Physiology of the Kidneys

Kidney Function Is to regulate plasma and interstitial fluid by formation of urine In process of urine formation, kidneys regulate: Volume of blood plasma, which contributes to BP Waste products in blood Concentration of electrolytes Including Na+, K+, HCO3-, and others Plasma pH 콩팥의 주요기능-세포외액(혈장, 간질액)환경을 조절하는것인데 이는 혈장의 변형된 여과액인 오줌의 형성을 통해서 이루어진다. 오줌을 형성하는 과정에서 콩팥은 1. 혈장량 2. 혈액속의 노폐물의 농도 3. 혈장내 전해질의 농도 4. 혈장의 pH를 조절한다.

Overview of Kidney Structure

Structure of Urinary System Paired kidneys are on either side of vertebral column below diaphragm About size of fist Urine flows from kidneys into ureters which empty into bladder 한 쌍의 콩팥은 횡경막과 간 아래의 척주 양쪽에 위치한다. 성인의 각 콩팥의 무게는 약 160g, 길이는 11cm, 너비는 5~7 cm이다. 콩팥에서 생성된 오줌은 콩팥깔대기(신우, renal pelvis)로 나가고, 요관(Ureter)를 통해서 방광(urinary bladder)로 흘러들어간다. * 남성의 요도가 음경을 통해서 있는것을 제외하고는 남성과 여성의 비뇨기계 구조는 같다.

Structure of Kidney Cortex contains many capillaries and outer parts of nephrons Medulla consists of renal pyramids separated by renal columns Pyramid contains minor calyces which unite to form a major calyx 콩팥의 피질(Cortex)은 적갈색이고 과립상이다. 수질(medulla)은 색깔이 더 엷고 줄무늬 모양이다. 수질은 콩팥기둥(renal column)에 의해서 분리된 8~15개의 원뿔모양의 콩팥피라미드(신추체, renal pyramid)로 구성된다.각 콩팥피라미드는 작은콩팥잔(소신배, minor calyx)으로 돌기를 낸다.

Structure of Kidney continued Major calyces join to form renal pelvis which collects urine Conducts urine to ureters which empty into bladder 1. 여러 작은 콩팥잔이 모여서 큰콩팥잔(대신배, Major calyx)을 형성하고 큰 콩팥잔이 모여서 깔때기 모양의 콩팥깔대기(renal pelvis)를 형성한다. 여기서 수집된 오줌은 요관과 방광으로 운반된다. 2. 방광은 오줌을 저장하는 주머니. 모양은 오줌의 양에 의해서 결정된다. 비어있는 경우-피라미드 모양, 차게 되면-달걀모양이 되고 복강 안 위쪽으로 부풀어 오른다. 방광의 오줌은 요도(Urethra)에 의해 아래로 빠진다 3. 여성의 요도길이-4cm, 남성요도-20cm,

