Glucoseresorption, Nierenschwelle und Clearance
Wie die Niere Glucose filtriert und vollständig zurückholt, wann Glucose im Harn erscheint und wie die Clearance von Glucose und Inulin zu verstehen ist.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Niere filtriert Glucose frei im Glomerulus und resorbiert sie vorwiegend im proximalen Tubulus zurück, ohne sie zu sezernieren.
- Die luminale Aufnahme über SGLT ist sekundär aktiv und nutzt den \(\ce{Na+}\)-Gradienten der basolateralen \(\ce{Na+}\)/\(\ce{K+}\)-ATPase.
- Oberhalb der Nierenschwelle (ca. 180 mg/dL) ist die Transportkapazität überschritten, es kommt zur Glucosurie, typisch bei Insulinmangel mit Hyperglykämie.
- Die Clearance ist \(C = U \cdot \dot{V} / P\); für Glucose beträgt sie beim Gesunden etwa 0 ml/min.
- Inulin wird filtriert, aber nicht resorbiert, seine Clearance entspricht der GFR.
Worum es geht
Die Niere filtriert täglich große Mengen Glucose und holt sie fast vollständig zurück. Wie gut das gelingt, zeigt die Clearance. Sie ist zugleich das Werkzeug, mit dem man die Nierenfunktion misst und Arzneistoffdosen anpasst.
Renale Handhabung der Glucose
Glucose ist klein und passiert den Filter im Glomerulus frei. Ihre Konzentration im Primärharn entspricht daher der im Plasma, die Menge folgt der glomerulären Filtrationsrate.
Die Rückresorption findet vorwiegend im proximalen Tubulus statt, anders als bei Wasser also nicht im Sammelrohr. Eine tubuläre Sekretion von Glucose gibt es nicht. Beim Gesunden enthält der Endharn deshalb keine oder nur Spuren von Glucose.
Mechanismus der Aufnahme
Glucose ist polar. Durch die Lipidschicht des Plasmalemmas diffundiert sie nicht schnell genug. Sie braucht Transporter.
An der luminalen Membran nimmt der SGLT Glucose zusammen mit \(\ce{Na+}\) auf. Dieser Symport ist sekundär aktiv. Die Energie liefert der \(\ce{Na+}\)-Gradient, den die basolaterale \(\ce{Na+}\)/\(\ce{K+}\)-ATPase aufbaut. Natrium fließt also bergab und zieht Glucose bergauf mit. Basolateral verlässt die Glucose die Zelle passiv über GLUT2 ins Blut.
Nierenschwelle und Glucosurie
Die Zahl der SGLT-Transporter ist begrenzt. Ihre maximale Leistung heißt Transportkapazität (\(T_m\)), für Glucose etwa 375 mg/min. Die Nierenschwelle ist die Plasmakonzentration, ab der die filtrierte Menge diese Kapazität übersteigt. Für Glucose liegt sie bei rund 180 mg/dL.
Darüber bleibt Glucose im Tubulus und erscheint im Harn. Das ist die Glucosurie. Typische Ursache ist eine Hyperglykämie bei Insulinmangel, etwa im Diabetes mellitus (Regulation siehe Inselzellen). Die Schwelle beschreibt also eine gesättigte Resorption. Mit Sekretion ins Ultrafiltrat hat sie nichts zu tun.
Clearance
Die renale Clearance gibt an, wie viel Plasmavolumen pro Minute vollständig von einem Stoff befreit wird. Man kann sie sich als virtuell „geputztes“ Plasma vorstellen.
\[C_x = \frac{U_x \cdot \dot{V}}{P_x}\]
\(C_x\) Clearance (ml/min), \(U_x\) Harnkonzentration, \(P_x\) Plasmakonzentration, \(\dot{V}\) Harnzeitvolumen (ml/min).
Beim Gesunden beträgt die Glucose-Clearance etwa 0 ml/min, weil alle filtrierte Glucose rückresorbiert wird.
Inulin wird glomerulär filtriert, aber tubulär nicht rückresorbiert, auch nicht im proximalen Tubulus. Sezerniert wird es ebenfalls nicht. Seine Clearance entspricht daher der GFR. Beispiel: \(U\) = 12 mg/ml, \(\dot{V}\) = 1 ml/min, \(P\) = 0,1 mg/ml ergibt \(C\) = 120 ml/min. Ein zusätzlich sezernierter Stoff erreicht dagegen Werte über der GFR.
Quiz
Aussage 1
Die Glucoseaufnahme aus dem Tubuluslumen ist sekundär aktiv und bezieht ihre Energie aus dem \(\ce{Na+}\)-Gradienten der basolateralen \(\ce{Na+}\)/\(\ce{K+}\)-ATPase.
Der SGLT koppelt die Glucoseaufnahme an den Natriumeinstrom, den die Pumpe auf der Blutseite aufrechterhält.
Aussage 2
Glucose wird überwiegend im Sammelrohr rückresorbiert.
Die Glucoserückresorption erfolgt vorwiegend im proximalen Tubulus.
Aussage 3
Beim Gesunden entspricht die renale Glucose-Clearance ungefähr der GFR.
Sie liegt bei etwa 0 ml/min, weil alle filtrierte Glucose rückresorbiert wird. Der GFR entspricht die Inulin-Clearance.
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