Blok V
18 Maret 2014 10:52:44

 

	MODUL 1 PRODUKSI DAN EKSKRESI URIN

 

 

 

 

SASARAN PEMBELAJARAN MODUL          :

Pada akhir modul 1 mahasiswa diharapkan mampu :

1. Menjelaskan fungsi umum dari sistem uropoetik (tutorial)
2. Menjelaskan regulasi yang berhubungan fungsi ginjal (tutorial)
3. Menjelaskan mekanisme ekskresi urin dan miksi (tutorial )
4. Menjelaskan dan mengidentifikasi struktur anatomi dan

histologi tractus urinarius dan dasar panggul : topografi,

inervasi, vaskularisasi, dan variasi  (kuliah dan praktikum)

5. Menjelaskan anatomi dasar panggul dan pelvis (kuliah)
6. Menjelaskan syaraf otonom dan peran dalam regulasi miksi (kuliah)

 

KEGIATAN PEMBELAJARAN :

1. TUTORIAL

SKENARIO    :

Dear diary, sampai kapan Samarinda banjir tiap kali hujan

Sebenarnya hari ini aku ingin bolos kuliah, karena sejak pagi hujan sangat deras. Aku khawatir kalau akan terjadi banjir. Untungnya saat berangkat mobilku dapat sampai dengan selamat di kampus FK Unmul. Tetapi pulang kuliah, yang kukhawatirkan menjadi kenyataan. Tiga kilometer dari rumah, lalu lintas sangat padat dan bergerak pelan akibat banjir. Udara yang dingin dan AC mulai membuatku merasa ingin kencing. Dua jam kemudian, mobilku hanya maju 1 kilometer dan rasa ingin kencingku semakin berat. Ah...seandainya bisa kuperintahkan renal untuk berhenti kerja selama macet ini. Dua jam berikutnya baru mobilku terbebas dari kemacetan dan bajir, tapi rasa ingin kencing sudah tidak tertahankan. Begitu sampai di rumah, aku segera berlari ke kamar mandi. Sayangnya uretraku sudah tidak mau berkompromi dengan otakku. Ia bersikukuh untuk merelaksasikan sphingter-nya saat aku baru membuka pintu kamar mandi.

SUMBER BELAJAR :

1. Sherwood L., Human Physiology : from cells to system, 5^th ed.; Thomson Brooks Co. 2004
2. Guyton A.C., Hall J.E.; Textbook of Medical Physiology; 10th ed.; WB Saunders & Co; 2000

 

PENGETAHUAN DASAR YANG SUDAH DIMILIKI MAHASISWA

1. Organ penghasil urin (Biologi SMU)
2. Organ penyalur urin
3. Karakteristik fisik urin

 

STEP 1 : KLARIIFIKASI ISTILAH

1. Renal: organ ginjal
2. Uretra : organ berrongga yang menghubungkan vesica urinaria dengan dunia luar
3. Sphingter : otot yang mengelilingi suatu bukaan tubuh dan berkerja untuk membuka atau menutup bukaan tersebut

 

STEP 2 : IDENTIFIKASI MASALAH

1. Adakah hubungan antara udara dingin dengan rasa ingin kencing ?
2. Bagaimana peran renal terhadap keinginan untuk kencing ?
3. Mengapa “aku” tidak dapat menahan kencing?
4. Apa peran sphingter pada proses kencing?
5. Berapa kecepataan urin diproduksi?
6. Apa saja yang mepengaruhi kecepatan pembentukan urin?

 

 

STEP 3 : ANALISIS MASALAH

Teori yang mungkin sudah dimiliki (dari pelajaran saat SMA) dan bisa dibahas saat step 3 PBL : apa yang dimaksud urin, organ yang terlibat dalam pembentukan urin, lokasi organ tersebut, pengalaman yang berhubungan dengan pembentukan urin dan miksi (pada diri sendiri, orang dengan usia atau gender yang berbeda).

 

Lokasi  dan struktur ginjal

Urin diproduksi di ginjal kemudian dialirkan ke ureter, vesica urinaria, dan uretra. Ginjal  berbentuk seperti kedelai dan terletak di  superior regio lumbal antara T₁₂ -  L₃ . Ginjal kanan terletak lebih rendah dari kiri, karena adanya hepar.  Berat ginjal dewasa sekitar 150 gram dengan ukuran panjang 12 cm, lebar 6 cm, tebal 3 cm.  Permukaan lateralnya cembung, sedangkan permukaan medialnya cekung dan mempunyai ceruk vertical “hilus renalis” menuju ke ruang dalam ginjal yang disebut “sinus renalis”.  Ureter, pembuluh darah renal,  pembuluh limfatik, dan syaraf berhubungan dengan ginjal pada hilus. Di superior dari tiap ginjal terdapat kelenjar suprarenal/ adrenal  yang merupakan kelenjar endokrin.    

 

Sumber :Marieb EN, Hoehn K. Human Anatomy & Physiology  7^th. 2007.Pearson Education Inc.           

1. STRUKTUR INTERNAL GINJAL

Pada potongan frontal, ginjal menunjukkan tiga region yang berbeda : korteks, medulla, dan pelvis. Regio yang paling superficial yaitu korteks renalis mempunyai warna lebih terang dan granular, sedangkan region yang ada di bawah korteks (yaitu medulla) berwarna lebih gelap, merah kecoklatan, dan berbentuk kerucut sehingga disebut juga piramida renalis. Ginjal terus menerus membersihkan darah dan menjaga komposisinya. Dalam keadaan istirahat, arteri renalis mengantarkan ¼ dari cardiac output normal (sekitar 1200 ml) per menit ke ginjal. Saat memasuki sinus renalis, arteri renalis akan terbagi menjadi arteri segmentalis, yang selanjutnya akan terus terbagi menjadi arteri yang lebih kecil hingga menjadi arteri afferent dan efferent.

Aliran darah pada ginjal adalah sebagai berikut :

Aorta à arteri renalisà arteri segmentalis à  arteri interlobaris  à  arteri arcuata à arteri radiata à arteriole afferent à kapiler glomerulus à arteriole efferent à kapiler peritubuler dan vasa rekta à vena radiate dan vena arcuata à vena interlobaris à vena renalis à Vena cava inferior

2. UNIT  FUNGSIONAL 

Unit fungsional pada ginjal adalah nephron yang terdiri dari glomerulus dan tubulus (tubulus proksimalis, loop of Henle, dan tubulus distalis). Beberapa tubulus distalis bergabung membentuk duktus kolektikus.

“Nephron” (nef′ron) adalah  unit struktural dan fungsional pada ginjal. Tiap ginjal terdiri lebih dari 1 juta unit nephron. Selain itu terdapat duktus kolektikus/ koligentes, yang menampung urin dari beberapa nephron dan menyalurkannya ke pelvis renalis.

Tiap nephron terdiri dari “glomerulus”   yang terdiri dari rangkaian kapiler dan tubulus renalis. Ujung tubulus renalis membentuk kapsul ayng mengellingi glomerulus, disebut “ Capsula Bowman”.  Gabungan antara capsula Bowman dan glomerulus disebut “Corpusculum Renalis”.

Endotel dari kapiler glomerulus  mempunyai  banyak pori-pori (fenestra), sehingga daya saringnya tinggi. Hal ini menyebabkan cairan dari darah berpindah melalui fenestra ke dalam capsula Bowman, kecuali sel darah dan protein.  Cairan yang berasal dari plasma ini disebut “filtrat” yang merupakan bahan mentah untuk diproses dalam tubulus renalis untuk menjadi urin. 

