RENAL PHYSIOLOGY 

Physiology 

Unit 4 

Func1ons 

•  Primary:  regulate ECF through urine forma1on 

•  Kidneys – Regulate volume of blood plasma 

– Regulate concentra1on of waste products  – Regulate concentra1on of electrolytes – Regulate acid‐base balance – Produce and secrete hormones 

Renal Tubules 

•  Nephrons –  Cor1cal –  Juxtamedullary 

•  Afferent arteriole has a wider diameter than the efferent arteriole 

Renal Corpuscle •  Renal corpuscle 

–  Bowmans capsule 

–  Glomerulus 

•  Filtrate:  protein‐free, acellular 

•  Restric1on based on size of pore and electrical charge 

•  Different pore sizes –  Podocytes –  Glomerulus 

•  Electrical charge –  Nega1vely charged surface = 

prevents movement of proteins 

Juxtaglomerular Apparatus 

•  Patch of cells in ascending limb wall as it becomes DCT called the macula densa (osmoreceptors) 

•  Wall of afferent arteriole contains secretory cells called juxtaglomerular (JG) cells 

•  Mesangial cells: filtra1on, structural support, and phagocytosis 

Renal Func1on 

Glomerular Filtra1on •  Starling forces 

–  hydrosta1c pressure vs. osmo1c pressure 

•  Net filtra1on pressure 16mmHg 

•  Subject to physiological control –  Neural, hormonal input to afferent and efferent arterioles 

–  Cause changes in vessel diameter  

Glomerular Filtra1on Rate 

•  Volume of filtrate produced by both kidneys per minute 

•  Factors –  Net filtra1on pressure –  Permeability of corpuscular membranes 

–  Surface area for filtra1on •  At any given filtra1on pressure, GFR will be directly propor1onal to the membrane permeability and surface area –  115 ml/min in women (166 L/day) –  125 ml/min in men (180 L/day) 

En1re plasma volume is filtered 60 1mes a day 

Control of GFR 

Glucose Reabsorp1on 

•  Glucose and amino acids are reabsorbed at proximal tubule 

•  Carrier mediated transport can become saturated –  325 mg/min is transport maximum 

•  Normally only 125 mg/min of glucose per 100ml of filtrate in tubules (1 mg/ml) 

•  When glucose is 180 mg per 100ml of filtrate, glucose gets into urine  –  Renal plasma threshold for glucose 

•  Diabetes mellitus is when there is not enough secre1on of insulin 

•  Lots of urine to help get glucose out 

Regula1on of Ion and Water Balance 

•  180 L of filtrate produced each day 

•  99% reabsorbed •  Obligatory water loss 

–  444 mL 

•  Primary ac1ve transport of Na+ out of the cells and into inters11al fluid –  PCT –  Collec1ng duct –  Na+/K+/ATPase pumps 

As Na+ and Cl‐ are reabsorbed, H2O follows passively by osmosis 

Na+ Reabsorp1on 

65% H2O + NaCl reabsorbed in PCT Osmolarity remains unchanged due to equal transport of both substances 

Coupling of H2O and Na+ Reabsorp1on 

Countercurrent Mul1plier System 

•  Defini1on –  Countercurrent:  flow in opposite direc1ons 

– Mul1plier = posi1ve feedback 

•  Descending limb –  No NaCl transport –  Permeable to water 

•  Ascending limb –  Ac1ve transport of NaCl –  Impermeable to water 

Inters11al Fluid Osmolarity Gradient 

•  Collec1ng Ducts •  Permeable to water, mostly impermeable to NaCl 

•  ADH increases number of water channels 

Vasa Recta 

•  The hairpin loop structure of the vasa recta minimizes excessive loss of solute from the inters11um by diffusion 

•  Urea trapping •  Effects of urea 

–  contributes to hypertonicity of 1ssues 

Control of Na+ Reabsorp1on Aldosterone 

•  Role of aldosterone in Na+/K+ balance –  Secreted by renal cortex –  DCT –  Na+ reabsorp1on 

•  aldosterone = Na+ reabsorbed =H20 = blood pressure 

•  When Na+ is reabsorbed, K+ is excreted 

•  90% reabsorbed before DCT 

•  Without aldosterone  –  8% reabsorbed –  2% filtered Na+ into urine 

•  With aldosterone –  all Na+ reabsorbed 

Control of Na+ Reabsorp1on Angiotensin II 

•  A component of the renin‐angiotensin system –  Renin produced by JG cells 

–  Renin splits angiotensinogen (produced by the liver) into angiotensin I 

–  Angiotensin I converted to angiotensin II 

•  Angiotensin II –  S1mulates secre1on of aldosterone 

–  Causes vasoconstric1on •  Increases BP 

–  Levels are high during salt deple1on (Na+ levels are low) •  Retension of Na+ and H20 

•  Increases BP 

Control of Na+ Reabsorp1on Renin 

•  Renin acts as an enzyme that catalyzes spliing off of angiotensin I from angiotensinogen in plasma 

•  Juxtaglomerular apparatus – The macula densa 

•  Sensi1ve to a decrease in  [Na+] in tubular fluid •  Causes increased renin secre1on 

– The juxtaglomerular (JG) cells •  Sensi1ve to drop in BP •  Secrete Renin 

Control of Na+ Reabsorp1on Atrial Natriure1c Pep1de (ANP) 

•  Atrial Natriure=c Pep=de (ANP) produced by cardiac muscle cells in the atria 

•  Responds to high BP •  Inhibits Na+ reabsorp1on in the kidney tubules •  Can also act on renal blood vessels to increase GFR – Further increases Na+ excre1on 

•  Directly inhibits aldosterone secre1on – Further increases Na+ excre1on 

Renal Regula1on of K+ 

•  Cor1cal collec1ng ducts can secrete K+ 

•  Normal ECF values range between     3.5‐5.0 mmol/L 

•  90% reabsorbed in PCT •  Without aldosterone 

–  100% K+ reabsorbed in DCT 

•  With aldosterone –  K+ secre1on into DCT & CD 

Acid‐Base Balance 

•  Adults produce about 100 mmol/day of H+ 

•  Goal:  maintain rela1vely constant plasma pH in spite of daily varia1ons in produc1on of acids from metabolism and food intake 

•  Role of the kidney –  Reabsorb all HCO3

‐ filtered and excre1ng H+ into urine •  90‐95% reabsorbed in PCT and DCT •  Excre1ng 1‐2L of un‐buffered urine only eliminates 1mmol/day of H+ 

–  Generate new HCO3‐ 

•  Filterable phosphate is primary buffer anion in urine 

•  Nitrogen is excreted as ammonium rather than urea, sparing bicarbonate 

Reabsorp1on of Bicarbonate 

•  Significant tubular reabsorp1on  –  PCT, LOH, cor1cal CD 

•  Can be secreted in the CD 

•  Bicarbonate reabsorp1on depends on tubular secre1on of H+  

Addi1on of New Bicarbonate 

Tubular secre1on of H+  Renal metabolism of glutamine and excre1on of ammonium (NH4

+)