HC40: Klaring en GFR

Algemene informatie

• Welke onderwerpen worden behandeld in het hoorcollege?
  • In dit college worden verschillende begrippen zoals RBF, RPF, GFR en klaring uitgelegd
• Welke onderwerpen worden besproken die niet worden behandeld in de literatuur?
  • Alle onderwerpen in dit college worden ook behandeld in de literatuur
• Welke recente ontwikkelingen in het vakgebied worden besproken?
  • Er zijn geen recente ontwikkelingen besproken
• Welke opmerkingen worden er tijdens het college gedaan door de docent met betrekking tot het tentamen?
  • Er zijn geen opmerkingen over het tentamen gemaakt
• Welke vragen worden behandeld die gesteld kunnen worden op het tentamen?
  • Er zijn geen mogelijke vragen behandeld

Functie van de nieren

De nieren hebben verschillende primaire functies die te maken hebben met de homeostase:

• Volume van vloeistoffen onderhouden door de NaCl balans te reguleren
• Osmolariteit onderhouden door de waterbalans te reguleren
• Balans van andere elektrolyten (bijv. kalium) onderhouden
• Zuur-base balans onderhouden
• Detoxificatie
• Hormonen

Bloedverloop

Het bloed komt via vertakkingen vanuit de arteria renalis de nieren binnen. In de nieren gaat bloed naar de cortex toe. Bloed komt via afferente arteriolen de glomerulus binnen, waar het door de barrière van endotheel, basaalmembraan en podocyten gefiltreerd wordt. Hierna komt het in de efferente arteriolen, die overgaan in peritubulaire capillairen die langs de tubuli lopen. Tubulaire terugresorptie vindt plaats in de tubulus.

Rarification is het schaars worden van de niervaten. Dit is een onomkeerbaar proces waarbij nefronen worden verloren. 

Begrippen

De cardiac output is 5 L/min. De cardiac output is de flow door het lichaam. In de nieren is ook flow aanwezig:

• Renal Blood Flow (RBF): 1 L/min
  • Het bloed dat door de 2 nieren gaat
  • 1/5 van de CO gaat naar de nieren
• Renal Plasma Flow (RPF): 0,6 L/min
  • Het bloed zonder rode bloedcellen → 60% van de RBF
    • Bloed bestaat 40% uit rode bloedcellen en 60% uit water met elektrolyten, proteïnen en vet
• Glomerulaire Filtration Rate (GFR): 125 mL/min
  • Aantal ml aan voorurine dat per minuut in de ruimte van Bowman verschijnt, opgeteld voor alle nefronen samen
  • Een nier bevat ongeveer 1 miljoen glomeruli
  • Dagelijks wordt 180 L voorurine gemaakt
• Filtration fraction (FF): GFR/RPF = 125/600 = 0,20
  • Dit is de fractie van de renal plasma flow die wordt filtreerd
• Tubulaire excretie: de grotere moleculen die niet gefiltreerd kunnen worden, worden direct vanuit het bloed via de tubuluscellen uitgescheiden zodat ze uitgeplast kunnen worden

Water:

Het lichaam van een mens bestaat voor ongeveer 60% uit water (een mens van 100 kilo heeft dus 60 L water):

• Binnen de cellen zit 2/3
• Buiten de cellen zit 1/3
  • 25% in het plasma
  • 75% in het intersistitium (cytosol)

Om de 180 L water terug te resorberen is een tubulus nodig. In een nefron worden vanuit de tubuli stoffen geresorbeerd in het lichaam:

• Proximale tubuli: grote resorbeerder → 70% van het filtraat gaat terug naar het lichaam
• Lis van Henle: water en zout worden geresorbeerd
• Distale tubulus: redelijk veel zout wordt geresorbeerd
• Verzamelbuis: "finetuning" en resorptie van water, zuur en kalium

Glomerulaire filtratie

Druk:

De GFR is 125 mL/min → 60 x 24 x 125 = 180 L ultrafiltratie (voorurine) per dag. De filtratiefractie is 0,20. Er zijn verschillende krachten die leiden tot transport van water en elektrolyten tussen de compartimenten:

• Elektrochemische gradiënt: als er een verschil in concentraties tussen twee compartimenten is, en de barrière permeabel is, ontstaat er een evenwicht
  • Er is een verschil in concentratie tussen de ruimte van Bowman en het plasma in de glomerulus
• Osmotische druk: door verschil in osmotische waarde (aantal deeltjes) gaat water van de ene naar de andere kant
  • Crystalloid osmotische druk: door kleine oplosbare deeltjes
  • Colloid osmotische/oncotische druk: door niet oplosbare deeltjes zoals eiwitten
    • Oncotische druk in de glomerulus: 28 mm Hg
    • Is in het bloed hoger dan in de ruimte van Bowman omdat eiwitten niet naar de ruimte kunnen diffunderen → hierdoor wil water eigenlijk terug naar het bloed
• Hydrostatische druk: de zwaartekracht of de druk van vloeistof in een kolom
  • De hydrostatische druk tussen bloedvat en kapsel van Bowman is in glomeruli de hoofdkracht die zorgt voor filtratie
    • Hydrostatische druk in de glomerulus: 60 mm Hg
    • Hydrostatische druk in het kapsel van Bowman: 15 mm Hg
  • De belangrijkste druk om de GFR te laten plaatsvinden
  • Blijft door autoregulatie constant in de glomerulus
  • Is groter dan de oncotische druk → filtratie kan plaatsvinden
• Netto filtration rate: Hydrostatische druk GC - Oncotische druk GC - Hydrostatische druk BC → 60 - 28 - 15 = 17 mm Hg

Aan de efferente kant is de filtratiedruk lager dan aan de afferente kant. Na de efferente arteriolen gaat het bloed langs de tubulus reizen. Hier is de hydrostatische druk lager omdat er al filtratie heeft plaatsgevonden. Dit heeft in het bloedvat 2 gevolgen:

1. Hydrostatische druk in de glomerulaire capillair daalt
2. Oncotische druk in de glomerulaire capillair stijgt door eiwitvrije ultrafiltratie
   • Hierdoor neemt in de loop van de glomerulus de netto filtratiedruk een beetje af
     • De hoeveelheid eiwitten blijft gelijk, maar het plasmavolume neemt af → eiwitconcentratie neemt toe

Dit zorgt voor tubuloglomerulaire feedback.

Factoren:

Door de hoge bloedflow en aanwezigheid van efferente arteriolen is de filtratiedruk in de glomerulus veel hoger dan op andere plaatsen in de circulatie. Verschillende factoren bepalen of een stof in de glomeruli wordt gefilterd, en dus in de ruimte van Bowman verschijnt:

• GFR
  • Hangt af van de hydrostatische druk in de glomeruli, die tot op bepaalde hoogte afhangt van de RPF (hoe meer aanvoer, hoe hoger de hydrostatische druk kan worden)
  • Als de Renal Arterial Pressure toeneemt blijft de GFR constant omdat de druk in de glomerulus wordt gereguleerd
• Eigenschappen van het molecuul
  • Grootte: moleculair gewicht in Dalton
  • Radius van het molecuul
  • Lading: negatieve ladingsdeeltjes worden afgestoten door een negatieve gellaag
    • Glycocalyx is een laag in het endotheel die ervoor zorgt dat negatief geladen deeltjes minder goed kunnen passeren
      • Opgeloste negatieve deeltjes kunnen wel passeren
      • Albumine (en eiwitten) kunnen niet passeren → hoort niet in de urine voor te komen → hebben een lage sieving coëfficiënt

Deze eigenschappen worden weergegeven met de sieving coëfficiënt

• 1: er is geen belemmering voor filtratie → deeltjes gaan door de "zeef" (glomerulus) heen
• < 0,01: filtratie is helemaal belemmerd → deeltjes passeren de "zeef" niet of nauwelijks
• Kleine eiwitten kunnen wel passeren, maar worden door de tubuluscellen geresorbeerd → tubulaire terugresorptie

Omdat natrium vrij kan diffunderen is de concentratie natrium in urine even hoog als in het bloed.

Door autoregulatie blijft de druk in de glomeruli vrijwel constant. De filtratiedruk in de capillairen van de glomeruli is veel hoger dan in andere capillairen dankzij:

• Hoge bloedflow
• Aanwezigheid van afferente en efferente arteriolen waardoor de druk binnen een segment gereguleerd kan worden
  • Bij een lage bloeddruk wordt het afferente vat wijder en het efferente vat smaller → druk om te filtreren blijft constant
    • In het gewone vaatstelsel is er een gelijkmatig drukverval, in een nefron is er een gelijkmatige druk met een vlot verval

Berekening van de GFR:

De GFR voor een stof die geen tubulaire terugresorptie en geen tubulaire secretie kent, zoals inuline, wordt als volgt berekend:

• De hoeveelheid gefilterd = hoeveelheid in de ruimte van Bowman = hoeveelheid in de urine → de GFR wordt berekend door de hoeveelheid van deze stof in urine te meten
  • Na de filtratie gebeurt er in de tubulus niks meer met de stof
• GFR = (U x V)/P
  • P = concentratie in plasma
  • U = concentratie in urine per minuut
    • Moet meestal omgerekend worden van per dag naar per minuut
  • V = volume van de urine

Bij inuline is dit:

• [inuline]plasma= 0,1 mmol/L = 100 micromol/L
• [inuline]urine= 9 mmol/L
• Volume van de urine = 2 L/dag

→ (9 x 2/1400 minuten)/0,1 = 125 mL/min

Een "short cut" gecorrigeerd voor de tijdsfactor en omzetting van millimol naar micromol is:

• GFR = (U x V x 700)/P → (9 x 2 x 700)/100 = 126 mL/min

Inuline wordt niet door het eigen lichaam aangemaakt, daarom wordt kreatinine vaak gebruikt om de nierfunctie te meten.