Micturition Reflex (Urination) Bladder has a smooth muscle wall called the detrussor muscle Stretch can cause spontaneous APs and contraction Also innervated and controlled by parasympathetic Drugs for overactive bladders target muscarinic receptors 배뇨반사. 방광-배뇨근(detrussor muscle)이라는 평활근 근육벽을 가짐. 신장(stretch)에 의해 자동적인 활동전위와 수축을 유도함. 2. 배뇨근은 부교감신경에 의해 지배를 받고 방광이 오줌을 비우려면 신경자극이 필요하다. 3. 방광을 비우는 중요한 자극은 배뇨근에서 무스카린성 아세틸콜린 (Muscarinic Ach receptor)를 자극하는 부교감축삭에 의해 방출된 아세틸콜린이다. 4. 방광에서 특정 무스카린성 아세틸콜린 수용체를 차단하는데 새로운 약들은 과민성방광방광을 치료하는데 사용된다. *. 과민성방광 증후군(overactive bladder syndrome: OAB)이란 여러 가지 원인으로 인해 말 그대로 방광의 기능이 너무 예민해서 방광에서 소변을 저장하는 동안에 본인의 의사와 관계없이 방광근육이 수축하여 급하게 요의를 느끼게 되고 소변을 자주 보는 증상을 말한다. 또한, 국제요실금학회의 정의에 의하면, 본인의 억제 의사에 관계없이 방광 충만기에 불수의적 배뇨근 수축이 일어나는 경우를 말하며, 배뇨장애 중 절박뇨를 중심으로 대개 빈뇨와 야간 빈뇨 증상이 나타나는 것을 말하고, 이때 절박성 요실금은 동반할 수도 있고 동반하지 않을 수도 있는 것으로 정의된다. 과민성방광 증후군에서 나타나는 증상으로는 주간 빈뇨, 야간뇨 및 요절박이 있다. 각각의 정의를 보자면, 주간 빈뇨는 주간에 지나치게 자주 배뇨한다(주간 8회 이상)고 호소하는 것이며, 야간뇨는 야간에 환자가 배뇨를 위해 2회 이상 일어나야 한다고 호소하는 것이고, 요절박은 갑작스럽게 요배출 욕구가 일어나 늦출 수 없다고 호소하는 것이다. 이러한 절박뇨, 주간 빈뇨, 야간뇨 등의 과민성방광 증후군의 증상들은 생명을 위협하지는 않지만, 당혹감, 수치심, 성생활 문제, 숙면방해 및 우울증 등을 유발하여 사회활동 및 대인관계를 축소시키는 등 삶의 질을 저하시키게 된다. 이는 일시적으로 발생하기도 하고, 나이가 들어감에 따라 지속적으로 불편한 증상을 나타내기도 한다. 이러한 과민성방광 증후군의 원인은 아직 정확히 밝혀져 있지는 않지만 현재까지 알려져 있는 원인으로는 신경계질환, 요도나 방광의 국소적 질환, 방광출구 폐색 그리고 고령화 및 원발성 질환 등을 들 수 있다. 특히 노화에 의한 수축력, 방광의 감각 방광, 호르몬의 변화를 들 수 있는데, 노화된 방광에서는 아드레날린성 수축 반응이 증가되어 있으므로 요 저장기에 교감신경 활성도가 증가되어 요 저장 능력이 감소될 수 있다. 전 세계적으로는 약 5천만 내지 1억여 명이 과민성방광 증후군으로 고통 받고 있는 것으로 추정되고 있으며, 국내의 경우 대한배뇨장애 및 요실금학회의 조사에 따르면 12.2%가 과민성방광으로 불편해 하며, 약 600만명 가량이 과민성방광 증후군으로 고통 받고 있다. 과민성방광은 그 증상에 의해서도 불편하지만, 그보다 삶의 질을 떨어트리는 것이 더 큰 문제가 된다. 이러한 과민성방광은 특별한 치료법이 없기 때문에, 건강할 때, 증상이 경미할 때, 방광 및 배뇨건강을 지킬 수 있는 건강한 식품섭취와 운동이 무엇보다 중요하다.

