Die glomeruläre Filtrationsrate (kurz GFR, von Lateinisch glomerulus (renis), deutsch (Nieren-)Knäuelchen) ist diejenige Menge an flüssigen Blutbestandteilen, die pro Zeitspanne in den Nierenkörperchen aller vorhandenen Nieren filtriert wird. Die GFR stellt damit die Bildungsrate des Primärharns dar. Bei einem gesunden erwachsenen Menschen beträgt die GFR zirka 120 Milliliter pro Minute oder etwa 170 Liter pro Tag. Die GFR steigt bei Säuglingen und Kindern mit zunehmender Größe an und sinkt dann bei Erwachsenen mit zunehmendem Alter wieder ab, parallel zum Rückgang des Herzzeitvolumens und der damit zurückgehenden NierendurchblutungPeter Reuter: Springer Klinisches Wörterbuch 2007/2008. Springer-Verlag, Heidelberg 2007, ISBN 978-3-540-34601-2, S. 595. (renaler Blutfluss). Ein nicht altersbedingter pathologischer Abfall der GFR tritt bei Nierenerkrankungen verschiedener Art auf. mini|600x600px|Filterung in der Niere (Glomerulus links oben, englische Nomenklatur)
Die GFR ist für die Einschätzung der Nierenfunktion die wichtigste Größe. Sie wird im klinischen Alltag per Näherungsformel aus der Plasmakreatininkonzentration berechnet. Insofern ist die GFR ein Spezialfall der Klärwertbestimmung (renal clearance): Der renale Klärwert gibt das Plasmavolumen an, das durch Funktion der Niere innerhalb einer bestimmten Zeitspanne von einem bestimmten Stoff befreit wird.Dagobert Tutsch (Hrsg.): Lexikon der Medizin. Urban & Schwarzenberg, München / Berlin / Wien 1975, ISBN 3-541-07081-1, S. 228. Unter der Nierenfunktion ist dabei das Zusammenspiel von Glomeruli (Nierenkörperchen) und Tubuli (Nierenkanälchen) zu verstehen.Hans-Herbert Wellhöner: Pharmakologie und Toxikologie. 2. Auflage, Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg / New York 1976, ISBN 3-540-07826-6, S. 50 f. Doch soll mit der GFR allein die Funktion der Glomeruli unabhängig von der Tubulusfunktion gemessen werden. Da Kreatinin tubulär nicht rückresorbiert wird, kann die Kreatinin-Clearance als Maß für die Funktion der Glomeruli dienen und wird in der Praxis mit der GFR gleichgesetzt.
Der GFR gleichgestellt werden neben der Kreatinin-Clearance und der Clearance von Cystatin C auch die Begriffe von Primärharnbildung, Glomerulumfiltrat,Dagobert Tutsch (Hrsg.): Lexikon der Medizin. Urban & Schwarzenberg, München / Berlin / Wien 1975, ISBN 3-541-07081-1, S. 162. TubulusflüssigkeitJohn W. Boylan, Peter Deetjen, Kurt Kramer: Niere und Wasserhaushalt. Urban & Schwarzenberg, München / Berlin / Wien 1970, ISBN 3-541-04911-1, S. 3. und Vorharnfluss.Fachwörterbuch der Medizin. Verlag Manfred Pawlak, Herrsching 1984, ISBN 3-88199-163-8, S. 378. Die GFR hat die Dimension Volumen pro Zeit und die Maßeinheit ml/min. Die Gleichsetzung von GFR und Kreatinin-Clearance gilt nicht bei Zuständen der Oligurie und Anurie (siehe unten Kapitel Einschränkungen).
Die glomeruläre Filtrationsrate einer Niere ist die Summe aller Filtrationsraten der einzelnen NephroneKlaus-Hinrich Neumann: Nierenfunktionsdiagnostik. In: Karl-Martin Koch: Klinische Nephrologie. Verlag Urban & Fischer, München / Jena 2000, ISBN 3-437-21730-5, S. 113. (single nephron glomerular filtration rate, abgekürzt sngfr oder SNGFRUlrich Kuhlmann, Joachim Böhler, Friedrich C. Luft, Mark Dominik Alscher, Ulrich Kunzendorf (Hrsg.): Nephrologie. 6. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart / New York 2015, ISBN 978-3-13-700206-2, S. 55 f.Hans-Joachim Schurek, Klaus-Hinrich Neumann: Physiologie der Niere. In: Karl-Martin Koch: Klinische Nephrologie. Verlag Urban & Fischer, München / Jena 2000, ISBN 3-437-21730-5, S. 33–71, Kapitel: Nierendurchblutung (S. 38–43).) und damit aller Podozyten in einer Niere. Analog ist die glomeruläre Filtrationsrate des Patienten gleich der Summe (und nicht etwa der Mittelwert) der glomerulären Filtrationsraten der beiden Einzelnieren.
