background image

Lecture 2 

         Dr. Janan Alrefaee 

Factors may affect GFR 
1-Glomerular  capillary  filtration  coefficient  (kf):
  is  the  product  of  the  permeability  and 
filtering surface  area  of the  capillaries  and  it is  400  times  higher than the  Kf of  most other 
capillary systems of the body. 
Kf = GFR/Net filtration pressure 
Normal Kf = 125 ml/min/ 10mmHg = 12.5 ml/min/mmHg of filtration pressure. 
Kf  is  decreased  by  increasing  the  thickness  and  decreasing  the  number  of  functional 
glomerular capillaries by disease. 

Although 

 Kf 

 GFR and 

 Kf 

 GFR but it is not a primary factor regulating GFR. 

 
2- Bowman’s capsule hydrostatic pressure 
Increasing the hydrostatic pressure in Bowman’s capsule (urinary tract obstruction) reduces 
GFR and vice versa but it is not a primary factor regulating GFR. 
 
3- Glomerular capillary colloid osmotic pressure 
Normally,  as  blood  passes  through  the  glomerular  capillaries,  the  fluid  is  filtered  and  the 
plasma  proteins  are  not  filtered  and  concentrated  lead  to  increase  colloid  pressure.  An 
increase in the glomerular capillary colloid osmotic pressure decreases GFR and vice versa. 
 
4- Glomerular capillary hydrostatic pressure 
The glomerular hydrostatic pressure is the primary factor for regulation of GFR. Increases in 
glomerular hydrostatic pressure raise GFR and vice versa. 
Glomerular  hydrostatic  pressure  is  determined  by  three  variables:  (1)  arterial  pressure 
(positive relationship). 

 (2)  Afferent  arteriolar  resistance  (

  resistance  of  afferent  arterioles  leads  to 

  glomerular 

hydrostatic  pressure  and 

  GFR.  Conversely,  dilation  of  the  afferent  arterioles  leads  to 

 

both glomerular hydrostatic pressure and GFR).  
(3)  Efferent  arteriolar  resistance.  Constriction  of  the  efferent  arterioles  increases  the 
resistance to outflow from the glomerular capillaries. This raises the glomerular hydrostatic 
pressure.  
The effect of efferent arteriolar constriction on GFR is a biphasic depends on the severity of 
the  constriction;  modest  efferent  constriction  raises  GFR  slightly,  but  severe  efferent 
constriction  (more  than  a  threefold  increase  in  resistance)  tends  to  reduce  GFR  (the  rise  in 
colloid  osmotic  pressure  exceeds  the  increase  in  glomerular  capillary  hydrostatic  pressure 
caused by efferent arteriolar constriction).  
 
Renal Blood Flow 
In  an  average  70-kilogram  man,  the  combined  blood  flow  through  both  kidneys  is  about 
1100 ml/min, or about 22  % of the cardiac output. The two kidneys  are about 0.4 % of the 
total body weight, so they receive an extremely high blood flow compared with other organs. 


background image

This  Blood  flow  supplies  the  kidneys  with  nutrients  and  removes  waste  products  and 
additional blood flow is for the high rates of glomerular filtration. 
 
Renal blood flow and oxygen consumption 
The kidneys normally consume oxygen twice time than the brain but their blood flow almost 
seven times than the brain. The fourth of normal renal oxygen consumption is for the renal 
cells  basic  metabolic  needs  while  the  rest  of  oxygen  is  used  for  renal  tubular  sodium 
reabsorption with positive proportion. 
 
Determinants of renal blood flow 
Renal  blood  flow  is  determined by  the  hydrostatic pressure difference between  renal  artery 
and renal vein divided by the total renal vascular resistance. 
 
Blood flow in the renal medulla  
Blood flow in the vasa recta of the renal medulla is very low compared with flow in the renal 
cortex  (renal  medulla  Blood  flow  is  only  1  to  2  %  of  the  total  renal  blood  flow);  the  vasa 
recta play an important role in allowing the kidneys to form concentrated urine. 
 
Physiologic control of glomerular filtration and renal blood flow 
GFR  is  mainly  determined  by  glomerular  hydrostatic  pressure  and  the  glomerular  capillary 
colloid osmotic pressure (as above). These variables, in turn, are influenced by: 

1-  Sympathetic nervous system activation decreases GFR 

The  afferent  and  the  efferent  renal  arterioles  are  innervated  by  sympathetic  nerve  fibers. 
Strong  stimulation  of  the  renal  sympathetic  nerves  can  constrict  the  renal  arterioles  and 
decrease  renal  blood  flow  and  GFR  (severe  hemorrhage).  Moderate  or  mild  sympathetic 
stimulation has little influence on renal blood flow and GFR. 
 
