Understanding the Urinary System: Balancing Water, Ions, and pH

Slide1The Urinary  System The  Urinary  System

Slide2OverviewOverview  The  urinary  system  balances  the  water content  in  the  blood  as  well  as  ions  of  Na and  K  and  pH.  The  urinary  system  balances  the  water content  in  the  blood  as  well  as  ions  of  Na and  K  and  pH.  It  Regulates  the  volume  and  composition of  the  fluids  and  excrete  unwanted materials.  It  Regulates  the  volume  and  composition of  the  fluids  and  excrete  unwanted materials.

Slide3Anatomy of  the  Urinary  System Anatomy  of  the  Urinary  System

Slide4Internal Kidney  Structure Internal  Kidney  Structure

Slide5Urinary Bladder  Anatomy Urinary  Bladder  Anatomy Trigone Rugae- Flods of the bladder Detrusor Muscle – smooth muscle Urethra Urethral Sphincter -Involuntary

Slide6Physiology of  the  bladder  function Physiology  of  the  bladder  function  The  bladder  stretches  as  it  fills  with  urine  and  when there  is  250mL  you  feel  the  need  to  void.  The  bladder  stretches  as  it  fills  with  urine  and  when there  is  250mL  you  feel  the  need  to  void.  Voiding  begins  with  voluntary  relaxation  of  the  external urethral  sphincter  muscle.  Voiding  begins  with  voluntary  relaxation  of  the  external urethral  sphincter  muscle.      Once  you  relax  the  urethral  sphincter  the  involuntary response  of  contraction  takes  over.   AKA  micturition      Once  you  relax  the  urethral  sphincter  the  involuntary response  of  contraction  takes  over.   AKA  micturition  Inability  to  void  because  kidneys  are  not  excreting  urine is  known  as  suppression .  Inability  to  void  because  kidneys  are  not  excreting  urine is  known  as  suppression .  Inability  to  void  even  though  urine  is  present  in  the bladder  is  known  as  retention.  Inability  to  void  even  though  urine  is  present  in  the bladder  is  known  as  retention.  Involuntary  micturition  =  Incontinance  Involuntary  micturition  =  Incontinance

Slide7 Urethra   Urethra  Small  tube  lined  with  mucous  membrane leading  from  the  floor  of  the  bladder  to the  exterior  of  the  body.  Small  tube  lined  with  mucous  membrane leading  from  the  floor  of  the  bladder  to the  exterior  of  the  body.  In  females  this  distance  is  about  3cm.  In  females  this  distance  is  about  3cm.  In  males  this  distance  extends  along  a winding  path  for  about  20  cm  and  passes through  the  middle  of  the  prostate  gland just  after  leaving  the  bladder.   &  is  shared as  part  of  the  reproductive  system.  In  males  this  distance  extends  along  a winding  path  for  about  20  cm  and  passes through  the  middle  of  the  prostate  gland just  after  leaving  the  bladder.   &  is  shared as  part  of  the  reproductive  system.

Slide8Microscopic Structure  of  the  functional unit  of  a  kidney  is  the  Nephron. Microscopic  Structure  of  the  functional unit  of  a  kidney  is  the  Nephron. Bowman’s Capsule Proximal convoluted tubule Loop of Henle Distal convoluted tubule Collecting duct There are approximately   1.25 million  nephrons Per Kidney. Components of the Nephron

Slide9Glomeruli –  Many  glomerulus Glomeruli  –  Many  glomerulus Glomerular capillaries

Slide10Bowman’s Capsule  +  Glomerulus =  Renal  corpuscle Bowman’s  Capsule  +  Glomerulus =  Renal  corpuscle

Slide11The loop  of  Henle  dips  into  the medulla  into  a  renal  pyramid. The  loop  of  Henle  dips  into  the medulla  into  a  renal  pyramid.

Slide12The collecting  ducts  empty  into  the calyces  which  empty  into  the  renal pelvis. The  collecting  ducts  empty  into  the calyces  which  empty  into  the  renal pelvis.

