Natrium- und Wasserregulation durch die Niere

Grundlagen

Flüssigkeitsräume

Um die renale Natrium- und Wasserregulation zu verstehen, ist es wichtig zu verstehen, wie Wasser normalerweise im Körper verteilt ist.

Gesamtkörperwasser (Englisch: Total body water (TBW)):

• Ein Anteil des fettfreien Körpergewichts
• Gesamtkörperwasser macht aus:
  • 60 % des fettfreien Gewichts bei Männern*
  • 50 % des fettfreien Gewichts bei Frauen*

Intrazelluläre Flüssigkeit Intrazelluläre Flüssigkeit Flüssigkeitsräume des Körpers (Englisch: Intracellular fluid (ICF)):

• Alle Flüssigkeiten, die in Zellen von ihren Plasmamembranen eingeschlossen sind
• Zwei Drittel des Gesamtkörperwassers

Extrazelluläre Flüssigkeit Extrazelluläre Flüssigkeit Flüssigkeitsräume des Körpers (Englisch: Extracellular fluid (ECF)):

• Alle Flüssigkeit außerhalb der Zellen
• Ein Drittel des Gesamtkörperwassers
• Aufgeteilt in 2zwei Unterkategorien:
  • Intravasale Flüssigkeit:
    • Der flüssige Bestandteil des Blutes (auch bekannt als Plasma Plasma Transfusionsprodukte)
    • Ein Viertel der Extrazellulärflüssigkeit
    • Ungefähr 8% des Gesamtkörperwassers (⅓ x ¼)
  • Interstitielle Flüssigkeit Interstitielle Flüssigkeit Flüssigkeitsräume des Körpers:
    • Die Flüssigkeit, die Zellen umgibt, die sich nicht im Blut befinden
    • Drei Viertel der Extrazellulärflüssigkeit
    • Ungefähr 25 % des Gesamtkörperwassers (⅓ x ¾)

Osmolalität

Die Plasmaosmolalität bezieht sich auf die kombinierte Konzentration aller gelösten Stoffe im Blut.

• Determinanten der Plasmaosmolalität:
  • Meist bestimmt durch Serum Na ⁺ (sNa ⁺ )
  • Glukose und Harnstoff-Stickstoff tragen ebenfals dazu bei, jedoch in einem viel geringeren Maße, wenn ihre Konzentrationen im physiologischen Bereich liegen.
  • Alle anderen gelösten Stoffe leisten nur einen vernachlässigbaren Beitrag → nicht in der Formel enthalten
• Gleichung: Plasmaosmolalität = (2 x sNa ⁺ ) + (Glukose/18) + (Harnstoff-Stickstoff/2.8)
• Normbereich: 275–295 mOsm/kg H ₂ O
• Regulation:
  • Osmorezeptoren im Hypothalamus Hypothalamus Hypothalamus detektieren Osmolalität.
  • Wichtig für die Wasserregulation

Tonus

Die Plasmatonizität bezieht sich auf die Konzentration nur der osmotisch wirksamen gelösten Stoffe im Blut und wird oft als effektive Osmolalität bezeichnet.

• Osmotisch wirksame gelöste Stoffe:
  • Äquilibrieren sich nicht über eine semipermeable Membran (diese gelösten Stoffe können sich nicht frei durch die Zellmembranen bewegen)
  • Konzentrationsunterschiede auf jeder Seite der Membran → erzeugt eine osmotische Kraft
  • Diese gelösten Stoffe werden als „effektive Osmole“ bezeichnet.
• Nicht osmotisch wirksame gelöste Stoffe:
  • Äquilibrieren sich über eine semipermeable Membran (diese gelösten Stoffe können sich frei durch die Zellmembranen bewegen)
  • Gleiche Konzentrationen auf jeder Seite der Membran → keine osmotische Kraft
  • Diese gelösten Stoffe werden als „ineffektive Osmole“ bezeichnet.
• Gleichung: effektive Plasmaosmolalität = (2 x sNa ⁺ ) + (Glukose/18)
  • Na ⁺ und Glucose sind effeketive Osmole:
    • Die Tonizität des Plasmas wird hauptsächlich durch sNa ⁺ bestimmt.
    • Normale Glukosekonzentrationen tragen nicht viel zur Tonizität bei.
  • Harnstoff (z.B. Harnstoff-Stickstoff) ist ein ineffektives Osmol → nicht in der Tonizitätsgleichung berücksichtigt
  • Andere effeketive Osmole tragen nur einen vernachlässigbaren Anteil bei → nicht in der Formel enthalten
• Regulation:
  • Osmorezeptoren in der Niere detektieren Tonizität.
  • Wichtig für die Na ⁺ Regulation
• Der Tonus bestimmt, wie sich Wasser zwischen den Flüssigkeitskompartimenten des Körpers verschiebt.
• Normale Flüssigkeit kann im Vergleich zum Plasma Plasma Transfusionsprodukte folgendes sein:
  • Hyperton: enthält mehr osmotisch wirksame gelöste Stoffe in der Flüssigkeit
  • Isoton: enthält die gleiche Menge osmotisch wirksamer gelöster Stoffe in der Flüssigkeit
  • Hypoton: enthält weniger osmotisch wirksame gelöste Stoffe in der Flüssigkeit
• Der Tonus kann mit der Plasmaosmolalität nicht übereinstimmen:
  • Nierenversagen → ↑ Harnstoff-Stickstoff → ↑ Plasmaosmolalität, aber normaler Tonus
  • Ethanolintoxikation (ineffektives Osmol) → ↑ Plasmaosmolalität, aber normaler Tonus