2
-Hormonal control of GFR and renal circulation 

a-  Norepinephrine,  epinephrine,  and  endothelin  constrict  renal  blood  vessels  and 

decrease GFR and renal blood flow. norepinephrine and epinephrine influence on GFR 
is little except under severe conditions (severe hemorrhage). 
 

b-  Angiotensin  II:  increase  angiotensin  II  levels  (as  in  decreased  arterial  pressure  or 

volume  depletion)  constricts  efferent  arterioles  leading  to  1-raise  glomerular 
hydrostatic  pressure,  so  it  prevent  decreases  in  glomerular  hydrostatic  pressure  and 
GFR  and  maintain  normal  excretion  of  metabolic  waste  products.  2-decrease 
peritubular  capillaries  blood  flow  which  increases  reabsorption  of  sodium  and  water 
and restore blood volume and blood pressure. 
 

c-  Endothelial-derived  nitric oxide: normally  it  maintains vasodilation  of the kidneys, 

decreases  renal  vascular  resistance  and  increases  GFR,  so  allows  the  kidneys  to 


background image

excrete  normal  amounts  of  sodium  and  water  (impaired  nitric  oxide  production



 

blood pressure).  

 

 

d-  Prostaglandins and bradykinin: they cause vasodilation, increased renal blood flow 

and  GFR.  Its  importance  appears  by  opposing  vasoconstriction  of  afferent  arterioles 
(by the sympathetic nerves) and prevents excessive reductions in GFR and renal blood 
flow.  (So  in  volume  depletion  as  severe  hemorrhage  or  after  surgery,  the 
administration  of  non  steroidal  anti-inflammatory  agents,  such  as  aspirin, that  inhibit 
prostaglandin synthesis may cause significant reductions in GFR). 

 
Note: There are 2 defence lines
 buffer the effects of spontaneous changes in GFR on urine 
output are: The first line is the renal autoregulatory mechanisms, especially 
tubuloglomerular feedback. The second line is the glomerulotubular balance (discussed 
later). 

Autoregulation of GFR and renal blood flow 
Autoregulation is the intrinsic feedback mechanisms  of the kidneys normally keep the renal 
blood  flow  and  GFR  relatively  constant,  despite  marked  changes  in  arterial  blood  pressure 
which is independent of systemic influences (For instance, a decrease in arterial pressure to 
as  low  as  75  mm  Hg  or  an  increase  to  as  high  as  160  mm  Hg  changes  GFR  only  a  few 
percentage points). These autoregulation mechanisms are: 
 
1-Tubuloglomerular feedback  
This feedback depend on special anatomical arrangements of the juxtaglomerular complex 
(Fig. 2.1)
 that consists of macula densa cells which  is a specialized group of epithelial cells 
in  the  initial  portion  of  the  distal  tubule  that  comes  in  close  contact  with  the    afferent  and 
efferent  arterioles  that  have  juxtaglomerular  cells  in  their  walls.  The  macula  densa  cells 
contain  Golgi  apparatus,  which  are  intracellular  secretory  organelles  directed  toward  the 
arterioles. 

 

 

Figure 2.1 Structure of the juxtaglomerular apparatus 

 


background image

The tubuloglomerular feedback mechanism starts as GFR decreases lead to slow the flow 
rate  in  the  loop  of  Henle  and  increased  reabsorption  of  sodium  and  chloride  ions  in  the 
ascending  loop  of  Henle  and  reducing  the  concentration  of  sodium  chloride  at  the  macula 
densa  cells  which  initiates  a  signal  from  the  macula  densa  that  has  two  effects  that  act 
together to control GFR (Fig. 2.2): 
 (1) An afferent arteriolar vasodilator feedback mechanism: the signal dilates the afferent 
arterioles, which raises glomerular hydrostatic pressure and return GFR toward normal. 
(2)  An  efferent  arteriolar

 

vasoconstrictor  feedback  mechanism:  the  signal  increases 

rennin release from the juxtaglomerular cells of the afferent and efferent arterioles (which are 
the  major  storage  sites  for  rennin).  Renin  acts  as  an  enzyme  to  increase  the  formation  of 
angiotensin I, which is converted to angiotensin II. Finally, the angiotensin II constricts the 
efferent arterioles and increasing glomerular hydrostatic pressure and returning GFR toward 
normal. 
2-Myogenic autoregulation of renal blood flow and GFR 
Increase  arterial  pressure  lead  to  stretch  vessels  wall  which  allows  increased  calcium  ions 
movement  from  the  extracellular  fluid  into  the  cells,  lead  to  contraction  of  the  vascular 
smooth  muscle  and  raising  vascular  resistance  which  prevent  excessive  increases  in  renal 
blood flow and GFR. 
Note:  A  chronic  high  protein  intake  (large  amounts  of  meat)  as  well  as  glucose  intake 
(high blood glucose levels in uncontrolled diabetes) both are known to increase renal blood 
flow  and  GFR  due  to  that  the  amino  acids  (which  released  from  protein)  and  glucose  are 
reabsorbed  along  with  sodium  in  the  proximal  tubule  &  decreases  sodium  delivery  to  the 
macula densa, which elicits a tubuloglomerular feedback. 
●  An  opposite  occurs  when  proximal  tubular  reabsorption  is  reduced  by  diseases  and 
large amounts of sodium chloride are delivered to the distal tubule and, without appropriate 
compensations  (as  a  tubuloglomerular  feedback–  mediated  renal  vasoconstriction)  would 
quickly cause excessive volume depletion.  

 

 

Figure 2.2 Macula densa feedback mechanism 




رفعت المحاضرة من قبل: Deaa Al-deen El-taee
المشاهدات: لقد قام 8 أعضاء و 154 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