Anatomie und Funktion

Hund Katze

Die Nieren nehmen als multifunktionelle Regulationsorgane eine zentrale Stellung im

Gesamtkreislaufgeschehen eines Organismus ein. Sie gehören zu den sogenannten "vitalen Organen", ohne die ein Tier/Mensch nicht leben kann.

Aufbau der Niere

Anatomie

Die Nieren von Hund und Katze gehören zum glatten und einwarzigen Typ Niere, d.h. es ist äußerlich keine weitere Unterteilung in Lappen erkennbar und alle Ausführungsgänge (Ductus papillares) münden an einer kegelförmigen Warze (Papilla renalis).

An einem Längsschnitt  lässt sich ein schmaler äußerer Bereich, die rötlich-braune Nierenrinde (Cortex renis) mit einer Breite von ca. 2-5 mm erkennen. Nach innen folgt ein zentraler Bereich, das Nierenmark (Medulla renis). Aufgrund des Verlaufs der Blutgefäße im Nierengewebe wird das Mark mehr oder weniger deutlich in einzelne Markpyramiden gegliedert, deren Basis jeweils nach außen, zur Rinde gerichtet ist.

Im Rindengewebe sind etwa rund 300.000 bis 500.000 Nierenkörperchen mit einem Durchmesser von 110-150 µm enthalten, die zusammen mit den harnbereitenden Kanälchen (Tubuli) für die Harnbildung verantwortlich sind. Die funktionelle Einheit aus Nierenkörperchen und harnbereitenden Kanälchen heißt Nephron.
Ein großer Teil des Tubulus-Apparates liegt im Nierenmark.
Am Ende der Kanälchen wird der Harn in die leitenden Sammelrohre überführt und gelangt so über die Mündungen an der Nierenpapille in das Nierenbecken.

Funktion

Die Niere...

  • reguliert den Wasserhaushalt des Körpers.
  • reguliert langfristig den Blutdruck.
  • scheidet harnpflichtige Substanzen (z.B. Harnsäure, Harnstoff, Kreatinin) und giftige Substanzen (z.B. Medikamente) aus.
  • reguliert den Säure-Basen-Haushalt des Körpers.
  • reguliert den Gehalt an im Blut gelösten Elektrolyten: Natrium, Kalium, Calcium, Magnesium, Phosphat, Bicarbonat.
  • bildet Hormone: Renin (Enzym, kurzfristige Blutdruckregulation), Erythropoetin (Stimulation der Blutbildung), Calcitriol (Vitamin D, beteiligt am Calcium-Stoffwechsel).

Lage

Lage der Nieren

Die Nieren liegen extrathorakal und dorsal in der Bauchhöhle, direkt unter der inneren Lendenmuskulatur. Medial grenzt die rechte Niere an die hintere Hohlvene (Vena cava caudalis), mit ihrem kranialen Pol stößt sie an den Processus papillaris der Leber, hinterlässt dort jedoch keinen Eindruck (Impressio renalis).
Die linke Niere liegt medial unmittelbar an der Bauchaorta (Aorta abdominalis).
Von den beiden großen Bauchgefäßen zieht jeweils eine Arteria bzw. Vena renalis zum Hilus und verzweigt sich im Inneren des Organs.

Lage der Niere

Beide Nieren sind je nach Ernährungszustand gut tastbar. Die Fettgewebskapsel um die Nieren ist im Umfang ernährungsabhängig. Dabei kann es passieren, dass bei starkem Abbau des Fettgewebes besonders die linke Niere weiter absinkt und das Bauchfell dabei wie zu einem Gekröse in die Länge zieht. Dies kann beispielsweise im Zusammenhang mit einer schweren Erkrankung vorkommen.

Das Nierengewebe ist umgeben von einer bindegewebigen Faserkapsel (Capsula fibrosa). Diese ist relativ leicht abziehbar. Nur an den Durchtrittsstellen der Kapselvenen ist sie etwas fester angeheftet.

Kommen zusätzliche punktuelle oder flächenhafte Verwachsungen vor, so ist dies ein Hinweis auf frühere Niereninfarkte, die bereits vernarbt sind. Im Vergleich zum Hund ist die Bindegewebskapsel bei der Katze zwar deutlich zarter, sie zeigt aber dennoch nur eine begrenzte Dehnbarkeit. Dies führt dazu, dass bei einer Nierenschwellung der Binnendruck entsprechend erhöht wird.

