Adiuretin: Rezeptor, Aquaporine und Harnkonzentrierung
Wie das Peptidhormon Adiuretin über den V2-Rezeptor Aquaporin-2 in die Sammelrohrzellen einbaut, den Harn konzentriert und über das Blutvolumen gesteuert wird.
Das Wichtigste in Kürze
- Adiuretin (ADH, Vasopressin) ist ein Peptidhormon, das in der Niere die Wasserrückresorption im Sammelrohr steuert.
- ADH bindet an den V2-Rezeptor in der basolateralen Membran, anders als Aldosteron, das einen intrazellulären Rezeptor nutzt.
- Über cAMP und Proteinkinase A baut die Hauptzelle Aquaporin-2 in die luminale Membran ein; Wasser verlässt die Zelle über AQP3 und AQP4.
- ADH fördert die Harnkonzentrierung, hemmt die Wasserdiurese und steigert das Blutvolumen; die Natriumrückresorption steuert vor allem Aldosteron.
- ADH-Mangel (Diabetes insipidus) führt zu großen Mengen verdünnten Urins.
- Hypervolämie hemmt über Vorhofdehnung (Gauer-Henry-Reflex) die ADH-Freisetzung; über V1-Rezeptoren kann ADH Gefäße verengen.
Worum es geht
Adiuretin entscheidet, wie viel Wasser die Niere im letzten Abschnitt des Nephrons noch zurückholt. Damit bestimmt es, ob der Harn reichlich und verdünnt oder knapp und konzentriert ausfällt. Für die Pharmazie ist das die Grundlage, um Desmopressin oder einen Diabetes insipidus zu verstehen.
Natur und Rezeptor
Adiuretin (antidiuretisches Hormon, ADH) ist dasselbe Molekül wie Vasopressin. Es ist ein Peptidhormon aus neun Aminosäuren. Gebildet wird es im Hypothalamus, freigesetzt aus der Neurohypophyse. Dieser Weg steht unter hypothalamische Steuerhormone.
Als Peptid ist ADH hydrophil. Es kann die Lipidmembran nicht durchqueren und braucht einen Membranrezeptor auf der Zelloberfläche. Die Grundlagen dazu findest du bei den Rezeptortypen von Hormonen. An der Niere ist das der V2-Rezeptor. Er sitzt in der basolateralen Membran der Sammelrohrzellen, also auf der Blutseite. Das ist logisch, denn ADH erreicht die Zelle mit dem Blut, nicht mit dem Harn.
Aldosteron wirkt an denselben Zellen. Deshalb lohnt der direkte Vergleich der beiden Hormone:
- Peptidhormon (Nonapeptid)
- Membranrezeptor V2, basolateral
- Signal über cAMP, wirkt in Minuten
- Hauptwirkung: Wasserrückresorption
- Steroidhormon, Mineralocorticoid
- intrazellulärer Rezeptor, wirkt im Zellkern
- verändert die Genexpression, wirkt in Stunden
- Hauptwirkung: Natriumrückresorption
Die Wirkungen von Aldosteron erklärt die Einheit Aldosteron und RAAS.
Der Name Vasopressin verrät eine zweite Wirkung. Über V1-Rezeptoren an glatten Gefäßmuskelzellen kann ADH eine Vasokonstriktion auslösen. Sie tritt vor allem bei hohen Spiegeln hervor, etwa nach starkem Blutverlust. Bei normalen Konzentrationen überwiegt die Wirkung an der Niere.
Aquaporineinbau im Sammelrohr
ADH wirkt auf die Hauptzellen des Sammelrohrs. Dazu kommen die Hauptzellen im spätdistalen Tubulus und im Verbindungstubulus. Ohne ADH ist deren luminale Membran nahezu wasserdicht. Wie durchlässig die übrigen Tubulusabschnitte sind, beschreibt die tubuläre Rückresorption.
Aquaporin-2 (AQP2) ist ein Wasserkanal, den die Hauptzelle in Vesikeln auf Vorrat hält. ADH holt diese Kanäle an die Oberfläche. Man kann sich die Vesikel wie geschlossene Fenster vorstellen, die das Hormon öffnet:
- Bindung: ADH bindet an den V2-Rezeptor der basolateralen Membran.
- Signal: Das \(G_s\)-Protein aktiviert die Adenylylcyclase, sie bildet cAMP aus ATP.
- Kinase: cAMP aktiviert die Proteinkinase A, die AQP2 phosphoryliert.
- Einbau: Die AQP2-Vesikel verschmelzen mit der luminalen (apikalen) Membran.
- Wasserfluss: Wasser strömt aus dem Lumen durch AQP2 in die Zelle und verlässt sie basolateral über AQP3 und AQP4 ins Interstitium.
Sinkt der ADH-Spiegel, holt die Zelle AQP2 per Endozytose wieder zurück. Die Membran wird erneut dicht. So reguliert ADH die Wasserpermeabilität des Sammelrohrs direkt und innerhalb von Minuten. Der Effekt ist eine gesteigerte tubuläre Wasserrückresorption.
