Wie funktioniert das Harnsystem?

Die Funktionsweise des Harnsystems ist relativ einfach, obwohl die ergänzenden Rollen der Nieren komplex sein können.

Blut wird über die Nierenarterie zu den Nieren transportiert. Ein System von Filtrationseinheiten innerhalb der Niere reguliert den Verdünnungsgrad (Wasser), Salze und andere kleine Moleküle im Filtrat. Überschüssige oder unerwünschte Produkte wandern durch jeden Harnleiter und werden in das Reservoir der Blase abgelagert, während gereinigtes Blut über die Nierenvene wieder in den Kreislauf gelangt. Urin wird in der Blase gespeichert, bis das Harnnervensystem den Inhalt durch die Harnröhre und aus dem Körper abgibt. Das Passieren von Urin wird als Miktion oder Urinieren bezeichnet.

Das Harnsystem ist in die oberen und unteren Harnwege unterteilt. Ersteres besteht aus Nieren und Harnleitern, letzteres aus Blase und Harnröhre.

Wie viel Urin ausgestoßen wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab: dem Verhältnis von Abfallprodukten zu Wasser, Ernährungsgewohnheiten, körperlicher Aktivität, Medikamenten, Komorbiditäten und dem Gesundheitszustand des Patienten verschiedene Organe und Systeme im Körper.

Funktion des Harnsystems

Die Hauptfunktion des Harnsystems besteht darin, das Blut von überschüssigem Wasser, Salzen und Abfallprodukten zu filtern, diese vorübergehend in einem Reservoir zu speichern und diese Produkte zeitweise aus dem Körper auszustoßen.

Filtration, Reabsorption und Sekretion

Jede Niere enthält ungefähr eine Million Nephrone. Nephrone spielen eine entscheidende Rolle bei der Entfernung von Abfallprodukten und der Anpassung der Konzentrationen von Wasser, Ionen und kleineren Molekülen im Blut. Eine einzelne Niere enthält genug Nephrone, um das Blut zu filtern und Urin zu produzieren – aus diesem Grund können Nierentransplantationen Organe von lebenden Spendern verwenden. Wenn beide Nieren geschädigt sind, sammeln sich Ionen, Salze, Wasser und kleine Moleküle im Körper an, was zu einem vollständigen Organversagen und zum Tod führt, wenn sie nicht behandelt werden. Eine Niere kann keine neuen Nephrone erzeugen – sobald sie beschädigt sind, können sie nicht ersetzt werden.Ein Nephron ist ein ganzes System in sich selbst mit verschiedenen Teilen seiner Struktur in verschiedenen Bereichen der Niere. Die lange Schleife von Henlé (einige Nephrone haben nur eine kurze Schleife) befindet sich im zentralen Bereich der Niere – der Medulla. Andere Strukturen finden sich in der Nierenrinde oder der äußeren Schicht. Nephrone erhalten eine Blutversorgung über eine afferente Arteriole und führen gefiltertes Blut über eine efferente Arteriole zurück in den Kreislauf. Dies sind zwei Enden einer langen, gewundenen Gruppe von Kapillaren, die das Nephron umgibt und die Diffusion von Wasser, Ionen, Salzen und anderen Molekülen ermöglicht. Das Bild unten zeigt den Blutfluss in die Niere und das Nephron (in rot), die Produktion und Ausscheidung von Urin (gelb) und die Rückführung von resorbierten Produkten und gefiltertem Blut in das Kreislaufsystem (blau).

Ein Nephron hat drei Funktionen: glomeruläre Filtration (von Wasser und gelösten Stoffen im Blut), tubuläre Reabsorption (Rückführung von Wasser und erforderlichen Molekülen in den Kreislauf) und tubuläre Sekretion (von Abfällen oder überschüssigen Molekülen – einschließlich Wasser) in einen distalen Schlauch. Diese abgesonderte Flüssigkeit wird als Urin bezeichnet. Jede Minute werden ungefähr 125 ml Blut von den Nephronen beider Nieren gefiltert. Der größte Teil des Filtrats wird resorbiert – das heißt, in einem Zeitraum von 24 Stunden werden etwa 180 Liter Filtrat produziert, aber nur 1,5 Liter davon werden als Urin ausgeschieden. Die Filtration erfolgt innerhalb des Glomerulus, die tubuläre Reabsorption im proximalen Tubulus und die tubuläre Sekretion im distalen Tubulus. Die Schleife von Henlé behält einen Konzentrationsgradienten bei, so dass Wasser und Ionen leichter resorbiert werden können. In der folgenden Abbildung ist das Erreichen gleicher Konzentrationen eines gelösten Stoffes auf beiden Seiten einer Membran durch den Diffusionsprozess dargestellt. Sowohl Osmose als auch Diffusion treten innerhalb von Nephronen auf. Osmose ist die Bewegung von Wasser, nicht gelösten Stoffen, durch eine semipermeable Membran.