Capsula Bowman. Bagian eksternal dari capsula Bowman terdiri dari epitel squamous selapis yang tidak berperan dalam filtrasi. Bagian internalnya melapisi kapiler glomerulus, yang terdiri dati sel epitel bercabang-cabang yang disebut “podosit” (sel kaki). Podosit mempunyai tonjolan-tonjolan/processus seperti kaki yang saling terjalin di tempat melekatnya pada membrane basalis glomerulus. Celah diantara tonjolan ini disebut sebagai  celah filtrasi/filtration slit, yang menjadi jalan filtrate masuk ke dalam capsula Bowman.

Tubulus Renalis panjangnya sekitar 3 cm dan terbagi menjadi tiga bagian utama yaitu tubulus contortus proximalis  (Proximal convoluted tubule/PCT), Loop of Henle, dan  tubulus contortus distalis  (Distal convoluted tubule/DCT).  Istilah distal dan proksimal merujuk pada hubungannya dengan corpusculum renalis. 

Duktus koligentes menerima filtrate dari nefron (lebih tepatnya tubulus contortus distalis), berjalan dalam piramida renalis/medulla. Saat mendekati pelvis renalis, duktus koligentes menyatu dan mengalirkan urin ke calyx minor.  

Nephron cortical mencapai 85% dari seluruh nephron di ginjal. Sesuai dengan namanya, nephron cortical berlokasi di korteks, kecuali sedikit bagian loop oh Henle yang menjulur di medulla. Nephron lainnya adalah nephron jukstamedulla yang berawal di perbatasan antara korteks dan medulla, dan berperan penting dalam mengkonsentrasikan urin. Loop of Henlenya menjulur jauh ke medulla dan jauh lebih panjang adari nephron cortical.

3. PROSES PEMBENTUKAN URIN

Sekitar 1200 ml darah melewati glomerulus tiap menit, 650 ml-nya plasma dan 15o ml dari plasma ini disaring masuk ke tubulus renalis. Kerja ini sebanding dengan memfiltrasi seluruh volume plasma 60x/hari. Kerja ginjal ini menyebabkan ginjal mengonsumsi 20-25% oksigen yang dibutuhkan seluruh tubuh.

Filtrat dan urin cukup berbeda. Filtrat mengandung semua yang dibutuhkan dalam plasma darah, kecuali protein, tapi saat mencapai duktus koligentes filtrate sudah kehilangan sebagian besar air, nutrient, dan ion menyisakan apa yang disebut urin. Urin terutama mengandung sisa metabolic dan bahan yang tidak dibutuhkan tubuh.

Pembentukan urin dan pengaturan komposisi darah melibatkan 3 proses utama : filtrasi glomerulus, reabsorbsi tubular, dan sekresi tubular. Sebagai tambahan, duktus coligentes bekerja mengonsentrasikan atau mengencerkan urin.

1. Langkah 1 : Filtrasi Glomerulus

Filtrasi glomerulus adalah proses pasif, dimana tekanan hidrostatik menekan cairan dan solute melalui membran basalis glomerulus. Glomerulus merupakan filter yang lebih efisien dibanding kapiler karena 1) membrane filtrasinya mempunyai permukaan yang luas dan beribu kali lebih permeabel terhadap air dan solute, dan 2) tekanan darah dalam glomerulus lebih besar dari kapiler (55 mmHg : 18 mmHg) sehingga tekanan filtrasi lebih tinggi. Hasilnya, ginjal memproduksi 180 L filtrate /hari dibanding 3-4 L yang dihasilkan sekuruh kapiler tubuh.

Darah memasuki glomerulus melalui arteri afferent.  Kemudian darah difiltrasi di glomerulus, direabsorbsi dan sekresi di tubulus.  Pada filtrasi terjadi penyaringan oleh  tiga lapisan yaitu endotel kapiler glomerulus, podosit (sel  epitel dari kapsul), dan membrane basalis. 

Molekul yang lebih kecil dari 3 nm (air, glukosa, asam amino, dan sampah nitrogen) lewat dengan bebas melalui membrane glomerulus. Molekul yang lebih besar lebih sulit lewat. Karena protein plasna tidak dapat melewati membran glomerulus, maka tekanan osmotic dalam   glomerulus terjaga dan mencegah keluarnya semua air ke tubulus renalis.  Adanya protein atau sel darah dalam urin menunjukkan masalah pada membrane filtrasi.

Tekanan Filtrasi

Tekanan filtrasi bertanggung jawab atas pembentukan filtrate. Tekanan filtrasi ditentukan oleh 1) tekanan hidrostatik glomerulus (tekanan darah dalam glomerulus) (THG),  2) tekanan osmotic darah glomerulus (TOG), dan 3) tekanan hidrostatik capsula Bowman (THC).

Tekanan Filtrasi = THG – (TOG+THC)

                                   =  55 mmHg – (30 mmHg+15 mmHg)

                                   = 10 mmHg

 Glomerular Filtration Rate (GFR)
GFR adalah volume filtrat yang terbentuk tiap menit. Faktor yang mempengaruhi volume filtrasi glomerulus adalah 1) permukaan total glomerulus yang mampu memfiltrasi, 2) permeabilitas  membra filtrasi, dan 3)  tekanan filtrasi glomerulus.

Pada dewasa, GFR normal adalah 120 – 125 ml/menit. Karena kapiler glomerulus sangat permeabel dan permukaannya sangat luas (totalnya = permukaan kulit), sejumlah besar filtrate dapat terbentuk hanya dengan tekanan filtrasi sedang (10 mmHg).  Tetapi penurunan tekanan filtrasi 18% saja sudah akan menghentikan filtrasi.

Regulasi Filtrasi Glomerular

GFR diatur oleh kontrol intrinsik dan ekstrinsik. Kedua jenis kontrol ini bekerja pada situasi yang berbeda. Ginjal membutuhkan GFR yang konstan untuk dapat bekerja dan menjaga homeostasis. Sedangkan tubuh membutuhkan tekanan darah dan volume darah yang konstan.  Kontrol intrinsik (autoregulasi) bekerja lokal pada ginjal untuk menjaga GFR, sedangkan kontrol ekstrinsik  bekerja pada sistem endokrin dan syaraf untuk mengatur tekanan darah.

1. Kontrol intrinsik : Autoregulasi renal. Melalui pengaturan resistensi terhadap aliran darah, ginjal dapat mengatur GFR. Terdapat 2 macam kontrol

• Mekanisme myogenik disebabkan kecenderungan otot polos vascular yang cenderung berkontraksi bila teregang. Peningktan tekanan darah sistemik menyebabkan kontriksi arteriole afferent, yang menghambat aliran darah ke glomerulus menghambat peningkatan tekanan hidrostatik glomerulus. Penurunan tekanan darah sistemik dilatasi arteriole afferent meningkatkan tekanan hidrostatik glomerulus. Kedua respon tersebut menjaga GFR tetap normal.
• Mekanisme feedback tubuloglomerular, diatur oleh macula densa pada apparatus jukstaglomerular. Kompleks juukstaglomerular terdiri dari macula densa di tubulus distalis dan sel jukstaglomerular (sel JG) di dinding arteriole afferent dan efferent. Mekanisme feedback tubuloglomerular memiliki 2 komponen yaitu 1) mekanisme feedback arteriole afferent, dan 2) mekanisme feedback arteriole efferent. Sel macula densa merespon perubahan konsentrasi NaCl (yang bervariasi tergantung pada kecepatan aliran filtrate). Saat GFR meningkat, waktu untuk reabsorbsi NaCl terbatas dan konsentrasi NaCl dalam filtrate tetap tinggi. Hal ini menyebabkan macula densa melepas  vasokonstriktor kimiawi yang menyebabkan konstriksi arteriole afferent menurunkan aliran darah ke glomerulus  menurunkan tekanan Filtrasi (NFP/Net Filtration rate) dan GFR waktu lebih lama untuk reabsorbsi NaCl. Sedangkan bila konsentrasi NaCl filtrate menurun dideteksi macula densa vasokonstriktor dihambat vasodilatasi arteriole afferent  meningkatkan NFP dan GFR.

