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Glomeruläre Filtrationsrate
Unter der Nierenfunktion ist dabei das Zusammenspiel von Glomeruli (Nierenkörperchen) und Tubuli (Nierenkanälchen) zu verstehen. Doch soll mit der GFR allein …
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Bedeutung und Grundprinzip
Die glomeruläre Filtrationsrate (GFR) ist die Menge flüssiger Blutbestandteile, die pro Zeit in den Nierenkörperchen filtriert wird. Sie entspricht damit der Bildungsrate des Primärharns und ist die wichtigste Größe zur Einschätzung der Nierenfunktion. Ihre Einheit ist ml/min. Bei gesunden Erwachsenen beträgt sie etwa 120 ml/min beziehungsweise etwa 170 l/Tag.
Die GFR einer Niere ist die Summe der Filtrationsraten aller Nephrone; die GFR eines Menschen ist die Summe der Werte beider Nieren, nicht deren Mittelwert. Sie steigt bei Säuglingen und Kindern mit der Körpergröße und nimmt im Erwachsenenalter mit zunehmendem Alter ab. Ein nicht altersbedingter Abfall weist auf Nierenerkrankungen hin.
Die Tubuli verändern den Primärharn durch Rückresorption und Sekretion. Die tubuläre Resorptionsrate (TRR) ist das Gegenstück zur GFR; GFR − TRR ergibt den Harnfluss. Beispiel: Bei GFR = 100 ml/min und 99 % Rückresorption gilt TRR = 99 ml/min; es bleiben 1 ml/min oder 1,44 l/Tag Sekundärharn. Senkt ein Diuretikum die Rückresorptionsquote um einen Prozentpunkt, kann sich das Urinvolumen bei unveränderter GFR verdoppeln.
Clearance und Regulation
Die Clearance ist das fiktive Plasmavolumen, das die Niere pro Zeit von einer bestimmten Substanz befreit. Sie berechnet sich aus Harnkonzentration cH, Plasmakonzentration cP und Harnvolumenstrom V̇H: C = (cH/cP) · V̇H. Für die Beziehung zur GFR gilt C = f · V̇g. Dabei ist f die fraktionelle Ausscheidung, also der Anteil einer filtrierten Stoffmenge, der im Harn erscheint: f = ṅH/ṅg.
f kann 0 sein, wenn ein Stoff vollständig rückresorbiert wird, etwa Glucose. Sie kann etwa 5 erreichen, wenn ein Stoff stark in den Tubulus sezerniert wird, etwa PAH. Ein Stoff, der frei filtriert sowie weder rückresorbiert noch sezerniert wird, hat f = 1; seine Clearance entspricht der GFR.
Bei der Clearance freien Wassers wird die Wasser-Clearance dem Harnstrom gleichgesetzt: CW = V̇H. Die Clearance freien Wassers lautet CfW = CW − Cosm. Eine positive Clearance freien Wassers ist die physiologische Reaktion auf Hypoosmolarität. Bei Hyperosmolarität soll durch antidiuretisches Hormon konzentrierter Harn entstehen; die Clearance freien Wassers ist dann negativ. Die Niere hält GFR und renalen Blutfluss durch tubuloglomeruläres Feedback und die myogene Reaktion der afferenten Arteriolen in engen Grenzen konstant.
Marker und Bestimmung der GFR
Für eine sehr genaue Messung werden exogene, also zugeführte Marker verwendet. Goldstandard ist Inulin: ein physiologisch inertes Polysaccharid, das frei filtriert und weder sezerniert, rückresorbiert, synthetisiert noch metabolisiert wird. Die Inulin-Clearance ist jedoch aufwändig, weil eine kontinuierliche Infusion und zwei zusätzliche Blutentnahmen nötig sind; sie wird meist nur wissenschaftlich bestimmt. Als Alternativen dienen Iohexol, Iothalamat oder 99mTc-DTPA.
