Allgemeine Charakteristik der Regulation des Wasser- und Elektrolythaushalts
Die Aufrechterhaltung der Wasser- und Elektrolyt-Homöostase wird durch das koordinierte Zusammenspiel mehrerer Hormone und eines integrativen Systems gewährleistet: des antidiuretischen Hormons (ADH), des Aldosterons, des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems (RAAS) und des atrialen natriuretischen펩tids (ANP). Das Haupt-Effektororgan sind die Nieren, wobei die Schlüsselzone der Regulation die distalen Tubuli und Sammelrohre sind, in denen die fakultative Rückresorption von Wasser und Natrium stattfindet.
Antidiuretisches Hormon (Vasopressin)
ADH ist ein Peptid aus 9 Aminosäuren mit einer Disulfidbindung. Es wird in Neuronen des vorderen Hypothalamus synthetisiert, über Axone im Komplex mit dem Trägerprotein Neurophysin zum Hypophysenhinterlappen transportiert und von dort ins Blut sekretiert. Der Hauptstimulus für die Sekretion ist ein Anstieg der Natriumkonzentration und der Osmolarität der extrazellulären Flüssigkeit.
ADH hat zwei Rezeptortypen:
- V1-Rezeptoren – befinden sich in der glatten Gefäßmuskulatur; ihre Aktivierung bewirkt Vasokonstriktion (daher der zweite Name des Hormons: Vasopressin).
- V2-Rezeptoren – sind in den Zellen der Sammelrohre lokalisiert und für den Wasserhaushalt verantwortlich.
Die Aktivierung von V2 erfolgt über das Adenylatzyklasesystem: Ein Anstieg der cAMP-Konzentration aktiviert Proteinkinase A, die eine Phosphorylierungskaskade und die Induktion von Transkriptionsfaktoren zur Synthese von Aquaporin-2 (AQP2) in Gang setzt. AQP2 wird in die apikale Membran der Zellen eingebaut und ermöglicht die Wasserrückresorption. Fehlt ADH, findet in diesem Segment keine Wasserrückresorption statt, was der Differentialdiagnostik von Diabetes mellitus und Diabetes insipidus zugrunde liegt.
Aldosteron
Aldosteron – ein Steroidhormon, das in den Zellen der Zona glomerulosa der Nebennierenrinde aus Cholesterin synthetisiert wird. Stimuli für die Synthese sind ein Abfall der Natriumkonzentration in der extrazellulären Flüssigkeit, ein Anstieg der Kaliumkonzentration und die Aktivierung des RAAS.
Die Wirkungen von Aldosteron auf Zielzellen werden durch Induktion der Synthese von drei Proteingruppen vermittelt:
- Komponenten der Natriumkanäle (ENaC) der apikalen Membran – für den Eintritt von Na⁺ in die Zelle.
- Enzyme des Citratzyklus (TCA) – zur Erhöhung der ATP-Produktion.
- Untereinheiten der Na⁺/K⁺-ATPase der basolateralen Membran – für den aktiven Transport von Na⁺ aus der Zelle ins Blut und von K⁺ in die Zelle hinein.
Der Gesamteffekt ist die Rückhaltung von NaCl im Körper (Chloride folgen Natrium entlang des elektrochemischen Gradienten) und die Kaliumausscheidung.
Renin-Angiotensin-Aldosteron-System
Das RAAS wird bei sinkendem Perfusionsdruck in der Niere aktiviert: Blutverlust, Dehydration, Nierenarterienstenose, Nephrosklerose. Der Druckabfall in der afferenten Glomerulusarteriole stimuliert die Sekretion von Renin durch juxtaglomeruläre Zellen.
- Renin – ein proteolytisches Enzym, das Angiotensinogen (ein in der Leber synthetisiertes Protein) unter Bildung von Angiotensin I (10 Aminosäuren) spaltet.
- Angiotensin-Converting-Enzym (ACE) – eine Carboxydipeptidylpeptidase, die dadurch einzigartig ist, dass sie zwei Aminosäuren vom C-Terminus abspaltet. Als Ergebnis entsteht Angiotensin II (8 Aminosäuren).
Wirkungen von Angiotensin II:
- Starke Vasokonstriktion über das Inositolphosphatsystem und Erhöhung der intrazellulären Ca²⁺-Konzentration – Anstieg des Blutdrucks.
- Stimulation der Aldosteron-Sekretion in der Zona glomerulosa der Nebennierenrinde – Natrium- und Wasserretention.
- Vermittelte Stimulation der ADH-Sekretion über einen Anstieg der Osmolarität – Wasserretention.
- Auslösung des Durstgefühls – Erhöhung der Wasserzufuhr und des zirkulierenden Blutvolumens.
Klinische Situationen einer RAAS-Aktivierung: heftiges Erbrechen, Durchfall, profuses Schwitzen, Blutverlust – alle Zustände, die eine Wiederherstellung des zirkulierenden Blutvolumens erfordern.
Atriales natriuretisches Peptid
ANP wird von Kardiomyozyten der Vorhöfe als Reaktion auf deren Dehnung bei erhöhtem Blutdruck und zirkulierendem Blutvolumen produziert. Es ist ein funktionaler Antagonist des RAAS.
Hauptwirkungen:
- Inhibition der Renin-Sekretion – Blockade der Bildung von Angiotensin I und II.
- Unterdrückung der Aldosteron-Synthese – Verminderung der Natriumrückresorption.
- Inhibition der ADH-Sekretion – Verminderung der Wasserrückresorption.
- Direkte krampflösende (vasodilatatorische) Wirkung auf die Gefäßwände.
Das Gesamtergebnis ist eine Verringerung des zirkulierenden Blutvolumens und des Blutdrucks.
Schlüsselpunkte
- ADH wird im Hypothalamus synthetisiert, von der Neurohypophyse sekretiert und verstärkt über V2-Rezeptoren und Aquaporin-2 die Wasserrückresorption in den Sammelrohren.
- V1-Rezeptoren von ADH vermitteln die Vasokonstriktion, was den zweiten Namen des Hormons – Vasopressin – erklärt.
- Aldosteron – ein Mineralokortikoid der Zona glomerulosa der Nebennierenrinde, induziert die Synthese von ENaC, TCA-Enzymen und der Na⁺/K⁺-ATPase, wodurch NaCl zurückgehalten und K⁺ ausgeschieden wird.
- Trigger des RAAS ist ein Abfall des renalen Perfusionsdrucks; Renin setzt die proteolytische Kaskade von Angiotensinogen in Gang.
- ACE – eine Carboxydipeptidylpeptidase, die Angiotensin I in aktives Angiotensin II umwandelt.
- Angiotensin II verursacht Vasokonstriktion, stimuliert Aldosteron, ADH und das Durstgefühl, wodurch der Blutdruck steigt.
- ANP – ein RAAS-Antagonist: hemmt Renin, Aldosteron, ADH und erweitert die Blutgefäße, wodurch der Blutdruck sinkt.
- Ein Ungleichgewicht zwischen RAAS und ANP liegt Störungen des Wasser- und Elektrolythaushalts sowie der arteriellen Hypertonie zugrunde.