Schlussfolgerungen und zukünftige Arbeiten
Es wurde gezeigt, dass der Harnleiter nicht wie eine sinusförmige peristaltische Pumpe funktioniert, wie sie in beschrieben wurde. Es wurde jedoch gezeigt, dass es möglich ist, durch eine allgemeinere Analyse eine Form für den Harnleiter zu finden, die Urometrogramme in guter Übereinstimmung mit den Beobachtungen liefert. Außerdem ist die Form des Harnleiters bei einer solchen Analyse mit den Beobachtungen vereinbar. Es wurde auch gezeigt, dass Größen wie der maximale Druck, die Urinflussrate sowie die Frequenz und Geschwindigkeit der kontraktilen Welle miteinander verbunden sind. Dies erklärt, warum Korrelationen mit zwei dieser Größen nicht möglich sind, wenn alle anderen relevanten Größen nicht kontrolliert werden.
Ausgehend von der Diskussion in den vorangegangenen Abschnitten ist es nun möglich, die Ereignisse bei der Verfolgung einer peristaltischen Welle auf ihrem Weg von der Niere zur Harnblase wie folgt darzustellen (siehe Abb. 6, in der die Abbildungen 4b und c separat wiedergegeben sind). Wir werden uns auf eine volle Welle konzentrieren, die wir aus Gründen der Diskussion etwa in der Mitte des Urinbeckens beginnen und enden lassen. Nehmen wir nun an, dass wir einen Katheter in der Achse der Station A positioniert haben, während sich die peristaltische Welle nach unten bewegt. Wir beginnen mit der Messung der Zeit, wenn sich die Spitze des Katheters, der den Druck aufzeichnet, am Punkt O befindet, wenn eine Stoppuhr Null anzeigt. Beobachten wir nun, was passiert, wenn sich der Harnleiter nach unten bewegt. Am Punkt O und zum Zeitpunkt Null ist der aufgezeichnete Druck der Ruhedruck. Im Laufe der Zeit bewegt sich der Harnleiter in die durch die Pfeile gezeigte Richtung, aber der Druck bleibt unverändert, bis der Querschnitt B bei O ankommt. Während sich Punkt B am Katheter vorbei zu Punkt O bewegt, steigt der Druck relativ schnell an und erreicht an der Station C ein Maximum; dann fällt er schnell ab und ist fast gleich dem Ruhedruck, wenn das Lumen an Punkt D seinen minimalen Durchmesser erreicht hat. Aus Abb. 6 ist ersichtlich, dass der Punkt des maximalen Drucks lange nach dem Vorbeifließen der Urinlache zu spüren ist, und dies ist eine theoretische Feststellung, die nur durch sorgfältige gleichzeitige Aufzeichnung von Druck und Geometrie bestätigt werden kann.* Genauer gesagt, aus Abb. 6 geht hervor, dass die Zeit zwischen den Punkten B und C etwa 4 Sekunden beträgt; die Zeit zwischen C und D beträgt etwa 2 Sekunden.
Abb. 6. Diese Abbildung entspricht Abb. 4b und c, jedoch mit anderen Bezeichnungen, um die Beziehung zwischen dem kinematischen und dem strömungsmechanischen Verhalten des Harnleiters zu verdeutlichen.
Die Tatsache, dass der minimale Durchmesser des verschlossenen Harnleiters theoretisch bei etwa 150 der durchschnittlichen Größe des Harnleiters liegt (z. B. 0.05 mm), obwohl wir wissen, dass der Katheter weitaus größer ist (ein Katheter von French 3 hat einen Durchmesser von etwa 1 mm), ist kein Grund, an diesem Modell zu zweifeln, denn wie oben erläutert, ist die Größe von 0,05 mm nicht der tatsächliche physische Durchmesser des Harnleiters an der Stelle des maximalen Verschlusses, sondern ein äquivalenter hydraulischer Durchmesser, der bei der tatsächlichen, komplizierteren sternförmigen Harnleiterkonfiguration den gleichen Widerstand bietet. In diesem theoretischen Modell ist der Harnleiter überall benetzt, aber es ist klar, dass die Urinmenge in dem fast verschlossenen Querschnitt zwischen B und D im Vergleich zu der Menge im Haupturinpool sehr gering ist. Daher kann man mit Sicherheit davon ausgehen, dass jede peristaltische Welle die in jedem Becken befindliche Urinmenge überträgt. Das Volumen des Pools ist also dasjenige, von dem die Urinmenge abhängt, aber für das Urometrogramm ist nicht das Volumen des Pools wichtig, sondern die Form des Harnleiters zwischen B und D; mit anderen Worten, die Form des Harnleiters während der frühen Phase der Kontraktion und der letzten Phase der Dilatation spielt für das Urometrogramm keine Rolle, da die entsprechenden Drücke an diesen Punkten dem Ruhedruck entsprechen. Dies ist das Bild, das sich aus strömungsmechanischer Sicht ergibt, vorausgesetzt, wir kennen das kinematische und geometrische Verhalten der peristaltischen Welle. Es wäre von großem Interesse, dieses Verhalten und diese Befunde im Hinblick auf die Elastizität des Harnleiters zu erörtern, was jedoch die Kompetenz des vorliegenden Autors übersteigt.
