Analisis Filtrasi Ginjal
Organ ekskresi utama hewan Vertebrata termasuk mamalia adalah ginjal. Ginjal mamalia umumnya berjumlah sepasang. Pada ginjal mamalia terdapat unit-unit yang disebut nefron dengan fungsi filtrasi. Ginjal memiliki fungsi memfilter darah mamalia agar selalu bersih dari limbah metabolisme yang terjadi di dalam tubuh. Ginjal mamalia umumnya memfilter darah sebanyak 25% dari output jantung. Sehingga banyak cairan darah yang harus dibersihkan setiap harinya. Namun demikian urin yang dihasilkan ginjal umumnya hanya 1% dari seluruh cairan yang difilter oleh ginjal. Ginjal merupakan organ ekskresi dalam vertebrata yang merupakan sebagian dari sistem urin, berfungsi menyaring kotoran (terutama urea) dari darah dan membuangnya bersama dengan air dalam bentuk urin. Unit fungsional terkecil dari ginjal adalah nefron. Tiap ginjal mengandung 1,3 juta nefron. Masing-masing nefron terbentuk atas 2 bagian, yaitu glomerulus yang terdiri dari bundel kapiler berdinding tipis yang berfungsi sebagai filter, dan sebuah tubulus yang berfungsi untuk mengalirkan cairan ultrafiltrat dari glomerulus.
Ginjal merupakan suatu organ yang sangat penting untuk mengeluarkan hasil metabolisme tubuh yang sudah tidak digunakan dan obat-obatan. Laju Filtrasi Glomerulus (LFG) digunakan secara luas sebagai indeks fungsi ginjal yang dapat diukur secara tidak langsung dengan perhitungan klirens ginjal. Klirens adalah volume plasma yang mengandung semua zat yang larut melalui glomerulus serta dibersihkan dari plasma dan diekskresikan ke dalam urin, karena itu nilai klirens mewakili fungsi glomerulus.
Ginjal memegang peranan penting dalam mengendalikan keseimbangan dengan cara mengatur keseimbangan air dalam tubuh, mengatur keseimbangan elektrolit, mengatur keseimbangan asam basa, turut mengatur tekanan darah, dan sebagai eritrhopoetic system. Pada dasarnya fungsi utama ginjal adalah membersihkan plasma darah dari zat-zat yang tidak berguna bagi tubuh dengan suatu mekanisme yaitu filtrasi, absorbsi, kolin 6reabsorbsi dan augmentasi.
Ginjal berperan penting sebagai organ pengatur keseimbangan tubuh dan organ pembuangan zat-zat yang tidak berguna serta bersifat toksik. Fungsi ginjal akan menurun seiring dengan semakin tuanya seseorang dan juga karena adanya penyakit. Kemunduran fungsi ginjal tersebut dapat bersifat akut maupun kronis. Kelainan yang berat dapat diketahui dengan mudah tetapi kelainan yang ringan sukar dideteksi. Pemeriksaan fisik saja sering sukar untuk menentukan adanya dan beratnya gangguan fungsi ginjal. Kelainan dapat mengenai seluruh atau sebagian fungsi ginjal, karena itu dilakukan analisis filtrasi ginjal untuk mengetahui kesehatan fungsi ginjal.
Nefron ginjal yang tersusun oleh glomerulus dan tubulus ginjal menerima pasokan darah dari arteri renal. Glomerulus adalah bagian nefron ginjal untuk tempat filtrasi darah, sedangkan tubulus ginjal berfungsi untuk penyerapan kembali senyawa yang masih berguna bagi tubuh. Glomerulus dalam fungsinya sebagai tempat filtrasi memiliki barier yang memungkinkan senyawa-senyawa tertentu melewatinya dan mencegah senyawa lain melewatinya.Filtrasi mengacu kepada aliran deras plasma menembus kapiler glomerulus masuk ke ruang intestinum yang mengelilingi pangkal nefron, daerah yang disebut sebagai ruang Bowman. Di glomerulus, sekitar 20 % plasma secara terus-menerus disaring ke dalam ruang Bowman. Komposisi filtrate ini sama dengan komposisi plasma, yang berbeda adalah molekul protein biasanya tidak disaring. Filtrat awal berdifusi menembus ruang Bowman dan menuju pangkal bagian tubulus, yaitu kapsula Bowman, untuk selanjutnya melanjutkan perjalanannya melewati bagian tubulus yang lain.
