoffe mit dem Urin verloren.
• Wird auch als „Nierenschwelle“ für die Rückresorption bezeichnet
• Beispiel Glukose:
  • Hat ein tubuläres Transportmaximum (T _m ) von 375 mg/min
  • Bei dieser Geschwindigkeit können die Nieren Nieren Niere 100 % der gefilterten Glukose bis zu einer Plasmaglukosekonzentration von etwa 180 mg/dl resorbieren.
  • Wenn die Plasmaglukose 180 mg/dl überschreitet:
    • Die Nieren Nieren Niere sind nicht mehr in der Lage, 100 % der gefilterten Glukose zu resorbieren.
    • Überschüssige Glukose geht mit dem Urin verloren („Glucosurie“).

Resorption peritubulärer Kapillaren Kapillaren Kapillaren

Die Resorption peritubulärer Kapillaren Kapillaren Kapillaren unterscheidet sich von der Resorption regulärer Kapillaren Kapillaren Kapillaren, um die Rückresorption von Substanzen in den Blutkreislauf zu maximieren.

• Normale Kapillaren Kapillaren Kapillaren filtern entlang ihrer 1. Hälfte und resorbieren entlang ihrer 2. Hälfte:
  • Arterielle Hälfte: höherer kapillarer hydrostatischer Druck und niedrigerer onkotischer Druck → Filtration
  • Venöse Hälfte: niedrigerer kapillarer hydrostatischer Druck und höherer onkotischer Druck → Resorption
• Peritubuläre Kapillaren Kapillaren Kapillaren resorbieren Flüssigkeit über ihre gesamte Länge:
  • Niedrigerer kapillarer hydrostatischer Druck und höherer kapillarer onkotischer Druck über ihre gesamte Länge
  • Kein Filterbereich

Proximaler Tubulus: Resorption von Ionen

Die glomeruläre Filtration Glomeruläre Filtration Glomeruläre Filtration ist ein sehr unspezifischer Prozess, bei dem große Mengen wichtiger Substanzen, die der Körper benötigt (z. B. Na⁺, HCO₃^–) gefiltert werden. Die primäre Funktion des PT besteht darin, so viele dieser Substanzen wie möglich zu resorbieren. Anschließend verfeinern die anderen Nephronsegmente die Urinzusammensetzung.

Anatomie des PT

• Unterteilt in 2 Teile: Pars convoluta und Pars recta
  • Pars convoluta: primärer Ort für die Resorption des proximalen Tubulus
  • Pars recta: wichtig für die Sekretion des proximalen Tubulus
• Bürstensaumzellen säumen das Tubuluslumen, um die Oberfläche für die Resorption zu vergrößern.
• Na ⁺ /K ⁺ -ATPase befindet sich auf der basolateralen Seite der Epithelzellen.

Natriumresorption im PT

• In Verbindung mit der Rückresorption anderer Stoffe über Cotransporter:
  • Glucose
  • Aminosäuren
  • Phosphat Phosphat Elektrolyte
  • Organische Säuren
• Angetrieben durch den Na ⁺ -Gradienten, der von der basolateralen Na ⁺ /K ⁺ -ATPase erzeugt wird:
  • Niedrige intrazelluläre Na ⁺ -Konzentration
  • Hohe Na ⁺ -Konzentration im Tubuluslumen und interstitiellen Raum auf der basolateralen Seite
• Na ⁺ Resorption treibt die parazelluläre Resorption von Wasser an:
  • Na ⁺ und Wasser werden mit der gleichen Geschwindigkeit resorbiert.
  • Die Resorption von Na ⁺ im PT ist isoton zum Plasma Plasma Transfusionsprodukte.
• Effekt: Ungefähr ⅔ des gefilterten Wassers und Na ⁺ werden im PT resorbiert.

Chlorid Chlorid Elektrolyte (Cl ^–)-Resorption im PT

• Der Großteil des filtrierten Cl ^– wird im PT resorbiert.
• Der Transport erfolgt hauptsächlich parazellulär.
• Angetrieben durch den Spannungsgradienten im frühen PT, erzeugt durch Na ⁺ /K ⁺ -ATPase:
  • Cl ^– wird vom elektronegativen Tubuluslumen abgestoßen.
  • Cl ^– wird vom elektropositiven basolateralen Interstitium angezogen.

