ANATOMI FISIOLOGI GLOMERULUS

A. Anatomi Glomerulus

Nefron merupakan unit dasar ginjal. Nefron tersusun dari tubulus ginjal dan dan

glomerulus(W.F.Ganong, Buku Ajar Fisiologi Kedokteran:725). Glomerulus merupakan suatu

bola kapiler yang dikelilingi oleh kapsula bowman, kumpulan epitel tubulus berbentuk kapsul

cekung di mana urin difiltrasi. Glomerulus juga mengandung sel mesangial, yang merupakan

penggantung untuk menyangga lengkung kapiler dan memiliki kemampuan kontraktil dan

fagositik. Darah memasuki kapiler glomerulus melalui arteriol aferen dan meninggalkannya

melalui arteriol eferen, bukan venula. Vasokontriksi arteriol eferen menyebabkan tekanan

hidrostatik tinggi didalam kapiler glomerulus, memaksa air, ion, dan molekul kecil melewati

sawar filtrasi ke kapsula bowman. Apakah suatu zat difiltrasi atau tidak tergantung pada

ukuran molekul dan muatannya. Sawar filtrasi terdiri dari tiga lapisan. (Chris O’Callaghan, At

a Glance Sistem Ginjal 2nd ed: 13)

1. Sel endotel

Sel endotel dinding kapiler glomerulus tipis, dan memilki pori berukuran 70 nm yang

dipenuhi oleh glikoprotein bermuatan negative, terutama podokaliksin. (Chris

O’Callaghan, At a Glance Sistem Ginjal 2nd ed: 13)

2. Membrane basal glomerulus

Membrane basal kapiler juga mengandung glikoprotein bermuatan negative. Membran

ini terdiri dari dua lapisan yang mengandung kolagen tipe IV, proteoglikan heparin sulfat,

laminin, podokaliksin, dan sejumlah kecil kolagen tipe III dan V, fibronektin, dan

entaktin. Kolagen tipe IV membentuk rantai heliks yang tersusun sebagai struktur tiga

dimensi dan menjadi tempat melekat komponen lainnya. (Chris O’Callaghan, At a Glance

Sistem Ginjal 2nd ed: 13)

3. Sel epitel kapsula Bowman

Sel epitel atau podosit memiliki proyeksi panjang yang merupakan asal tonjolan kaki dan

menempel pada membrane basal glomerulus sisi saluran kemih. Tonjolan kaki dari

podosit-podosit yang berbeda saling menempel dan menyisakan celah filtrasi (filtration

slit) berukuran 25-65 nm diantaranya. Melintasi celah-celah ini, jalinan protein

membentuk “pori celah”. Protein pori celah utama adalah nefrin, yang berinteraksi

dengam protein lain termasuk podosin dan CD2AP. Pori ini merupakan kunci selektivitas

sawar pada proses filtrasi dan mencegah lewatnya molekul besar seperti albumin. (Chris

O’Callaghan, At a Glance Sistem Ginjal 2nd ed: 13)

B. Filtrasi Glomerulus

Plasma difiltrasi di dalam glomerulus secara ultrafiltrasi (yaitu bekerja pada tingkat

molecular), dan filtrar masuk ke dalam tubulus proksimal. Laju filtrasi glomerulus (LFG)

adalah ~125ml/s pada manusia. Aliran plasma/ plasmanya ginjal adalah ~600ml/s, sehingga

jumlah plasma yang difiltrasi ke nefron (fraksi filtrasi) adalah ~20%. Cairan dan solute (zat

terlarut) haris melalui 3 sawar filtrasi :

1. Endotel Kapitel Glomelurus, yang kira-kira 50 kali lebih permeable daripada sebagian

bersar jaringan lain karena memiliki pori-pori (fenestra) beryukuran kecil 70 nm

2. Membrane Basal kapiler terspesialisasi yang mengandung glikoprotein bermuatan

negative, yang diperkirakan sebagai temapt utama ultrafiltrasi.