Reabsorbed molecules include glucose, amino acids, sodium chloride, and water, as well as calcium, potassium, hydrogen and bicarbonate ions.

Secreted molecules are urea, uric acid, creatinine and hydrogen, and potassium ions. Uric acid is a product of nitrogenous metabolism, a mechanism that breaks down ingested purine proteins. Harnstoff ist ein Nebenprodukt von Ammoniak, das in der Leber gebildet wird, auch aus dem Abbau von Aminosäuren. Kreatininphosphat oder Phosphokreatin ist ein Nebenprodukt der zellulären Energieproduktion, wenn Adenosintriphosphat (ATP) in Adenosindiphosphat (ADP) umgewandelt wird. Um ein weiteres ATP–Molekül zu bilden, ist ein zusätzliches Phosphatmolekül erforderlich – Kreatininphosphat. Leber und Niere produzieren Kreatininphosphat und können auch aus Fleischquellen aufgenommen werden.

Größere Moleküle wie Proteine und Glukose können normalerweise nicht in das Nephron gelangen, aber bei Nierenerkrankungen und deren Symptomen wie diabetischer Nephropathie oder nephrotischem Syndrom lecken die Glomeruli der Nephrone und große Moleküle und sogar Blutzellen können im Ultrafiltrat (Urin) gefunden werden. Aus diesem Grund wird der Proteingehalt des Urins häufig bei Risikopatienten wie Diabetikern und schwangeren Frauen gemessen. Ein einfacher Urinteststreifen zeigt den Gehalt verschiedener großer Zellen oder Moleküle im Urin an, einschließlich weißer Blutkörperchen, Proteine, Ketone und Glukose.

Transport und Lagerung des Urins

Nephrone entleeren das Endprodukt – Urin oder Ultrafiltrat – in ein System von Sammelkanälen, die den Urin in die Blutbahn bringen, und führen die urin in den Harnleiter. Harnleiter sind zwei schmale, aber relativ lange Röhren (ungefähr 25 – 30 cm), die die Nieren verlassen und in die Harnblase gelangen. Harnleitermuskelschichten helfen durch Peristaltik – die unwillkürliche Kontraktion und Entspannung der glatten Muskulatur –, den Urin in Richtung Harnblase zu treiben. Auch die Gravitation spielt eine Rolle.

Die Funktion der Harnblase besteht darin, Urin zu speichern und auszustoßen. Sobald der Urin in die Blase transportiert wird, fließt er aufgrund der Richtungskräfte der Harnleitermuskelschichten und der abgeflachten Enden der Harnleiter, an denen sich Harnleiter und Blase treffen (der vesikoureterale Übergang), nicht mehr zurück. Diese Abflachung nimmt zu, wenn sich die Blase füllt, was es dem Urin erschwert, zurück zu den Nieren zu fließen. Dies kann jedoch bei vesikoureteralem Reflux aufgrund anatomischer Anomalien der Ureterpositionierung am vesikoureteralen Übergang oder bei Nervenstörungen auftreten, bei denen Peristaltik und Muskeltonus betroffen sind.

Miktion

Eine menschliche Blase speichert normalerweise etwa 300 bis 600 ml Urin vor der Miktion und wird vom pontinischen Miktionszentrum des Gehirns gesteuert.

