Biologie · Verstehen und üben
Wie wird aus Blutplasma Urin – und warum behält der Körper dabei fast das gesamte Wasser? Verfolge Filtration, Rückresorption und Sekretion und entdecke, wie die Niere den Wasserhaushalt reguliert.
Bei jedem Herzschlag erreicht Blut auch die Nieren. Darin befinden sich Wasser, Salze, Nährstoffe und Stoffwechselprodukte. Die Nieren sorgen dafür, dass die Zusammensetzung der Körperflüssigkeiten in geeigneten Grenzen bleibt. Das nennt man Homöostase.
Die beiden bohnenförmigen Organe liegen im hinteren Bauchraum beidseits der Wirbelsäule. Sie scheiden unter anderem Harnstoff aus, der in der Leber beim Abbau stickstoffhaltiger Stoffe entsteht. Zugleich regulieren sie Wasser, Elektrolyte und den Säure-Basen-Haushalt.
Weg des Urins: Sammelrohre → Nierenkelche → Nierenbecken → Harnleiter → Harnblase → Harnröhre.
Die funktionelle Einheit der Niere heißt Nephron. Jede Niere besitzt ungefähr eine Million davon; die Zahl variiert. Ein Nephron besteht aus dem Nierenkörperchen und einem Röhrchensystem, dem Tubulus. Viele Tubuli münden über Verbindungsabschnitte in Sammelrohre.
Das Nierenkörperchen enthält ein Knäuel aus Blutkapillaren, den Glomerulus. Es wird von der Bowman-Kapsel umgeben, die das Filtrat aufnimmt. Das Blut bleibt in einem eigenen Gefäßsystem; nur ein Teil des Blutplasmas wird filtriert.
Der Blutdruck treibt Wasser und kleine gelöste Stoffe durch die Filterbarriere in den Kapselraum. Größe und Eigenschaften der Barriere begrenzen den Durchtritt: Blutzellen und die meisten großen Proteine bleiben im Blut. Glucose, Salze und Harnstoff können dagegen in den Primärharn gelangen.
Aus der Tubulusflüssigkeit werden unter anderem Glucose, Aminosäuren, viele Ionen und sehr viel Wasser zurückgewonnen. Die Stoffe passieren das Tubulusepithel, gelangen ins umgebende Gewebe und schließlich zurück ins Blut. Bei normalen Bedingungen wird die filtrierte Glucose nahezu vollständig rückresorbiert.
Bestimmte Stoffe werden aus dem Blut über Tubuluszellen in die Tubulusflüssigkeit transportiert. Dazu gehören beispielsweise Wasserstoffionen und manche Arzneistoffe. Sekretion ist die Gegenrichtung zur Rückresorption; sie ist nicht mit der Ausscheidung des fertigen Urins gleichzusetzen.
Was nach den Transportvorgängen im Röhrchensystem und in den Sammelrohren verbleibt, wird als Endharn ausgeschieden. Menge und Zusammensetzung werden an den Bedarf angepasst. Der Endharn ist deshalb nicht einfach konzentrierter Primärharn: Einzelne Stoffe werden sehr unterschiedlich zurückgeholt oder hinzugefügt.
Als Größenordnung entstehen bei Erwachsenen etwa 150–180 Liter Primärharn pro Tag. Meist werden ungefähr 1–2 Liter Endharn ausgeschieden; die Menge hängt unter anderem vom Wasserhaushalt ab. Rund 99 Prozent des filtrierten Wassers gelangen somit zurück in den Körper. Das Blut durchläuft die Nieren immer wieder – niemand besitzt 180 Liter Blut.
Ausgeschiedene Stoffmenge = filtrierte Menge − rückresorbierte Menge + sezernierte Menge
Diese Bilanz gilt jeweils für einen bestimmten Stoff und denselben Zeitraum. Für Wasser ist vor allem die Rückresorption entscheidend.
Verfolge vier Stoffe beziehungsweise Teilchen. Überlege jeweils zuerst, ob sie den Filter passieren und was danach geschieht.
Für dieses Rechenmodell halten wir die täglich filtrierte Wassermenge bei 180 Litern fest. Verschiebe den Regler: Wie viel bleibt übrig, wenn sich der rückresorbierte Anteil verändert?
180 l − 178,20 l = 1,80 l
Vereinfachtes Mengenmodell: Der Regler zeigt keine Trinkempfehlung und keine feste Zuordnung zu einem Hormonwert. In der Niere verändern sich mehrere Größen gemeinsam.
Im proximalen Tubulus wird bereits ein großer Teil des Wassers und vieler gelöster Stoffe zurückgewonnen. Die Henle-Schleife hilft, ein Konzentrationsgefälle im Nierenmark aufzubauen: Der absteigende Teil ist gut wasserdurchlässig; der aufsteigende Teil ist weitgehend wasserundurchlässig und gibt Salze ab. Das ist eine Grundlage dafür, dass später konzentrierter Urin entstehen kann.
Distaler Tubulus und Sammelrohr übernehmen weitere Anpassungen. Wasser bewegt sich dabei durch Osmose; es wird nicht von einer „Wasserpumpe“ aktiv transportiert. Der Transport von Ionen kann dagegen unmittelbar oder mittelbar Energie benötigen.