3. Sel Epitel termodifikasi (podosit) dengan peninjolan panjang (prosesus primer) yang

meliputi kapiler dan memilki banyak tonjolan / prosesus seperti kaki (pedikel) yang

berhubungan langsung dengan membrane basal. Celah regular diantra partikel-partikel

disebut celah filtrasi, dan celah ini membatasi molekul-molekul besar. Podosit

mempertahankan membrane basal dan seperti masanial, dapat bersifat fagositik dan

sedikit kontrkatil.

*ultrastuktur dasar dari kapiler glomerulus (Guyton & Hall, Fisiologi Kedokteran 11th ed: )

Permeabilitas sawar filtrasi tergantunga pada ukuran molekul. Zat dengan berat molekul

<700 Da dapat lewat dengan bebes, tetapi molekul yang lebih besar hingga berukuran

70.000-100.000 Da semakin terbatas, dan bila molekul lebih besar lagi maka filtrasi menjadi

tidak signifikan. Molekul bermuatan negative semakin terbatas karena ditolak oleh muatan

negative membrane basal. Jadi, albumin (~69000 Da), yang juga bermuatan negative hanaya

trerfiltrasi dalam jumlah yang sangat kecil, sedangkan molekul kecil seperti ion, glukosa,

asama amino, dan ureum melewati filter tanpa hambatan. Hal ini berarti bahwa filtrate

(hasil filtrasi) glomerulus hamper tidak mengandung protein tetapi sebaliknya, memilki

komposisi yang identik dengan plasma.(Jeremy ward. Dkk, At a Glance Fisiologi: 65)

1. Faktor yang Mempengaruhi Laju filtrasi Glomerulus

Laju filtrasi dglomerulus bergantung pada perbedaan antara tekanan hidrostatik dan

tekanan onkotik (osmotic koloid, yang disebabkan oleh protein) pada kapiler glomerulus

dan kapsula bowman seperti pada persamaan Starling. Tekanan kapiler glomerulus (Pc)

lebih besar dari padsa tempat lain manapun (~48 mmHg) karena pengaturan arteriol

aferen dan eferen yang unikm dan kerena resistensi aferen yang rendah tetapi resistensi

eferennya tinggi. Karena tekanan kapsula bowman (Pb) adalah (~10 mmHg), maka gaya

hidrostatik netto yang mendorong filtrasi adalah (Pc- Pb) atau ~35 mmHg. Gaya ini

dilawan oleh tekanan onkotik plasma kapiler (πc: ~25 mmHg); tekanan onkotik filtrate

pada dasarnya adalah nol (tidak ada protein). Jadi, LFG ∞ (Pc- Pb) - πc. Yang harus

diperhatikan, karena fraksi filtrasi cukup berarti (~20%) dan protein tidak difiltrasi, maka

konsentrasi protein plasma dan kemudian πc akan meningkat saat darah melewati

glomerulus, sehingga mengurangi (tetapi tidak menghentikan) pada kapiler petritubulus,

di mana tekanan hidrostatik sangat rendah, peningkatan πc akan memacu reabsobsi. .

(Jeremy ward. Dkk, At a Glance Fisiologi: 65)

Jadi LFG sangat bergantung pada resistensi relative arteriol aferen dan eferen, yang

dipengaruhi tonus simpatis dan zat-zat vasoaktif lainnya. LFG bersifat konstan pada

kisaran tekanan darah yang luas (90-120 mmHg) karena adanya autoregulasi aliran

darah ginjal. Penyakit ginjal, vasokonstiktor sirkulasi dan lokal, dan aktivitas simpatis

akan mengurangi LFG, walaupun angiotensin II akan lebih mengonstiksi arteriol eferen,

sehingga meningkatkan LFG. .(Jeremy ward. Dkk, At a Glance Fisiologi: 65)

2. Penentuan LFG

LFG ditentukan oleh (1) jumlah daya hidrostatis dan osmotic koloid pada membrane

glomerulus, yang menghasilkan tekanan akhir filtrasi, dan (2) koefisien filtrasi

glomerulus, Kf secara sistematis, LFG merupakan hasil dari Kf dan tekanan filtrasi akhir. .

