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TTHHEE KKIIDDNNEEYY

Version 02 Renal intensive care - S elf learning m o d u le © C o p y r i g h t 2 0 0 4 G a m b r o L u n d i a A B

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Table of Contents T h e k i d n e y LEARNING OBJECTIVES 1 . In t r o d u c t i o n P ART I: Th e d y n a m i c s o f f l u i d a n d e l e c t r o l y t e m o v e m e n t 2 . 0 At o m s , i o n s , m o l e c u l e s , a n d s o l u t i o n s

2 . 1 At o m s , i o n s a n d m o l e c u l e s 2 . 2 So l u t i o n s 2 . 3 Q U IZ 2 . 4 ANSW ERS t o q u i z

3 . 0 Th e c e l l 3 . 1 Th e c e l l ’ s m e m b r a n e 3 . 2 Ty p e s o f t r a n s p o r t a c r o s s t h e p l a s m a m e m b r a n e 3 . 3 Q U IZ 3 . 4 ANSW ERS t o q u i z

4 . 0 D i s t r i b u t i o n o f w a t e r i n t h e b o d y 4 . 1 El e c t r o l y t e s a n d f l u i d v o l u m e 4 . 2 Q U IZ 4 . 3 ANSW ERS t o q u i z

5 . 0 Ac i d -b a s e r e g u l a t i o n i n t h e b o d y 5 . 1 Bu f f e r s y s t e m 5 . 2 Re s p i r a t o r y s y s t e m 5 . 3 Re n a l s y s t e m 5 . 4 Ty p e s o f a c i d -b a s e i m b a l a n c e s 5 . 5 Q U IZ 5 . 6 ANSW ERS t o q u i z

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P ART II: An a t o m y a n d p h y s i o l o g y o f t h e k i d n e y 6 . 0 U r i n a r y s y s t e m

6 . 1 Ex t e r n a l a n a t o m y o f t h e k i d n e y 6 . 2 Q U IZ 6 . 3 ANSW ERS t o q u i z

7 . 0 In t e r n a l a n a t o m y o f t h e k i d n e y 7 . 1 Th e n e p h r o n 7 . 2 Q U IZ 7 . 3 ANSW ERS t o q u i z

8 . 0 Bl o o d s u p p l y o f t h e k i d n e y 8 . 1 In n e r v a t i o n o f t h e k i d n e y 8 . 2 Q U IZ 8 . 3 ANSW ERS t o q u i z

9 . 0 Re n a l p h y s i o l o g y 9 . 1 K i d n e y f u n c t i o n s 9 . 2 Tu b u l a r r e a b s o r p t i o n a n d s e c r e t i o n o f i o n s 9 . 3 Q U IZ 9 . 4 ANSW ERS t o q u i z

1 0. 0 Cl e a r a n c e a n d GF R 1 0. 1 Co m p o s i t i o n o f u r i n e 1 0. 2 Q U IZ 1 0. 3 ANSW ERS t o q u i z

REF ERENCES P H OTO IND EX

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L E A R N I N G O B J E C T I V E S This module will allow the learner to review: � T h e dy n am i c s o f f l u i d an d e l e c t r o l y t e m o v e m e n t , i n c l u di n g :

• A t o m s, i o n s, m o l e c u l e s an d so l u t i o n s • T h e c e l l • T h e di st r i bu t i o n o f w at e r i n t h e bo dy • A c i d-base r e g u l at i o n i n t h e bo dy

� T h e an at o m y an d p h y si o l o g y o f t h e k i dn e y , i n c l u di n g :

• T h e u r i n ar y sy st e m • T h e i n t e r n al an at o m y o f t h e k i dn e y • B l o o d su p p l y o f t h e k i dn e y • R e n al p h y si o l o g y • C l e ar an c e an d G F R

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1 . 0 I n t r o d u c t i o n A c h i e v i n g a so l i d k n o w l e dg e o f a bo dy sy st e m i n de p e n de n t l y o f i t s r e l at i o n sh i p t o t h e r e st o f t h e bo dy i s i m p o ssi bl e . T h i s m o du l e p r e se n t s a r e v i e w o f t h e k i dn e y . I t be g i n s w i t h a r e v i e w o f t h e dy n am i c s o f f l u i d an d e l e c t r o l y t e m o v e m e n t , i n c l u di n g a r e v i e w o f t h e c o m p o n e n t s t h at m ak e u p an o r g an , t h e c e l l i t se l f , t h e basi c s o f w at e r di st r i bu t i o n , an d a di sc u ssi o n o n ac i d-base r e g u l at i o n i n t h e bo dy . A l l o f t h e se ar e i m p o r t an t c o m p o n e n t s an d c o n c e p t s t o u n de r st an d i n o r de r t o p r o c e e d t o t h e r e v i e w o f t h e k i dn e y i t se l f . T h e se c o n d h al f o f t h e m o du l e de al s w i t h t h e an at o m y an d p h y si o l o g y o f t h e k i dn e y . T h i s i n c l u de s i t s st r u c t u r e an d f u n c t i o n an d m e t h o ds t o m e asu r e i t s f u n c t i o n al i t y .

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P A R T I : T h e d y n a m i c s o f f l u i d a n d e l e c t r o l y t e m o v e m e n t 2 . 0 At o m s , i o n s , m o l e c u l e s , a n d s o l u t i o n s 2 . 1 At o m s , i o n s a n d m o l e c u l e s T h e sc i e n c e o f chemistry st u di e s t h e st r u c t u r e an d i n t e r ac t i o n s o f m at t e r . E v e r y l i v i n g o r g an i sm an d n o n l i v i n g o bj e c t c o n si st s o f m at t e r . A l l f o r m s o f m at t e r ar e c o m p o se d o f bu i l di n g bl o c k s c al l e d c h e m i c al e l e m e n t s. E ac h e l e m e n t i s m ade u p o f atoms t h at c an n o t be br o k e n do w n by an y c h e m i c al m e an s. A t o m s ar e e x t r e m e l y sm al l u n i t s o f m at t e r w h i c h m ak e u p a c h e m i c al e l e m e n t . E ac h at o m c o n si st s o f t h r e e t y p e s o f p ar t i c l e s: p rotons, neutrons an d elec trons. T h e po sitiv el y cha rg ed pro to n s an d u n cha rg ed n eu tro n s ar e f o u n d i n t h e c o r e o f t h e at o m , i t s n u c l e u s. N eg a tiv el y cha rg ed el ectro n s m o v e abo u t i n t h e sp ac e su r r o u n di n g t h e n u c l e u s.

A tom. A t o m s ar e e x t r e m e l y sm al l u n i t s c o n si st i n g o f t h r e e t y p e s o f p ar t i c l e s. T h e y c o m p o se t h e c h e m i c al e l e m e n t s o f m at t e r , an d c an n o t be br o k e n do w n by an y c h e m i c al m e an s.

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I n di v i du al at o m s l o se e l e c t r o n s t o , g ai n e l e c t r o n s f r o m o r sh ar e e l e c t r o n s w i t h o t h e r at o m s. W h e n an at o m l o se s o r g ai n s e l e c t r o n s, i t be c o m e s an ion. T h i s ioniz ation p r o c e ss e n abl e s at o m s i n t h e bo dy t o e x i st i n e l e c t r i c al l y c h ar g e d f o r m s. I o n s c an h av e e i t h e r a p o si t i v e o r a n e g at i v e c h ar g e as a r e su l t o f t h e i r u n e q u al am o u n t o f p r o t o n s an d e l e c t r o n s. P o si t i v e l y c h ar g e d i o n s ar e c al l e d c ations. F o r e x am p l e , a so di u m i o n w h i c h h as l o st an e l e c t r o n w i l l h av e a c h ar g e o f 1 +. I t w i l l be sy m bo l i z e d by N a+. N e g at i v e l y c h ar g e d i o n s ar e c al l e d anions. W h e n i o n i z at i o n o c c u r s, t h e r e su l t i n g p o si t i v e an d n e g at i v e c h ar g e s p u l l i o n s t o g e t h e r . T h e h u m an bo dy i s di v i de d i n t o m an y o r g an i z at i o n al l e v e l s. T h e chemica l l ev el c o n si st s o f at o m s an d m o l e c u l e s. W h e n t w o o r m o r e at o m s sh ar e e l e c t r o n s, t h e y f o r m a molec ule. M o l e c u l e s c an c o n si st o f at o m s o f t h e sam e e l e m e n t , as i n o x y g e n g as (O 2), o r o f at o m s o f di f f e r e n t e l e m e n t s, as i n w at e r (H2 O ). T h e w e i g h t o f a m o l e c u l e (m o l e c u l ar w e i g h t ) i s e x p r e sse d i n t e r m s o f t h e at o m i c m ass u n i t , al so k n o w n as t h e dal t o n . T h e m o l e c u l ar w e i g h t i s t h e su m o f t h e at o m i c w e i g h t o f e ac h at o m m ak i n g u p t h e m o l e c u l e .

From atom to molecule. When two or more atoms share electrons, they form a molecule.

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T h e n e x t o r g an i z at i o n al l e v e l i s t h e cel l u l a r l ev el , w h e r e m o l e c u l e s c o m bi n e i n t h e bo dy i n o r de r t o f o r m c ells. C e l l s ar e t h e sm al l e st l i v i n g an d f u n c t i o n al u n i t o f t h e h u m an bo dy . Protons N eutrons A toms E lements C ells O rg ans E lec trons M olec ules

F rom atom to org an. R e su l t i n g o f m o l e c u l ar c o m bi n at i o n s i n t h e bo dy , c e l l s ar e t h e sm al l e st l i v i n g an d f u n c t i o n al u n i t o f t h e h u m an o r g an i sm . 2 . 2 S o l u t i o n s D e p e n di n g o n i t s t e m p e r at u r e , m at t e r c an e x i st i n v ar i o u s f o r m s i n c l u di n g so l i ds, l i q u i ds an d g ase s. T h e e n e r g y st at e o f a su bst an c e , as i n f l u e n c e d by t e m p e r at u r e v ar i at i o n s w h i c h r e g u l at e t h e m o v e m e n t o f m o l e c u l e s, de t e r m i n e s u n de r w h i c h f o r m t h e su bst an c e w i l l o c c u r . F o r e x am p l e , c o l d t e m p e r at u r e s m e an l e ss e n e r g y , w h i c h l e ads t o t h e f o r m at i o n o f i c e . M o l e c u l e s i n so l i ds (su c h as i c e ) bar e l y m o v e an d f o r m a m o r e c o m p ac t st r u c t u r e . A t e m p e r at u r e i n c r e ase l e ads t o t r an sf o r m at i o n o f a so l i d i n t o a l i q u i d an d/ o r a g as.

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A l i q u i d t h at c o n t ai n s o n e o r m o r e su bst an c e s i s c al l e d a solution. T h i s i s a h o m o g e n e o u s m i x t u r e . C e r t ai n su bst an c e s p l ay t h e r o l e o f solvent , u su al l y a l i q u i d, i n w h i c h o t h e r su bst an c e s, c al l e d solutes , m ay be di sso l v e d. W h e n w at e r i s t h e so l v e n t o f a so l u t i o n , t h at so l u t i o n i s c al l e d an aq u e o u s so l u t i o n . F o r e x am p l e , su g ar (so l u t e ), w h i c h i s a so l i d, w i l l di sso l v e i n w at e r (so l v e n t ) t o f o r m a so l u t i o n . T h e c o n c e n t r at i o n o f su g ar w i l l be e v e n l y di st r i bu t e d i n t h i s aq u e o u s so l u t i o n . S alts and solutions W h e n a sal t i s di sso l v e d i n w at e r , i t s i o n s (elec troly tes) ar e se p ar at e d an d t h e i r c o n c e n t r at i o n s ar e t h e sam e t h r o u g h o u t t h e so l u t i o n . E ac h o f t h e sal t ’ s i o n s (c at i o n s an d an i o n s) be c o m e s su r r o u n de d by w at e r m o l e c u l e s, w h i c h l e sse n t h e c h an c e t h at t h e y w i l l r e f o r m as a sal t . T h e n u m be r o f c at i o n s must e q u al t h e n u m be r o f an i o n s i n t h e so l u t i o n , su c h t h at t h e i r e l e c t r i c c h ar g e s c an c e l o u t t o m ak e t h e aq u e o u s so l u t i o n e l e c t r o n e u t r al . A l t h o u g h sal t so l u t i o n s do n o t h av e an e l e c t r i c c h ar g e , t h e di sso l v e d i o n s (e l e c t r o l y t e s) c an c o n du c t an e l e c t r i c al c u r r e n t . I n f ac t , al l so l u t i o n s ar e e l e c t r i c al l y n e u t r al du e t o t h e p h y si c al l aw o f e l e c t r o n e u t r al i t y . T h i s p l ay s an i m p o r t an t r o l e i n t h e h u m an bo dy . W a ter is the mo st a b u n d a n t so l v en t in the hu ma n b o d y. I ts ca pa city to f o rm so l u tio n s w ith ma n y d if f eren t so l u tes is v ita l to o u r su rv iv a l . A so l u tio n co n ta in in g a hig her co n cen tra tio n o f so l u tes tha n a cel l is sa id to b e hyperto n ic ( hyper = g rea ter tha n ) . A so l u tio n w ith a l esser so l u te co n cen tra tio n tha n a cel l is sa id to b e hypo to n ic ( hypo = l ess tha n ) . I f the so l u te co n cen tra tio n o f the so l u tio n is eq u a l to the so l u te co n cen tra tio n o f the cel l s, it is ca l l ed a n iso to n ic ( iso = sa me) so l u tio n .

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2 . 3 Q U I Z 1 . True or F alse

T or F I n w at e r , e asi l y di sso l v abl e sal t s w i l l di sso c i at e i n t o an i o n s an d c at i o n s. T or F W at e r m o l e c u l e s m o v e l e ss v i g o r o u sl y w h e n t h e su r r o u n di n g t e m p e r at u r e

i s h i g h . T or F A t o m s bi n d t o g e t h e r i n t h e bo dy t o f o r m m o l e c u l e s.

2 . M atc h the f ollowing :

h y p e r t o n i c u su al l y l i q u i d, i t w i l l di sso l v e an o t h e r su bst an c e t o m ak e a so l u t i o n so l u t e a so l u t i o n w i t h a l e sse r so l u t e c o n c e n t r at i o n t h an an o t h e r so l u t i o n so l v e n t a t y p e o f so l u t i o n i n w h i c h w at e r i s t h e

so l v e n t h y p o t o n i c aq u e o u s so l u t i o n a so l u t i o n c o n t ai n i n g a h i g h e r c o n c e n t r at i o n o f so l u t e s t h an an o t h e r so l u t i o n w at e r

e l e c t r o n e u t r al n o t e l e c t r i c al l y c h ar g e d

a l i q u i d t h at c o n t ai n s o n e o r m o r e su bst an c e s

a su bst an c e t h at i s di sso l v e d i n a so l u t i o n

m o st abu n dan t so l v e n t i n t h e bo dy

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2 . 4 A N S W E R S t o q u i z 1 . True or F alse

True I n w at e r , e asi l y di sso l v abl e sal t s w i l l di sso c i at e i n t o an i o n s an d c at i o n s. F alse W at e r m o l e c u l e s m o v e l e ss v i g o r o u sl y w h e n t h e su r r o u n di n g t e m p e r at u r e i s

h i g h .

C o l d t e m p e r at u r e s m e an l e ss e n e r g y an d w i l l l e ad t o t h e p r o du c t i o n o f i c e w h i c h i s t h e so l i d f o r m o f w at e r . I n so l i ds, m o l e c u l e s bar e l y m o v e an d f o r m a m o r e c o m p ac t st r u c t u r e . T h e t e m p e r at u r e i s g r e at e r i n l i q u i d f o r m s o f m at t e r , as i s t h e am o u n t o f e n e r g y . S u bst an c e s e x i st i n g i n t h e g as f o r m ar e u su al l y f o u n d i n h i g h t e m p e r at u r e e n v i r o n m e n t s. I n g ase s, m o l e c u l e s m o v e f r e e l y al l di r e c t i o n s an d c o l l i de w i t h e ac h o t h e r .

True A t o m s bi n d t o g e t h e r i n t h e bo dy t o f o r m m o l e c u l e s.

2 . M atc h the f ollowing :

h y p e r t o n i c u su al l y l i q u i d, i t w i l l di sso l v e an o t h e r su bst an c e t o m ak e a so l u t i o n so l u t e a so l u t i o n w i t h a l e sse r so l u t e c o n c e n t r at i o n t h an an o t h e r so l u t i o n so l v e n t

a t y p e o f so l u t i o n i n w h i c h w at e r i s t h e so l v e n t

h y p o t o n i c aq u e o u s so l u t i o n a so l u t i o n c o n t ai n i n g a h i g h e r c o n c e n t r at i o n o f so l u t e s t h an an o t h e r so l u t i o n w at e r n o t e l e c t r i c al l y c h ar g e d e l e c t r o n e u t r al

a l i q u i d t h at c o n t ai n s o n e o r m o r e su bst an c e s

a su bst an c e t h at i s di sso l v e d i n a so l u t i o n

m o st abu n dan t so l v e n t i n t h e bo dy

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3. 0 T h e c e l l C e l l s ar e t h e sm al l e st basi c st r u c t u r al l i v i n g u n i t s o f t h e bo dy . E ac h o r g an an d st r u c t u r e i s m ade o f m an y di f f e r e n t t y p e s o f c e l l s. C e l l s p e r f o r m m an y basi c t ask s an d e ac h t y p e o f c e l l f u n c t i o n s i n a sp e c i f i c w ay so as t o f u l f i l l a u n i q u e bi o c h e m i c al o r st r u c t u r al r o l e . F o r e x am p l e , w h i l e k i dn e y c e l l s sh ar e c e r t ai n si m i l ar i t i e s w i t h n e r v e c e l l s, t h e y al so h av e u n i q u e f e at u r e s o f t h e i r o w n . T h e p r i n c i p al c o m p o n e n t s o f t h e c e l l s ar e t h e p lasma memb rane, t h e c y top lasm , t h e nuc leus an d t h e mitoc hondria. T h e p lasma memb rane su r r o u n ds an d c o n t ai n s t h e c y t o p l asm o f a c e l l . I t se p ar at e s t h e i n n e r e l e m e n t s o f t h e c e l l f r o m t h e o u t si de e n v i r o n m e n t . T h e p l asm a m e m br an e p o sse sse s di f f e r e n t c h e m i c al , h o r m o n al , e n z y m at i c , n u t r i e n t an d an t i bo dy r e c e p t o r s w h i c h se l e c t i v e l y al l o w t h e f l o w o f su bst an c e s ( n u trien t ex cha n g es). T h i s se l e c t i v e bar r i e r c o n t r i bu t e s t o t h e m ai n t e n an c e o f t h e bo dy ’ s h o m e o st asi s.

The c ell. E ac h o r g an an d st r u c t u r e i s m ade o f m an y di f f e r e n t t y p e s o f c e l l s w h i c h h av e , e ac h o f t h e m , t h e sam e basi c c o m p o n e n t s.

P a g e 13 o f 74

T h e c y top lasm c o n si st s o f t h e c e l l u l ar c o n t e n t be t w e e n t h e p l asm a m e m br an e an d t h e n u c l e u s. T h i s sp ac e i s f i l l e d w i t h 7 5 -9 0 % w at e r , g l u c o se , l i p i ds, p r o t e i n s, i n o r g an i c sal t s an d di sso l v e d e l e c t r o l y t e s (i o n s). T h e r o l e o f t h e c y t o p l asm an d i t s c o n t e n t s i s t o c o n v e r t e x t e r n al p r o du c t s i n t o e n e r g y , a p r o c e ss w h i c h r e q u i r e s t h at se v e r al c h e m i c al r e ac t i o n s t ak e p l ac e . T h e nuc leus c o n t ai n s t h e g e n e t i c m at e r i al (D N A an d R N A ) n e c e ssar y t o c o n t r o l t h e c e l l u l ar st r u c t u r e an d f u n c t i o n as w e l l as t h e h e r e di t ar y c h ar ac t e r i st i c s o f e ac h i n di v i du al . I t c an be c o m p ar e d t o t h e “ c o n t r o l r o o m ” o f t h e c e l l . M itoc hondria ar e m e m br an e -bo u n d c o m p ar t m e n t s ( o rg a n el l es) l o c at e d i n t h e c y t o p l asm . T h e y ar e c ap abl e o f p e r f o r m i n g m an y c h e m i c al r e ac t i o n s, su c h as g e n e r at i n g e n e r g y (A T P ) f o r c e l l u l ar ac t i v i t y , w i t h t h e h e l p o f o x y g e n . E ac h c e l l c o n t ai n s a di f f e r e n t n u m be r o f m i t o c h o n dr i a, de p e n di n g o n i t s e n e r g y r e q u i r e m e n t s. 3 . 1 Th e c e l l ’ s m e m b r a n e T h e st r u c t u r e o f t h e c e l l w al l e n abl e s sp e c i f i c an d n o n sp e c i f i c su bst an c e e x c h an g e s i n an d o u t o f t h e c e l l . T h e m e m br an e ’ s selec tive p ermeab ility al l o w s c e r t ai n su bst an c e s t o p ass m o r e e asi l y t h an o t h e r s. I n f ac t , c h an n e l s an d t r an sp o r t e r s al o n g t h e c e l l w al l s i n c r e ase t h e m e m br an e ’ s p e r m e abi l i t y t o sm al l an d m e di u m si z e d m o l e c u l e s an d i o n s. T h i s se l e c t i v e p e r m e abi l i t y c r e at e s di f f e r e n c e s i n t h e c o n c e n t r at i o n o f c h e m i c al s o n e i t h e r si de o f t h e m e m br an e . T h i s di f f e r e n c e i s c al l e d a c onc entration g radient. F o r e x am p l e , so di u m i o n s (N a+) ar e m o r e c o n c e n t r at e d o u t si de t h e c e l l t h an i n t h e c y t o p l asm (i n si de t h e c e l l ). T h e r e i s al so a di f f e r e n c e i n t h e di st r i bu t i o n o f p o si t i v e l y an d n e g at i v e l y c h ar g e d i o n s o n e i t h e r si de o f t h e p l asm a m e m br an e . T h i s i s c al l e d t h e elec tric al g radient. T h e i n n e r su r f ac e o f t h e m e m br an e i s m o r e n e g at i v e l y c h ar g e d t h an t h e o u t si de su r f ac e . M ai n t e n an c e o f t h e se t w o g r adi e n t s i s e sse n t i al t o t h e l i f e o f t h e c e l l . 3 . 2 Ty p e s o f t r a n s p o r t a c r o s s t h e p l a s m a m e m b r a n e M at e r i al e x c h an g e ac r o ss c e l l w al l s i s e sse n t i al t o t h e l i f e o f a c e l l . T h e t r an sp o r t o f m o l e c u l e s ac r o ss t h e c e l l m e m br an e o c c u r s by t w o g e n e r al t y p e s o f m e c h an i sm s de p e n di n g o n t h e c h ar ac t e r i st i c s o f t h e so l u t e s t o be t r an sp o r t e d. T h e se ar e p assive an d ac tive transp ort. P assive transp ort W at e r an d sm al l m o l e c u l e s m o v e e asi l y t h r o u g h c h an n e l s i n t h e p l asm a m e m br an e by p assive transp ort. T h e se c h an n e l s l i n k t h e i n t e r i o r o f t h e c e l l w i t h i t s e x t e r n al e n v i r o n m e n t . T h e sp o n t an e o u s p r o c e ss o f p assi v e t r an sp o r t o c c u r s n at u r al l y an d do e s n o t r e q u i r e t h e u se o f e n e r g y . P assi v e t r an sp o r t i s m e di at e d by dif f usion an d osmosis.