In der Routine werden endogene Marker genutzt, vor allem Kreatinin und seltener Cystatin C. Kreatinin entsteht beim Abbau von Kreatin im Muskelgewebe. Unter idealisierten Annahmen wird es frei filtriert und weder rückresorbiert noch sezerniert. Dann gilt GFR = ṅm/cP: Die GFR ist umgekehrt proportional zur Plasmakreatininkonzentration. Ein gleich großer Kreatininanstieg bedeutet daher je nach Ausgangs-GFR etwas sehr Unterschiedliches. Bei einer 60-jährigen Frau senkt ein Anstieg von 0,8 auf 0,9 mg/dl die GFR von 78 auf 68 ml/min; ein Abfall von 20 auf 10 ml/min geht dagegen mit einem Anstieg von 2,6 auf 4,8 mg/dl einher.
Kreatinin ist bei geringer Muskelmasse, etwa bei Frauen, älteren Menschen oder Diabetikern, ein unempfindlicher Frühmarker. Zudem stammen tatsächlich 10–40 % des ausgeschiedenen Kreatinins aus tubulärer Sekretion. Die Kreatinin-Clearance aus 24-h-Sammelurin lautet CKreatinin = ([Kreatinin]Harn/[Kreatinin]Plasma) · V̇Harn. Sie kann auf 1,73 m² Körperoberfläche normiert werden: C × 1,73 m²/KOF. Fehler beim vollständigen 24-h-Sammeln und eine bei schwerer Niereninsuffizienz mögliche Sekretion von über 50 % können die GFR überschätzen. Unter 30 ml/min soll zusätzlich die Harnstoff-Clearance bestimmt werden; ihr Mittelwert mit der Kreatinin-Clearance gleicht die gegensätzlichen Fehler näherungsweise aus.
Cystatin C ist ein 13-kDa-Protein aus 122 Aminosäuren. Es wird konstant von allen kernhaltigen Zellen gebildet, frei filtriert, zu über 99 % rückresorbiert und in Tubuluszellen abgebaut. Es ist besonders bei leichter Einschränkung, hoher Muskelmasse oder akutem Nierenversagen ein besserer Filtrationsmarker. Einfluss nehmen aber unter anderem Schilddrüsenfunktion, rheumatoide Arthritis, schwarzafrikanische Herkunft und Geschlecht; die Bestimmung ist teurer und nicht standardisiert. Der Referenzbereich beträgt 0,50–0,96 mg/l, alternativ < 1,4 mg/l. Einfache Schätzformel: GFR = 80/CysC.
Geschätzte GFR und ihre Grenzen
Die eGFR ist eine geschätzte GFR aus Serum-Kreatinin und Merkmalen, die die Kreatininbildung beeinflussen, etwa Alter und Geschlecht. So entspricht 1,3 mg/dl bei einem 20-jährigen Mann 75 ml/min, bei einer 80-jährigen Frau aber 50 ml/min. Laborangaben sollen die Berechnungsmethode und eine mögliche Normierung auf 1,73 m² nennen.
Die CKD-EPI-Formel wurde 2009 veröffentlicht und 2012 überarbeitet. Sie verwendet Alter, Hautfarbe, Geschlecht und Kreatininbereiche und ist besonders im Übergang von gesunder Funktion zu beginnender Niereninsuffizienz zuverlässiger als MDRD. Ihre Grundform lautet: eGFR = 141 × min(SK/k,1)^a × max(SK/k,1)^−1,209 × 0,993^Alter × [1,018 falls weiblich] × [1,159 falls schwarz]. SK ist Serum-Kreatinin in mg/dl; k beträgt 0,7 bei Frauen und 0,9 bei Männern, a −0,329 beziehungsweise −0,411. In den Stadien 3 bis 5 besteht gegenüber MDRD kein wesentlicher Unterschied.
Die Cockcroft-Gault-Formel schätzt die Kreatinin-Clearance, nicht die laborbestimmte GFR: CKreatinin = ((140 − Alter)/(72 × SK)) × Gewicht × (0,85 falls weiblich). Da Kreatinin sezerniert wird, überschätzt sie die GFR systematisch; ihr Ergebnis ist nicht auf die Körperoberfläche bezogen. Die MDRD-Formel verwendet Alter, Geschlecht, Hautfarbe und SK, ist bei moderater bis schwerer chronischer Einschränkung genauer als Cockcroft-Gault und Kreatinin-Clearance, aber bei Nierengesunden unklar und für hospitalisierte Patienten nicht empfohlen. Für Kinder dient die Counahan-Barratt-Formel: eGFR = (0,43 × Körperlänge in cm)/SK.
