Buku Bahasa Indonesia Guyton And Hall Textbook of Medical Physiology 20-29
BAB 29 
Konsentrasi dan Pengenceran Urin; Regulasi Osmolaritas Cairan Ekstraseluler dan Konsentrasi Natrium
Agar sel-sel tubuh dapat berfungsi dengan baik, sel-sel tersebut harus terendam dalam cairan ekstraseluler dengan konsentrasi elektrolit yang relatif konstan. Konsentrasi total zat terlarut dalam cairan ekstraseluler, dan dengan demikian osmolaritasnya, juga harus diatur secara tepat untuk mencegah sel menyusut atau membengkak. Osmolaritas ditentukan oleh jumlah zat terlarut (terutama natrium klorida) dibagi dengan volume cairan ekstraseluler. Oleh karena itu, sebagian besar osmolaritas cairan ekstraseluler dan konsentrasi natrium klorida diatur oleh jumlah air ekstraseluler. Total air tubuh dikendalikan oleh (1) asupan cairan, yang diatur oleh faktor-faktor yang menentukan rasa haus; dan (2) ekskresi air oleh ginjal, yang dikendalikan oleh berbagai faktor yang memengaruhi filtrasi glomerulus dan reabsorpsi tubulus.
Dalam bab ini dibahas: (1) mekanisme yang menyebabkan ginjal mengeliminasi kelebihan air dengan mengekskresikan urin encer; (2) mekanisme yang menyebabkan ginjal mempertahankan air dengan mengekskresikan urin pekat; (3) mekanisme umpan balik ginjal yang mengendalikan konsentrasi natrium dan osmolaritas cairan ekstraseluler; serta (4) mekanisme rasa haus dan nafsu makan terhadap garam yang menentukan asupan air dan garam, yang juga membantu mengendalikan volume cairan ekstraseluler, osmolaritas, dan konsentrasi natrium.
GINJAL MENGEKSKRESIKAN KELEBIHAN AIR DENGAN MEMBENTUK URIN ENCER
Ginjal normal memiliki kemampuan yang sangat besar untuk mengubah proporsi relatif zat terlarut dan air dalam urin sebagai respons terhadap berbagai tantangan. Ketika terdapat kelebihan air dalam tubuh dan osmolaritas cairan tubuh menurun, ginjal dapat mengekskresikan urin dengan osmolaritas serendah 50 mOsm/L, yaitu konsentrasi yang hanya sekitar seperenam osmolaritas cairan ekstraseluler normal. Sebaliknya, ketika terjadi defisit air dalam tubuh dan osmolaritas cairan ekstraseluler tinggi, ginjal dapat mengekskresikan urin yang sangat pekat dengan osmolaritas 1200 hingga 1400 mOsm/L. Yang sama pentingnya, ginjal dapat mengekskresikan volume besar urin encer atau volume kecil urin pekat tanpa perubahan besar pada laju ekskresi zat terlarut seperti natrium dan kalium. Kemampuan untuk mengatur ekskresi air secara independen dari ekskresi zat terlarut ini sangat penting untuk kelangsungan hidup, terutama ketika asupan cairan terbatas.
HORMON ANTIDIURETIK MENGENDALIKAN KONSENTRASI URIN
Tubuh memiliki sistem umpan balik yang kuat untuk mengatur osmolaritas plasma dan konsentrasi natrium yang bekerja dengan mengubah ekskresi air oleh ginjal secara independen dari laju ekskresi zat terlarut. Efektor utama dari umpan balik ini adalah hormon antidiuretik (ADH), yang juga disebut vasopresin.
Ketika osmolaritas cairan tubuh meningkat di atas normal (yaitu ketika zat terlarut dalam cairan tubuh menjadi terlalu pekat), kelenjar hipofisis posterior mensekresikan lebih banyak ADH, yang meningkatkan permeabilitas tubulus distal dan duktus koligentes terhadap air, sebagaimana dibahas dalam Bab 28. Mekanisme ini meningkatkan reabsorpsi air dan menurunkan volume urin, tetapi tidak secara bermakna mengubah laju ekskresi zat terlarut oleh ginjal.
Ketika terdapat kelebihan air dalam tubuh dan osmolaritas cairan ekstraseluler menurun, sekresi ADH oleh hipofisis posterior berkurang, sehingga menurunkan permeabilitas tubulus distal dan duktus koligentes terhadap air. Hal ini menyebabkan peningkatan ekskresi urin yang lebih encer dalam jumlah yang lebih besar. Dengan demikian, laju sekresi ADH sangat menentukan apakah ginjal mengekskresikan urin encer atau urin pekat.
MEKANISME GINJAL UNTUK MENGEKSKRESIKAN URIN ENCER
Ketika terdapat kelebihan air yang besar dalam tubuh, ginjal dapat mengekskresikan hingga 20 L/hari urin encer dengan konsentrasi serendah 50 mOsm/L. Ginjal melakukan fungsi yang mengesankan ini dengan terus mereabsorpsi zat terlarut tanpa mereabsorpsi air dalam jumlah besar pada bagian distal nefron, termasuk tubulus distal akhir dan duktus koligentes.