Resorption von Kalium, Calcium (Ca²⁺) und Magnesium Magnesium Elektrolyte (Mg²⁺) im PT

• Früher PT: parazelluläre Resorption durch Solvent Drag
• Später PT: parazellulär über Spannungsgradienten
  • Aufgrund der stromaufwärts liegenden Resorption von Cl ^– im frühen PT dreht sich die Polarität im späten PT.
  • Im späten PT wird das Tubuluslumen elektropositiver und das basolaterale Interstitium elektronegativer.
• Effekt:
  • 80 % des gefilterten K ⁺ werden im PT resorbiert.
  • 65 % des gefilterten Ca ²⁺ werden im PT resorbiert.
  • 15 % des gefilterten Mg ²⁺ werden im PT resorbiert.

Bicarbonat-Resorption im PT

Die Rückresorption von HCO₃^– erfordert einen komplexeren Mechanismus:

• Natrium-Wasserstoff-Ionenaustauscher 3 ( NHE3 ) resorbiert Na ⁺ und sezerniert H ⁺ .
• Das sezernierte H ⁺ verbindet sich im röhrenförmigen Lumen mit dem gefilterten HCO₃^– zu Kohlensäure (H₂CO₃).
• H₂CO₃ wird durch apikale Carboanhydrase-IV in H₂O und CO₂ umgewandelt.
• CO₂ diffundiert frei über die apikale Membran zurück in die Zelle.
• Intrazelluläre Carboanhydrase-II wandelt CO₂ und H₂O zurück in H₂CO₃ um.
• H₂CO ₃ dissoziiert dann in H ⁺ und HCO₃^– :
  • H ⁺ wird durch den Prozess der Sekretion von NHE3 recycelt.
  • HCO₃^– wird durch die basolaterale Membran resorbiert über:
    • Na ⁺ -HCO₃^– Cotransporter
    • HCO₃^– -Cl ^– Austauscher
• Nettoeffekte des gesamten Prozesses:
  • Ausscheidung von H ⁺
  • Aufnahme von HCO₃^–
• Effekt: Unter normalen Umständen werden 80 % des gefilterten HCO₃^– im PT resorbiert.

Phosphat Phosphat Elektrolyte (PO₄^3- ) Resorption im PT

• Die Rückresorption von PO₄^3- wird durch das Parathormon (PTH) reguliert: PTH hemmt die Rückresorption von PO₄^3-.
• ↓ PTH → ↑ PO₄^3- Resorption:
  • Wenn ↓ PTH werden Na ⁺ /PO₄^3- -Cotransporter (die 3 Na ⁺ und 1 PO₄^3- transportieren) in die apikale Membran eingebaut
  • PO₄^3- bewegt sich durch die Zelle und wird über einen unbekannten Transporter über die basolaterale Membran transportiert.
• ↑ PTH → ↓ PO₄^3- Resorption:
  • PTH bindet an einen basolateralen PTH-Rezeptor der PT-Zelle.
  • Na+/PO₄^3- -Cotransporter werden herunterreguliert.

Proximaler Tubulus: Resorption von Makromolekülen

Glukoseresorption im PT

• Apikale Transporter: Natrium-Glucose-Coransporter (Englisch: sodium-glucose linked transporter, SGLT)2 und SGLT1
  • SGLT2-Transporter:
    • 1 Na ⁺ und 1 Glucose wandern in die Zelle.
    • Verantwortlich für den Großteil der Glucose-Resorption im PT
  • SGLT1-Transporter:
    • 2 Na ⁺ und 1 Glucose wandern in die Zelle.
    • Verantwortlich für die Resorption von Glukose, die nicht durch SGLT2 resorbiert wird
    • Geringere Kapazität, aber höhere Affinität für Glukose als SGLT2
  • Beide werden durch den Konzentrationsgradienten von Na ⁺ angetrieben, der von der basolateralen Na⁺ /K⁺ -ATPase erzeugt wird.
• Basolaterale Transporter: Glucosetransporter (GLUT)2 und GLUT1
  • Glukose bewegt sich über die GLUT aus der Zelle und in das Interstitium.
  • GLUT2 ist mit SGLT2 und GLUT1 mit SGLT1 gepaart.
• Effekt: Unter normalen Umständen werden 100 % der Glukose innerhalb der ersten 25 % des PT resorbiert.