Störungen des Wasserhaushalts

• Gesamt-Na ⁺ im Körper bestimmt das Volumen der Extrazellulärflüssigkeit:
  • Hypovolämie: Volumen ist vermindert → ↓ Ganzkörper Na ⁺
  • Hypervolämie: Volumenüberlastung → ↑ Ganzkörper Na ⁺
  • Bewertet bei einer körperlichen Untersuchung und nicht anhand von sNa ⁺ -Werten
• Störungen des Wasserhaushalts sind durch Anomalien in der Konzentration des sNa ⁺ gekennzeichnet:
  • Hyponatriämie Hyponatriämie Hyponatriämie: zu viel Wasser
  • Hypernatriämie: zu wenig Wasser
  • Beide Störungen können auf jeder Ebene des Ganzkörper-Na ⁺ vorkommen.

Umgang mit Natrium und Wasser in der Niere

Ein Nephron Nephron Niere ist die funktionelle Einheit der Niere, durch die Flüssigkeit und gelöste Stoffe, einschließlich Na ⁺ , gefiltert, resorbiert und sezerniert werden.

Glomerulus und proximaler Tubulus

• Glomerulus: Wasser und Na ⁺ werden frei filtriert.
• Proximaler Tubulus:
  • Ungefähr zwei Drittel des filtrierten Wassers und Na ⁺ werden resorbiert.
  • Tubulusflüssigkeit ist isoton zu Plasma Plasma Transfusionsprodukte.

Dicker aufsteigender Teil der Henle-Schleife

• Lage des Natrium-Kalium-Chlorid-Cotransporters 2 ( NKCC2-Cotransporter )
  • Na ⁺ , K ⁺ und Cl ^– werden resorbiert.
  • Dicker aufsteigender Teil der Henle-Schleife ist nicht wasserdurchlässig.
  • Wasser folgt gelösten Stoffen (Na ⁺ , K ⁺ , Cl ^– ) nicht ins Mark.
  • Erzeugt einen osmotischen Gradienten zwischen der Tubulusflüssigkeit und dem Nierenmark
• Tubulusflüssigkeit ist gegenüber Plasma Plasma Transfusionsprodukte hypoton.
• Urin wird verdünnt

Konvolut des distalen Tubulus

• Lage des Thiazid-sensitiven NaCl-Cotransporters
  • Na ⁺ und Cl ^– werden resorbiert.
  • Konvolut des distalen Tubulus ist nicht wasserdurchlässig.
  • Wasser folgt gelösten Stoffen (Na ⁺ , Cl ^– ) nicht ins Mark.
  • Erzeugt einen noch stärkeren osmotischen Gradienten zwischen Tubulusflüssigkeit und Nierenmark
• Die Tubulusflüssigkeit ist zu diesem Zeitpunkt noch hypotoner als das Plasma Plasma Transfusionsprodukte.
• Ein weiteres Urin-verdünnendes Segment

Sammelrohr

• Das Segment, das hauptsächlich für die Aufrechterhaltung der Plasmaosmolalität durch Konzentrierung oder Verdünnung des Urins verantwortlich ist
• Enthält die Aquaporine :
  • Ermöglichen Wasser durch Diffusion aus der Tubulusflüssigkeit in das Nierenmark zu fließen
  • Das Nierenmark ist aufgrund der Rückresorption gelöster Stoffe in den Urin-verdünnenden Segmenten (dicker aufsteigender Teil der Henle-Schleife und Konvolut des distalen Tubulus) hyperton.
• Antidiuretisches Hormon (ADH) stimuliert die Produktion und den Einbau von Aquaporinen
  • ↑ ADH-Spiegel → ↑ Aquaporine → ↑ Wasserresorption → konzentrierter Urin
  • ↓ ADH-Spiegel → ↓ Aquaporine → ↓ Wasserresorption → verdünnter Urin