2. Kontrol ekstrinsik : neuronal dan hormonal

• Kontrol sistem syaraf simpatik menjaga homeostasis tubuh. Saat cairan ekstraseluler normal dan syaraf simpatik istirahat, pembuluh darah renal dilatasi maksimal dan mekanisme autoregulasi bekerja. Tetapi saat stress berat atau emergensi, dimana aliran darah diutamakan ke organ vital, kontrol neural akan mendominasi mekanisme autoregulasi ginjal. Norepinephrine yang dilepaskan syaraf simpatik (dan epinephrine dari medulla adrenal)  bekerja pada reseptor alfa-adrenergik pada otot polos vaskular mengkonstriksikan arteriole afferent  menghambat pembentukan filtrat secara tidak langsung merangsang macula densa stimulasi sistem renin-angiotensin.
• Kontrol renin-Angiotensin dipicu oleh berbagai stimulus pada sel granular sehingga melepas renin. Renin bekerja terhadap angiotensinogen (plasma globulin yang dibentuk di hepar) mengubahnya jadi angiotensin 1à diubah oleh  by angiotensin converting enzyme (ACE) à jadi angiotensin 2 à bekerja dalam 5 cara untuk menstabilkan tekanan darah sistemin dan volume ekstraseluler :

1. sebagai vasokonstriktor poten à Meningkatkan tekanan darah arteri (mean arterial pressure)
2. menstimulasi reabsorbsi sodium, secara langsung dengan bekerja pada tubulus renalis dan secara tidak langsung dengan merangsang pelepasan aldosteron dari korteks adrenal. Karena air mengikuti sodium secara osmotik, maka volume dan tekanan darah meningkat.
3. Menstimulasi hipotalamus untuk melepaskan antidiuretic hormone (ADH) dan mengaktivasi pusat haus hipotalamus à meningkatkan volume darah.
4. Meningkatkan reabsorbsi cairan dengan menurunkan tekanan hidrostatik tekanan hidrostatik kapiler peritubuler. Penurunan tekanan terjadi karena ini menurun  konstriksi arteriole efferent à penurunan tekanan hidrostatik di distal arteriole efferent à cairan dari intratubuler berdifusi ke kapiler peritubuler
5. Angiotensin II bekerja pada sel mesangeal glomerular menyebabkan kontraksi kapiler glomerulus à total permukaan kapiler glomerulus menurunà GFR menurun

Beberapa faktor yang bekerja independen atau kolektif merangsang pelepasan renin

• Penurunan regangan pada sel granular (di dinding A. afferent). Tekanan darah sistemik < 80 mmHg (misal perdarahan, dehidrasi ) à menurunkan regangan pada sel granular  à  stimulasi pelepasan renin.
• Stimulasi sel granular oleh sel macula densa yang teraktivasi. Bila sel macula densa mendeteksi konsentrasi NaCl rendah (aliran filtrate yang lambat) à sinyal ke sel granular untuk melepaskan rennin.  Sinyal yang diberikan dapat berupa penurunan ATP atau peningktan pelepasan prostaglandin, atau keduanya.
• Stimulasi langsung sel granular melalui reseptor β₁-adrenergicoleh syaraf simpatik renal.
• Berbagai factor yang mempengaruhi GFR. Renal memproduksi berbagai zat kimia yang bekerja sebagai parakrin (bekerja lokal), yaitu

a.   prostaglandin E2 (PGE2) bekerja sebagai vasodilator, mengcounter vasokonstriksi oleh norephinephrine dan angiotensin II. Hal ini bertujuan mencegah kerusakan renal saat merespon permintaan tubuh untuk meningkatkan resistensi perifer.

b. Adenosin dilepaskan sebagai ATP oleh sel macula densa, atau diproduksi ekstraseluler. Walaupun secara sistemik berfungsi sebagai vasodilator tetapi adenosine menyebabkan konstriksi vaskuler renal.

2. Langkah 2 : Reabsorbsi Tubular

Volume total plasma difiltrasi melalui tubulus renalis setiap 22 menit, sehingga plasma akan habis menjadi urin dalam 30 menit kecuali sebagian besar isi tubules diserap  kembali ke darah. Proses ini disebut reabsorbsi tubular, yaitu proses selektif trans epithelial yang dimulai segera setelah filtrate memasuki tubulus proksimal. Untuk mencapai aliran darah, substansi yang diserap harus bergerak melewati tiga barier   membran luminal dan  membran basolateral dari tubulus renalis, serta endotel dari kapiler peritubuler. Karena sel tubulus  dihubungkan oleh tight junction, pergerakan substansi antar sel terbatas, walaupun beberapa ion penting (Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, dan sejumlah Na⁺) bergerak melalui jalur paraseluler. 

Rute Transcellular dan paracellular dari reabsorbsi tubular.

 Air dan solute bergerak dari dalam lumen tubular ke kapiler peritubular melalui transelular atau paraselular. Rute transelular terdiri dari

 (1) transport melewati membrane luminal

(2) difusi menyeberangi sitosol

(3) transport melewati membrane basolateral

(4) pergerakan pada cairan interstitial menuju kapiler.

Transport transeluler biasanya terjadi pada ruang interseluler lateral, karena  ATP-dependent pump yang terletak di membrane basolateral memompa ion ke ruang ini. Pada ginjal normal mereabsorbso semua nutrient organi seperti glukosa dan asam amino untuk menjaga konsentrasi plasma. Sedangkan reabsorbsi air dan ion diregulasi terus menerus. Tergantung pada substansi yang ditransport, proses reabsorbsi dapat pasif (tidak perlu ATP) atau aktif.

                 

Reabsorbsi sodium

Ion sodium adalah kation yang dominan di filtrate, dan 80% energy untuk aktif transport digunakan untuk reabsorbsi sodium. Reabsorbsinya hampir selalu aktif dan melalui rute transeluler (transepitelial). Secara umum, dua proses dasar yang mendorong transport aktif Na⁺ terjadi pada tiap segmen tubulus: (1) Na⁺ dari filtrate memasuki  sel tubulus melalui membrane luminal, lalu (2) ditransport aktif keluar sel tubulus dengan Na⁺-K⁺ ATPase pump yang terdapat pada membrane basolateral. Dari sini,  Na⁺ dibawa oleh aliran air ke kapiler peritubuler dengan cepat karena rendahnya tekanan hidrostatik kapiler dan tingginya tekanan osmotik.

Reabsorpsi air, ion, dan nutrien

Pada reabsorpsi pasif tubular (termasuk difusi, difusi terfasilitasi, dan osmosis) substansi berpindah sesuai gradient elektrokimianya tanpa menggunakan ATP. Saat berpindah dari sel tubulus ke kapiler peritubuler, Na⁺ menghasilkan gradient elektrik yang memfasilitasi reabsorbsi anion      ( misal Cl^– dan HCO₃^–) untuk mengembalikan muatan elektrik netral pada filtrate dan plasma.

Sebagaimana kita lihat, pergerakan  Na⁺ juga menghasilkan gradient osmotic yang kuat, dan air bergerak secara osmosis ke kapiler peritubuler, melalui kanal air aquaporin. Pada region tubulus yang permeabel terhadap air (misal  PCT), aquaporin merupakan komponen yang selalu ada pada membrane sel tubulus. Karena kanal ini selalu ada, pada tubulus proksimal selalu terjadi absorbs air tidak peduli kondisi tubuh saat itu (overhidrasi atau dehidrasi). Aquaporin tidak terdapat di membrane luminal duktus koligentes, kecuali bila ada ADH.