Näherungsformeln sind für ambulante chronisch nierenkranke Personen in Stadium 3 und 4 validiert. Sie sind ungeeignet bei akuter Funktionsänderung, normaler oder nur leicht eingeschränkter Funktion, schwerem Übergewicht, stark verminderter Muskelmasse, sehr hoher oder niedriger Kreatinzufuhr sowie für das Screening der frühen diabetischen Nephropathie. Die MDRD-Formel unterschätzt GFR über 60 ml/min um etwa 10 ml/min. Oberhalb etwa 60 ml/min besteht kein klar abgegrenzter „kreatininblinder Bereich“, sondern eine zunehmende Unsicherheit: Erst ein GFR-Abfall um mindestens 50 % hebt sich sicher von Messfehlern und Einflüssen wie Muskelmasse ab.
Klassifikation und klinische Bedeutung
Für Vergleiche und die Stadieneinteilung wird die GFR meist auf 1,73 m² Körperoberfläche normiert. Tatsächliche und normierte GFR sind besonders bei Kindern klar zu unterscheiden: Ein gesundes Neugeborenes mit GFR = 1,5 ml/min und KOF = 0,2 m² hat normiert etwa 13 ml/min. Früh- und Neugeborene haben physiologisch niedrige Werte.
Nach KDOQI bedeutet Stadium I > 90 ml/min pro 1,73 m² normale oder erhöhte GFR bei gleichzeitig Eiweiß im Urin oder auffälliger Bildgebung; Stadium II 60–89 geringgradigen, III 30–59 mittelgradigen, IV 15–29 schweren Funktionsverlust und Stadium V < 15 Nierenversagen. Eine chronische Nierenkrankheit liegt vor, wenn die adjustierte GFR über drei Monate unter 60 ml/min pro 1,73 m² liegt oder ebenso lange Eiweiß im Urin nachweisbar ist. Laut DEGS haben 2,3 % der deutschen Wohnbevölkerung von 18 bis 79 Jahren eine GFR < 60 ml/min pro 1,73 m².
Unter 60 ml/min treten unter anderem Bluthochdruck, Malnutrition, Blutarmut und Knochenerkrankungen häufiger auf; unter 30 ml/min soll ein Nephrologe hinzugezogen werden. Unter 15 ml/min kann Dialyse oder Nierentransplantation nötig werden. Auch ohne Urämiesymptome ist eine Nierenersatzbehandlung bei GFR < 7 ml/min angezeigt; unklar bleibt, ob damit bei Erwachsenen die tatsächliche oder normierte GFR gemeint ist. Frühdialyse wird als GFR < 15 ml/min, Spätdialyse als GFR < 5 ml/min bezeichnet.
Die eGFR klassifiziert chronische, nicht akute Niereninsuffizienz: Bei rascher Änderung der GFR besteht kein Gleichgewicht zwischen Bildung und Ausscheidung von Kreatinin. Zu Beginn eines Nierenversagens wird die GFR überschätzt, bei Erholung unterschätzt. Eine Clearance-Messung per 24-h-Sammelurin ist unter anderem bei extremem Körpergewicht, ungewöhnlicher Fleischnahrung, Amputationen, rascher Funktionsänderung, früher diabetischer Nierenbeteiligung sowie vor Nierenspende oder nephrotoxischen Medikamenten erforderlich. Viele Arzneistoffe werden renal ausgeschieden; die Dosis muss oft angepasst werden. Maßgeblich ist jedoch die renale Ausscheidung des Wirkstoffs, nicht allein die Kreatinin- oder Cystatin-C-GFR.
Eine niedrige GFR erhöht das Risiko für Schlaganfall, Herzinfarkt und Gesamtsterblichkeit. Auch Hyperfiltration ist langfristig mit erhöhter Mortalität verbunden: In einer finnischen Studie war sie bei GFR > 105 ml/min doppelt so hoch wie bei 90–104 ml/min, das kardiovaskuläre Risiko um 69 % höher. Bei potenziellen Nierenspendern wird eine GFR über 80 ml/min gefordert.