P a g e 14 o f 74

D i f f u si o n D if f usion i s t h e p assi v e m o v e m e n t o f a so l u t e f r o m an ar e a o f h i g h e r so l u t e c o n c e n t r at i o n t o an ar e a o f l o w e r so l u t e c o n c e n t r at i o n . T h i s di f f e r e n c e i n so l u t e c o n c e n t r at i o n i s c al l e d a c o n c e n t r at i o n g r adi e n t .

P assive dif f usion. D i f f u si o n i s t h e p assi v e m o v e m e n t o f a so l u t e t o t h e ar e a o f l o w e r c o n c e n t r at i o n .

P a g e 15 o f 74

M olec ules move randomly , and when the solute c onc entration in a solution is modif ied, the molec ules of the solute will redistrib ute themselves evenly throug hout the solution. I f a selec tively p ermeab le memb rane divides two areas, the molec ules will dif f use sp ontaneously until c onc entration eq uilib rium is estab lished b etween these two areas. The molec ules c ontinue to move randomly b ut there will b e no f urther c hang e in solute c onc entration. Hu m an c e l l m e m br an e s ar e se l e c t i v e l y p e r m e abl e , a si t u at i o n w h i c h i n f l u e n c e s t h e r at e o f di f f u si o n o f t h e v ar i o u s m o l e c u l e s. S o m e i o n c h an n e l s ar e p e r m an e n t l y o p e n w h i l e o t h e r s al t e r n at i v e l y o p e n an d c l o se . I n g e n e r al , t h e l ar g e r t h e si z e an d m o l e c u l ar w e i g h t o f t h e m o v i n g m o l e c u l e s, t h e l o w e r t h e i r di f f u si o n r at e . D i f f u si o n ac r o ss a c e l l w al l o n l y t ak e s a f r ac t i o n o f a se c o n d si n c e t h e p l asm a m e m br an e i s e x t r e m e l y t h i n . O sm o si s T h e di f f u si o n o f w at e r ac r o ss a se l e c t i v e l y p e r m e abl e m e m br an e i s a sp e c i al c ase o f p assi v e t r an sp o r t c al l e d o sm o si s. O smosis i s t h e m o v e m e n t o f a so l v e n t t h r o u g h a se l e c t i v e l y p e r m e abl e m e m br an e f r o m an ar e a o f l o w so l u t e c o n c e n t r at i o n t o an ar e a o f h i g h e r so l u t e c o n c e n t r at i o n . T h e r e f o r e , t h e so l v e n t o r w at e r i s di f f u si n g do w n i t s c o n c e n t r at i o n g r adi e n t . I n t h e c ase o f o sm o si s, t h e so l u t e s c an n o t p ass t h r o u g h t h e m e m br an e ; u n l i k e f o r di f f u si o n , i t i s t h e w at e r w h i c h m u st di f f u se t h r o u g h t h e m e m br an e an d n o t t h e so l u t e m o l e c u l e s.

O sm osi s is the mo v emen t o f a so l v en t thro u g h a sel ectiv el y permea b l e memb ra n e f ro m a n a rea o f l o w so l u te co n cen tra tio n to a n a rea o f hig her so l u te co n cen tra tio n .

O r di n ar i l y , o sm o si s c au se s t h e v o l u m e o f t h e m o r e c o n c e n t r at e d so l u t i o n t o i n c r e ase . T h e p r e ssu r e t h at i s e x e r t e d w h e n a l i q u i d t r av e l s f r o m a l o w c o n c e n t r at i o n ar e a t o a h i g h c o n c e n t r at i o n ar e a i s c al l e d hy drostatic p ressure. T h i s de sc r i be s t h e m e c h an i c al f o r c e o f w at e r p u sh i n g ag ai n st a c e l l u l ar m e m br an e . A so l u t i o n ’ s t e n de n c y t o t ak e u p w at e r c an be c o u n t e r ac t e d by ap p l y i n g su f f i c i e n t p r e ssu r e . T h i s c o u n t e r ac t i n g p r e ssu r e i s c al l e d osmotic p ressure. O sm o t i c p r e ssu r e i s t h e p r e ssu r e n e e de d t o st o p t h e m o v e m e n t o f w at e r t o w ar ds t h e m o r e c o n c e n t r at e d so l u t i o n w h e n t w o so l u t i o n s ar e di v i de d by a m e m br an e . W i t h a su f f i c i e n t i n c r e ase i n o sm o t i c p r e ssu r e , t h e v o l u m e o f e ac h so l u t i o n c an be r e st o r e d t o t h e i r i n i t i al v al u e .

P a g e 16 o f 74

H y d rosta ti c p re ssu re is the pressu re tha t is ex erted w hen a l iq u id tra v el s f ro m a l o w co n cen tra tio n a rea to a hig h co n cen tra tio n a rea . O sm oti c p re ssu re is the pressu re n eed ed to sto p the mo v emen t o f w a ter to w a rd s the mo re co n cen tra ted so l u tio n , w hen tw o so l u tio n s a re d iv id ed b y a memb ra n e.

S o l u t e s w h i c h ar e t o o l ar g e t o p ass t h r o u g h t h e p l asm a m e m br an e c an e n h an c e o sm o t i c ac t i v i t y . P l asm a p r o t e i n s ar e e x am p l e s o f m o l e c u l e s t h at n o r m al l y do n o t c r o ss t h e c e l l w al l . I n bl o o d v e sse l s, p l asm a p r o t e i n s c r e at e an o sm o t i c e f f e c t c al l e d onc otic p ressure. S i n c e t h e l ar g e p r o t e i n m o l e c u l e s c an n o t c r o ss t h e v e sse l w al l , t h e y m u st r e m ai n i n t h e bl o o dst r e am . B e c au se t h e c o n c e n t r at i o n o f t h e se n o n -di f f u si bl e p r o t e i n m o l e c u l e s ar e n o t t h e sam e o n e i t h e r si de o f t h e bl o o d v e sse l , p assi v e m o v e m e n t o f w at e r i n t o t h e bl o o dst r e am i s n e c e ssar y t o m ai n t ai n w at e r c o n c e n t r at i o n e q u i l i br i u m be t w e e n t h e i n si de an d t h e o u t si de o f t h e bl o o d v e sse l .

O nc oti c p re ssu re is a n o smo tic ef f ect ex erted b y pl a sma pro tein s tha t ca n n o t d if f u se a cro ss b l o o d v essel w a l l s.

Active Transport I n active transport, l a r g e r m o l e c u l e s a r e t r a n s f e r r e d i n a n d o u t o f t h e c e l l a c r o s s t h e c e l l m e m b r a n e b y p r o t e i n t r a n s p o r t e r s . T h i s t y p e o f t r a n s p o r t r e q u i r e s t h e u s e o f m e t a b o l i c e n e r g y ( i n t h e f o r m o f a d e n o s i n e t r i p h o s p h a t e , ATP ) , w h i c h i s p r o d u c e d b y t h e c e l l ’ s m itoch ond ria . P r o t e i n t r a n s p o r t e r s w i l l b e a s s i s t e d b y A T P i n o r d e r t o m o v e m o l e c u l e s “ u p h i l l ” a l o n g t h e i r c o n c e n t r a t i o n g r a d i e n t ( f r o m a n a r e a o f l o w e r c o n c e n t r a t i o n i n t o o n e o f h i g h e r c o n c e n t r a t i o n ) . A c t i v e l y t r a n s p o r t e d m o l e c u l e s i n c l u d e N a + , K + , C l - a n d H + i o n s . T h e b e s t -k n o w n p u m p u s e d i n a c t i v e t r a n s p o r t i s t h e sod iu m -potassiu m pu m p ( a l s o k n o w n a s N a + / K + A T P a s e p u m p ) . E v e r y h u m a n b o d y c e l l h a s t h o u s a n d s o f s o d i u m p u m p s i n i t s p l a s m a m e m b r a n e .

P a g e 17 o f 74

A c tive transp ort. A c t i v e t r an sp o r t s r e q u i r e e n e r g y (A T P ) an d c o n c e r n l ar g e r m o l e c u l e s w h i c h ar e t r an sf e r r e d i n an d o u t o f t h e c e l l ac r o ss t h e c e l l m e m br an e by p r o t e i n t r an sp o r t e r s (p u m p ).

P a g e 18 o f 74

3. 3 Q U I Z 1 . F il l in th e b l ank s.

T h e f o u r m a i n p a r t s o f a c e l l a r e _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ , _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ , _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ a n d _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ .

2 . A research er ob serves th at th e sod iu m ( N a+) concentration insid e a specif ic

h u m an cel l is m u ch g reater th an in th e sol u tion ou tsid e th e cel l . W h at w il l eventu al l y h appen to th e cel l in term s of vol u m e if its pl asm a m em b rane is perm eab l e to w ater? a ) w a t e r i s d r a w n i n t o t h e c e l l w h i c h i s i n a h y p o t o n i c s o l u t i o n b ) w a t e r i s o s m o t i c a l l y d r a w n i n t o a c e l l w h i c h i s i n a h y p o t o n i c s o l u t i o n c ) w a t e r i s o s m o t i c a l l y d r a w n i n t o a c e l l w h i c h i s i n a h y p e r t o n i c s o l u t i o n

P a g e 19 o f 74

3 . M atc h the f ollowing :

di f f u si o n c an be e i t h e r by di f f u si o n o r o sm o si s c o n c e n t r at i o n g r adi e n t an e f f e c t t h at c an be c au se d by l ar g e

p r o t e i n p assi v e t r an sp o r t m o l e c u l e s w h i c h c an n o t c r o ss bl o o d

v e sse l w al l s o n c o t i c p r e ssu r e ar e l o c at e d t h r o u g h o u t t h e p l asm a

m e m br an e an d m ai n t ai n the i o n i c c o n c e n t r at i o n g r adi e n t n e c e ssar y f o r c e l l u l ar ac t i v i t y

o sm o si s e l e c t r i c al g r adi e n t a di f f e r e n c e i n t h e di st r i bu t i i o n o f

p o si t i v e l y an d n e g at i v e l y c h ar g e d i o n s be t w e e n e ac h si de o f a p l asm a m e m br an e

ac t i v e t r an sp o r t so di u m -p o t assi u m p u m p (N a+ / K+ A T P ase p u m p ) t h i s p r o c e ss r e q u i r e s t h e u se o f

m e t abo l i c e n e r g y (i n t h e f o r m o f ade n o si n e t r i p h o sp h at e , A T P )

m o v e m e n t o f a so l v e n t (e.g . , w at e r ) t h r o u g h a se l e c t i v e l y p e r m e abl e m e m br an e f r o m an ar e a o f l o w e r so l u t e c o n c e n t r at i o n t o an ar e a o f h i g h e r so l u t e c o n c e n t r at i o n t h e di f f e r e n c e i n t h e c o n c e n t r at i o n o f a so l u t e be t w e e n e ac h si de o f t h e p l asm a m e m br an e

p assi v e m o v e m e n t o f a so l u t e (e.g . , w at e r ) “ do w n h i l l ” al o n g i t s c o n c e n t r at i o n

P a g e 20 o f 74

3. 4 A N S W E R S t o q u i z 1 . F ill in the b lank s

T h e f o u r m ai n p ar t s o f a c e l l ar e the p lasma memb rane , the c y top lasm , the nuc leus an d the mitoc hondria.

2 . A researc her ob serves that the sodium ( N a+) c onc entration inside a sp ec if ic human

c ell is muc h g reater than in the solution outside the c ell. W hat will eventually hap p en to the c ell in terms of volume if its p lasma memb rane is p ermeab le to water? a) w at e r i s dr aw n i n t o t h e c e l l w h i c h i s i n a h y p o t o n i c so l u t i o n b ) water is osmotic ally drawn into a c ell whic h is in a hy p otonic solution

A hy p otonic (h y p o = l e sse r t h an ) so l u t i o n h as a l o w e r so l u t e c o n c e n t r at i o n an d i s m o r e di l u t e t h an bo dy f l u i ds o r t h e so l u t i o n i n t h e c y t o p l asm (i n si de t h e c e l l s). C o n se q u e n t l y , w at e r i s o sm o t i c al l y dr aw n i n t o a c e l l w h i c h i s i n a h y p o t o n i c so l u t i o n .

c ) w at e r i s o sm o t i c al l y dr aw n i n t o a c e l l w h i c h i s i n a h y p e r t o n i c so l u t i o n

P a g e 21 o f 74

3 . M atch th e f ol l ow ing :

di f f u si o n c an be e i t h e r by di f f u si o n o r o sm o si s c o n c e n t r at i o n g r adi e n t an e f f e c t t h at c an be c au se d by

l ar g e p r o t e i n p assi v e t r an sp o r t m o l e c u l e s w h i c h c an n o t c r o ss bl o o d v e sse l w al l s o n c o t i c p r e ssu r e ar e l o c at e d t h r o u g h o u t t h e p l asm a

m e m br an e an d m ai n t ai n the i o n i c c o n c e n t r at i o n g r adi e n t n e c e ssar y f o r c e l l u l ar ac t i v i t y

o sm o si s e l e c t r i c al g r adi e n t

a di f f e r e n c e i n t h e di st r i bu t i o n o f p o si t i v e l y an d n e g at i v e l y c h ar g e d i o n s be t w e e n e ac h si de o f a p l asm a

m e m br an e ac t i v e t r an sp o r t so di u m -p o t assi u m p u m p t h i s p r o c e ss r e q u i r e s t h e u se o f (N a+ / K+ A T P ase p u m p ) m e t abo l i c e n e r g y (i n t h e f o r m

o f ade n o si n e t r i p h o sp h at e , A T P )

m o v e m e n t o f a so l v e n t (e.g . , w at e r ) t h r o u g h a se l e c t i v e l y p e r m e abl e m e m br an e f r o m an ar e a o f l o w e r so l u t e c o n c e n t r at i o n t o an ar e a o f h i g h e r so l u t e c o n c e n t r at i o n

t h e di f f e r e n c e i n t h e c o n c e n t r at i o n o f a so l u t e be t w e e n e ac h si de o f

t h e p l asm a m e m br an e

p assi v e m o v e m e n t o f a so l u t e (e.g . , w at e r ) “ do w n h i l l ” al o n g i t s c o n c e n t r at i o n

P a g e 22 o f 74

4 . 0 D i s t r i b u t i o n o f w a t e r i n t h e b o d y W at e r i s t h e p r i m ar y c o m p o n e n t o f t h e bo dy . W at e r (so l v e n t ) al o n g w i t h di sso l v e d su bst an c e s (so l u t e s), m ai n l y i o n s, m ak e u p t h e bo dy f l u i ds t h at f i l l t h e bo dy ’ s f l u i d c o m p ar t m e n t s. T h e v ar i o u s t y p e s o f bo dy f l u i ds ar e c l assi f i e d as intrac ellular f luid ( I C F ) (w i t h i n t h e c e l l s) an d ex trac ellular f luid ( E C F ) (o u t si de t h e c e l l s). T h e E C F i n t u r n i n c l u de s t h e interstitial f luid (be t w e e n t h e c e l l s) an d t h e intravasc ular f luid , w h i c h i s t h e bl o o d p l asm a. A bo u t t w o t h i r ds o f t h e t o t al bo dy f l u i d c o n si st o f t h e i n t r ac e l l u l ar f l u i d, w h i c h ac c o u n t s f o r 4 0 % o f t h e bo dy w e i g h t o f an adu l t . I C F c o n t ai n s a l ar g e c o n c e n t r at i o n o f p o t assi u m (K+), w h i c h di f f e r s g r e at l y f r o m t h e c o m p o si t i o n o f E C F . T h e e x t r ac e l l u l ar f l u i d ac c o u n t s f o r o n e t h i r d o f al l bo dy f l u i d an d c o n t ai n s a l ar g e c o n c e n t r at i o n o f so di u m i o n s (N a+). E i g h t y p e r c e n t o f E C F i s m ade u p o f i n t e r st i t i al f l u i d w h i c h o c c u p i e s t h e m i c r o sc o p i c sp ac e s be t w e e n t h e c e l l s. T w e n t y p e r c e n t o f t h e E C F c o n si st s o f t h e i n t r av asc u l ar f l u i d (bl o o d p l asm a), t h e l i q u i d p o r t i o n o f t h e bl o o d. T h e E C F al so i n c l u de s f l u i ds i n t h e g ast r o i n t e st i n al t r ac t (G I t r ac t ) an d i n j o i n t s, as w e l l as t h e l y m p h f l u i d an d t h e c e r e br o sp i n al f l u i d su r r o u n di n g t h e br ai n an d sp i n al c o r d, j u st t o n am e a f e w .

P a g e 23 o f 74

D i st r i bu t i o n o f bo dy w at e r . A bo u t 2 / 3 o f t h e t o t al bo dy f l u i d c o n si st o f t h e i n t r ac e l l u l ar f l u i d, e sp e c i al l y r i c h i n p o t assi u m . 4 . 1 El e c t r o l y t e s a n d f l u i d v o l u m e B o dy f l u i ds ar e c o m p o se d o f t w o t y p e s o f so l u t e s: elec troly tes , su c h as K+ , N a+ , C l - , C a2+ an d non-elec troly tes , su c h as g l u c o se , u r e a, an d c r e at i n i n e . E l e c t r o l y t e s al o n e ac c o u n t f o r ap p r o x i m at e l y 9 5 % o f t h e so l u t e s di sso l v e d i n w at e r (so l v e n t ) i n t h e bo dy . I n t h e h u m an bo dy , e l e c t r o l y t e s (i o n s) ar e i m p o r t an t c ar r i e r s o f e l e c t r i c al c u r r e n t i n bo dy t i ssu e s. T h e y al so p r o v i de v i t al e l e m e n t s i n i n t r ac e l l u l ar an d e x t r ac e l l u l ar f l u i ds su c h as bl o o d an d l y m p h . N o n -e l e c t r o l y t e s ar e su bst an c e s t h at do n o t di sso c i at e i n t o i o n s w h e n i n so l u t i o n s. L i k e e l e c t r o l y t e s, m an y n o n -e l e c t r o l y t e s (e.g . , g l u c o se ) ar e n e c e ssar y e l e m e n t s f o r c e l l u l ar ac t i v i t y i n h u m an s.

P a g e 24 o f 74

� S odium S odium (N a+) i s t h e m o st p l e n t i f u l e l e c t r o l y t e i n t h e E C F . S o di u m ac c o u n t s f o r 9 0 % o f E C F c at i o n s an d h as a si g n i f i c an t e f f e c t o n E C F w at e r v o l u m e s. B e c au se o f i t s c o n c e n t r at i o n v ar i at i o n s i n t h e bo dy , so di u m c an be asso c i at e d w i t h an e x c h an g e o f w at e r be t w e e n i n t r ac e l l u l ar an d e x t r ac e l l u l ar c o m p ar t m e n t s. T h e p r i m ar y r o l e o f so di u m i s t o c o n t r o l t h e v o l u m e o f E C F as w e l l as t h e di st r i bu t i o n o f w at e r be t w e e n E C F an d I C F . I n t h e h u m an bo dy , w at e r m o l e c u l e s f o l l o w t h e so di u m c o n c e n t r at i o n g r adi e n t . I n g e n e r al , a l o ss o r g ai n o f so di u m c o i n c i de s w i t h a l o ss o r g ai n o f w at e r . I n o r de r t o m ai n t ai n t h i s de l i c at e c o n c e n t r at i o n e q u i l i br i u m , t h e N a+ / K+ A T P ase p u m p i s u se d, al o n g t h e c e l l ’ s m e m br an e , t o t r an sp o r t so di u m o u t o f t h e c e l l ag ai n st i t s e l e c t r i c an d c o n c e n t r at i o n g r adi e n t s.

S od i u m ( N a + ) is the mo st pl en tif u l el ectro l yte in the E C F . T he o smo tic mo v emen t o f w a ter f o l l o w s so d iu m e l e c t r o l y t e s t h at di f f u se i n an d o u t o f c e l l s. S o di u m r e g u l at e s t h e v o l u m e o f E C F .