Klaring

Klaring is de snelheid waarmee een stof in de urine wordt uitgescheiden. Precies geformuleerd is dit:

• De klaring voor een stof Y is die hoeveelheid plasma die per tijdseenheid door de nier van stof Y ontdaan wordt

Als de tubulus niks doet met de stof is de GFR (wat in de ruimte van Bowman komt) gelijk aan de klaring (wat in de urine komt). In het geval van inuline is de klaring gelijk aan de GFR → er is geen resorptie en geen secretie. In het geval van natrium is dit niet het geval → het wordt teruggeresorbeerd → de klaring is alles behalve de GFR:

• De concentratie van natrium in de ruimte van Bowman is hetzelfde als de plasmaconcentratie → 140 mmol/L
• Er wordt 180 x 140 = 25.200 mmol natrium per dag gefiltreerd
• Als er 100 mmol/L natrium en 2L urine per dag is, wordt er 200 mmol natrium per dag uitgeplast
• De fractionele natriumextractie is 0,79% → meer dan 99% van het zout wordt geresorbeerd

Kreatinine:

De nierfunctie wordt via kreatinine gemeten. Kreatinine is een eiwit dat door de spier wordt afgegeven als afbraakproduct in het bloed. 

De endogene kreatinine klaring is de hoeveelheid plasma die per tijdseenheid door de nier van kreatinine ontdaan wordt:

• EKK = (U x V x 700)/P
  • U x V in mmol/24u
  • P in micromol/L
• Kreatinine wordt door de glomeruli gefiltreerd en niet door de tubuli teruggeresorbeerd, maar wel uitgescheiden → de EKK overschat de GFR met 10%
  • De sieving coëfficiënt is 1

Een voorbeeld is:

• [kreatinine]plasma= 0,07 mmol/L = 70 micromol/L
• [kreatinine]urine= 7 mmol/L
• Volume urine = 2 L/dag

EKK = (7 x 2 x 700)/70 = 140 mL/min. Hierbij is U x V in mmol/dag en P in micromol/L.

Als de nieren het minder goed gaan doen, neemt de kreatinine af en de plasma kreatinine toe. Als de hoeveelheid plasma kreatinine verhoogt, is de GFR lager. De kreatinine waarde verschilt per persoon. Mannen en sporters hebben over het algemeen een hogere kreatinine waarde.

De eGFR:

De GFR kan ook geschat worden. Dit is handig omdat de patiënt dan niet 24 uur lang de urine hoeft de sparen. In de praktijk worden op basis van bloedmetingen van kreatinine geschat wat de nierfunctie is. eGFR staat voor estimated GFR. Deze term wordt gebruikt voor de geschatte kreatinine klaring en is gebaseerd op standaard personen die de inuline klaring hebben gemeten. Dit hangt af van:

• Leeftijd
• Lengte
• Geslacht

Op basis hiervan zijn verschillende formules samengesteld:

• Cockroft-Gault formule
• MDRD formule
• CKD-EPI formule

Deze formules houden rekeningen met o.a. geslacht, leeftijd en lichaamsbouw.

Overig:

Als het aantal nefronen halveert, halveert ook de GFR. Echter zal hierna de hoeveelheid plasmakreatinine stijgen, waardoor per nefron de dubbele hoeveelheid kreatinine zal gaan filtreren → de kreatinine excretie zal niet veranderen. In de urine bevindt zich dezelfde hoeveelheid kreatinine, terwijl het plasmakreatinine verdubbeld zal zijn. 

Voor het meten van de GFR zijn een aantal voorwaarden:

• Stof is vrijelijk filtreerbaar
• Stof wordt niet gereabsorbeerd en geresecreteerd
• Stof wordt niet gemetaboliseerd of geproduceerd door de nier
• Stof is fysiologisch inert

Voorbeelden zijn kreatinine en inuline.

Om de RPF (renal plasma flow) te berekenen kan PAH (para-aminohippurate) ingespoten worden. PAH komt binnen en wordt voor een deel gefiltreerd. Het overige deel wordt volledige uitgescheiden door de tubulus → de klaring van PAH is gelijk aan de RPF.