Organkapsel Niere

Die Organkapsel stülpt sich am Hilus in die Einbuchtung des Nierengewebes ein und bildet die bindegewebige Unterlage für das Nierenbecken.

Gefäßsystem

Gefäßsystem der Niere

Die Ernährung der Niere erfolgt über das funktionelle Blutgefäßsystem. Es strömen etwa 20 % des Herzminutenvolumens durch die Nieren. Dies stellt eine ganz erhebliche Menge dar, die es der Niere erlaubt, rasch auf Änderungen im extrazullulären Milieu zu antworten und dadurch schnell regulierend einzugreifen. Innerhalb der Niere ist die Blutverteilung jedoch höchst unterschiedlich: während die Nierenrinde von rund 75 % der genannten Blutmenge durchströmt wird, sind es im rindennahen Bereich des Marks nur mehr rund 20 %. Lediglich 5 % erreichen die tiefen Anteile des Nierenmarks, obwohl diese etwa 25 % der Nierenmasse ausmachen. Das bedeutet, dass die Nierenrinde vorwiegend aeroben Stoffwechsel betreibt, das Nierenmark hingegen überwiegend anaeroben. Aus diesem Grund reagieren bei einer Störung der Sauerstoffversorgung die Zellen im Nierenmark deutlich empfindlicher.

Gefaesssysteme
Anatomische Details:

Die Nierenarterien entspringen aus der Aorta abdominalis und verlaufen auf kürzestem Weg zum Nierenhilus. Unmittelbar vor dem Eintritt verzweigt sich die Nierenarterie in mehrere Äste, die Arteriae interlobares. Diese liegen in den Ausbuchtungen des Nierenbeckens. Sie verlaufen in die Tiefe der Niere und gehen an der Grenze zwischen Nierenmark und -rinde in mehrere bogenförmige Arterien über, die Arteriae arcuatae. Diese geben ihrerseits die Arteriae interlobulares ab, die strahlenförmig in der Nierenrinde nach außen verlaufen und zahlreiche Vasa afferentia abgeben, die zu den Nierenkörperchen ziehen und dort die Glomerula bilden. Die Vasa efferentia der marknahen Glomerula beteiligen sich an der Versorgung des Nierenmarks, die weiter außen gelegenen Arteriolen geben ihr Blut in das Kapillarnetz der Nierenrinde ab, das den Tubulus-Apparat versorgt.

Der venöse Abfluss erfolgt über die Venulen, die zu Venae interlobulares (in der Nierenrinde), Venae arcuatae (an der Grenze zwischen Nierenrinde und -mark) und schließlich zu Venae interlobares zusammenfließen. Der weitere Abfluss erfolgt über die Vena renalis, die am Nierenhilus aus der Niere austritt, in die Vena cava caudalis. Am Nierenhilus münden die oberflächlichen venösen Kapselgefäße (Venae capsulares) in die Vena renalis.

Die einzelnen venösen Abschnitte stehen über zahlreiche Verbindung miteinander in Kontakt, während die Arterien Endarterien darstellen. Das bedeutet, dass Blutgerinsel im arteriellen Blutfluss mit den immer kleineren Durchmessern der Gefäße stecken bleiben und deswegen in der Niere Infarkte gehäuft vorkommen.

Gefaesssysteme
Funktionelle Details:

Ein entscheidender Punkt der Blutgefäßversorgung des Glomerulums ist der Umstand, dass sowohl das zuführende als auch das abführende Gefäß arterieller Natur ist. Das bedeutet, dass über die Kontraktion der glatten Muskulatur in der Gefäßwand der Filtrationsdruck im Glomerulum reguliert werden kann. Dies ist notwendig, weil der Arbeitsdruck im Glomerulum innerhalb vergleichsweise enger Grenzen gehalten werden muss. Wenn beispielsweise der Blutdruck im großen Kreislauf und damit auch in den Nierenarterien zu sehr ansteigt (bis zu 200 mm Hg beim Menschen), können die afferenten Gefäße den Zufluss des Blutes zum Glomerulum drosseln und so dessen Beschädigung verhindern. Im umgekehrten Fall - bei Abfall des Blutdruckes - können die efferenten Gefäße den Druck im Glomerulum erhöhen, indem sie sich kontrahieren und dadurch das Blut "zurückstauen". Bei einem Abfall unter einen kritischen Blutdruckwert funktioniert diese so genannte Autoregulation nicht mehr (unter 70 mm Hg bei der Katze).

