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Physiologie der Nieren: glomeruläre Filtrationsrate

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Glomeruläre Filtrationsrate

Im Glomerulus wird ein proteinarmer Primärharn aus dem Blut filtriert, welches die Glomeruluskapillare durchströmt. Die glomeruläre Filtrationsrate (GFR) ist das von den Glomeruli pro Zeiteinheit filtrierte Volumen, der Normwert liegt zwischen 90–120 ml/min. Ab dem 40. Lebensjahr nimmt die GFR um etwa 1 ml/min pro Jahr aufgrund von Alterungsprozessen ab. Alle Plasmabestandteile mit Ausnahme von Proteinen mit einem Molekulargewicht von über 10 kDa werden im Glomerulus frei filtriert. Anschließend werden wichtige Substanzen aktiv und passiv reabsorbiert (s. u.).

Der renale Blutfluss beträgt 20% des Herzzeitvolumens in Ruhe (etwa 0,9–1,2 l/min bei Erwachsenen). Ungefähr 10% des renalen Blutflusses werden filtriert, diese Menge wird als glomeruläre Filtrationsrate (GFR) bezeichnet (90–120 ml/min). Die glomeruläre Filtration ist ein passiver Prozess, der vom hydrostatischen Druck in den glomerulären Kapillaren und der Fläche (Anzahl) der glomerulären Kapillaren abhängt. Folgende Krankheitsprozesse senken die GFR: ein niedriger hydrostatischer Druck in den Glomeruluskapillaren (z.B. bei Hypotonie), ein erhöhter hydrostatischer Druck in der Bowman-Kapsel (z.B. bei Harnstau), ein erhöhter kolloidonkotischer Druck in den glomerulären Kapillaren (z.B. bei Dehydratation) und eine verminderte Permeabilität der glomerulären Kapillaren (z.B. bei Glomerulonephritis).

Regulation der glomerulären Filtrationsrate

Der hydrostatische Druck in den glomerulären Kapillaren hängt direkt vom arteriellen Blutdruck ab und ist der entscheidende Faktor für die normale Regulation der glomerulären Filtrationsrate (GFR). Mehrere renale Mechanismen sorgen für eine konstante GFR über weite Bereiche physiologischer Blutdruckschwankungen.

Autonomer vasoreaktiver (myogener) Reflex:

Blutdruckschwankungen werden durch eine Vasokonstriktion und Vasodilatation der afferenten Arteriole ausgeglichen.

Tubuloglomeruläre Rückkopplung:

Ein erhöhter hydrostatischer Druck im Glomerulum führt zu einer glomerulären Hyperfiltration und zur erhöhten Flüssigkeitbelastung des Tubulus. Dies wird an der Macula densa des distalen Tubulus registriert und führt über die Transmitter ATP und Adenosin zu einer Vasokonstriktion der afferenten Arteriole.

Renin-Angiotensin-System:

Hypotonie und verminderte Nierendurchblutung führen zur Freisetzung von Renin und über Zwischenstufen zur Aktivierung von Angiotensin II. Angiotensin II bewirkt eine Vasokonstriktion der efferenten Arteriole und erhöht den Filtrationsdruck im Glomerulum.

Clearance und glomeruläre Filtrationsrate

Die GFR ist nicht direkt messbar. Näherungsweise wird die Elimination einer Substanz gemessen (Clearance), die ungehindert mit dem Primärharn filtriert und nicht im Tubulussystem reabsorbiert oder sezerniert wird.

Definition der Clearance

Plasmavolumen pro Minute, aus dem eine Substanz vollständig eliminiert wird. Wird eine Substanz gewählt, die nicht tubulär sezerniert oder reabsorbiert wird, entspricht die Clearance der GFR. Mit Kreatinin kann die GFR näherungsweise berechnet werden.

Berechnung der Kreatinin-Clearance

Aus dem 24 h-Urin wird die Konzentration von Kreatinin im Urin bestimmt (U_Krea in mg/dl), weiterhin bekannt sind die Konzentration des Kreatinins im Serum (S_Krea in mg/dl) und das Urinvolumen (U_Vol in ml) in einer definierten Zeiteinheit (24h = 1440 min). Nun kann die Kreatinin-Clearance (Cl_Krea) nach folgender Formel ausgerechnet werden:

Berechnung der Kreatinin-Clearance

Eine Schätzung der Kreatinin-Clearance (nach Cockcroft und Gault) in Abhängigkeit der Serumkonzentration (S_Krea in mg/dl), Geschlecht (Faktor F=72 für Männer und F=85 für Frauen), Gewicht (kgKG in kg) und Alter (in Jahren) ergibt die folgende Formel:

Schätzung der Kreatinin-Clearance nach der Formel von Cockcroft und Gault

Substanzen mit ausschließlicher glomerulärer Filtration (ohne tubuläre Sekretion oder Resorption) wie Kreatinin haben Plasmakonzentrationen in direkter Abhängigkeit von der GFR. Eine Halbierung der GFR führt zu einer Verdoppelung der Serumkonzentration. Dies bedeutet weiter, dass erst ab einer Reduktion der GFR um 75 % eine signifikante Konzentrationsänderung im Plasma (Vervierfachung) zu erwarten ist. Weitere (geringfügige) Verringerungen der GFR führen aber nun zu dramatischen Änderungen der Plasmakonzentration [Abb. Kreatinin und GFR].

Kreatininkonzentration in Abhängigkeit von der GFR: erst bei stärkerer Einschränkung der GFR steigt die Kreatininkonzentration deutlich an.

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Literatur

  English Version: Physiology of the kidneys: glomerular filtration rate