Wird das Blutplasma beispielsweise durch Wasserverlust stärker konzentriert, fördert dies die Freisetzung von ADH, dem antidiuretischen Hormon. Es wird im Hypothalamus gebildet und aus dem Hinterlappen der Hypophyse freigesetzt. ADH bewirkt in bestimmten Zellen des Sammelrohrs den Einbau zusätzlicher Wasserkanäle, sogenannter Aquaporine.
Bei vorhandenem osmotischem Gefälle kann dadurch mehr Wasser aus der Tubulusflüssigkeit zurück in den Körper gelangen. Die Urinmenge sinkt, der Urin wird stärker konzentriert. Bei geringerer ADH-Wirkung bleibt unter sonst gleichen Bedingungen mehr Wasser im Urin. ADH erzeugt also kein Wasser, sondern verändert dessen Rückgewinnung.
Wassersparen hilft, das innere Milieu zu stabilisieren. Neben ADH sind Durst und weitere Regulationsmechanismen beteiligt.
Sinkt die Konzentration gelöster Teilchen im Plasma, kann die ADH-Freisetzung abnehmen. Mehr verdünnter Urin ermöglicht die Abgabe überschüssigen Wassers.
Die Nieren wirken auch an der Blutdruckregulation mit, bilden das Hormon Erythropoetin zur Förderung der Bildung roter Blutzellen und aktivieren Vitamin D. Diese Aufgaben ergänzen ihre Funktion im Wasser- und Salzhaushalt.
Warum enthält der Endharn normalerweise kaum Glucose?
Wähle eine Antwort und begründe sie zunächst selbst.
Versuche jede Aufgabe zuerst selbst. Nutze bei Bedarf den Tipp und vergleiche erst danach mit der Lösung.
Unterscheide Niere und Blase.
Er wird in den Nieren gebildet und über die Harnleiter zur Harnblase transportiert. Die Blase speichert ihn bis zur Entleerung über die Harnröhre.
Ein Gefäßknäuel liegt in einer Kapsel.
Der Glomerulus ist das Kapillarknäuel. Die umgebende Bowman-Kapsel nimmt das Filtrat auf. Zusammen bilden sie das Nierenkörperchen.
Die Filterbarriere lässt nicht alles passieren.
Primärharn ist ein Filtrat aus dem Blutplasma. Blutzellen und die meisten großen Proteine bleiben bei intakter Barriere im Blut zurück.
Betrachte jeweils Blut und Tubulusflüssigkeit.
Rückresorption führt aus der Tubulusflüssigkeit über das Gewebe zurück ins Blut. Sekretion führt aus dem Blut über Tubuluszellen in die Tubulusflüssigkeit.
Bilde die Differenz und berechne den Anteil.
180 − 1,8 = 178,2 l. Der rückresorbierte Anteil beträgt 178,2 ÷ 180 × 100 = 99 %. Das ist eine Modellrechnung mit gerundeten Werten.
0,5 % der 180 l bleiben übrig.
180 × 0,005 = 0,9 l Endharn. Gegenüber 99 % Rückresorption halbiert sich die Urinmenge, obwohl der rückresorbierte Anteil nur um 0,5 Prozentpunkte steigt.
Denke an den Kreislauf.
Das Blut strömt im Tagesverlauf immer wieder durch die Nieren. Außerdem kehrt der größte Teil des filtrierten Wassers ins Blut zurück. Die Tagesmenge ist ein aufsummierter Durchsatz.
Filtration und Rückresorption sind getrennte Vorgänge.
Glucose ist klein genug, um filtriert zu werden. Unter normalen Bedingungen wird sie anschließend im proximalen Tubulus nahezu vollständig zurückgewonnen.
Verwende die Stoffbilanz.
100 − 60 + 10 = 50 mg pro Tag. Sekretion erhöht die ausgeschiedene Menge, Rückresorption senkt sie.
Wasserkanäle und Osmose zusammendenken.
Zusätzliche Aquaporine erhöhen die Wasserdurchlässigkeit. Bei einem osmotischen Gefälle wird mehr Wasser zurückgewonnen; weniger Wasser bleibt mit den auszuscheidenden Stoffen im Urin.
Welcher Transportvorgang betrifft Wasser?
Wasser bewegt sich durch Osmose. Aktive Ionentransporte tragen zu Konzentrationsunterschieden bei; Wasserkanäle ermöglichen den Wasserdurchtritt. Beides ist von einer aktiven Wasserpumpe zu unterscheiden.
Denke an Regelung und Hormone.
Zum Beispiel Regulation von Wasser, Elektrolyten und Säure-Basen-Haushalt; Mitwirkung an der Blutdruckregulation; Erythropoetinbildung oder Aktivierung von Vitamin D.
Dieses Grundlagenblatt übt Osmose an Zellen. Es hilft dir, die Wasserbewegung in der Niere zu verstehen; Aufbau der Niere und Harnbildung sind darin nicht vollständig behandelt.
Arbeitsblatt ansehen →Eigene Erklärungen und Lernmodelle. Die schematischen Grafiken zeigen ausgewählte Zusammenhänge; sie ersetzen keine vollständige anatomische oder immunologische Darstellung.