Slide13Blood vessels  of   the  Kidneys Blood  vessels  of   the  Kidneys  About  1200  ml  of  blood  flows  through  the kidneys  every  minute  About  1200  ml  of  blood  flows  through  the kidneys  every  minute       Which  means  approximately  1/5  of  all the  blood  pumped  by  the  heart  per  minute goes  to  the  kidneys.       Which  means  approximately  1/5  of  all the  blood  pumped  by  the  heart  per  minute goes  to  the  kidneys. Usual  direction  of  blood  flow  is Usual  direction  of  blood  flow  is Arteries-Arterioles-Capillaries-venules-veins Arteries-Arterioles-Capillaries-venules-veins

Slide14Blood flow  through  Kidney  tissue follows  this  path… Blood  flow  through  Kidney  tissue follows  this  path… Renal  Artery Renal  Artery  Interlobular  artery-penetrate  the  cortex  Interlobular  artery-penetrate  the  cortex        Afferent  arteriole        Afferent  arteriole            Glomerulus            Glomerulus                 Efferent  arteriole                 Efferent  arteriole                    Peritubular  capillaries(vasa  recta)                    Peritubular  capillaries(vasa  recta)                        Venules                        Venules              Interlobular  vein Renal  Vein              Interlobular  vein Renal  Vein

Slide15Function of  the  kidney Function  of  the  kidney KIDNEYS… KIDNEYS…  Process  blood  plasma  and  excrete  urine.  Process  blood  plasma  and  excrete  urine.  Most  important  organs  in  the  body  for maintaining  fluid-electrolyte  and  acid-base balances.  Most  important  organs  in  the  body  for maintaining  fluid-electrolyte  and  acid-base balances.  Excrete  Nitrogenous  wastes  from  protein metabolism.  (urea)  Excrete  Nitrogenous  wastes  from  protein metabolism.  (urea)

Slide16Kidney Failure  means  homeostatic failure  and Kidney  Failure  means  homeostatic failure  and If  not  relieved, If  not  relieved,           inevitable    DEATH.           inevitable    DEATH.

Slide17Kidneys also… Kidneys  also…  Influence  the  rate  of  secretion  of  the hormones  Influence  the  rate  of  secretion  of  the hormones           ADH  –  Antidiuretic  hormone           ADH  –  Antidiuretic  hormone           Aldosterone           Aldosterone     and  synthesize  erythropoietin  –active  form of  vitamin  D  and  prostaglandins.     and  synthesize  erythropoietin  –active  form of  vitamin  D  and  prostaglandins.

Slide18Formation of  urine Formation  of  urine  Urine  is  formed  by  3  means  Urine  is  formed  by  3  means 1.   Filtration   –  the  movement  of water  and  solutes  from  the  plasma in  the  glomerulus,  across  the glomerular-capsular  membrane,  and into  the  capsular  space  of  the Bowman’s  capsule 1.   Filtration   –  the  movement  of water  and  solutes  from  the  plasma in  the  glomerulus,  across  the glomerular-capsular  membrane,  and into  the  capsular  space  of  the Bowman’s  capsule

Slide192.  Reabsorption -  movement of  molecules  out  of  the  tubule and  into  the  peritubular  blood. 2.   Reabsorption -  movement of  molecules  out  of  the  tubule and  into  the  peritubular  blood.

Slide203.  Secretion   –  movement  of the  molecules  out  of  the peritubular  blood  into  the tubule  for  excretion. 3.   Secretion   –  movement  of the  molecules  out  of  the peritubular  blood  into  the tubule  for  excretion.

Slide21FiltrationFiltration  Occurs  through  the  glomerular  capiliaries   to  the Bowman’s  Capsule  Occurs  through  the  glomerular  capiliaries   to  the Bowman’s  Capsule  Large  substances  are  separated  from  small substances.  Large  substances  are  separated  from  small substances.  Blood  cells  and  blood  proteins  are  typically  TOO large  to  filter  through  the  glomerulus  so  as  the blood  leaves  the  glomerulus  in  the  efferent arteriole  it  is  relatively  clean  and  has  lost  most of  its  fluid.  Blood  cells  and  blood  proteins  are  typically  TOO large  to  filter  through  the  glomerulus  so  as  the blood  leaves  the  glomerulus  in  the  efferent arteriole  it  is  relatively  clean  and  has  lost  most of  its  fluid.    

Slide22Blood cells  are  too  large  to filter  out.  So  what  does  filter  out? Blood  cells  are  too  large  to filter  out.  So  what  does  filter  out? Water Water Salts Salts Bicarbonate Bicarbonate H+ H+ Urea Urea Glucose Glucose Amino  acids Amino  acids Some  drugs Some  drugs

Slide23Returned to  the  blood  immediately: Reabsorption  occurs  mostly  in  the PCT. Returned  to  the  blood  immediately: Reabsorption  occurs  mostly  in  the PCT.  Water      and      ions  Water      and      ions  Glucose     and     amino  acids  Glucose     and     amino  acids  Passive  and  Active  transport  mechanisms are  at  work  in  the  tubules.  Passive  and  Active  transport  mechanisms are  at  work  in  the  tubules.    MANY  Carriers  are  available  for  materials that  need  to  be  reclaimed.    MANY  Carriers  are  available  for  materials that  need  to  be  reclaimed.     Very  few  carriers  for  things  that  are  of little  or  no  use  to  the  body.     Very  few  carriers  for  things  that  are  of little  or  no  use  to  the  body.

Slide24Reabsorption in  Reverse:  Secretion Reabsorption  in  Reverse:  Secretion  And  it  gets  rid  of  substances  not  already  in the  filtrate  such  as  drugs.  And  it  gets  rid  of  substances  not  already  in the  filtrate  such  as  drugs.  H+  and  K+  and  creatinine  move  from  the peritubular  blood  to  the  tubule.  H+  and  K+  and  creatinine  move  from  the peritubular  blood  to  the  tubule.

Slide25Urine vs.  Filtrate Urine  vs.  Filtrate  Filtrate  contains  everything  that  blood plasma  does  (except  proteins)  Filtrate  contains  everything  that  blood plasma  does  (except  proteins)  Most  of  the  Water,  nutrients  and necessary  ions  are  reabsorbed  by  the  time it  reaches  the  collecting  ducts.  Most  of  the  Water,  nutrients  and necessary  ions  are  reabsorbed  by  the  time it  reaches  the  collecting  ducts.  Urine  contains  most  of  the  waste  and unneeded  substances.  Urine  contains  most  of  the  waste  and unneeded  substances.

Slide26In 24  hours In  24  hours  150  to  180  liters  of  blood  plasma  filter  through the  kidneys  (nephrons)  150  to  180  liters  of  blood  plasma  filter  through the  kidneys  (nephrons)  Only  1  to  1.8  liters  of  urine  are  produced.  Only  1  to  1.8  liters  of  urine  are  produced.  WHAT  HAPPENS  TO  MOST  OF  THE  FILTRATE?  WHAT  HAPPENS  TO  MOST  OF  THE  FILTRATE? Initial  Filtrate  –dilute Initial  Filtrate  –dilute                                  Final  Filtrate  -  concentrated                                  Final  Filtrate  -  concentrated

Slide27ExcretionExcretion  Urea  -  protein  breakdown  Urea  -  protein  breakdown  Uric  acid  –  nucleic  acids  are  metabolized.  Uric  acid  –  nucleic  acids  are  metabolized.  Creatinine  –  Actively  secreted  into  filtrate  Creatinine  –  Actively  secreted  into  filtrate                    associated  with  metabolism  in                    associated  with  metabolism  in                      muscle  tissue.                      muscle  tissue.

Slide28Balance of  Water  and  electrolytes Balance  of  Water  and  electrolytes  We  cannot  lose  more  water  than  we  take in.  We  cannot  lose  more  water  than  we  take in.  Water  is  lost  by….  Water  is  lost  by…. Respiration,  Perspiration,  Solid  waste,  & Urine Respiration,  Perspiration,  Solid  waste,  & Urine  Water  is  taken  in  Water  is  taken  in    in  Foods,  beverages  and  metabolism.    in  Foods,  beverages  and  metabolism.

Slide29Electrolyte balance Electrolyte  balance  ADH  –  prevents  excess  water  loss  by causing  the  collecting  duct  cells  to reabsorb  more  water  which  increases blood  volume  and  blood  pressure.  ADH  –  prevents  excess  water  loss  by causing  the  collecting  duct  cells  to reabsorb  more  water  which  increases blood  volume  and  blood  pressure.  Alcohol  disrupts  ADH  and  less  water  is reabsorbed  creating  more  dilute  urine.  Alcohol  disrupts  ADH  and  less  water  is reabsorbed  creating  more  dilute  urine.      If  ADH  is  not  present  up  to  25  liters  /day could  by  flushed  from  the  body.=  severe dehydration.      If  ADH  is  not  present  up  to  25  liters  /day could  by  flushed  from  the  body.=  severe dehydration.

