Aufgaben 115 Tierphysiologie Exkretion beim Menschen: Funktion der Niere 1 E Sektion einer Niere: Der auf Seite 114 beschriebene Aufbau der menschlichen Niere kann gut anhand einer frischen Schweineniere nachvollzogen werden. Besorge Schweinenieren und fertige einen sauberen Längsschnitt an, vergleiche dann das Präparat mit Abbildung 6. Welche Bereiche kannst du unterscheiden? Welche Aufgaben erfüllen diese einzelnen Bereiche? 2 W Am Gegenstromprinzip kannst du sehen, wie eng Struktur und Funktion miteinander verknüpft sein können. Finde durch Internetrecherche weitere Beispiele für das Gegenstromprinzip in der Natur. Wie auf Seite 112 mit dem Vergleich zum Aufräumen eines Zimmers beschrieben, läuft die Exkretion nach den Schritten Filtration, Reabsorption und Ausscheidung ab. Dies gilt nicht nur für die vorher beschriebenen Exkretionsorgane verschiedener Tiere, auch die Niere des Menschen arbeitet nach diesem Prinzip. Der erste Schritt ist die Filtration. Dazu presst der Blutdruck das Blut durch einen engen Filter. Dieser besteht aus einem Knäuel von Kapillaren, dem Glomerulus, und der Innenwand der Bowmankapsel (kAbb. 6 und 7a). Sowohl die Gefäße des Glomerulus als auch die inneren Zellen der Bowmankapseln sind porös. Dadurch werden Blutzellen und große Proteinmoleküle im Blut zurückgehalten, während Wasser samt allen darin gelösten kleinen Teilchen als Filtrat den vorderen Tubulus erreicht. Dieses Filtrat wird Primärharn genannt. Unsere Nieren werden täglich von ca. 1 500 l Blut durchströmt und produzieren daraus ca. 180 Liter Primärharn – weit mehr Flüssigkeit, als ein menschlicher Körper enthält! Folglich ist der zweite Schritt, die Reabsorption, nötig, um die Harnmenge zu reduzieren: Wasser und wertvolle Stoffe müssen zurückgewonnen werden, während ein Minimum an Wasser mit dem gelösten Harnstoff als Harn übrig bleibt. Dazu wird dem Primärharn zunächst Wasser (kAbb. 6 und 7b) entzogen. Danach folgen gelöste Stoffe, die zuerst passiv dem Wasser folgen, dann aktiv (also unter Energieaufwand) aus dem Harn transportiert werden (kAbb. 6 und 7c). Die Henleschleife (kAbb. 6 und 7d) baut in der Gewebsflüssigkeit im Mark eine hohe Salzkonzentration auf, die dem Tubulussystem Wasser entzieht. Dieser Wasserentzug findet sowohl in der Henleschleife als auch im Sammelrohr statt, so dass der Endharn stark konzentriert ist: Aus ca. 180 l Primärharn werden 1,5 l Endharn am Tag, der dann durch die Harnblase und die Harnröhre ausgeschieden wird. Die Funktion der Niere ist fein reguliert: Sicher ist dir schon aufgefallen, dass dein Harn nicht immer gleich aussieht. Das liegt an der Konzentration von Harnstoff und anderen gelösten Stoffen: Trinkst du viel Wasser, ist dein Harn stärker verdünnt, trinkst du zu wenig, ist der Harn entsprechend mehr konzentriert. Das hat damit zu tun, dass der zuvor beschriebene Prozess nicht immer mit der gleichen Intensität abläuft. Vielmehr wird durch die Wasserrückgewinnung der Wasserhaushalt unseres gesamten Körpers genau gesteuert. Diese Regulation unseres Wasserhaushalts, die so genannte Osmoregulation, ist lebenswichtig. Sie stellt einen wesentlichen Teil der auf Seite 97 beschriebenen Homöostase des Körpers dar. Sie wird durch ein Hormon der Hypophyse (Hirnanhangsdrüse) reguliert. Wie du siehst, übernehmen deine Nieren lebenswichtige Funktionen. Zur Gesunderhaltung der Nieren ist eine ausreichende Flüssigkeitszufuhr nötig. Wassermangel belastet die Nieren, daher ist es wichtig, regelmäßig und ausreichend zu trinken. Die Reinigung des Blutes in den Nieren erfolgt in den drei Schritten Filtration, Reabsoption und Ausscheidung Steuerung und Regelung Osmoregulation steuert den Wasserhaushalt in unseren Zellen und Geweben. Während Pflanzenzellen bei Wassermangel schrumpfen und bei Wasserüberschuss quellen (und dies bis zu einem gewissen Grad problemlos vertragen), sind tierische Zellen hier sehr empfindlich. Unsere Körperzellen sind daher auf die genaue Osmoregulation durch die Nieren angewiesen. Struktur und Funktion Die Vorgänge in der Henleschleife funktionieren nach dem Gegenstromprinzip. Dabei strömen zwei Medien gegenläufig aneinander vorbei, somit wird entlang der ganzen Austauschstrecke ein maximaler Konzentrationsunterschied erzeugt (kKonzentrationsunterschiede in Abb.7). Der Blutstrom in den Kapillaren in unmittelbarer Nähe zur Henleschleife erfolgt in Gegenrichtung zum Harnstrom (kAbb. 6). Dies verstärkt die Konzentrationsunterschiede und erhöht somit die Effizienz der Reabsorption zusätzlich. Das Gegenstromprinzip ist in vielen Bereichen der Biologie zu finden (zB Gasaustausch in einer Fischkieme, Wärmeaustausch zwischen Blut und Gewebe). Auch in der Technik ist das Konzept verbreitet, zB bei Wärmetauschern in Kraftwerken. Abb. 7: Exkretion im Nephron. Der Weg des Harns von der Bowmankapsel (a) zum Sammelrohr (e) ist durch Pfeile dargestellt. Im vorderen und hinteren Tubulus (b und c) erfolgt ein Stoffaustausch zwischen Harn und Blut, zB wird Glukose aus dem Harn zurückgewonnen. Der absteigende Ast der Henleschleife (d) ist für H2O, nicht aber für NaCl durchlässig. Das führt zu einer hohen Konzentration an der Kehre der Schleife. Der aufsteigende Ast hingegen ist für NaCl, aber nicht für H2O durchlässig. Im absteigenden Ast der Henleschleife (d) und im Sammelrohr (e) wird v. a. H2O zurückgewonnen, im aufsteigenden Ast v. a. NaCl (passiv und aktiv). Dadurch wird die Konzentration des Harns gesteuert. Die Zahlenwerte geben die Konzentration von Salzen und anderen osmotisch wirksamen Stoffen im Blut, in der Gewebeflüssigkeit und im Harn an. Die Osmolarität der Gewebeflüssigkeit und des Blutes liegt bei ca. 300, dies entspricht einer physiologischen Kochsalzlösung. 1200 1200 300 300 100 100 400 600 400 600 900 200 400 700 300 300 Rinde Bowmankapsel mit Glomerulus vorderer Tubulus hinterer Tubulus Glukose Osmolarität der Gewebeflüssigkeit Mark Sammelrohr Henleschleife H2O, Salze, Harnstoff H2O H2O H2O H2O H2O H2O Harnstoff passiv aktiv NaCl NaCl NaCl NaCl H2O NaCl 300 400 600 900 1200 undurchlässig für H2O Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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