Sebagian besar zat yang masuk ke tubulus di kapsula Bowman tidak menetap di tubulus. Zat-zat tersebut mengalir (atau dialirkan) kembali ke darah melewati kapiler peritubulus melalui proses reabsorpsi. Zat-zat yang lain ditambahkan ke filtrate urine, yang juga melewati kapiler peritubulus, melalui proses sekresi. Melalui proses reabsorpsi dan sekresi inilah nefron memanipulasi komposisi dan volume filtrate urine awal untuk menghasilkan urine akhir.
Filtrasi glomerulus adalah proses pergerakan sekitar 20% plasma yang masuk ke kapiler glomerulus menembus kapiler untuk masuk ke ruang interstisium, lalu menuju kapsula Bowman. Pada ginjal yang sehat, sel darah merah atau protein plasma hampir tidak ada yang mengalami filtrasi. Proses filtrasi pada glomerulus serupa dengan proses filtrasi pada kapiler. Perbedaannya adalah, di ginjal kapiler glomerulus sangat permeable terhadap air dan zat terlarut berukuran kecil. Tidak seperti kapiler lain, dorongan filtrasi plasma sepanjang kapiler glomerulus ke dalam kapsula Bowman lebih besar dibanding dorongan reabsorpsi cairan kembali ke kapiler. Dengan demikian, terjadi filtrasi neto cairan ke dalam ruang Bowman yang mengalir kemudian berdifusi ke dalam kapsula Bowman serta ke seluruh nefron. Di glomerulus, faktor utama yang mendorong filtrasi adalah tekanan kapiler.
Di sebagian besar kapiler lainnya, tekanan ini rata-rata berukuran 18 mmHg; di glomerulus, tekanan rata-rata hampir mencapai 60 mmHg. Hal ini disebabkan oleh rendahnya resistensi terhadap aliran yang dibentuk oleh arteriol eferen yang mengaliri glomerulus , dibandingkan dengan arteriol di tempat lain. Dengan demikian, tekanan hidrostatik yang mencapai glomerulus lebih besar. Tekanan cairan interstisium di ruang Bowman juga lebih besar dibandingkan tekanan di ruang interstisium normal, yaitu sekitar 15 mmHg.
Poin
Berdasarkan hasil percobaan, dapat diperoleh hasil bahwa intensitas warna akuades sebelum filtrasi sama dengan setelah filtrasi, yaitu intensitasnya kuat (biru muda). Larutan protein sebelum filtrasi intensitas warnanya lebih kuat (biru keunguan) dibandingkan dengan filtrat protein setelah filtrasi intensitas warnanya sedang (biru muda). Hal ini menunjukkan bahwa larutan protein tidak dapat melewati filter ginjal, yang mana akan langsung dikeluarkan melalui urin. Hasil ini sesuai dengan pernyataan Despopoulus (1998), yang menyatakan bahwa senyawa atau molekul besar, misalnya protein tidak dapat disaring oleh ginjal. Intensitas warna untuk glukosa sebelum dan sesudah filtrasi tetap sama, tidak terjadi perubahan warna. Intensitasnya kuat (merah bata). Hal ini menunjukkan bahwa larutan glukosa dapat melewati filter ginjal. Hasil sesuai dengan pernyataan Guyton (1996), yang menyatakan bahwa pada umunya molekul dengan raidus 4 nm atau lebih tidak dapat tersaring, sebaliknya molekul 2 nm atau kurang akan tersaring tanpa batasan, bahan-bahan kecil yang dapat terlarut dalam plasma, seperti glukosa, asam amino, natrium, kalium, klorida, bikarbonat, garam lain, dan urea akan melewati saringan dan menjadi bagian dari endapan.
Fungsi utama ginjal adalah membersihkan plasma darah dari zat-zat yang tidak berguna bagi tubuh melalui mekanisme filtrasi, absorbsi, reabsorbsi, dan augmentasi. Berikut penjelasan tentang mekanisme kerja ginjal :
1. Penyaringan (Filtrasi)
Filtrasi darah terjadi di glomerulus, dimana jaringan kapiler dengan struktur spesifik dibuat untuk menahan komponen selular dan medium molekular protein besar ke dalam vascular sistem, menekan cairan yang identik dengan plasma di elektrolitnya dan komposisi air. Cairan ini disebut filtrate glomerular. Tumpukan glomerulus tersusun dari jaringan kapiler. Pada mamalia, arteri renal terkirim dari arteriol afferent dan melanjut sebagai arteriol eferen yang meninggalkan glomerulus. Tumpukan glomerulus dibungkus di dalam lapisan sel epithelium yang disebut kapsula bowman. Area antara glomerulus dan kapsula bowman disebut bowman space dan merupakan bagian yang mengumpulkan filtrat glomerular, yang menyalurkan ke segmen pertama dari tubulus proksimal. Struktur kapiler glomerular terdiri atas 3 lapisan, yaitu endothelium kapiler, membran dasar, epitelium visceral. Endothelium kapiler terdiri satu lapisan sel yang perpanjangan sitoplasmik yang ditembus oleh jendela atau fenestrate.
