Aby organizm mógł prawidłowo funkcjonować, potrzebuje sposobu na pozbycie się toksyn i innych odpadów. Tu właśnie wkraczają nerki. Ich główną funkcją jest filtrowanie krwi, a konkretnie usuwanie wszelkich niepożądanych substancji z organizmu.
Pierwszy etap filtracji krwi odbywa się w kłębuszku nerkowym – maleńkim łożysku naczyń włosowatych otoczonych torebką Bowmana.
Kłębuszkowa bariera filtracyjna składa się z trzech warstw, które razem oddzielają krew znajdującą się w kapilarach kłębuszka od płynu znajdującego się w torebce Bowmana.
Pracują one jak sito, przepuszczając wodę i niektóre rozpuszczalniki w osoczu, takie jak sód, do przestrzeni Bowmana, podczas gdy zatrzymują we krwi ujemnie naładowane cząsteczki, takie jak białka lub duże cząsteczki, takie jak czerwone krwinki.
Przefiltrowany płyn, nazywany teraz moczem wstępnym, opuszcza przestrzeń Bowmana i przemieszcza się przez nefron.
Nefron jest podstawową jednostką nerki i jest w zasadzie jedną długą rurą wygiętą w kształt litery „U”.
Różne odcinki tego kanalika albo reabsorbują substancje z powrotem do krążenia systemowego, albo aktywnie wydzielają je do nefronu i wydalają z moczem.
Klirens nerkowy substancji odnosi się do tego, jak szybko dana substancja jest usuwana z osocza przez nerki i wydalana z moczem.
Więc coś z wysokim klirensem nerkowym oznacza, że zostanie szybko usunięte z krwi i odwrotnie. Istnieje wzór pozwalający obliczyć klirens nerkowy dla jakiejś substancji X.
W tym wzorze, C oznacza klirens nerkowy, czyli objętość osocza krwi, która jest usuwana z tej substancji w czasie w minutach.
C równa się stężeniu substancji w moczu x pomnożonemu przez szybkość przepływu moczu (V), która jest ilością moczu wydalanego w czasie w minutach.
Wszystko to jest dzielone przez stężenie substancji x w osoczu.
Jeśli więc stężenie w moczu jest wysokie, ale stężenie w osoczu jest niskie, musi to oznaczać, że dużo substancji zostało usunięte z krwi, co prowadzi do wysokiego klirensu nerkowego.
Jak wynika z ogólnej zasady, małe, nienaładowane substancje, takie jak inulina, która jest małą obojętną cząsteczką polisacharydową, stosunkowo łatwo przechodzą przez kłębuszek nerkowy.
Przykładowo, powiedzmy, że w ciągu 24 godzin mężczyzna oddaje 2 litry moczu, a jego stężenie Na+ w osoczu wynosi 145 mEq/L, podczas gdy stężenie Na+ w moczu wynosi 190 mEq/L.
Korzystając z tych informacji, obliczmy jego klirens nerkowy dla Na+. Najpierw musimy obliczyć szybkość przepływu moczu, która jest objętością moczu podzieloną przez czas. A więc: 2000 ml /1440 min = 1,39 ml/min
Ponieważ stężenie moczu wynosi 190 mEq/L, mnożymy to przez 1,39 mL/min i dzielimy przez stężenie w osoczu, które wynosi 145 mEq/L. To równa się 1,43 mL/min, co oznacza, że 1,43 mL osocza jest oczyszczane z sodu na minutę.
Wiemy więc, ile osocza jest oczyszczane z sodu na minutę przez nerki, ale nie wiemy, czy sód jest ponownie wchłaniany lub wydzielany do moczu przez nefrony. Dzieje się tak dlatego, że klirens jest sumą wszystkich procesów reabsorpcji i sekrecji, które zachodzą dla danej substancji. Aby dowiedzieć się, ile dokładnie wynosi reabsorpcja i sekrecja, musimy porównać ją z inuliną.
Inulina jest polisacharydem, który jest produkowany przez rośliny.
Jest to jedyna substancja, która jest swobodnie filtrowana i nie jest aktywnie wydzielana ani reabsorbowana.
Wiemy o tym, ponieważ przefiltrowana frakcja, czyli to, ile płynu dociera do nerek i przechodzi do kanalików nerkowych, jest taka sama dla inuliny jak dla osocza.
Możemy więc użyć jej do dokładnego oszacowania, ile płynu jest filtrowane z kapilar kłębuszków nerkowych do przesączu, znanego również jako współczynnik filtracji kłębuszkowej lub GFR.
Kiedy porównamy klirens substancji X z inuliną, otrzymamy coś, co nazywamy współczynnikiem klirensu. Można go obliczyć jako klirens substancji X podzielony przez klirens inuliny.