Unter Berücksichtigung der obigen Ausführungen wird der folgende Mechanismus für den Urintransfer vorgeschlagen, wie er bereits in . Damit der Urin die ureterovesikale Verbindung passieren kann, ist es wichtig, dass in ihrer Nähe hohe Drücke herrschen. Da wir festgestellt haben, dass pmax nur lokal um eine Verengung herum zu spüren ist, muss die kontraktile Welle sehr nahe an der ureterovesikalen Verbindung auftreten, wenn diese Verbindung in einer ableitenden Funktion arbeiten soll. Wirkt die peristaltische Welle von dieser Verengung weg, ist die Elastizität des Harnleiters in der Lage, den Urin aufzunehmen, der von der Verengung weggeleitet wird, ohne dass an der Verzweigungsstelle ein erheblicher Druck ausgeübt werden muss. Wenn die Kontraktionswelle in der Nähe der Einmündung wirkt, reicht die Länge nicht aus, um die in die distale Richtung verdrängte Urinmenge elastisch aufzunehmen, so dass ein hoher Druck entsteht, um den Widerstand der Einmündung zu überwinden.
Es ist auch offensichtlich, dass die Schwerkraft für den Entleerungsvorgang im Prinzip nicht erforderlich ist. Betrachtet man nämlich einen Mann in umgekehrter Lage, so ergibt sich folgender Ablauf, wenn man von einem völlig leeren oberen Harntrakt ausgeht. Während der Urin aus den Nierenkelchen in das Nierenbecken abfließt, heben die kontraktilen Wellen, wenn überhaupt, nur sehr wenig Urin zum ureterovesikalen Übergang. Wenn mehr Urin produziert wird, füllt sich der Harnleiter zwangsläufig, und die peristaltische Welle wirkt dann auf die zuvor beschriebene Weise.
Andererseits entspricht der normale Maximaldruck von etwa 25 mm Hg, der in einem Urometrogramm entwickelt wird, einem Wasserdruck von etwa 33 cm, was in etwa der Länge des Harnleiters entspricht. Das bedeutet, dass der Spitzendruck, grob gesagt, die Harnsäule im Inneren eines Harnleiters aufrechterhalten kann. Der einzige Nachteil besteht darin, dass an der ureterovesikalen Verbindung ein ausreichender Überdruck erforderlich ist, um sie zu öffnen. Daraus folgt, dass eine große Urinmenge im Harnleiter nur dann die Harnblase passieren kann, wenn der Harnleiter in der Lage ist, kontinuierlich einen Spitzendruck zu entwickeln, der deutlich über 25 mm Hg liegt, beispielsweise 75 mm Hg. Andererseits könnten Nebenwirkungen, die sich aus der Überkopfposition ergeben, die Entwicklung solch hoher Drücke verhindern.
Wir werden nun eine Situation untersuchen, in der die Schwerkraft nicht vorhanden ist. In Anbetracht dessen, was zuvor gesagt wurde, ist es offensichtlich, dass der Harnleiter wie unter normalen Bedingungen funktionieren wird, mit der Ausnahme, dass es eine Tendenz zur Bildung von Steinen geben wird, weil die Verweildauer der gleichen Urinmenge länger sein wird. Ein Beweis dafür ist die bekannte Neigung von Patienten zur Steinbildung, wenn sie lange Zeit bettlägerig sind. Der hier vorgeschlagene Mechanismus für die Funktion des Harnleiters bleibt also in allen Fällen, auch in der Raumfahrt bei fehlender Schwerkraft, unverändert, weil die Schwerkraft für den Prozess nicht wesentlich ist, obwohl ihr Fehlen die genannten Nebenwirkungen hervorruft.
Die vorliegende Arbeit schlägt eine Reihe von Experimenten vor. Das naheliegendste und wichtigste besteht darin, die Urometrie mit der Röntgenbeobachtung zu kombinieren und gleichzeitig alle notwendigen Aufzeichnungen zu machen, so dass alle folgenden Größen in ihrer zeitlichen Entwicklung gemessen werden: Druck, Geometrie des Lumens, Frequenzwellengeschwindigkeit der peristaltischen Welle und Menge des ausgeschiedenen Urins. Unter der Voraussetzung, dass diese Informationen für eine Vielzahl von Harnleitern und Bedingungen zur Verfügung gestellt werden, wird es somit möglich sein, alle Verzweigungen der hier vorgestellten Theorien zu überprüfen. Man sollte in der Lage sein, eine universelle mathematische Beziehung für den Harnleiter aufzustellen, die bei klinischen Beobachtungen nützlich sein könnte. Die Probleme der retrograden Wellen und des Refluxes sind ebenfalls wichtig, aber ihre Untersuchung hat bereits begonnen.
Zusätzliche Arbeit sollte geleistet werden, um den Mechanismus der peristaltischen Welle zu verstehen, die, wie jetzt allgemein angenommen wird, von der elektrochemischen Aktivität des Harnleitermuskels abhängt. Von Bedeutung könnte auch die Kopplung der Elastizität des Harnleiters mit der Flüssigkeitsströmung in der Nähe des ureterovesikalen Übergangs sein, ein Problem, das hier nicht berücksichtigt wurde.