De werking van nieren

De nieren zijn de belangrijkste excretie-organen. Het doel van de nieren is, in samenwerking met de andere excretie-organen (longen, huid, lever en zweetklieren), een belangrijke bijdrage te leveren aan de homeostase: het constant houden van het inwendige milieu. De nieren hebben daarbij de volgende functies:

• Regeling van de waterhuishouding
• Regeling van de mineraalhuishouding
• Regeling van de zuurgraad (pH)
• Uitscheiding van stofwisselingsproducten (o.a. ureum en urinezuur)
• Uitscheiding van lichaamsvreemde stoffen (o.a. medicijnen)

De door de nieren gevormde urine wordt door de urineleiders (urethers) naar de blaas vervoerd. Van hieruit wordt de urine door de urinebuis (urethra) naar buiten afgevoerd.

De nieren liggen retroperitoneaal in de lendenstreek waarbij de rechternier lager ligt dan de linkernier. Iedere nier ligt kortgesloten tussen de aorta en de anterior vena cava door middel van enerzijds de arteria renalis en anderzijds de vena renalis. Door deze gunstige ligging wordt bereikt dat de totale bloeddoorstroming per etmaal in beide nieren samen ongeveer 1700 liter bedraagt (ongeveer 1,2 lt/min), waardoor de nieren hun filterwerking optimaal kunnen vervullen.
De nieren zijn in staat om zeer geconcentreerde urine te produceren, soms is de urine erg verdund. Door dit concentrerend en verdunnend vermogen zijn de nieren in staat de osmotische waarde van het inwendige milieu constant te houden.

Anatomie van de nieren

Macroscopische bouw van een nier

De nieren hebben een lengte van ongeveer 12 cm, zijn ongeveer 7 cm breed en 3 cm dik. Het gewicht van iedere nier bedraagt ongeveer 150 gram. De buitenkant van de nier bestaat uit een glad bruin kapsel.

Bij een doorsnede van buiten naar binnen zien we:

• De nierschors (cortex); deze vrij smalle laag heeft een gespikkeld uiterlijk door de talrijke nierlichaampjes (lichaampjes van Malpighi).
• Het niermerg (medulla); dit gedeelte heeft een streperig aspect door met name de talrijke lissen van Henle en de verzamelbuizen. Het niermerg bestaat uit een aantal (10 tot 20) piramiden, die met hun papillen (waarop de verzamelbuizen uitmonden) uitsteken in de kelken (calices) van het nierbekken. Tussen de piramiden liggen gebieden die aanvankelijk tot de nierschors behoorden.
• Het nierbekken (pyelum = pelvis renalis); Deze holte is opgebouwd uit een aantal nierkelken. De urine wordt vanuit het nierbekken door de ureter naar de urineblaas vervoerd.

 

Microscopische bouw van een nier

Iedere nier blijkt te zijn opgebouwd uit ongeveer 1 miljoen microscopische eenheden: nefronen. Een nefron is opgebouwd uit de volgende onderdelen:

• Kapsel van Bowman (nierkapseltje), gelegen in de schorslaag. Het is een dubbelwandig zakje dat is opgebouwd uit plaveiselepitheel. In ieder kapsel bevindt zich een kluwen van haarvaten: de glomerulus, die bestaat uit een groot aantal lusvormige arteriële capillairen van het vas afferens (aanvoerend vat). Het vas afferensis een arteriole van de arteria renalis. De arteriole die het bloed uit het kapsel afvoert wordt de vas efferens (afvoerend vat) genoemd. Het kapsel van Bowman vormt met de glomerulus een functionele eenheid. Het geheel wordt nierlichaampje (lichaampje van Malpighi) genoemd. Diameter ervan bedraagt ongeveer 0,2 mm.
• Proximale tubulus (gekronkeld kanaaltje van de eerste orde = tubulus contortus I); dit gekronkeld gedeelte ligt in de nierschors.
• Lis van Henle; dit haarspeldvormige deel van het nefron ligt geheel of grotendeels in het niermerg.
• Distale tubulus (gekronkeld kanaaltje van de tweede orde = tubulus contortus II), gelegen in de nierschors.
• Verzamelbuis (ductus colligens), gelegen in het niermerg.