Nephron

Aufbau und Funktion des Nephrons

Nephron
Aufbau

Das Nephron beginnt mit dem Nierenkörperchen (Corpusculum renis), das aus einem arteriellen Gefäßknäuel (Glomerulum) und einer doppelwandigen Kapsel (Bowman Kapsel) besteht. Am Gefäßpol tritt das Vas afferens in das Nierenkörperchen ein und verzweigt sich in dünne Gefäßschlingen, die sich wieder zu einem größeren Gefäß verbinden, dem Vas efferens. Im Glomerulum wird der Primärharn durch Ultrafiltration aus dem Blutplasma gewonnen.
Die Blutseite des Filters wird durch ein fenestriertes Endothel2 mit einer Porengröße von 50-100 nm3 gebildet. Auf diese Weise werden die roten Blutkörperchen und andere Zellen daran gehindert, die Blutbahn zu verlassen. Darunter liegt eine Basalmembran, die vereinfacht gesprochen wie ein kollagenfaseriges Vlies organisiert ist und die größere Proteine effizient im Blutgefäß zurückhält.
Das Innenblatt der Bowmanschen Kapsel, das mit seinen Epithelzellen (Podozyten) direkt auf der Basalmembran liegt, bildet einen sehr engmaschigen Filter, da die feinen Fußfortsätze der Podozyten Schlitze mit einer Porengröße von ca. 5 nm.

Im ihrem weiteren Verlauf unterscheiden sich Nephrone, die sich weiter außen in der Rinde befinden von solchen, die nahe an der Grenze zum Nierenmark liegen. Letztere weisen im Anschluss an den proximalen Tubulus eine deutlich ausgebildete Henlesche Schleife auf, die tief in das Nierenmark verläuft. Diese Art der Nephrone kann den Harn besonders gut konzentrieren. Speziell bei der Katze sind diese Nephrone besonders lange und damit vermutlich dafür verantwortlich, dass die Katze außerordentlich gut konzentrierten Harn ausscheiden kann (spezifisches Gewicht des Harns: bis zu 1,080).
Die Konzentration des Harns in der Henleschen Schleife erfolgt auf passivem Weg, da das umgebende Gewebe eine hohe Osmolarität5 aufweist. Aus diesem Grund sind die Zellen hier relativ flach, der Tubulus insgesamt dünn.

Nephron
Funktion

Wegen des komplexen Filters der Bowmanschen Kapsel können letztlich nur Stoffe in größerer Menge in den Primärharn übertreten, die wasserlöslich, klein (höchstens 5 kDalton) und nicht an Protein gebunden sind.

Der Primärharn ist damit noch isoton, da Wasser und gelöste Stoffe im gleichen Verhältnis wie im Blut erscheinen. Das bedeutet aber, dass eine große Menge an Wasser und beispielsweise Mineralstoffen, Glucose und Aminosäuren verloren gehen würde, wenn nicht im anschließenden Tubulus-System der Harn konzentriert und die für den Körper wichtigen Stoffe wieder rückresorbiert werden. Beispielsweise produziert ein Hund mit etwa 20 kg Körpermasse rund 60 L Primärharn, der dann auf ca. 1 L reduziert wird.

Am Harnpol der Bowman-Kapsel wird der Primärharn in das Tubulus-System abgeleitet. Dieses besteht aus dem proximalen Tubulus, der Henleschen Schleife und dem distalen Tubulus.

Proximaler Tubulus:

Im proximalen Tubulus des Nephrons werden die meisten lebenswichtigen Stoffe wie beispielsweise Wasser, Natrium, Kalium, Calcium, Phosphat, Glucose und Aminosäuren weitgehend rückresorbiert. Da dies meist aktive Vorgänge sind, die Energie und Sauerstoff benötigen, sind hier Zellen mit einem Bürstensaum (erhöhte Resorption) und zahlreichen Mitochondrien (erhöhter Energiebedarf) vorhanden. Dadurch haben diese Zellen eine größere Höhe und der Tubulus ist deswegen dicker als in der Henleschen Schleife.