Das Gegenstück zur glomerulären Filtrationsrate GFR wäre die tubuläre Resorptionsrate TRR. Die Differenz GFR-TRR ist der Harnfluss. Zahlenbeispiel: Bei einer GFR = 100 ml/min und einer tubulären Rückresorptionsquote von 99 % errechnen sich eine TRR = 99 ml/minRainer Düsing: Diuretika. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart 1986, ISBN 3-8047-0754-8, S. 16. und ein Harnfluss von 1 ml/min = 1,44 l/d. Das ist der Sekundärharn von etwa anderthalb Litern am Tag. Ein Diuretikum könnte jetzt die tubuläre Rückresorptionsquote um einen Prozentpunkt verkleinern und damit das Urinvolumen (bei unveränderter GFR) verdoppeln.Rainer Düsing: Diuretika. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart 1986, ISBN 3-8047-0754-8, S. 38.
Geschichte Früher sprach man von der „Rehberg-Zahl, welche die Glomerulusfiltratmenge pro Minute angibt, [sie] liegt normalerweise zwischen 88 und 165 ccm.“Wilhelm Nonnenbruch: Die doppelseitigen Nierenkrankheiten – Morbus Brightii. Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart 1949, S. 8.Poul Brandt Rehberg: Über die Bestimmung der Menge des Glomerulumfiltrates mittels Kreatinin als Nierenfunktionsprüfung, nebst einigen Theorien über die Harnbereitung. In: Zentralblatt für innere Medizin. 50. Jahrgang, 1929, S. 367–377.
Physiologische Zusammenhänge Fraktionelle Ausscheidung Die meisten Stoffe, die im Harn erscheinen, werden im Tubulussystem teilweise rückresorbiert oder aber in das Tubuluslumen hinein sezerniert. Dadurch unterscheidet sich der Stoffmengenstrom (Stoffmenge pro Zeit) der Ausscheidung über den Harn vom Stoffmengenstrom über den glomerulären Filter . Der Anteil der ausgeschiedenen an der filtrierten Stoffmenge für einen gegebenen Stoff heißt fraktionelle Ausscheidung:
Die fraktionelle Ausscheidung kann minimal 0 (vollständige Rückresorption, Beispiel Glucose) und maximal etwa 5 sein (ausgeprägte Sekretion, sodass das gesamte die Niere durchströmende Plasma geklärt wird, Beispiel PAH).