Dit laatste deel van een nefron verzamelt de urine van een aantal nefronen en voert de urine af naar de nierpapillen waarna de urine via de nierkelken in het nierbekken terechtkomt. Opgemerkt dient te worden dat een verzamelbuis niet alleen urine verzamelt maar ook een belangrijke rol speelt wat betreft de samenstelling en vooral de hoeveelheid urine die uiteindelijk wordt gevormd.

In principe bestaat een nefron dus uit een nierlichaampje en een sterk variërend tubulussysteem. Een nefron heeft een lengte van ongeveer 6 cm zodat de totale lengte van alle nefronen in beide nieren samen ongeveer 120 km bedraagt.

Werking van de nieren

De nier vervult een aantal functies met het oog op homeostase. Om al deze functies te kunnen vervullen vinden er in ieder nefron achtereenvolgens de volgende processen plaats:

• Ultrafiltratie
• Terugresorptie
• Excretie

Het proces van ultrafiltratie vindt plaats in het nierlichaampje waarbij het ultrafiltraat in het kapsel van Bowman komt. De terugresorptie- en excretieprocessen vinden plaats in de rest van het nefron onder invloed van een aantal hormonen.
Per etmaal wordt er in totaal 180 liter ultrafiltraat gevormd. Daar de urineproductie slechts ongeveer 1,5 liter bedraagt zal er dus ongeveer 179,5 liter moeten worden teruggeresorbeerd (ongeveer 99%). De terugresorptie is als volgt over het nefron verdeeld: ongeveer 80% in de proximale tubulus, slechts ongeveer 6% in de lis van Henle en ongeveer 14% in de distale tubulus en de verzamelbuis. De nieren staan dus voor een geweldige opgave om uit 1700 liter bloed via 180 liter ultrafiltraat slechts 1,5 liter geconcentreerde urine te produceren. Het verlies aan water wordt hierdoor tot een minimum beperkt.

Ultrafiltratie

Tijdens het proces van de ultrafiltratie worden water en kleinmoleculaire stoffen vanuit het bloed in de glomerulus gefiltreerd naar de kapselruimte in het kapsel van Bowman. Deze vloeistof wordt ultrafiltraat (primaire urine, voorurine, pro-urine) genoemd. De samenstelling van het ultrafiltraat is vrijwel gelijk aan de samenstelling van het bloedplasma met uitzondering van de eiwitten (colloïden) die het “filter” niet kunnen passeren op grond van hun grote moleculen.
De drijvende kracht voor de ultrafiltratie is de bloeddruk die in de capillairen van de glomerulus ongeveer 46 mm Hg bedraagt. Deze uitdrijvende kracht wordt tegengewerkt door twee krachten, namelijk de COD (colloïd-osmotische druk) en de kapseldruk.. De COD wordt veroorzaakt door de plasma-eiwitten en bedraagt ongeveer 25 mm Hg. De kapseldruk, ongeveer 11 mm Hg, wordt veroorzaakt door de druk van de vloeistof in het kapsel van Bowman. De netto filtratiedruk bedraagt dus 46 – (25 + 11) = 10 mm Hg.

De hoeveelheid ultrafiltraat bedraagt per minuut ongeveer 125 ml. De bloeddoorstroming in de nieren bedraagt ongeveer 1,2 liter/minuut, met andere woorden ongeveer 650 ml bloedplasma per minuut (55% van het bloed is plasma). Dit betekent dus dat ongeveer 20% van het bloedplasma (125/650) als ultrafiltraat de bloedbaan verlaat. De totale hoeveelheid ultrafiltraat bedraagt dus per etmaal 24 uur * 60 min * 125 ml = 180 liter ultrafiltraat.