Natriumregulation

Überblick

Der Körper reguliert den Na ⁺ -Haushalt, indem er Veränderungen des effektiven zirkulierenden Volumens (Englisch: Effective circulating volume (ECV)) wahrnimmt, das auch als effektives arterielles Blutvolumen (Englisch: Effective arterial blood volume (EABV)) bekannt ist.

• Das ECV ist der Anteil des intravasalen Volumens, der sich nur auf der arteriellen Seite befindet.
• Veränderungen der Na ⁺ -Bilanz führen zu Veränderungen des ECV.
• Veränderungen des ECV werden in erster Linie an die Niere weitergegeben durch:
  • Renin-Angiotensin-Aldosteron-System Renin-Angiotensin-Aldosteron-System Hormone der Nebenniere (RAAS)
  • Natriuretische Peptide Peptide Proteine und Peptide

Renin-Angiotensin-Aldosteron-System Renin-Angiotensin-Aldosteron-System Hormone der Nebenniere (RAAS)

Das RAAS wird durch ein niedriges ECV stimuliert:

• Der juxtaglomeruläre Apparat und die Barorezeptoren des Karotis-Sinus/des Aortenbogens lösen die Reninfreisetzung aus den Nieren Nieren Niere aus, wenn ↓ ECV
• Renin ( Nieren Nieren Niere) → wandelt Angiotensinogen ( Leber Leber Leber) in Angiotensin I um
• ACE ( Lunge Lunge Lunge: Anatomie) → wandelt Angiotensin I in Angiotensin II um
• Angiotensin II :
  • Verursacht Vasokonstriktion Vasokonstriktion Physiologie des Blutkreislaufs
  • Stimuliert die Aldosteronfreisetzung (aus der Nebennierenrinde)

Wirkungen von Aldosteron:

• Stimuliert die Produktion der folgenden Proteine Proteine Proteine und Peptide in den Hauptzellen in den Sammelrohren:
  • Na ⁺ /K ⁺ -ATPase auf der basolateralen Seite
  • Epitheliale Natriumkanäle (ENaC) auf der luminalen Seite: ermöglichen die Rückresorption von Na ⁺ aus dem Lumen in die Hauptzellen
  • Luminale ROMK-Kanäle : Ermöglichen K ⁺ Ausscheidung über den Urin
• Stimuliert die Na ⁺ -Resorption aus den Nierentubuli
  • Wasser folgt Na⁺.
  • Erzeugt einen negativen elektrischen Gradienten über das Lumen und fördert die Sekretion von K ⁺ und H ⁺ in den Urin
• Gesamteffekt von ↑ Aldosteron:
  • ↑ Serum Na ⁺ (↓ Ausscheidung von Na ⁺ über Urin)
  • ↑ Blutdruck (↑ Wasserrückresorption der Nieren Nieren Niere)
  • ↓ Serum K ⁺ (↑ Ausscheidung von K ⁺ über Urin)
  • ↑ Serum-pH (↑ Ausscheidung von H ⁺ über Urin)

Natriuretische Peptide Peptide Proteine und Peptide

• Natriuretische Peptide Peptide Proteine und Peptide umfassen:
  • Atrial natriuretisches Peptid (ANP)
  • BNP
• Regulation:
  • Kardiale Barorezeptoren detektieren ↑ECV
  • Verursacht Freisetzung natriuretischer Peptide Peptide Proteine und Peptide aus den Vorhöfen und Ventrikeln
• Funktionen der natriuretischen Peptide Peptide Proteine und Peptide :
  • Stimulieren die Na ⁺ -Ausscheidung über den Urin (bekannt als “Natriurese”)
  • Wasser folgt dem Na ⁺.
  • ANP hat auch gegenregulierende Wirkungen, um das RAAS zu hemmen.

Zusammenfassung

Veränderungen des ECV werden vom juxtaglomerulären Apparat, den Barorezeptoren in Karotis-Sinus und Aortenbogen, sowie den kardialen Barorezeptoren wahrgenommen.