ADH verschiebt dabei Wasser, nicht Salz. Die Natriumrückresorption im Sammelrohr steuert vor allem Aldosteron. Auch das Adenosin hat hier keine Aufgabe. Es wirkt in der Niere bei der tubuloglomerulären Rückkopplung am Vas afferens, nicht an den Wasserkanälen.
Wird im Examen gerne gefragt: ADH bindet basolateral am V2-Rezeptor, AQP2 wird aber luminal eingebaut. Achte darauf, Rezeptorseite und Einbauseite nicht zu vertauschen.
Harnkonzentrierung und Freisetzung
Das Sammelrohr zieht durch das Nierenmark. Dessen Interstitium ist durch das Gegenstromprinzip stark hyperosmolar. Sind AQP2-Kanäle eingebaut, folgt Wasser diesem Gradienten aus dem Lumen ins Mark. Zurück bleibt ein kleines Volumen konzentrierten Harns. Diese Harnkonzentrierung erreicht beim Menschen bis etwa 1200 mosmol/kg, rund das Vierfache des Plasmas mit etwa 290 mosmol/kg.
Das zurückgewonnene Wasser gelangt ins Blut. ADH steigert damit das Blutvolumen. Zugleich hemmt es die Wasserdiurese.
Ausscheidung großer Mengen hypotonen Harns, weil wenig ADH wirkt und das Sammelrohr wasserundurchlässig bleibt. Typisch ist sie nach reichlichem Trinken oder nach Alkohol, der die ADH-Freisetzung hemmt.
Fehlt ADH ganz, wird die Wasserdiurese zum Dauerzustand. Der Diabetes insipidus zeigt das. Die Betroffenen scheiden große Mengen verdünnten Urins aus, oft weit über 10 L am Tag. Die Osmolalität liegt dabei unter 100 mosmol/kg. Starker Durst gleicht den Verlust aus. Beim zentralen Typ fehlt das Hormon, beim renalen Typ sprechen die Nieren nicht darauf an.
Viel ADH bedeutet wenig, konzentrierten Harn. Wenig ADH bedeutet viel, verdünnten Harn.
Die Freisetzung folgt zwei Reizen. Der empfindlichste ist ein Anstieg der Plasmaosmolalität, den Osmorezeptoren im Hypothalamus messen. Der zweite Reiz ist das Blutvolumen. Eine Hypervolämie dehnt die Herzvorhöfe. Dehnungsrezeptoren melden das über vagale Afferenzen an den Hypothalamus. Dort wird die ADH-Freisetzung gehemmt. Dieser Gauer-Henry-Reflex wird im Examen gerne gefragt: Mehr Volumen bedeutet weniger ADH, und umgekehrt steigert ein Volumenmangel die Freisetzung.
Der Regelkreis schließt sich so: Weniger ADH bedeutet weniger AQP2 in der luminalen Membran. Die Niere scheidet mehr Wasser aus, und das Volumen normalisiert sich. Ergänzend wirkt das atriale natriuretische Peptid, das ebenfalls auf Vorhofdehnung reagiert.
Desmopressin ist ein V2-selektives ADH-Analogon. Es wird beim zentralen Diabetes insipidus und bei nächtlichem Einnässen eingesetzt. Wegen der Wasserretention ist dabei auf eine Hyponatriämie zu achten.
Quiz
Aussage 1
Die Hauptwirkung von ADH im Sammelrohr ist eine gesteigerte Rückresorption von \(\ce{Na+}\).
ADH steigert die Rückresorption von Wasser. Die Natriumrückresorption im Sammelrohr wird vor allem durch Aldosteron gesteuert.
Aussage 2
Ein erhöhtes Blutvolumen steigert über die Dehnung der Herzvorhöfe die Freisetzung von ADH.
Hypervolämie hemmt über den Gauer-Henry-Reflex die ADH-Freisetzung. Ein Volumenmangel steigert sie.
Aussage 3
ADH lässt Aquaporin-2 in die basolaterale Membran der Hauptzellen einbauen.
Aquaporin-2 wird in die luminale (apikale) Membran eingebaut. Basolateral liegen AQP3 und AQP4 dauerhaft.
Aussage 4
Der Einbau von Aquaporin-2 wird über cAMP und die Proteinkinase A vermittelt.
Der V2-Rezeptor aktiviert über ein Gs-Protein die Adenylylcyclase; cAMP aktiviert die Proteinkinase A, die AQP2 phosphoryliert.
Aussage 5
Bei einem Mangel an ADH scheidet man große Mengen verdünnten Urins aus.
Ohne ADH bleibt das Sammelrohr wasserdicht, es entsteht eine dauerhafte Wasserdiurese wie beim Diabetes insipidus.
Aussage 6
Der V2-Rezeptor für ADH liegt in der zum Blut gerichteten Membran der Sammelrohrzellen.
Der V2-Rezeptor sitzt basolateral, weil ADH die Zelle über das Blut erreicht.
Aussage 7
Adiuretin ist ein Steroidhormon, das an einen Rezeptor im Zellkern der Sammelrohrzellen bindet.
Adiuretin ist ein Peptidhormon aus neun Aminosäuren und bindet an den membranständigen V2-Rezeptor. Einen nucleären Rezeptor nutzt Aldosteron.
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