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Gegenstromprinzip, Harnstoffrezirkulation und Harnkonzentrierung

  • Mechanismus
  • Prüfungsrelevanz: hoch

Die Niere reichert ihr Mark mit Salz an, um dem Urin bei Bedarf Wasser zu entziehen. So kann Urin bis zu viermal konzentrierter sein als Blut.

Aktualisiert

Auch genannt: Gegenstrommultiplikator, Vasa recta

In 3D ansehen: Nieren (Renes) · Intrarenale Gefäße

Worum es geht

Die im Gegenstrom verlaufende Henle-Schleife vervielfacht einen kleinen horizontalen Salzgradienten zu einem Interstitium des Marks mit ≈ 1200 mOsm/kg an der Papillenspitze. Rezirkulierter Harnstoff liefert fast die Hälfte dieses Gradienten, und die Vasa recta erhalten ihn, ohne ihn auszuwaschen. Unter ADH gleicht sich das Sammelrohr an dieses Mark an und bildet konzentrierten Urin.

Wie es funktioniert, Schritt für Schritt

  1. Der dicke Schenkel transportiert NaCl ohne Wasser ins Interstitium und erzeugt auf jeder Höhe einen Unterschied von ≈ 200 mOsm/kg zwischen Lumen und Interstitium.
  2. Der wasserdurchlässige absteigende Schenkel gibt Wasser an dieses Interstitium ab, und seine Flüssigkeit konzentriert sich.
  3. Die Flüssigkeit fließt weiter und trägt die höhere Konzentration zur Schleifenspitze; der dicke Schenkel entfernt erneut Salz, sodass sich der Gradient mit der Tiefe vervielfacht.
  4. Im inneren Mark lässt das Sammelrohr unter ADH Wasser austreten und konzentriert den Harnstoff im Lumen.
  5. Harnstoff tritt über UT-A1 ins innere Interstitium aus, gelangt teilweise in die Schleife und kehrt zum Sammelrohr zurück: Er rezirkuliert.
  6. Die Vasa recta nehmen auf dem Weg nach unten gelöste Stoffe auf und geben Wasser ab und machen auf dem Weg nach oben das Umgekehrte; so führen sie resorbiertes Wasser ab, ohne den Gradienten abzutransportieren.
  7. Bei hohem ADH gleicht sich das Sammelrohr an das Mark an, sodass der Urin fast so konzentriert austritt wie die Papille.

The nephron: segments, transporters and diuretics

The nephron: segments, transporters and diuretics CortexOuter medullaInner medulla3006009001200mOsm/kgUrineGlomerulusProximal tubuleDistal tubuleThin descendingThin ascendingThick ascendingCollecting ductJuxtaglomerularapparatusNHE3 · SGLT2Filters ≈ 180 L/dayAQP1Passive NaClNKCC2 · ROMKParacellular Ca²⁺, Mg²⁺NCC · Ca²⁺ (PTH)ENaC · ROMK/BKAQP2 (ADH)α: H⁺-ATPase · β: pendrin

Na⁺ reabsorbed almost noneWater reabsorbed ≈ 15%

Thin descending limb of the loop of Henle

  • What it does: Permeable to water, barely to solutes: water leaves into the hyperosmotic interstitium (≈ 15% of filtered water) and the fluid concentrates to ≈ 1200 mOsm/kg at the hairpin.
  • Transporters: Aquaporin 1 (AQP1), always present: it does not depend on ADH.
  • Drugs: Osmotic diuretics (3): keep water in the lumen here and in the proximal tubule.
  • Disorders: Losing the medullary gradient (medullary washout) lowers the ability to concentrate urine.
  • Glomerulus and arterioles
  • Proximal tubule
  • Thin descending limb
  • Thin ascending limb
  • Thick ascending limb
  • Distal convoluted tubule
  • Collecting tubule and duct
  • Juxtaglomerular apparatus (macula densa)
  • Cortex
  • Medulla
  • Interstitial osmolality (≈ 300 → 1200 mOsm/kg)
Illustrative schematic drawn by Durgical (a long-loop juxtamedullary nephron); proportions and percentages are approximate and not for clinical decisions.