(Guyton & Hall, Fisiologi Kedokteran 11th ed:)

LFG = Kf x tekanan filtrasi akhir

Tekanan filtrasi akhir merupakan jumlah daya osmotikm koloid dan hidrostatik yang

mendorong atau melawan filtrasi yang terjadi pada kapiler glomerulus. daya ini meliputi

(1) tekanan hidrostatik didalam kapiler glomerulus yang mendorong filtrasi (Pc); (2)

tekanan hidrostatik dalam kapsul bowman (Pb) di luar kapiler, melawan filtrasi; (3)

tekanan osmotic koloid protein plasma di dalam kapiler glomerulus (πc) yang melawan

filtrasi; (4) tekanan osmotic koloid protein dalam kapsul bowman (πb) yang mendorong

filtrasi. (Pada keadaan normal, konsentrasi protein dalam filtrate glomerulus sedemikian

rendahnya sehingga tekanan osmotic koloid cairan di kapsula bowman dianggap nol). .

(Guyton & Hall, Fisiologi Kedokteran 11th ed:)

Karena itu LFG dapat dinyatakan sebagai :

LFG = Kf [(Pc- Pb) – (πc-πb)

Nilai LFG seorang pria normal dengan ukuran tubuh sedang adalah kira-kira sebesar 125

ml/s. besar nilai ini sebanding dengan luas permukaan tubuh. Namun, meskipun telah

dikoreksi dengan besar luas permukaan tubuh, nilai LFG wanita tetap 10% lebih rendah

dari pada nilai LFG pria. Nilai LFG sebesar 125 ml/s sama dengan 7.5 L/jam, atau 180

L/hari, sedangkan volume urine normal hanya sekitar 1 L/hari. Hal ini berarti dalam

keadaan normal, lebih dari 99% filtrate direabsorbsi. Dengan laju 125 ml/s, ginjal

melakukan filtrasi cairan yang sama dengan 4 kali jumlah total air tubuh dalam sehari,

atau 15 kali volume cairan ekstra sel (CES) atau 60 kali volume plasma.(W.F.Ganong,

Buku Ajar Fisiologi Kedokteran 22nd ed: 732)

Meskipun nilai normal untuk penentuan LFG tidak dihitung secara langsung pada

manusia, namun nilai ini telah dihitung pada hewan yaitu anjing dan tikus. Berdasarkan

pada hewan, daya normal yang mendorong dan melawan filtrasi glomerulus pada

manusia diduga sebagai berikut. (Guyton & Hall, Fisiologi Kedokteran 11th ed:) :

Daya yang Mendorong Filtrasi (mmHg)

Tekanan hidrostatik glomerulus 60

Tekanan osmotic koloid di kapsula bowman 0

Daya yang Melawan Filtrasi (mmHg)

Tekanan hidrostatik glomerulus

Tekanan osmotic koloid di kapiler glomerulus 18

Tekanan filtrasi akhir = 60 – 18 – 32 = + mmHg 32

*ringkasan berbagai gaya yang menyebabkan filtrasi oleh kapiler glomerulus (Guyton & Hall, Fisiologi Kedokteran 11th ed: )

3. Peningkatan LFG Akibat Peningkatan Koefisien Filtrasi Kapiler Glomerulus

Kf merupakan ukuran hasil konduktivitas hidrolik dan area permukaan kapiler

glomerulus. Kf tidak dapat diukur secara langsung, tetapi diperkirakan secara

eksperimental dengan cara membagi laju filtrasi glomerulus dengan tekanan filtrasi

akhir(Guyton & Hall, Fisiologi Kedokteran 11th ed: ) :

Kf = LFG/ tekanan akhir filtrasi

Karena LFG total untuk kedua ginjal kira-kira 125 ml/s dan tekanan akhir filtrasi 10

mmHg, maka Kf normal kira-kira 12.5 ml/s/mmHg dari tekanan filtrasi tersebut. Jika Kf

dinyatakan 100 gram berat ginjal, rata-rata Kf sekitar 4.2 ml/s/mmHg per 100 gram

ginjal, nilai tersebut 400 kali lebih besar dari Kf pada kebanyakan system kapiler tubuh

lainnya; rata-rata Kf pada banyak jaringan tubuh lainnya kira-kira hanya 0.01

ml/s/mmHg per 100 gram. Kf kapiler glomerulus yang tinggi ini sangat mempengaruhi

laju filtrasi cairannya yang cepat. (Guyton & Hall, Fisiologi Kedokteran 11th ed: )