Peptidresorption im PT

• Frühe apikale PT-Proteine:
  • PepT1: H ⁺ /Peptid-Cotransporter verantwortlich für den Großteil der Peptid-Resorption im PT
  • Peptidase: membrangebundenes Enzym
    • Befindet sich im frühen Segment des PT
    • Zerlegt größere Tripeptide im Tubuluslumen
    • Die kleineren abgebauten Peptide Peptide Proteine und Peptide können dann über PepT1 resorbiert werden.
• Apikale Proteine Proteine Proteine und Peptide des späten PT:
  • PepT2: H ⁺ /Peptid-Cotransporter, der für die Resorption von Peptiden verantwortlich ist, die nicht von PepT1 resorbiert wurden
  • Megalin- und Cubilin-Rezeptoren:
    • Binden kleine Proteine Proteine Proteine und Peptide und internalisieren sie mittels Endozytose
    • Endozytierte Vakuolen binden an die basolaterale Membran und setzen Inhalte frei.
• Peptide Peptide Proteine und Peptide werden von Proteasen innerhalb der Zelle in Aminosäuren verdaut.
• Aminosäuren verlassen die Zelle über Transporter auf der basolateralen Membran.
• Effekt:
  • 100 % innerhalb der ersten 25 % des PT resorbiert.
  • Nierenschwelle zur Resorption kann überschritten werden → „Überlaufproteinurie“

Aminosäureresorption

• Apikale Resorption:
  • Anionische (saure) oder kationische (basische) Aminosäuren: verschiedene Ionenaustauscher
  • Neutrale Aminosäuren: über Na ⁺– oder H ⁺-Cotransport
• Basolaterale Resorption:
  • Aromatische Aminosäuren: durch erleichterte Diffusion
  • Kationische (basische) und neutrale Aminosäuren: über Na ⁺-Cotransport

Proximaler Tubulus: Sekretion

Die Sekretion erfolgt hauptsächlich in der Pars recta (d.h. im späten PT) und ermöglicht die Eliminierung endogener und exogener Substanzen wie Toxine und Medikamente.

Organische Anionen

• Organische Anionen (OA ^– s) werden durch organische Anionentransporter (OATs) von der basolateralen Seite in die Zellen transportiert.
• Durch 2 Proteine Proteine Proteine und Peptide in das Tubuluslumen transportiert:
  • Multi-drug resistenter Transporter (MRP2)
  • Anionenaustauscher OAT4
• Beispiele für OA ^– s, die im PT sezerniert werden: Gallensalze, Urat, bestimmte Medikamente (siehe Tabelle unten)

Organische Kationen

• Organische Kationen (OC ⁺ s) werden durch organische Kationentransporter (OCTs) von der basolateralen Seite in die Zellen transportiert.
• Durch 2 Proteine Proteine Proteine und Peptide in das Tubuluslumen transportiert:
  • Multiresistenter Transporter (MDR1)
  • Neuartiger Organischer Kationentransporter (OCTN)
• Beispiele: Kreatinin, Dopamin, bestimmte Medikamente (siehe Tabelle unten)

Vom PT sezernierte organische Ionen

Henle-Schleife

Die Henle-Schleife ist ein komplexes Segment des Nephrons mit 2 Hauptaufgaben: Aufrechterhaltung des kortikomedullären Konzentrationsgradienten und Resorption moderater Mengen an Na ⁺ und Wasser. Diese beiden Prozesse sind über das Gegenstrom-Prinzip in den dünnen Teilen verknüpft. Eine zusätzliche Na⁺ -Resorption erfolgt über aktiven Transport im dicken aufsteigenden Teil der Henle-Schleife.

Aufbau der Henle-Schleife

• Dünner absteigender Teil
• Dünner aufsteigender Teil
• Dicker aufsteigender Teil

Kortikomedullärer Konzentratiosgradient

• Die Osmolalität des renalen Interstitiums reicht von ungefähr 300 mOsm/kg im Kortex bis ungefähr 1200 mOsm/kg im inneren Mark.
• Dieser Gradient ist für die dynamische Steuerung der Wasserresorption im Sammelrohr notwendig.
• Der Gradient wird durch die passive Bewegung von Flüssigkeit und gelösten Stoffen gemäß dem Prinzip der Gegenstrommultiplikation hergestellt und aufrechterhalten.