Aktive Vorgänge wie im proximalen Tubulus können nur bedingt gesteigert werden in ihrer Geschwindigkeit. Daher kann bei Diabetes mellitus (Insulinmangel) mit stark erhöhter Blutglucose nicht die gesamte Menge an Glucose aus dem Primärharn rückresorbiert werden. Dies hat massive Auswirkungen auf die Konzentrierungsfähigkeit der nachfolgenden Tubulussystems, da die Glucose einen osmotischen Druck in das Kanälchen hinein erzeugt. Bei der Katze erscheint ab einem Blutglucosespiegel von über 300 mg/dl Glucose im Urin.

Distaler Tubulus:

Im distalen Tubulus und im Sammelrohr erfolgt die Feineinstellung des Endharns beispielsweise im Hinblick auf die Kalium-Konzentration. Da diese Vorgänge erneut energieabhängig (Mitochondrien!) sind, ist hier wieder ein hohes Epithel und damit ein dicker Tubulus vorhanden. Der distale Tubulus bildet den sogenannten juxtaglomerulären Apparat. Diese Einrichtung liegt direkt am Nierenkörperchen. Daran beteiligt sind etwas vereinfacht:

  • spezielle Zellen des Tubulus (Macula densa),
  • eng benachbarte Teile des Vas afferens bzw. efferens des gleichen Nephrons (Epitheloide Zellen, Polkissen)

Die Macula densa-Zellen arbeiten als Rezeptoren und "messen" die Natriumkonzentration im distalen Tubulus. Sie stehen mit den epitheloiden Zellen der Wand des Vas afferens in Verbindung, die in ihrem Zytoplasma das Enyzm Renin gespeichert haben. Die Freisetzung dieses Enzyms setzt das Renin-Angiotensin-System in Gang.

Neben der Rückresorption von körperwichtigen können bestimmte Stoffe im Tubulus auch aktiv abgegeben werden. Aufgrund dieser Sekretion werden manche Stoffe bereits bei einer einmaligen Nierenpassage fast vollständig ausgeschieden.

Harnproduktion

Harnproduktion

Die Harnproduktion beginnt in den Glomeruli, den Nierenkörperchen, die im Nierenmark angesiedelt sind. Diese Phase wird auch als "Glomeruläre Filtration" bezeichnet:

Eine Blut zuführende kleine Arterie spaltet sich in ein Knäuel von Kapillaren auf und vereinigt sich wieder in ein Blut abführendes Gefäß. In den eng liegenden Kapillaren staut sich das Blut. Durch den erhöhten Stauungsdruck werden Wasser, Glucose, Harnstoff und Elektrolyte aus dem Kapillarnetz herausgepresst. Dabei wirken die Wände der Kapillaren wie ein Sieb, das nur kleine Partikel durchlässt, größere Moleküle, wie große Proteine und Blutzellen jedoch zurückhält.

Harnproduktion

Die in diesem Bereich aus dem Blut filtrierte Flüssigkeit wird als "Primärharn" bezeichnet. Er enthält außer den Stoffen, die ausgeschieden werden müssen, auch viele Stoffe, die der Organismus noch braucht und die nachfolgend wieder in das Blut zurücktransportiert werden müssen. Die gesunde Niere kann durch Freisetzung spezieller Botenstoffe sowohl auf den Gesamtblutdruck als auch auf den Blutdruck im Glomerulum regulierend einwirken und dadurch den Blutfluss im Glomerulum konstant halten.

Der Primärharn wird aufgefangen von einer doppelwandigen Membran, der Bowmanschen Kapsel, die das kugelige Kapillarknäuel umgibt. Von dort gelangt er in den Tubulusapparat und wird über die Tubuläre Rückresorption und Sekretion zum Endharn konzentriert.

Der Hauptanteil des Primärharns wird durch das Tubulussystem dem Körper wieder zugeführt. Der verbleibende Endharn gelangt über Sammelrohre in das Nierenbecken und von dort über den Harnleiter in die Harnblase.