Bersamaan dengan pindahnya air dari tubulus ke kapiler peritubuler, konsentrasi filtrate meningkat, dan solute dalam filtrate cenderung mengikuti gradient konsentrasi menuju ke kapiler peritubuler. Fenomena solute mengikuti solvent ini menjelaskan reabsorpsi pasif sejumlah solute yang terdapat pada filtrate (kation, fatty acid, dan urea). Hal ini juga menjelaskan mengapa obat atau toksin yang larut lemak sulit diekskresikan. Senyawa yang larut lemak dengan mudah melewati membrane, mereka akan mengikuti gradient konsentrasi dan direabsorbsi.

Beberapa substansi direabsorpsi dengan transport aktif sekunder (dorongan transport ini berasal dari gradient yang diciptakan oleh Na⁺-K⁺ pump pada membrane basolateral ) termasuk glukosa, asam amino, laktat, vitamin, dan sebagian besar kation.

Kecuali Na⁺, terdapat  transport maksimum (T_m) untuk semua substansi yang ditransport aktif. T_m (dalam mg/min) menunjukkan jumlah karier dalam tubulus renalis yang tersedia untuk mengangkut tiap partikel. Secara umum, tersedia banyak karier sesuai dengan kebutuhan, sehingga T_m glukosa dijaga tetap tinggi dan karier untuk substansi yang tidak dibutuhkan tubuh hanya sedikit atau tidak ada. Apabila karier sudah jenuh (semua terikat pada substansi yang ditransportnya) maka kelebihan substansi akan diekskresi ke urin.

Pada orang yang hiperglikemi akibat DM yang tidak terkontrol, saat kadar glukosa mencapai 400 mg/ml akan melebihi T_m. glukosa 375 mg/ml sehingga sejumlah besar glukosa tidak tereabsorbsi dan hilang bersama urin walaupun fungsi tubulus renalis masih normal.

Semua protein plasma yang dapat melewati membrane filtrasi akan dihilangkan dari filtrate pada tubulus proksimal dengan endositosis, dipecah menjadi asam amino, dan ditransfer ke kapiler peritubuler.    

Substansi yang tidak direabsorbsi

Beberapa substansi tidak atau hanya sebagain direabsorbsi,  karena (1) tidak punyai karier atau kanal, (2) tidak larut lipid, atau (3) terlalu besar untuk melewati tight junction di antara sel tubular.  Yang paling penting adalah produk akhir metabolism  nitrogen dan asam nukleat: urea, kreatinin, dan asam urat. Pengaturan urea pada nephron agak rumit, tapi hasil akhirnya 50-60% urea pada filtrate direabsorbsi. Kreatinin, molekul tidak larut lemak dan berukuran besar, tidak direabsorbsi sama sekali. Konsentrasi plasmanya stabil selama massa otot stabil, sehingga menjadi penanda yang baik dalam mengukut GFR dan fungsi glomerular.

Kemampuan reabsorbsi tubulus renalis dan duktus koligentes.

1. Tubulus contortus proksimal (TCP). Walaupun seluruh tubulus renalis berperan dalam reabsorbsi pada derajat yang berbeda, tetapi tubulus proksimalis merupakan tempat reabsorbsi yang paling aktif. Normalnya TCP akan mereabsorbsi seluruh glukosa, laktat, dan asam amino pada filtrate, serta 65% air dan sodium. Sedangkan 90% bicarbonate (HCO₃^–), 60% Cl^–, dan sekitar 55% K⁺ juga direabsorbsi di PCT. Hampir seluruh asam urat juga direabsorbsi di TCP  tapi nantinya akan disekresikan kembali ke filtrate.

2. Loop of Henle (LOH). Setelah TCP, permeabilitas epitel tubulus berubah. Di LOH, untuk pertama kalinya reabsorbsi air tidak berpasangan dengan reabsorbsi solute. Air dapat berdifusi  meninggalkan LOH descenden tapi tidak pada ascenden dimana tidak terdapat aquaporin. Perbedaan ini berperan penting pada kemampuan ginjal untuk mengatur konsentrasi urin.  Sedangkan absorpsi solute hanya terjadi di bagian ascenden LOH. Pada bagian tipis LOH ascenden Na⁺ bergerak secara pasif sesuai dengan gradient konsentrasi yang dihasilkan oleh reabsorbsi air. Pada bagian tebal LOH ascenden, perpindahan Na⁺terjadi karena adanya  Na⁺-K⁺-2Cl^– symporter, Na⁺-H⁺ antiporter, atau melalui rute paraceluler.

3. Tubulus contortus distalis (TCD) dan Duktus Koligentes. Saat filtrate mencapai TCD, hanya 10% dari solute NaCL dan 25% air awal yang tetap di dalam tubulus. Reabsorpsi NaCl dapat terjadi di TCD melalui Na⁺-Cl^– symporter. Tetapi kebanyakan reabsorbsi di bagian  ini tergantung pada kebutuhan tubuh saat itu dan diregulasi oleh hormone (aldosteron untuk Na⁺, ADH untuk air, dan PTH untuk  Ca²⁺).

Kontrol kerja TCD dan Duktus Koligentes

• Apabila tidak ada hormon regulator maka TCD dan duktus koligentes tidak permeabel terhadap air. Reabsorbsi air tergantung pada adanya ADH yang membuat duktus koligentes lebih permeabel terhadap air dengan penyisipan aquaporin ke membrane lumen duktus koligentes.
• Aldosteron mengatur reabsorbsi sisa Na⁺ di filtrate. Penurunan volume darah atau tekanan darah, konsentrasi Na⁺ ekstraseluler yang rendah (hiponatremia), atau konsentrasi K⁺ (hiperkalemia) merangsang korteks adrenal melepaskan aldosteron. Kecuali hiperkalemia yang secara langsung merangsang adrenal,  kondisi lainnya akan mengaktifkan mekanisme renin-angiotensin-aldosteron. Aldosteron merangsang sel pada duktus koligentes dan di distal TCD untuk membuka atau menyintesa lebih banyak kanal Na⁺ dan K⁺ di membran  luminal, dan lebih banyak kanan  Na⁺-K⁺ ATPases di membran basolateral). Sebagai hasilnya, sedikit atau tidak ada Na⁺ yang keluar bersama urin. Tanpa adanya aldosteron, hanya sedikit Na⁺ yang direabsorbsi pada TCD dan DK. 

Efek lain aldosteron adalah untuk memfasilitasi reabsorbsi air. Saat Na⁺ direabsorbsi, air juga akan mengikutinya. Aldosteron akan menurunkan kadar K⁺ darah karena reabsorbsi Na⁺  akan berpasangan dengan sekresi K⁺ , sehingga  Na⁺ masuk dan K⁺  keluar ke lumen

• Atrial natriuretic peptide (ANP) bekerja berlawanan dengan aldosteron. ANP bekerja menurunkan Na⁺ darah sehingga menurunkan volume darah dan tekanan darah. ANP dilepaskan oleh sel atrial jantung saat volume dan tekanan darah meningkat. ANP menurunkan kadar Na⁺ melalui beberapa cara (1) bekerja langsung pada duktus koligentes medulla untuk menghambat reabsorbsi Na⁺, (2)n secara tidak langsung menghambat reabsorbsi Na⁺ dengan mengcounter efek stimulasi angiotensin II terhadap sekresi aldosteron di korteks adrenal, dan (3) secara tidak langsug meningkatkan GFR melalui arteriole renalis sehingga menurunkan reabsorbsi air à volume darah menurun. 