Dinding kapiler glomerular membuat rintangan untuk pergerakan air dan solute menyebrangi kapiler glomerular. Tekanan hidrostatik darah di dalam kapiler dan tekanan onkotik dari cairan di dalam bowman space merupakan kekuatn untuk proses filtrasi. Normalnya tekanan onkotik di bowman space tidak ada karena molekul protein yang medium atau besar tidak tersaring. Rintangan untuk filtrasi (filtration barrier) bersifat selektif permeable. Normalnya komponen seluler dan protein plasma tetap di dalam darah, sedangkan air dan larutan akan bebas tersaring.
Umumnya molekul dengan raidus 4 nm atau lebih tidak tersaring, sebaliknya molekul 2 nm atau kurang akan tersaring tanpa batasan. Bagaimanapun karakteristik juga mempengaruhi kemampuan dari komponen darah untuk menyebrangi filtrasi. Selain itu beban listirk (electric charged) dari setiap molekul juga mempengaruhi filtrasi. Kation (positive) lebih mudah tersaring dari pada anion. Bahan-bahan kecil yang dapat terlarut dalam plasma, seperti glukosa, asam amino, natrium, kalium, klorida, bikarbonat, garam lain, dan urea melewati saringan dan menjadi bagian dari endapan. Hasil penyaringan di glomerulus berupa filtrat glomerulus (urin primer) yang komposisinya serupa dengan darah tetapi tidak mengandung protein.
2. Penyerapan ( Absorbsi)
Tubulus proksimal bertanggung jawab terhadap reabsorbsi bagian terbesar dari filtered solute. Kecepatan dan kemampuan reabsorbsi dan sekresi dari tubulus renal tidak sama. Pada umumnya pada tubulus proksimal bertanggung jawab untuk mereabsorbsi ultrafiltrate lebih luas dari tubulus yang lain. Paling tidak 60% kandungan yang tersaring direabsorbsi sebelum cairan meninggalkan tubulus proksimal. Tubulus proksimal tersusun dan mempunyai hubungan dengan kapiler peritubular yang memfasilitasi pergerakan dari komponen cairan tubulus melalui 2 jalur, yaitu jalur transeluler dan jalur paraseluler. Jalur transeluler yaitu kandungan dibawa oleh sel dari cairan tubulus melewati epical membrane plasma dan dilepaskan ke cairan interstisial di bagian darah dari sel, melewati basolateral membran plasma.
Jalur paraseluler, kandungan yang tereabsorbsi melewati jalur paraseluler bergerak dari cairan tubulus menuju zonula ocludens yang merupakan struktur permeable yang mendempet sel tubulus proksimal satu daln lainnya. Paraselluler transport terjadi dari difusi pasif. Di tubulus proksimal terjadi transport Na melalui Na, K pump. Di kondisi optimal, Na, K, ATPase pump menekan tiga ion Na ke dalam cairan interstisial dan mengeluarkan 2 ion K ke sel, sehingga konsentrasi Na di sel berkurang dan konsentrasi K di sel bertambah. Selanjutnya di sebelah luar difusi K melalui canal K membuat sel polar. Jadi interior sel bersifat negatif. Pergerakan Na melewati sel apical difasilitasi spesifik transporters yang berada di membran. Pergerakan Na melewati transporter ini berpasangan dengan larutan lainnya dalam satu pimpinan sebagai Na (contransport) atau berlawanan pimpinan (countertransport). Substansi diangkut dari tubulus proksimal ke sel melalui mekanisme ini (secondary active transport) termasuk glukosa, asam amino, fosfat, sulfat, dan anion organik. Pengambilan substansi aktif ini menambah konsentrasi intraseluler dan membuat substansi melewati membran plasma basolateral dan ke darah melalui pasif atau difusi terfasilitasi. Reabsorbsi dari bikarbonat oleh tubulus proksimal juga dipengaruhi gradient Na .