Meskipun peningkatan Kf akan menaikkan LFG dan penurunan Kf akan mengurangi LFG,

perubahan Kf mungkin bukan merupakan mekanisme utama pengaturan LFG normal

dari hari ke hari. Namun, beberapa pentyakit akan menurunkan Kf dengan cara

mengurangi jumlah kapiler glomerulus fungsional (dengan demikian mengurangi area

permukaan untuk filtrasi) atau dengan menambah ketebalan membrane kapiler

glomerulus dan mengurangi konduktivitas hidroliknya. (Guyton & Hall, Fisiologi

Kedokteran 11th ed )

4. Penurunan LFG Akibat Peningkatan Tekanan Hidrostatik di Kapsula Bowman

Pengukuran langsung tekanan hidrostatik di kapsula bowman dan pada berbagai tempat

di tubulus proksimal dengan menggunakan mikropipet, menunjukkan bahwa dalam

keadaan normal perkiraan yang masuk akal untuk tekanan kapsula bowman pada

manusia adalah 18 mmHg. Kenaikan tekanan hidrostatik pada kapsula bowman akan

menurunkan LFG, sedangkan penurunan tekanan tersebut akan menyebabklan kenaikan

LFG. Namun perubahan tekanan di kapsula Bowman biasanya bukan merupakan cara

utama untuk mengatur LFG.Dalam keadaan patologi tertentu yangb disertai dengan

obstruksi traktus urinarius, tekanan di kapsula bowman dapat meningkat secara nyata,

menyebabkan penurunan LFG yang serius. (Guyton & Hall, Fisiologi Kedokteran 11th ed: )

5. Penurunan LFG Akibat Peningkatan Tekanan Osmotik Koloid di Kapiler Glomerulus

Ketika darah mengalir dari arteriol aferen melalui kapiler glomerulus menuju ke arteriol

eferen, konsentrasi protein plasma meningkat kira-kira 20%. Alas an untuk ini ialah kira-

kira seperlima cairan pada kapiler disaring ke dalam kapsula bowman, sehingga akan

memekatkan protein plasma glomerulus yang tidak disaring. Dengan anggapan bahwa

tekanan osmotic koloid plasma normal yang memasuki kapiler glomerulus besarnya 28

mmHg, nilai tersebut biasanya meningkat menjadi 36 mmHg pada saat darah mencapaio

ujung eferen kapiler. Oleh karena itu tekanan osmotic koloid rata-rata dari protein

plasma kapiler glomerulus merupakan nilai pertengahan antara 28 mmHg dan 36 mmHg,

atau kira-kira 32 mmHg. (Guyton & Hall, Fisiologi Kedokteran 11th ed:)

Jadi ada dua factor yang mempengaruhi tekanan osmotic koloid kapiler glomerulus : (1)

tekanan osmotic koloid plasma arterial dan (2) fraksi plasma yang disaring oleh kapiler

glomerulus (fraksi filtrasi). Kenaikan tekanan osmotic koloid plasma arterial akan

meningkatkan tekanan osmotic koloid di kapiler glomerulus, ayng kemudian akan

menurunkan LFG.

Kenaikan fraksi filtrasi juga akan

memekatkan protein plasma dan

meningkatkan tekanan osmotic kolid glomerulus. karena fraksi filtrasi diartikan sebagai

LGF/aliran plasma ginjal, maka fraksi filtrasi dapat ditingkatkan dengan cara menaikkan

LFG atau menurunkan aliran plasma ginjal. Sebagai contoh, penurunan aliran plasma

ginjal tanpa disertai dengan perubahan awal pada LFG akan cenderung meningkatkan

fraksi filtrasi, yang akan menaikkan tekanan osmotic koloid kapiler glomerulus dan

cenderung untuk menurunkan LFG. Dengan alas an ini, perubahan aliran darah ginjal

dapat mengurangi LFG secara bebas terhadap perubahan tekanan hidrostatik

glomerulus. (Guyton & Hall, Fisiologi Kedokteran 11th ed:

*peningkatan tekanan osmotic koloid dalam plasma yang mengalir melalui kapiler glomerulus. (Guyton & Hall, Fisiologi

Kedokteran 11th ed: )

Pada kenaikkan aliran darah ginjal, mula-mula hanya sedikit fraksi plasma yang disaring

keluar dari kapiler glomerulus, menyebabkan kenaikan tekanan osmotic koloid di kapiler

glomerulus yang lebih lambat dan efek penghambatan LFG yang lebih sedikit. Akibatnya,

walaupun dengan tekanan hidrostatik glomerulus yang konstan, laju aliran darah yang

lebih besar ke dalam glomerulus cenderung akan meningkatkan LFG, dan laju aliran

darah yang lebih rendah ke dalam glomerulus cenderung akan menurunkan LFG.

(Guyton & Hall, Fisiologi Kedokteran 11th ed: )

6. Peningkatan LFG Akibat Peningkatan Tekanan Hidrostatik di Kapiler Glomerulus

Pada kondisi normal, tekanan hidrostatik kapiler glomerulus diperkirakan besarnya

sekitar 60 mmHg. Perubahan tekanan hidrostatik glomerulus merupakan alat utama

untuk mengatur LFG secara fisiologis. Kenaikan tekanan hidrostatik glomerulus akan

meningkatkan LFG, sedangkan penurunan tekanan hidrostatik glomerulus akan

mengurangi LFG. (Guyton & Hall, Fisiologi Kedokteran 11th ed: )

Tekanan hidrostatik glomerulus ditentukan oleh tiga variable, masing-masing variable

berada di bawah kendali fisiologis: (1) tekanan arteri, (2) tahanan arteriol aferen, (3)

tahanan arteriol eferen. (Guyton & Hall, Fisiologi Kedokteran 11th ed:

Kenaikkan tekanan arteri cenderung meningkatkan tekanan hidrostatik glomerulus, dan,

karena itu, meningkatkan LFG. Kenaikkan tahanan arteriol aferen mengurangi tekanan

hidrostatik glomerulus dan menurunkan LFG. Sebaliknya dilatasi arteriol aferen

meningkatkan tekanan hidrostatik glomerulus dan LFG. (Guyton & Hall, Fisiologi

Kedokteran 11th ed: )

*pengaruh perubahan tahanan arteriol aferen atau eferen

terhadap laju filtrasi glomerulus dan aliran darah ginjal.

(Guyton & Hall, Fisiologi Kedokteran 11th ed: )

Konstriksi arteriol eferen meningkatkan tahanan aliran keluar dari kapiler glomerulus. hal ini

akan meningktakan tekanan hidrostatik glomerulus, dan sepanjang kenaikan tahanan eferen

tidak mengurangi aliran darah ginjal terlalu banyak, maka LFG hanya meningkat sedikit.

Namun, karena konstriksi arteriol eferen juga mengurangi aliran darah ginjal, fraksi filtrasi

dan tekanan osmotic koloid glomerulus akan meningkat seiring dengan peningkatan tahanan

arteriol eferen. Karena itu, jika konstriksi arteriol eferen cukup berat(melebihi tiga kali lipat

kenaikan tahana arteriol eferen), maka kenaikan tekanan osmotic koloid akan melebihi

kenaikan tekanan hidrostatik kapiler glomerulus yang disebabkan oleh konstriksi arteriol

eferen. Bila hal ini terjadi, daya akhir filtrasi menjadi menurun, menyebabkan penurunan

LFG. (Guyton & Hall, Fisiologi Kedokteran 11th ed: )

Jadi, konstriksi arteriol eferen mempunyai pengaruh bifasik terhadap LFG. Pada konstriksi

tingkat sedang, terjadi sedikit kenaikan LFG, tetapi pada konstriksi yang berat, terjadi

penurunan LFG. Penyebab utama penurunan LFG ini adalah sebagai berikut : ketika

konstriksi eferen menjadi berat dan konsentrasi protein plasma meningkat, terjadi

peningkatan tekanan osmotic koloid yang cepat dan nonlinier yang disebabkan efek Donnan;

semakin tinggin konsentrasi protein, semakin cepat tekanan koloid meningkat karena

interaksi ikatan ion terhadap protein plasma, yang juga menimbulkan efek osmotic. (Guyton

