background image

GLOMERULAR FILTRATION

Measuring GFR

The 

glomerular filtration rate 

(GFR) can be measured 

in  humans by measuring the 

excretion and plasma 

level 

of a substance that is freely filtered through the 

glomeruli and neither secreted nor reabsorbed by the 

tubules.

• Therefore, if the substance is designated by the letter 

X

, the GFR is equal to the 

concentration of X in urine 

(U

X

) times the 

urine flow

per unit of time 

(V.) 

divided 

by the 

arterial plasma level of X (P

X

), or 

U

X

V./P

X

• This value is called the 

clearance of X 

(C

X

).

P

X

is

, of course, the same in all parts of the arterial 

circulation, and if X is 

not metabolized 

to any extent in 

the tissues, the level of X in peripheral 

venous plasma 

can be substituted for the 

arterial plasma

level


background image

Substances Used to Measure GFR

• In addition to the requirement that it be 

freely filtered 

and 

neither 

reabsorbed nor secreted

in the tubules, a substance suitable for 

measuring the GFR should be 

nontoxic

and 

not metabolized 

by the 

body.

• Inulin

, a polymer of fructose with a molecular weight of 5200, 

meets these criteria 

in humans and most animals and is extensively 

used to measure GFR.

Radioisotopes such as 

51

Cr-EDTA 

are also used, but inulin remains 

the standard substance.

• In practice, a loading dose of inulin is administered intravenously, 

followed by a sustaining infusion to keep the arterial plasma level 

constant.

• After the inulin has equilibrated with body fluids, an accurately 

timed urine specimen is collected and a plasma sample obtained 

halfway through the collection.


background image

Substances Used to Measure GFR

• Plasma and urinary inulin concentrations are 

determined and the clearance calculated:

Uin = 35 mg /ml
V = 0.9 ml /min
Pin = 0.25 mg /ml
Cin= Uin* V/Pin =35*0.9/0.25= 
In C= 126ml/min


background image

Substances Used to Measure GFR

• clearance of creatinine (C

Cr

can also be used to determine 

the GFR, but in  humans, some creatinine is 

secreted

by the 

tubules and some may be 

reabsorbed

.

• In addition, 

plasma creatinine

determinations are 

inaccurate

at low creatinine levels because the method for 

determining creatinine measures small amounts of other 

plasma constituents.

In spite of this, the clearance of endogenous creatinine is 

frequently measured in patients. 

• The values agree quite well with the GFR values measured 

with inulin because, although the value for U

Cr

V. is high as a 

result of tubular secretion, the value for P

Cr

is also high as a 

result of nonspecific chromogens, and the errors thus tend 

to cancel. 


background image

Normal GFR

• The GFR in an average-sized normal man is 

approximately 

125 mL/min

.

• Its magnitude correlates fairly well with 

surface 

area

, but values in 

women

are 

10%

lower than 

those in 

men

even after correction for surface 

area.

• A rate of 

125 mL/min is 7.5 L/h

, or 

180 L/d

whereas the normal urine volume is about 1 L/d.

• Thus, 

99%

or more of the filtrate is normally 

reabsorbed. 


background image

Control of GFR

• The factors governing filtration across the glomerular

capillaries are the same as those governing filtration across 

all other capillaries , ie, 

the size 

of the capillary bed, the 

permeability

of the capillaries, and the 

hydrostatic

and 

osmotic pressure 

gradients across the capillary wall. For 

each nephron: 

GFR  = Kf [(Pgc – Pt) – (π

GC

- π

T )

]

K

f

, the 

glomerular ultrafiltration coefficient

, is the product 

of the glomerular capillary wall hydraulic conductivity (ie, 

its 

permeability

) and the effective filtration 

surface area

P

GC

is the 

mean hydrostatic pressure 

in the glomerular

capillaries, P

T

the mean hydrostatic pressure in the tubule, 

π

GC

the 

osmotic pressure 

of the plasma in the glomerular

capillaries, and π

T

the osmotic pressure of the filtrate in the 

tubule.


background image

Permeability

• The permeability of the 

glomerular capillaries 

is about 

50 times 

that of the 

capillaries in skeletal muscle. 

• Neutral substances with effective molecular diameters of less 

than 4 nm 

are freely filtered, and the filtration of neutral substances with diameters 

of 

more than 8 nm 

approaches zero .

Between these values, filtration is 

inversely

proportionate to 

diameter

.

However, 

sialoproteins

in the glomerular capillary wall are 

negatively 

charged

, and studies with anionically charged and cationically charged 

dextrans indicate that the negative charges repel negatively charged 

substances in blood, with the result that filtration of anionic substances 4 

nm in diameter is less than half that of neutral substances of the same 

size. 