I n r e n al dy sf u n c t i o n , dam ag e d t u bu l e s c an n o t c o n se r v e so di u m an d t h e u r i n ar y e x c r e t i o n o f so di u m m ay be al t e r e d. I n t h i s c ase , e x c e ssi v e i n t ak e o f so di u m sh o u l d be av o i de d be c au se i t c an l e ad t o w at e r r e t e n t i o n i n t h e bo dy . T h e e x c e ss w at e r v o l u m e i n t h e bl o o d c an c au se h y p e r t e n si o n an d m ay n o t be m an ag e d ade q u at e l y by t h e f ai l i n g k i dn e y s. S o di u m c o n c e n t r at i o n h as a p r o f o u n d i m p ac t o n bo dy c e l l s. A l o w so di u m c o n c e n t r at i o n i n t h e bl o o d (hy p onatremia ; h y p o = l e ss t h an ) r e su l t s i n a di l u t e d E C F . L o w e r e d so di u m l e v e l s r e su l t i n E C F t h at i s h y p o t o n i c w i t h r e sp e c t t o I C F . W at e r i s t h e r e f o r e dr aw n i n t o t h e c e l l s by o sm o si s, a p r o c e ss w h i c h m ay c au se t h e c e l l s t o sw e l l an d bu r st i f e q u i l i br i u m i s n o t r e st o r e d. A s w at e r l e av e s t h e E C F f o r t h e i n t r ac e l l u l ar sp ac e , m e n t al c o n f u si o n , m u sc l e w e ak n e ss an d c o m a c an e n su e . I n c o n t r ast , a g r e at e r -t h an -n o r m al c o n c e n t r at i o n o f so di u m (hy p ernatremia; h y p e r = m o r e t h an ) c an c au se e q u al l y di st u r bi n g sy m p t o m s. A s w at e r i s dr aw n o u t o f t h e c e l l s by o sm o si s an d i n t o t h e E C F , t h e c e l l s w i l l sh r i n k an d di e i f t h e p r o bl e m i s n o t c o r r e c t e d. A h y p e r n at r e m i c st at e c an i n v o l v e i n t e n se t h i r st , ag i t at i o n , h y p e r t e n si o n an d c o n v u l si o n s.

P a g e 25 o f 74

� P otassium P otassium (K+) i s t h e m aj o r c at i o n e l e c t r o l y t e f o u n d i n I C F . A p p r o x i m at e l y 9 8 % o f t h e bo dy ’ s p o t assi u m i s i n si de t h e c e l l s. L i k e so di u m i n E C F , p o t assi u m p l ay s a m aj o r r o l e i n t h e i m p o r t an t r e g u l at i o n o f I C F v o l u m e . A l o n g w i t h so di u m , p o t assi u m i s c o n st an t l y e x c h an g e d ac r o ss c e l l w al l s ac c o r di n g t o t h e bo dy ’ s n e e ds, an d w i t h t h e h e l p o f t h e N a+ / K+ A T P ase p u m p . C h an g e s i n t h e c o n c e n t r at i o n o f p o t assi u m i n I C F an d E C F ar e r e sp o n si bl e f o r m an y o f t h e sy m p t o m s asso c i at e d w i t h p o t assi u m i m bal an c e s. A n o r m al p o t assi u m I C F l e v e l c o n t r i bu t e s t o t h e r e g u l at i o n o f n e r v e i m p u l se s, m ai n t e n an c e o f n o r m al c ar di ac r h y t h m an d m u sc l e c o n t r ac t i o n . A bn o r m al p o t assi u m l e v e l s c an se r i o u sl y af f e c t t h e se f u n c t i o n s an d m ay l e ad t o dan g e r o u s si t u at i o n s f o r t h e p at i e n t . L ar g e q u an t i t i e s o f p o t assi u m c an f o r i n st an c e be l o st as a r e su l t o f k i dn e y m al f u n c t i o n . S y m p t o m s o f hy p ok alemia m ay i n c l u de m u sc l e p ar al y si s, m e n t al c o n f u si o n , sh al l o w r e sp i r at i o n an d ar r h y t h m i a. O n e o f t h e m o st c o m m o n c au se s o f hy p erk alemia i s r e n al f ai l u r e . A g r e at e r t h an n o r m al l e v e l o f p o t assi u m i n t h e bl o o dst r e am c an p o t e n t i al l y h av e l e t h al c o n se q u e n c e s. M u sc l e p ar al y si s an d a abn o r m al h e ar t be at c an l e ad t o f at al c ar di ac ar r h y t h m i as.

Pota ssi u m ( K + ) is the ma j o r ca tio n el ectro l yte f o u n d in I C F . P o ta ssiu m pl a ys a ma j o r ro l e in the impo rta n t reg u l a tio n o f I C F v o l u me. A n o rma l po ta ssiu m I C F l ev el a id s in the reg u l a tio n o f n erv e impu l ses, ma in ten a n ce o f n o rma l ca rd ia c rhythm a n d mu scl e co n tra ctio n .

� C hloride C hloride (C l -) i s t h e m aj o r an i o n i n E C F (o u t si de t h e c e l l ). C h l o r i de i o n s f o l l o w so di u m i o n s, n e g at i v e l y c h ar g e d C l - be i n g at t r ac t e d t o p o si t i v e l y c h ar g e d N a+. He n c e , c h l o r i de p r o v i de s e l e c t r o n e u t r al i t y w i t h r e sp e c t t o so di u m . C h l o r i de e x c h an g e s ar e r e l at i v e l y p assi v e , g i v e n t h at i n c r e ase s an d de c r e ase s ar e p r o p o r t i o n al t o so di u m e x c h an g e s. C h l o r i de i o n s h av e m an y f u n c t i o n s i n t h e h u m an bo dy , su c h as a c o n t r i bu t i o n t o t h e p r o du c t i o n o f g ast r i c j u i c e . U n r e g u l at e d c h l o r i de l e v e l s c an i n du c e m an y u n de si r abl e sy m p t o m s. E x t r e m e v o m i t i n g c an l e ad t o a de c r e ase i n c h l o r i de c o n c e n t r at i o n . H y p oc hloremia c an l e ad t o m u sc l e sp asm s an d h y p o t e n si o n . E x c e ssi v e w at e r l o ss an d se v e r e r e n al f ai l u r e c an c au se a st at e o f hy p erc hloremia. T h i s c an g r adu al l y l e ad t o l e t h ar g y , w e ak n e ss an d r ap i d de e p br e at h i n g . C h l ori d e ( C l - ) is the ma j o r a n io n in E C F . C hl o rid e io n s f o l l o w so d iu m io n s.

P a g e 26 o f 74

� C alc ium M o st o f t h e bo dy ’ s c alc ium (C a2+) i s l o c at e d i n t h e bo n e s. C al c i u m i s t h e m o st abu n dan t c at i o n i n bo n e s an d t e e t h . C al c i u m l e v e l s i n t h e bo dy ar e r i g i dl y r e g u l at e d by t h r e e h o r m o n e s (p ar at h y r o i d h o r m o n e , v i t am i n D an d c al c i t o n i n ) an d c al c i u m i s e sse n t i al t o m an y f u n dam e n t al bo dy p r o c e sse s. C al c i u m se r v e s as an i m p o r t an t e l e m e n t i n t h e f o r m at i o n o f bo n e s an d t e e t h , m ai n t e n an c e o f c e l l u l ar p e r m e abi l i t y , c o ag u l at i o n , t r an sm i ssi o n o f n e r v e i m p u l se s an d c o n t r ac t i o n o f m u sc l e s su c h as t h e h e ar t . V ar i o u s c o n di t i o n s c an l e ad t o a de c r e ase i n c al c i u m l e v e l s. H y p oc alc emia c an e asi l y l e ad t o bo n e f r ac t u r e s (w h i c h c an be c au se d by o st e o p o r o si s) an d m u sc l e c r am p s. I n c o n t r ast , hy p erc alc emia c an c au se l e t h ar g y , u r t i c ar i a, bo n e p ai n , st u p o r , an d e v e n t u al l y l e ad t o a c o m at o se st at e .

C a l c i u m ( C a 2+ ) is the mo st a b u n d a n t ca tio n in b o n es a n d teeth. I t pl a ys a n impo rta n t ro l e in the f o rma tio n o f b o n es a n d teeth, ma in ten a n ce o f cel l u l a r permea b il ity , c o ag u l at i o n , t r an sm i ssi o n o f n e r v e i m p u l se s an d m u sc l e c o n t r ac t i o n .

� M ag nesium M ag nesium (M g 2+) i s t h e se c o n d m o st abu n dan t c at i o n i n t h e I C F (i n si de t h e c e l l ) af t e r p o t assi u m . Ho w e v e r , ap p r o x i m at e l y 5 0 % -6 0 % o f t h e bo dy ’ s m ag n e si u m i s l o c at e d i n t h e bo n e s. A m o n g i t s f u n c t i o n s, m ag n e si u m p l ay s an i m p o r t an t r o l e i n t h e bo dy ’ s m e t abo l i sm , i n n o r m al n e u r o m u sc u l ar r e sp o n se an d i n t h e r e g u l at i o n o f c al c i u m l e v e l s. T h e r e f o r e , n e u r o m u sc u l ar ac t i v i t y i s g r e at l y af f e c t e d by abn o r m al p l asm a c o n c e n t r at i o n s o f m ag n e si u m . T h e m ai n e x c r e t i o n r o u t e f o r m ag n e si u m ar e t h e k i dn e y s. A n u m be r o f sp e c i f i c c o n di t i o n s c an i n f l u e n c e t h e r e n al e x c r e t i o n r at e o f m ag n e si u m an d h av e n e g at i v e c o n se q u e n c e s f o r t h e bo dy . C h r o n i c al c o h o l i sm an d u n c o n t r o l l e d di abe t e s ar e bo t h c o m m o n c au se s o f hy p omag nesemia , w h i c h t e n ds t o h av e a g r adu al o n se t . E ar l y si g n s o f m ag n e si u m de f i c i e n c i e s i n c l u de c o n f u si o n , e x ag g e r at e d n e u r o m u sc u l ar r e f l e x e s, t r e m o r s an d se i z u r e s. A r r y t h m i as m ay e v e n t u al l y de v e l o p . H y p ermag nesemia m ay o c c u r w h e n a p at i e n t i s su f f e r i n g f r o m r e n al f ai l u r e o r as a r e su l t o f t h e i n g e st i o n o f a c o n si de r abl e am o u n t o f p r o du c t s c o n t ai n i n g m ag n e si u m (e.g . , M aal o x ). I n i t i al l y , m i l dl y e l e v at e d m ag n e si u m l e v e l s c an i n du c e a l e t h ar g i c , dr o w sy st at e ac c o m p an i e d by n au se a an d v o m i t i n g . E v e n t u al l y , as m ag n e si u m l e v e l s i n c r e ase , n e u r o m u sc u l ar r e f l e x e s m ay di sap p e ar an d c ar di ac ar r e st c an o c c u r .

M a g ne si u m ( M g 2+ ) is the seco n d mo st a b u n d a n t ca tio n in the I C F . A mo n g its f u n ctio n s, ma g n esiu m pl a ys a n impo rta n t ro l e in the b o d y’ s meta b o l ism, in n o rma l n eu ro mu scu l a r respo n se a n d in the reg u l a tio n o f ca l ciu m l ev el s.

P a g e 27 o f 74

� P hosp hate P hosp hate (HP O 4

2-) i s t h e m ai n an i o n f o u n d i n t h e I C F (i n si de t h e c e l l ). I t i s e sse n t i al t o t h e f u n c t i o n o f r e d bl o o d c e l l s (R B C ), t o n e r v e an d m u sc l e ac t i v i t y an d t o m i t o c h o n dr i al e n e r g y p r o du c t i o n o f A T P . P h o sp h at e i s al so i n v o l v e d i n t h e v i t al r e g u l at i o n o f ac i d-base l e v e l s i n t h e bl o o d. Ki dn e y s ar e r e sp o n si bl e f o r m o st o f t h e p h o sp h at e e x c r e t i o n f r o m t h e bo dy . He n c e , ade q u at e r e n al f u n c t i o n r e m ai n s p ar am o u n t t o t h e m ai n t e n an c e o f n o r m al p h o sp h at e l e v e l s. H y p op hosp hatemia i s o bse r v e d i n c ase s o f i n c r e ase d u r i n ar y l o sse s o f p h o sp h at e an d i n m al n o u r i sh e d p at i e n t s. I n t h i s c ase , f r ag i l e r e d bl o o d c e l l s (R B C ) m ay r u p t u r e an d c o n f u si o n c an se t i n . C e r t ai n p r o bl e m s r e l at i n g t o A T P de f i c i e n c y m ay ar i se , l e adi n g t o a de p l e t i o n o f c e l l u l ar e n e r g y r e so u r c e s. W e ak an d p ai n f u l m u sc l e s al o n g w i t h ar r y t h m i as m ay be o bse r v e d. T h e m aj o r c au se s o f hy p erp hosp hatemia ar e ac u t e o r c h r o n i c r e n al f ai l u r e . Hy p e r p h o sp h at e m i c p at i e n t s c an al so su f f e r m u sc u l ar w e ak n e ss, e x ag g e r at e d n e u r o m u sc u l ar r e f l e x e s an d t ac h y c ar di as.

Ph osp h a te ( H P O 42- ) is the ma in a n io n f o u n d in the I C F . I t is essen tia l to the f u n ctio n

o f red b l o o d cel l s ( R B C ) , to n erv e a n d mu scl e a ctiv ity a n d to mito cho n d ria l en erg y pro d u ctio n o f A T P .

P a g e 28 o f 74

4. 2 Q U I Z 1 . True or F alse

T or F I n t r ac e l l u l ar f l u i d ac c o u n t s f o r t w o t h i r ds o f al l bo dy f l u i d an d i s m o st l y c o m p o se d o f p o t assi u m .

T or F I n t e r st i t i al f l u i d i s l o c at e d i n t h e c ar di o v asc u l ar sy st e m , i n t h e m an y bl o o d v e sse l s.

2 . C omp lete the f ollowing tab le with the c orresp onding elec troly tes.

po ta ssiu m ca l ciu m ma g n esiu m pho spha te chl o rid e so d iu m

E lec troly te C harac teristic

ap p r o x i m at e l y 5 0 % -6 0 % o f t h e bo dy ’ s c o n t e n t i s l o c at e d i n t h e bo n e s; p l ay s an i m p o r t an t r o l e i n t h e bo dy ’ s m e t abo l i sm , i n n o r m al n e u r o m u sc u l ar r e sp o n se an d i n t h e r e g u l at i o n o f c al c i u m l e v e l s

m o st o f t h e bo dy ’ s c o n t e n t i s abu n dan t l y l o c at e d i n t h e bo n e s; a l o w c o n c e n t r at i o n c an e asi l y l e ad t o bo n e f r ac t u r e s an d m u sc l e c r am p s

p r o v i de s e l e c t r o n e u t r al i t y w i t h r e sp e c t t o so di u m ; i t s e x c h an g e s i n c r e ase an d de c r e ase i n p r o p o r t i o n t o so di u m e x c h an g e s

p l ay s an i m p o r t an t r o l e i n t h e c o n t r o l o f E C F v o l u m e as w e l l as w at e r di st r i bu t i o n be t w e e n E C F an d I C F

i n v o l v e d i n t h e v i t al r e g u l at i o n o f ac i d-base l e v e l s i n t h e bl o o d

p l ay s a m aj o r r o l e i n t h e r e g u l at i o n o f I C F v o l u m e , n e r v e i m p u l se s, m ai n t e n an c e o f n o r m al c ar di ac r h y t h m an d m u sc l e c o n t r ac t i o n

3 . W hic h of the f ollowing is true c onc erning elec troly tes in the b lood?

a) T h e y p l ay a r o l e i n ac i d-base r e g u l at i o n . b) T h e y c ar r y e l e c t r i c al c u r r e n t . c ) T h e y c o n t r o l o sm o si s (w at e r m o v e m e n t ) be t w e e n f l u i d c o m p ar t m e n t s. d) A l l o f t h e abo v e

P a g e 29 o f 74

4. 3 A N S W E R S t o q u i z 1 . True or F alse

True I n t r ac e l l u l ar f l u i d ac c o u n t s f o r t w o t h i r ds o f al l bo dy f l u i d an d i s m o st l y c o m p o se d o f p o t assi u m . F alse I n t e r st i t i al f l u i d o c c u p i e s t h e m i c r o sc o p i c sp ac e s be t w e e n t h e c e l l s. I n t r av asc u l ar f l u i d i s l o c at e d i n t h e c ar di o v asc u l ar sy st e m .

2 . C omp lete the f ollowing tab le with the c orresp onding elec troly tes.

po ta ssiu m ca l ciu m ma g n esiu m pho spha te chl o rid e so d iu m

E lec troly te C harac teristic

M ag n e si u m ap p r o x i m at e l y 5 0 % -6 0 % o f t h e bo dy ’ s c o n t e n t i s l o c at e d i n t h e bo n e s; p l ay s an i m p o r t an t r o l e i n t h e bo dy ’ s m e t abo l i sm , i n n o r m al n e u r o m u sc u l ar r e sp o n se an d i n t h e r e g u l at i o n o f c al c i u m l e v e l s

C al c i u m m o st o f t h e bo dy ’ s c o n t e n t i s abu n dan t l y l o c at e d i n t h e bo n e s; a l o w c o n c e n t r at i o n c an e asi l y l e ad t o bo n e f r ac t u r e s an d m u sc l e c r am p s

C h l o r i de p r o v i de s e l e c t r o n e u t r al i t y w i t h r e sp e c t t o so di u m ; i t s e x c h an g e s i n c r e ase an d de c r e ase i n p r o p o r t i o n t o so di u m e x c h an g e s

S o di u m p l ay s an i m p o r t an t r o l e i n t h e c o n t r o l o f E C F v o l u m e as w e l l as w at e r di st r i bu t i o n be t w e e n E C F an d I C F

P h o sp h at e i n v o l v e d i n t h e v i t al r e g u l at i o n o f ac i d-base l e v e l s i n t h e bl o o d

p o t assi u m p l ay s a m aj o r r o l e i n t h e r e g u l at i o n o f I C F v o l u m e , n e r v e i m p u l se s, m ai n t e n an c e o f n o r m al c ar di ac r h y t h m an d m u sc l e c o n t r ac t i o n

3 . W hic h of the f ollowing is true c onc erning elec troly tes in the b lood?

a) T h e y p l ay a r o l e i n ac i d-base r e g u l at i o n . b) T h e y c ar r y e l e c t r i c al c u r r e n t . c ) T h e y c o n t r o l o sm o si s (w at e r m o v e m e n t ) be t w e e n f l u i d c o m p ar t m e n t s. d) A ll of the ab ove

P a g e 30 o f 74

5 . 0 Ac i d -b a s e r e g u l a t i o n i n t h e b o d y I n t r ac e l l u l ar an d e x t r ac e l l u l ar f l u i ds m u st al w ay s c o n t ai n e q u al c o n c e n t r at i o n s o f ac i ds an d base s. A n ac id i s a su bst an c e t h at i n c r e ase s t h e h y dr o g e n (H+) i o n c o n c e n t r at i o n i n a so l u t i o n . A c i ds ar e o f t e n r e f e r r e d t o as H+ do n o r s. A c i ds w i l l di sso c i at e i n t o a h y dr o g e n (H+) i o n an d i t s ac c o m p an y i n g an i o n w h e n i n a so l u t i o n . T h e m o r e H+ i o n s ar e di sso l v e d i n a so l u t i o n , t h e m o r e ac idic t h e so l u t i o n be c o m e s. A b ase i s a n e g at i v e l y c h ar g e d su bst an c e w h i c h r e du c e s t h e H+ c o n c e n t r at i o n i n a so l u t i o n . B ase s ar e u su al l y t h o u g h t o f as H+ ac c e p t o r s. T h e m o st abu n dan t base i n bo dy f l u i ds i s bi c ar bo n at e HC O 3

-. T h e m o r e base i o n s ar e i n a so l u t i o n , t h e m o r e b asic o r alk aline i s t h at so l u t i o n . A so l u t i o n w h i c h c o n t ai n s e q u al c o n c e n t r at i o n s o f base an d H+ i o n s i s sai d t o be neutral. I f H+ i o n s ar e adde d t o a so l u t i o n c o n t ai n i n g a base , t h e r e w i l l u l t i m at e l y be c h e m i c al bi n di n g o f H+ (ac i d) an d base i o n s c r e at i n g a neutral solution. T h i s p r o c e ss i s c al l e d neutraliz ation.

T h e p H s cale. T he p H scale i s used to i nd i cate the aci d i ty or alk ali ni ty of a soluti on. I n a healthy human b od y, normal b lood p H i s mai ntai ned b etween 7 .3 5 and 7 .4 5 wi th the help of b uffer system and the lung and k i d ney acti v i ti es .