Gambar 29-1. Diuresis air pada seseorang setelah mengonsumsi 1 liter air. Perhatikan bahwa setelah konsumsi air, volume urin meningkat dan osmolaritas urin menurun, sehingga terjadi ekskresi volume besar urin encer; namun, jumlah total zat terlarut yang diekskresikan oleh ginjal tetap relatif konstan. Respons ginjal ini mencegah osmolaritas plasma menurun secara bermakna selama konsumsi air berlebih.
Gambar tersebut menunjukkan respons ginjal pada manusia setelah mengonsumsi 1 liter air. Perhatikan bahwa volume urin meningkat hingga sekitar enam kali normal dalam waktu 45 menit setelah air diminum. Namun, jumlah total zat terlarut yang diekskresikan tetap relatif konstan karena urin yang terbentuk menjadi lebih encer dan osmolaritas urin menurun dari 600 menjadi sekitar 100 mOsm/L. Dengan demikian, setelah konsumsi air berlebih, ginjal membuang kelebihan air dari tubuh tanpa mengekskresikan zat terlarut dalam jumlah berlebihan.
Ketika filtrat glomerulus pertama kali terbentuk, osmolaritasnya hampir sama dengan plasma (300 mOsm/L). Untuk mengekskresikan kelebihan air, filtrat diencerkan saat melewati tubulus melalui reabsorpsi zat terlarut yang lebih besar daripada air, seperti ditunjukkan pada Gambar 29-2. Akan tetapi, pengenceran ini hanya terjadi pada segmen tertentu dari sistem tubulus, sebagaimana dijelaskan pada bagian berikut.
Cairan Tubulus Tetap Isosmotik di Tubulus Proksimal
Ketika cairan mengalir melalui tubulus proksimal, zat terlarut dan air direabsorpsi dalam proporsi yang sama sehingga hanya terjadi sedikit perubahan osmolaritas. Dengan demikian, cairan dalam tubulus proksimal tetap isosmotik terhadap plasma, dengan osmolaritas sekitar 300 mOsm/L. Saat cairan melewati lengkung Henle desenden, air direabsorpsi melalui osmosis dan cairan tubulus mencapai keseimbangan dengan cairan interstisial medula ginjal di sekitarnya yang sangat hipertonik, sekitar dua hingga empat kali osmolaritas filtrat glomerulus awal. Oleh karena itu, cairan tubulus menjadi lebih pekat saat mengalir menuju medula interna.
Gambar 29-2. Pembentukan urin encer ketika kadar hormon antidiuretik (ADH) sangat rendah. Perhatikan bahwa pada lengkung Henle asenden, cairan tubulus menjadi sangat encer. Di tubulus distal dan tubulus koligentes, cairan tubulus semakin diencerkan melalui reabsorpsi natrium klorida dan kegagalan reabsorpsi air ketika kadar ADH sangat rendah. Kegagalan mereabsorpsi air dan reabsorpsi zat terlarut yang berlanjut menyebabkan terbentuknya volume besar urin encer. (Nilai numerik dinyatakan dalam miliosmol per liter.)
Cairan Tubulus Diencerkan di Lengkung Henle Asenden
Pada lengan asenden lengkung Henle, terutama pada segmen tebal, natrium, kalium, dan klorida direabsorpsi secara intensif. Akan tetapi, bagian segmen tubulus ini impermeabel terhadap air, bahkan ketika terdapat ADH dalam jumlah besar. Oleh karena itu, cairan tubulus menjadi lebih encer saat mengalir ke atas melalui lengkung Henle asenden menuju tubulus distal awal, dengan osmolaritas yang menurun secara progresif hingga sekitar 100 mOsm/L pada saat cairan memasuki segmen tubulus distal awal.
Dengan demikian, baik ADH ada maupun tidak, cairan yang meninggalkan segmen tubulus distal awal bersifat hipo-osmotik, dengan osmolaritas hanya sekitar sepertiga osmolaritas plasma.
Cairan Tubulus pada Tubulus Distal dan Duktus Koligentes Semakin Diencerkan Bila Tidak Ada ADH
Ketika cairan encer di tubulus distal awal memasuki tubulus distal berkelok akhir, duktus koligentes kortikal, dan duktus koligentes medularis, terjadi reabsorpsi natrium klorida tambahan. Jika tidak ada ADH, bagian tubulus ini juga impermeabel terhadap air, dan reabsorpsi zat terlarut tambahan menyebabkan cairan tubulus menjadi semakin encer, dengan osmolaritas yang dapat turun hingga 50 mOsm/L. Kegagalan mereabsorpsi air dan reabsorpsi zat terlarut yang terus berlangsung menyebabkan terbentuknya volume besar urin encer.
Sebagai ringkasan, mekanisme pembentukan urin encer adalah dengan terus mereabsorpsi zat terlarut dari segmen distal sistem tubulus sambil mengurangi reabsorpsi air. Pada ginjal yang sehat, cairan yang meninggalkan lengkung Henle asenden dan tubulus distal awal selalu bersifat encer, tanpa memandang kadar ADH. Jika ADH tidak ada, urin akan semakin diencerkan di tubulus distal akhir dan duktus koligentes sehingga volume besar urin encer diekskresikan.
GINJAL MEMPERTAHANKAN AIR DENGAN MENGEKSKRESIKAN URIN PEKAT
Kemampuan ginjal membentuk urin pekat sangat penting bagi kelangsungan hidup mamalia yang hidup di darat, termasuk manusia. Air terus-menerus hilang dari tubuh melalui berbagai jalur, termasuk paru-paru melalui penguapan ke udara ekspirasi, saluran gastrointestinal melalui feses, kulit melalui evaporasi dan keringat, serta ginjal melalui ekskresi urin. Asupan cairan diperlukan untuk menggantikan kehilangan ini, tetapi kemampuan ginjal membentuk volume kecil urin pekat meminimalkan kebutuhan asupan cairan untuk mempertahankan homeostasis, suatu fungsi yang sangat penting ketika persediaan air terbatas.
Ketika terjadi defisit air dalam tubuh, ginjal membentuk urin pekat dengan tetap mengekskresikan zat terlarut sambil meningkatkan reabsorpsi air dan menurunkan volume urin. Ginjal manusia dapat menghasilkan konsentrasi urin maksimum sebesar 1200 hingga 1400 mOsm/L, yaitu empat hingga lima kali osmolaritas plasma.
Beberapa hewan gurun, seperti tikus kanguru Australia (Australian hopping mouse), dapat memekatkan urin hingga 10.000 mOsm/L. Kemampuan ini memungkinkan tikus tersebut bertahan hidup di gurun tanpa minum air; air yang cukup dapat diperoleh dari makanan yang dikonsumsi dan dari air yang dihasilkan dalam tubuh melalui metabolisme makanan. Hewan yang beradaptasi dengan lingkungan air tawar umumnya memiliki kemampuan pemekatan urin yang minimal. Berang-berang, misalnya, hanya dapat memekatkan urin hingga sekitar 500 mOsm/L.
Volume Urin Obligat
Kemampuan pemekatan maksimum ginjal menentukan berapa banyak volume urin yang harus diekskresikan setiap hari untuk membuang produk sisa metabolisme dan elektrolit yang dikonsumsi.
Seseorang normal dengan berat badan 70 kg harus mengekskresikan sekitar 600 miliosmol zat terlarut setiap hari. Jika kemampuan pemekatan urin maksimum adalah 1200 mOsm/L, volume urin minimum yang harus diekskresikan, yang disebut volume urin obligat, dapat dihitung sebagai berikut:
600 mOsm/hari
???????????? = 0,5 L/hari
1200 mOsm/L
Kehilangan volume minimum melalui urin ini berkontribusi terhadap dehidrasi, bersama dengan kehilangan air melalui kulit, saluran pernapasan, dan saluran gastrointestinal ketika tidak tersedia air untuk diminum.
Kemampuan terbatas ginjal manusia untuk memekatkan urin hanya sampai sekitar 1200 mOsm/L menjelaskan mengapa dehidrasi berat terjadi apabila seseorang mencoba minum air laut. Konsentrasi natrium klorida di lautan rata-rata sekitar 3,0% hingga 3,5%, dengan osmolaritas antara sekitar 1000 hingga 1200 mOsm/L. Meminum 1 liter air laut dengan konsentrasi 1200 mOsm/L akan memberikan total asupan natrium klorida sebesar 1200 miliosmol. Jika kemampuan pemekatan urin maksimum adalah 1200 mOsm/L, volume urin yang diperlukan untuk mengekskresikan 1200 miliosmol tersebut adalah 1,0 liter.
Lalu mengapa minum air laut menyebabkan dehidrasi?
Jawabannya adalah karena ginjal juga harus mengekskresikan zat terlarut lain, terutama urea, yang menyumbang sekitar 600 mOsm/L ketika urin berada pada konsentrasi maksimum. Oleh karena itu, konsentrasi maksimum natrium klorida yang dapat diekskresikan oleh ginjal hanya sekitar 600 mOsm/L. Dengan demikian, untuk setiap liter air laut yang diminum, diperlukan sekitar 1,5 liter volume urin untuk membuang 1200 miliosmol natrium klorida yang dikonsumsi, ditambah 600 miliosmol zat terlarut lainnya seperti urea. Hal ini akan menghasilkan kehilangan cairan bersih sebesar 0,5 liter untuk setiap liter air laut yang diminum, sehingga menjelaskan dehidrasi cepat yang terjadi pada korban kapal karam yang meminum air laut. Namun, seekor tikus kanguru Australia peliharaan milik korban kapal karam dapat meminum air laut tanpa mengalami masalah.
Berat Jenis Urin
Berat jenis urin sering digunakan dalam praktik klinis untuk memberikan perkiraan cepat mengenai konsentrasi zat terlarut dalam urin. Semakin pekat urin, semakin tinggi berat jenis urin.
Dalam sebagian besar kasus, berat jenis urin meningkat secara linear seiring peningkatan osmolaritas urin (Gambar 29-3). Namun, berat jenis urin merupakan ukuran berat zat terlarut dalam volume urin tertentu dan karena itu ditentukan oleh jumlah serta ukuran molekul zat terlarut. Sebaliknya, osmolaritas hanya ditentukan oleh jumlah molekul zat terlarut dalam volume tertentu.
Berat jenis urin umumnya dinyatakan dalam gram per mililiter (g/ml) dan pada manusia normal berkisar antara 1,002 hingga 1,028 g/ml, meningkat sebesar 0,001 untuk setiap kenaikan osmolaritas urin sebesar 35 hingga 40 mOsm/L. Hubungan antara berat jenis dan osmolaritas ini berubah apabila terdapat sejumlah besar molekul berukuran besar dalam urin, seperti glukosa, media kontras radiologi yang digunakan untuk tujuan diagnostik, atau beberapa jenis antibiotik. Dalam keadaan tersebut, pengukuran berat jenis urin dapat secara keliru menunjukkan urin yang sangat pekat meskipun osmolalitas urin sebenarnya normal.
Tersedia strip uji yang dapat mengukur perkiraan berat jenis urin, tetapi sebagian besar laboratorium mengukur berat jenis menggunakan refraktometer.
EKSKRESI URIN PEKAT MEMERLUKAN KADAR ADH YANG TINGGI DAN MEDULA GINJAL YANG HIPEROSMOTIK
Persyaratan dasar untuk pembentukan urin pekat adalah: (1) kadar ADH yang tinggi, yang meningkatkan permeabilitas tubulus distal dan duktus koligentes terhadap air sehingga segmen tubulus ini dapat mereabsorpsi air secara intensif; dan (2) osmolaritas yang tinggi pada cairan interstisial medula ginjal, yang menyediakan gradien osmotik yang diperlukan agar reabsorpsi air dapat terjadi ketika kadar ADH tinggi.
Interstisium medula ginjal yang mengelilingi duktus koligentes secara normal bersifat hiperosmotik, sehingga ketika kadar ADH tinggi, air bergerak melalui membran tubulus secara osmosis menuju interstisium ginjal; dari sana air dibawa oleh vasa recta kembali ke dalam darah. Dengan demikian, kemampuan memekatkan urin dibatasi oleh kadar ADH dan derajat hiperosmolaritas medula ginjal. Faktor-faktor yang mengendalikan sekresi ADH akan dibahas kemudian, tetapi untuk saat ini, bagaimana proses yang menyebabkan cairan interstisial medula ginjal menjadi hiperosmotik?
Proses ini melibatkan kerja mekanisme pengganda arus berlawanan (countercurrent multiplier mechanism).
Mekanisme pengganda arus berlawanan bergantung pada susunan anatomi khusus lengkung Henle dan vasa recta, yaitu kapiler peritubulus khusus pada medula ginjal. Pada manusia, sekitar 25% nefron merupakan nefron jukstamedularis, dengan lengkung Henle dan vasa recta yang memanjang jauh ke dalam medula sebelum kembali ke korteks. Sebagian lengkung Henle memanjang hingga ke ujung papila ginjal yang menonjol dari medula ke dalam pelvis ginjal. Sejajar dengan lengkung Henle yang panjang tersebut terdapat vasa recta, yang juga memanjang ke dalam medula sebelum kembali ke korteks ginjal. Selain itu, duktus koligentes yang membawa urin melalui medula ginjal yang hiperosmotik sebelum diekskresikan juga memainkan peran penting dalam mekanisme arus berlawanan.
MEKANISME PENGGANDA ARUS BERLAWANAN MENGHASILKAN INTERSTISIUM MEDULA GINJAL YANG HIPEROSMOTIK
Osmolaritas cairan interstisial di hampir seluruh bagian tubuh sekitar 300 mOsm/L, yang serupa dengan osmolaritas plasma. (Sebagaimana dibahas pada Bab 25, aktivitas osmotik terkoreksi, yang memperhitungkan gaya tarik antarmolekul, adalah sekitar 282 mOsm/L.) Osmolaritas cairan interstisial di medula ginjal jauh lebih tinggi dan dapat meningkat secara bertahap hingga sekitar 1200 sampai 1400 mOsm/L pada ujung pelvis medula. Hal ini berarti bahwa interstisium medula ginjal telah mengakumulasi zat terlarut dalam jumlah yang jauh lebih besar dibandingkan air. Setelah konsentrasi zat terlarut yang tinggi di medula tercapai, keadaan ini dipertahankan melalui keseimbangan antara masuk dan keluarnya zat terlarut serta air di medula.
Faktor-faktor utama yang berkontribusi terhadap peningkatan konsentrasi zat terlarut di medula ginjal adalah sebagai berikut:
- Transport aktif ion natrium dan kotranspor kalium, klorida, serta ion lainnya keluar dari bagian tebal lengan asenden lengkung Henle menuju interstisium medula.
- Transport aktif ion dari duktus koligentes menuju interstisium medula.
- Difusi terfasilitasi urea dari duktus koligentes medularis interna menuju interstisium medula.
- Difusi hanya sejumlah kecil air dari tubulus medula menuju interstisium medula, jauh lebih sedikit dibandingkan reabsorpsi zat terlarut ke dalam interstitium medula.
KARAKTERISTIK LENGKUNG HENLE YANG MENYEBABKAN ZAT TERLARUT TERPERANGKAP DI MEDULA GINJAL
Karakteristik transport pada lengkung Henle diringkas dalam Tabel 29-1, bersama dengan sifat-sifat tubulus proksimal, tubulus distal, tubulus koligentes kortikal, dan duktus koligentes medularis interna.
Salah satu alasan utama tingginya osmolaritas medula adalah transport aktif natrium serta kotranspor kalium, klorida, dan ion lainnya dari lengan asenden tebal lengkung Henle ke interstitium. Pompa ini mampu membentuk gradien konsentrasi sekitar 200 mOsm/L antara lumen tubulus dan cairan interstisial.
Karena lengan asenden tebal hampir impermeabel terhadap air, zat terlarut yang dipompa keluar tidak diikuti oleh aliran osmotik air menuju interstitium. Dengan demikian, transport aktif natrium dan ion lainnya keluar dari lengan asenden tebal menambahkan zat terlarut dalam jumlah yang lebih besar daripada air ke dalam interstitium medula ginjal. Terdapat pula reabsorpsi pasif natrium klorida dari lengan asenden tipis lengkung Henle, yang juga pada dasarnya impermeabel terhadap air, sehingga semakin meningkatkan konsentrasi zat terlarut pada interstitium medula ginjal.
Tabel 29-1. Ringkasan Karakteristik Tubulus dalam Konsentrasi Urin
| Struktur | Transport Aktif NaCl | Permeabilitas H?O | Permeabilitas NaCl | Permeabilitas Urea |
|---|---|---|---|---|
| Tubulus proksimal | ++ | ++ | + | + |
| Lengan desenden tipis | 0 | ++ | + | + |
| Lengan asenden tipis | 0 | 0 | + | + |
| Lengan asenden tebal | ++ | 0 | 0 | 0 |
| Tubulus distal | + | +ADH | 0 | 0 |
| Tubulus koligentes kortikal | + | +ADH | 0 | 0 |
| Duktus koligentes medularis interna | + | +ADH | 0 | +ADH |
ADH = hormon antidiuretik; NaCl = natrium klorida; 0 = tingkat minimal transport aktif atau permeabilitas; + = tingkat sedang transport aktif atau permeabilitas; ++ = tingkat tinggi transport aktif atau permeabilitas; +ADH = permeabilitas terhadap air atau urea meningkat oleh ADH.
Sebaliknya, lengan desenden lengkung Henle sangat permeabel terhadap air, dan osmolaritas cairan tubulus dengan cepat menjadi sama dengan osmolaritas medula ginjal. Oleh karena itu, air berdifusi keluar dari lengan desenden lengkung Henle menuju interstitium, dan osmolaritas cairan tubulus secara bertahap meningkat saat mengalir menuju ujung lengkung Henle.
Tahapan yang Menyebabkan Interstitium Medula Ginjal Menjadi Hiperosmotik
Gambar 29-4. Sistem pengali arus berlawanan di lengkung Henle untuk menghasilkan medula ginjal hiperosmotik. (Nilai numerik dalam milliosmol per liter.)
Dengan mengingat karakteristik lengkung Henle tersebut, mari membahas bagaimana medula ginjal menjadi hiperosmotik (Video 29-1).
Pertama, anggap bahwa lengkung Henle terisi cairan dengan konsentrasi 300 mOsm/L, sama seperti cairan yang meninggalkan tubulus proksimal (Gambar 29-4, langkah 1).
Selanjutnya, pompa ion aktif pada lengan asenden tebal lengkung Henle menurunkan konsentrasi di dalam tubulus dan meningkatkan konsentrasi interstisial. Pompa ini membentuk gradien konsentrasi sebesar 200 mOsm/L antara cairan tubulus dan cairan interstisial (Gambar 29-4, langkah 2). Batas gradien ini sekitar 200 mOsm/L karena difusi paraseluler ion kembali ke dalam tubulus pada akhirnya akan menyeimbangkan transport ion keluar dari lumen ketika gradien konsentrasi 200 mOsm/L telah tercapai.
Langkah 3 adalah cairan tubulus pada lengan desenden lengkung Henle dan cairan interstisial dengan cepat mencapai keseimbangan osmotik akibat osmosis air keluar dari lengan desenden. Osmolaritas interstisial dipertahankan pada 400 mOsm/L karena transport ion yang terus berlangsung keluar dari lengan asenden tebal lengkung Henle. Dengan demikian, transport aktif natrium klorida keluar dari lengan asenden tebal sendiri hanya mampu membentuk gradien konsentrasi sebesar 200 mOsm/L, yang jauh lebih rendah dibandingkan gradien yang dicapai oleh sistem pengganda arus berlawanan.
Baca Juga: Lighten PDF Converter OCR 6.1.1 Full Version
Langkah 4 adalah masuknya cairan tambahan ke dalam lengkung Henle dari tubulus proksimal, yang menyebabkan cairan hiperosmotik yang sebelumnya terbentuk di lengan desenden mengalir ke lengan asenden. Setelah cairan ini berada di lengan asenden, ion-ion tambahan dipompa ke dalam interstitium dan air tetap berada dalam cairan tubulus hingga terbentuk gradien osmotik sebesar 200 mOsm/L, sehingga osmolaritas cairan interstisial meningkat menjadi 500 mOsm/L (langkah 5).
