Tubuläre Transportprozesse der Niere

• Distaler Tubulus
  • Calcium(35 %)
  • NaCl, Wasser (je 10 %)
  • Magnesium(5–10 %)
• Sammelrohr
  • NaCl, Wasser (je 4 %)
  • Harnstoff
  • H+ und HCO3-

• Transzelluläre Resorbtion
• Parazelluläre Resorbtion
• Transepitheliales Potential
• Solvent drag

• Beschreibung: Transporter schleusen Stoffe aktiv durch die Epithelzellen hindurch 
• Ort: Überwiegend frühproximal
• Mechanismus (sekundär aktive Transporter)
  1. Basolaterale Na+/K+-ATPase transportiert (unter ATP-Verbrauch) Na+ aus der Zelle heraus und K+ in die Zelle hinein
  2. Bildung eines hohen elektrochemischen Gradienten für Na+
  3. Der Transport von Natrium in die Zelle(= Triebkraft) erfolgt entweder im Symportoder im Antiport mit anderen Stoffen 

• Na+/Glucose-Symporter (sog. SGLT1/SGLT2-Transporter) 
• Na+/Aminosäuren-Symporter
• Na+/Phosphat-Symporter
• Na+/H+-Antiporter

Na+/3HCO3--Symporter (sog. NBC1-Transporter):Transportiert Natrium- und Bicarbonat-Ionen gegen ihren chemischen Gradienten aus der Zelle ins Niereninterstitium

Natriumresorbtion

• Beschreibung: Passiver Transport von Stoffen zwischen den Tubulusepithelzellen
• Voraussetzung: „Undichte“ Tight Junctions (sog. leaky Tight Junctions) zwischen den Epithelzellen
• Ort: Überwiegend spätproximal
• Zwei Mechanismen treiben diese Resorptionsform an
  1. Transepitheliales Potential
  2. Solvent Drag

• An Tubulusepithelzelle kann man zwei unterschiedliche elektrische Potentiale messen: das luminale und das basolaterale Potential
• Das transepitheliale Potential beschreibt die Differenz zwischen diesen beiden Potentialen 

• Frühproximal: Dem Tubuluslumen wird viel Na+ und damit positive Ladung entzogen → Lumen wird zunehmend negativer → Lumennegatives transepitheliales Potential entsteht 
• Spätproximal: Das lumennegative Potential drängt Cl- aus dem Tubuluslumen ins Blut/Interstitium → Cl- wird resorbiert → Lumen wird dadurch zunehmend positiver → Lumenpositives transepitheliales Potential entsteht → Dadurch werden Kationen aus dem Lumen gedrängt → Kationen (Mg2+, Ca2+,Na+, K+) werden resorbiert

• Beschreibung: Konvektiver Transport der im Wasser gelösten Stoffe
• Mechanismus: Resorption von Stoffen im proximalen Tubulus → Osmotischer Gradient zwischen Tubuluslumen und Interstitiumentsteht → Dem Gradienten folgend strömt Wasser aus dem Tubuluslumen ins Interstitiumund „reißt“ Elektrolyte und kleine Moleküle mit sich

Im frühproximalen Tubulus wird das positiv geladene Natrium aus dem Tubuluslumen entfernt

Im spätproximalen Tubulus wird das negativ geladene Chlorid aus dem Tubuluslumen entfernt

Die Henle-Schleife kann funktionell als ein Tubulusabschnitt betrachtet werden, setzt sich anatomisch/histologisch aber aus unterschiedlichen Tubulusbereichen zusammen. Die wichtigste Aufgabe der Henle-Schleife ist die Harnkonzentrierung.

• Einteilung
  • Dicker, absteigender Teil 
  • Dünner absteigender und aufsteigender Teil 
  • Dicker, aufsteigender Teil 
• Funktion: Harnkonzentrierung

Wasserresorption durch Aquaporin-1-Kanäle (AQP 1)

Wasserundurchlässig; enthält keine Aquaporine

• Wichtigste Eigenschaften: Impermeabel für Wasser und permeabel für NaCl
• Transzelluläre Resorption 
  • Wichtigster Transporter: Na+/K+/2Cl--Transporter (NKCC2)

Mechanismus (sekundär aktiver Transporter)

1. Basolaterale Na+/K+-ATPase generiert einen Natriumgradienten, der vom Tubuluslumen in die Zelle gerichtet ist
2. Natrium folgt diesem Gradienten und nimmt durch den apikalen NKCC2 ein Kalium- und zwei Chlorid-Ionen mit vom Tubuluslumen in die Zelle. Mit diesen geschieht Folgendes:
   • Natrium wird basolateral durch Na+/K+-ATPase aus Zelle geschleust
   • Chlorid wird basolateral über Chloridkanäle wieder aus der Zelle geschleust
   • Kalium strömt apikal über Kaliumkanäle wieder zurück ins Lumen 

• Ein positiv geladenes Teilchen (K+) gelangt über apikale Kanäle (ROMK) zurück ins Lumen, zwei negative Ionen (Cl‑) und ein positives Ion (Na+) werden resorbiert
• Netto verbleibt also eine positive Ladung im Lumen
• Ein sog. lumenpositives transepitheliales Potential entsteht und bildet die Triebkraft für die Resorption weiterer Kationen: Na+, K+, Mg2+, Ca2+

Na+, K+, Mg2+, Ca2+(angetrieben durch das lumenpositive Potential) 

Das distale Nephron setzt sich anatomisch betrachtet aus dem distalen Tubulus und dem Sammelrohr zusammen. Hier erfolgt die Feinabstimmung der Harnzusammensetzung, vor allem bzgl. der Konzentration der Elektrolyte sowie der Osmolarität - diese werden hier insb. durch Hormone beeinflusst. Das distale Nephron wird aufgeteilt in (1) den frühen distalen Tubulus und (2) den späten distalen Tubulus und das Sammelrohr.