P a g e 31 o f 74

T h e p H sc al e i s u se d t o i n di c at e t h e ac i di t y o r al k al i n i t y o f a so l u t i o n . T h i s sc al e r an g e s f r o m 0 t o 1 4 base d o n t h e H+ i o n c o n c e n t r at i o n o f t h e so l u t i o n . T h e m i dp o i n t o f t h e p H sc al e i s 7 . A t t h i s l e v e l , t h e r e ar e e q u al c o n c e n t r at i o n s o f ac i d an d base an d t h e so l u t i o n i s sai d t o be n e u t r al . F o r e x am p l e , p u r e di st i l l e d w at e r i s c o n si de r e d n e u t r al . A n ac id solution h as a p H o f l e ss t h an 7 an d an alk aline solution h as a p H h i g h e r t h an 7 . I n a h e al t h y h u m an bo dy , n o r m al bl o o d p H i s be t w e e n 7 .3 5 an d 7 .4 5 . T h r o u g h c o m p l e x m e t abo l i c p r o c e sse s, h y dr o g e n (H+) i o n s ar e c o n t i n u o u sl y p r o du c e d by t h e bo dy . T h e se ac i ds m u st be n e u t r al i z e d an d e x c r e t e d f r o m t h e bo dy i n o r de r t o m ai n t ai n h o m e o st asi s. B e c au se m e t abo l i c r e ac t i o n s c an p r o du c e l ar g e q u an t i t i e s o f e x c e ss H+ i o n s, i t i s v i t al f o r t h e bo dy t o h av e f u n c t i o n i n g H+ e x c r e t i o n m e c h an i sm s t o m ai n t ai n e q u i l i br i u m . A m al f u n c t i o n o f t h e se di sp o sal m e c h an i sm s m ay c au se H+ l e v e l s t o r i se i n bo dy f l u i ds an d c o u l d q u i c k l y l e ad t o c o m a o r de at h . C h an g e s i n ac i d-base c o n c e n t r at i o n s i n t h e bl o o d ar e c l assi f i e d as ac idosis o r alk alosis. A bl o o d p H be l o w 7 .3 5 r e su l t s i n ac i do si s. C o n v e r se l y , i f bl o o d p H i s g r e at e r t h an 7 .4 5 , a p at i e n t i s sai d t o su f f e r f r o m al k al o si s. H+ i o n c o n c e n t r at i o n s an d r e l at e d p H l e v e l s m u st r e m ai n w i t h i n a n ar r o w r an g e t o e n su r e o p t i m al bo dy f u n c t i o n s. T h e e x c r e t i o n o f e x c e ss H+ i o n s f r o m t h e bo dy de p e n ds o n t h r e e m aj o r m e c h an i sm s: t h e bu f f e r sy st e m , t h e r e sp i r at o r y sy st e m an d t h e r e n al sy st e m . T h e se r e g u l at o r y sy st e m s r e ac t at di f f e r e n t sp e e d an d ar e e f f e c t i v e t o v ar y i n g de g r e e s. T h e h o m e o st at i c p r o p e r t i e s o f t h e se t h r e e sy st e m s ar e e sse n t i al t o t h e su r v i v al o f t h e h u m an bo dy . 5 . 1 Bu f f e r s y s t e m B i o l o g i c al f l u i ds c an r e si st c h an g e s t o t h e i r o w n p H l e v e l s w i t h t h e h e l p o f b uf f ers. T h e bu f f e r sy st e m i s t h e p r i m ar y r e g u l at o r an d f astest-ac ting mec hanism f o r m ai n t e n an c e o f ac i d-base bal an c e i n t h e bo dy . B u f f e r s ar e su bst an c e s t h at r e ac t c h e m i c al l y w i t h an ac i d o r a base t o i n st an t an e o u sl y p r e v e n t a l ar g e c h an g e i n p H l e v e l . T h e r e ar e m an y t y p e s o f bu f f e r s i n t h e bo dy i n c l u di n g lac tate, b ic arb onate ( H C O 3

-) and ac etate ( C H 3C O O -) , j u st t o n am e a f e w . T h e y w o r k i n t h e bo dy by bi n di n g t o e x c e ss H+ i o n s o r do n at i n g H+ i o n s w h e n t h e i r q u an t i t y i s de p l e t e d. I n t h i s w ay , t h e se c h e m i c al r e ac t i o n s p r e v e n t an i n c r e ase i n t h e ac i di t y o r al k al i n i t y o f bo dy f l u i ds. T h i s i s a q u i c k an d e f f i c i e n t p r o c e ss, bu t i t i s o n l y a t e m p o r ar y m e asu r e . B u f f e r s w i l l r e m o v e t h e t o x i c H+ i o n s f r o m t h e bo dy f l u i d bu t w i l l n o t e l i m i n at e t h e m f r o m t h e bo dy . T h e r e f o r e , bu f f e r s h av e a l i m i t e d c ap ac i t y . E v e n t u al l y , t h e e x c e ss H+ i o n s m u st be e l i m i n at e d f r o m t h e bo dy by e x c r e t i o n . T h e bo dy c an c o m p e n sat e f o r t e m p o r ar y p H v ar i at i o n s bu t m ay n e e d f u r t h e r i n t e r v e n t i o n s f r o m o t h e r , l o n g e r t e r m r e g u l at o r y m e c h an i sm s (i.e. , t h e r e sp i r at o r y an d r e n al sy st e m s). I n o t h e r w o r ds, t h e bu f f e r sy st e m c an n o t c o n t r o l p H l e v e l s w i t h o u t ade q u at e l y f u n c t i o n i n g r e sp i r at o r y an d r e n al sy st e m s.

P a g e 32 o f 74

5 . 2 Re s p i r a t o r y s y s t e m B l o o d p H c an be adj u st e d i n ap p r o x i m at e l y 1 t o 3 m i n u t e s by a c h an g e i n t h e r at e an d de p t h o f br e at h i n g . U n f o r t u n at e l y , t h i s r e g u l at o r y e f f e c t w i l l sl o w l y de c l i n e o v e r t h e f o l l o w i n g day o r t w o . I n a h e al t h y p e r so n , h i g h c ar bo n di o x i de (C O 2) l e v e l s c o n t r i bu t e t o a l o w p H (h i g h ac i di t y ). B o t h C O 2 an d H+ ar e t o x i c su bst an c e s an d m u st be e x c r e t e d f r o m t h e bo dy i n o r de r f o r h o m e o st asi s t o be m ai n t ai n e d. T h e r e sp i r at o r y sy st e m al t e r s br e at h i n g f o r p r o p e r e x c r e t i o n o f t h e se su bst an c e s. W h e n t h e r e i s an e x c e ss o f C O 2 i n t h e bl o o d, t h e l u n g s i n c r e ase t h e br e at h i n g r at e an d t h u s e x h al at i o n o f C O 2. H+ c o n c e n t r at i o n s w i l l de c r e ase , m ai n t ai n i n g n o r m al p H l e v e l s. A l ac k o f C O 2 i n t h e bl o o dst r e am l e ads t o a de c r e ase i n t h e br e at h i n g r at e w h i c h al l o w s f o r ac c u m u l at i o n o f C O 2 i n t h e bo dy . I n t u r n , t h e r e w i l l be m o r e H+ i o n s i n t h e bl o o d an d p H l e v e l s w i l l be m ai n t ai n e d. I f r e sp i r at o r y p r o bl e m s (e.g . , r e sp i r at o r y f ai l u r e ) ar e t h e c au se o f c h an g e s i n t h e ac i d-base bal an c e , t h e r e sp i r at o r y sy st e m w i l l l o se i t s c ap ac i t y t o r e g u l at e p H. 5 . 3 Re n a l s y s t e m T o c o m p e n sat e f o r p H c h an g e s, t h e k i dn e y s ac t by p r o du c i n g m o r e ac i di c o r m o r e al k al i n e u r i n e . T h i s adj u st m e n t i s sl o w an d m ay t ak e h o u r s t o day s f o r p e ak e f f i c ac y . Ho w e v e r , t h e r e n al sy st e m m ai n t ai n s i t s p H r e g u l at i o n e f f e c t o v e r a l o n g e r p e r i o d o f t i m e t h an e i t h e r t h e bu f f e r o r r e sp i r at o r y sy st e m s. I n so m e c ase s, t h e se t w o sy st e m s m ay n o t be abl e t o c o n t r o l p H an d t h e k i dn e y s m ay be t h e l ast r e so r t i n r e st o r i n g a n o r m al p H bal an c e . A c i d-base c o n t r o l by t h e k i dn e y i s o r c h e st r at e d by t w o di f f e r e n t p r o c e sse s. D e p e n di n g o n t h e p H i m bal an c e , t h e k i dn e y ’ s t u bu l e s c an se c r e t e H+ i o n s i n t o t h e u r i n e o r r e abso r b HC O 3

- i n t o t h e bl o o d so t h at i t i s n o t l o st i n u r i n e . C h l o r i de h an dl i n g i s al so i m p o r t an t . B y r e l e asi n g e x c e ss H+ i o n s i n t o t h e u r i n e , t h e r e n al sy st e m p r o du c e s m o r e ac i di c u r i n e t o m ai n t ai n ade q u at e p H. E q u al l y as i m p o r t an t , HC O 3

- bu f f e r s ar e i n st r u m e n t al i n t h e r e g u l at i o n o f ac i d-base l e v e l s i n t h e bo dy an d m u st be r e g e n e r at e d by t h e k i dn e y . I f t h e r e n al sy st e m i s t h e c au se o f t h e ac i d-base i m bal an c e (e.g . , r e n al f ai l u r e ), i t w i l l l o o se i t s abi l i t y t o r e g u l at e t h e se i m bal an c e s.

P a g e 33 o f 74

5 . 4 Ty p e s o f a c i d -b a s e i m b a l a n c e s

Ty p es of ac id-b ase imb alanc es

R elated sy mp toms

A c i de m i a (p H < 7 .3 5 ) dr o w si n e ss h y p o t e n si o n di so r i e n t at i o n h e adac h e c o m a br ady p n e a A l k al e m i a (p H > 7 .4 5 ) c o n f u si o n se i z u r e s i r r i t abi l i t y m u sc l e c r am p s t ac h y c ar di a e x ag g e r at e d r e f l e x e s n au se a c h an g e i n br e at h i n g r at e v o m i t i n g

A c i d-base i m bal an c e s ar e di v i de d i n t o t w o c at e g o r i e s: r e sp i r at o r y an d m e t abo l i c .

P a g e 34 o f 74

5 . 5 Q U I Z 1 . F ill in the b lank s.

T h e e x c r e t i o n o f e x c e ss H+ i o n s f r o m t h e bo dy de p e n ds o n t h r e e m aj o r m e c h an i sm s: t h e _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ sy st e m , t h e _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ sy st e m an d t h e _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ sy st e m . T h e _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ sy st e m i s t h e p r i m ar y r e g u l at o r an d f ast e st -ac t i n g m e c h an i sm f o r t h e m ai n t e n an c e o f ac i d-base bal an c e . I f c ar bo n di o x i de (C O 2) l e v e l s ar e h i g h , ac i di t y i n t h e bl o o dst r e am i s _ _ _ _ _ _ _ _ _ , an d h e n c e H+ i o n c o n c e n t r at i o n i s _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . T h e t w o t y p e s o f ac i d-base bl o o d l e v e l s ar e _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ an d _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ .

2 . I n whic h p art ( ac id, neutral or alk aline) of the p H sc ale are these sub stanc es most

lik ely to f all? p H sc al e

ac i d ---------n e u t r al -------al k al i n e 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4

v i n e g ar _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ p u r e di st i l l e d w at e r _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ h u m an bl o o d _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ l e m o n j u i c e _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ o v e n c l e an e r _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ an t ac i ds_ _ _ _ _ _ _ _

3 . H ow would the renal sy stem reg ulate b lood p H if a p atient was in the f irst stag es of

ac idosis? a) se c r e t i o n o f HC O 3

- bu f f e r s i n t o t h e u r i n e , r e abso r p t i o n o f H+ i o n s i n t o t h e bl o o d

b) se c r e t i o n o f H+ i o n s i n t o t h e u r i n e , r e abso r p t i o n o f HC O 3- bu f f e r s i n t o t h e

bl o o d c ) se c r e t i o n o f C O 2 i n t o t h e u r i n e , r e abso r p t i o n o f HC O 3

- bu f f e r s i n t o t h e bl o o d

P a g e 35 o f 74

4 . H ow do the b ody ’ s reg ulating mec hanisms maintain adeq uate p H ? M atc h the

f ollowing : t h e r e sp i r at o r y sy st e m r e ac t s c h e m i c al l y t o i n st an t an e o u sl y p r e v e n t a l ar g e c h an g e i n p H l e v e l s t h e bu f f e r sy st e m t h e r e n al sy st e m e x h al at i o n o f C O 2

p r o du c t i o n o f a m o r e ac i di c o r m o r e al k al i n e u r i n e 5 . W hat are the two reg ulatory p roc esses used in renal reg ulation of p H ?

a) se c r e t i o n o f HC O 3- bu f f e r s i n t o t h e u r i n e , r e abso r p t i o n o f H+ i o n s i n t o t h e

bl o o d b) se c r e t i o n o f H+ i o n s i n t o t h e u r i n e , r e abso r p t i o n o f HC O 3

- bu f f e r s i n t o t h e bl o o d

c ) se c r e t i o n o f C O 2 i n t o t h e u r i n e , r e abso r p t i o n o f HC O 3- bu f f e r s i n t o t h e bl o o d

P a g e 36 o f 74

5 . 6 A N S W E R S t o q u i z 1 . F ill in the b lank s.

T h e e x c r e t i o n o f e x c e ss H+ i o n s f r o m t h e bo dy de p e n ds o n t h r e e m aj o r m e c h an i sm s: t h e b uf f er sy st e m , t h e r e sp i r at o r y sy st e m an d t h e renal sy st e m . T h e b uf f er sy st e m i s t h e p r i m ar y r e g u l at o r an d f ast e st -ac t i n g m e c h an i sm f o r t h e m ai n t e n an c e o f ac i d-base bal an c e . I f c ar bo n di o x i de (C O 2 ) l e v e l s ar e h i g h , ac i di t y i n t h e bl o o dst r e am i s hig h , an d h e n c e H+ i o n c o n c e n t r at i o n i s hig h. T h e t w o t y p e s o f ac i d-base bl o o d l e v e l s ar e ac idosis an d alk alosis.

2 . I n whic h p art ( ac id, neutral or alk aline) of the p H sc ale the f ollowing sub stanc es f all?

p H sc al e ac i d ---------n e u t r al -------al k al i n e 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4

v i n e g ar ac id p u r e di st i l l e d w at e r neutral h u m an bl o o d neutral l e m o n j u i c e ac id o v e n c l e an e r alk aline st o m ac h an t ac i ds alk aline

3 . H ow would the renal sy stem reg ulate b lood p H if a p atient was in the f irst stag es of ac idosis? a) se c r e t i o n o f HC O 3

- bu f f e r s i n t o t h e u r i n e , r e abso r p t i o n o f H+ i o n s i n t o t h e bl o o d

b ) sec retion of H + ions into the urine, reab sorp tion of H C O 3- b uf f ers into the

b lood

D e p e n di n g o n t h e p H i m bal an c e , t h e k i dn e y ’ s t u bu l e s c an se c r e t e H+ i o n s i n t o t h e u r i n e o r r e abso r b HC O 3

- i n t o t h e bl o o d so t h at i t i s n o t l o st i n u r i n e . B y r e l e asi n g e x c e ss H+ i o n s i n t o t h e u r i n e , t h e r e n al sy st e m p r o du c e s a m o r e ac i di c u r i n e i n o r de r t o m ai n t ai n ade q u at e p H l e v e l s.

c ) se c r e t i o n o f C O 2 i n t o t h e u r i n e , r e abso r p t i o n o f HC O 3

- bu f f e r s i n t o t h e bl o o d

P a g e 37 o f 74

4 . H ow do the b ody ’ s reg ulating mec hanisms maintain adeq uate p H ? M atc h the

f ollowing : t h e r e sp i r at o r y sy st e m r e ac t s c h e m i c al l y t o i n st an t an e o u sl y p r e v e n t a l ar g e c h an g e i n p H l e v e l s t h e bu f f e r sy st e m t h e r e n al sy st e m

e x h al at i o n o f C O 2 p r o du c t i o n o f a m o r e ac i di c o r m o r e al k al i n e u r i n e 5 . W hat are the two reg ulatory p roc esses used in renal reg ulation of p H ?

a) se c r e t i o n o f HC O 3- bu f f e r s i n t o t h e u r i n e , r e abso r p t i o n o f H+ i o n s i n t o t h e

bl o o d b ) sec retion of H + ions into the urine, reab sorp tion of H C O 3

- b uf f ers into the b lood

A c i d-base c o n t r o l by t h e k i dn e y i s o r c h e st r at e d by t w o di f f e r e n t p r o c e sse s. D e p e n di n g o n t h e p H i m bal an c e , t h e k i dn e y ’ s t u bu l e s c an se c r e t e H+ i o n s i n t o t h e u r i n e o r r e abso r b HC O 3

- i n t o t h e bl o o d so t h at i t i s n o t l o st i n u r i n e . B y r e l e asi n g e x c e ss H+ i o n s i n t o t h e u r i n e , t h e r e n al sy st e m p r o du c e s a m o r e ac i di c u r i n e i n o r de r t o m ai n t ai n ade q u at e p H.

c ) se c r e t i o n o f C O 2 i n t o t h e u r i n e , r e abso r p t i o n o f HC O 3

- bu f f e r s i n t o t h e bl o o d

P a g e 38 o f 74

P A R T I I : A n a t o m y a n d p h y s i o l o g y o f t h e k i d n e y 6 . 0 U r i n a r y s y s t e m T h e u r i n ar y sy st e m m ai n t ai n s h o m e o st asi s o f t h e bo dy by r e g u l at i n g bl o o d v o l u m e an d c o m p o si t i o n . I t f u n c t i o n s by r e m o v i n g h ar m f u l su bst an c e s p r o du c e d du r i n g m e t abo l i sm an d de t o x i f i c at i o n p r o c e sse s i n c e l l s, an d t h e n e x c r e t i n g t h e m i n t o u r i n e , an d by r e g u l at i n g t h e bo dy ’ s w at e r c o n t e n t an d t h e c o n c e n t r at i o n o f m an y i m p o r t an t i o n s i n t h e bl o o d. T h e u r i n ar y sy st e m c o n si st s o f t w o k i dn e y s, t w o u r e t e r s, o n e bl adde r an d o n e u r e t h r a.

U rinary sy stem. D i r e c t l y c o n n e c t e d w i t h m ai n v e sse l s o f t h e bo dy , t h e u r i n ar y sy st e m m ai n t ai n s h o m e o st asi s by r e g u l at i n g bl o o d v o l u m e an d c o m p o si t i o n

P a g e 39 o f 74

� K idney s T h e k idney s ar e t h e p r i n c i p al o r g an s o f t h e u r i n ar y sy st e m . T h e p ai r e d k i dn e y s ar e r e ddi sh -br o w n , k i dn e y -be an sh ap e d o r g an s l o c at e d de e p w i t h i n t h e abdo m i n al c av i t y an d ar e abo u t t h e si z e o f a bar o f so ap (abo u t 1 2 c m l o n g an d 3 c m t h i c k i n adu l t s). T h e y ar e si t u at e d i n si de t h e l o w e r p o r t i o n o f t h e r i bs (abo v e t h e w ai st ), t o w ar d t h e bac k o f t h e bo dy an d o n e i t h e r si de o f t h e v e r t e br al c o l u m n , an d ar e t h e r e f o r e r e t r o p e r i t o n e al o r g an s. T h e r i g h t k i dn e y i s sl i g h t l y l o w e r t h an t h e l e f t , be c au se o f t h e c o n si de r abl e sp ac e o c c u p i e d o n t h at si de by t h e l i v e r . T h e y c o n t r i bu t e i n m an y w ay s t o h o m e o st asi s t h r o u g h e i t h e r t h e i r e x c r e t o r y o r se c r e t o r y f u n c t i o n s. T h e k i dn e y s f i l t e r t h e bl o o d t o r e m o v e e x c e ss f l u i d an d w ast e p r o du c t s an d t o r e g u l at e i o n c o n c e n t r at i o n s i n bl o o d an d ac i d-base (p H) bal an c e . T h e h ar m f u l su bst an c e s t h u s r e m o v e d m ak e u p m u c h o f t h e n e w l y f o r m e d u r i n e (e x c r e t o r y f u n c t i o n ). T h e u r i n e i s t h e n e x c r e t e d f r o m t h e bo dy t h r o u g h t h e o t h e r o r g an s o f t h e u r i n ar y sy st e m . Ki dn e y s al so r e l e ase se v e r al h o r m o n e s (r e n i n , c al c i t r i o l an d e r y t h r o p o e i t i n ), w h i c h i n t u r n al l o w f o r c al c i u m abso r p t i o n , r e d bl o o d c e l l sy n t h e si s an d t h e r e g u l at i o n o f sy st e m i c bl o o d p r e ssu r e (se c r e t o r y f u n c t i o n ).

T he pa ired k id n eys a re red d ish-b ro w n , k id n ey-b ea n sha ped o rg a n s l o ca ted d eep w ithin the a b d o min a l ca v ity.

A sup rarenal ( adrenal) g land i s si t u at e d o n t o p o f e ac h k i dn e y . T h e se p ai r e d e n do c r i n e o r g an s se c r e t e se v e r al h o r m o n e s (su c h as c o r t i so l an d al do st e r o n e ). � U reters T h e t w o ureters ar e m u sc u l ar t u be s t h at c o n n e c t t h e k i dn e y s t o t h e bl adde r . E ac h u r e t e r i s abo u t 2 5 -3 0 c m (1 0 -1 2 i n .) i n l e n g t h an d 1 -1 0 m m (0 .0 8 -0 .3 i n .) i n di am e t e r . T h e y ar e t h e f i r st o r g an s o f t h e u r i n ar y p assag e an d t h e i r m ai n f u n c t i o n i s t o c o n t i n u o u sl y c ar r y u r i n e f r o m t h e r e n al c av i t i e s t o t h e bl adde r . T h e sm o o t h m u sc l e s l i n i n g t h e i n t e r i o r o f t h e u r e t e r s g i v e t h e m t h e abi l i t y t o c o n t r ac t t o p u sh t h e u r i n e t o w ar d t h e u r i n ar y bl adde r . A s t h e bl adde r f i l l s w i t h u r i n e , an i n n e r p r e ssu r e i s c r e at e d w h i c h bl o c k s t h e p ar t o f t h e u r e t e r s c o n n e c t i n g t o t h e bl adde r . T h i s p r e v e n t s t h e bac k f l o w o f u r i n e an d t h e p o ssi bi l i t y o f m i c r o be s t r av e l l i n g u p w ar ds an d i n f e c t i n g o n e o r bo t h o f t h e k i dn e y s.