Selanjutnya, cairan pada lengan desenden kembali mencapai keseimbangan dengan cairan interstisial medula yang hiperosmotik (langkah 6), dan ketika cairan tubulus hiperosmotik dari lengan desenden lengkung Henle mengalir ke lengan asenden, semakin banyak zat terlarut yang terus dipompa keluar dari tubulus dan diendapkan ke dalam interstitium medula.
Langkah-langkah ini berulang terus-menerus, dengan efek bersih berupa penambahan zat terlarut yang semakin banyak ke medula tanpa penambahan air yang sebanding. Dengan waktu yang cukup, proses ini secara bertahap memerangkap zat terlarut di medula dan memperbesar gradien konsentrasi yang dibentuk oleh pemompaan aktif ion keluar dari lengan asenden tebal lengkung Henle, sehingga akhirnya meningkatkan osmolaritas cairan interstisial hingga 1200 sampai 1400 mOsm/L, sebagaimana ditunjukkan pada langkah 7.
Dengan demikian, reabsorpsi natrium klorida yang berulang oleh lengan asenden tebal lengkung Henle dan aliran masuk natrium klorida baru yang terus berlangsung dari tubulus proksimal ke dalam lengkung Henle disebut pengganda arus berlawanan (countercurrent multiplier). Natrium klorida yang direabsorpsi dari lengan asenden lengkung Henle terus ditambahkan pada natrium klorida yang baru datang, sehingga "menggandakan" konsentrasinya dalam interstitium medula.
PERAN TUBULUS DISTAL DAN DUKTUS KOLIGENTES DALAM EKSKRESI URIN PEKAT
Ketika cairan tubulus meninggalkan lengkung Henle dan mengalir ke tubulus distal berkelok di korteks ginjal, cairan tersebut bersifat encer dengan osmolaritas hanya sekitar 100 hingga 140 mOsm/L (Gambar 29-5). Tubulus distal awal semakin mengencerkan cairan tubulus karena segmen ini, seperti lengan asenden lengkung Henle, secara aktif mentranspor natrium klorida keluar dari tubulus tetapi relatif impermeabel terhadap air.
Ketika cairan mengalir ke tubulus koligentes kortikal, jumlah air yang direabsorpsi sangat bergantung pada konsentrasi ADH plasma. Jika tidak terdapat ADH, segmen ini hampir impermeabel terhadap air sehingga gagal mereabsorpsi air, tetapi tetap mereabsorpsi zat terlarut dan semakin mengencerkan urin.
Ketika konsentrasi ADH tinggi, tubulus koligentes kortikal menjadi sangat permeabel terhadap air sehingga sejumlah besar air direabsorpsi dari tubulus ke dalam interstitium korteks, tempat air tersebut segera dibawa oleh kapiler peritubulus yang mengalir cepat. Karena sejumlah besar air direabsorpsi ke dalam korteks, bukan ke medula ginjal, keadaan ini membantu mempertahankan tingginya osmolaritas cairan interstisial medula.
Saat cairan tubulus mengalir sepanjang duktus koligentes medularis, terjadi reabsorpsi air lebih lanjut dari cairan tubulus ke interstitium, tetapi jumlah total air yang direabsorpsi relatif kecil dibandingkan dengan yang ditambahkan ke interstitium korteks. Air yang direabsorpsi kemudian dibawa oleh vasa recta ke dalam darah vena.
Ketika kadar ADH tinggi, duktus koligentes menjadi permeabel terhadap air sehingga cairan pada ujung duktus koligentes memiliki osmolaritas yang pada dasarnya sama dengan cairan interstisial medula ginjal, yaitu sekitar 1200 mOsm/L (lihat Gambar 29-4).
Dengan demikian, melalui reabsorpsi air semaksimal mungkin, ginjal membentuk urin yang sangat pekat, mengekskresikan jumlah zat terlarut yang normal dalam urin sambil mengembalikan air ke cairan ekstraseluler dan mengompensasi defisit air tubuh.
UREA BERKONTRIBUSI TERHADAP INTERSTISIUM MEDULA GINJAL YANG HIPEROSMOTIK DAN PEMBENTUKAN URIN PEKAT
Urea berkontribusi sekitar 40% hingga 50% terhadap osmolaritas (500–600 mOsm/L) interstitium medula ginjal ketika ginjal membentuk urin dengan konsentrasi maksimum. Berbeda dengan natrium klorida, urea direabsorpsi secara pasif dari tubulus. Ketika terjadi defisit air dan konsentrasi ADH dalam darah tinggi, sejumlah besar urea direabsorpsi secara pasif dari duktus koligentes medularis interna ke dalam interstitium.
Mekanisme reabsorpsi urea ke dalam medula ginjal adalah sebagai berikut. Ketika cairan mengalir naik melalui lengan asenden lengkung Henle dan menuju tubulus distal serta tubulus koligentes kortikal, hanya sedikit urea yang direabsorpsi karena segmen-segmen ini impermeabel terhadap urea (lihat Tabel 29-1). Dengan adanya konsentrasi ADH yang tinggi, air direabsorpsi dengan cepat dari tubulus koligentes kortikal, dan konsentrasi urea meningkat dengan cepat karena urea tidak terlalu permeabel pada bagian tubulus ini.