Prinzip der Gegenstrommultiplikation

Das Prinzip der Gegenstrommultiplikation erklärt, wie die Bewegung von Flüssigkeiten und gelösten Stoffen einen signifikanten kortikomedullären Konzentrationsgradienten erzeugt. Dieser Prozess findet vor allem in den dünnen Teilen der Henle-Schleife und über die Rezirkulation von Harnstoff.

In den dünnen Teilen der Henle-Schleife:

• Dünner absteigender Teil:
  • Nur für Wasser und nicht für gelöste Stoffe durchlässig
  • Immer größere Wassermengen treten aus dem Tubulussystem aus, wenn die Tubulusflüssigkeit Bereiche des Interstitiums mit zunehmend hoher Osmolalität passiert.
  • Die Tubulusflüssigkeit wird konzentriert.
• Dünner aufsteigender Teil:
  • Nur für gelöste Stoffe durchlässig (über passiven Transport) und nicht für Wasser
  • Zunehmende Mengen gelöster Stoffe verlassen das Tubulussystem, wenn die Tubulusflüssigkeit Bereiche des Interstitiums mit abnehmender Osmolalität passiert.
  • Am Ende des dünnen aufsteigenden Teils wird die Tubulusflüssigkeit wieder nahezu isoton.
• Das wiederholte Auftreten dieser beiden Effekte erzeugt einen sich selbst verstärkenden Mechanismus und hält den kortikomedullären Konzentrationsgradienten aufrecht.

Harnstoffrezirkulation:

• Im PT: Ungefähr 50 % des Harnstoffs werden über parazellulären Transport resorbiert.
• In der Henle-Schleife:
  • Ungefähr 50 % des Harnstoffs gelangen wieder in den Tubulus (passive Sekretion).
  • Etwa 30 % werden resorbiert.
• Im Sammelrohr:
  • Über den apikalen Transporter UT-A1 und den basolateralen Transporter UT werden ca. 50 % des Harnstoffs resorbiert.
  • Antidiuretisches Hormon (ADH) reguliert apikales UT-A1 hoch → ↑ Harnstoffresorption
• Resorbierter Harnstoff im Interstitium trägt zum kortikomedullären Konzentrationsgradienten bei.
• Letztendlich werden hierfür 60 % des gefilterten Harnstoffs resorbiert und 40 % ausgeschieden.

Dicker aufsteigender Teil

Der Na-K-2Cl ( NKCC2 ) -Cotransporter ist das Schlüsseltransportprotein im dicken aufsteigenden Teil der Henle-Schleife.

• NKCC2 transportiert Folgendes aus dem Tubuluslumen in die Zelle:
  • 1 Na ⁺ (verlässt die basolaterale Seite über Na ⁺ /K ⁺ -ATPase )
  • 1 K ⁺ (kann apikal und/oder basolateral austreten über der ROMK-Kanal )
  • 2 Cl ^– (verlässt die basolaterale Seite über Cl ^– Kanäle, hauptsächlich den ClC-Kb-Kanal)
• Erzeugt einen elektrischen Gradienten: Nettoeffekt von NKCC2 ist 2 Cl- und 1 Na+ auf der basolateralen Seite:
  • K ⁺ wird über ROMK-Kanäle in die Tubulusflüssigkeit zurückgeführt (um die weitere NKCC2-Funktion zu ermöglichen).
  • Die basolaterale Seite wird aufgrund von nicht ausgeglichenem Cl ^– elektronegativer.
  • Wichtig für den parazellulären Transport von Kationen
• Trägt zum osmotischen Gradienten zwischen Tubulusflüssigkeit und Interstitium bei:
  • Wasser folgt gelösten Stoffen (Na ⁺, K ⁺, Cl ^–) nicht in das Interstitium.
  • Tubulusflüssigkeit (d.h. Urin) wird gegenüber Plasma Plasma Transfusionsprodukte hypoton.
• Wirkort für Schleifendiuretika Schleifendiuretika Schleifendiuretika (Furosemid, Torsemid, Bumetanid):
  • Hemmen NKCC2 → mehr Na ⁺, K ⁺ und Cl ^– bleiben im Lumen
  • Erhöhtes Na ⁺ im Tubuluslumen zwingt das Wasser ebenfalls im Lumen zu bleiben → beides wird ausgeschieden