Die dreieckige Blase ist ein großer Muskel, in dessen Spitze die beiden Harnleiter den Urin entleeren. Unter der Blase, in der Nähe der Verbindung mit einer einzigen Harnröhre, liegen zwei kreisförmige Schließmuskeln – innen und außen. Diese entspannen sich nur während der Miktion und verhindern sonst, dass ständig Urin austritt. Der innere Schließmuskel ist ein unwillkürlicher Muskel; Der äußere Schließmuskel ist freiwillig. Die Harnblase ist von einer dicken Schleimhaut ausgekleidet, die Falten bildet, wenn die Blase leer ist, sich aber öffnet, wenn sich die Blase füllt und ausdehnt.

Innerhalb der Blasenwand befinden sich Dehnungsrezeptorzellen. Wenn sich die Blase auf etwa 250 ml füllt, öffnen sich die Schleimhautfalten und stimulieren diese Dehnungsrezeptoren. Sie senden Signale an das pontinische Miktionszentrum des Gehirns. Das Gehirn reagiert, indem es den inneren Harnröhrenschließmuskel entspannt. Der äußere Harnröhrenschließmuskel bleibt geschlossen, bis die betreffende Person uriniert, obwohl dies bei Babys, älteren Menschen und Personen mit motorischen oder sensorischen Nervenstörungen wie Multipler Sklerose nicht immer freiwillig ist.

Bei Entspannung des freiwilligen äußeren Schließmuskels fließt Urin aus der Blase durch die Harnröhre und wird aus dem Körper ausgestoßen. Das Bild unten zeigt die Miktionsstadien und die beteiligten Muskeln, nämlich den Detrusormuskel der Harnblase, den inneren Harnröhrenschließmuskel und den Beckenbodenmuskel, der den äußeren Schließmuskel umgibt.

Organe des Harnsystems und Strukturen des Harnsystems

Die wichtigsten Organe des Harnsystems und andere Strukturen des Harnsystems sind die Nieren, die Blase, die Harnleiter , und Harnröhre. Diese bilden eine sterile Umgebung, die vor der nicht sterilen Außenwelt geschützt ist, liefern die Kräfte, die notwendig sind, um Urin durch eine Reihe von Organen auszustoßen, und reagieren auf empfindliche unwillkürliche und freiwillige Nervenstimulation.

Nieren

Nieren befinden sich direkt unter den Rippen und befinden sich nahe der Mitte des Rückens. Sie haben mehrere Funktionen. Die Niere schafft ein Gleichgewicht in der Menge an Wasser und Elektrolyten im Kreislaufsystem des Körpers, entfernt Abfallprodukte (einschließlich Medikamente) aus dem Körper, kontrolliert den Blutdruck durch die Freisetzung von Hormonen (RAAS), reguliert die Produktion roter Blutkörperchen und die anschließende Sauerstoffversorgung des Gewebes (Erythropoietin) und erhöht die Knochenmasse durch Kalzium- und Phosphorregulation.

Homöostase ist ein automatisierter Mechanismus, durch den Konzentrationen von Chemikalien und Flüssigkeiten innerhalb der biologischen Systeme eines Organismus stabilisiert werden. Nieren tragen erheblich zur Homöostase bei, halten das Volumen der extrazellulären Flüssigkeit, den Säuregehalt und die Alkalität (pH-Wert), die osmotischen Konzentrationen (Konzentration gelöster Moleküle in einer Lösung) aufrecht und scheiden potenziell schädliche Produkte oder überschüssige Moleküle aus, die die natürliche Homöostase stören können.

Harnleiter

Das Harnsystem umfasst zwei Harnleiter, die sich von der Niere bis zur Blase erstrecken. Peristaltik und Schwerkraft bringen Urin entlang dieser schmalen, hohlen, dickschichtigen Röhren. Da die Hohlräume schmal sind, können Harnleiter durch Ablagerungen wie Salzkristalle blockiert werden, die zu Harnsteinen zusammengeklebt sind. Eine vollständige Blockade in einem Röhrchen verursacht hohen Druck und Urinansammlungen in der angeschlossenen Niere und erfordert eine Notoperation, bevor dauerhafte Schäden verursacht werden. Alternativ kann der Rückfluss oder die Rückführung des Urins in die Harnleiter zu Infektionen und gefährlich hohen Drücken in den Nieren führen.