The nephron: segments, transporters and diuretics

The nephron: segments, transporters and diuretics CortexOuter medullaInner medulla3006009001200mOsm/kgUrineGlomerulusProximal tubuleDistal tubuleThin descendingThin ascendingThick ascendingCollecting ductJuxtaglomerularapparatusNHE3 · SGLT2Filters ≈ 180 L/dayAQP1Passive NaClNKCC2 · ROMKParacellular Ca²⁺, Mg²⁺NCC · Ca²⁺ (PTH)ENaC · ROMK/BKAQP2 (ADH)α: H⁺-ATPase · β: pendrin

Na⁺ reabsorbed small (passive)Water reabsorbed 0%

Thin ascending limb of the loop of Henle

  • What it does: Impermeable to water; in the inner medulla NaCl leaves passively and the fluid starts to dilute. With the thick limb and urea it builds the medullary gradient (countercurrent multiplier).
  • Transporters: Cl⁻ channels (ClC-K1) and a paracellular path for Na⁺; passive urea transport.
  • Glomerulus and arterioles
  • Proximal tubule
  • Thin descending limb
  • Thin ascending limb
  • Thick ascending limb
  • Distal convoluted tubule
  • Collecting tubule and duct
  • Juxtaglomerular apparatus (macula densa)
  • Cortex
  • Medulla
  • Interstitial osmolality (≈ 300 → 1200 mOsm/kg)
Illustrative schematic drawn by Durgical (a long-loop juxtamedullary nephron); proportions and percentages are approximate and not for clinical decisions.

Ungefähre Osmolalitäten

ParameterWertHinweis
Plasma≈ 285–295 mOsm/kg
Interstitium der Rinde≈ 300 mOsm/kg
Interstitium der Papillenspitze≈ 1200 mOsm/kgkann ≈ 1400 erreichen
Urin, maximale Konzentrierung≈ 1200 mOsm/kg
Urin, maximale Verdünnung≈ 50 mOsm/kg
Obligate Mindestharnmenge≈ 0,5 L/Tagbei ≈ 600 mOsm/Tag gelöster Stoffe

Ungefähre Werte eines gesunden Erwachsenen in Ruhe; jedes Labor legt eigene Referenzbereiche fest.

Wer macht was

ElementRolleBei Ausfall
Dicker aufsteigender SchenkelMotor: entfernt NaCl ohne WasserSchleifendiuretika: Der Urin kann weder gut konzentriert noch gut verdünnt werden
Absteigender SchenkelGleicht sich durch Wasserverlust an—
Sammelrohr + ADHLässt Wasser austreten; konzentriert HarnstoffDiabetes insipidus: große Mengen verdünnten Urins
Harnstoff (UT-A1)≈ 40–50 % des inneren GradientenEiweißarme Ernährung: geringere Konzentrierung
Vasa rectaAustausch: erhalten den GradientenHoher Markfluss: Auswaschung des Marks

Klinischer Bezug

  • Zentraler oder renaler Diabetes insipidus: Ohne ADH-Wirkung bleibt der Urin verdünnt (< 300 mOsm/kg), selbst wenn der Patient dehydriert.
  • Eine lang bestehende primäre Polydipsie wäscht das Mark aus: Selbst mit ADH erreicht der Urin anfangs nicht die maximale Konzentration.
  • Ältere Menschen konzentrieren den Urin schlechter und haben daher ohne Zugang zu Wasser ein höheres Risiko für eine Hypernatriämie.

Testen Sie sich

Überlegen Sie die Antwort und tippen Sie dann auf die Frage.

Warum verringert ein Schleifendiuretikum die Fähigkeit, den Urin zu konzentrieren?

Es blockiert NKCC2 im dicken Schenkel, den Motor, der Salz ins Interstitium befördert. Ohne diesen Gradienten im Mark kann ADH dem Sammelrohr kein Wasser entziehen.

Welche Rolle spielt Harnstoff bei der Harnkonzentrierung?

ADH öffnet UT-A1 im inneren medullären Sammelrohr; konzentrierter Harnstoff tritt ins Interstitium aus und liefert fast die Hälfte seiner Osmolalität, sodass mehr Wasser entzogen werden kann.

Warum waschen die Vasa recta den Gradienten des Marks nicht aus?

Sie sind U-förmig mit langsamem Fluss: Auf dem Weg nach unten nehmen sie gelöste Stoffe auf und geben sie auf dem Weg nach oben zurück (Gegenstromaustausch), während sie resorbiertes Wasser abtransportieren.

Warum gibt es eine obligate Mindestharnmenge von ≈ 0,5 L/Tag?

Täglich müssen etwa 600 mOsm gelöster Stoffe ausgeschieden werden, und der Urin kann ≈ 1200 mOsm/kg nicht überschreiten; die Division ergibt mindestens ≈ 0,5 L.

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Lehrinhalt zur Physiologie; kein Leitfaden für Diagnose oder Behandlung und kein Ersatz für den Rat einer medizinischen Fachperson. Die Werte sind ungefähre Referenzwerte. Ohne Dosierungen.

Quellen: Physiology, Renal (StatPearls (NCBI Bookshelf), 2023).

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