3. Langkah 3 : Sekresi tubular

Sekresi tubular adalah kebalikan dari reabsorbsi tubular. Substansi seperti ⁺, K⁺, NH₄⁺, creatinine, dan senyawa organic tertentu berpindah dari kapiler peritubuler ke lumen tubulus atau disintesa dalam sel tubulus lalu disekresi ke lumen. Dengan demikian urin mengandung zat yang difiltrasi dan disekresi. Kecuali untuk K⁺, TCP merupakan tempat sekresi utama, tapi duktus koligentes bagian kortikal dan bagian distal TCD juga aktif. Tujuan sekresi tubular adalah

1. Membuang substansi, seperti obat dan metabolit yang terikat pada plasma protein (yang tidak dapat lewat saat filtrasi glomerulus)
2. Mengeliminasi substansi atau produk sisa yang tidak  diinginkan, yang direabsorbsi secara pasif (urea dan asam urat)
3. Membuang kelebihan K⁺. Seluruh K⁺ pada filtrate direabsorbsi di TCP dan LOH ascenden, yang berarti bahwa semua K⁺ pada urin berasal dari aktivitas aldosteron yang memicu sekresi K⁺ di TCD dan duktus koligentes.
4. Mengontrol pH darah. Saat pH darah turun, sel tubulus renalis mensekresi lebih banyak  H⁺ ke filtrate dan menyimpan lebih banyak HCO₃^–.. Hasilnya, pH darah meningkat dan urin membuang kelebihan H⁺. Sebaliknya bila pH darah alkali, Cl^– direabsorbsi sedangkan HCO₃^– dibuang bersama urin.

4. EKSKRESI DAN MIKSI

Ekskresi urin dari ginjal menuju ke Vesica Urinaria:  Urin melewati pelvis renalis menuju ureter, dengan dibantu kontraksi otot polos pelvis renalis. Kontraksi otot polos  ureter mengawali rangkaian peristaltik yang mendorong urin menuju vesica urinaria. Saat tekanan dalan vesica urinaria meningkat, refluks urine ke dalam ureter dicegah oleh  otot polos vesica urinaria yang menjepit ureter (saat ureter memasuki VU).

Mikturisi adalah kejadian pengosongan vesica urinaria (kandung kemih). Sebagian besar waktu, manusia tidak miksi terus menerus, tapi menyimpan urin dengan bantuan reflek penyimpanan (storage reflex). Pada saat urin terakumulasi, distensi (pengembangan) dinding vesica urinaria akan mengaktifkan reseptor regangan  (stretch receptor).  Impuls dari reseptor yang teraktivasi akan diteruskan melalui syaraf afferent menuju medulla spinalis bagian sacralis. Aktivasi syaraf sacralis ini akan memicu reflex spinal  yang kemudian akan :

1. Meningkatkan inhibisi / hambatan simpatis terhadap otot detrusor vesica urinaria, sehingga otot  sphincter interna akan tetap menutup (sementara)
2.  

Menstimulasi konstraksi  otot sphincter urethra externa melalui aktivasi nervus pudendus.   

Bila sekitar 200 ml urin terkumpul, impuls afferent akan dikirimkan ke otak, sehingga menimbulkan rasa ingin segera miksi. Kontraksi vesica urinaria menjadi lebih sering dan lebih mendesak, dan bila dianggap memungkinkan untuk mengosongkan vesica urinaria (keputusan ini dibuat oleh korteks cerebri), maka refleks miksi akan dimulai.

Sumber : Marieb EN, Hoehn K. Human Anatomy & Physiology  7^th.  2007. Pearson Education Inc.            

Refleks Miksi

Impuls afferent akan mengaktivasi pusat miksi yang terdapat pada pons dorsolateral.  Pusat miksi ini bekerja seperti  sakelar on/off untuk mikturisi. Pusat miksi member sinyal  kepada neuron parasimpatik untuk menstimulasi kontraksi otot detrusor, sehingga membuka otot sphincter interna. Pusat miksi juga menghambat  syaraf efferent somatik sehingga menyebabkan relaksasi otot sphincter eksterna, dan urin bias mengalir ke urethra untuk kemudian dikeluarkan.

Bila seseorang memutuskan untuk tidak miksi, maka refleks kontraksi otot detrusor vesica urinaria akan menghilang dan urin tetap terakumulasi. Karena otot sphincter externa dapat dikontrol secara volunteer (sadar) maka kita dapat memutuskan untuk tetap membuatnya tertutup dan menunda pengosongan  vesica  urinaria, Sesudah isi urin yang tersimpan dalam vesica urinaria mencapai 200-300 ml atau lebih, refleks miksi akan terjadi lagi, dan bila miksi ingin ditunda maka refleks ini akan menghilang lagi. Keinginan untuk miksi tidak dapat ditahan pada saat volume urin melebihi 500-600 ml, sehingga urin  akan memaksa untuk keluar baik kita ingin atau tidak.  Setelah miksi umumnya hanya sekitar 10 ml urin tertinggal dalam vesica urinaria.

STEP 5:  IDENTIFIKASI SASARAN PEMBELAJARAN

1. Struktur organ  yang berperan dalam produksi dan ekskresi urin
2. Mekanisme kerja ginjal dalam menghasilkan urin
3. Mekanisme yang mengontrol fungsi ginjal dalam memproduksi urin
4. Mekanisme regulasi ekskresi urin dan miksi

2. KULIAH

1. Anatomi dan Histologi : traktus urinarius

Sasaran pembelajaran :

1. Menjelaskan topografi, inervasi, vaskularisasi, sistem limfatik dan variasi anatomis (usia, gender, individual) traktus urinarius
2. Mengidentifikasi struktur mikroskopis traktus urinarius

Sumber belajar :

1. Bloom & Fawcett, Buku Ajar Histologi;; Penerbit EGC; 2002
2. Clinically Oriented Anatomy, 5th ed.; Keith L.Moore, Arthur F.Dalley.; Lippincott Williams & Wilkins; 2006;  Bab 3 Pelvis & Perineum.

2. Anatomi: Anatomi pelvis dan dasar panggul

Sasaran pembelajaran :

1. Menjelaskan struktur dan variasi pelvis
2. Menjelaskan struktur dan fungsi diafragma pelvis
3. Menjelaskan struktur dan fungsi diafragma urogenital

Sumber belajar

Clinically Oriented Anatomy, 5th ed.; Keith L.Moore, Arthur F.Dalley.; Lippincott Williams & Wilkins; 2006;  Bab 3 Pelvis & Perineum.

3. Faal: Regulasi sistem syaraf otonom

Sasaran pembelajaran :

1. Menjelaskan struktur syaraf otonom (asalnya di SSP, lokasi ganglia, pathway general) dan perbedaannya secara makroskopis dan mikroskopis dengan syaraf somatik.
2. Menjelaskan kontrol dan regulasi syaraf otonom
3. Menjelaskan efek syaraf otonom terhadap berbagai organ, terutama pada regulasi traktus urinarius
4. Menjelaskan aspek perkembangan sistem syaraf otonom

Sumber Belajar :

1. Sherwood L., Human Physiology : from cells to system, 5^th ed.; Thomson Brooks Co. 2004,
2. Guyton A.C., Hall J.E., Textbook of Medical Physiology, 11^th ed.; WB Saunders & Co; 2006,

4. Kuliah MKDU Bahasa Indonesia

3.  PRAKTIKUM

1. Anatomi dan Histologi traktus urinarius

    Sasaran pembelajaran :

1. Mengidentifikasi struktur makroskopis traktus urinarius
2. Mengidentifikasi struktur mikroskopis traktus urinarius

3. LABORATORIUM KETRAMPILAN MEDIK :

 Sumber belajar : Buku Keterampilan Medik

 

 

 

MODUL 2 KESEIMBANGAN CAIRAN, ELEKTROLIT, DAN ASAM BASA

 SASARAN PEMBELAJARAN MODUL                 :

Pada akhir modul 2 mahasiswa diharapkan mampu :

