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Block C - Renal Physiology Urine Formation.docx

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PHYL 1010Y

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Module XI Urine Formation INTRODUCTION: The focus of this unit is the formation of urine. We start with the formation of the ultrafiltrate in  Bowman's capsule, and then the transformation of the ultrafiltrate as it moves along the nephron tubule until it is  stored in the bladder and eventually excreted. There are several important concepts in this unit, including glomerular filtration rate, clearance and  transport maximum. The transport of particular solutes in and out of the tubule varies with segment. You will see  more specific transport details in Module 12. This unit starts with the formation of the ultrafiltrate in Bowmans's space (the space inside of Bowman's  capsule). The forces responsible for filtration are similar to those responsible for systemic capillary exchange  (Figure 19­6). One major difference is that the forces favour filtration along the entire length of the glomerular  capillaries, with no absorption of fluid from Bowman's space back into the glomerular capillaries. For a  particular substance to pass into the ultrafiltrate, it must get past the three filtration barriers (Figure 19­5). FILTRATION: • Bulk flow of plasma­like fluid from the glomerular capillaries into the Bowman’s capsule • The renal corpuscle contains 3 filtration barriers before entering the tubule lumen o The glomerular capillary endothelium o A basal lamina (basement membrane) o Epithelium of the Bowman’s capsule 1. Capillary Endothelium i. 1  filtration barrier ii. Glomerular capillaries are fenestrated capillaries   Large pores allow most plasma components to filter through the endothelium (yet not  large enough to allow RBC through) iii.Mesangial cells lie between/around glomerular capillaries  Have ability to contract & alter blood flow through the capillaries 2. Basal Lamina i. Layer of EC matrix separating capillary endothelium from epithelial lining of Bowman’s capsule ii. Acts like a coarse sieve  Excludes most plasma proteins from the fluid that filters through it 3. Epithelium of the Bowman’s Capsule i. Consists of podocytes that wrap around glomerular capillaries  Leaves narrow filtration slits closed by a semiporous membrane  Filter out proteins missed by the previous 2 barriers Capillary Pressure Causes Filtration: • 3 pressures drive filtration in the renal corpuscle o Hydrostatic pressure, colloid osmotic pressure & capsule fluid pressure • Hydrostatic pressure is opposed by colloid osmotic pressure & capsule fluid pressure 1 Module XI Urine Formation Hydrostatic Pressure Colloid Osmotic Pressure Fluid Pressure PH π Pfluid 50 mm Hg 30 mm Hg 15 mm Hg Blood pressure Due to presence of proteins in the Fluid pressure created by fluid in  Due to BP flowing through the  plasma, not in Bowman’s capsule Bowman’s capsule glomerular capillaries Net Filtration Pressure: Net Filtration Pressure = P  ­ π ­ P Net Filtration Pressure = 55 – 30 – 15 = 10 mm Hg H fluid Net Filtration Pressure is 10mm Hg! Filtration Fraction • The percentage of total plasma volume that filters at the glomerulus • Only 20% of plasma that passes through the glomerulus is filtered • Less than 1% of filtered fluid is eventually excreted o 19% is reabsorbed Glomerular Filtration Rate  • The amount of fluid that filters into Bowman’s capsule per unit time (GFR) • Average GFR is 180L/day • Influenced by 2 factors o Net filtration pressure & filtration coefficient Filtration Coefficient • Determined by the SA of glomerular capillaries available for filtration • Permeability of the interface between the capillary & the Bowman’s  capsule Transport Maximum (T ) m • The maximum transport rate that occurs when all carriers are saturated Renal Threshold • The plasma concentration at which saturation of the transporters occurs o When glucose first appears in the urine  (glucosuria) because  filtration exceeds reabsorption The amount of fluid filtered is termed the glomerular filtration rate or GFR. The GFR remains an  average 125 ml/min even with fluctuation in blood pressure. This is accomplished by changing afferent and  efferent arteriole diameters, as illustrated in Figure 19­8. It is important to understand this figure. Resistance Changes in Renal Arterioles Alter Renal Blood Flow & GFR: • Filtration pressure is determined primarily by renal blood flow & BP • Renal blood flow & GFR change if resistance in the arterioles changes 2 Module XI Urine Formation o If overall resistance of the renal arterioles increases, renal blood flow decreases & blood is  diverted to other organs • Effect of increased resistance on GFR depends on where the resistance change occurs Resistance Increases in Afferent Arteriole Resistance Increases in Efferent Arteriole Vasoconstriction decreases GFR, capillary BP HP ) &  Vasoconstriction decreases renal blood flow BUT  renal blood flow increases P  & GFR H Vasodilation increases GFR, capillary BPH(P ) & renaVasodilation increases renal blood flow BUT decreases  blood flow P  & GFR H GFR Regulation: • Subject to autoregulation – Accomplished by myogenic response & tubuloglomerular feedback • Hormones & autonomic neurons also influence GFR o Affect GFR by changing resistance in the arterioles (ANG II) & by altering the filtration  coefficient (sympathetic innervation) Myogenic Response: • Response of vascular smooth muscle in response to pressure changes o Vasoconstriction increases resistance to flow  Decreases blood flow through arteriole & filtration pressure in the glomerulus o Vasodilation decreases resistance to flow which   Decreases GFR & helps the body conserve blood volume Tubuloglomerular Feedback: • A paracrine signaling mechanism through which changes in fluid flow through loop of Henle influence  GFR Step­by­Step: 1. GFR INCREASES 2. Flow through the tubule increases 3. Flow past macula densa increases 4. Paracrine from macula densa to afferent arteriole 5. Afferent arterio
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