Micturition Reflex (Urination) continued Actions of internal and external urethral sphincters are regulated by reflex center located in sacral part of cord Filling of bladder activates stretch receptors that send impulses to micturition reflex center This activates Parasymp neurons causing contraction of detrusor muscle that relaxes internal urethral sphincter creating sense of urgency There is voluntary control over external urethral sphincter When urination is consciously initiated, descending motor tracts to micturition center inhibit somatic motor fibers of external urethral sphincter and urine is expelled 2개의 괄약근이 요도를 에워싸고 있다. 평활근으로 구성된 상부괄약근을 내부요도괄약근이라고 하고, 수의골격근(voluntary muscle)으로 구성된 하부괄약근을 외부요도괄약근이라 한다. 이 두 괄약근이 배뇨과정에서 조절된다 3. 배뇨는 척수의 제 2,3,4천수(sacral level)수준에 있는 반사중추에 의해서 조절. 4. 방광에 오줌이 차면 신장(stretch)수용체를 활성화-자극을 배뇨중추로 보냄. –부교감뉴론이 활성화-방광의 배뇨근의 율동적인 수축발생- 내부 요도괄약근 이완 5. 절박감은 뇌에 서 감지되지만, 외부요도괄약근에 대한 수의적 통제(Voluntary control)는 아직 남아 있다 6.배뇨를 의도적으로 일어나게 할때 뇨중추에 이르는 하행운동로(descending motor tract)가 외부요도괄약근에 이르는 체성운동섬유를 억제한다. 이때 이 근육은 이완되고 오줌 배출. 7. 배뇨를 자의적으로 억제하는 능력은 일반적으로 2-3세 사이에 발달한다. Somatic motor fiber(체성운동섬유) 중추신경계는 연합뉴런(판단기능)으로만 구성. 중추신경계는 뇌와 척수로 구성. 말초신경계는 중추신경계에서 빠져나와 몸의 말단부까지 연결되어 있는 신경계. 말초신경계는 체성신경계와 자율신경계로 구성되어 있으며, 체성신경계는 대뇌의 직접지배를 받음. 자율신경계는 대뇌의 직접적인 지배를 받지 않음. 자율신경계는 다시 교감신경계와 부교감신경계가 있으며 서로 반대작용(길항작용)을 통해 몸의 항상성유지

Nephron

Nephron Is functional unit of kidney; responsible for forming urine >1 million nephrons/kidney Is a long tube and has associated blood vessels 콩팥단위(Nephron)-오줌을 만드는 콩팥의 주요 기능단위 2. 한쪽 콩팥은 100만개 이상의 nephron을 보유 3. 하나의 콩팥단위는 세뇨관(tubule)과 관련된 작은 혈관으로 구성 4. 모세혈관 여과에 의해서 형성된 여과액은 세뇨관으로 들어가 오줌을 변한다.

Renal Blood Vessels Blood enters kidney through renal artery Which divides into interlobar arteries That divide into arcuate arteries that give rise to interlobular arteries 콩팥동맥(renal artery)은 콩팥기둥(renal column)을 통해 콩팥피라미드(신추체) 사이를 지나는 엽간동맥(Interlobular artery)으로 나눈다 2. 활꼴동맥(궁상동맥, arcuate artery)은 피질과 수질의 경계에 있는 엽간동맥에서 분기한다 3. 수많은 엽간동맥은 궁상동맥에서 피질로 퍼지고 수입세동맥 (구심세동맥, afferent arteriloe)으로 세분화된다 4. 수입세동맥은 혈액을 사구체(glomeruli)로 보낸다

Renal Blood Vessels continued Interlobular arteries give rise to afferent arterioles which supply glomeruli Glomeruli are mass of capillaries inside glomerular capsule that gives rise to filtrate that enters nephron tubule Efferent arteriole drains glomerulus and delivers that blood to peritubular capillaries (vasa recta) Blood from peritubular capillaries enters veins 수입세동맥은 혈액을 사구체(glomeruli)로 보낸다. 사구체 내에 남아있는 혈액은 수출세동맥(원심세동맥, efferent arteriole)을 통해서 나가고 콩팥세뇨관(renal tubule)주위를 에워싸는 세뇨관주위모세혈관(peritubular capillary)으로 혈액을 보낸다.

Nephron Tubules Tubular part of nephron begins with glomerular capsule which transitions into proximal convoluted tubule (PCT), then to descending and ascending limbs of Loop of Henle (LH), and distal convoluted tubule (DCT) Tubule ends where it empties into collecting duct (CD) 하나의 콩팥단위(Nephron)은 세뇨관(Tubule)과 관련된 작은 혈관으로 구성되어 있다. 2.모세혈관 여과에 의해서 형성된 여과액은 세뇨관으로 들어가 오줌으로 변한다.