1. Menjelaskan cairan tubuh dan distribusinya dalam kompartemen (kuliah)
2. Menjelaskan mekanisme regulasi keseimbangan air  dan elektrolit (tutorial)
3. Mengidentifikasi sifat fisik dan kimia urin serta sperma(praktikum)
4. Menjelaskan mekanisme homeostasis asam basa (kuliah)
5. Menjelaskan dasar-dasar farmakodinamika : dose-response & interaksi drug-receptor (kuliah)

 

KEGIATAN PEMBELAJARAN :

1. TUTORIAL

SKENARIO     :

TUMBANG  BUKAN KARENA KALAH

Pembukaan Olimpiade Sains Nasional (OSN) IX di Lapangan Merdeka Medan yang dimulai pukul 09.00  sampai 12.00 WIB, ternyata membuat banyak orang mengeluh kepanasan dan kehausan. Di lapangan yang dijadikan ruang tertutup, beratap terpal dan berdinding ’kain’ itu suasana memang terasa panas dan lembab dengan temperatur mencapai 31^oC.  Pantauan wartawan koran ini hingga acara berakhir, dari total 400 peserta pembukaan  ada  20 orang peserta tumbang dan  mendapat perawatan dari petugas di posko kesehatan. Dari pemeriksaan petugas, rata – rata peserta mengalami  diaphoresis, bibir kering, frekuensi pernapasan lebih dari 24 kali per menit, nadi lebih dari 120 kali per menit, dan temperatur aksiler berkisar 38^o C. 

Modifikasi dari :  Harian Sumut Pos

   03 Agustus 2010

 

STEP  1.KLARIFIKASI SKENARIO

1. Haus   : dorongan untuk minum
2. Nadi : frekuensi denyut arteri yang bersifat elastis sehingga jika tidak ada kelainan pada pembuluh darah besar frekuensinya sama dengan denyut jantung per menitnya, dimana nilai normalnya berkisar antara 60 – 100 kali per menit pada orang dewasa.
3. Frekuensi pernapasan : jumlah banyaknya pernafasan per menit yang diukur pada saat istirahat, dimana nilai normalnya berkisar antara 12 – 20 kali pernafasan per menitnya pada orang dewasa.
4. Panas : suatu bentuk energy yang mengalir dari temperature tinggi ke temperature rendah
5. Temperatur tubuh : ukuran kemampuan badan untuk menghasilkan dan mendapatkan panas, dalam keadaan normal berkisar 37^O C
6. Diaphoresis  : istilah umum untuk pengeluaran keringat yang berlebih, biasanya dipicu oleh faktor tertentu (panas, aktivitas fisik, emosi, dll). Berbeda dengan hyperhidrosis yang lebih ditujukan pada produksi keringat berlebih tanpa sebab yang jelas.

 

 

STEP 2. IDENTIFIKASI MASALAH

 

1. Mengapa sebagian peserta pingsan?
2. Mengapa sebagian besar  peserta yang lain tidak pingsan?
3. Apa hubungannya kejadian tersebut dengan kondisi yang lembab dan panas ?
4. Organ apa saja yang berperan dalam kejadian tersebut?
5. Mengapa muncul rasa haus?
6. Mengapa terjadi diaphoresis?
7. Mengapa nadi menjadi lebih cepat?
8. Mengapa temperatur aksiler meningkat?
9. Mengapa frekuensi pernapasan meningkat?
10. Apakah peristiwa pingsan ini dapat dicegah?
11.   Perawatan apa yang sebaiknya diberikan oleh petugas kesehatan sebagai pertolongan pertama?

 

STEP 3. ANALISIS MASALAH

1. Sumber intake dan kehilangan air dan elektrolit

Sumber intake dan kehilangan air

Agar tubuh mendapat hidrasi normal, air harus masuk dan keluar secara seimbang. Konsumsi air sangat bervariasi pada tiap individu dan sangat dipengaruhi oleh kebiasaan, tapi rata-rata  2500 ml/hari pada dewasa. Kebanyakan air memasuki tubuh melalui minuman atau makanan padat. Air dalam tubuh yang diproduksi melalui metabolism seluler disebut air metabolism atau air oksidasi.

Pengeluaran air terjadi melalui beberapa rute, yaitu 1) insensible water loss, melalui evaporasi keluar dari paru-paru atau langsung melalui kulit, 2) perspirasi, 3) feces, atau 4) melalui urin (60%).   Pada orang sehat mempunyai kemampuan untuk memelihara tonisitas cairan tubuh dalam rentang yang sangat sempit  (280–300 mOsm/kg). 

Peningkatan osmolaritas plasma akan merangsang 1) haus (mendorong minum air), 2) pelepasan ADH yang menyebabkan ginjal mereabsorbsi air dan mengekskresi urin yang terkonsentrasi.  Penurunan osmolalitas menghambat haus dan pelepasan ADH, yang akan diikuti dengan pengeluaran urin encer dalam volume yang besar.
 

Regulasi Output cairan
Output sejumlah air tidak terhindarkan. Kehilangan air yang pasti terjadi (obligatory  water loss) menjelaskan mengapa kita tidak dapat hidup lama tanpa minum.  Bahkan konservasi air yang sangat ketat oleh ginjal tidak dapat mengkompensasi tidak adanya intake air. Obligatory water loss termasuk insensible water loss, air yang keluar bersama residu makanan di feces, dan sensible water loss minimum melalui urin 500 ml/hari. Obligatory water loss melalui urin merefleksikan fakta bahwa 1) saat kita makan diet yang adekuat, kidney akan mengekskresikan 900–1200 mOsm solute untuk menjaga homeostasis darah, 2) ginjal harus mengeluarkan solute urin keluar tubuh bersama air.

Di luar obligatory water loss, konsentrasi solute dan volume urin yang diekskresi tergantung pada intake cairan, diet, dan kehilangan air melalui rute lain. Misalnya, bila kita berkeringat banyak saat kepanasan, maka urin yang diekskresikan lebih sedikit untuk menjaga keseimbangan air.  Normalnya, ginjal mulai mengeliminasi kelebihan air sekitar 30 menit setelah dikonsumsi. Delay ini menunjukkan waktu yang dibutuhkan untuk menghambat pelepasan ADH. Diuresis memcapai puncaknya dalam 1 jam setelah minum dan menurun sampai titik terndah setelah 3 jam.
 

2. Mekanisme regulasi cairan oleh ginjal dan kardiovaskuler, termasuk pembuluh darah perifer

Volume cairan tubuh berhubungan erat dengan “magnet air” yaitu natrium/sodium. Kemampuan tubuh dalam menjaga keseimbangan air melalui output urin sebenarnya adalah masalah keseimbangan natrium dan air karena keduanya diatur secara simultan oleh mekanisme yang bertugas mengatur fungsi kardiovaskular dan tekanan darah.

Pengaruh ADH (vasopresin)
Jumlah air yang direabsorbsi pada duktus koligentes sebanding dengan pelepasan ADH. Ketika kadar ADH rendah, kebanyakan air yang mencapai duktus koligentes tidak direabsorbsi tapi dibiarkan lewat karena tidak adanya aquaporin pada membrane luminal pada sel principalis duktus koligentes sehingga menghambat pergerakan air. Hasilnya adalah  urin yang encer dan volume cairan tubuh  menurun. Saat tingkat ADH tinggi, banyak aquaporin diinsersikan ke membran sel principalis membrane luminal sehingga  sebagian besar air dalam filtrate direabsorbsi, dan hanya sebagian kecil volume air diekskresi.

Osmoreseptor pada hipotalamus mendeteksi konsentrasi ECF dan memicu atau menghambat pelepasan ADH dari pituitary posterior. Penurunan osmolalitas ECF menghambat pelepasan ADH  air diekskresi ke urin  mengembalikan osmolalitas darah ke normal. Sedangkan peningkatan osmolalitas darah memicu pelepasan ADH.