Blase

Die Blase wird durch eine Reihe von äußeren Bändern an Ort und Stelle gehalten. Seine Hauptfunktion ist als Reservoir für Urin. Die Blase dehnt sich aus, wenn sie sich aufgrund ihrer dicken Schicht aus Übergangsepithel füllt. Die Zellen dieser Schicht können sich dehnen und ihre Form verändern, so dass die Blase immer mehr Urin aufnehmen kann. Zwei Schließmuskeln verhindern, dass ständig Urin aus der Blase austritt. Wenn dieser Mechanismus nicht richtig funktioniert, ist Inkontinenz die Folge. Das Harnnervensystem liefert die Hinweise für die Blasenentleerung und hängt von Signalen ab, die von den Dehnungsrezeptorzellen in der Blasenwand gesendet werden. Das Bild unten zeigt die neuronalen Schaltkreise, die am Wasserlassen beteiligt sind.

Harnröhre

Die Harnröhrenlängen unterscheiden sich im männlichen und weiblichen Harnsystem. Die vergleichsweise lange männliche Harnröhre, die vom Blasenboden bis zum äußeren Harnröhrengang des Penis verläuft, ist etwa 20 cm lang.

Die Harnröhre des menschlichen Weibchens ist nur etwa 4 cm lang. Diese kurze Länge ist der Grund, warum Frauen anfälliger für Harnwegsinfektionen sind als Männer. Das Bild unten zeigt die Harnkatheterisierung bei männlichen und weiblichen Probanden. Beachten Sie die deutlich längere Länge des männlichen Katheters im Vergleich zu der des weiblichen.

Die einzelne Harnröhre lässt den Urin aus dem Körper austreten, sobald das Gehirn den unwillkürlichen inneren Schließmuskel freigegeben hat und die betreffende Person freiwillig den äußeren schließmuskel. In der Harnröhre tritt keine Peristaltik auf – der Durchgang von Urin in die Außenwelt wird durch eine Kombination aus dem Druck des Urins in der Blase, dem Muskeltonus und der Schwerkraft gesteuert.

Erkrankungen des Harnsystems

Es gibt eine Vielzahl von Erkrankungen des Harnsystems, von Infektionen bis hin zu Krebs. Einige der häufigsten sind unten aufgeführt.

Urolithiasis

Die meisten Nierensteine sind klein und passieren einfach unbemerkt das Harnsystem. Größere Steine sind am ehesten in den engen Öffnungen der beiden Harnleiter eingelagert werden. Niedrige Urinvolumina und hohe Salzkonzentrationen im Urin tragen zur Steinbildung bei. Steine werden durch die Kristallisation von Salzen gebildet. Das Vorhandensein von Harnsteinen wird als Urolithiasis bezeichnet.

Bilharziose im Urin

Parasitäre Plattwürmer, Schistosome genannt, sind die Ursache für Bilharziose oder Schneckenfieber und sind die Ursache einer extrem häufigen Tropenkrankheit. Die Symptome entwickeln sich, nachdem die Erwachsenen Eier gelegt haben, und umfassen Fieber, Zittern, Husten und Muskelschmerzen. Chronische Formen mit Symptomen viel später mit dem Potenzial für Aszites, Blut im Urin, Atemprobleme und allgemeine Schwäche. Es ist auch möglich, Anfälle, Lähmungen und Veränderungen des Verhaltens und des psychischen Zustands bei unbehandelter chronischer Bilharziose zu erleben.

Nephrotisches Syndrom

Das nephrotische Syndrom ist keine Krankheit an sich, sondern das Ergebnis einer Vielzahl von Nierenerkrankungen. Die Hauptsymptome des nephrotischen Syndroms sind Flüssigkeitsretention (Ödem) in den unteren Gliedmaßen und im Gesicht, schaumartiger Urin, der durch einen hohen Proteingehalt, Müdigkeit und Appetitlosigkeit verursacht wird. Flüssigkeitsretention verursacht auch eine signifikante Gewichtszunahme. Jede der hier aufgeführten Nierenerkrankungen kann ein nephrotisches Syndrom verursachen, wenn das Filtersystem der Nephrone beschädigt wird und große Moleküle, hauptsächlich ein im Blut vorkommendes Protein namens Albumin, in das Ultrafiltrat gelangen. Behandlungen dieses Syndroms müssen die zugrunde liegenden Ursachen und nicht nur die Symptome behandeln.