• Na+/Cl--Cotransporter
• Ca2+-Kanal (ECaC)

• Transport: Transportiert ein Natrium- und ein Chlorid-Ion in die Tubuluszelle; wird durch Aldosteron induziert
• Mechanismus: Sekundär-aktiver Transport 

• Transport: Transportiert ein Calcium-Ion in die Tubuluszelle
• Mechanismus: Tertiär-aktiver Transport
  • Zunächst wird Calcium basolateral über einen sekundär-aktiven 3 Na+/Ca2+-Antiport ins Niereninterstitium befördert 
  • Durch den aufgebauten Calciumkonzentrationsgradienten erfolgt die Aufnahme von Calcium in die Tubuluszelle passiv über einen tertiär-aktiven Transport 

Im distalen Tubulus und Sammelrohr befinden sich zwei unterschiedliche Zelltypen: Die Hauptzellen und die Schaltzellen. Diese besitzen unterschiedliche Transporter.

• Hauptzellen
  • Epithelialer Na+-Kanal (ENaC): Natriumrückresorption; wird durch Aldosteronstimuliert 
  • K+-Kanäle (ROMK): K+ strömt aus der Zelle ins Lumen, wird durch Aldosteron stimuliert
  • Aquaporin-2-Kanäle: Wasserresorption
• Schaltzellen
  • Schaltzellen Typ A: Sezernieren H+
    • Transporter: H+/K+-ATPase oder H+-ATPase
  • Schaltzellen Typ B: Sezernieren HCO3-
    • Transporter: Cl-/HCO3--Transporter

Der Na+/Cl--Cotransporter und der epitheliale Natriumkanal (ENaC) werden aldosteronabhängig in die Tubuluszellen des distalen Nephrons eingebaut!

• Aktive Natriumresorption im aufsteigenden Teil der Henle-Schleife über Na+/K+/2Cl--Transporter
• Wasser kann nicht folgen, da aufsteigender Teil für Wasser impermeabel ist
• Niereninterstitium wird hyperosmolar
• Absteigender Teil der Henle-Schleife (der das hyperosmolare Interstitium durchzieht) ist permeabel für Wasser
• Durch den großen Osmolaritätsgradienten zwischen absteigendem Teil und Interstitiumwird dem absteigenden Teil Wasser durch Resorption entzogen 
• Folge: Energieeffiziente Harnkonzentrierung

Harnstoffrezirkulation: Harnstoff wird zunächst frei filtriert und im Verlauf sowohl resorbiert als auch sezerniert 

• Proximales Nephron: Resorption von ∼50 %des Harnstoffs (durch freie Diffusion)

• ADH vermittelt Einbau und Aktivierung der Urea-Transporter 1 (UT-1) in die luminale Membran  → Harnstoffresorption↑
• Aufgrund der hohen Harnstoffkonzentration im Lumen wird Harnstoff nun wieder resorbiert
• Er tritt entlang seines chemischen Gradienten ins Interstitium ein
• Da Harnstoff innerhalb des Sammelrohres nur im medullären Teil resorbiert wird, akkumuliert es im Nierenmark
• Akkumulierter Harnstoff entzieht dem absteigenden Teil der Henle-SchleifeWasser und trägt so zur Konzentrierung des Harns im absteigenden Teil der Henle-Schleife bei

Harnstoff tritt über Urea-Transporter 2(UT2) wieder in das Tubuluslumen ein

Proximales Nephron

• Resorption eines Großteils der filtrierten Stoffe, z.B. Glucose, Aminosäuren, Phosphatim Symport mit Natrium
• Das Tubuluslumen wird im Vergleich zum Interstitium negativ geladen (lumennegatives transepitheliales Potential) 
• Interstitium wird im Vergleich zum Tubuluslumen hyperosmolar 
• Aufgrund des lumennegativen transepithelialen Potentials strömen nun Chlorid-Ionen ins Interstitium

• Praktisch keine aktiven Transporter
• Diffusion von Wasser ins Interstitium(vermittelt durch Gegenstromprinzip der Niere)
• Weiterer Entzug von Wasser durch im Nierenmark akkumulierten Harnstoff
• Stark hyperosmolarer Harn erreicht den aufsteigenden Teil der Henle-Schleife

• Natrium, Kalium und Chlorid werden mittels eines sekundär aktiven Transporters resorbiert, der Abschnitt ist jedoch impermeabel für Wasser
• Das Interstitium wird im Vergleich zum Tubuluslumen hyperosmolar
• Das Tubuluslumen wird im Verhältnis zum Interstitium positiv geladen (lumenpositives transepitheliales Potential) und treibt Kationen (Kalium, Natrium, Magnesium, Calcium) ins Interstitium