Harnbildung: Konzentration in Schleifen

Wozu dient die Harnbildung?

Sie trägt dazu bei, dass das Gesamtvolumen und die Zusammensetzung der Körperflüssigkeiten auf einem relativ stabilen Niveau bleiben. Die Homöostase der Körperflüssigkeit hängt zum größten Teil von der Fähigkeit der Nieren ab, die Abgabe überflüssigen Wassers an den Urin zu steuern. Substanzen, die der Körper noch benötigt, werden auf ihrem Weg durch die Nephrone aus dem Filtrat durch aktive Prozesse rückresorbiert. Nicht benötigte Abfallprodukte dagegen verbleiben im Filtrat und werden mit dem Urin aus dem Körper ausgeschieden.

Konzentration und Menge des Urins werden hormonell gesteuert: Das antidiuretische Hormon (ADH) erhöht die Rückaufnahme von Wasser und die Konzentration des Urins. Das in der Nebenniere gebildete Aldosteron verstärkt die Resorption von Natrium (Salz) durch den entfernten Tubulusteil. In der Hauptsache besteht der Urin aus Wasser.

Wie läuft der Filterprozess ab?

Das Blut im Nierenkörperchen steht unter hohem Druck, nicht zuletzt weil der Durchmesser der zuführenden Arteriole größer ist als der der abführenden Arteriole. Dieser Druck presst die Flüssigkeit aus dem Blut durch die durchgängige, gefensterte Kapillarwand der Nierenkörperchen. Diese Wand bildet zusammen mit der Wand der Bowman-Kapsel eine Filtermembran, durch die Wassermoleküle und andere kleine Moleküle, beispielsweise Glucose, Harnstoff und auch die kleineren Plasmaeiweiße, in die Glomerulumkapsel übergehen können. Für Blutzellen oder große Moleküle wie die größeren Plasmaeiweiße, bleibt der Weg jedoch verschlossen.

Woraus besteht das Filtrat?

Die Filtratflüssigkeit mit den in ihm enthaltenen kleinen Molekülen – auch als Primärharn bezeichnet – ist eine reichhaltige Mischung verschiedenster Bestandteile. Einige dieser Substanzen sind wertvolle Nährstoffe, andere wiederum für den menschlichen Körper schädliche Abfallprodukte. Diese beiden Substanzgruppen gilt es voneinander zu trennen. Dazu tritt der Primärharn in die Tubuli oder Nierenkanälchen ein.

Wie bleiben dem Körper lebensnotwendige Substanzen erhalten?

Durch einen zweiten Filterschritt. Würde das unbearbeitete Primärfiltrat nämlich direkt aus dem Körper ausgeschieden werden, so gingen uns wichtige Nährstoffe verloren und der Körper würde innerhalb einer Stunde an Austrocknung zugrunde gehen. Um dies zu vermeiden, werden in einem zweiten Filterschritt durch einen Selektionsprozess die vom Körper benötigten Substanzen ins Blut zurückgegeben (Rückresorption). Die »unerwünschten« und überflüssigen Substanzen wie Harnstoff und Harnsäure werden mit dem Urin ausgeschieden.

Was passiert beim Prozess der Rückresorption?

Auf dem Weg des Filtrats durch den nahen Tubulusteil werden 99 Prozent des Filtrats in den Körper rückresorbiert. Glucose, Aminosäuren, Elektrolyte und der größte Teil der Salze und des Wassers werden durch die Tubuluswand in die sie umgebenden Blutkapillaren abgegeben.

Die Rückresorption kann auf drei verschiedenen Wegen erfolgen. Zum einen geschieht sie über die passive Diffusion, bei der sich gelöste Moleküle von einer Lösung hoher zu einer Lösung niederer Konzentration bewegen. Zum anderen erfolgt die Rückresorption über die Osmose, ein physikalischer Vorgang, bei dem bestimmte Moleküle (Lösungsmittelmoleküle) durch eine halbdurchlässige Wand aus einer Lösung mit geringer Teilchenkonzentration (Filtrat) in eine Lösung mit hoher Teilchenkonzentration (Blut) übergehen. Eine dritte Möglichkeit ist der so genannte aktive Transport, wobei Moleküle durch die Wirkung von Hormonen durch die Tubulusmembran gepresst werden. Dies geschieht bei der Rückresorption von Salzen und Elektrolyten. Die Rückresorption wird im entfernten Tubulusteil beendet.

Parallel zur Rückresorption werden einige Substanzen direkt vom Blut ins Filtrat abgegeben. Dieser Prozess stellt sicher, dass der Körper zusätzliche Abfallprodukte beseitigen kann, beispielsweise Arzneimittel wie Penizillin oder Substanzen wie Kalium und Kreatinin.

Wo wird der stark verdünnte Primärharn konzentriert?