Sekresi ADH juga dipengaruhi oleh perubahan drastis dari volume dan tekanan darah. Penurunan tekanan darah   memicu peningkatan sekresi ADH dari pituitary posterior baik secara langsung melalui baroreseptor atau secara tidak langsung melalui jalur renin-angiotensin.

Faktor yang memicu pelepasan ADH melalui penurunan volume darah antara lain demam yang lama, keringat berlebihan, muntah, diare, perdarahan berat, dan luka bakar. Pada kondisi tersebut, ADH bekerja dengan mengkonstriksikan arteriole  langsung meningkatkan tekanan darah.

3. Peran hipotalamus sebagai pusat haus

Mekanisme haus merangsang seseorang untuk minum. Peningkatan osmolalitas plasma 2-3% saja sudah akan merangsang pusat haus di hipotalamus. Salah satu tanda kekurangan cairan adalah mulut kering yang disebabkan peningkatan tekanan onkotik plasma  sehingga hanya sedikit cairan yang meninggalkan aliran darah karena kelenjar saliva mengambil air yang dibutuhkannya dari darah maka hanya sedikit saliva yang diproduksi  timbul keinginan untuk minum. Respon yang sama dihasilkan oleh penurunan volume atau tekanan darah (10-15%), yang merupakan stimulus yang kurang poten.

Neuron di pusat haus hipotalamus terstimulasi saat sel osmoreseptornya kehilangan air melalui osmosis ke ECF yang hipertonik, atau diaktifkan oleh angiotensin II, atau oleh input baroreseptor, atau oleh stimulus lain. Secara keseluruhan, peristiwa ini menyebabkan sensasi subyektif berupa haus   merangsang untuk minum.

Segera setelah mulai minum, rasa haus langsung hilang, walaupun air belum terabsorbsi ke darah. Hilangnya rasa haus diawali oleh basahnya mukosa mulut dan pharing, serta teregangnya reseptor pada lambung dan intestinum yang memberikan sinyal feedback yang menghambat pusat haus. Hilangnya rasa haus secara cepat ini ditujukan untuk mencegah kita minum lebih dari yang dibutuhkan dan menyebabkan overhidrasi, serta memberi waktu untuk perubahan osmotik. 

Walaupun rasa haus merupakan indikator yang efektif akan kebutuhan cairan, tapi  tidak selalu tepat. Hal ini terutama terjadi pada saat atletik dimana rasa haus dapat dipuaskan jauh sebelum kebutuhan cairan terpenuhi. Selain itu, orang tua atau disorientasi mungkin tidak mengenali sinyal haus.

4. Mekanisme regulasi elektrolit terutama natrium oleh ginjal dan kardiovaskuler

Keseimbangan elektrolit
Elektrolit sebenarnya  termasuk garam, asam, dan basa. Tetapi istilah keseimbangan elektrolit sering merujuk pada keseimbangan garam pada tubuh. Garam berperan penting dalam mengontrol pergerakan cairan dan menyediakan mineral yang penting untuk eksitabilitas, aktivitas sekretorik, dan permeabilitas membran.

Garam memasuki tubuh melalui makanan, minuman, dan sejumlah kecil berasal dari aktivitas metabolik, Contohnya, fosfat dibebaskan dalam katabolisma asam nukleat dan matriks tulang.    

Garam hilang dari tubuh kita melalui keringat, feces, dan urin. Walaupun keringat normalnya hipotonik, tapi sejumlah besar garam dapat hilang pada saat cuaca panas sebanding banyaknya produksi keringat. Kelainan gastrointestinal dapat menyebabkan kehilangan garam melalui feces atau vomitus. Oleh karena itu kemampuan renal dalam mengatur keseimbangan cairan sangat berperan.

Peran utama Natrium dalam keseimbangan cairan dan elektrolit
Natrium memegang peran penting dalan homeostasis cairan dan elektrolit. Garam NaHCO₃ dan NaCl mencapai 90–95% dari solute dalam ECF, atau berkontribusi 280 mOsm dari konsentrasi total solute di ECF (300 mOsm). Pada konsentrasi normal plasma  142 mEq/L, Na⁺ merupakan kation paling banyak dalam ECF dan berperan utama menentukan tekanan osmotik. Membran plasma sel relative tidak permeable terhadap  Na⁺, tetapi sejumlah Na⁺ dapat berdifusi ke dalam sel dan lalu  harus dipompa keluar melawan  gradien elektrokimia.

Penting untuk dipahami bahwa walaupun jumlah Na⁺ tubuh berubah, tetapi konsentrasi di ECF relatif stabil karena pengaturan volume air. Karena cairan tubuh berada dalam keseimbangan osmotik maka perubahan Na⁺ plasma tidak hanya mempengaruhi volume plasma dan tekanan darah, tapi juga volume ICF dan IF (Interstitial fluid). Ion  Na⁺ terus menerus bergerak antara sekresi organ tubuh dan ECF. Misalnya : 8 L Na⁺ yang berada dalam sekresi organ (cairan gastric, intestinal, dan pancreas, saliva, dan empedu) diekskresikan ke traktus digestivus tiap hari, hanya untuk direabsorbsi lagi sebagian besar.  

Regulasi keseimbangan Natrium

Regulasi natrium dan air berhubungan erat dengan tekanan dan volume darah, dan melibatkan berbagai kontrol neural dan hormon.

Pada penjelasan berikut, keseimbangan Na⁺ akan diawali oleh penjelasan tentang peran aldosteron lalu diikuti dengan berbagai feedback yang berinteraksi mengatur keseimbangan natrium, air, dan tekanan darah.

Pengaruh aldosteron

Aldosteron berperan penting dalam regulasi konsentrasi ion di ECF. Tetapi dengan atau tanpa aldosteron, 65% natrium di filtrate renal  direabsorbsi di TCP dan 25% lainnya di LOH.

Bila konsentrasi aldosteron tinggi, seluruh natrium yang tersisa akan direabsorbsi di TCD dan duktus koligentes. Air akan mengikuti natrium kalau memungkinkan, yaitu bila ADH sudah meningkatkan permeabilitas duktus koligentes. Karena itu hasil akhir kerja aldosteron biasanya berupa retensi air dan elektrolit.

Bila pelepasan aldosteron dihambat  maka tidak akan terjadi reabsorbsi Na⁺ setelah TCD. Jadi, walaupun ekskresi sejumlah besar natrium pada urin selalu  sebagai akibat dari sekresi sejumlah besar air, tetapi tidak berlaku sebaliknya. Sejumlah urin yang mengandung sedikit natrium dapat diekskresi untuk menjaga keseimbangan air.

Pemicu paling penting dari pelepasan aldosteron adalah mekanisme renin-angiotensin yang difasilitasi oleh apparatus juxtaglomerular. Bila apparatus JG merespon 1) stimulasi simpatik, 2) penurunan konsentrasi NaCl filtrate, atau 3) penurunan regangan arteriole (akibat penurunan tekanan darah sistemik), maka sel granular akan melepas renin  mengkatalisa reaksi yang menghasilkan angiotensin II  pelepasan aldosteron. Sedangkan tekanan darah renal yang tinggi dan konsentrasi NaCl filtrate tinggi akan menghambat pelepasan renin, angiotensin II, dan aldosteron. Sel adrenal korteks juga akan secara langsung menstimulasi pelepasan aldosteron melalui peningkatan kadar kalium pada ECF.

Aldosteron bekerja lambat, dalam hitungan jam atau hari. Pada prinsipnya efek aldosteron adalah untuk menurunkan output urin dan menuingkatkan volume darah. Selain melepas aldosteron, angiotensin II juga menghasilkan sejumlah aksi, yang semuanya bertujuan untuk meningkatkan volume dan tekan arah.