• ↑ Na ⁺ verursacht ↑ ECV (↑ Dehnung), was zur Folge hat:
  • ↓ Renin-Freisetzung
  • ↑ Freisetzung von natriuretischem Peptid
  • Endergebnis: ↑ Na ⁺ und Wasserausscheidung
• ↓ Na ⁺ verursacht ↓ ECV (↓ Dehnung), was zur Folge hat:
  • ↑ Renin-Freisetzung
  • ↓ Freisetzung von natriuretischem Peptid
  • Endergebnis: ↑ Na ⁺ und Wasserretention

Wasserregulation

Überblick

• Um Wasser auszuscheiden, wird der Urin verdünnt, was Folgendes erfordert:
  • Abgabe von gelösten und flüssigen Stoffen an die Niere
  • Funktionierende Urin-verdünnende Segmente
  • Unterdrücktes ADH
• Um freies Wasser zu behalten, wird der Urin konzentriert, was Folgendes erfordert:
  • ↑ Rückresorption von gelösten Stoffen im dicken aufsteigenden Teil der Henle-Schleife
  • Vorhandensein von ADH
  • Fähigkeit der Sammelrohre, auf ADH durch Einfügen von Aquaporinen zu reagieren
• ADH kann als Reaktion auf osmotische und nicht-osmotische Regulation freigesetzt werden.

Osmotische ADH-Regulierung

Die Wasserregulation wird hauptsächlich durch Osmorezeptoren im Hypothalamus Hypothalamus Hypothalamus gesteuert, die die Plasmaosmolalität sehr engmaschig regulieren. Sehr kleine Veränderungen der Plasmaosmolalität führen zu Veränderungen der ADH-Freisetzung und Durstgefühl.

• Osmorezeptoren:
  • Befinden sich im Hypothalamus Hypothalamus Hypothalamus
  • Erkennen Veränderungen der Plasmaosmolalität (verursacht durch Veränderungen des Wasserhaushalts)
• ↑ Plasmaosmolalität, die von den Hypothalamus-Sensoren wahrgenommen wird:
  • ADH-Freisetzung aus dem Hypophysenhinterlappen
  • Durst
• ADH bindet an:
  • V₂ -Rezeptoren auf der basolateralen Membran von Sammelrohrzellen → stimulieren den Einbau von Aquaporinen in die apikale Membran
  • V _1A -Rezeptoren im Gefäßsystem → verursachen Gefäßverengung
• Gesamteffekt:
  • ↑ Plasmaosmolalität → ↑ ADH → ↑ Aquaporine → ↑ Wasserresorption
  • ↓ Plasmaosmolalität → ↓ ADH → ↓ Aquaporine → ↑ Wasserausscheidung
• Normale ADH-Werte:
  • Normalerweise minimal, wenn die Plasmaosmolalität im physiologischen Bereich liegt
  • ADH-Sekretion steigt linear an, wenn die Plasmaosmolalität erhöht ist.

Nicht-osmotische ADH-Freisetzung

Sehr große Abnahmen des ECV können unabhängig eine ADH-Freisetzung verursachen, um das Volumen zu erhalten.

• Kann auftreten, auch wenn der Plasmatonus nicht erhöht ist
• Tritt nur in extremen Situationen auf, in denen ECV-Verluste hoch genug sind, um eine Hypotonie Hypotonie Hypotonie zu verursachen:
  • Akute schwere Blutungen
  • Schwerer Durchfall Durchfall Durchfall (Diarrhö)
• Stellt einen Rettungsmechanismus dar:
  • Der Körper resorbiert so viel Wasser wie möglich, um den Blutdruck zu unterstützen, wenn andere Mechanismen (z. B. RAAS) nicht ausreichen.
  • ↓ Volumen ersetzt ein ↓ der Osmolalität: Wenn das Volumen niedrig genug ist, wird ADH freigesetzt, auch wenn der/die Patient*in bereits hypoosmotisch ist.
• ↓ ECV wird wahrgenommen durch:
  • Macula densa-Zellen
  • Afferente Arteriolen der Nieren Nieren Niere
  • Vorhof- und Karotis-Sinus-Barorezeptoren
• ↓ ECV-Trigger:
  • Aktivierung des RAAS
  • Noradrenalinfreisetzung
  • ANP-Unterdrückung
  • ADH-Freisetzung
• Gesamteffekt:
  • Gefäßverengung
  • ↑ Volumen

