Textbook Notes (363,074)
Canada (158,173)
Biology (309)
BIOL 373 (10)

The Kidney BIOL 373.docx

15 Pages
Unlock Document

University of Waterloo
BIOL 373
Heidi Engelhardt

The Kidneys Urine: fluid waste produced by the kidneys  ▯reflects the functioning of the body • First step to examining is to determine its colour o Dark yellow (concentrated) o Pale straw (dilute) o Red (presence of blood) o Black (hemoglobin metabolites) • Clarity  • Frosh • Smell • Taste Functions of the Kidneys • Most important: homeostatic regulation of the water and ion content of the blood o Salt and water balance or fluid and electrolyte balance • Maintain normal blood concentrations of ions and water by balancing intake of  those substances with their excretion in the urine o Obeying the principle of mass balance • Six general areas of kidney functions: 1. Regulation of extracellular fluid volume and blood pressure • ECF volume DECREASES, blood pressure DECREASES • If they become too low, the body cannot maintain adequate blood flow to the  brain  • Work with the cardiovascular system to ensure blood pressure and tissue  perfusion remain within an acceptable range  2. Regulation of osmolarity • Body integrates kidney function with behavioural drives to maintain a specific  blood osmolarity 3. Maintenance of ion balance • Balance dietary intake with urinary loss • Na+ = the major ion involved in the regulation of ECF and osmolarity • K+ and Ca2+ are also closely regulated 4. Homeostatic regulation of pH • pH of plasma normally kept within a normally narrow range • ECF too acidic  ▯kidneys remove H+ and conserve bicarbonate ions  ▯buffer • ECF too alkaline  ▯kidneys remove bicarbonate ions and conserve H+  5. Excretion of wastes • Remove metabolic waste products and foreign substances 6. Production of hormones • Not endocrine glands but play important roles in the three endocrine pathways  • Synthesize erthropoletin: cytokine hormone that regulates RBC synthesis • Release renin: enzyme that regulates the production of hormones involved in  sodium balance and blood pressure homeostasis • Renal enzymes help convert vitamin D3 into a hormone that regulates Ca2+  balance Anatomy of the Urinary System The Urinary System Consists of Kidneys, Ureters, bladder and Urethra • Urine production o Water and solutes move from plasma into the hollow tubules (Nephrons)  that make up the bulk of the paired kidneys  Modify composition of the fluid as it passes through o Modified fluid leaves the kidney and passes into a hollow tube called a  URETER  Two ureters one leading from each kidney to the URINARY  BLADDER o Bladder expands and fills with urine until through reflex action it contracts  and expels urine through a single tube  ▯URETHRA  In males  ▯exits the body through the shaft of the penis  Females: urethral opening is found anterior to the openings of the  vagina nd anus • Urination is also known as MICTURTION  • Kidneys are the site of urine formation o Lie on either side of the spine at the level of the eleventh and twelfth ribs  just above the waist o Sandwiched between the membranous peritoneum  ▯lines the abdomen and   the bones and muscles of the back o Concave surface of each faces the spine o RENAL ARTERIES: branch off the abdominal aorta supply blood to the  kidneys o RENAL VEINS: carry blood from the kidneys to the inferior vena cava o Need high rate of blood flow for renal function The Nephron is the Functional Unit of the Kidney • Interior of the kidney arranged into the outer CORTEX and inner MEDULLA • Layers formed by the organized arrangement of NEPHRONs o Most of them are in the cortex  ▯cortical nephrons o Juxtamedullary nephrons  ▯in the medulla Vascular Elements of the Kidney • Blood into renal artery  ▯smaller arteries  ▯arterioles in the cortex  ▯arrange ent of blood vessels urns into a portal system  o One of three in the body • Blood flows from the AFFERENT ARTERIOLE  ▯GLOMERULUS (ball­like  network of capillaries_ o  ▯EFFERENT ARTERIOLE  ▯second set of capillaries PERITUBULAR  CAPILLARIES  In juxtamedullary nephrons, long peritubular capillaries that dip  into medulla are VASA RECTA • Renal capillaries join to form venules and small veins conducting blood out of the  kidney through the renal vein • Function of the portal system: first filter fluid out of the blood and into the lumen  of the nephron at the glomerular capillaries  o Then to reabsorb fluid from the tubule back into the blood at the  peritubular capillaries Tubular Elements of the Kidney • Nephron veins with a hollow, ball­like structure BOWMAN’S CAPSULE o Surround the glomerulus  o Endothelium of the glomerulus is fused to the epithelium of Bowman’s  capsule  o Fluid filtering out of the capillaries passes directly into the lumen of the  tubule • RENAL CORPSUCLE: combo of the glomerulus and Bowman’s capsule • Bowman’s capsule  ▯proximal tubule  ▯loop of Henle (divided into two limbs,  descending limb and ascending limb with thin and thick segments) ▯ distal tubule ▯   collecting duct  ▯cortex  ▯medulla  ▯renal pelvis  ▯ureter  o Collecting duct + distal tubule = distal nephron  • Juxtaglomerular apparatus: where the nephron twists and folds back on itself so  that the final