T he tw o u re te rs a re mu scu l a r tu b es tha t co n n ect the k id n eys to the b l a d d er.

P a g e 40 o f 74

� B ladder T h e b ladder i s a bag c o m p o se d o f a bask e t w e av e o f sm o o t h m u sc l e f i be r s t h at f o r m a m u sc l e l i n i n g . I t i s l o c at e d i n t h e l o w e r p ar t o f t h e abdo m e n an d i t s m ai n f u n c t i o n i s t o st o r e t h e u r i n e t h at de sc e n ds f r o m t h e k i dn e y s v i a t h e t w o u r e t e r s. T h e u r i n ar y bl adde r st o r e s t h e u r i n e e x c r e t e d f r o m t h e k i dn e y s u n t i l i t i s e x p e l l e d f r o m t h e bo dy t h r o u g h t h e u r e t h r a. T h e w al l o f t h e bl adde r i s h i g h l y e l ast i c , al l o w i n g i t t o st r e t c h w h e n u r i n e ac c u m u l at e s. A t t h e f l o o r o f t h e bl adde r , t h e sm o o t h m u sc l e l i n i n g f o r m s an i n t e r n al sp h i n c t e r w h i c h p r e v e n t s t h e u r i n e f r o m l e ak i n g o u t . A t t h e o u t e r e dg e o f t h e internal sp hinc ter i s a se c o n d sp h i n c t e r , c al l e d t h e e x t e r n al sp h i n c t e r , m ade o f sk e l e t al m u sc l e , t h at i s n o r m al l y c l o se d. W h e n t h e bl adde r i s f u l l (ap p r o x i m at e l y 3 0 0 -5 0 0 m l o f u r i n e ), t h e n e r v o u s sy st e m se n ds an i n v o l u n t ar y si g n al t o t h i s sp h i n c t e r w h i c h c au se s i t t o r e l ax (m i c t u r i t i o n r e f l e x ). Ho w e v e r , u r i n at i o n c an n o t o c c u r w i t h o u t t h e v o l u n t ar y r e l ax at i o n o f t h e ex ternal sp hinc ter. A t t h e t i m e o f u r i n at i o n , t h e sm o o t h m u sc l e l i n i n g o f t h e bl adde r c o n t r ac t s, f o r c i n g t h e u r i n e i n t o t h e u r e t h r a.

T he b l a d d e r sto res u rin e tha t d escen d s f ro m the k id n eys v ia the u reters. � U rethra T h e urethra , l o c at e d be n e at h t h e u r i n ar y bl adde r , i s a t u be t h r o u g h w h i c h ac c u m u l at e d u r i n e i s e x p e l l e d f r o m t h e bo dy . I t s l e n g t h di f f e r s i n m e n an d w o m e n , t h e m al e u r e t h r a (1 5 -2 0 c m i n l e n g t h ) be g i n n i n g at t h e base o f t h e bl adde r an d c o n t i n u i n g t h r o u g h t h e p e n i s. T h e m al e u r e t h r a c an di sc h ar g e e i t h e r u r i n e o r se m e n . T h e f e m al e u r e t h r a (4 c m i n l e n g t h ) i s sh o r t e r an d l e ads f r o m t h e bl adde r t o t h e r e g i o n j u st abo v e t h e v ag i n a.

T he u re th ra is a tu b e thro u g h w hich a ccu mu l a ted u rin e is ex pel l ed f ro m the b o d y.

P a g e 41 o f 74

6 . 1 Ex t e r n a l a n a t o m y o f t h e k i d n e y E ac h k i dn e y i s su r r o u n de d by t h r e e di st i n c t l ay e r s o f t i ssu e . T h e adh e r i n g l ay e r , t h e renal c ap sule , h e l p s m ai n t ai n t h e sh ap e o f t h e k i dn e y s. T h e i n t e r m e di at e l ay e r , t h e adip ose c ap sule , i s c o m p o se d o f f at t y t i ssu e su r r o u n di n g t h e r e n al c ap su l e , an d h o l ds t h e k i dn e y s i n t h e abdo m i n al c av i t y . T h e e x t e r i o r l ay e r , c al l e d t h e renal f asc ia, i s a t h i n l ay e r o f t i ssu e t h at an c h o r s t h e k i dn e y s t o su r r o u n di n g st r u c t u r e s an d t o t h e abdo m i n al w al l . T h e k i dn e y s’ sp e c i f i c l o c at i o n be h i n d t h e r i bs, t h e c u sh i o n o f f at (adi p o se c ap su l e ) an d t h e r e n al c ap su l e p r o v i de a p r o t e c t i v e bar r i e r ag ai n st t r au m at i c i n j u r i e s. B o t h k i dn e y s c o n t ai n an i n de n t e d r e g i o n c al l e d t h e hilus (h i l u m ), t h r o u g h w h i c h p ass a renal artery an d vein , ly mp hatic vessels, nerve sup p ly an d a ureter w h i c h dr ai n s t h e u r i n e t o t h e bl adde r . T h e bl o o d i s de l i v e r e d t o e ac h k i dn e y by t h e ab dominal aorta, w h i c h i s t h e m ai n t r u n k o f t h e bo dy ’ s ar t e r i al c i r c u l at o r y sy st e m . T h e abdo m i n al ao r t a br an c h e s i n t o t w o m ai n renal arteries t h at f u r t h e r di v i de i n t o sm al l e r br an c h e s i n t h e k i dn e y . T h e v e n o u s dr ai n ag e o f bo t h k i dn e y s i s p r o v i de d by a se r i e s o f v e i n s br an c h i n g i n t o a renal vein w h i c h e m p t i e s t h e f i l t e r e d bl o o d i n t o t h e inf erior vena c ava.

P a g e 42 o f 74

P os i ti on an d cov eri n g k i d n ey s . B eneath the d ap hrag m, b ehi nd the p eri toneal cav i ty and q ui te near the mai n v essels, k i d neys are the p ri nci p al org ans of the uri nary system.

P a g e 43 o f 74

6 . 2 Q U I Z 1 . W hat is loc ated on top of eac h k idney ?

a) u r e t e r s b) o v ar i e s c ) u r i n ar y bl adde r d) su p r ar e n al (adr e n al ) g l an ds

2 . O ne of the k idney ’ s f unc tions is to

a) e x c r e t e h ar m f u l su bst an c e s su c h as m e t abo l i t e s, dr u g s an d c h e m i c al s b) st o r e u r i n e c ) c ar r y u r i n e f r o m t h e r e n al c av i t i e s t o t h e bl adde r

3 . N ame two struc tures that p ass throug h the hilus ( hilum) of the k idney .

P a g e 44 o f 74

6 . 3 A N S W E R S t o q u i z 1 . W hat is loc ated on top of eac h k idney ?

a) u r e t e r s b) o v ar i e s c ) u r i n ar y bl adde r d) sup rarenal ( adrenal) g lands

A su p r ar e n al (adr e n al ) g l an d i s si t u at e d o n t o p o f e ac h k i dn e y . These p aired endoc rine org ans sec rete several hormones (su c h as c o r t i so l an d al do st e r o n e ) related to the k idney s’ f unc tions.

2 . O ne of the k idney ’ s f unc tions is to

a) ex c rete harmf ul sub stanc es suc h as metab olites, drug s and c hemic als b) st o r e u r i n e c ) c ar r y u r i n e f r o m t h e r e n al c av i t i e s t o t h e bl adde r

T h e y c o n t r i bu t e i n m an y w ay s t o h o m e o st asi s (m ai n t e n an c e o f st abi l i t y o f t h e bo dy ’ s i n t e r n al e l e m e n t s). T h e k i dn e y s f i l t e r t h e bl o o d i n o r de r t o r e m o v e e x c e ss f l u i d an d w ast e p r o du c t s, an d r e g u l at e i o n c o n c e n t r at i o n s i n t h e bl o o d an d ac i d-base (p H) bal an c e . T h e h ar m f u l su bst an c e s t h u s r e m o v e d m ak e u p m u c h o f t h e n e w l y f o r m e d u r i n e (ex c retory f unc tion). T h e u r i n e i s t h e n e x c r e t e d f r o m t h e bo dy t h r o u g h t h e o t h e r o r g an s o f t h e u r i n ar y sy st e m .

3 . N ame two struc tures that p ass throug h the hilus ( hilum) of the k idney .

renal artery , renal vein, ly mp hatic vessels, nerve sup p ly and a ureter B o t h k i dn e y s c o n t ai n an i n de n t e d r e g i o n c al l e d t h e hilus (h i l u m ), t h r o u g h w h i c h p ass a renal artery and vein, ly mp hatic vessels, nerve sup p ly and a ureter w h i c h w i l l dr ai n t h e u r i n e t o t h e bl adde r .

P a g e 45 o f 74

7 . 0 In t e r n a l a n a t o m y o f t h e k i d n e y

T h e renal c ap sule, o n e o f t h r e e l ay e r s se e n p r e v i o u sl y , su r r o u n ds t h e o u t e r su r f ac e o f e ac h k i dn e y . U n de r t h e r e n al c ap su l e , t w o di st i n c t r e g i o n s c an be f o u n d, t h e c o r t e x an d t h e m e du l l a. T h e o u t e r r e g i o n , t h e renal c ortex , o c c u p i e s t h e o u t e r t h i r d p o r t i o n o f t h e k i dn e y . T h e renal medulla r e g i o n i s l o c at e d i n t h e i n n e r p o r t i o n o f t h e k i dn e y . I t c o n si st s o f 8 -1 8 c o n e -sh ap e d renal p y ramids. T h e n ar r o w e r e n d o f e ac h p y r am i d, t h e p ap illa , p o i n t s t o w ar ds t h e c e n t r e o f t h e k i dn e y . T h e r e n al p y r am i ds dr ai n u r i n e t o p ap illary ( c ollec ting ) duc ts t h at ar e c o n n e c t e d t o a c u p -l i k e st r u c t u r e t e r m e d c aly x . E ac h c al y x c o n v e r g e s o n t o t h e renal p elvis. T h e r e n al p e l v i s, a f u n n e l -sh ap e d sac , r e c e i v e s t h e u r i n e dr ai n i n g f r o m t h e r e n al p y r am i ds. I t i s c o n t i n u o u s w i t h t h e ureter c o n n e c t e d i n t h e h i l u s (h i l u m ) o f t h e k i dn e y s. He n c e , u r i n e t h at c o l l e c t s i n t h e r e n al p e l v i s p asse s t h r o u g h t h e u r e t e r s an d i n t o t h e b ladder.

P a g e 46 o f 74

D e e p i n si de t h e c o r t e x an d t h e m e du l l a r e g i o n s ar e l o n g h ai r p i n -l i k e st r u c t u r e s c al l e d nep hrons. T h e n e p h r o n i s t h e f u n c t i o n al u n i t o f t h e k i dn e y . I t i s c o m p o se d o f t w o m aj o r c o m p o n e n t s: a f i l t e r i n g sy st e m c o n si st i n g o f c ap i l l ar i e s (t i n y bl o o d v e sse l s) an d an at t ac h e d t u bu l ar st r u c t u r e . T h i s t u be c o n t ai n s se v e r al di st i n c t an at o m i c an d f u n c t i o n al se g m e n t s w h i c h c o n t r i bu t e t o t h e f o r m at i o n o f u r i n e . P ath of urine drainag e:

P ath of urine drainag e. F r o m t h e n e p h r o n do w n t o t h e u r e t e r , u r i n e f l o w s t r o u g h t h e u r i n ar y c av i t i e s.

P a g e 47 o f 74

7 . 1 Th e n e p h r o n

The nep hron. F u n c t i o n al u n i t o f t h e k i dn e y , t h e n e p h r o n i s c o m p o se d o f t w o m aj o r c o m p o n e n t s : a f i l t e r i n g sy st e m o f c ap i l l ar i e s, g l o m e r u l u s, i n t h e B o w m an ’ s c ap su l e an d an at t ac h e d t u bu l ar st r u c t u r e . T h e r e ar e ap p r o x i m at e l y o n e m i l l i o n n e p h r o n s i n bo t h c o m p ac t k i dn e y s. T h e k i dn e y c an n o t r e g e n e r at e n e w n e p h r o n s. T h e r e f o r e , i f n e p h r o n s be c o m e i n j u r e d e i t h e r by di se ase , c e r t ai n m e di c at i o n s, h y p e r t e n si o n o r n o r m al ag i n g , t h e i r n u m be r de c r e ase s. A f t e r t h e ag e o f 4 0 , t h e n u m be r o f f u n c t i o n i n g n e p h r o n s de c r e ase s by 1 0 % e v e r y 1 0 y e ar s. T h i s l o ss i s n o t l i f e -t h r e at e n i n g be c au se o f m an y adap t i v e c h an g e s i n t h e r e m ai n i n g n e p h r o n s w h i c h al l o w t h e m t o c o n t i n u e f u l f i l l i n g t h e f i l t e r i n g n e e ds o f t h e bo dy . E ac h n e p h r o n c o n si st s o f t w o di st i n c t p o r t i o n s: a b lood f iltering unit an d an attac hed tub ule.

P a g e 48 o f 74

B l o o d f i l t e r i n g u n i t T h e b lood f iltering unit al so h as t w o c o m p o n e n t s: t h e g lomerulus an d t h e g lomerular ( B owman’ s) c ap sule t h at su r r o u n ds t h e g l o m e r u l u s. T h e B o w m an ’ s c ap su l e i s w h e r e t h e g l o m e r u l ar c ap i l l ar i e s e n t e r . T o g e t h e r , t h e g l o m e r u l u s, su sp e n de d be t w e e n t h e af f e r e n t an d e f f e r e n t ar t e r i o l e s, an d B o w m an ’ s c ap su l e f o r m t h e g lomerular c orp usc le. T h i s i s t h e si t e w h e r e bl o o d i s f i l t e r e d an d u r i n e f o r m at i o n be g i n s. M an y su bst an c e s p ass f r o m t h e bl o o d (i n t h e a f f eren t a rterio l e) t h r o u g h t h e f iltration memb rane t o e n d u p i n t h e B o w m an ’ s c ap su l e sp ac e . T h e f i l t r at i o n m e m br an e e f f e c t s sel ectiv e f il tra tio n , al l o w i n g o n l y t h e sm al l e r m o l e c u l e s t o be f i l t e r e d t h r o u g h t h e bl o o d v e sse l w al l an d i n t o t h e B o w m an ’ s sp ac e . T h e r e f o r e , l ar g e r m o l e c u l e s su c h as red b l o o d cel l s ( erythro cytes) , pl a sma pro tein s ( e.g ., a l b u min s) an d w hite b l o o d cel l s ( l eu k o cytes) w i l l n o t l e av e t h e bl o o dst r e am . W h at r e m ai n s o f t h e f i l t e r e d bl o o d l e av e s t h e k i dn e y v i a t h e ef f eren t a rterio l e w h i c h t h e n dr ai n s i n t o t h e r e n al v e i n . A t t ac h e d t u bu l e M an y su bst an c e s su c h as w at e r , sal t s, w ast e p r o du c t s an d sm al l p r o t e i n s p ass f r o m t h e g l o m e r u l ar c ap su l e i n t o t h e n e x t p o r t i o n o f t h e n e p h r o n , t h e attac hed tub ule. T h i s i s w h e r e t h e f l u i d (o r f iltrate) i s c o n v e r t e d i n t o u r i n e o n i t s w ay t o t h e ren a l pel v is. E ac h t u bu l e h as t h r e e m ai n se c t i o n s. P r o x i m al c o n v o l u t e d t u bu l e T h e t e r m pro x ima l m e an s t h at i t i s t h e p o r t i o n o f t h e t u bu l e t h at i s at t ac h e d t o t h e g l o m e r u l ar c ap su l e . T h e t e r m co n v o l u ted m e an s t h at t h e t u bu l e i s c o i l e d r at h e r t h an st r ai g h t . T h i s se c t i o n o f t h e n e p h r o n t u bu l e i s l o c at e d w i t h i n t h e c o r t e x , t h e o u t e r r e g i o n o f t h e k i dn e y .

P a g e 49 o f 74

L o o p o f He n l e (n e p h r o n l o o p ) T h i s se c t i o n o f t h e n e p h r o n t u bu l e i s l o c at e d i n bo t h t h e c o r t e x (o u t e r k i dn e y ) an d t h e med u l l a (i n n e r k i dn e y ) r e g i o n s. I t c o n n e c t s t h e p r o x i m al an d di st al c o n v o l u t e d t u bu l e s. F r o m t h e co rtex , t h e desc ending limb o f t h e l o o p o f He n l e e x t e n ds i n t o t h e r e n al med u l l a af t e r w h i c h t h e asc ending limb o f t h e l o o p o f He n l e m ak e s a h ai r p i n t u r n t o r e t u r n o u t w ar d t o t h e r e n al co rtex . S o m e n e p h r o n s (8 0 -8 5 % ) h av e sh o r t l o o p s o f He n l e t h at p e n e t r at e su p e r f i c i al l y i n t o t h e r e n al med u l l a . T h e se t y p e s o f n e p h r o n s ar e t e r m e d c ortic al nep hrons. T h e i r l o o p e d t u bu l e s r e c e i v e t h e i r bl o o d su p p l y f r o m t h e peritu b u l a r ca pil l a ries (br an c h e d f r o m ef f eren t a rterio l es). T h e o t h e r t y p e o f n e p h r o n s (1 5 -2 0 % ), c al l e d j ux tamedullary nep hrons , h av e l o n g , de e p l o o p s o f He n l e t h at e x t e n d i n t o t h e de e p e st r e g i o n o f t h e med u l l a . T h e se t y p e s o f n e p h r o n s r e c e i v e t h e i r bl o o d su p p l y f r o m bo t h peritu b u l a r ca pil l a ries an d v a sa recta (e ac h br an c h e d o u t f r o m ef f eren t a rterio l es). J ux tamedullary nep hrons , w i t h t h e i r l o n g l o o p s o f He n l e , e n abl e t h e k i dn e y t o e x c r e t e e i t h e r di l u t e o r c o n c e n t r at e d u r i n e . D i st al c o n v o l u t e d t u bu l e T h e t e r m d ista l m e an s t h at i t i s t h e p o r t i o n o f t h e t u bu l e t h at i s f ar t h e st aw ay f r o m t h e g l o m e r u l ar c ap su l e . T h e t e r m co n v o l u ted m e an s t h at t h e t u bu l e i s c o i l e d r at h e r t h an st r ai g h t . T h i s se c t i o n o f t h e n e p h r o n t u bu l e i s l o c at e d i n t h e co rtex (o u t e r k i dn e y ) r e g i o n . T h e di st al c o n v o l u t e d t u bu l e s o f se v e r al n e p h r o n s e m p t y t h e f i l t r at e i n t o o n e si n g l e c ollec ting duc t. E ac h o n e o f ap p r o x i m at e l y 2 5 0 l ar g e c o l l e c t i n g du c t s i n a k i dn e y dr ai n s u r i n e f r o m abo u t 4 , 0 0 0 n e p h r o n s. T h e c o l l e c t i n g du c t s f u n n e l t h e u r i n e i n t o pa pil l a ry d u cts t h at e x t e n d f r o m t h e r e n al co rtex t h r o u g h t h e r e n al med u l l a , an d c o n v e r g e i n t o t h e r e n al pel v is an d u reters.

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7 . 2 Q U I Z 1 . True or f alse

T or F T h e o u t e r m o st r e g i o n o f t h e k i dn e y i s t h e r e n al m e du l l a. T or F T h e r e n al p e l v i s, a f u n n e l -sh ap e d sac , i s c o n t i n u o u s w i t h t h e u r e t e r . T or F E ac h n e p h r o n c o n si st s o f t w o di st i n c t p o r t i o n s: a l o o p o f He n l e an d

p e r i t u bu l ar c ap i l l ar i e s. 2 . The two ty p es of nep hrons of the k idney are

a) t h e p r o x i m al c o n v o l u t e d an d t h e di st al c o n v o l u t e d n e p h r o n s b) t h e c o r t i c al an d t h e j u x t am e du l l ar y n e p h r o n s c ) t h e g l o m e r u l ar an d t h e af f e r e n t n e p h r o n s

3 . The two p ortions of the nep hron are

a) t h e bl o o d f i l t e r i n g u n i t an d t h e r e n al p e l v i s b) t h e p r o x i m al an d di st al c o n v o l u t e d t u bu l e s c ) t h e bl o o d f i l t e r i n g u n i t an d t h e at t ac h e d t u bu l e

4 . W hic h of the f ollowing statements is not true reg arding the g lomerulus?

a) i t i s su r r o u n de d by t h e B o w m an ’ s c ap su l e b) i t i s l o c at e d be t w e e n t h e af f e r e n t an d e f f e r e n t ar t e r i o l e s c ) i t p r o v i de s a l ar g e su r f ac e ar e a f o r t h e f i l t r at i o n o f so l u t e s an d f l u i ds d) i t i s f o u n d i n t h e r e n al p e l v i s

P a g e 51 o f 74

7 . 3 ANSW ERS t o q u i z 1 . True or f alse

True T h e o u t e r m o st r e g i o n o f t h e k i dn e y i s t h e r e n al m e du l l a. True T h e r e n al p e l v i s, a f u n n e l -sh ap e d sac , i s c o n t i n u o u s w i t h t h e u r e t e r . F alse E ac h n e p h r o n c o n si st s o f t w o di st i n c t p o r t i o n s: a l o o p o f He n l e an d

p e r i t u bu l ar c ap i l l ar i e s.