Klinische Relevanz

• Hypernatriämie: erhöhte sNa ⁺ -Konzentration, definiert als Na ⁺ -Spiegel> 145 mmol/l. Die Pathophysiologie beinhaltet am häufigsten einen fehlenden Zugang zu Wasser (z. B. veränderter mentaler Zustand, Demenz Demenz Demenz: Schwerwiegende neurokognitive Störungen, beatmete*r Patient*in). Eine weitere wichtige Ätiologie ist der Diabetes Diabetes Diabetes Mellitus insipidus (DI). Eine leichte Hypernatriämie ist durch ein verstärktes Durstgefühl gekennzeichnet, während eine schwerere Hypernatriämie zu einer veränderten psychischen Verfassung führen kann. Die Ätiologie der Hypernatriämie ist durch die Anamnese oft leicht zu bestimmen. Die Behandlung besteht in erster Linie darin, das Defizit an freiem Wasser auszugleichen.
• DI: eine Ursache von Hypernatriämie aufgrund von erhöhten Wasserverlusten über den Urin. Diabetes Diabetes Diabetes Mellitus insipidus kann entweder zentral aufgrund einer verminderten Freisetzung von ADH oder nephrogen aufgrund einer renalen ADH-Resistenz auftreten. Ohne wirksames ADH kann Wasser in den Sammelrohren nicht effektiv resorbiert werden, was zu einer beeinträchtigten Urinkonzentrierung und einer unsachgemäßen Verdünnung des Urins führt. Die Patient*innen stellen sich mit Polyurie Polyurie Kaliumregulation durch die Niere, Nykturie, Polydipsie, Hypernatriämie und erhöhter Osmolalität vor. Die Therapie kann Desmopressin (für zentralen DI), eine na ⁺ /proteinarme Diät, Diuretika Diuretika Medikamentöse Therapie der Herzinsuffizienz und der Angina pectoris und NSAIDs NSAIDs Nichtsteroidale Antirheumatika/Antiphlogistika umfassen.
• Hyponatriämie Hyponatriämie Hyponatriämie: verminderte sNa ⁺ -Konzentration, definiert als Na ⁺ -Spiegel< 135 mmol/l. Die Pathophysiologie ist vielfältiger als die der Hypernatriämie, am häufigsten handelt es sich jedoch um eine Verdünnung des Gesamtkörper-Na⁺ aufgrund einer Zunahme des Gesamtkörperwassers. Das klinische Erscheinungsbild variiert stark von asymptomatisch über subtile kognitive Defizite bis hin zu Anfällen und Tod. Die Behandlung richtet sich nach der Schwere der Symptome und umfasst in der Regel eine Kombination aus oraler Flüssigkeitsrestriktion und hypertonen i.v.-Flüssigkeiten. Eine zu schnelle Korrektur der Hyponatriämie Hyponatriämie Hyponatriämie kann zu einer irreversiblen neurologischen Komplikation führen, die als zentrale pontine Myelinolyse bekannt ist.
• Hypervolämie: eine Zunahme des extrazellulären Flüssigkeitsvolumens, die aufgrund einer Zunahme des Gesamtkörper-Na⁺ auftritt. Das klinische Bild umfasst Bluthochdruck, Lungenödem Lungenödem Atemwegsobstruktion, Aszites Aszites Aszites, nach Palpation nicht verschwindende Ödeme der unteren Extremität und Gewichtszunahme. Häufige Ursachen sind kongestive Herzinsuffizienz, Zirrhose und Nierenversagen. Bei diesen Erkrankungen sind die Mechanismen der Na ⁺ -Regulation gestört und das erhöhte Gesamtkörper-Na ⁺ wird nicht ausgeschieden. Die Behandlung erfolgt mit Schleifendiuretika Schleifendiuretika Schleifendiuretika, was zu erhöhten Na ⁺ – und Wasserverlusten über den Urin führt.
• Hypovolämie: eine Abnahme des extrazellulären Flüssigkeitsvolumens, die aufgrund einer Abnahme des Gesamtkörper-Na ⁺ auftritt. Das klinische Bild umfasst Hypotonie Hypotonie Hypotonie, verminderten Hautturgor, trockene Schleimhäute, orthostatische Vitalzeichen und Gewichtsverlust. Häufige Ursachen sind Durchfall Durchfall Durchfall (Diarrhö), Diuretikabehandlung, Blutungen, verminderte orale Aufnahme und Flüssigkeitsverschiebung in Räume, die normalerweise nicht mit Flüssigkeit gefüllt sind. Die Behandlung umfasst die Verabreichung isotoner i.v.-Flüssigkeiten, wie 0,9% NaCl oder Erythrozytenkonzentrat.