• This probably explains why 

albumin

, with an effective molecular diameter 

of approximately 

7 nm

, normally has a glomerular concentration only 

0.2%

of its plasma concentration rather than the higher concentration that 

would be expected on the basis of diameter alone; 

circulating albumin is 

negatively charged.

Filtration of 

cationic substances 

is greater than that of 

neutral substances


background image

Effect of electrical charge on the fractional clearance of dextran molecules of various 

sizes in rats. The negative charges in the glomerular membrane retard the passage of 

negatively charged molecules (anionic dextran) and facilitate the passage of positively 

charged molecules (cationic dextran). 


background image

Permeability

• The amount of protein in the urine is normally 

less than 

100 mg/d

, and most of this is not 

filtered but comes from 

shed tubular cells

.

• The presence of significant amounts of albumin 

in the urine is called 

albuminuria

.

• In nephritis, the 

negative charges 

in the 

glomerular wall are dissipated, and albuminuria
can occur for this reason 

without an increase in 

the size of the "pores" 

in the membrane. 


background image

Size of the Capillary Bed

• K

f

can be 

altered

by the 

mesangial cells

contraction

of 

these cells producing a 

decrease

in K

f

that is largely due 

to a reduction in the area available for filtration.

• Contraction of 

points

where the capillary loops 

bifurcate

probably shifts flow away from some of the 

loops, and elsewhere, contracted mesangial cells 
distort and encroach on the capillary lumen. 

• Angiotensin II

is an important regulator of 

mesangial

contraction

, and there are angiotensin II receptors in 

the 

glomeruli

.

• In addition, there is some evidence that 

mesangial

cells 

make renin


background image

Agents causing contraction or 

relaxation of mesangial cells.


background image

Hydrostatic & Osmotic Pressure

• The 

pressure in the glomerular capillaries 

is higher 

than that in other capillary beds because the afferent 

arterioles are short, straight branches of the 

interlobular arteries. 

• Furthermore, the vessels "downstream" from the 

glomeruli, the 

efferent

arterioles, have a 

relatively high 

resistance.

• The 

capillary

hydrostatic pressure is opposed by the 

hydrostatic pressure in 

Bowman's capsule

.

• It is also opposed by the 

osmotic pressure 

gradient 

across the glomerular capillaries (π

GC

- π

T

).

• π

T

is normally negligible, and the gradient is equal to 

the 

oncotic pressure 

of the plasma proteins. 


background image

Hydrostatic & Osmotic Pressure

• The 

net filtration pressure

(P

UF

) is 

15 mm Hg

at the 

afferent end of the glomerular capillaries, but it falls to 

zero—ie, 

filtration equilibrium

is reached—proximal to 

the efferent end of the glomerular capillaries. 

• This is because fluid leaves the plasma and the oncotic

pressure rises as blood passes through the glomerular

capillaries.

• It is apparent that portions of the glomerular

capillaries do not normally contribute to the formation 

of the glomerular ultrafiltrate; ie, exchange across the 

glomerular capillaries 

is flow-limited rather than 

diffusion-limited

.


background image

Changes in GFR

• Changes in renal vascular resistance as a result of 

autoregulation

tend to stabilize filtration 

pressure, but when the 

mean systemic arterial 

pressure 

drops below 

90 mm Hg

, there is a sharp 

drop in GFR.

• The GFR tends to be maintained when 

efferent 

arteriolar constriction is greater than afferent 
constriction

, but either type of constriction 

decreases blood flow to the tubules. 


background image

Factors affecting the GFR

1. Changes in 

renal blood flow .

2. Changes in glomerular capillary 

hydrostatic pressure .

3. Changes in 

systemic blood pressure

4. Afferent

or 

efferent

arteriolar 

constriction

5. Changes in 

hydrostatic pressure in Bowman's 

capsule 

6. Ureteral obstruction

7.

Edema of kidney inside tight renal capsule

8. Changes in concentration of 

plasma proteins

dehydration, hypoproteinemia, etc (minor factors)

9. Changes in 

K

f

.

10. Changes in glomerular capillary 

permeability 

11. Changes in effective filtration 

surface area


background image

Filtration Fraction

• The ratio of the 

GFR

to the 

renal plasma flow 

(RPF), the 

filtration fraction

is normally 0.16-

0.20. 

• The GFR varies less than the RPF. 
• When there is a fall in systemic blood 

pressure, the GFR falls less than the RPF 
because of efferent arteriolar constriction, and 
consequently the filtration fraction rises.




رفعت المحاضرة من قبل: Ismail AL Jarrah
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 87 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل