New User Special Price Expires in

Let's log you in.

Sign in with Facebook


Don't have a StudySoup account? Create one here!


Create a StudySoup account

Be part of our community, it's free to join!

Sign up with Facebook


Create your account
By creating an account you agree to StudySoup's terms and conditions and privacy policy

Already have a StudySoup account? Login here

Chapter 14 - Human Physiology

by: Celine Notetaker

Chapter 14 - Human Physiology BIOL 2213

Marketplace > University of Arkansas > Biology > BIOL 2213 > Chapter 14 Human Physiology
Celine Notetaker
GPA 4.0

Preview These Notes for FREE

Get a free preview of these Notes, just enter your email below.

Unlock Preview
Unlock Preview

Preview these materials now for free

Why put in your email? Get access to more of this material and other relevant free materials for your school

View Preview

About this Document

These notes are a neat summary for those who don't want to read the whole textbook chapter. The information covered is what is most likely to be on the exam.
Human Physiology
Dr. Hill
Class Notes
BIOL, Human Physiology, Biology
25 ?




Popular in Human Physiology

Popular in Biology

This 12 page Class Notes was uploaded by Celine Notetaker on Sunday February 28, 2016. The Class Notes belongs to BIOL 2213 at University of Arkansas taught by Dr. Hill in Fall 2014. Since its upload, it has received 37 views. For similar materials see Human Physiology in Biology at University of Arkansas.


Reviews for Chapter 14 - Human Physiology


Report this Material


What is Karma?


Karma is the currency of StudySoup.

You can buy or earn more Karma at anytime and redeem it for class notes, study guides, flashcards, and more!

Date Created: 02/28/16
Chapter 14 – Renal Physiology Renal Functions – the adjective renal means “pertaining to the kidneys.” The kidneys process the plasma portion of the blood by removing substances from it and sometimes adding substances.  The kidney has 5 overall functions as described below. 1. Regulation of water, ion balance, and acid­base balance – the kidneys excrete just enough water and ions to keep the amounts of these substances within a narrow homeostatic  range.  2. Removal of metabolic waste – metabolic waste is excreted through the urine. Metabolic  wastes include urea from the catabolism of proteins, uric acid from nucleic acids, creatine from muscle creatine, the end products of hemoglobin breakdown, and others.  3. Removal of foreign chemicals – the kidney removes drugs, pesticides, and food additives 4. Gluconeogenesis – the kidneys can synthesize glucose from amino acids and other  precursors and release it into the blood.  5. Production of hormones/enzymes – the kidneys release 2 hormones, erythropoietin and  1,25­dihydroxyvitamin D.  Structures of the Urinary System – The kidneys are actually not located within the abdominal  cavity. They are considered retroperitoneal, meaning that they are located behind the peritoneum, the lining of the abdominal cavity. Urine flows from the kidneys through the ureters into the  bladder and then eliminated through the urethra. The functional unit of the kidney is the nephron. Each nephron consists of an initial filtering component called the renal corpuscle and a tubule  that extends from the renal corpuscle.  1. Renal Corpuscle – Each renal corpuscle contains a mesh of capillaries called the  glomerulus. Each glomerulus is supplied with blood through the afferent arteriole. The  blood is taken out through the efferent arteriole. Surrounding the glomerulus is a fluid­ filled capsule called the Bowman’s capsule. The fluid­filled area is called the Bowman’s  space. 20% of the plasma is filtered into the Bowman’s capsule. The glomerulus and  Bowman’s capsule make up the renal corpuscle.  Structure of the Glomerular Capillaries – There is a 3­layer barrier separating blood from the  Bowman’s space. First is the single celled endothelium, common to all blood vessels. Second is  the basal lamina, a non­cellular protein layer of the basement membrane. Third is the single­ celled epithelial lining of the Bowman’s capsule. The epithelial cells in the Bowman’s capsule  are called podocytes, octopus­like cells in which blood­plasma fluid filters through. Podocytes  are considered the visceral layer of the Bowman’s capsule and contain filtration slits. The final  cell type of the glomerulus is the mesangial cells, which are modified smooth muscle cells not in  direct contact with the glomerulus.  Structures of the Nephron – The following structures are listed in the order of appearance in the  nephron. 1. Proximal Tubule – drains the Bowman’s capsule that consists of the proximal convoluted tubule and the proximal straight tubule.  2. Loop of Henle – this is a hairpin loop consisting of the descending limb and the  ascending limb. 3. Distal Convoluted Tubule – a passageway from the loop of Henle to the collecting duct. 4. Collecting Duct – this comprises of the cortical collecting duct and the medullary  collecting duct. More Structure – Multiple cortical collecting ducts merge. Up until this point, all nephrons are  separate from other nephrons. The cortical collecting ducts undergo multiple merging processes  until they form a large medullary collecting duct which drains into the renal pelvis, the kidney’s  central cavity. The renal pelvis is continuous with the ureter. There are other important regional  differences in the kidney. The outer portion is called the renal cortex, which contains all the renal corpuscles. The inner portion is called the renal medulla, which contains the loops of Henle and  is the site where the medullary collecting ducts pass through on their way to the renal pelvis.  Capillaries of the Nephron – Besides the glomerular capillaries, other capillaries exist in the  nephron. Each tubule is surrounded by peritubular capillaries. These 2 capillary sets are  continuous via the efferent arteriole of the glomerular capillaries. The peritubular capillaries  eventually leave the kidney through the veins.    Types of Nephrons – There are 2 types of nephrons as described below. 1. Juxtamedullary – about 15% of nephrons are of this type. This means that the renal  corpuscle lies in the renal cortex closest to the cortical­medullary junction. The loops of  Henle go deep into the medulla. These nephron types are responsible for generating an  osmotic gradient in the medulla in order for water to be reabsorbed later on in the  collecting duct. In close proximity to these nephrons are the vasa recta, long capillaries  that extend deep into the medulla. 2. Cortical – about 85% of nephrons are of this type. This means that the renal corpuscles  are located in the outer portions of the renal cortex. The loops of Henle do not penetrate  deep into the medulla.  Anatomy of the Distal Tubule – the ascending loop of Henle becomes the distal convoluted  tubule which passes between the afferent and efferent arterioles. At that passage point, there is a  patch of cells in the wall of the ascending limb as it becomes the distal convoluted tubule called  the macula densa. The outside wall of the afferent arteriole contains juxtaglomerular (JG) cells.  The combination of macula densa and JG cells forms the juxtaglomerular apparatus (JGA). The  JGA secretes renin into the blood.  Basic Renal Processes – Glomerular filtration is the process of filtering plasma from the  glomerular capillaries into the Bowman’s space. The filtrate is called glomerular filtrate. It  contains no cells or proteins, but besides that contains all substances in the same concentration as the plasma. The glomeruli are great filters because of high hydrostatic pressure and large surface  area. 180L of glomerular filtrate is produced per day. Proteins are retained in the capillaries to  maintain osmotic pressure. Glomerular Filtration – Glomerular filtration is a bulk­flow process in which water and low  molecular weight substances move together. There are 2 reasons why there is no protein  (albumin and globulins) in the glomerular filtrate. First, the proteins are too big to pass through.  Second, the glomerular filtrate is negatively charged, just like proteins, so the proteins don’t  want to be there anyways.  Forces Involved in Initial Filtration – Filtration across capillaries are due to opposing Starling  forces. First, hydrostatic pressure differences across the capillary wall favor filtration. Second,  osmotic pressure differences because of protein concentration across the capillary wall oppose  P filtration. The glomerular capillary hydrostatic pressure is denoted GC . The fluid in the  P BS Bowman’s capsule exerts a hydrostatic pressure and is called . The second opposing force  is the osmotic force due to different protein concentrations and is denoted as π GC . Therefore,  the net glomerular filtration pressure can be described by the following relationship: NetGlomerular FiltrationPressure=P −P −πGC BS GC   Rate of Glomerular Filtration – Glomerular filtration rate (GFR) is defined as the volume of fluid filtered from the glomeruli into Bowman’s space per unit time. The kidneys filter the plasma  about 60 times per day. GFR is determined by: 1. Net Glomerular Filtration Pressure a. Constriction of the afferent arteriole decreases hydrostatic pressure (less incoming fluid) b. Constriction of the efferent arteriole increases hydrostatic pressure (less outgoing  fluid) c. Dilation of the afferent arteriole increases hydrostatic pressure (more incoming  fluid) d. Dilation of the efferent arteriole decreases hydrostatic pressure (more outgoing  fluid) 2. Permeability of the Corpuscle 3. Surface Area available for Filtration – contraction of the mesangial cells reduces surface  area of the glomerular capillaries which causes a decrease in GFR at any given net  filtration pressure.  Filtered Load – Filtered load is the measurement of the total amount of any non­protein or non­ protein­bound substance filtered into the Bowman’s space by multiplying the GFR by the plasma concentration of that substance.  Altering of the Filtrate – The filtrate’s composition is altered as it moves through the tubules by  the movement of substances from the tubules to the peritubular capillaries and vice versa.  Resorption refers to substances moving from the tubular lumen to peritubular capillary plasma.  Secretion refers to substances moving from the peritubular capillary plasma to the tubular lumen. Tubular Resorption – Filtered loads are enormous and often greater than the amount of the  substance that is actually in the body. Resorption of waste products is relatively incomplete. In  addition, resorption of useful plasma components, such as water, inorganic ions, and organic  nutrients, is relatively complete. In some cases, such as glucose, all of substance is always  resorbed. The kidneys just maintain the levels that are already in the body and are outside of  physiological control. In other cases, the reabsorptive rates are under physiological control for  substances such as water and ions. Reabsorption does not occur by bulk flow. Two other  processes are involved in reabsorption: 1. Diffusion – diffusion across the tight junctions connecting the tubular epithelial cells 2. Mediated Trasnport – requires participation of transport proteins in the plasma  membranes of tubular cells Resorption by Diffusion – This is passive transport of urea out of the tubular lumen into the  peritubular capillary plasma. To begin, the corpuscular membranes are freely filterable to urea,  meaning that the fluid in the Bowman’s space, peritubular capillaries, and interstitial fluid are all  the same. When the fluid finally begins flowing through the proximal tubule, water resorption  occurs. The substances in the urea is then more concentrated than the outside. After the diffusion  of water occurs, urea resorption occurs as it follows the concentration gradient.  Resorption by Mediated Transport – Substances that are resorbed by mediated transport first  cross the luminal membrane of the luminal epithelial cell. After substances pass through the  luminal membrane, they pass through the basolateral membrane, which faces the interstitial  fluid. This type of mediated transport is called Transcellular epithelial transport. Na  diffuses by  facilitated diffusion across the luminal membrane and is then actively pumped across the  basolateral membrane into the interstitial fluid. All other substances are resorbed through  coupling to sodium. The co­transported substance, like glucose or amino acids, moves uphill  across its gradient by secondary active transport. Glucose then moves out of the basolateral  membrane by facilitated diffusion. Transport maximum is the limit to the amounts of material  that can be transported per unit time. This is because of channel saturation. When plasma glucose concentration exceeds the transport maximum for a significant number of nephrons, glucose  begins appearing in the urine.   Sodium Resorption – We have been talking about sodium in the filtrate so it is important to  describe it further. In the blood, sodium exists in the extracellular fluid (plasma) and is therefore  the ion in highest concentration in the filtrate. Resorption of sodium is active transport, although  the first step is facilitated diffusion, a passive process. The active transport of the Na /K ATPase creates the electrochemical gradient needed to induce secondary active transport of glucose into  the luminal epithelial cell.  Tubular Secretion – Tubular secretion moves substances from the peritubular capillaries into the  tubular lumen. Secretion can only occur by diffusion or mediated transport. Secreted substances  must pass through 3 “doors.” The first is across the capillary wall. The second is across the  basolateral membrane. The third is across the luminal membrane. Active transport must be  present at least one of these “doors,” in which the secreted substance is often coupled to the  resorption of sodium, as described earlier. Tubular secretion is the mechanism responsible for  controlling blood pH. Tubular Metabolism – The tubules can undergo gluconeogenesis, a process of creating glucose  from substances, including amino acids. Because of this, during fasting, the cells of the renal  tubules can synthesize glucose to be absorbed by the peritubular capillaries.  Regulation of Membrane Channels and Transporters – Tubular resorption and secretion are  under physiological control. This control is achieved by regulating the concentrations of  transport and channel proteins. This regulation is achieved by hormones and paracrine or  autocrine factors. Division of Labor in the Tubules – GFR (glomerular filtration rate) must always be very high.  The primary role of the proximal tubule is to reabsorb most of the filtered water and solutes. The  proximal tubule also secretes solutes, except K . The primary role of the loop of Henle is to  resorb large quantities of ions. The distal segments are responsible for fine tuning the  concentrations of solutes in the filtrate, by adjusting their rates of resorption and secretion. Most  homeostatic controls act upon the most distal segments of the tubule.  Micturition – Urine is created and fine­tuned in the tubules and collects the renal pelvis. Urine  then travels down the ureters into the bladder. The ejection of urine from the bladder is called  micturition. The smooth muscles of the bladder are collectively called the detrusor muscle. The  base of the bladder forms a neck, in which the urethra begins its function. This bladder­urethra  junction contains the internal urethral sphincter. Just below the internal urethral sphincter is the  external urethral sphincter, which is a ring of skeletal muscle. The contraction of the external  urethral sphincter can prevent urination.  Innervation of the Bladder – The bladder is innervated by the parasympathetic nervous system  while the sphincters are innervated by the sympathetic nervous system. 1. Bladder at Rest – There is weak parasympathetic stimulation so the bladder is relaxed.  There is strong sympathetic stimulation to the sphincters so the sphincters are contracted  and closed. 2. Bladder in Motion – There is strong parasympathetic stimulation so the bladder is  contracted. There is weak sympathetic stimulation to the sphincters to the sphincters are  relaxed and open. Total­Body Balance of Sodium and Water – There are 2 sources of body water gain. Water can  either be produced from the oxidation of organic nutrients or from water intake through liquids  and foods. Water can be lost in 4 ways: skin, respiratory airways, gastrointestinal tract, and the  urinary tract.  The loss of water from the skin is called insensible water loss.  Basic Renal Processes for Sodium and Water – Water and sodium both filter into the Bowman’s  space. They both undergo considerable reabsorption, but no secretion. There are 2 assumptions  needed before we continue: 1. Sodium resorption is an active process occurring in all tubular segments. 2. Water resorption is by osmosis and is dependent on sodium reabsorption (water follows  the sodium to maintain concentration balance). Primary Active Sodium Resorption – Sodium first moves downhill across the luminal membrane + + of the luminal epithelial cells. The sodium moves by primary actives transport (Na /K  ATPase)  out of the cell via the basolateral membrane into the interstitial fluid. Sodium moves into the cell  with a coupled reaction. Either glucose is moved by cotransport into the epithelial cells or  hydrogen ions are moved by Countertransport from the epithelial cell into the lumen.  Coupling of Water Resorption – As ions (including sodium) are resorbed, water is resorbed by  osmosis. Most water is resorbed by the proximal tubules. There are 4 steps in water resorption in  the proximal tubules. 1. Sodium is transported from the lumen to the interstitial fluid. 2. Water concentration is high in the lumen and low in the interstitial fluid. 3. Water moves from the lumen to the interstitial fluid through water channels called  aquaporins. 4. Water and sodium are moved by bulk flow into the peritubular capillaries. Water Resorption in the Collecting Ducts – In the proximal tubules, water resorption is an  automatic process that is not under physiological control. However, water resorption in the  cortical and medullary collecting ducts is under physiological control and can vary greatly. The  major determinant of this controlled permeability is vasopressin (antidiuretic hormone or ADH).  ADH is a peptide hormone secreted by the posterior pituitary gland. ADH stimulates the  insertion of specific aquaporins into the luminal membrane. Therefore, aquaporins are absent in  the collecting ducts unless ADH is present.  Urine Concentration: The Countercurrent Multiplier System – Highly concentrated urine is  called hyperosmotic, meaning its osmolarity is high (low water) and is a result of ADH. The  osmolarity of plasma is between 285 and 300 mOsmol/L. Urine can be as concentrated as 1400  mOsmol/L. The major way in which this is achieved is called the countercurrent multiplier  system, which is created from the opposing flow in the two limbs of the loop of Henle.  Countercurrent Multiplier System ­ In the proximal tubule, sodium and water are reabsorbed in  the same proportion, so the filtrate entering the descending loop of Henle has the same  osmolarity as plasma. The ascending limb is impermeable to water but actively resorbs sodium  and chloride through cotransport. The net result is a hyperosmotic solution (increased solutes) in  the interstitial fluid of the medulla. The descending limb of the loop of Henle is highly  permeable to water but not to solutes. Therefore, water diffuses out of the descending loop to  maintain osmolarity. However, equal osmolarity is never actually obtained because the  ascending loop constantly pumps sodium chloride out to maintain interstitial fluid that is always  hyperosmotic. Because of this, the medulla is always hyperosmotic, which causes the collecting  ducts to diffuse water out of the system and concentrate urine.  Concentration of Urine – Urine is normally dilute because of the active resorption of sodium  chloride out of the ascending loop of Henle and distal convoluted tubule. If there is a lot of water in the body system, the kidney just leaves the filtrate alone at this point. If the body needs to  conserve water, ADH is secreted into the system so that water is reabsorbed by the body from the collecting ducts. ADH allows for water to diffuse. Urine concentration can be as low as 70  mOsm/L to as high as 1200 mOsm/L. Glomerular Filtration Rate – GFR is the glomerular filtration rate and is defined as the volume of filtrate formed each minute. GFR can be affected by the following things: 1. GFR is reduced when there is a reduced net glomerular filtration pressure. This occurs in  response to lowered arteriole pressure and specific reflexes acting on the renal arterioles.  The reflex is a baroreceptor response, as described in chapter 12. A decrease in  cardiovascular pressure causes neutrally mediated vasoconstriction.  2. GFR is increased by neuroendocrine inputs. When sodium levels increase, the overall  plasma volume increases. Plasma volume increases GFR that results in a greater Na  loss  in the kidneys. In other terms, sodium increases blood volume, which increases blood  pressure, which increases GFR.  Glomerular Filtration Rate – The control of GFR can be visualized by the following mechanism: Sodium Regulation – The control of sodium in the body is mostly affected by sodium resorption, not GFR. The major factor affecting the resorption of sodium is the hormone, aldosterone.  Aldosterone – Aldosterone is a steroid hormone produced in the adrenal cortex. It is a slow  acting hormone that affects gene expression for the protein pumps found in the distal convoluted  tubule and cortical collecting ducts. By the same mechanism, aldosterone also stimulates sodium  resorption by the large intestine and the sweat and salivary glands. Therefore, the goal of  aldosterone is to maintain sodium in the body through reabsorption.  1. Finally, most sodium in the filtrate of the tubules is reabsorbed anyways. When  aldosterone is not present, 2% of the sodium is not reabsorbed, but secreted. When  aldosterone is present, almost all of the sodium is reabsorbed by the body. When a person eats a high­sodium diet, aldosterone levels are low. Renin­Angiotensin System – Renin is an enzyme secreted by the juxtaglomerular cells in the  kidneys. Once in the bloodstream, renin splits angiotensinogen into a small polypeptide called  angiotensin I. Angiotensin I undergoes cleavage to become angiotensin II. The conversion of  angiotensin I to angiotensin II is achieved by the enzyme, angiotensin­converting enzyme  (ACE). ACE is found primarily on the luminal surface of capillary endothelial cells. This way,  when the juxtaglomerular cells produce renin, angiotensinogen can be quickly converted to  angiotensin II. Angiotensin II stimulates the secretion of aldosterone and the constriction of  arterioles (increasing GFR). Angiotensin II – Angiotensin II is high during salt depletion, because angiotensin II yields  aldosterone, which causes sodium resorption. When there is low sodium, angiotensin II is  produced to increase aldosterone. On the other hand, angiotensin II is low when salt intake is  high, because angiotensin II yields aldosterone, which causes sodium resorption. When there is  high sodium, angiotensin II is not produced so that sodium can be secreted.  Control of Renin – What are the mechanisms by which sodium depletion cause an increase in  renin secretion?  1. Renal Sympathetic Nerves – Low sodium creates low blood volume and low blood  pressure, so sympathetic nerves are activated that cause vasoconstriction, raising blood  pressure and directly innervating juxtaglomerular cells. 2. Intrarenal Baroreceptors – The juxtaglomerular cells are baroreceptors themselves, and  when blood pressure lowers, they are stretched less, causing them to produce more renin. 3. Macula Densa – The macula densa senses the sodium concentration in the tubular fluid  flowing past it. A decreases salt concentration causes the release of paracrine factors that  diffuse from the macula densa to the JG cells, causing them to release renin.  Atrial Natriuretic Peptide – This is called ANP or ANF or ANH. Cells in the cardiac atria secrete ANP. ANP inhibits tubular resorption of proteins. It also acts on the renal blood vessels to  increase GFR, further increasing sodium excretion. Finally, ANP directly inhibits aldosterone  secretion, so that sodium cannot be absorbed as much. ANP is produced when there is an excess  of sodium in the body.  Renal Water Regulation – Water excretion is the difference between GFR and resorbed water  volume. The rate of water resorption from the tubules is the most important factor in determining how much water is excreted. Vasopressin is the hormone in control of water excretion. Osmoreceptor Control of Vasopressin Secretion – Sometimes, water and sodium cannot be  regulated with the same mechanism so there needs to be a way of regulating water excretion  without altering sodium excretion. Water intake does not alter extracellular volume as much as  sodium does (because sodium stays on the outside of the cell while water is mainly on the inside  of the cell). However, there is a major change in the osmolarity of the body fluids.  Osmoreceptors in the hypothalamus sense changes in osmolarity and control vasopressin  secretion. When water is ingested, body fluid osmolarity is lowered, resulting in reduced  vasopressin secretion via hypothalamic osmoreceptors. Therefore, water permeability of the  collecting ducts is reduced, and hypoosmotic (a lot of water; dilute) urine is excreted. In other  words, increased vasopressin increases water resorption. In conclusion, when osmoreceptors  detect low osmolarity (high water), vasopressin is decreased. Baroreceptor Control of Vasopressin Secretion – A decreased extracellular volume due to  diarrhea or hemorrhage yields increased action of the renin­angiotensin system, increasing  aldosterone, so that sodium resorption increases and adequate body water volume is maintained.  In addition, a decreased extracellular volume also triggers an increase in vasopressin secretion.  The vasopressin increases water permeability of the collecting ducts, increasing resorption and  decreasing excretion. This is initiated by baroreceptors in the cardiovascular system. When  pressure decreases due to decreased extracellular fluid, baroreceptors reduce their firing rate.  Reduced baroreceptor firing increases vasopressin secretion. In conclusion, when baroreceptors  detect low blood pressure (low water), vasopressin is increased. 