3. Penyerapan Kembali ( Reabsorbsi )
Volume urin manusia hanya 1% dari filtrat glomerulus. Oleh karena itu, 99% filtrat glomerulus akan direabsorbsi secara aktif pada tubulus kontortus proksimal dan terjadi penambahan zat-zat sisa serta urea pada tubulus kontortus distal. Substansi yang masih berguna seperti glukosa dan asam amino dikembalikan ke darah. Sisa sampah kelebihan garam, dan bahan lain pada filtrat dikeluarkan dalam urin. Tiap hari tabung ginjal mereabsorbsi lebih dari 178 liter air, 1200 g garam, dan 150 g glukosa. Sebagian besar dari zat-zat ini direabsorbsi beberapa kali. Setelah terjadi reabsorbsi maka tubulus akan menghasilkan urin sekunder yang komposisinya sangat berbeda dengan urin primer. Pada urin sekunder, zat-zat yang masih diperlukan tidak akan ditemukan lagi. Sebaliknya, konsentrasi zat-zat sisa metabolisme yang bersifat racun bertambah, misalnya ureum dari 0,03 dalam urin primer dapat mencapai 2% dalam urin sekunder. Meresapnya zat pada tubulus ini melalui dua cara. Gula dan asam mino meresap melalui peristiwa difusi, sedangkan air melalui peristiwa osmosis. Reabsorbsi air terjadi pada tubulus proksimal dan tubulus distal.
4. Augmentasi
Augmentasi adalah proses penambahan zat sisa dan urea yang mulai terjadi di tubulus kontortus distal. Komposisi urin yang dikeluarkan lewat ureter adalah 96% air, 1,5% garam, 2,5% urea, dan sisa substansi lain, misalnya pigmen empedu yang berfungsi memberi warm dan bau pada urin. Zat sisa metabolisme adalah hasil pembongkaran zat makanan yang bermolekul kompleks. Zat sisa ini sudah tidak berguna lagi bagi tubuh. Sisa metabolisme antara lain, CO2, H20, NHS, zat warna empedu, dan asam urat.
Mekanisme kerja tersebut dengan percobaan yang dilakukan pada prinsipnya sama yaitu melalui proses filtrasi dengan menggunakan kertas GF/F yang dalam hal ini memiliki fungsi yang sama dengan glomerulus pada ginjal yaitu untuk proses filtrasi. Langkah awal sistem filtrasi sederhana yang dilakukan dalam percobaan ini yaitu dengan menambahkan larutan Biuret ke dalam protein, Benedict’s ke dalam glukosa dan Biuret ke dalam akuades, lalu membandingkan perubahan warna yang terjadi pada larutan sebelum filtrasi dengan setelah filtrasi. Larutan Benedict’s digunakan untuk menguji adanya kandungan glukosa dalam suatu filtrat. Adanya glukosa dalam bahan ditandai dengan warna merah bata. Larutan Biuret dipakai untuk menguji adanya kandungan protein dalam suatu filtrat yang ditandai dengan warna biru atau ungu.
Ginjal semua Vertebrata, misalnya mamalia dalam hal prinsip-prinsip fungsi filtrasi-reabsorpsi dan sekresi tubular adalah sama. Ada keuntungan dan kerugian mekanisme filtrasi. Ultrafiltrasi primer mengandung semua senyawa yang ada dalam darah, kecuali zat-zat bermolekul besar, misalnya protein tidak dapat disaring oleh ginjal. Banyak senyawa yang difiltrasi masih berguna bagi hewan misalnya asam amino, glukosa, vitamin dan senyawa tersebut tidak boleh dibuang. Oleh karena itu zat-zat tersebut harus direabsorpsi. Filtrasi-reabsorpsi ginjal dapat memproses cairan tubuh dalam jumlah besar, dan sering lebih dari 99 % volume yang difilter direabsorbsi dan kurang dari 1 % disekresikan sebagai urin. Ginjal semua vertebrata terdiri atas unit-unit fungsional yang disebut nefron. Pada manusia setiap ginjal tersususun atas satu juta nefron. Nefron merupakan unit fungsional ginjal, yaitu unit paling kecil di dalam ginjal yang mampu melakukan fungsi ginjal, yaitu membentuk urin dan dengan fungsi tersebut nefron juga memelihara kekonstanan komposisi cairan ekstraseluler tubuh.
Manusia memiliki sepasang organ ginjal yang terletak di sebelah kiri dan kanan ruas tulang pinggang di dalam rongga perut. Letak ginjal kiri lebih tinggi daripada ginjal kanan, karena di atas ginjal kanan terdapat hati yang banyak mengambil ruang. Ginjal berfungsi menyaring darah. Ginjal terdiri atas tiga bagian, yaitu kulit ginjal (korteks), sumsum ginjal (medula) dan rongga ginjal (pelris). Pada bagian kulit ginjal terdapat alat penyaring darah yang disebut nefron. Setiap nefron tersusun dari badan Malpighi dan saluran panjang (tubula) yang bergelung. Badan Malpighi tersusun dari glomerolus dan kapsula Bowman. Glomerulus berupa anyaman pembuluh kapiler darah, sedangkan kapsula Bowman berupa cawan berdinding tebal yang mengelilingi glomerulus.