Dies geschieht ebenfalls im Tubulussystem der Nieren. Auf dem Weg des Primärharns durch den Nierentubulus steigt seine Konzentration, da das Wasser durch die Wand der Nierentubuli rückresorbiert wird. Zur Aufrechterhaltung der Homöostase in Blut und Gewebeflüssigkeit kann die Urinkonzentration jedoch variiert werden. Sie unterscheidet sich stark, wenn ein Mensch große Flüssigkeitsmengen aufgenommen hat oder innerlich ausgetrocknet und durstig ist.

Wie wird die Urinkonzentration gesteuert?

Die Urinkonzentration wird durch das antidiuretische Hormon (ADH oder auch Adiuretin) gesteuert, das aus dem hinteren Bereich der Hirnanhangsdrüse ausgeschüttet wird. Wie sein Name schon sagt, hemmt ADH die Diurese, das heißt den Harnfluss. Sensorische Rezeptoren im Hypothalamus des Gehirns überwachen den Wasseranteil im Blut.

Steigt die Blutkonzentration an, z. B. durch Schwitzen oder durch ungenügende Flüssigkeitsaufnahme, schüttet der Hypothalamus über die Hirnanhangsdrüse ADH ins Blut aus. Das ADH wandert mit dem Blut zu den Nieren und stimuliert dort die Wände der Nierentubuli zur vermehrten Rückresorption von Wasser. Als Folge davon reduziert sich der Wassergehalt des Urins, es fließt mehr Wasser zurück in den Blutstrom und der Wassergehalt des Körpers erhöht sich. Steigt der Wassergehalt des Bluts als Folge einer großen Flüssigkeitsaufnahme an, verlässt eine größere Menge stärker verdünnten Urins den Körper und reduziert den Wassergehalt im Organismus.

Welche Substanzen wirken harntreibend?

Täglich nehmen wir Stoffe oder Genussdrogen zu uns, die das Urinvolumen erhöhen, also eine harntreibende (diuretische) Wirkung haben. Alkohol beispielsweise hemmt die ADH-Ausschüttung und verursacht dadurch die Bildung großer Mengen verdünnten Urins. Rauchen wiederum reduziert den Harndrang. Kaffee, Tee und bestimmte Cola-Getränke haben ebenfalls eine harntreibende Wirkung, da das in ihnen enthaltene Koffein die Geschwindigkeit des Filterprozesses im Nierenkörperchen erhöht. Eine Arzneimittelgruppe, die als Diuretika bezeichnet und die in der Therapie von Herzinsuffizienz und Bluthochdruck eingesetzt wird, sorgt dafür, dass der Körper über den Urin vermehrt Natrium und Wasser ausscheidet.

Was enthält der endgültige Urin?

Der größte Teil, nämlich 95 Prozent der täglich von einem Erwachsenen produzierten 1,5 Liter Urin, besteht aus Wasser. Die restlichen 5 Prozent setzen sich aus in Wasser gelösten Substanzen zusammen, deren wichtigster Bestandteil der Harnstoff (Urea) ist. Harnstoff ist ein stickstoffhaltiges Abfallprodukt, das in der Leber aus dem hochgiftigen Ammoniak gebildet wird, das bei der Aufspaltung von überflüssigen Aminosäuren und Eiweißkörpern entsteht. Ein anderes stickstoffhaltiges Abfallprodukt ist die Harnsäure, ein Produkt des Nukleinsäurestoffwechsels. Das ebenfalls im Endharn befindliche Kreatinin wiederum ist ein Abbauprodukt des Muskelstoffwechsels und der Verwertung von Fleisch in der Nahrung. Weitere im Urin enthaltene Substanzen sind Natrium, Kalium, Phosphat und andere Ionen.

Welche Farben kann der Urin haben?

Die Farbe des Urins ist von seiner Konzentration abhängig und reicht von hell- bis dunkelgelb. Die gelbe Farbe entsteht durch das Urobilinogen, ein Abbauprodukt des Häms der roten Blutkörperchen, und das Urochrom, das im Eiweiß- und Hämoglobinstoffwechsel entsteht. Urin riecht normalerweise frisch, obwohl einige Medikamente und andere Substanzen, beispielsweise Stoffe, die im Spargel enthalten sind, seinen Geruch stark verändern können.

Die chemische Urinanalyse kann ein wichtiges diagnostisches Werkzeug sein und eventuell auf eine bestehende Erkrankung hindeuten. In früheren Zeiten war die »Urinschau« eines der wenigen diagnostischen Mittel, die einem Arzt zur Verfügung standen. Farbe, Trübung, Geruch und sogar Geschmack des Urins gaben dem Arzt Hinweise über die Erkrankung des Patienten.

Warum haben Diabetiker Zucker im Urin?

Der hohe Glucosegehalt im Blut des Zuckerkranken stellt für das Rückresorptionssystem der Nierentubuli eine Überforderung dar. Übersteigt die Glucosekonzentration im Blut und damit auch im Filtrat nämlich einen bestimmten Schwellenwert, können die Tubuli die Glucose nicht zurücknehmen. Der Zucker wird somit über den Urin ausgeschieden.