Glomerular (Bowman's) Capsule Surrounds glomerulus Together they form renal corpuscle Is where glomerular filtration occurs Filtrate passes into PCT 1.사구체(보우만)낭 (glomerular or Bowman’s capsule)는 사구체를 에워싸고 있다 2. 사구체는 콩팥의 피질에 위치하며 함께 콩팥소체(renal capsule)를 이룬다 3. 사구체낭으로 들어가는 여과액(filtrate)은 근위곡세뇨관(proxymal convoluted tubule)의 내강으로 보내진다 *Cortical nephron-피질콩팥단위 juxtamedullary nephron-수질인접콩팥단위

Proximal Convoluted Tubule Walls consist of single layer of cuboidal cells with millions of microvilli Which increase surface area for reabsorption 근위곡세뇨관의 벽-수백만개의 미세융모를 갖고 있는 단층입방세포로 구성된다

Type of Nephrons Cortical nephrons originate in outer 2/3 of cortex Juxtamedullary nephrons originate in inner 1/3 cortex Have long LHs Important in producing concentrated urine 수질인접콩팥단위-피질 안쪽 1/3 에서 유래하는 콩팥단위로 피질콩팥단위보다 더 긴 헨리고리를 가지고 있다 오줌을 농축시키는데 중요한 역할을 수행

Glomerular Filtration

Glomerular Filtration Glomerular capillaries and Bowman's capsule form a filter for blood Glomerular Caps are fenestrated--have large pores between its endothelial cells Big enough to allow any plasma molecule to pass 100-400 times more permeable than other Caps 사구체 모세혈관은 그 벽에 큰구멍을 가지고 있다. 사구체와 접촉하고 있는 보우만낭 층은 여과세극(여과틈새, filtration slit)를 가지고 있다. 2. 용해된 용질(단백질 제외)과 함께 물은 혈장으로 부터 보우만낭의 안쪽과 콩팥단위 세뇨관을 동과한다 3. 1분동안 양쪽 콩팥에 의해서 생성되는 이 여과액의 용량을 사구체여과량(Glomerular Filtration Rate, GFR)이라고 한다. 4. 사구체모세혈관의 내피세포는 창(fenestrae)이라고 하는 큰 구멍이 있다(200-500 Angstrom 0.1nm)- 골격근모세혈관보다 투과성이 100배 이상 더 투과성이 크다(RBC,WBC,platelet 는 통과하지 못함)

Glomerular Filtration continued To enter tubule filtrate must pass through narrow slit diaphragms formed between pedicels (foot processes) of podocytes of glomerular capsule 사구체보우만낭은 족세포로 되어있다. 이 족세포들의 매우 작은 돌기들이 소족을 형성한다. 2. 여과된 분자들은 모세혈관창(capilary fenestrae)으로 부터 나와서 여과세주를 거쳐서 강(cavity)로 들어간다. 3. 혈장단백질들은 사구체 기저막과 세극횡격막에 의해서 여과액으로 부터 배제된다.

Glomerular Filtration continued Plasma proteins are mostly excluded from the filtrate because of large size and negative charge The slit diaphragms are lined with negative charges which repel negatively-charged proteins Some protein (especially albumin) normally enters the filtrate but most is reabsorbed by receptor-mediated endocytosis(RME) In some diseases, a lot of protein appears in the urine (=proteinuria) 모든 용해된 혈장용질은 사구체낭의 내부로 들어간다 . 그러나 분자량이 크고 음전하를 띠고 있어서 여과액으로 부터 대부분 배제된다. 2. 실제로 혈장단백질의 주요성분이 Albumin이 소량 정상적으로 여과액으로 들어간다. 여과된 양의 1% 미만은 오줌으로 배설된다 3. 단백뇨는 세극횡격막 여과장벽(Slit diapharagm filtration barrier)의 손상으로 인해서 세포내유입에 의해 재흡수시키는것 보다 더 많은 단백질을 여과액으로 들어 가도록할 때 일어난다. https://www.youtube.com/watch?v=d6AwzrXR3iE RME

사구체낭은 족세포로 되어있다. 이 족세포들의 매우 작은 돌기들이 소족을 형성한다

1. 족세포돌기 사이에 보이는 가느다란 선을 보여주는 전자현미경사진 1. 족세포돌기 사이에 보이는 가느다란 선을 보여주는 전자현미경사진. 이 가느다란 선을 세극횡경막(틈새횡경막, Slit diaphragm)이라고 함..