Terugresorptie en excretie

Zoals reeds vermeld bedraagt de totale terugresorptie in de rest van het nefron ongeveer 99% van het ultrafiltraat. De energie voor de ultrafiltratie wordt geleverd door de bloeddruk en dus door het hart. Het ultrafiltratieproces kost dus ter plaatse geen energie (het vas afferens is nog zuurstofrijk). De terugresorptie is evenals de excretie een selectief proces, dus een actief proces waarvoor zuurstof nodig is.
Nuttige stoffen gaan volledig (glucose) of gedeeltelijk terug naar het bloed, terwijl schadelijke en overtollige stoffen in de urine achterblijven. In de proximale tubulus wordt ongeveer 80% teruggeresorbeerd (ong. 145 lt.). Hierbij wordt glucose volledig teruggeresorbeerd terwijl onder andere Na+ - ionen gedeeltelijk worden teruggeresorbeerd.
Wanneer de glucoseconcentratie in het bloed erg hoog is (bij DM) zal het ultrafiltraat eveneens veel glucose bevatten. De proximale tubulus is dan niet in staat om alle glucose terug te resorberen. Een gedeelte van de glucose zal dan met de urine het lichaam verlaten (glucosurie).
In de lis van Henle vindt betrekkelijk weinig terugresorptie plaats, er is echter een zodanig uitwisseling van ionen en water dat de osmotische waarde van de vloeistof in het niermerg in de richting van het buigpunt van de lis van Henle toeneemt. Bij het buigpunt is de vloeistof dus sterk hypertoon. Als gevolg daarvan wordt er vervolgens vanuit de verzamelbuis veel water teruggeresorbeerd zodat de productie van urine gepaard gaat met een gering verlies aan water.
De terugresorptie en excretie in de distale tubulus en verzamelbuis worden geregeld door drie hormonen: aldosteron, ADH en PTH.

• Aldosteron, afkomstig uit de bijnierschors, regelt de Na+ - en K+ -uitscheiding. Het stimuleert de terugresorptie van natrium (natriumretentie) en het bevordert de kaliumuitscheiding (kaliumdepletie). Bij een teveel aan aldosteron zal het kaliumgehalte in het bloed dus dalen, terwijl er bij een hypofunctie van de bijnierschors veel natriumionen en dus ook veel chloorionen en water met de urine wordt uitgescheiden (uitdroging). Het kaliumgehalte in het bloed zal dan toenemen. Het hormoon heeft dus indirect ook invloed op de bloeddruk (RAA-Systeem).
• ADH (antidiuretisch hormoon) speelt een zeer belangrijke rol bij de terugresorptie van water in de distale tubulus en de verzamelbuis. Er dient in totaal in dit gebied per etmaal nog 14% van het ultrafiltraat te worden teruggeresorbeerd, dat wil zeggen ongeveer 25 liter. De werking van ADH bestaat hierin dat het de permeabiliteit voor water in de distale tubulus en de verzamelbuis verhoogt. Zo zal er bij een verhoogde productie van ADH meer water worden teruggeresorbeerd. Dit zal vooral plaatsvinden vanuit de verzamelbuis omdat de vloeistof bij het buigpunt van de lis van Henle sterk hypertoon is. De productie van ADH wordt geregeld vanuit osmoreceptoren (osmosensoren) die zich bevinden in de hypothalamus. Wanneer de osmotische waarde van het bloed verhoogd is (bijv. door te veel zoutopname of vochtverlies) zullend e osmoreceptoren hierop reageren met toename van ADH-productie als gevolg. Het hormoon ADH wordt opgeslagen in de hypofyseachterkwab (neurohypofyse) en zal van hieruit in versterkte mate worden afgegeven als de osmotische waarde van het bloed verhoogd is. Wanneer er te weinig ADH wordt geproduceerd is er sprake van diabetes insipidus (diabetes = doorloop, insipidus = smaakloos). De diurese bij dergelijke patiënten kan 7 tot 11 liter per etmaal bedragen (polyurie).
• PTH (parathyroïd hormoon = parathormoon) wordt geproduceerd in de bijschildkliertjes (parathyroidea). Dit hormoon verhoogt het calciumgehaalte van het bloed onder andere door bevordering van mobilisatie van calcium vanuit de botten naar het bloed en door de bevordering van de calciumresorptie in de darmen in samenwerking met vitamine D. In de nieren bevordert PTH de terugresorptie van calcium en magnesiumionen, terwijl ten aanzien van fosfaationene de excretie wordt gestimuleerd.