E ac h n e p h r o n c o n si st s o f t w o di st i n c t p o r t i o n s: a b lood f iltering unit an d an attac hed tub ule. ( p ic ture)

2 . The two ty p es of nep hrons of the k idney are

a) t h e p r o x i m al c o n v o l u t e d an d t h e di st al c o n v o l u t e d n e p h r o n s b ) the c ortic al and the j ux tamedullary nep hrons

S o m e n e p h r o n s (8 0 -8 5 % ) h av e sh o r t l o o p s o f He n l e t h at p e n e t r at e su p e r f i c i al l y i n t o t h e r e n al m e du l l a. T h e se t y p e s o f n e p h r o n s ar e t e r m e d c ortic al nep hrons. T h e o t h e r t y p e o f n e p h r o n s (1 5 -2 0 % ), c al l e d j ux tamedullary nep hrons , h av e l o n g , de e p l o o p s o f He n l e t h at e x t e n d i n t o t h e de e p e st r e g i o n o f t h e m e du l l a.(p i c t u r e )

c ) t h e g l o m e r u l ar an d t h e af f e r e n t n e p h r o n s

3 . The two p ortions of the nep hron are:

a) t h e bl o o d f i l t e r i n g u n i t an d t h e r e n al p e l v i s b) t h e p r o x i m al an d di st al c o n v o l u t e d t u bu l e s c ) the b lood f iltering unit and the attac hed tub ule

E ac h n e p h r o n c o n si st s o f t w o di st i n c t p o r t i o n s: a b lood f iltering unit an d an attac hed tub ule.

4 . W hic h of the f ollowing statements is not true reg arding the g lomerulus?

a) i t i s su r r o u n de d by t h e B o w m an ’ s c ap su l e b) i t i s l o c at e d be t w e e n t h e af f e r e n t an d e f f e r e n t ar t e r i o l e s c ) i t p r o v i de s a l ar g e su r f ac e ar e a f o r t h e f i l t r at i o n o f so l u t e s an d f l u i ds d) it is f ound in the renal p elvis

T h e renal pel vis, a f u n n e l -s h a p e d s a c , r e c e i v e s t h e u r i n e d r a i n i n g f r o m t h e r e n a l p y r a m i d s .

P a g e 52 o f 74

8 . 0 Bl o o d s u p p l y o f t h e k i d n e y T h e k i dn e y s ar e r e sp o n si bl e f o r e x c r e t i n g h ar m f u l su bst an c e s f r o m t h e bl o o d, an d i n o r de r t o ac h i e v e t h i s t ask , t h e y m u st be abu n dan t l y su p p l i e d w i t h bl o o d. A p p r o x i m at e l y 1 , 2 0 0 m l o f bl o o d p e r m i n u t e f l o w s t h r o u g h t h e k i dn e y s. B l o o d r e ac h e s e ac h k i dn e y v i a a renal artery , w h i c h br an c h e s o u t f r o m t h e ab dominal aorta, an d e n t e r s t h e k i dn e y t h r o u g h t h e h i l u s. A t t h e r e n al h i l u s, t h e r e n al ar t e r y di v i de s i n t o bl o o d v e sse l br an c h e s t h at su p p l y bl o o d t o t h e l o w e r , m i ddl e an d u p p e r t h i r ds o f t h e k i dn e y , r e sp e c t i v e l y . S o m e o f t h e se ar t e r i al br an c h e s e x t e n d t h r o u g h t h e c o r t e x t o w ar d t h e o u t e r r e g i o n an d f o r m t h e af f erent g lomerular arterioles. E ac h af f e r e n t ar t e r i o l e i s l i n k e d t o o n e n e p h r o n an d di v i de s i n t o a c ap i l l ar y n e t w o r k t e r m e d t h e g lomerulus (i n t h e B o w an ’ s c ap su l e ), w h i c h i s a u n i t c o n si st i n g o f u p t o 5 0 c ap i l l ar i e s. I n t h e g l o m e r u l u s, l ar g e am o u n t s o f f l u i d an d o t h e r su bst an c e s (o t h e r t h an p l asm a p r o t e i n s) ar e f i l t e r e d f r o m t h e bl o o d t o be g i n u r i n e f o r m at i o n . T h e k i dn e y s c an f i l t e r t h e bo dy ’ s e n t i r e v o l u m e o f bl o o d 3 0 t i m e s a day (ap p r o x i m at e l y 1 7 0 l i t r e s i n 2 4 h o u r s). T h e g l o m e r u l ar c ap i l l ar i e s t h e n e m p t y i n t o t h e ef f erent arteriole w h i c h c o n v e y s bl o o d t o a se c o n d c ap i l l ar y be d, t h e p eritub ular c ap illaries. T h e p e r i t u bu l ar c ap i l l ar i e s su r r o u n d t h e t u bu l ar sy st e m o f e ac h n e p h r o n . E x t e n di n g f r o m e f f e r e n t ar t e r i o l e s ar e l o n g l o o p -sh ap e d c ap i l l ar i e s c al l e d vasa rec ta t h at su p p l y bl o o d t o n e p h r o n s i n t h e i n n e r p ar t o f t h e k i dn e y , t h e m e du l l a. A l l p e r i t u bu l ar c ap i l l ar i e s e v e n t u al l y dr ai n i n t o t h e v e n o u s sy st e m . T h e renal vein i n e ac h k i dn e y e m p t i e s i n t o t h e inf erior vena c ava, w h i c h al so dr ai n s bl o o d f r o m t h e bo t t o m h al f o f t h e bo dy an d br i n g s i t bac k u p t o t h e h e ar t (se e di ag r am be l o w .)

P a g e 53 o f 74

R enal b lood c irc ulation. I n o r de r t o e x c r e t i n g h ar m f u l su bst an c e s f r o m t h e bl o o d, t h e k i dn e y i s abu n dan t l y su p p l i e d w i t h bl o o d. 8 . 1 In n e r v a t i o n o f t h e k i d n e y A l o n g w i t h t h e r e n al ar t e r y an d v e i n , m an y n e r v e s p ass t h r o u g h e ac h k i dn e y h i l u s (h i l u m ) t o e n abl e so m e o f t h e k i dn e y ’ s r e g u l at o r y f u n c t i o n s. T h e se n e r v e f i br e s de r i v e f r o m t h e sy mp athetic division o f t h e autonomic nervous sy stem, an d o p e r at e u n de r u n c o n sc i o u s c o n t r o l . T h e se n e r v e s ar e vasomotor , w h i c h m e an s t h at t h e y h av e an i n f l u e n c e o n t h e si z e o f t h e bl o o d v e sse l s i n si de e ac h k i dn e y . N e r v e s t h at e n t e r t h e k i dn e y c an r e g u l at e t h e f l o w an d p r e ssu r e o f bl o o d t h r o u g h o u t t h e k i dn e y by al t e r i n g ar t e r i o l e di am e t e r . F o r e x am p l e , e l e v at e d bl o o d p r e ssu r e w i l l st r e t c h t h e w al l s o f t h e r e n al ar t e r i e s an d se n d c o m p l e x c h e m i c al si g n al s t o t h e v aso m o t o r n e r v e s. T h e se n e r v e s w i l l i n t u r n i n c r e ase t h e i r sy m p at h e t i c ac t i v i t y by c o n t r ac t i n g t h e w al l s o f t h e af f e r e n t ar t e r i o l e s so as t o de c r e ase t h e i r di am e t e r (vasoc onstric tion). T h i s w i l l de c r e ase r e n al bl o o d f l o w i n t h e g l o m e r u l u s an d u l t i m at e l y r e du c e t h e p r o du c t i o n o f f i l t e r e d l i q u i d by t h e k i dn e y (G F R ). V aso m o t o r n e r v e s ar e al so c ap abl e o f r e l ax i n g bl o o d v e sse l w al l s i n o r de r t o i n c r e ase v e sse l di am e t e r (vasodilation). T h i s c o n st an t au t o r e g u l at i o n o f r e n al bl o o d f l o w m ai n t ai n s t h e v o l u m e o f bl o o d f i l t e r e d by t h e k i dn e y s at a c o n st an t v al u e .

P a g e 54 o f 74

B lood sup p ly of the k idney

B lood sup p ly of the k idney . B l o o d an d u r i n e p at h w ay s ar e at t ac h e d i n o r de r t o p r o du c e h ar m f u l l su bst an c e s f r e e bl o o d an d u r i n e .

P a g e 55 o f 74

8 . 2 Q U IZ 1 . True or f alse

T or F T h e abdo m i n al ao r t a br an c h e s o u t i n t o t h e r e n al v e i n . T or F V asa r e c t a, l o n g l o o p -sh ap e d c ap i l l ar i e s, su p p l y bl o o d t o t h e n e p h r o n s i n

t h e i n n e r p ar t o f t h e k i dn e y (m e du l l a). T or F T h e e f f e r e n t ar t e r i o l e su p p l i e s bl o o d t o t h e g l o m e r u l u s.

2 . M any nerves p ass throug h eac h renal hilus ( hilum). W hat ty p e of ac tion do they

have on the k idney s? a) v aso m o t o r b) f i l t r at i o n c ) e x c r e t i o n

P a g e 56 o f 74

8 . 3 ANSW ERS t o q u i z 1 . True or f alse

F alse T h e abdo m i n al ao r t a br an c h e s o u t i n t o t h e r e n al v e i n .

B l o o d r e ac h e s e ac h k i dn e y v i a a renal artery , w h i c h br an c h e s o u t f r o m t h e ab dominal aorta , an d e n t e r s t h e k i dn e y t h r o u g h t h e h i l u s (h i l u m ). T h e renal vein i n e ac h k i dn e y e m p t i e s i n t o t h e inf erior vena c ava , w h i c h al so dr ai n s bl o o d f r o m t h e bo t t o m h al f o f t h e bo dy an d br i n g s i t bac k u p t o t h e h e ar t .

True V asa r e c t a, l o n g l o o p -sh ap e d c ap i l l ar i e s, su p p l y bl o o d t o t h e n e p h r o n s i n

t h e i n n e r p ar t o f t h e k i dn e y (m e du l l a). F alse T h e e f f e r e n t ar t e r i o l e su p p l i e s bl o o d t o t h e g l o m e r u l u s. A t t h e r e n al h i l u s (h i l u m ), t h e r e n al ar t e r i e s e ac h di v i de i n t o bl o o d v e sse l br an c h e s t h at su p p l y bl o o d t o t h e l o w e r , m i ddl e an d u p p e r t h i r ds o f t h e k i dn e y , r e sp e c t i v e l y . S o m e o f t h e se ar t e r y br an c h e s e x t e n d t h r o u g h t h e c o r t e x t o w ar d t h e o u t e r r e g i o n an d f o r m t h e af f e r e n t g l o m e r u l ar ar t e r i o l e s. E ac h af f e r e n t ar t e r i o l e i s l i n k e d t o o n e n e p h r o n an d de v i de s i n t o a c ap i l l ar y n e t w o r k t e r m e d t h e g l o m e r u l u s. T h e g l o m e r u l ar c ap i l l ar i e s t h e n e m p t y i n t o t h e e f f e r e n t ar t e r i o l e w h i c h c o n v e y s bl o o d t o a se c o n d c ap i l l ar y be d, t h e p e r i t u bu l ar c ap i l l ar i e s.

2 . M any nerves p ass throug h eac h renal hilus ( hilum). W hat ty p e of ac tion do they

have on the k idney s? a) vasomotor

T h e se n e r v e s ar e vasomotor , w h i c h m e an s t h at t h e y h av e an i n f l u e n c e o n t h e si z e o f t h e bl o o d v e sse l s i n si de e ac h k i dn e y . N e r v e s t h at e n t e r t h e k i dn e y c an r e g u l at e t h e f l o w an d p r e ssu r e o f bl o o d t h r o u g h o u t t h e k i dn e y by al t e r i n g t h e di am e t e r o f ar t e r i o l e s su c h as t h e af f e r e n t an d e f f e r e n t ar t e r i o l e s.

b) f i l t r at i o n c ) e x c r e t i o n

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9 . 0 Re n a l p h y s i o l o g y T h e t h r e e f u n c t i o n s o f n e p h r o n s ar e t h at t h e y e x c r e t e w at e r an d so l u t e s f r o m t h e bo dy t o m ai n t ai n ade q u at e bl o o d v o l u m e an d c o n c e n t r at i o n , t h e y c o n t r i bu t e t o m ai n t ai n i n g bl o o d p H e q u i l i br i u m , an d t h e y r e m o v e m e t abo l i c w ast e p r o du c t s f r o m t h e bo dy . I n o r de r t o ac h i e v e t h e se t ask s, t h e n e p h r o n s w i l l e v ac u at e su bst an c e s i n e x c e ss an d “ r e c y c l e ” su bst an c e s bac k i n t o t h e bl o o d so t h at t h e y ar e n o t l o st . T h e e l i m i n at e d su bst an c e s w i l l m ak e u p t h e u r i n e . U r i n e f o r m at i o n c an be di v i de d i n t o 3 di f f e r e n t st e p s. i . G l o m e r u l ar f i l t r at i o n : u n sp e c i f i c f i l t r at i o n o f bl o o d T h i s i s t h e f i r st st e p i n t h e f o r m at i o n o f u r i n e . B lood p ressure f o r c e s w at e r an d m o st bl o o d su bst an c e s i n t h e af f e r e n t ar t e r i o l e t h r o u g h t h e g l o meru l a r ca pil l a ries. T h e sel ectiv e semipermea b l e memb ra n e o f t h e ar t e r i o l e w i l l h av e a di r e c t e f f e c t o n w h i c h t y p e o f su bst an c e s w i l l be f i l t e r e d f r o m t h e bl o o d. O n l y sm al l m o l e c u l e s w i l l be al l o w e d t o p ass f r o m t h e bl o o dst r e am i n t o t h e B o w m an ’ s sp ac e . B l o o d c e l l s an d p l asm a p r o t e i n s (e.g . , al bu m i n s) ar e m u c h t o o l ar g e t o be f i l t e r e d an d w i l l st ay i n t h e bl o o d. M o st sm al l m o l e c u l e s, o n t h e o t h e r h an d, p ass f r e e l y t h r o u g h t h e m e m br an e so t h at t h e i r c o n c e n t r at i o n s i n t h e B o w m an ’ s sp ac e ar e al m o st t h e sam e as i n t h e bl o o d. T h e f i l t r at e t h e n dr ai n s i n t o t h e at t ac h e d t u bu l e . A t t h i s p o i n t , t h e l i q u i d c o n t ai n s a m i x t u r e o f su bst an c e s su c h as n i t r o g e n c o m p o u n ds, g l u c o se an d v i t am i n s, t o n am e j u st a f e w . T h e am o u n t o f m o l e c u l e s i n t h e f i l t r at e r e f l e c t s t h e c o n c e n t r at i o n o f al l t h e se su bst an c e s i n t h e bl o o d. Ho w e v e r , t h e ef f eren t a rterio l es l e av i n g t h e g l o m e r u l u s h av e a sm al l e r di am e t e r t h an t h e a f f eren t a rterio l es. T h e r e f o r e , g l o meru l a r ca pil l a ry bl o o d p r e ssu r e i s h i g h e r t h an t h e bl o o d p r e ssu r e i n c ap i l l ar i e s e l se w h e r e i n t h e bo dy . T h i s p r e ssu r e i s an i m p o r t an t f ac t o r i n m ai n t ai n i n g an ade q u at e am o u n t o f f i l t r at e . M o r e o v e r , t h e m o r e bl o o d p r e ssu r e r i se s, t h e m o r e f i l t r at e w i l l be p r o du c e d. R e c al l t h at t h e am o u n t o f f i l t r at e (m l ) p r o du c e d i n bo t h k i dn e y s p e r m i n u t e i s c al l e d t h e g lomerular f iltration rate (G F R ).

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Tub ular reab sorp tion. A f t e r u n sp e c i f i c g l o m e r u l ar f i l t r at i o n , u se f u l l m o l e c u l e s ar e r e c y c l e d bac k i n t o t h e bl o o d, so t h at t h e y ar e n o t l o st f r o m t h e bo dy . i i . T u bu l ar r e abso r p t i o n : t h r o u g h o u t t h e at t ac h e d t u bu l e an d c o l l e c t i n g du c t R e abso r p t i o n o f su bst an c e s m e an s t h at u se f u l m o l e c u l e s ar e r e t u r n e d f r o m t h e f i l t r at e bac k t o t h e bl o o d (i n t h e p e r i t u bu l ar c ap i l l ar i e s an d v asa r e c t a) so t h at t h e y ar e n o t l o st f r o m t h e bo dy . I n t h i s w ay , t u bu l ar r e abso r p t i o n h e l p s k e e p v i t al n u t r i e n t s w i t h i n t h e bl o o dst r e am . O n l y a sp e c i f i c am o u n t o f e ac h su bst an c e i s r e abso r be d, ac c o r di n g t o t h e bo dy ’ s n e e ds. M o st e l e m e n t s w h i c h m u st be c l e ar e d f r o m t h e bo dy , e sp e c i al l y w ast e p r o du c t s f r o m m e t abo l i sm , ar e p o o r l y r e abso r be d an d ar e t h u s l ar g e l y e x c r e t e d i n t o t h e u r i n e . B e c au se o n l y 1 t o 2 l i t r e s o f u r i n e ar e e x c r e t e d e ac h day , ap p r o x i m at e l y 9 9 % o f t h e f i l t r at e d l i q u i d i s r e abso r be d i n t o t h e p e r i t u bu l ar c ap i l l ar i e s an d r e t u r n e d i n t o t h e bl o o d.

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i i i . T u bu l ar se c r e t i o n : t h r o u g h o u t t h e at t ac h e d t u bu l e an d c o l l e c t i n g du c t

Tub ular sec retion. A f t e r u n sp e c i f i c g l o m e r u l ar f i l t r at i o n , t u bu l ar se c r e t i o n c o n t r i bu t e t o c l e ar so m e m o r e p r o du c t s f r o m t h e bl o o d an d t o m ai n t ai n ade q u at e bl o o d p H.

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T h e se c r e t i o n o f e l e m e n t s de sc r i be s t h e p r o c e ss o f r e m o v i n g su bst an c e s f r o m t h e bl o o d (i n t h e p e r i t u bu l ar c ap i l l ar i e s an d v asa r e c t a) an d r e l e asi n g t h e m t o t h e f i l t r at e c o n t ai n e d i n t h e at t ac h e d t u bu l e . I n t h i s w ay , t u bu l ar se c r e t i o n c o n t r i bu t e s t o c l e ar i n g c e r t ai n p r o du c t s f r o m t h e bl o o d an d t o m ai n t ai n i n g ade q u at e bl o o d p H. T h e e x c r e t e d su bst an c e s ar e g e n e r al l y n o t n e e de d an d c an be p o t e n t i al l y h ar m f u l t o t h e bo dy . B o t h r e abso r p t i o n an d se c r e t i o n o c c u r al o n g t h e e n t i r e l e n g t h o f t h e at t ac h e d t u bu l e , c au si n g m an y c h an g e s i n t h e c o m p o si t i o n o f t h e f i l t r at e al o n g t h e w ay . Ho w e v e r , t h e f i n al c o m p o si t i o n o f t h e u r i n e w i l l de p e n d o n t h e ac t i o n o f h o r m o n e s su c h as A D H an d aldosterone. W h e n t h e f l u i d r e ac h e s t h e r e n al p e l v i s, t h e f i l t e r e d su bst an c e s r e m ai n i n t h e c o n c e n t r at e d u r i n e an d ar e e x c r e t e d f r o m t h e bo dy . T h e o v e r al l ac t i v i t y t ak i n g p l ac e i n t h e n e p h r o n s c an be c o m p ar e d t o t h e c l e an i n g o u t o f a dr aw e r : f i r st , y o u du m p e v e r y t h i n g o u t o f t h e dr aw e r (g l o m e r u l ar f i l t r at i o n ) an d t h e n r e t u r n so m e i t e m s t o t h e dr aw e r an d di sc ar d o t h e r s (r e abso r p t i o n an d se c r e t i o n ). T h e r at e s at w h i c h di f f e r e n t su bst an c e s ar e e x c r e t e d i n t h e u r i n e r e f l e c t s t h e su m o f t h e t h r e e r e n al p r o c e sse s: g l o m e r u l ar f i l t r at i o n , t u bu l ar r e abso r p t i o n (f r o m t h e t u bu l e s bac k i n t o t h e bl o o d) an d t u bu l ar se c r e t i o n (f r o m t h e bl o o d i n t o t h e r e n al t u bu l e s).

U r i n ar y e x c r e t i o n r at e = G F R – [ r e abso r p t i o n r at e + se c r e t i o n r at e ] 9 . 1 K i d n e y f u n c t i o n s B o t h k i dn e y s ar e r e sp o n si bl e f o r t h e e l i m i n at i o n o f an y e x c e ss f l u i d o r su bst an c e s i n t h e bo dy (ex c retory f unc tion). T h e y r e g u l at e e l e c t r o l y t e an d w at e r bal an c e i n t h e bl o o dst r e am an d r e m o v e an y h ar m f u l p r o du c t s so as t o m ai n t ai n t h e bo dy ’ s h o m e o st asi s. Ki dn e y s al so p r o du c e h o r m o n e s i n r e sp o n se t o i m bal an c e s (sec retory f unc tion).