Glomeruläre Filtrationsrate:

Die Flüssigkeitsmenge, die im Bereich der Nierenkörperchen in einer bestimmten Zeit produziert wird, wird als " Glomeruläre Filtrationsrate" "GFR " bezeichnet. Sie ist ein wichtiger Parameter für die Abschätzung der Nierenfunktion. Sie wird in der Einheit ml pro Minute angegeben. Der Primärharn wird nun aus dem Bereich der Bowmanschen Kapsel weitergeleitet in ein Röhrensystem, den so genannten "Tubulusapparat ". Hier finden die "Tubuläre Rückresorption" und die "Tubuläre Sekretion" statt.

Tubuläre Rückresorption:

In dieser Phase werden für den Organismus wertvolle Stoffe wie Aminosäuren, Vitamine, Glucose und 75 % des Wassers aus dem Primärharn wieder in das Blut zurück gewonnen. Das Ausmaß der Rückgewinnung passt sich den jeweiligen Bedürfnissen des Körpers an, um sein Gleichgewicht aufrecht zu erhalten. Beeinflussende Faktoren sind zum Beispiel Energieverbrauch, Trinkwassermenge, Flüssigkeitsverlust durch Schwitzen / Hecheln oder Durchfall. Einige dieser Substanzen, wie zum Beispiel Glucose, werden in dieser Phase vollständig aus dem Primärharn in das Blut zurücktransportiert.

Ausnahme: Bei Überschreitung einer Maximalkonzentration von Glucose im Blut (Hyperglykämie bei Diabetes mellitus), kann keine vollständige Rückgewinnung mehr erfolgen. Glucose wird dann im Urin ausgeschieden (Glucosurie).

Tubuläre Sekretion:

Wasserstoffionen, Ammoniak, Säuren, Basen, Arzneistoffe werden in diesem Teil des Tubulussystems aktiv in den Urin ausgeschieden. Das Filtrat am Ausgang des Tubulusapparates ist der "Endharn".

Ausscheidungspflichtige Substanzen durchlaufen dieses "Filtersystem" von Substanz zu Substanz unterschiedlich.

Die Differenz der Konzentration einer Substanz im Blut zur Konzentration im Endharn wird auch als "Clearance" bezeichnet.

Der Hauptanteil des Primärharns wird durch das Tubulussystem dem Körper wieder zugeführt. Der verbleibende Endharn gelangt über Sammelrohre in das Nierenbecken und von dort über den Harnleiter in die Harnblase.

Ein Hund mit einem Körpergewicht von 20 kg produziert pro Tag etwa 60 L Primärharn. Davon scheidet er dann ca.1 L als Endharn aus.

Funktionseinheit Nephron:

Nierenkörperchen und Tubulusapparat bilden zusammen die Funktionseinheit "Nephron". Hunde haben pro Niere bis zu 500.000 Nephrone.

Funktionsstörungen in diesem komplizierten Filtersystem führen zum einen zum Verlust lebenswichtiger Stoffe wie Proteine, Glucose und Elektrolyte und zum anderen zur Anreicherung von Giftstoffen im Organismus wie zum Beispiel Harnstoff. Viele Arzneistoffe werden auch über die Niere ausgeschieden. Bei eingeschränkter Nierenfunktion muss dies berücksichtigt und die Dosierung entsprechend angepasst werden.

Aufgaben der Niere Summary:
  • Eliminierung giftiger Stoffwechselprodukte
  • Eliminierung von Fremdstoffen (Arzneimittel)
  • Regulation des Wasserhaushaltes
  • Regulation des Säure-Basengleichgewichtes
  • Regulation des Elektrolyt- und Mineralhaushaltes (Calcium, Phosphat, Kalium, Natrium)
  • Stimulation der Blutbildung
  • Regulation des Blutdruckes

Hormonproduktion

Die Nieren produzieren nicht nur Urin, sondern auch Hormone, mit denen sie regulierend auf verschiedene Stoffwechselprozesse einwirken können:

  • Erythropoetin: stimuliert das Knochenmark zur Produktion von Erythrozyten
  • Calcitriol: reguliert den Calcium -/Phosphat-Haushalt (Vitamin D3 ist die inaktive Vorstufe von Calcitriol. Durch Einfluss der Nieren wird Vitamin D3 zu Calcitriol aktiviert). Renin: reguliert den Blutdruck und die Wasserausscheidung
  • Renin: reguliert den Blutdruck und die Wasserausscheidung