Overige nierfuncties

De nieren zorgen niet alleen voor de productie van urine maar zijn ook betrokken bij andere processen zoals de bloeddrukregeling, de vorming van erytrocyten (erytropoëse) en de vitamine D-stofwisseling.

Regeling van de bloeddruk.
De nieren beschikken over een mechanisme om de bloeddruk te regelen. Dit gebeurt door de juxtaglomerulaire cellen die zich in de wand van het vas afferens vlak bij de glomerulus bevinden. Deze cellen, die in feite veranderede gladde spiercellen blijken te zijn, zorgen voor de productie van renine. Wanneer om welke reden dan ook de arteriële bloeddruk verlaagd is, zullen de juxtaglomerulaire cellen meer renine gaan produceren. Dit hormoon dat een soort enzymwerking blijkt te bezitten zet het plasma-eiwit angiotensinogeen (inactief) om tot het actieve angiotensine. Deze stof kan op twee manieren de bloeddruk verhogen, namelijk door vasoconstrictie van de arteriolen en doorde productie van het hormoon aldosteron in de bijnierschors te stimuleren. De verhoogde productie van aldosteron bevordert de terugresorptie van natriumionen (en dus van chloorionen) in de distale tubulus en de verzamelbuis. Hierdoor zal ook extra water worden teruggeresorbeerd, waardoor de vaatvulling en dus de bloeddruk zal stijgen. Omgekeerd zal een verhoging van de bloeddruk leiden tot verminderde productie van renine (feedbackmechanisme). Renine-Angiotensine-Aldosteron-Systeem.

Erytropoëse.
Wanneer het zuurstofgehalte van het circulerende bloed afneemt produceren de nieren een stof die inwerkt op een plasma-eiwit, waardoor het hormoon erytropoïne (EPO) ontstaat. Dit hormoon stimuleert in het rode beenmerg de productie van erytrocyten. Door dit mechanisme wordt onder ander verklaard hoe langdurig verblijf op grote hoogte een toename van het aantal erytrocyten teweegbrengt.

Vitamine D-stofwisseling.
Sinds een aantal jaren is bekend dat de nieren ook betrokken zijn bij de stofwisseling van vitamine D. Deze invloed wordt uitgeoefend door het vitamine D, dat met het voedsel is opgenomen of dat onder invloed van UV-licht in de huid is ontstaan, in een actieve vorm om te zetten.

Urine
De samenstelling van urine wisselt sterk doordat de nieren er juist voor moeten zorgen dat de samenstelling van het bloed constant blijft. Bij urine-onderzoek gaat men daarom meestal uit van een hoeveelheid die gedurende een etmaal is verzameld (24-uurs urine).
De hoeveelheid urine bedraagt gemiddeld ongeveer 1,5 liter per etmaal. Als normale bestanddelen kunnen we in de urine aantreffen:

• Water (ongeveer 95%)
• Zouten (met name NaCl)
• Ureum, dat in de lever is gevormd bij de afbraak van overtollige aminozuren.
• Urinezuur; dit is een afbraakproduct van kerneiwitten (nucleoproteïnen)
• Creatinine; is afkomstig van creatinine uit spierweefsel
• Urobiline; een gele kleurstof die in geringe hoeveelheden in de urine voorkomt.
• Vitaminen; bijvoorbeeld vitamine C dat te veel is opgenomen met voedsel.
• Hormonen; gonadotrope hormonen in het begin van de zwangerschap.
• Vormelementen; het zijn de afgestoten cellen van het slijmvlies van het nierbekken, de urinewegen en de uitwendige geslachtsorganen. Door de urine te centrifugeren kan men deze vormelementen, alsmede de talrijke zoutkristallen, microscopisch onderzoeken in het sediment.