Buy Material

Are you sure you want to buy this material for

25 Karma

Buy Material

BOOM! Enjoy Your Free Notes!

We've added these Notes to your profile, click here to view them now.


You're already Subscribed!

Looks like you've already subscribed to StudySoup, you won't need to purchase another subscription to get this material. To access this material simply click 'View Full Document'

Why people love StudySoup

Steve Martinelli UC Los Angeles

"There's no way I would have passed my Organic Chemistry class this semester without the notes and study guides I got from StudySoup."

Anthony Lee UC Santa Barbara

"I bought an awesome study guide, which helped me get an A in my Math 34B class this quarter!"

Jim McGreen Ohio University

"Knowing I can count on the Elite Notetaker in my class allows me to focus on what the professor is saying instead of just scribbling notes the whole time and falling behind."


"Their 'Elite Notetakers' are making over $1,200/month in sales by creating high quality content that helps their classmates in a time of need."

Become an Elite Notetaker and start selling your notes online!

Refund Policy


All subscriptions to StudySoup are paid in full at the time of subscribing. To change your credit card information or to cancel your subscription, go to "Edit Settings". All credit card information will be available there. If you should decide to cancel your subscription, it will continue to be valid until the next payment period, as all payments for the current period were made in advance. For special circumstances, please email


StudySoup has more than 1 million course-specific study resources to help students study smarter. If you’re having trouble finding what you’re looking for, our customer support team can help you find what you need! Feel free to contact them here:

Recurring Subscriptions: If you have canceled your recurring subscription on the day of renewal and have not downloaded any documents, you may request a refund by submitting an email to

Satisfaction Guarantee: If you’re not satisfied with your subscription, you can contact us for further help. Contact must be made within 3 business days of your subscription purchase and your refund request will be subject for review.

Please Note: Refunds can never be provided more than 30 days after the initial purchase date regardless of your activity on the site.