Glomerular Ultrafiltrate Is fluid that enters glomerular capsule, whose filtration was driven by blood pressure 사구체낭에 들어가는 체액은 혈액의 정수압(hydrostatic pressure; 모세혈관내의 혈액의 압력)에 의해서 여과를 추진하는 힘은 사구체낭 속에 생기는 액체의 정수압으로 인해 생성된 반발력에 의해서 저항을 받는다. 3. 세뇨관속의 액체의 단백질농도가 (2-5mg/100ml)가 혈장의 농도(6-8g/100ml)보다 낮음. 혈장의 높은 교질삼투압으로 인해 여과된 수분의 삼투복귀를 촉진하게 된다.

Glomerular Filtration Rate (GFR) Is volume of filtrate produced by both kidneys/min Averages 115 ml/min in women; 125 ml/min in men Totals about 180L/day (45 gallons) So most filtered water must be reabsorbed or death would ensue from water lost through urination 1.사구체모세혈관은 투과성이 크고, 넓은 표면적을 가지고 있어서 적당한 여과압력은 많은 양의 여과액을 생성한다 2. 사구체여과율은 1분 동안 콩팥에 의해서 새성되는 여과액의 용량이다 여성의 경우 115ml이고, 남성은 125ml이다. 하루로 치면 180리터, 시간당 7.5 L이다 3. 혈액 전체가 5.5L 이면 40분마다 전체 혈액이 여과된다.

Regulation of GFR Is controlled by extrinsic and intrinsic (autoregulation) mechanisms Vasoconstriction or dilation of afferent arterioles affects rate of blood flow to glomeruli and thus GFR 수입세동맥 (afferent arteriole)의 혈관확장 또는 수축이 사구체로 들어가는 혈류속도에 영향을 주어 서구체여과율에 영향을 미친다 2. 수입세동맥의 지름의 변화는 외인성(교감신경의 지배)와 내인성조절 기전으로 부터 온다 3. 이기전은 콩팥이 노폐물을 제거하고 혈압을 조절하며 과다한 수분의 손실이 없도록 GFR을 조절한다.

Sympathetic Effects Sympathetic activity constricts afferent arteriole Helps maintain BP and shunts blood to heart and muscles 교감신경활성이 증가하면 수입세동맥의 수축이 촉진된다. 이는 혈액량을 유지하고 혈액을 근육과 심장으로 전환시켜준다. 2. GFR의 감소와 오줌생성의 감소가 이 상황에서 급속한 혈압저하를 보상한다.

Renal Autoregulation Allows kidney to maintain a constant GFR over wide range of BPs Achieved via effects of locally produced chemicals on afferent arterioles When average BP drops to 70 mm Hg afferent arteriole dilates When average BP increases, afferent arterioles constrict GFR은 동맥혈압의 변화가 70-180mmHg 범위내에 있는데도 비교적 일정하다. (정상 100mmHg) 2. 변동이 심한 혈압인데도 비교적 일정한 GFR를 유지하려는 콩팥의 능력을 콩팥자동조절(RA)이라고 한다

교감신경- 압수용체 반사 또는 뇌중추에 의한 활성 – 세동맥수축- 감소 자동조절- 혈압감소-확장-변화없음 자동조절- 혈압증가-수축-변화없음

Function of Nephron Segments 17-29

Reabsorption of Salt and H2O In PCT returns most molecules and H2O from filtrate back to peritubular capillaries About 180 L/day of ultrafiltrate produced; only 1–2 L of urine excreted/24 hours Urine volume varies according to needs of body Minimum of 400 ml/day urine necessary to excrete metabolic wastes (obligatory water loss) 혈액에서 여과된 대부분의 염과 물은 근위세뇨관 벽을 통해 혈액으로 되돌아온다 2. 약 180L의 사구체 한외여과액이 매일 생성되지만 보통 콩팥은 하루에 1-2L의 오줌만을 배설한다 3. 하루 평균 400mL의 오줌은 몸속에서 생기는 대사노폐물을 배설하는데 필요한 최저량인데 이것을 필수 수분손실 이라한다.