Konvolut des distalen Tubulus

Der distale gewundene Tubulus ist ein weiteres Segment des Nephrons, in dem die Tubulusflüssigkeit verdünnt wird und der thiazidsensitive NaCl-Cotransporter hilft, hypotone Tubulusflüssigkeit zu erzeugen, da das DCT nicht wasserdurchlässig ist. Auch der Transport von K ⁺, Mg²⁺ und Ca ²⁺ findet in diesem Segment statt.

Calciumresorption

• Wird über apikale TRPV5-Kanäle resorbiert:
  • TRPV5 wird durch die Wirkung von PTH hochreguliert.
  • ↑ PTH → ↑ Adenylylcyclase und Phospholipase C → ↑ Phosphorylierung von TRPV5 → ↑ Offenheitswahrscheinlichkeit des TRPV5-Kanals → ↑ Ca ²⁺ Resorption
• Innerhalb der Zelle ist Ca ²⁺ an das Protein Calbindin gebunden:
  • Notwendig aufgrund der zytotoxischen Wirkung von hohem intrazellulärem Ca ²⁺
  • Transportiert Ca ²⁺ zur basolateralen Membran
• Ca ²⁺ wird über 2 Mechanismen in das basolaterale Interstitium transportiert:
  • Ca ²⁺ ATPase
  • Ca ²⁺ -Na ⁺ Austauscher

Magnesiumresorption

• Resorbiert über TRPM6-Kanäle
• Benötigt kein zytosolisches Transportprotein (wie Calbindin)
• Der Bewegungsmechanismus in das basolaterale Interstitium ist unbekannt.

Natriumresorption

Erfolgt über 2 Mechanismen:

• NaCl-Cotransporter:
  • Na ⁺ und Cl ^– werden resorbiert.
  • Wirkort von Thiaziddiuretika Thiaziddiuretika Thiaziddiuretika
• Epitheliale Natriumkanäle (ENaC):
  • Na ⁺ wird von selbst resorbiert.
  • Erzeugt einen Spannungsgradienten, da kein angepasster Transport anderer geladener Ionen stattfindet (d.h. es wird nicht gegen ein anderes Kation ausgetauscht oder mit einem Anion cotransportiert)
  • Auch in den Sammelrohren zu finden
  • Wirkort von Amilorid (K ⁺ -sparendes Diuretikum)

Chloridresorption

• Früher distaler gewundener Tubulus: zusammen mit Na ⁺ über den NaCl-Cotransporter
• Später distaler gewundener Tubulus (2 Mechanismen):
  • Parazellulär:
    • Angetrieben durch den elektrischen Gradienten, der durch die ENaC-Aktivität erzeugt wird
    • Cl ^– bewegt sich aus dem elektronegativen Lumen heraus und zur elektropositiven basolateralen Seite.
    • Macht den Großteil des Cl ^– Transports im späten distalen gewundenen Tubulus aus
  • Transzellulär:
    • Apikaler Cl ^– Kanal → basolateraler Cl ^– -HCO ₃^– Austauscher
    • Tritt nur an Schaltzellen auf (nur vereinzelt im distalen gewundenen Tubulus; hauptsächlich in den Sammelrohren lokalisiert)

Kaliumsekretion

• K ⁺ wird im distalen gewundenen Tubulus nicht resorbiert, aber im späten distalen gewundenen Tubulus sezerniert.
• Die Sekretion erfolgt über ROMK-Kanäle von Hauptzellen (hauptsächlich in den Sammelrohren lokalisiert, aber auch im späten distalen gewundenen Tubulus vorhanden):
  • Angetrieben durch elektronegatives Lumen von ENaC (wie bei Cl ^– Resorption)
  • ROMK-Kanäle werden durch Aldosteron hochreguliert.
  • Die K ⁺ -Sekretion durch ROMK erhöht sich, wenn die ENaC-Aktivität zunimmt.

Sammelrohre

Sammelrohre sind die Orte, an denen mehrere Nephrone während der Endphase der Urinbildung zusammenkommen. Schaltzellen und Hauptzellen sorgen für die endgültige Zusammensetzung und Konzentration des Urins vor der Ausscheidung.