Ketika cairan tubulus mengalir ke duktus koligentes medularis interna, reabsorpsi air yang lebih lanjut terus berlangsung, sehingga menghasilkan konsentrasi urea yang lebih tinggi lagi di dalam cairan. Konsentrasi urea yang tinggi dalam cairan tubulus duktus koligentes medularis interna ini menyebabkan urea berdifusi keluar dari tubulus menuju cairan interstisial ginjal. Difusi ini sangat dipermudah oleh transporter urea spesifik, UT-A1 dan UT-A3. Transporter urea ini diaktifkan oleh ADH, sehingga semakin meningkatkan transport urea keluar dari duktus koligentes medularis interna ketika kadar ADH meningkat.
Pergerakan air dan urea secara bersamaan keluar dari duktus koligentes medularis interna mempertahankan konsentrasi urea yang tinggi dalam cairan tubulus dan pada akhirnya dalam urin, meskipun urea sedang direabsorpsi.
Peran mendasar urea dalam kemampuan memekatkan urin dibuktikan oleh fakta bahwa orang yang mengonsumsi diet tinggi protein, yang menghasilkan sejumlah besar urea sebagai produk sisa nitrogen, dapat memekatkan urin jauh lebih baik dibandingkan orang dengan asupan protein dan produksi urea yang rendah. Malnutrisi berhubungan dengan konsentrasi urea yang rendah dalam interstitium medula dan gangguan bermakna pada kemampuan memekatkan urin.
Resirkulasi Urea dari Duktus Koligentes ke Lengkung Henle Berkontribusi terhadap Medula Ginjal yang Hiperosmotik
Orang sehat biasanya mengekskresikan sekitar 20% hingga 60% dari beban urea yang difiltrasi, bergantung pada laju aliran urin dan status hidrasi. Secara umum, laju ekskresi urea terutama ditentukan oleh: (1) konsentrasi urea dalam plasma; (2) laju filtrasi glomerulus (GFR); dan (3) reabsorpsi urea oleh tubulus ginjal.
Pada pasien dengan penyakit ginjal yang mengalami penurunan GFR yang besar, konsentrasi urea plasma meningkat secara bermakna, sehingga beban urea yang difiltrasi dan laju ekskresi urea kembali ke tingkat normal (sama dengan laju produksi urea), meskipun GFR menurun.
Gambar 29-6. Resirkulasi urea yang direabsorpsi dari duktus koligentes medularis ke dalam cairan interstisial. Urea ini berdifusi ke dalam lengkung Henle tipis, kemudian melewati tubulus distal, dan akhirnya kembali masuk ke duktus koligentes. Resirkulasi urea membantu memerangkap urea dalam medula ginjal dan berkontribusi terhadap hiperosmolaritas medula ginjal. Garis tebal dari lengan asenden tebal lengkung Henle hingga duktus koligentes medularis menunjukkan bahwa segmen-segmen ini tidak terlalu permeabel terhadap urea. Transporter urea UT-A1 dan UT-A3 mempermudah difusi urea keluar dari duktus koligentes medularis, sedangkan UT-A2 mempermudah difusi urea ke dalam lengan desenden tipis lengkung Henle. (Nilai numerik dinyatakan dalam miliosmol urea per liter selama antidiuresis, ketika terdapat sejumlah besar hormon antidiuretik. Persentase beban urea yang difiltrasi yang masih berada di dalam tubulus ditunjukkan dalam kotak-kotak.)
Di tubulus proksimal, sekitar 40% hingga 50% urea yang difiltrasi direabsorpsi, tetapi meskipun demikian, konsentrasi urea dalam cairan tubulus meningkat karena urea tidak permeabel seperti air. Konsentrasi urea terus meningkat ketika cairan tubulus mengalir ke segmen tipis lengkung Henle, sebagian karena reabsorpsi air dari lengan desenden lengkung Henle dan sebagian lagi karena sekresi urea ke dalam lengkung Henle tipis dari interstitium medula (Gambar 29-6). Sekresi pasif urea ke dalam lengkung Henle tipis dipermudah oleh transporter urea UT-A2.
Lengan tebal lengkung Henle, tubulus distal, dan tubulus koligentes kortikal semuanya kurang permeabel terhadap urea, sehingga hanya sedikit reabsorpsi urea yang biasanya terjadi pada segmen-segmen tubulus ini. Ketika ginjal membentuk urin pekat dan kadar ADH tinggi, reabsorpsi air dari tubulus distal dan tubulus koligentes kortikal semakin meningkatkan konsentrasi urea dalam cairan tubulus.
Ketika urea ini mengalir ke duktus koligentes medularis interna, konsentrasi urea yang tinggi dalam cairan tubulus bersama transporter urea UT-A1 dan UT-A3 menyebabkan urea berdifusi ke dalam interstitium medula. Sebagian urea yang masuk ke interstitium medula akhirnya berdifusi ke lengkung Henle tipis dan kemudian bergerak ke atas melalui lengan asenden lengkung Henle, tubulus distal, dan tubulus koligentes kortikal sebelum kembali turun ke duktus koligentes medularis.