Reabsorption of Salt and H2O continued Return of filtered molecules is called reabsorption Water is never transported Other molecules are transported and water follows by osmosis 혈장 물과 용해된 용질(단백질 제외)이 여과에 의해서 사구체 한외여과액으로 들어가지만 여과된 분자의 대부분은 재흡수된다

PCT Filtrate in PCT is isosmotic to blood (300 mOsm/L) Thus reabsorption of H2O by osmosis cannot occur without active transport (AT) Is achieved by AT of Na+ out of filtrate Loss of + charges causes Cl- to passively follow Na+ Water follows salt by osmosis 1.재흡수된 분자들은 세뇨관세포를 통해 정단막(Apical membrane)에서 기저외측막(Basolateral membrane)으로 통과한다 2. 세포질 내로의 포도당과 Na+ 의 연관수송과 Na+,K+펌프에 의한 Na+의 1차 능동수송. Membrane Transport animation https://www.youtube.com/watch?v=ovHYKlHYpyA

Na+는 여과액에서 능동적으로 수송되는 한편, Cl-은 전기적 인력에 의해서 수동적으로 수송된다.

Significance of PCT Reabsorption ~65% Na+, Cl-, and H2O is reabsorbed in PCT and returned to bloodstream An additional 20% is reabsorbed in descending loop of Henle Thus 85% of filtered H2O and salt are reabsorbed early in tubule This is constant and independent of hydration levels Energy cost is 6% of calories consumed at rest The remaining 15% is reabsorbed variably, depending on level of hydration 사구체 한외여과액 속 약 65%의 염과 물은 근위세뇨관을 거치면서 재흡수되고 혈관계로 돌아간다. 2. 추가로 소량의 염과 물 (약 20%)이 헨레고리의 하행각을 통햔 재흡수에 의해 혈관계로 돌아간다. 3. 재흡수는 에너지 측면에서 보면 휴식 중 몸에너지소모량의 약 6%를 필요로 한다

Concentration Gradient in Kidney In order for H2O to be reabsorbed, interstitial fluid must be hypertonic Osmolality of medulla interstitial fluid (1200-1400 mOsm) is 4X that of cortex and plasma (300 mOsm) This concentration gradient results largely from loop of Henle which allows interaction between descending and ascending limbs 물이 삼투에 의해서 재흡수되려면, 주변의 간질액이 고장성 (hypertonic) 상태이어야한다. 2. 콩팥수질내 간질액의 삼투압은 수질인접콩팥단위에 의해 혈장보다 약 4배 이상 증가한다. 이는 부분적으로 세뇨관의 굴곡에 의한것이다.

Descending Limb LH Is permeable to H2O Is impermeable to, and does not AT, salt Because deep regions of medulla are 1400 m Osm, H2O diffuses out of filtrate until it equilibrates with interstitial fluid This H2O is reabsorbed by capillaries 수질의 깊은 부위 (수질인접 콩팥단위의 고리 끝부분)는 약 1200-1400mosm농도를 갖는다. 2. 하행각은 염을 능동적으로 수송하지 않고 염의 수동확산에 대해 불투과성이다 그러나 물에 대해서는 투과성이다.

Ascending Limb LH Has a thin segment in depths of medulla and thick part toward cortex Impermeable to H2O; permeable to salt; thick part ATs salt out of filtrate AT of salt causes filtrate to become dilute (100 mOsm) by end of LH 상행각의 두꺼운 구역의 세포들만이 소금을 여과액으로부터 주변의 간질액으로 능동운반할 수 있다 2. 헨리고리 상핵각의 벽은 수분에 대해서는 투과성이 없다.