Schaltzellen

Schaltzellen werden weiter in Typ A und Typ B unterteilt, die jeweils eine leicht unterschiedliche Zusammensetzung von Transportern und anderen Proteinen aufweisen.

Apikale Proteine Proteine Proteine und Peptide:

• H ⁺ /K ⁺ -ATPase:
  • 1 H ⁺ aus der Zelle, 1 K ⁺ in die Zelle
  • Beteiligt an der Feinabstimmung der K ⁺ Resorption
• H ⁺ -ATPase:
  • 1 H ⁺ aus der Zelle
  • Beteiligt an der Säuresekretion
• Cl ^– /HCO ₃^– Austauscher (Schaltzellen Typ B)
• Cl ^– Kanäle

Basolaterale Proteine Proteine Proteine und Peptide:

• Na ⁺ /K ⁺ -ATPase
• H ⁺ -ATPase (Schaltzellen Typ B):
  • Gepaart mit dem apikalen Cl ^– /HCO ₃^– Austauscher
  • Beteiligt an der Säurehomöostase
• Cl ^– /HCO ₃^– Austauscher (Schaltzellen Typ A):
  • Gepaart mit dem apikalen Cl ^– Kanal
  • Beteiligt an Cl ^– Resorption

Hauptzellen

Hauptzellen sind für die Feinabstimmung von Na ⁺ und K ⁺ im Urin verantwortlich, die oft als Reaktion auf das Hormon Aldosteron erfolgt. Hauptzellen sind auch der Ort des apikalen Aquaporins AQP2, der eine Schlüsselkomponente bei der Einstellung der Urinkonzentration ist.

Apikale Proteine Proteine Proteine und Peptide:

• ENaC-Kanal: 1 Na ⁺ wandert in die Zelle
  • Die Na ⁺ -Resorption wird durch den Na ⁺ -Gradienten angetrieben, der von der Na ⁺ /K ⁺ -ATPase erzeugt wird.
  • Für jedes Na ⁺, das in die Zelle wandert, bleibt 1 Cl ^– im Tubuluslumen zurück.
  • Erzeugt einen elektrischen Gradienten, wobei die Luminalseite negativer ist
  • Regulation:
    • ↑ Expression/Offenheitswahrscheinlichkeit mit Aldosteron
    • ↑ Distales Na ⁺ führt zu ↑ ENaC-Kanalaktivität
• ROMK-Kanal: 1 K ⁺ bewegt sich aus der Zelle heraus
  • Die K ⁺ -Sekretion wird durch chemische und elektrische K ⁺ -Gradienten angetrieben, die von der Na ⁺ /K ⁺ -ATPase- und ENaC-Kanälen erzeugt werden.
  • ROMK-Kanäle können sich öffnen und schließen; es gibt eine ↑ Offenheitswahrscheinlichkeit durch:
    • Aldosteron
    • ↓ Intrazelluläres ATP (zeigt an, dass ATP gerade von Na ⁺ /K ⁺ -ATPase verbraucht wurde, um K ⁺ in die Zelle zu bringen)
• Aquaporin 2 (AQP2): passiver Wasserkanal
  • Wasser im Nierenmark ist im Vergleich zum Urin aufgrund des Gegenstromprinzips und der harnverdünnenden Segmente hyperton.
  • Wasser verlässt die Sammelrohre seinem osmotischen Gradienten folgend, wenn Aquaporine vorhanden sind.
  • ADH stimuliert die Produktion und den Einbau von Aquaporinen:
    • ↑ ADH-Spiegel → ↑ Aquaporine → ↑ Wasserresorption → konzentrierter Urin
    • ↓ ADH-Spiegel → ↓ Aquaporine → ↓ Wasserresorption → verdünnter Urin

Basolateral: Na ⁺ /K ⁺ -ATPase

• 3 Na ⁺ bewegen sich aus der Zelle und 2 K ⁺ bewegen sich in die Zelle.
• Stimuliert durch Aldosteron

Übersichtstabelle

Die folgende Tabelle fasst die Resorption, Sekretion und wichtige regulatorische Moleküle im gesamten Tubulussystem zusammen. Regulatorische Moleküle sind in Klammern angegeben und „+“ und „-“ zeigen Stimulation bzw. Hemmung an.