Dengan cara ini, urea dapat bersirkulasi kembali melalui bagian terminal sistem tubulus tersebut beberapa kali sebelum akhirnya diekskresikan. Setiap kali melalui sirkuit ini akan berkontribusi pada peningkatan konsentrasi urea.
Resirkulasi urea ini menyediakan mekanisme tambahan untuk membentuk medula ginjal yang hiperosmotik. Karena urea merupakan salah satu produk sisa yang paling banyak dan harus diekskresikan oleh ginjal, mekanisme pemekatan urea sebelum diekskresikan ini sangat penting untuk menghemat cairan tubuh ketika persediaan air terbatas.
Baca Juga: [Buku Bahasa Indonesia] Cosmos - Carl Sagan
Ketika terdapat kelebihan air dalam tubuh, laju aliran urin meningkat sehingga konsentrasi urea dalam duktus koligentes medularis interna menurun, yang menyebabkan lebih sedikit difusi urea ke dalam interstitium medula ginjal. Kadar ADH juga menurun ketika terdapat kelebihan air tubuh, dan penurunan ini pada gilirannya menurunkan permeabilitas duktus koligentes medularis interna terhadap air maupun urea, sehingga lebih banyak urea diekskresikan dalam urin.
PERTUKARAN ARUS BERLAWANAN PADA VASA RECTA MEMPERTAHANKAN HIPEROSMOLARITAS MEDULA GINJAL
Aliran darah harus disediakan ke medula ginjal untuk memenuhi kebutuhan metabolik sel-sel pada bagian ginjal ini. Tanpa sistem aliran darah medula yang khusus, zat-zat terlarut yang dipompa ke medula ginjal oleh sistem pengganda arus berlawanan akan cepat hilang.
Dua karakteristik khusus aliran darah medula ginjal berkontribusi terhadap pemeliharaan konsentrasi zat terlarut yang tinggi:
- Aliran darah medula rendah, mencakup kurang dari 5% dari total aliran darah ginjal. Aliran darah yang lambat ini cukup untuk memenuhi kebutuhan metabolik jaringan, tetapi membantu meminimalkan kehilangan zat terlarut dari interstitium medula.
- Vasa recta berfungsi sebagai penukar arus berlawanan (countercurrent exchanger), yang meminimalkan pencucian (washout) zat terlarut dari interstitium medula.
Mekanisme pertukaran arus berlawanan bekerja sebagai berikut (Gambar 29-7). Darah masuk dan keluar dari medula melalui vasa recta pada batas antara korteks dan medula ginjal. Vasa recta, seperti kapiler lainnya, sangat permeabel terhadap zat terlarut dalam darah kecuali protein plasma.
Ketika darah turun ke medula menuju papila, darah menjadi semakin pekat, sebagian karena masuknya zat terlarut dari interstitium dan sebagian karena kehilangan air ke interstitium. Pada saat darah mencapai ujung vasa recta, konsentrasinya mencapai sekitar 1200 mOsm/L, sama dengan konsentrasi interstitium medula.
Ketika darah kembali naik menuju korteks, darah menjadi semakin encer karena zat terlarut berdifusi kembali ke interstitium medula dan air bergerak masuk ke dalam vasa recta.
Meskipun sejumlah besar cairan dan zat terlarut dipertukarkan melintasi vasa recta, hanya terjadi sedikit pengenceran bersih terhadap konsentrasi cairan interstisial pada setiap tingkat medula ginjal karena bentuk U kapiler vasa recta yang berfungsi sebagai penukar arus berlawanan. Dengan demikian, vasa recta tidak menciptakan hiperosmolaritas medula, tetapi mencegahnya menghilang.
Struktur pembuluh berbentuk U meminimalkan kehilangan zat terlarut dari interstitium, tetapi tidak mencegah aliran massa cairan dan zat terlarut ke dalam darah melalui tekanan osmotik koloid dan tekanan hidrostatik yang secara normal mendukung reabsorpsi pada kapiler ini. Dalam keadaan tunak (steady-state), vasa recta hanya membawa keluar zat terlarut dan air sebanyak yang direabsorpsi dari tubulus medula, sehingga konsentrasi tinggi zat terlarut yang dibentuk oleh mekanisme arus berlawanan tetap dipertahankan.
Peningkatan Aliran Darah Medula Menurunkan Kemampuan Memekatkan Urin
Beberapa vasodilator dapat meningkatkan aliran darah medula ginjal secara bermakna, sehingga mencuci sebagian zat terlarut dari medula ginjal dan menurunkan kemampuan maksimum untuk memekatkan urin.
Peningkatan besar tekanan arteri juga dapat meningkatkan aliran darah medula ginjal lebih besar dibandingkan daerah ginjal lainnya dan cenderung mencuci interstitium yang hiperosmotik, sehingga mengurangi kemampuan memekatkan urin.
Sebagaimana telah dibahas sebelumnya, kemampuan maksimum ginjal untuk memekatkan urin ditentukan tidak hanya oleh kadar ADH tetapi juga oleh osmolaritas cairan interstisial medula ginjal. Bahkan ketika kadar ADH maksimal, kemampuan memekatkan urin akan menurun jika aliran darah medula meningkat cukup besar sehingga menurunkan hiperosmolaritas medula ginjal.
Comments (0)