Collecting Duct (CD) Plays important role in water conservation Is impermeable to salt in medulla Permeability to H2O depends on levels of ADH Hypothalamus: 시상하부 osmoreceptor;삼투수용체 artrium:심방 ventricle:심실

ADH Is secreted by post pituitary in response to dehydration http://www.webmd.com/fitness-exercise/water-intoxication?page=1 Water Intoxication Is secreted by post pituitary in response to dehydration Stimulates insertion of aquaporins (water channels) into plasma membrane of CD When ADH is high, H2O is drawn out of CD by high osmolality of interstitial fluid And reabsorbed by vasa recta 물통로와 항이뇨호르몬 CD=collecting Duct Hypothalamus: 시상하부

Renal Clearance

Renal Clearance Refers to ability of kidney to remove substances from blood and excrete them in urine Occurs by filtration and by secretion Secretion is opposite of reabsorption--substances from vasa recta are transported into tubule and excreted Reabsorption decreases renal clearance; secretion increases clearance 콩팥청소(renal clearance)

Renal Clearance Excretion rate = (filtration rate + secretion rate) - reabsorption rate

Secretion of Drugs Many drugs, toxins, and metabolites are secreted by membrane transporters in the PCT These transport organic anion and cation molecules And determine the half-life of many therapeutic drugs Many foreign molecules (xenobiotics) are eliminated by this system at a more rapid rate than by glomerular filtration 생체이물(xenobiotics)-a chemical compound foreign to a given biological system. With respect to animals and humans, xenobiotics include drugs, drug metabolites, and environmental compounds such as pollutants that are not produced by the body. In the environment, xenobiotics include synthetic pesticides, herbicides, and industrial pollutants that would not be found in nature.

Inulin Measurement of GFR Inulin, a fructose polymer, is useful for measuring GFR because is neither reabsorbed or secreted Rate at which a substance is filtered by the glomeruli can be calculated: Quantity filtered = GFR x P P = inulin concentration in plasma Quantity excreted (mg/min) = V x U V = rate of urine formation; U = inulin concentration in urine Amount filtered = amount excreted GFR = V x U P 양파, 마늘, 엉겅퀴, 달라아 등은 단당류(과당)로 구성된 중합체로 이눌린을 만든다 2. 일단, 혈액속에 들어가면 니눌린은 사구체에 의해 여과되고 1분당 배설된 이눌린양은 1분당 여과된 양과 동일하다.

Renal Clearance of Inulin a. 사구체로 들어가는 혈액속의 이눌린 b. 이눌린과 함께 혈액의 약간은 여과된다. 여과된 이눌린은 오줌으로 들어가는 한편 대부분의 여과된 물은 순환계로 되돌아간다. C. 따라서 콩팥정맥에서 콩팥을 떠나는 혈액은 콩팥동맥에서 들어간 혈액보다 이눌린이 덜 포함되어 있다. 이눌린은 여과되지만 재흡수나 분비되지 않기 때문에 이눌린청소율은 사구체 여과율과 동일하다.

Glycosuria Is presence of glucose in urine Occurs when glucose > 180-200mg/100ml plasma (= renal plasma threshold) Glucose is normally absent because plasma levels stay below this value Hyperglycemia has to exceed renal plasma threshold Diabetes mellitus occurs when hyperglycemia results in glycosuria

Hormonal Effects

Electrolyte Balance Kidneys regulate levels of Na+, K+, H+, HCO3-, Cl-, and PO4-3 by matching excretion to ingestion Control of plasma Na+ is important in regulation of blood volume and pressure Control of plasma of K+ is important in proper function of cardiac and skeletal muscles

Role of Aldosterone in Na+/K+ Balance 90% filtered Na+ and K+ reabsorbed before DCT Remaining is variably reabsorbed in DCT and cortical CD according to bodily needs Regulated by aldosterone (controls K+ secretion and Na+ reabsorption) In the absence of aldosterone, 80% of remaining Na+ is reabsorbed in DCT and cortical CD When aldosterone is high all remaining Na+ is reabsorbed 알데스테론-부신피질에서 분비되는 호르몬