Klinische Relevanz

• Nierenzellkarzinom Nierenzellkarzinom Nierenzellkarzinom: Das häufigste primäre Nierenmalignom, das von renalen Tubuluszellen ausgeht (am häufigsten im proximalen Tubulus).
• SGLT2-Hemmer: eine Klasse oraler Medikamente zur Behandlung von Diabetes mellitus Diabetes Mellitus Diabetes Mellitus Typ 2. SGLT2-Hemmer blockieren die Glukoseresorption über den SGLT2-Transporter im PT, wodurch Glukose über den Urin ausgeschieden und nicht resorbiert wird. Die Namen von SGLT2-Hemmern enden auf -gliflozin (z. B. Empagliflozin) und gelten als Zweitlinienoption. Eine wichtige Nebenwirkung ist das erhöhte Risiko für Infektionen des Urogenitaltrakts.
• Schleifendiuretika Schleifendiuretika Schleifendiuretika: Eine häufig verwendete Klasse von Diuretika Diuretika Medikamentöse Therapie der Herzinsuffizienz und der Angina pectoris (einschließlich Furosemid, Bumetanid und Torasemid), die ihre Wirkung entfalten, indem sie den NKCC2-Cotransporter im dicken aufsteigenden Teil der Henle-Schleife blockieren. Natriumionen verbleiben im Tubuluslumen und zwingen das Wasser, ebenfalls im Lumen zu bleiben, was eine harntreibende Wirkung hat. Hypokaliämie ist eine häufige Nebenwirkung aufgrund der Wirkung einer erhöhten distalen Abgabe von Na ⁺ auf die ROMK-Kanäle.
• ACE-Hemmer: eine häufig verwendete Klasse von blutdrucksenkenden Medikamenten, die das RAAS auf der Ebene der ACE hemmen. Die Namen der Medikamente dieser Klasse enden auf -pril (z. B. Lisinopril, Enalapril Enalapril Antihypertensiva) und werden neben Bluthochdruck häufig zur Behandlung von Herzinsuffizienz und Proteinurie verwendet. Diese Medikamente sind klinisch mit Aldosteronrezeptorblockern austauschbar.
• Aldosteronrezeptorblocker: eine häufig verwendete Klasse von blutdrucksenkenden Arzneimitteln, die das RAAS auf der Ebene der Aldosteronrezeptoren hemmen. Die Namen der Medikamente in dieser Klasse enden auf -artan (z. B. Losartan Losartan Antihypertensiva, Candesartan) und werden neben Bluthochdruck häufig zur Behandlung von Herzinsuffizienz und Proteinurie verwendet. Diese Medikamente sind klinisch mit ACE-Hemmern austauschbar und werden häufig verwendet, wenn ACE-Hemmer aufgrund der relativ häufigen Nebenwirkung Husten (die kein Merkmal von Aldosteronrezeptorblockern ist) nicht vertragen werden.
• Diabetes insipidus Diabetes insipidus Diabetes insipidus (DI): eine Krankheit, die entweder aus der fehlenden ADH-Sekretion (zentraler DI) oder der Resistenz gegen ADH (nephrogener DI) resultiert. Die fehlende ADH-Stimulation in den Tubuluszellen führt zu verminderten Aquaporinkanälen in den Sammelrohren, was wiederum zu einer verminderten Wasserrückresorption, einer unsachgemäßen Verdünnung des Urins und Polyurie Polyurie Kaliumregulation durch die Niere führt. Die Therapie beinhaltet die Verabreichung von Desmopressin (ddAVP), einem ADH-Analogon.
• V2-Rezeptorblocker: Diese Medikamentenklasse, auch als „Vaptane“ bekannt, hemmt die Wirkung von ADH auf Rezeptorebene. V2-Rezeptorblocker werden bei der Behandlung des SIADH SIADH Syndrom der inadäquaten ADH-Sekretion (SIADH) eingesetzt, welches eine Hyponatriämie Hyponatriämie Hyponatriämie durch eine unangemessen hohe Wasserrückresorption aus den Aquaporinkanälen im Sammelrohr verursacht. Tolvaptan ist das am häufigsten verwendete orale Medikament in dieser Klasse.