Baroreseptor Cardiovascular
Volume darah  dimonitor dan diatur dengan hati-hati untuk menjaga tekanan darah dan fungsi kardiovaskular. Bila volume darah meningkat, baroreseptor di jantung, aorta, dan arteri karotis member peringatan ke pusat kardiovaskular di batang otak. Segera sesudahnya, impuls syaraf  simpatik  ke renal akan menurun  arteri afferent  berdilatasi.  Saat filtrasi glomerulus meningkat  output air dan natrium meningkat. Fenomena ini adalah bagian dari reflex baroreceptor.

Penurunan tekanan darah sistemik menyebabkan reflex konstriksi arteriole afferent, yang  akan menurunkan pembentukan filtrate dan ouput urin dan meningkatkan tekanan darah sistemik. Baroreceptor memberikan informasi tentang volume sirkulasi yang penting untuk menjaga keseimbangan cardiovascular. Karena konsentrasi Na⁺  menentukan volume cairan, maka baroreseptor dapat dianggap sebagain reseptor natrium juga.

Peran  Atrial Natriuretic Peptide (ANP)
ANP dilepaskan pleh sel di atrium jantung saat teregang oleh peningkatan tekanan darah. Pengaruh ANP adalah menurunkan tekanan dan volume darah dengan cara menghambat semua kejadian yang memicu vasokonstriksi dan retensi natrium dan air. Cara kerja ANP terutama dengan memfasilitasi ekskresi Na⁺ dan air oleh ginjal, dengan menghambat reaborbsi Na⁺ oleh duktus koligentes dan menghambat pelepasan ADH, renin, dan aldosteron. ANP juga bekerja secara langsung dan tidak langsung (melalui hambatan pembentukan renin sehingga menghambat pembentukan angiotensin II) untuk vasodilatasi.

Pengaruh hormon lain

• Hormon seks wanita. Estrogen merupakan zat kimia yang mirip seperti aldosteron, dan seperti halnya aldosteron ia meningkatkan reabsorbsi NaCl pada tubulus renalis. Karena air mengikuti NaCl maka wanita meretensi cairan saat kadar estrogen meningkat (sesuai siklus menstruasi). Edema yang dialami oleh  wanita hamil juga disebabkan oleh estrogen. Progesteron cenderung menurunkan reabsorbsi  Na⁺ dengan cara mengeblok efek aldosteron pada tubulus renalis, sehingga mempunyai efek seperti diuretik.
• Glukokortikoid. Efek umum dari glukokortikoid (misal kortisol dan hidrokortisol)  adalah meningkatkan reabsorbsi Na⁺, tapi juga meningkatkan GFR sehingga menutupi efeknya terhadap tubulus. Saat kadar glukokortikoid tinggi, ia akan menunjukkan efek seperti aldosteron dan menyebabkan edema.

5. Regulasi Kalium dan anion

1. Regulasi Kalium

Kalium merupakan kation intraseluler utama, dibutuhkan untuk fungsi neuromuscular normal dan beberapa aktivitas metabolic. Konsentrasi relative kalium di ICF dan SCF langsung mempengaruhi resting membrane potential sehingga sedikit saja perubahan konsentrasi K di ECF akan berefek terhadap neuron dan otot. Kelebihan kalium di ECF akan menurunkan potensial membrane  terjadi depolrisasi  penurunan eksitabilitas membran. Kekurangan kalium di ECF menyebabkan hiperpolarisasi  tidak responsif.

Organ yang paling sensitif terhadap konsentrasi kalium adalah jantung. Hiper- atau hipokalemia akan mengganggu konduksi elektrik jantung  sudden death. 

Kalium juga menjadi bagian sistem buffer. Perpindahan ion hidrogen ke dalam dan keluar sel menginduksi perpindahan kalium ke sisi yang berlawanan, dengan tujuan untuk menjaga keseimbangan  kation. Karena itu kalium ECF akan meningkat saat asidosis karena kalium keluar dan hydrogen masuk ke sel. Pada alkalosis terjadi sebaliknya.

Tempat regulasi kalium : Duktus Koligentes korteks
Sebagaimana natrium, keseimbangan kalium dijaga oleh mekanisme renal. Tetapi terdapat perbedaan regulasi. Jumlah natrium yang direabsorbsi ke tubulus sesuai dengan kebutuhan, dan natrium tidak pernah disekresi ke filtrat. Sedangkan pada kalium, tubulus proksimal mereabsorbsi 60-80% kalium dalam filtrate dan 10-20% di LOH, sehingga sekitar 10% hilang bersama urin tanpa terpengaruh oleh kebutuhan. Tanggung jawab mengatur keseimbangan kalium dilakukan oleh duktus koligentes korteks, terutama dengan mengatur jumlah kalium yang disekresikan ke filtrat. .

Bila kadar kalium ECF sangat tinggi maka kalium perlu diekskresikan lebih banyak oleh duktus koligentes. Bahkan jumlah kalium yang diekskresikan dapat melebihi yang difiltrasi. Bila jumlah kalium ECF sangat rendah, kalium akan berpindah dari sel ke ECF, dan ginjal akan mengurangi ekskresi dan sekresi kalium Tapi perlu diingat bahwa mekanisme utama regulasi kalium adalah dengan mengekskresikannya. Karena ginjal mempunyai keterbatasan untuk meretensi kalium, maka kalium akan tetap hilang bersama urin walaupun dalam keadaan defisiensi. Sebagai akibatnya, tidak adanya intake kalium akan menyebabkan defisiensi berat.

Pengaruh terhadap sekresi  kalium

1. Faktor paling penting yang mempengaruhi sekresi kalium adalah konsentrasi kalium dalam plasma. Diet tinggi kalium akan meningkatkan kalium ECF dan memicu kalium memasuki sel principalis di duktus koligentes lalu disekresi ke filtrate. Sedangkan diet rendah kalium atau kehilangan kalium dalam jumlah banyak menekan sekresi kalium (dan  menghambat reabsorbsi) oleh duktus koligentes.
2. Faktor kedua yang berpengaruh adalah aldosteron.  Aldosteron menstimulasi sel  principalis untuk mereabsorbsi natrium dan sekaligus meningkatkan sekresi kalium. Jadi peningkatan natrium plasma akan diiringi penurunan kalium plasma.Sel korteks adrenal secara langsung dapat mendeteksi kadar kalium dalam ECF di sekitarnya. Bila terjadi peningkatan kalium ECF (walaupun ringan) akan merangsang korteks adrenal melepas aldosteron dan meningkatkan sekresi kalium. Karena itu kalium mengontrol konsentrasinya sendiri di ACF melalui regulasi feedback pelepasa aldosteron. Selain itu aldosteron juga disekresi sebagai respon terhadap renin-angiotensin.  

B.  Regulasi Anion

Klorida (Cl^-) adalah anion utama yang bersenyawa dengan natrium di ECF dan pergerakannya juga mengkuti natrium. Sebagaimana natrium, klorida membantu menjaga tekana osmotic darah. Saat pH darah normal atau sedikit alkali, sekitar 99%  Cl^– dalam filtrate direabsorbsi.

Saat terjadi asidosis, lebih sedikit Cl^– yang berikatan dengan  Na⁺ karena digantikan reabsorpsi  HCO₃^– untuk mengembalikan pH darah ke normal. Jadi pilihan antara  Cl^– dan HCO₃^– tergantung regulasi asam basa. Anion lain seperti sulfat dan nitrat direabsorbsi maksimal, tapi bila konsentrasinya dalam filtrat melebihi yang mampu direabsorbsi maka sisanya dibuang ke urin.