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i . S e c r e t o r y f u n c t i o n (h o r m o n e p r o du c t i o n ) W a ter a n d el ectro l yte b a l a n ce a n d b l o o d pressu re reg u l a tio n c an be ac h i e v e d by t h e r e abso r p t i o n o f w at e r t o i n c r e ase bl o o d v o l u m e an d bl o o d p r e ssu r e . A ldosterone (a h o r m o n e r e l e ase d f r o m t h e adr e n al g l an ds) p l ay s a v e r y i m p o r t an t r o l e i n t h e c o n t r o l o f t u bu l ar so di u m r e abso r p t i o n by t h e k i dn e y s. B o t h al do st e r o n e an d renin (a h o r m o n e r e l e ase d f r o m t h e c e l l s l i n i n g t h e af f e r e n t ar t e r i o l e s) ac t o n t h e k i dn e y s by i n c r e asi n g w at e r an d sal t c o n c e n t r at i o n s i n t h e bl o o d st r e am . I n f ac t , e x c e ssi v e r e n i n p r o du c t i o n c an be a c o n t r i bu t i n g f ac t o r i n h y p e r t e n si o n . T h e antidiuretic hormone (A D H) i s a h o r m o n e r e l e ase d by t h e br ai n w h i c h al so ac t s u p o n w at e r r e abso r p t i o n i n t h e k i dn e y , i n o r de r t o m ai n t ai n ade q u at e bl o o d p r e ssu r e an d w at e r / e l e c t r o l y t e bal an c e . W h e n n o A D H i s p r e se n t o r w h e n i t s p r o du c t i o n i s i n h i bi t e d (e.g . , by c af f e i n e o r al c o h o l ), l ar g e v o l u m e s o f di l u t e d u r i n e ar e p r o du c e d. A c o n st an t r e d bl o o d c e l l (e r y t h r o c y t e s) p r o du c t i o n i s g u ar an t e e d by t h e k i dn e y ’ s r e l e ase o f ery throp oietin. E r y t h r o p o i e t i n i s a h o r m o n e t h at p r o l o n g s t h e l i f e o f r e d bl o o d c e l l s an d st i m u l at e s t h e i r sy n t h e si s i n bo n e m ar r o w (c e n t r al p ar t o f l ar g e bo n e s). A de f i c i e n c y i n e r y t h r o p o i e t i n c an l e ad t o an e m i a (l o w r e d bl o o d c e l l c o u n t ) i n r e n al f ai l u r e . T h e k i dn e y al so c o n t r i bu t e s t o c al c i u m h o m e o st asi s. I n o r de r f o r t h e c al c i u m i n f o o d t o be abso r be d i n t h e bl o o d st r e am , t h e r e m u st be a c o n si de r abl e am o u n t o f v i t am i n D i n t h e bo dy . T h e k i dn e y ’ s r o l e i s i n p ar t t o r e l e ase a h o r m o n e c al l e d c alc itriol (ac t i v e f o r m o f V i t am i n D ) t o f ac i l i t at e c al c i u m abso r p t i o n i n t h e g ast r o i n t e st i n al t r ac t (G I t r ac t ). i i . E x c r e t o r y f u n c t i o n (e l i m i n at i o n ) T h e k i dn e y s ar e r e sp o n si bl e f o r t h e e l i m i n at i o n o f n i t r o g e n -be ar i n g w ast e p r o du c t s r e su l t i n g f r o m t h e bo dy ’ s m e t abo l i sm , an d o t h e r h ar m f u l su bst an c e s. T h i s i s ac c o m p l i sh e d e i t h e r by bl o o d f i l t r at i o n i n t h e g l o meru l u s o r by secretio n f r o m t h e bl o o d i n t o t h e a tta ched tu b u l e o f t h e n ephro n . E l e c t r o l y t e s p r e se n t i n e x c e ss am o u n t ar e al so e x c r e t e d f r o m t h e bl o o dst r e am . T h e k i dn e y s c o n t r i bu t e t o ac id-b ase reg ulation by e l i m i n at i n g e x c e ss ac i d m o l e c u l e s, r e abso r bi n g an d c o n se r v i n g m o st o f t h e al k al i n e (base ) su bst an c e s an d r e g u l at i n g t h e bo dy f l u i d bu f f e r st o r ag e . T h e k i dn e y s ar e t h e o n l y m e an s f o r e l i m i n at i n g c e r t ai n t y p e s o f ac i ds g e n e r at e d by t h e m e t abo l i sm o f p r o t e i n s an d w h i c h c an be t o x i c i f ac c u m u l at e d i n t h e bo dy . 9 . 2 Tu b u l a r r e a b s o r p t i o n a n d s e c r e t i o n o f i o n s R e m i n de r : I t i s i m p o r t an t t o p o i n t o u t t h at t h i s se c t i o n w i l l o n l y be i n t r o du c i n g t h e k e y c o m p o n e n t s o f t u bu l ar t r an sp o r t w i t h i n a n o r m al f u n c t i o n i n g k i dn e y . T h e m an y c o m p l e x i t i e s an d dy sf u n c t i o n s asso c i at e d w i t h t u bu l ar r e abso r p t i o n an d se c r e t i o n w i l l n o t be addr e sse d.

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P rinc ip les of reab sorp tion and sec retion A s th e f i l tra te e nte rs th e re na l tu b u l e s, i t f l ow s th rou g h e a c h su c c e ssi v e p a rt ( p rox i m a l tu b u l e , l oop of H e nl e , d i sta l tu b u l e a nd c ol l e c ti ng d u c t) b e f ore b e i ng e x c re te d f rom th e b od y . A l ong th e w a y , b oth re a b sorp ti on a nd se c re ti on ta k e p l a c e . S om e su b sta nc e s a re se l e c ti v e l y re a b sorb e d i nto th e b l ood ( f rom th e tu b u l e s) . T u b u l a r re a b sorp ti on i s h i g h l y sp e c i f i c a nd c ontri b u te s to k e e p i ng v i ta l nu tri e nts w i th i n th e b l ood stre a m . O nl y a sp e c i f i c a m ou nt of e a c h su b sta nc e i s re a b sorb e d , a c c ord i ng to th e ne e d s of th e b od y . O th e r su b sta nc e s a re re tri e v e d f rom th e b l ood a nd se c re te d i nto th e u ri ne . T u b u l a r se c re ti on c ontri b u te s to c l e a ri ng c e rta i n p rod u c ts f rom th e b l ood a nd to m a i nta i ni ng a d e q u a te b l ood p H . T h e e x c re te d su b sta nc e s a re g e ne ra l l y not ne e d e d a nd c a n b e p ote nti a l l y h a rm f u l to th e b od y ( e . g . , w a ste s [ a m m oni u m , c re a ti ni ne ] , d ru g s, e x c e ss i ons ( K +, H +) , e x c e ss w a te r) . B o t h r e abso r p t i o n an d se c r e t i o n o c c u r al o n g t h e e n t i r e l e n g t h o f t h e at t ac h e d t u bu l e , c au si n g n u m e r o u s c h an g e s i n t h e c o m p o si t i o n o f t h e f i l t r at e as i t m o v e s t h r o u g h i t . Ho w e v e r , t h e f i n al c o m p o si t i o n o f t h e u r i n e w i l l u l t i m at e l y de p e n d o n t h e ac t i o n o f h o r m o n e s su c h as A D H an d al do st e r o n e . Ty p es of tub ular transp ort T r an sp o r t o f m o l e c u l e s ac r o ss t u bu l e s o c c u r s by t w o br o ad t y p e s o f m e c h an i sm s, de p e n di n g o n t h e c h ar ac t e r i st i c s o f t h e so l u t e s t o be t r an sp o r t e d. T h e se ar e p assi v e an d ac t i v e t r an sp o r t . W at e r an d sm al l m o l e c u l e s m o v e e asi l y t h r o u g h p o r e s i n t h e c ap i l l ar y an d t u bu l e w al l s by p assi v e t r an sp o r t . T h i s sp o n t an e o u s p r o c e ss o c c u r s n at u r al l y t h r o u g h t h e p h y si c al e f f e c t o f di f f u si o n an d o sm o si s.

I n a ctiv e tra n spo rt, l a rg er mo l ecu l es a re mo v ed in a n d o u t o f the tu b u l es a g a in st their el ectro chemica l g ra d ien t. T his type o f tra n spo rt u ses pro tein tra n spo rters l o ca ted a l o n g the n ephro n a n d req u ires en erg y ( in the f o rm o f a d en o sin e tripho spha te, A T P ) pro d u ced b y the cel l ’ s mito cho n d ria .

W ater reab sorp tion W at e r m o v e m e n t ac r o ss t u bu l e w al l s i s o n l y p o ssi bl e t h r o u g h o sm o si s. T u bu l ar w al l s m u st be p e r m e abl e t o w at e r , n o m at t e r h o w l ar g e t h e o sm o t i c g r adi e n t . S o m e p ar t s o f t h e t u bu l e ar e h i g h l y p e r m e abl e t o w at e r (e.g . , p r o x i m al t u bu l e ), w h e r e as o t h e r s ar e n o t (e.g . , asc e n di n g l i m b o f t h e l o o p o f He n l e ). A p p r o x i m at e l y 9 0 % o f w at e r r e abso r p t i o n i s au t o m at i c al l y c o u p l e d w i t h t h e r e abso r p t i o n o f so l u t e s su c h as N a+ an d C l -. P e r m e abi l i t y t o w at e r i n t h e m o st di st al p ar t s o f t h e t u bu l e s (di st al an d c o l l e c t i n g du c t ) c an be e i t h e r h i g h o r l o w , de p e n di n g o n t h e p r e se n c e o f A D H an d al do st e r o n e . He r e , t h e o t h e r 1 0 % o f t h e f i l t e r e d w at e r w i l l be r e abso r be d, i n t h i s w ay r e g u l at i n g t h e bo dy ’ s f l u i d n e e ds. T h i s v ar i at i o n w i l l u l t i m at e l y al t e r t h e e n d r e su l t , p r o du c i n g e i t h e r di l u t e o r c o n c e n t r at e d u r i n e .

P a g e 63 o f 74

P rox imal tub ule A s f i l t e r e d l i q u i d l e av e s t h e B o w m an ’ s c ap su l e , i t e n t e r s t h e p r o x i m al t u bu l e i so t o n i c t o bl o o d p l asm a. I n o t h e r w o r ds, t h e f i l t r at e h as ap p r o x i m at e l y t h e sam e c o n c e n t r at i o n o f so l u t e s as t h e bl o o d p r e se n t i n t h e r e n al c ap i l l ar i e s. A c tive reab sorp tion of sodium ( N a+) is the main f unc tion of the p rox imal tub ule. T h r o u g h o u t t h i s se c t i o n o f t h e t u bu l e , abo u t 6 5 % o f t h e f i l t e r e d so di u m (N a+) i o n s w i l l be r e abso r be d bac k into the b lood. T h e o sm o t i c f o r c e r e su l t i n g f r o m so di u m t r an sp o r t f ac i l i t at e s p assi v e di f f u si o n o f w at e r o u t o f t h e t u bu l e an d i n t o t h e bl o o d. R e abso r p t i o n o f w at e r l e ads t o i n c r e ase d c o n c e n t r at i o n s o f o t h e r so l u t e s (e.g . , C l - , HC O 3

-) i n t h e t u bu l e , w h i c h w i l l t h e n di f f u se i n t o t h e bl o o d. I m p o r t an t n u t r i e n t s, su c h as g l u c o se , ar e al so ac t i v e l y t r an sp o r t e d o u t o f t h e t u bu l e . T h e p r o x i m al t u bu l e al so se c r e t e s sp e c i f i c su bst an c e s f r o m t h e bl o o d i n t o t h e f i l t r at e . M an y o f t h e se su bst an c e s ar e m e t abo l i c e n d p r o du c t s an d m u st be r ap i dl y r e m o v e d f r o m t h e bo dy . U r e a an d o t h e r n i t r o g e n -c o n t ai n i n g c o m p o u n ds ar e se c r e t e d i n t o t h e f i l t r at e v i a t h e p r o x i m al t u bu l e . T h e i r c o n c e n t r at i o n i n t h e f i l t r at e i n c r e ase s i n o r de r t o de c r e ase t o x i c i t y i n t h e bl o o d. T h e c o n t r o l l e d se c r e t i o n o f h y dr o g e n (H+) i o n s i n t o t h e t u bu l e h e l p s e l i m i n at e e x c e ss ac i di t y i n t h e bl o o d an d m ai n t ai n c o n st an t p H. E x c e ss p o t assi u m (K+) i o n s ar e ac t i v e l y se c r e t e d bac k i n t o t h e f i l t r at e so as t o r e g u l at e t h e i r se n si t i v e c o n c e n t r at i o n i n t h e bl o o d. A t t h e e n d o f t h e p r o x i m al t u bu l e , w at e r an d so l u t e r e abso r p t i o n i n t o t h e bl o o d k e e p s p ac e w i t h t h e i n c r e ase i n t h e o v e r al l c o n c e n t r at i o n o f so l u t e s w h i c h ar e se c r e t e d bac k i n t o t h e f i l t r at e . T h e r e f o r e , as t h e f i l t e r e d f l u i d f l o w s t o w ar ds t h e l o o p o f He n l e , i t i s st i l l i so t o n i c t o bl o o d, g i v e n t h e p r o x i m al se g m e n t ’ s h i g h p e r m e abi l i t y t o bo t h w at e r an d so l u t e s. L oop of H enle T h e c h e m i c al c o m p o si t i o n o f t h e f i l t r at e i n t h e l o o p o f He n l e i s st i l l c l o se t o t h at o f bl o o d (i so t o n i c ). H e re , f or th e f i rst ti m e , su b tl e a l te ra ti ons b e g i n to tra nsf orm th e f i l tra te i nto u ri ne . T h e r e abso r p t i o n o f w at e r by o sm o si s w i l l n o t be au t o m at i c al l y c o u p l e d w i t h so l u t e r e abso r p t i o n . D i f f e r e n t t r an sp o r t f u n c t i o n s i n t h e l o o p o f He n l e w i l l se r v e t o c o n c e n t r at e t h e f i l t r at e an d t r an sf o r m i t i n t o u r i n e . T h e c h an g e s t h at w i l l t ak e p l ac e ar e du e , i n p ar t , t o t h e di f f e r e n t n e p h r o n l e n g t h s an d de p t h s (c o r t i c al an d j u x t am e du l l ar y n e p h r o n s) i n t o t h e r e n al m e du l l a. T h e w al l o f t h e de sc e n di n g l o o p o f He n l e i s h i g h l y p e r m e abl e t o w at e r , bu t o n l y m o de r at e l y p e r m e abl e t o so l u t e s. T h e t r an sf o r m at i o n f r o m f i l t r at e t o u r i n e w i l l be ac h i e v e d by r e abso r p t i o n o f m o r e w at e r i nto th e b l ood t h an t h e q u an t i t y o f se c r e t e d so l u t e s i nto th e u ri ne . A s t h e f i l t e r e d l i q u i d de sc e n ds i n t o t h e m e du l l a o f t h e k i dn e y , i t be c o m e s m o r e c o n c e n t r at e d, l o si n g w at e r by o sm o si s. A p p r o x i m at e l y 1 5 % o f t h e f i l t e r e d w at e r w i l l be r e abso r be d i n t h e de sc e n di n g l i m b o f t h e l o o p o f He n l e . T h i s o sm o t i c ac t i v i t y r e su l t s i n so l u t e s (i n t h i s c ase , m ai n l y so di u m [ N a+ ] an d u r e a) be c o m i n g m o r e c o n c e n t r at e d i n t h e u r i n e . A s i t m o v e s c l o se r t o w ar ds t h e asc e n di n g l i m b o f t h e l o o p , t h e u r i n e c o n t ai n s m o r e so l u t e t h an w at e r . I t t h e r e f o r e be c o m e s h y p e r t o n i c t o bl o o d.

P a g e 64 o f 74

L i t t l e o r n o w at e r i s r e abso r be d i n t h e asc e n di n g p ar t o f t h e l o o p o f He n l e . M o st o f t h e w at e r de l i v e r e d t o t h i s se g m e n t w i l l r e m ai n i n t h e t u bu l e , de sp i t e t h e r e abso r p t i o n o f l ar g e am o u n t s o f so l u t e i n t o t h e bl o o d. Ho w e v e r , i t s w al l s ar e p e r m e abl e t o so l u t e s su c h as so di u m (N a+), c h l o r i de (C l -), p o t assi u m (K+) an d bi c ar bo n at e (HC O 3 -). A p p r o x i m at e l y 2 5 % o f f i l t e r e d so di u m (N a+) i s r e abso r be d i nto th e b l ood i n t h e asc e n di n g l i m b o f t h e l o o p . A n l i m i t l e ss am o u n t o f u r e a c o m i n g f r o m t h e c o l l e c t i n g du c t m ay be se c r e t e d bac k i nto th e u ri ne i n o r de r f o r e q u i l i br i u m t o be r e -e st abl i sh e d. T h e u r i n e i n t h e asc e n di n g l o o p o f He n l e w i l l be c o m e v e r y di l u t e an d h y p o t o n i c as i t ap p r o ac h e s t h e di st al t u bu l e . T h i s p l ay s a k e y r o l e i n al l o w i n g t h e k i dn e y s t o di l u t e o r c o n c e n t r at e u r i n e as n e c e ssar y . T h e p r o du c t i o n o f c o n c e n t r at e d u r i n e i n v o l v e s a c ou nte rc u rre nt m e c h a ni sm i n w h i c h t h e f i l t r at e f l o w s i n o p p o si t e di r e c t i o n s t h r o u g h t h e l o o p o f He n l e . T h e l o n g e r de sc e n di n g an d asc e n di n g p ar t s o f t h e l o o p o f He n l e (i n t h e m e du l l a) h av e sp e c i f i c an d c o m p l e x c h ar ac t e r i st i c s t h at c au se so l u t e s t o be t r ap p e d i n t h e m e du l l a. I n t h i s h ai r p i n se g m e n t , c o n st an t i n t e r ac t i o n be t w e e n t h e f i l t r at e an d bl o o d c ap i l l ar i e s e st abl i sh e s a st r o n g c o n c e n t r at i o n g r adi e n t w i t h i n t h e r e n al m e du l l a. T h i s c o n c e n t r at i o n g r adi e n t al l o w s t h e k i dn e y s t o m o di f y u r i n e c o n c e n t r at i o n s an d f ac i l i t at e s t h e r e abso r p t i o n o f w at e r f r o m t h e c o l l e c t i n g du c t i n t o t h e bl o o d. D istal tub ule T h i s se g m e n t c an be r e f e r r e d t o as t h e di l u t i n g se g m e n t o f t h e t u bu l e . A l o n g w i t h t h e asc e n di n g l i m b o f t h e l o o p o f He n l e , i t di l u t e s t h e f i l t e r e d f l u i d as n e e de d by t h e bo dy . T h e r e abso r p t i o n an d se c r e t i o n p r o c e ss se r v e t o r e adj u st t h e f i n al u r i n e c o n c e n t r at i o n be f o r e i t f l o w i n t o t h e u r e t e r s. T h e tw o i m p orta nt f u nc ti ons of th e d i sta l tu b u l e a re f i na l re g u l a ti on of b od y f l u i d a nd a c i d -b a se e q u i l i b ri u m . U p t o t h i s p o i n t , 8 0 % o f t h e f i l t e r e d w at e r h as be e n r e abso r be d bac k i n t o t h e bl o o d. I n t h e p r e se n c e o f a h o r m o n e n am e d A D H, t h e di st al t u bu l e r e abso r bs w at e r i nto th e b l ood . A m o r e c o n c e n t r at e d u r i n e w i l l t h e n be p r o du c e d an d bo dy f l u i ds w i l l be c o n se r v e d i n t h e bl o o dst r e am . T h e h o r m o n e al do st e r o n e al so r e g u l at e s t h e ac t i v e r e abso r p t i o n o f so di u m (N a+) an d p o t assi u m (K+) f r o m t h e u r i n e bac k i n t o t h e bl o o d as n e c e ssar y f o r m ai n t e n an c e o f e q u i l i br i u m . A c i d-base r e g u l at i o n i s e f f e c t e d by r e abso r bi n g m o st bi c ar bo n at e (HC O 3

-) i o n s bac k i n t o t h e bl o o dst r e am an d se c r e t i n g e x c e ss h y dr o g e n (H+) i o n s i nto th e u ri ne f o r e x c r e t i o n . He n c e , t h e di st al t u bu l e c o n t r i bu t e s t o t h e ac i d-base bal an c e by e x c r e t i n g h y dr o g e n (H+) i o n s i n t o t h e u r i n e an d by addi n g n e w bi c ar bo n at e (HC O 3

-) t o t h e bl o o d.

P a g e 65 o f 74

C ollec ting duc t T h e c o l l e c t i n g du c t i s t h e f i n al se g m e n t i n v o l v e d i n u r i n e p r o du c t i o n . I t p l ay s an e x t r e m e l y imp ortant role in determining the f inal c onc entrations of solutes and water in the urine. D i l u t e an d h y p o t o n i c at e n t r y , t h e u r i n e f l o w s t h r o u g h t h e c o l l e c t i n g du c t bac k i n t o t h e r e n al m e du l l a. A t t h i s p o i n t , 9 0 -9 5 % o f f i l t e r e d so l u t e s an d w at e r h av e be e n r e t u r n e d bac k i n t o t h e bl o o d. P e r m e abi l i t y t o w at e r i s c o n t r o l l e d by t h e p r e se n c e o r abse n c e o f A D H. W i t h h i g h l e v e l s o f A D H, w at e r i s r e abso r be d into the b lood , r e du c i n g t h e u r i n e v o l u m e an d p r o du c i n g a m o r e c o n c e n t r at e d l i q u i d. A c e r t ai n am o u n t o f u r e a m ay di f f u se o u t o f t h e c o l l e c t i n g du c t . A l t h o u g h i t h as l e ak e d o u t , t h e u r e a r e e n t e r s t h e n e p h r o n by di f f u si n g bac k i n t o t h e asc e n di n g l i m b o f t h e l o o p o f He n l e . T h e c o l l e c t i n g du c t i s al so c ap abl e o f se c r e t i n g e x c e ss h y dr o g e n (H+) i o n s into the urine as n e e de d f o r m ai n t e n an c e o f ac i d-base e q u i l i br i u m .