K+ Secretion Is only way K+ ends up in urine Is directed by aldosterone and occurs in DCT and cortical CD High K+ or low Na+ will increase aldosterone and K+ secretion 1. 피질집합관으로 K+의 분비를 촉진하는 알도스테론이 없으면, 과도한 양의 K+를 제거할 수 없다. 부신을 제거하면 고캴륨혈증(hyperkalemia)는 치명적인 심장부정맥을 일으킴. Hypokalemia- 심부전, 근육약화

Juxtaglomerular Apparatus (JGA) Is specialized region in each nephron where afferent arteriole comes in contact with thick ascending limb LH 1. 방사구체장치- 수입세동맥과 헨리고리의 두꺼운 상행각 마지막 부분과의 접촉부위 2. 이부위내의 수입세동맥은 레닌을 분비하는 과립세포를 가짐 3. 과립세포와 접촉하는 세뇨관세포는 치밀반(Macula densa)을 형성함

Renin-Angiotensin-Aldosterone System Is activated by release of renin from granular cells within afferent arteriole Renin converts angiotensinogen to angiotensin I Which is converted to Angio II by angiotensin-converting enzyme (ACE) in lungs Angio II stimulates release of aldosterone

Regulation of Renin Secretion arterial baroreceptor reflex (압수용체반사)-혈압을 일정하게 유지되기 위해서 혈압을 감지하는 특수한 수용체. 대동맥동과 경동맥동에 있는 stretch receptor. Symp-교감신경

Atrial Natriuretic Peptide (ANP) Is produced by atria due to stretching of walls Acts opposite to aldosterone Stimulates salt and H2O excretion Acts as an endogenous diuretic 심방성나트륨이뇨펩타이드-심장의 심방에서 생성. ANP의 작용으로 여과된 염과 수분을 더 많이 배설하게 하여 혈액양을 감소시킨다. ANP- 내인성 이뇨제로 작용한다.

Renal Acid-Base Regulation Kidneys help regulate blood pH by excreting H+ and/or reabsorbing HCO3- Most H+ secretion occurs across walls of PCT in exchange for Na+ (Na+/H+ antiporter) Normal urine is slightly acidic (pH = 5-7) because kidneys reabsorb almost all HCO3- and excrete H+ Antiporter:교환수송체

Clinical Aspects

Diuretics Are used to lower blood volume because of hypertension, congestive heart failure, or edema Increase volume of urine by increasing proportion of glomerular filtrate that is excreted Loop diuretics are most powerful; inhibit AT salt in thick ascending limb of LH Thiazide diuretics inhibit NaCl reabsorption in 1st part of DCT Carbonic anhydrase inhibitors prevent H2O reabsorption in PCT when HCOs- is reabsorbed Osmotic diuretics increase osmotic pressure of filtrate Carbonic anhydrase 탄산탈수효소 17-59

Kidney Diseases In acute renal failure, ability of kidneys to excrete wastes and regulate blood volume, pH, and electrolytes is impaired Rise in blood creatinine and decrease in renal plasma clearance of creatinine Can result from atherosclerosis, inflammation of tubules, kidney ischemia, or overuse of NSAIDs 급성신부전 17-60

Kidney Diseases continued Glomerulonephritis is inflammation of glomeruli Autoimmune attack against glomerular capillary basement membranes Causes leakage of protein into urine resulting in decreased colloid osmotic pressure and resulting edema 사구체염증 17-61

Kidney Diseases continued In renal insufficiency, nephrons have been destroyed as a result of a disease Clinical manifestations include salt and H2O retention and uremia (high plasma urea levels) Uremia is accompanied by high plasma H+ and K+ which can cause uremic coma Treatment includes hemodialysis Patient's blood is passed through a dialysis machine which separates molecules on basis of ability to diffuse through selectively permeable membrane Urea and other wastes are removed 신부전 –요독증- 혈액투석 17-62

* Physiology of the Kidney * Anatomy of the Kidney http://www.nottingham.ac.uk/nursing/sonet/rlos/bioproc/kidneyanatomy/index.html * Physiology of the Kidney http://www.nottingham.ac.uk/nursing/sonet/rlos/bioproc/kidneyphysiology/index.html