part of the ascending limb of the loop of Henle passes between the  afferent and efferent arterioles  Overview of Kidney Function  Kidneys Filter Reasborb and Secrete  • Three basic processes take place in the nephron  ▯filtration, reabsorption and  secretion • Filtration: movement of fluid from blood into the lumen of the nephron o Takes place only in the renal corpuscle   In this area the walls of the glomerular capillaries and Bowman’s  capsule are modified to allow bulk flow of fluid o Once passes into the lumen of the nephron the FILTRATE becomes part of  the body’s external environment • Reabsorption: process of moving substances in the filtrate from the lumen of the  tubule back into the blood flowing through peritubular capillaries • Secretion: removes selected molecules from blood and addles them to the filtrate  in the tubule lumen o Uses membrane proteins to move across the tubule epithelium  The Nephron Modifies Fluid Volume and Osmolarity • Reabsorption occurs when proximal tubule cells transport solutes out of the lumen  and water follows by osmosis • Filtrate leaving has the same osmolarity as filtrate that entered • Primary function of the proximal tubule: bulk reabsorption of isomotic fluid • From proximal tubule goes to the loop of Henle (primary site for creating dilute  urine) o More solute is reabsorbed than water  o Filtrate become hyposmotic relative to the plasma  • From the loop of henle filtrate passes into the distal tubule and the collecting duct • Final volume and osmolarity of urine depend on the body’s need to conserve or  excrete water and solute • Nephron secreted solutes are moved from plasma to tubule lumen • Excretion refers to the removal of a substance from the body o Other organs carry out excretory processes besides the kidney  • Filtration takes place in the renal corpuscle as fluid moves from the capillaries of  the glomerulus into Bowman’s capsule • Reabsorption and secretion occur along the remainder of the tubule  ▯transferring  materials between the lumen and the peritubular capillaries  • Quantity and composition of the substances being reabsorbed and secreted vary in  the different segments of the nephron • Filtrate remaining in the lumen at the end of the nephron is excreted as urine  • Amount of any substance excreted in the urine reflects how that substance was  handled during its passage through the nephron Amount excreted = amount filtered – amount reabsorbed + amount secreted Filtration • Creates a filtrate whose composition is like that of plasma minus most of the  plasma proteins  • Normal conditions: blood cells remain in the capillary  ▯filtrate is composed only  of water and dissolved solutes • Filtration of all the plasma would leave behind a sludge of blood cells and  proteins that could not flow out of the glomerulus  • About 1/5 of the plasma that flows through the kidneys filters into the nephrons o Remaining flows into the peritubular capillaries  • Filtration fraction: percentage of total plasma volume that filters into the tubule The Renal Corpuscle Contains Filtration Barriers • Where filtration takes place • Substances leaving the plasma must pass through 3 filtration barriers before  entering the tubule lumen: o Glomerular capillary endothelium   Fenestrated capillaries with large pores that allow most  components of the plasma to filter through the endothelium  Pores are small enough to prevent blood cells from leaving the  capillary   Negatively charged proteins on the pore surfaces help repel  negatively charged plasma proteins  Glomerular MESANGIAL CELLS lie between and around these  capillaries • Have cytoplasmic bundles of actin­like filaments that  enable them to contract and alter blood flow through the  capillaries • Secrete cytokines associated with immune & inflammatory  processes o Basal lamina  ▯basement membrane   Consists of negatively charged glycoproteins, collagen & other  proteins   Excludes most plasma proteins from the fluid that filters through it  o Epithelium of Bowman’s capsule   Consists of specialized cells called PODOCYTES • Have long cytoplasmic extensions called foot processes o Ended from the main cell body  o Wrap around the capillaries and interlace with one  another  o Leave narrow filtration slits closed by a semiporous  membrane  o Contains nephrin and podocin  Capillary Pressure Causes Filtration 1. Hydrostatic pressure (P H of blood flowing through the glomerular capillaries  forces fluid through the leaky endothelium  • Pressure declines along the length of the capillaries, remains higher than the  opposing pressures • Filtration takes place along nearly the entire length of the glomerular capillaries  2. Colloid osmotic pressure  • Inside glomerular capillaries is higher than that of the fluid in Bowman’s capsule  • Pressure gradient is due to the presence of proteins in the plasma  3. Bowman’s capsule is an enclosed space  • Presence of fluid in the capsule creates a hydrostatic fluid pressurefluidthat  opposes fluid movement into the capsule  • Fluid that is filtering out of the capillaries must displace the fluid already in the  capsule lumen  • Net driving force is 10 mmHg in the direction favoring filtration • Glomerular Filtration Rate (GFR): volume of fluid that filters into Bowman’s  capsule per unit time o Average GFR = 125 mL/min or 180 L/day   About 60 times a day o Influenced by 2 factors  Net filtration pressure • Determined primarily by renal blood flow and blood  pressure  Filtration coefficient • Has two components:  o Surface area of glomerular capillaries available for  filtration and the permeability of interface between  the capillary and Bowman’s capsule o Similar to gas exchange in the alveoli  GFR is Relatively Constant • BP provides the hydrostatic pressure that drive glomerular filtration  o Might seem reasonable to assume that if blood pressure increased, GFR  would increase.  