Glomeruläre Filtrationsrate Der Stoffmengenstrom der Ausscheidung lässt sich ermitteln, indem der Volumenstrom (Harnvolumen pro Zeit) mit der Konzentration des betrachteten Stoffes im Harn multipliziert wird:
Damit lässt sich der Stoffmengenstrom über den glomerulären Filter ausdrücken als:
Auch der Stoffmengenstrom über den glomerulären Filter kann als Produkt von Konzentration und Volumenstrom, hier des Primärharns, ausgedrückt werden. Wenn der betrachtete Stoff frei filtriert wird, ist die Konzentration im Primärharn gleich der Konzentration im Plasma:
Der Volumenstrom über den glomerulären Filter ist nichts anderes als die glomeruläre Filtrationsrate. Somit ergibt sich die Formel:
Clearance Clearance bezeichnet das fiktive Plasmavolumen, das pro Zeitspanne von einer bestimmten Substanz befreit wird. Den Begriff schufen 1928 Eggert Möller,Es handelt sich um Eggert Hugo Heiberg Møller aus Hellerup in Dänemark. Er wurde 1893 geboren, wie im Index Catalogue of the Library of the Surgeon General's Office in der National Library of Medicine, Washington 1959, auf Seite 341 nachzulesen ist. – In der dänischen Wikipedia findet man das Stichwort des Architekten Mogens Lassen, der 1935 in Hellerup für einen Professor Dr. med. Eggert Møller ein Einfamilienhaus gebaut hat. – Im Handbuch der inneren Medizin wird er (in der 2. und 4. Auflage) irrtümlich auch als Egbert Möller oder Moeller bezeichnet. – Im Gegensatz zur Fachliteratur unterscheidet Wikipedia streng zwischen Möller und Møller, nicht aber zwischen Möller und Moeller. John F. McIntosh und Donald Dexter van Slyke für die Ausscheidung von Harnstoff.Horst Kremling: Zur Entwicklung der Nierendiagnostik. In: Würzburger medizinhistorische Mitteilungen. Band 8, 1990, S. 27–32, hier: S. 29–30.Eggert Möller, John F. McIntosh, Donald Dexter van Slyke: Studies of Urea Excretion II - Relationship Between Urine Volume and the Rate of Urea Excretion by Normal Adults. 21. August 1928.J. H. Austin, E. Stillman, Donald Dexter Van Slyke: Factors governing the excretion rate of urea. In: Journal of Biological Chemistry. Band 46, 1921, S. 91. Die Gleichung der Clearance lautet
,
sie ergibt sich analog zu obiger Herleitung aus der Umrechnung des Stoffmengenstroms der Ausscheidung in einen Plasmavolumenstrom. Zwischen Clearance und glomerulärer Filtrationsrate besteht der Zusammenhang
.
Die Bestimmung der Clearance eines Stoffes ist problemlos möglich, da sie anders als die Bestimmung der GFR keine Kenntnis der fraktionellen Ausscheidung verlangt. Allerdings gibt es Stoffe, die frei filtriert und weder resorbiert noch sezerniert werden, sodass die fraktionelle Ausscheidung 1 ist und die Clearance mit der GFR gleichgesetzt werden kann.
Clearance freien Wassers Da die Wasserkonzentration im Harn praktisch der Wasserkonzentration im Plasma entspricht, ist die Wasser-Clearance gleich dem Harnstrom:
Die Clearance aller osmotisch aktiven Teilchen heißt osmotische Clearance und lässt sich nach der gewöhnlichen Formel aus dem Harnstrom und den osmotischen Konzentrationen von Harn und Plasma berechnen:
Wasser, das aus dem Harn weggedacht werden kann, sodass dieser die osmotische Konzentration des Plasmas annimmt, heißt freies Wasser; Wasser, das hinzugedacht werden muss, gilt hierbei als negatives freies Wasser. Die Clearance des freien Wassers ergibt sich, wenn man von der Wasser-Clearance die osmotische Clearance abzieht:
Die Clearance des freien Wassers ist eine klinisch bedeutsame Größe bei der Beurteilung, ob ein Patient in der Lage ist, osmotische Störungen durch die körpereigenen Regulationsmechanismen selbstständig auszugleichen. Die physiologische Reaktion auf Hypoosmolarität ist eine positive Clearance von freiem Wasser. Bei Hyperosmolarität sollte dagegen durch die Wirkung des antidiuretischen Hormons Wasser zurückgehalten werden, sodass konzentrierter Harn entsteht, woraus sich rechnerisch eine negative Clearance von freiem Wasser ergibt.
Stabilität der GFR durch Rückkopplung Da das Gefäßbett der Niere vulnerabel gegen Störungen (z. B. durch Blutdruckschwankungen) ist, besitzt die Niere zwei wirksame Mechanismen, um die Glomeruläre Filtrationsrate und den renalen Blutfluss in engen Grenzen konstant zu halten: den tubuloglomerulären Feedback und die myogene Reaktion der afferenten Arteriolen (siehe Glomerulärer Feedback).
Exogene und endogene Marker Die Bestimmung einer Clearance nach obiger Formel setzt freie Filtration voraus. Soll die bestimmte Clearance die GFR repräsentieren, muss außerdem die fraktionelle Ausscheidung des betrachteten Stoffes 1 sein. Da kein körpereigener Stoff diese Bedingungen perfekt erfüllt, müssen zur sehr genauen Bestimmung der GFR exogene Markersubstanzen durch Injektion oder Infusion zugeführt werden: