Renale Osmolyte

Die Zellen des Nierenmarkes sind extremen Umgebungsbedingungen ausgesetzt: In Antidiurese werden durch das Gegenstromsystem des Nierenmarkes hohe interstitielle NaCl- und Harnstoffkonzentrationen als Voraussetzung für die Bildung eines konzentrierten Urins erzeugt (Sone M, Am J Physiol 1993; 264:F722-F729). Infolgedessen finden sich in Nierenpapillen interstitielle Osmolaritäten, die beim Menschen mehr als das Vierfache der Plasmaosmolarität betragen und bei vielen Säugetieren noch weit höher sein können.

Da Harnstoff Zellmembranen in aller Regel rasch durchdringt, stellen hohe interstitielle Harnstoffkonzentrationen keine wesentliche osmoregulatorische Herausforderung für die Nierenmarks­zellen dar. Dies gilt nicht für NaCl, da die intrazelluläre Konzentration dieser Ionen durch die Tätigkeit der Na+/K+-ATPase auf einem weit niedrigeren Niveau als die extrazelluläre gehalten wird. Ein weiterer Grund dafür, dass monovalente anorganische Elektrolyte, also vor allem Na+, Cl- und K+, nicht geeignet sind, osmotisches Gleichgewicht mit dem hypertonen Interstitium herzustellen, besteht darin, dass hohe intrazelluläre Konzentrationen dieser Elektrolyte die Zellfunktion erheblich beeinträchtigen (Somero GN, Handbook of Physiology. Section 14: Cell Physiology 1997;441-484). Die Zellen des Nierenmarkes verwenden zur Osmoadaptation stattdessen hauptsächlich kleinmolekulare, organische Substanzen („or­ganische Osmolyte“) (Neuhofer W, Annu Rev Physiol 2005; 67:531-555, Burg MB, Physiol Rev 2007; 87:1441-1474). Die quantitativ wichtigsten dieser organischen Osmolyte sind die beiden Trimethylaminverbindungen Glycerophosphorylcholin (GPC) und Betain sowie die beiden Polyalkohole Sorbitol und myo-Inositol. Diese organischen Osmolyte sind „metabolisch neutral“, d. h., sie haben selbst in hohen Konzentrationen keine gravierenden Auswirkungen auf die Zellfunktion (Somero GN, Handbook of Physiology. Section 14: Cell Physiology 1997; 441-484).