Slide30Aldosterone  –  Regulates  Sodium  content  Aldosterone  –  Regulates  Sodium  content  Renin-angiotensin  mechanism  –  Renin-angiotensin  mechanism  –       When  blood  pressure  is  low  the  enzyme renin  catalyzed  reactions  that  produce       When  blood  pressure  is  low  the  enzyme renin  catalyzed  reactions  that  produce      angiotensin  II  which  causes vasoconstriction  of  blood  vessels  causing an  increase  in  blood  pressure  which  helps filtration.      angiotensin  II  which  causes vasoconstriction  of  blood  vessels  causing an  increase  in  blood  pressure  which  helps filtration.

Slide31Buffers Keep  the  balance Buffers  Keep  the  balance  Acidosis-   When  blood  pH  drops  below  7.35.  Acidosis-   When  blood  pH  drops  below  7.35.  Alkalosis  –  When  blood  pH  rises  above  7.45.  Alkalosis  –  When  blood  pH  rises  above  7.45.  Sodium  Bicarbonate  ions  NaHCO 3-  Sodium  Bicarbonate  ions  NaHCO 3-  Bicarbonate  ion  HCO 3-  Bicarbonate  ion  HCO 3-  Ammonia   NH 3  Ammonia   NH 3  HCl  HCl

Slide32Renal threshold Renal  threshold  The  limit  for  certain  substances  in  the blood.  The  limit  for  certain  substances  in  the blood. Substances  over  the  limit  are  forced  out  into the  filtrate. Substances  over  the  limit  are  forced  out  into the  filtrate. Glucose  and  not  reabsorbed  over  the threshold  limit. Glucose  and  not  reabsorbed  over  the threshold  limit.

Slide33Renal Calculi  AKA  Kidney  stones Renal  Calculi  AKA  Kidney  stones

Slide34Renal and  Urinary  disorders Renal  and  Urinary  disorders  Hydronephrosis  –  Urine  backs  up  into  the kidney,  causing  swelling.  Hydronephrosis  –  Urine  backs  up  into  the kidney,  causing  swelling.  Renal  calculi  –  crystallized  mineral  chunks that  develop  in  the  calyces  or  renal pelvis(staghorn  calculi)  =  renal  colic(PAIN)  Renal  calculi  –  crystallized  mineral  chunks that  develop  in  the  calyces  or  renal pelvis(staghorn  calculi)  =  renal  colic(PAIN)  Renal  ptosis  –  Kidneys  may  drop,  Ureters may  kink  and  obstruct  urine  flow.  Renal  ptosis  –  Kidneys  may  drop,  Ureters may  kink  and  obstruct  urine  flow.

Slide35Urinary tract  infections UTIs Urinary  tract  infections UTIs  Urethritis  -Bacterial  infections  – inflammation  of  the  urethra-  STDs  often cause  urethritis  –  more  common  in  males  Urethritis  -Bacterial  infections  – inflammation  of  the  urethra-  STDs  often cause  urethritis  –  more  common  in  males  Cystitis  –  inflammation  of  the  bladder-  can also  accompany  kidney  stones  and  tumors  Cystitis  –  inflammation  of  the  bladder-  can also  accompany  kidney  stones  and  tumors  Nephritis  –  Kidney  disease  –  bacterial  or viral  infections  Nephritis  –  Kidney  disease  –  bacterial  or viral  infections

Slide36Kidney Failure AKA  Renal  Failure Kidney  Failure AKA  Renal  Failure  Acute  Renal  Failure  –  Sudden  Acute  Renal  Failure  –  Sudden  BUN  Blood  Urea  Nitrogen  High  BUN  Blood  Urea  Nitrogen  High  1 st   stage  Loss  of  nephrons  1 st   stage  Loss  of  nephrons  2 nd   stage  Kidney  can  no  longer  adapt  to the  loss  of  nephrons.  Remaining  nephrons cannot  handle  the  load  2 nd   stage  Kidney  can  no  longer  adapt  to the  loss  of  nephrons.  Remaining  nephrons cannot  handle  the  load  3 rd   stage  Complete  shutdown-  Edema  and hypertension  occurs  3 rd   stage  Complete  shutdown-  Edema  and hypertension  occurs