Säureausscheidung, renale

Renale Säure-Basen-Regulation

renal acid excretion

Als renale Säureausscheidung fasst man die Vorgänge in den einzelnen Abschnitten des Nephrons zusammen, die durch Reabsorption von Bikarbonat sowie durch Elimination und Pufferung nicht flüchtiger Säuren zu einem ausgeglichenen Säure-Basen-Status des Organismus beitragen.

Die durch enterale Aufnahme oder durch Stoffwechselprozesse entstehenden nicht flüchtigen (fixen) Säuren, normalerweise 60–80 mmol/Tag, müssen vollständig durch die Nieren ausgeschieden werden (Säure-Basen-Stoffwechsel). Die Nieren bewirken die Säure-Basen-Regulation mit mehreren Teilfunktionen:

HCO₃⁻ gelangt mit 25 mmol/L ins Glomerulumfiltrat. Bei 180 L Filtrat/Tag ergibt sich eine Bikarbonatmenge von ca. 4500 mmol, die in 24 Stunden zu reabsorbieren ist. Diese Leistung wird zu 80 % von den proximalen Tubuluszellen erbracht, die mit 2 Isoenzymen der Carboanhydratase (CA) ausgestattet sind. Durch den Na⁺/H⁺-Antiporter NHE-3 sezerniert die Zelle Wasserstoffionen bis zu einem pH-Gradienten von 1 im Austausch mit Na⁺. H⁺ tritt mit HCO₃⁻ zu Kohlensäure zusammen. H₂CO₃ wird durch die membranständige CA IV in CO₂ und Wasser gespalten. CO₂ diffundiert in die Zelle und wird dort durch die zytoplasmatische CA II der Bikarbonatbildung zugeführt. H⁺ steht für die erneute Sekretion ins Tubuluslumen zur Verfügung. Über den Cotransporter NBC-1 kehren Na⁺ und HCO₃⁻ in den extrazellulären Raum (EZR) zurück (Abb. 1).

Die Kapazität des gesamten Prozesses ist mit etwa 4500 mmol/Tag sehr hoch. Er wird durch extrazellulären Volumenmangel, Kaliummangel, Glukokortikoidexzess und Acidose einschließlich Hyperkapnie stimuliert. Durch Volumenüberschuss, Kaliumüberschuss, Hypokapnie, Parathormon und Acetazolamid wird er gehemmt.

Diese und die damit verbundene Rückgewinnung von Bikarbonat finden vorwiegend in den kortikalen Anteilen der Sammelrohre statt. Deren Zellen verfügen über eine H⁺-transportierende ATPase, die bis zu einem pH-Gradienten = 3, also der 1000-fachen Konzentration, H⁺ sezernieren kann. Das entstehende Bikarbonat wird durch den Cl⁻/HCO₃⁻-Antiporter AE1 dem EZR zugeführt (Abb. 1). Die Kapazität dieses der Feineinstellung und der Neubildung von HCO₃⁻ dienenden Mechanismus ist mit 70–100 mmol/Tag gering. Der Prozess wird durch Aldosteron und Acidose einschließlich Hyperkapnie stimuliert und durch Alkalose und Hypokapnie gehemmt.

Die Epithelzellen der kortikalen Sammelrohre sind in der Lage, bei Alkalose HCO₃⁻ ins Lumen auszuscheiden. Es wird angenommen, dass neben dem vorherrschenden Zelltyp mit lumenseitiger H⁺-ATPase und basalseitigem Cl⁻/HCO₃⁻-Antiporter (Abb. 1) ein weiterer Zelltyp mit entgegengesetzter Anordnung existiert.

Der größte Teil der Säureausscheidung entfällt auf die Exkretion von Ammonium. NH₄⁺ wird in den proximalen Tubuluszellen hauptsächlich durch den Abbau von Glutamin gebildet, der wie in Abb. 2 dargestellt verläuft:

NH₄⁺ wird in das proximale Tubuluslumen sezerniert, im medullären dicken aufsteigenden Teil der Henleschen Schleife durch einen Na⁺/K⁺/(NH)/2Cl⁻-Cotransporter (Chloridionen) teilweise wieder resorbiert, dadurch im Nierenmark zu hoher Konzentration kumuliert und von dort an die benachbarten Sammelrohre abgegeben. Das beim Glutaminabbau entstehende Bikarbonat wird dem EZR zugeführt.

Der Umsatz beträgt normal 20–50 mmol/Tag. Unter Acidosebedingungen können Produktion und Sekretion von NH₄⁺ bis etwa 300 mmol/Tag ansteigen. Das wird unter anderem dadurch ermöglicht, dass die Leber bei Acidose weniger NH₃ im Harnstoffzyklus abbaut und dafür mehr Glutamin synthetisiert als unter normalen Umständen.

Schon eine Säureausscheidung von 100 mmol/Tag in Form freier Wasserstoffionen würde zu einem für Niere und Harnwege unverträglichen pH-Wert von ca. 1 führen. Das wird im Wesentlichen durch 2 Puffersysteme verhindert:

Ammoniakpuffer (pK = 9,4):

Phosphatpuffer (pK = 6,8):

Phosphat stellt 90 % der titrierbaren Acidität des Urins. Bei Acidose wird vermehrt Phosphat mobilisiert und ausgeschieden.

Die Nettosäureausscheidung setzt sich wie folgt zusammen:

Titrierbare Acidität (normal 10–40 mmol/Tag; maximal bis 100 mmol/Tag) + Ammonium (normal 20–50 mmol/Tag; maximal bis 300 mmol/Tag) – Bikarbonat (normal 0 mmol/Tag; nur im neutralen und alkalischen Urin vorhanden) = Nettosäureausscheidung (normal 40–80 mmol/Tag; maximal bis 400 mmol/Tag).

Für klinische Belange wird im Allgemeinen nur die pH-Bestimmung mit dem Teststreifen durchgeführt. Für den Säurebelastungstest und für wissenschaftliche Zwecke ist die Messung mit der Glaselektrode erforderlich. Referenzbereich 4,5–8,0.

Für die Bestimmung der Nettosäureausscheidung und ihrer Komponenten wird auf die spezielle nephrologische Literatur verwiesen. Der 24-Stunden-Sammelurin muss unter Luftabschluss (Überschichtung mit Paraffinum liquidum) und Konservierung mit 10 mL einer 10 %igen Lösung von Thymol in Isopropanol gesammelt werden.