& Hall, Fisiologi Kedokteran 11th ed: )

Singkatnya kontraksi arteriol aferen selalu menurunkan LFG. Namun, efek konstriksi arteriol

eferen bergantung pada beratnya konstriksi; konstriksi eferen yang sedang akan menaikkan

LFG, tetapi konstriksi eferen yang berat (lebih dari tiga kali lipat kenaikan tahanan)

cenderung akan menurunkan LFG. (Guyton & Hall, Fisiologi Kedokteran 11th ed:

7. Permeabilitas

Permeabilitas kapiler glomelurus kira-kira 50 kali permeabilitas kapiler otot rangka. Zat

yang tidak bermuatan (netral) dengan diameter efektif molekul yang kurang dari 4 nm

bebas difiltrasi, sedangkan filtrasi mendekati nol jika zat tersebut memilki diameter yang

lebih dari 8 nm. Diantara kedua ini, proses filtrasi berbanding terbalik dengan diameter

zat yang difiltrasi. Akan tetapi, sialoprotein yang terdapat di dinding kapiler glomerulus

yang bermuatan negative, dan penelitian dengan deksttan anionic atau kationik

menunjukkan bahwa muatan negative dinding kapiler akan menolak zat dalam darah

yang juga mermuatan negative sehingga filtrasi anion berdiameter 4 nm kurang dari

sepuluh filtrasi zat netral berukuran sama. Hal ini mungkin dapat menjelaskan mengapa

albumin, yang memiliki diameter efektif molekul sekitar 7 nm, dalam keadaan normal

memilki kadar di glomerulus hanya sekitar 0.2% dari kadar plasmanya atau lebih rendah

daripada yang seharusnya terjadi hjika perhitungannya hanya didasarkan pada

diameternya; albumin dalam sirkulasi bermuatan negative. Filtrasi kation lebih besar

daripada filtrasi zat bermuatan netral.(W.F.Ganong, Buku Ajar Fisiologi Kedokteran 22nd

ed: 733)

*pengaruh muatan listrik pada bersihan

fraksional.(W.F.Ganong, Buku Ajar Fisiologi

Kedokteran 22nd ed: 733)

Jumlah protein dalam urine normalnya kurang dari 100 mg/hari, dan sebagian besar

protein tidak difiltrasi tetapi berasal dari sel tubulus yang terlepas. Ditemukannya

albumin dalam jumlah bermakna dalam urine disebut albuminuria. Pada penyakit

nefritis, muatan negative dinding glomerulus hilang sehingga albuminuria dapat terjadi

tanpa disertai pelebaran “pori-pori” membrane filtrasi.(W.F.Ganong, Buku Ajar Fisiologi

Kedokteran 22nd ed: 733)

8. Luas Permukaan Filtrasi

Kf dapat diubah nilainya oleh sel mesangial. Kontraksi sel-sel ini akan menurunkan Kf yang

sebagian besar terjadi akibat penciutan luas permukaan filtrasi. Kontraksi di tempat

percabangan pembuluh kapiler mungkin mengalirkan darah dari beberapa pembuluh,

sedangkan dib tempat lain, kontraksi sel mesangial akan mengubah dan mengganggu

ukuran lumen kapiler. (W.F.Ganong, Buku Ajar Fisiologis Kedokteran 22nd ed: 733)

Sumber :

1. Guyton & Hall. Fisiologi kedokteran. 11th ed. Jakarta: buku kedokteran. 2008

2. Ganong F.W. Fisiologi Kedokteran. 22th ed. Jakarta: buku kedokteran. 2008

3. Ward Jeremy, dkk. At a glance fisiologi. Jakarta: erlangga. 2007

4. Callaghan O, Chris. At a glance system ginjal. 2nd ed. Jakarta: erlangga. 2007