Filtration und Rückresorption von Glukose in der Niere

Glukosetransporter in der Niere:

Glukose ist die Hauptenergiequelle in Eukaryonten und der Hauptbrennstoff, der die Energie für die regelmäßige Stoffwechselaktivität des Menschen liefert

• Als polares Molekül ist Glukose in der Plasmamembran nicht löslich und muss von Trägerproteinen, den so genannten Glukosetransportern, durch die Membran transportiert werden.
• Die Glukosetransporter werden in zwei Familien unterteilt:
• die Glukosetransporter mit erleichterter Diffusion (GLUTs)
• (SGLTs)
• Sowohl GLUTs als auch SGLTs gehören zu einer der 43 Familien von Solute-Carrier-Genen (SLC1-SLC43)
  
  
• Glukosetransporter spielen eine wesentliche Rolle bei der Aufrechterhaltung der Euglykämie, indem sie nicht nur die Glukoseaufnahme in allen Zelltypen bestimmen, sondern auch Glukose aus der Leber freisetzen, wenn der zirkulierende Glukosespiegel sinkt
  • Außerdem sind diese Transporter für die Aufnahme von Glukose aus der Nahrung im Darm und für die Rückresorption von Glukose aus dem glomerulären Filtrat in den Nieren verantwortlich.
    
    
• Der transepitheliale Glukosetransport in Zellen des Dünndarms, der proximalen Nierentubuli und der Speicheldrüsengänge erfolgt durch die koordinierte Wirkung von
  • SGLTs, die den Glukoseeinstrom durch die Luminalmembran ermöglichen,
  • und GLUTs, die den Glukose-Efflux durch die basolaterale Membran ermöglichen
    

Filtration und Rückresorption von Glukose in der Niere

• für einen gesunden Erwachsenen, Täglich werden etwa 180 g Glukose durch den Glomerulus gefiltert.
  • Unter normalen Umständen wird fast die gesamte Glukose rückresorbiert, weniger als 1 % wird mit dem Urin ausgeschieden.
    
    
  • Die Glukoserückresorption in den Tubuli ist ein mehrstufiger Prozess, an dem mehrere Transportmechanismen beteiligt sind
    • Glukose wird durch den Tubulus gefiltert und dann über die Tubulusepithelzellen durch die basolaterale Membran in die peritubuläre Kapillare transportiert. Unter optimalen Bedingungen, wenn die tubuläre Glukosebelastung etwa 120 mg/min oder weniger beträgt, kommt es zu keinem Glukoseverlust im Urin
      • Wenn die Glukosebelastung jedoch ca. 220 mg/min (Glukoseschwelle) übersteigt, beginnt Glukose im Urin zu erscheinen
        
        
    • Der Blutzuckerspiegel, der für eine solche tubuläre Belastung erforderlich ist, deckt beim Menschen eine Reihe von Werten ab. In einer Studie zu diesem Prozess wurde berichtet, dass die zum Überschreiten der tubulären Glukoseschwelle erforderliche Blutglukosekonzentration zwischen 130 und 300 mg/dl liegt (1)
      • Darüber hinaus wurde in der Studie ein Zusammenhang zwischen dem Alter und dem Anstieg der Schwellenwerte festgestellt.
      • Etwa 90 % der gefilterten Glukose wird durch die hohe Absorptionskapazität des Natrium-Glukose-Cotransporters (SGLT2) im konvolutierten Segment des proximalen Tubulus rückresorbiert.und etwa 10 % der gefilterten Glukose wird durch den SGLT1-Transporter im geraden Segment des absteigenden proximalen Tubulus rückresorbiert
        • infolgedessen erscheint keine Glukose im Urin
          
          
      • die die maximale renale Kapazität für die tubuläre Rückresorption (Tm) von Glukose ist in Tiermodellen mit Typ-1- und Typ-2-Diabetes größer
        • Mogensen et al. haben gezeigt, dass bei Menschen mit Typ-1-Diabetes die Tm von Glukose erhöht ist. Bei Patienten mit Typ-2-Diabetes wurden widersprüchliche Ergebnisse berichtet
        • klinisch gesehen ist die häufigste Ursache für Glykosurie Diabetes
          • Patienten scheiden erst dann Glukose im Urin aus, wenn die Blutglukosekonzentration über 180 mg/dl liegt, was bei Menschen ohne Diabetes normalerweise nicht der Fall ist (3)
• Am transepithelialen Glukosetransport sind zwei Klassen von Glukosetransportern beteiligt, die SGLTs und die Glukosetransporter mit erleichterter Diffusion (GLUTs)
  • die renale Glukoserückresorption erfolgt hauptsächlich im S1-Segment des proximalen Tubulus durch die koordinierte Wirkung der SGLT2 und GLUT2, die sich in der luminalen bzw. basolateralen Membran befinden
  • nur eine kleine Restmenge Glukose wird im S3-Segment resorbiert, wo SGLT1 in der luminalen Membran vorhanden ist und gemeinsam mit GLUT1 in der basolateralen Membran exprimiert wird
  • Die intestinale Glukoseresorption findet hauptsächlich im Duodenum und im ersten Teil des Jejunums statt und beinhaltet die Koexpression von SGLT1 und GLUT2
    • in all diesen Prozessen, SGLTs, die in der luminalen Membran vorhanden sind, transportieren Glukose aus dem Lumen in das intrazelluläre Medium, wo sich Glukose anreichert und einen Gradienten erzeugt, der ihren Transport durch die GLUTs in der basolateralen Membran vom Zytoplasma zum Interstitium begünstigt

Referenz:

• Butterfield WJH, Keen H, Whichelow MJ. Schwankungen der Glukoseschwelle in der Niere mit dem Alter. BMJ 1967;4:505-7.
• Mogensen CE. Maximale tubuläre Reabsorptionskapazität für Glukose und renale Hämodynamik während schneller hypertoner Glukoseinfusion bei normalen und diabetischen Probanden. Scan J Clin Lab Invest 1971;28:101-9.
• Kamran M, Peterson RG, Dominguez JH. Überexpression des GLUT2-Gens in den proximalen Nierentubuli von diabetischen Zucker-Ratten. J Am Soc Nephol 1997;8:943-8.
• Wright EM. Nieren-Na-Glukose-Transporter. Am J Physiol Renal Physiol 2001;280:F10-F18.