Tub ule seg ments S ub stanc es reab sorb ed into the b lood

S ub stanc es sec reted into the urine ( or

f iltrate) P r o x i m al t u bu l e W at e r

S o di u m (N a+) B i c ar bo n at e (HC O 3

-) G l u c o se C h l o r i de

Hy dr o g e n (H+) U r e a P o t assi u m (K+)

D e sc e n di n g l i m b o f t h e l o o p o f He n l e

W at e r S o di u m (N a+) U r e a

A sc e n di n g l i m b o f t h e l o o p o f He n l e

S o di u m (N a+) P o t assi u m (K+) C h l o r i de (C l -) B i c ar bo n at e (HC O 3

-)

U r e a

D i st al t u bu l e W at e r (r e q u i r e s A D H) S o di u m (N a+) (r e q u i r e s al do st e r o n e ) P o t assi u m (K+) (r e q u i r e s al do st e r o n e ) B i c ar bo n at e (HC O 3

-)

Hy dr o g e n (H+)

C o l l e c t i n g du c t W at e r (r e q u i r e s A D H) Hy dr o g e n (H+)

P a g e 66 o f 74

9 . 3 Q U IZ 1 . True or f alse

T or F E f f e r e n t ar t e r i o l e s l e av i n g t h e g l o m e r u l u s h av e a sm al l e r di am e t e r t h an af f e r e n t ar t e r i o l e s.

T or F T u bu l ar se c r e t i o n h e l p s k e e p v i t al n u t r i e n t s w i t h i n t h e bl o o dst r e am . T or F T h e p r o x i m al t u bu l e se g m e n t i s l e ss p e r m e abl e t o w at e r t h an t h e

asc e n di n g l i m b o f t h e l o o p o f He n l e . 2 . W hic h of the f ollowing is the c orrec t seq uenc e of tub ular f low?

a) p r o x i m al t u bu l e , di st al t u bu l e , c o l l e c t i n g du c t , l o o p o f He n l e b) c o l l e c t i n g du c t , p r o x i m al t u bu l e , di st al t u bu l e , l o o p o f He n l e c ) p r o x i m al t u bu l e , l o o p o f He n l e , c o l l e c t i n g du c t , di st al t u bu l e

3 . I n whic h seg ment of the tub ule does the sub tle transf ormation f rom f iltrate to urine

b eg in? a) di st al t u bu l e b) p r o x i m al t u bu l e c ) l o o p o f He n l e

4 . F ill in the b lank s

U r i n e f o r m at i o n c an be di v i de d i n t o 3 di st i n c t st e p s: _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ , t u bu l ar _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ an d t u bu l ar _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . A c t i v e r e abso r p t i o n o f _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ i s t h e m ai n f u n c t i o n o f t h e p r o x i m al t u bu l e . T h e f i n al adj u st m e n t s i n t h e u r i n e f o r m at i o n p r o c e ss ar e m ade i n t h e _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ t u bu l e an d t h e _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ .

P a g e 67 o f 74

5 . M atc h the f ollowing : e x c r e t o r y f u n c t i o n v o l u m e o f p l asm a c l e ar e d o f a g i v e n

su bst an c e p e r m i n u t e se c r e t o r y f u n c t i o n c o l l e c t i n g du c t f i r st st e p i n t h e f o r m at i o n o f u r i n e di st al t u bu l e

r e m o v i n g su bst an c e s f r o m t h e bl o o d an d r e l e asi n g t h e m i n t h e f i l t r at e

se c r e t i o n r e abso r p t i o n p r o du c t i o n o f h o r m o n e s i n o r de r t o

r e sp o n d ac c u r at e l y t o i m bal an c e s G F R g l o m e r u l ar f i l t r at i o n e l i m i n at i o n o f an y e x c e ss f l u i d o r su bst an c e p r e se n t i n t h e bo dy p l ay s an i m p o r t an t r o l e i n t h e f i n al r e g u l at i o n o f bo dy f l u i d an d m ai n t e n an c e o f ac i d-base e q u i l i br i u m r e t u r n i n g u se f u l m o l e c u l e s t o t h e

bl o o d so t h at t h e y ar e n o t l o st f r o m t h e bo dy de t e r m i n e s t h e f i n al c o n c e n t r at i o n s o f so l u t e s an d w at e r i n u r i n e .

P a g e 68 o f 74

9 . 4 ANSW ERS t o q u i z 1 . True or f alse

True E f f e r e n t ar t e r i o l e s l e av i n g t h e g l o m e r u l u s h av e a sm al l e r di am e t e r t h an af f e r e n t ar t e r i o l e s.

True T h e c o n t r o l l e d se c r e t i o n o f h y dr o g e n (H+) i o n s i n t o t h e t u bu l e h e l p s g e t r i d

o f e x c e ss ac i di t y i n t h e bl o o d an d t h u s m ai n t ai n a c o n st an t p H. F alse T h e p r o x i m al t u bu l e se g m e n t i s l e ss p e r m e abl e t o w at e r t h an t h e

asc e n di n g l i m b o f t h e l o o p o f He n l e .

S o m e p ar t s o f t h e t u bu l e ar e h i g h l y p e r m e abl e t o w at e r (e.g . , p r o x i m al t u bu l e ) w h e r e as o t h e r s ar e n o t (e.g . asc e n di n g l i m b o f t h e l o o p o f He n l e ).

2 . W hic h of the f ollowing is the c orrec t seq uenc e of tub ular f low? a) p r o x i m al t u bu l e , di st al t u bu l e , c o l l e c t i n g du c t , l o o p o f He n l e b ) p rox imal tub ule, loop of H enle, distal tub ule, c ollec ting duc t

A s t h e f i l t r at e e n t e r s t h e r e n al t u bu l e s, i t f l o w s t h r o u g h e ac h su c c e ssi v e p ar t (t h e p r o x i m al t u bu l e , t h e l o o p o f He n l e , t h e di st al t u bu l e an d t h e c o l l e c t i n g du c t ) be f o r e i t i s e x c r e t e d f r o m t h e bo dy . A l o n g t h e w ay , bo t h r e abso r p t i o n an d se c r e t i o n t ak e p l ac e .

c ) c o l l e c t i n g du c t , p r o x i m al t u bu l e , di st al t u bu l e , l o o p o f He n l e

3 . I n whic h seg ment of the tub ule does the sub tle transf ormation f rom f iltrate to urine

b eg in? a) di st al t u bu l e b) p r o x i m al t u bu l e c ) loop of H enle

T h e su bt l e al t e r at i o n s t r an sf o r m i n g t h e f i l t r at e i n t o u r i n e w i l l be g i n i n t h e l o o p o f He n l e . T h e r e abso r p t i o n o f w at e r by o sm o si s w i l l n o t be au t o m at i c al l y c o u p l e d w i t h so l u t e r e abso r p t i o n .

P a g e 69 o f 74

4 . F ill in the b lank s

U r i n e f o r m at i o n c an be di v i de d i n t o 3 di f f e r e n t st e p s: g lomerular f iltration , t u bu l ar reab sorp tion an d t u bu l ar sec retion. A c t i v e r e abso r p t i o n o f sodium ( N a+) i s t h e m ai n f u n c t i o n o f t h e p r o x i m al t u bu l e . T h e f i n al adj u st m e n t s t o u r i n e f o r m at i o n ar e m ade i n t h e distal t u bu l e an d t h e c ollec ting duc t.

5 . M atc h the f ollowing : e x c r e t o r y f u n c t i o n v o l u m e o f p l asm a c l e ar e d o f a g i v e n su bst an c e p e r m i n u t e se c r e t o r y f u n c t i o n c o l l e c t i n g du c t f i r st st e p i n t h e f o r m at i o n o f u r i n e di st al t u bu l e r e m o v i n g su bst an c e s f r o m t h e bl o o d an d r e l e asi n g t h e m i n t h e f i l t r at e se c r e t i o n r e abso r p t i o n p r o du c t i o n o f h o r m o n e s i n o r de r t o r e sp o n d ac c u r at e l y t o i m bal an c e s G F R g l o m e r u l ar f i l t r at i o n e l i m i n at i o n o f an y e x c e ss f l u i d o r su bst an c e p r e se n t i n t h e bo dy p l ay s an i m p o r t an t r o l e i n t h e f i n al r e g u l at i o n o f bo dy f l u i d an d m ai n t e n an c e o f ac i d-base e q u i l i br i u m r e t u r n i n g u se f u l m o l e c u l e s t o t h e bl o o d so t h at t h e y ar e n o t l o st f r o m t h e bo dy

de t e r m i n e s t h e f i n al c o n c e n t r at i o n s o f so l u t e s an d w at e r i n u r i n e .

P a g e 70 o f 74

1 0. 0 Cl e a r a n c e a n d GF R A n u m be r o f sp e c i f i c r e n al f u n c t i o n s c an be m e asu r e d by r e n al c l e ar an c e . R e n al c l e ar an c e st u di e s c an be u se d t o de t e r m i n e h o w m u c h o f a su bst an c e c an be c l e ar e d f r o m t h e bl o o d by t h e k i dn e y s p e r u n i t o f t i m e . T h i s p r i n c i p l e al l o w s i n di r e c t m e asu r e m e n t o f G F R , t u bu l ar r e abso r p t i o n an d se c r e t i o n , an d r e n al bl o o d f l o w . R enal c learanc e R enal c learanc e r e f e r s t o t h e abi l i t y o f t h e k i dn e y s t o r e m o v e a sp e c i f i c su bst an c e f r o m a v o l u m e o f bl o o d p e r u n i t o f t i m e (m l / m i n u t e ). E ac h su bst an c e i n t h e p l asm a h as i t s o w n di st i n c t c l e ar an c e v o l u m e , w h i c h de p e n ds o n t h e e x t e n t o f f i l t r at i o n , se c r e t i o n an d r e abso r p t i o n i t u n de r g o e s as i t p asse s t h r o u g h t h e n e p h r o n ’ s t u bu l e s. Hi g h r e n al c l e ar an c e i n di c at e s e f f i c i e n t e x c r e t i o n o f a su bst an c e i n t h e u r i n e , w h e r e as l o w c l e ar an c e i n di c at e s i n e f f i c i e n t e x c r e t i o n . T h e r e f o r e , by st u dy i n g t h e r e n al c l e ar an c e o f an y su bst an c e , i t i s p o ssi bl e t o di r e c t l y asse ss t h e f i l t r at i o n p r o c e ss. C l e ar an c e o f a su bst an c e = c o n c e n t r at i o n i n u r i n e x u r i n e v o l u m e (u n i t o f t i m e ) c o n c e n t r at i o n i n p l asm a G lomerular f iltration rate ( G F R ) T h e v o l u m e o f p l asm a c l e ar e d o f a g i v e n su bst an c e p e r m i n u t e i s k n o w n as t h e g lomerular f iltration rate (G F R ). T h i s n u m be r p r o v i de s t h e be st e st i m at e o f t h e e f f e c t i v e n e ss o f r e n al t i ssu e f u n c t i o n . F o r a n o r m al p e r so n , t h e G F R i s ap p r o x i m at e l y 1 2 0 m l p e r m i n u t e o r 1 8 0 l i t r e s p e r day , de p e n di n g o n m u sc l e m ass. I f t h e G F R i s t o o h i g h , i m p o r t an t su bst an c e s m ay p ass t o o q u i c k l y t h r o u g h t h e t u bu l e s an d be l o st t o t h e u r i n e . C o n v e r se l y , a l o w G F R c an l e ad t o r e abso r p t i o n o f m u c h o f t h e f i l t r at e an d i n ade q u at e e x c r e t i o n o f w ast e p r o du c t s.

M ea su remen t o f the G F R req u ires the u se o f a su b sta n ce w hich ha s a sta b l e b l o o d co n cen tra tio n , is f reel y f il tered a t the g l o meru l u s, a n d is n o t secreted o r rea b so rb ed b y the tu b u l es. I n u l in is a su b sta n ce tha t ma y b e u sed to tha t ef f ect, b u t it mu st b e in tro d u ced a s a f o reig n su b sta n ce in to a pa tien t’ s b o d y. F o r this rea so n , crea tin in e, w hich is a n a tu ra l l y o ccu rrin g su b sta n ce in the b o d y, rema in s the mo st co mmo n mea n s f o r mea su rin g a perso n ’ s G F R .

P a g e 71 o f 74

C reatinine c learanc e C reatinine i s a n at u r al su bst an c e p r o du c e d du r i n g m u sc l e m e t abo l i sm an d r e l e ase d i n t o t h e bl o o dst r e am . C r e at i n i n e c l e ar an c e i s c o m m o n l y u se d f o r de t e r m i n i n g t h e G F R . C r e at i n i n e i s f r e e l y f i l t e r e d at t h e g l o m e r u l u s, bu t o n l y a sm al l am o u n t i s se c r e t e d at t h e t u bu l e s. T h e r e f o r e , c r e at i n i n e c l e ar an c e o v e r e st i m at e s t h e G F R , al t h o u g h t h i s o v e r e st i m at e r e m ai n s w i t h i n t o l e r abl e l i m i t s. B e c au se c r e at i n i n e i s m ai n l y f i l t e r e d i n t h e g l o m e r u l u s, i t s r e n al c l e ar an c e i s e q u al t o t h e G F R , w h i c h i s n o r m al l y 1 2 0 m l p e r m i n u t e de p e n di n g o n m u sc l e m ass. P lasma c reatinine C r e at i n i n e l e v e l s i n p l asm a ( p lasma c reatinine) ar e o f t e n u se d t o m o n i t o r r e n al dy sf u n c t i o n . A l o n g -t e r m de c l i n e i n t h e G F R o v e r w e e k s o r m o n t h s w i l l be r e f l e c t e d i n t h e c r e at i n i n e c o n c e n t r at i o n o f p l asm a. C r e at i n i n e c o n c e n t r at i o n i n t h e bl o o d i s st abl e w h e n t h e G F R i s st abl e , be c au se c r e at i n i n e i s p r o du c e d at a c o n st an t r at e . W h e n t h e G F R de c l i n e s, t h e c r e at i n i n e p l asm a c o n c e n t r at i o n i n c r e ase s p r o p o r t i o n al l y . T h i s t e st i s m o st u se f u l f o r m o n i t o r i n g t h e p r o g r e ss o f c h r o n i c r at h e r t h an ac u t e r e n al di se ase . 1 0. 1 Co m p o s i t i o n o f u r i n e W ater f o r m s t h e basi s f o r bl o o d p l asm a an d f l u i d bo t h i n si de an d o u t si de o f t h e bo dy ’ s c e l l s. I t al so c o n st i t u t e s abo u t 9 5 % o f t h e t o t al v o l u m e o f u r i n e . D i l u t e u r i n e i s f o r m e d w h e n t h e k i dn e y s n e e d t o e x c r e t e e x c e ss w at e r f r o m t h e bo dy . T h e k i dn e y s c an al so c o n se r v e w at e r by e x c r e t i n g c o n c e n t r at e d u r i n e . M o st su bst an c e s t h at m u st be f i l t e r e d f r o m t h e bl o o d, e sp e c i al l y m e t abo l i c e n d p r o du c t s, ar e p r i m ar i l y e x c r e t e d i n u r i n e . T h e se c o m p o n e n t s i n c l u de e l e c t r o l y t e s, u r e a, u r i c ac i d an d c r e at i n i n e (su bst an c e p r o du c e d du r i n g m u sc l e m e t abo l i sm ) al o n g w i t h o t h e r so l u t e s su c h as dr u g s. Ho w e v e r , n o r m al u r i n e i s f r e e o f p l asm a p r o t e i n s an d r e d bl o o d c e l l s be c au se t h e n e p h r o n ’ s f i l t r at i o n sy st e m do e s n o t al l o w t h e se l ar g e m o l e c u l e s t o p ass i n t o t h e B o w m an ’ s c ap su l e . I f a di se ase al t e r s k i dn e y f u n c t i o n o r t h e bo dy ’ s m e t abo l i sm , abn o r m al su bst an c e s m ay ap p e ar i n u r i n e an d m ay be de t e c t e d w i t h a u r i n e an al y si s.

P a g e 72 o f 74

1 0. 2 Q U IZ 1 . True or f alse

T or F P l asm a p r o t e i n s ar e al w ay s p r e se n t i n t h e u r i n e . T or F W at e r c o n st i t u t e s ap p r o x i m at e l y 9 5 % o f t h e t o t al v o l u m e o f u r i n e .

2 . C hoose the ap p rop riate word

A (h i g h / l o w ) G F R c an l e ad t o r e abso r p t i o n o f m u c h o f t h e f i l t r at e an d i n ade q u at e e x c r e t i o n o f w ast e p r o du c t s. W h e n t h e G F R de c l i n e s, t h e c r e at i n i n e p l asm a c o n c e n t r at i o n (i n c r e ase s / de c r e ase s) p r o p o r t i o n al l y . I f a di se ase al t e r s k i dn e y f u n c t i o n o r t h e bo dy ’ s m e t abo l i sm , (n o r m al / abn o r m al ) su bst an c e s m ay ap p e ar i n u r i n e .

3 . P lasma c reatinine levels are monitored in order to:

a) de t e c t p r o g r e ssi v e r e n al dy sf u n c t i o n b) i de n t i f y abn o r m al su bst an c e s i n t h e u r i n e c ) e x am i n e p l asm a c o m p o n e n t s

P a g e 73 o f 74

1 0. 3 ANSW ERS t o q u i z 1 . True or f alse

F alse P l asm a p r o t e i n s ar e al w ay s p r e se n t i n t h e u r i n e .

B l o o d c e l l s an d p l asm a p r o t e i n s (e.g . , al bu m i n s) ar e m u c h t o o l ar g e t o be f i l t e r e d an d w i l l st ay i n t h e bl o o d. T h e r e f o r e , n o r m al u r i n e i s f ree of p lasma p roteins an d r e d bl o o d c e l l s be c au se t h e n e p h r o n ’ s f i l t r at i o n sy st e m do e s n o t al l o w t h e se l ar g e m o l e c u l e s t o p ass i n t o t h e B o w m an ’ s c ap su l e .

True W at e r c o n st i t u t e s ap p r o x i m at e l y 9 5 % o f t h e t o t al v o l u m e o f u r i n e .

2 . C hoose the ap p rop riate word

A low G F R c an l e ad t o r e abso r p t i o n o f m u c h o f t h e f i l t r at e an d i n ade q u at e e x c r e t i o n o f w ast e p r o du c t s. W h e n t h e G F R de c l i n e s, t h e c r e at i n i n e p l asm a c o n c e n t r at i o n inc reases p r o p o r t i o n al l y . I f a di se ase al t e r s k i dn e y f u n c t i o n o r t h e bo dy ’ s m e t abo l i sm , ab normal su bst an c e s m ay ap p e ar i n u r i n e .

3 . P lasma c reatinine levels are monitored in order to:

a) detec t p rog ressive renal dy sf unc tion

P lasma c reatinine l e v e l s ar e m o n i t o r e d i n o r de r t o de t e c t p r o g r e ssi v e r e n al dy sf u n t i o n . C r e at i n i n e c o n c e n t r at i o n i n t h e bl o o d i s st abl e w h e n t h e G F R i s st abl e , be c au se c r e at i n i n e i s p r o du c e d at a c o n st an t r at e (as an e n d-p r o du c t o f m u sc l e m e t abo l i sm ). T h i s t e st i s m o st u se f u l f o r m o n i t o r i n g t h e p r o g r e ss o f c h r o n i c r at h e r t h an ac u t e r e n al di se ase .

b) i de n t i f y abn o r m al su bst an c e s i n t h e u r i n e c ) e x am i n e p l asm a c o m p o n e n t s

P a g e 74 o f 74

REF ERENCES A n dr e o l i , T . E ., B e n n e t t , J . C ., C ar p e n t e r , C . J & P l u m , F . (1 9 9 7 ). C ecil E ssen tia l s o f M ed icin e. (4 t h E d.). W . B . S au n de r s C o m p an y : P h i l ade l p h i a. C am p be l l , N . A . (1 9 8 7 ). B io l o g y. B e n j am i n C u m m i n g s: M e n l o P ar k , C al i f o r n i a. G a mb ro B a sics. E du c at i o n D e p ar t m e n t , G am br o : L u n d, S w e de n . G u y t o n , A . C . & Hal l , J . E . (1 9 9 6 ). T ex tb o o k o f M ed ica l P hysio l o g y (9 t h E d.). W . B . S au n de r s C o m p an y : P h i l ade l p h i a. L e de bo , I . (1 9 9 0 ). A ceta te v s B ica rb o n a te in E v eryd a y D ia l ysis. D e p ar t m e n t o f E du c at i o n an d S c i e n t i f i c S u p p o r t , G am br o : L u n d, S w e de n . L e w i s, S . M ., He i t k e m p e r , M . M . & D i r k se n , S . R . (2 0 0 0 ). M ed ica l -S u rg ica l N u rsin g : A ssessmen t a n d M a n a g emen t o f C l in ica l P ro b l ems. (5 t h E d.). M o sby : S t . L o u i s. M ar i e b, E . N . (1 9 9 9 ) A n a to mie et physio l o g ie hu ma in es (2 n d E d.). B e n j am i n C u m m i n g s: T o r o n t o . M c C an c e , K. L . & Hu e t h e r , S . E . (1 9 9 8 ). P h y si o l o g y : T he B a sics f o r D isea se in A d u l ts a n d C hil d ren (3 r d E d.). M o sby : S t . L o u i s. M e t h e n y , N . M . (2 0 0 0 ). F l u i d & E l e c t r o l y t e B al an c e . (4 t h E d.). L i p p i n c o t t W i l l i am s & W i l k i n s : P h i l i de l p h i a. T he H u ma n B o d y. (1 9 9 8 ). P ar r am ó n E di t o r i al T e am . B ar r o n ’ s : N e w Y o r k . T o r t o r a, G . J . & G r abo w sk i , S . R . (2 0 0 0 ). P rin cipl es o f A n a to my a n d P hysio l o g y (9 t h E d.). B i o l o g i c al S c i e n c e T e x t e bo o k s, I n c . : N e w Y o r k .