Harnwegsinfektionen

Infektionen der oberen Harnwege (HWI) beinhalten Symptome wie hohes Fieber, Zittern, Erbrechen und Schmerzen in den Lenden. Infektionen der unteren Harnwege verursachen häufiges, dringendes oder unregelmäßiges Wasserlassen, Schmerzen oberhalb des Schambeins (suprapubische Schmerzen) und manchmal Blutspuren im Urin. Die Hauptursache für beide Arten von Infektionen sind die E. coli-Bakterien, die über den Anus in die Harnwege gelangen.

Chronische Nierenerkrankung und chronisches Nierenversagen

Chronische Nierenerkrankung (CKD) kann vererbt werden, wie bei autosomal dominanter polyzystischer Nierenerkrankung (ADPKD), das langfristige Ergebnis einer akuten Niereninfektion oder eines Traumas sein oder durch einen Prozess auftreten, bei dem eine Schädigung des Harnsystems über viele Jahre stattfindet. Ungefähr 70% der Patienten mit CKD sind Diabetiker, Bluthochdruckpatienten oder Patienten mit Atherosklerose. Diese drei Krankheiten sind oft komorbid. Im Laufe der Zeit wird die Nephronfunktion durch hohe Konzentrationen größerer Moleküle, die durch die Nephrone gelangen, hormonelle Ungleichgewichte oder Degeneration des Nervensystems reduziert. Alle diese Szenarien werden durch eine geringe Sauerstoffversorgung oder Hypoxie verursacht.

Wenn beide Nieren nicht mehr funktionieren können, ist chronisches Nierenversagen die Folge. In diesen Fällen muss die Dialyse über das Bauchfell oder den Kreislauf (Hämodialyse) alle Funktionen der Nieren übernehmen.

Akute Nierenschädigung

Wenn Langzeiterkrankungen nicht die Ursache für Nierendegeneration sind, können Traumata oder kurzfristige Erkrankungen eine akute Nierenschädigung (AKI) verursachen ), auch bekannt als akutes Nierenversagen. Nephrone werden durch eine plötzliche Senkung der Blutversorgung aufgrund von Hypovolämie geschädigt. Dies kann sogar das Ergebnis von übermäßigem Erbrechen oder langfristigem Durchfall sein. Symptome sind geringe Mengen an Urin, Schwellungen in den unteren Gliedmaßen, Müdigkeit, Atembeschwerden, Verwirrtheit, Übelkeit und Schmerzen in der Brust. Unbehandelt kann AKI zu Krämpfen und zum Tod führen. Sofortige Behandlung ist obligatorisch, wenn entweder Verletzung oder Krankheit (oder beides) Erholung ermöglicht das Blutvolumen wiederhergestellt werden. Manchmal ist eine kurzfristige Hämodialyse erforderlich, um die Rolle der Nieren zu übernehmen, bis sich der Patient stabilisiert hat.

Diabetische Nephropathie

Unbehandelt oder schlecht behandelt verursacht Diabetes einen hohen Glukosespiegel im Blut, der ihm eine sirupartige Konsistenz verleiht. Im Laufe der Zeit schädigen hohe Glukosespiegel die Nephrone und sie beginnen, Proteine in den Urin zu lecken. Diabetische Afroamerikaner und hispanische Bevölkerungsgruppen sind besonders anfällig für Nierenerkrankungen, die durch Typ-2- oder Typ-1-Diabetes verursacht werden.

Benigne Prostatahyperplasie

Die nicht-maligne Form der Prostatavergrößerung betrifft ältere Männer. Urologen sind sich einig, dass alle Männer ab sechzig Jahren eine gewisse Prostatavergrößerung haben. Während dies keine lebensbedrohliche Krankheit ist, kann die vergrößerte Prostata gegen die Harnröhre drücken und sie verengen, was zu häufigem Wasserlassen, einem schwachen Urinstrahl und Inkontinenz führt. Die Behandlung umfasst Muskelrelaxans oder Prostata-schrumpfende Medikamente oder Prostata-Entfernung in einem chirurgischen Eingriff.