Ginjal dapat rusak akibat infeksi bakteri. Jika salah satu ginjal tidak berfungsi, ginjal yang lainnya mengambil alih tugas penyaringan darah. Jika kedua ginjal tidak berfungsi, urea akan tertimbun didalam tubuh dan dapat meracuni tubuh sehingga dapat mengakibatkan kematian. Jika terjadi penimbunan urea, penderita harus cuci darah secara rutin atau cangkok ginjal. Selain itu ginjal dapat terganggu karena adanya endapan kalsium di dalam rongga ginjal, saluran ginjal atau kantong kemih. Endapan tersebut dikenal dengan batu ginjal. Jika urin mengandung gula berarti tubulus ginjal tidak menyerap gula dengan sempurna. Hal ini dapat diakibatkan oleh kerusakan tubulus ginjal, dapat pula akibat kadar gula dalam darah tinggi sehingga tubulus ginjal tidak dapat menyerap kembali semua gula yang ada pada filtrat glomerulus. Kadar gula darah yang tinggi akibat dari proses pengubahan gula menjadi glikogen terhambat karena produksi hormone insulin terhambat. Orang yang demikian menderita kencing manis (diabetes melitus).
Gangguan lain pada fungsi ginjal yaitu nefritis merupakan kerusakan bagian glomerulus ginjal akibat alergi racun kuman. Albuminuria yaitu urin banyak mengandung protein, karena protein lolos dalam penyaringan. Glikosuria yaitu ditemukannya glukosa pada urin. Hematuria yaitu ditemukannya sel darah merah dalm urin. Ketosis ditemukannya senyawa keton dalam darah. Diabetes insipidus yaitu urin sangat encer dan jumlahnya meningkat. gagal ginjal kronis (chronic renal failure) adalah kerusakan ginjal progresif yang berakibat fatal dimana kemampuan tubuh gagal untuk mempertahankan metabolisme keseimbangan cairan dan elektrolit, menyebabkan uremia (retensi urea dan sampah nitrogen lainnya dalam darah).
Uji saringan glukosa dalam urin adalah petanda seseorang individu itu mempunyai penyakit, misalnya diabetes melitus. Adanya glukosa dalam urin individu yang normal biasanya pada individu yang mempunyai ambang glukosa rendah (glukosurid). Pereaksi Benedict’s yang mengandung kuprisulfat dalam suasana basa akan tereduksi oleh gula yang mempunyai gugus aldehid atau keton bebas (misal oleh glukosa), yang dibuktikan dengan terbentuknya kuprooksida berwarna merah atau coklat. Uji glukosa ini sering tidak valid jika reagen yang digunakan telah kedaluwarsa atau terbuka terlalu lama di udara dan bercampur dengan air (Djuhanda, 1980).
Penyakit ginjal dapat didiagnosis tanpa mengetahui penyebabnya. Kerusakan ginjal biasanya dipastikan oleh tanda bukan oleh biopsi ginjal. Menurutnya, proteinuria yang meningkat adalah tanda utama kerusakan ginjal. Tanda lain dari kerusakan meliputi kelainan dalam sedimen urin, kelainan pada darah dan pengukuran urin secara kimia. Orang dengan GFR normal, tetapi dengan tanda kerusakan ginjal berada pada peningkatan resiko untuk penyakit ginjal kronis. Laju filtrasi glomerulus adalah ukuran terbaik dari keseluruhan fungsi ginjal dalam kesehatan dan penyakit. Tingkat GFR normal bervariasi sesuai dengan umur, jenis kelamin, dan ukuran tubuh. GFR normal pada orang dewasa muda adalah sekitar 120 sampai 130 mL / menit per 1,73 m2 dan menurun seiring dengan usia (12-15). Tingkat fungsi ginjal, terlepas dari diagnosis, menentukan tahap penyakit ginjal kronis.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil dan pembahasan, dapat disimpulkan bahwa senyawa yang dapat melewati filter ginjal pada umunya molekul dengan radius molekul 2 nm atau kurang dan bahan-bahan kecil yang dapat terlarut dalam plasma, seperti glukosa, asam amino, natrium, kalium, klorida, bikarbonat, garam lain, dan urea melewati saringan tanpa batasan dan menjadi bagian dari endapan. Sedangkan molekul besar dengan radius kurang 4 nm atau lebih seperti protein tidak dapat tersaring.