o Blood pressure decreased, GFR would decrease  o NOT THE CASE: GFR is constant over a wide range of BPs • Controlled by regulation of blood flow through the renal arterioles  o Overall resistance of renal arterioles increase, renal blood flow decreases,  blood is diverted to other organs  Effect of increased resistance on GFR depends on where the  resistance change takes place o Resistance increase in AFFERENT ARTERIOLE, hydrostatic pressure  decreases on the glomerular side of the constriction  Decrease in GFR o Resistance increase in the EFFERENT ARTERIOLE, blood dams up in  front of the constriction, hydrostatic pressure in the glomerular capillaries  increases  o Increased glomerular pressure increase GFR • Opposite with decreased resistance  • Most regulation occurs at the afferent arteriole  GFR is Subject to Auto­regulation • Autoregulation of GFR is a local control process o Kidney maintains a relatively constant GFR in the face of normal  fluctuations in blood pressure • Myogenic response: intrinsic ability of vascular smooth muscle to respond to  pressure changes • Tubuloglomerular feedback: paracrine signaling mechanism through which  changes in fluid flow through the loop of Henle influence GFR Myogenic Response • Of afferent arterioles is similar to auto­regulation in other systemic arterioles  • Smooth muscle in arteriole wall stretches (due to increased BP) ion channels  open, muscle cells depolarize  o This opens voltage­gated Ca  channels  o Vascular smooth muscle contracts • Vasoconstriction increases resistance to flow o Blood flow through the arteriole diminishes  • Decrease in blood flow decreases filtration pressure in the glomerulus • BP decrease, arteriole becomes maximally dilated  • A decrease in GFR helps the body conserve blood volume Tubuloglomerular Feedback • Local control pathway in which fluid flow through the tubule influences GFR • Twisted configuration of the nephron causes the final portion of the ascending  limb of the loop of Henle to pass between afferent and efferent arterioles • Tubule and arteriole walls are modified in the regions where they connect to form  the juxtaglomerular apparatus • MACULA DENSA: a plaque of cells that is the modified portion of the tubule  epithelium  o Detects salt concentration change o Increased NaCl, send a paracrine message to neighbouring afferent  arteriole o Afferent arteriole constricts, increasing resistance and decreasing GFR  • GRANULAR CELLS: on the adjacent wall of the afferent arteriole, are  specialized smooth muscle cells  o Secrete renin (involved in salt and water balance) Hormones and Autonomic Neurons Also Influence GFR • They alter GFR in two ways: o Changing resistance in the arterioles o Altering the filtration coefficient  • Neural control of GFR is mediated by sympathetic neurons that innervate both the  afferent and efferent arterioles o Innervation of alpha receptors on vascular smooth muscles causes  VASOCONSTRICTION • Sympathetic activity = moderate, little effect on GFR  • Systemic BP drops SHARPLY, sympathetic induced vasoconstriction of the  arterioles decreases GFR and renal blood flow  • Adaptive response that helps conserve fluid volume  • Most important hormones influencing arteriolar resistance: o Angiotensin II: potent vasoconstrictor and prostaglandins (act as  vasodilators)  May affect the filtration coefficient by acting on podocytes or  mesangial cells  Podocytes change the size of the GF slits • Slits widen, more SA available for filtration, GFR increases Reabsorption • Most takes place in the proximal tubule with a smaller amount occurring in the  distal parts of the nephrons • In the distal nephron allows the kidneys to return ions nad water to the plasma  selectively  ▯maintain homeostasis • Need to filter then reabsorb rather than just excreting the 1% that needs to be  eliminated  o Many foreign substances are filtered into the tubule but not reabsorbed  into the blood o High daily filtration rate helps clear such substances from the plasma  rapidly o Filtering ions and water into the tubule simplifies their regulation  If a portion that reaches the distal nephron is not needed for  homeostasis, passes into the urine  High GFR, excretion can occur quite rapidly o If ions and water are needed they are reabsorbed Reabsorption May Be Active or Passive • Reabsorption from tubule lumen to the ECF depends on active t
More Less

Related notes for BIOL 373

Log In


Don't have an account?

Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.