Funzioni Funz del Rene Nefroni Corticale Midollare Pel e v l i i ren re ale Uretere Capsula

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1 Apparato Urinario Rene

2 Funzioni del Rene Corticale Midollare Pelvi renale Uretere Nefroni Capsula Escrezione prodotti di scarto del metabolismo (urea, creatinina, acido urico) e sostanze esogene (farmaci, additivi alimentari) Regolazione dell equilibrio idricosalino e dell osmolarità dei liquidi corporei Regolazione dell equilibrio acidobase Regolazione della pressione arteriosa (produzione di renina) Secrezione di ormoni (eritropoietina) e produzione della forma attiva della vit D

3 Flusso ematico renale (FER) = 1200 ml/min ( 21% gittata cardiaca). 90% corticale + 10% midollare

4 Le funzioni del rene si esplicano a livello del nefrone Doppia capillarizzazione: capillari glomerulari + capillari peritubulari

5 L URINA si forma attraverso tre processi: Filtrazione (glomerulo) Riassorbimento (tubuli) Secrezione (tubuli) La quantità di una sostanza presente nell urina: Carico Escreto (E) = Carico Filtrato (F) Carico Riassorbito (R) + Carico Secreto (S)

6 La filtrazione si realizza nel glomerulo Arteriola efferente Capsula di Bowman Epitelio capsulare Tubulo distale Macula densa Podociti Tubulo prossimale Glomerulo Cellule iuxta- glomerulari Arteriola afferente Lume capsula Capillari glomerulari Nei capillari glomerulari si ha filtrazione di un elevato volume di plasma privo di proteine che si raccoglie nella capsula di Bowman e poi scorre nel tubulo prossimale verso le porzioni più distali del nefrone. La frazione del flusso plasmatico renale (FPR) filtrata è detta: Frazione di filtrazione (FF) = VFG/FPR 20% del plasma che fluisce attraverso il rene è filtrato

7 Il volume di plasma filtrato nell unità di tempo (velocità di filtrazione glomerulare, VFG) è 180 l/dì. Il filtrato glomerulare è essenzialmente plasma privo di proteine e si forma grazie alla struttura della membrana di ultrafiltrazione. Le sostanze che non devono essere eliminate dall organismo sono recuperate con il riassorbimento tubulare. Eliminazione urina (1.5 l/dì).

8 Membrana di ultrafiltrazione Endotelio capillare (fenestrato, e caricato negativamente) ostacola il passaggio delle proteine plasmatiche, caricate negativamente. Membrana basale (caricata negativamente) costituisce un efficace barriera contro il passaggio delle proteine plasmatiche. Strato viscerale della capsula di Bowman (podociti, con processi terminali, pedicelli, che formano pori a fessura).

9 Velocità di filtrazione glomerulare (VFG) VFG = 125 ml/min, 180 l/giorno 60 volte in un giorno). Dipende da: (3 l plasma sono filtrati Pressione netta di ultrafiltrazione (Pf) risultante delle forze di Starling (idrostatiche e colloidoosmotiche). Coefficiente di ultrafiltrazione (K f = permeabilità x superficie filtrante), che nel rene è 400 volte superiore a quello degli altri distretti vascolari.

10 Pressioni e filtrazione VFG = 125 ml/min 180 l/dì P f = P CG (P B + CG )

11 La VFG diminuisce se si verifica: K f (riduzione numero capillari glomerulari funzionanti, ispessimento della membrana capillare) P B (ostruzione delle vie urinarie, liquido si accumula nella capsula di Bowman) CG (aumentata concentrazione delle proteine plasmatiche) P CG (diminuzioni della pressione arteriosa, al di fuori dell ambito di autoregolazione renale) La VFG aumenta se si verifica: P CG (aumenti della pressione arteriosa, al di fuori dell ambito di autoregolazione renale)

12 Le resistenze dell arteriola afferente ed efferente incidono sul valore della pressione idrostatica nei capillari glomerulari (P CG ). Raff e Reff P CG Raff e Reff P CG

13 La P c dipende da tre variabili regolate in condizioni fisiologiche: Pressione arteriosa P A P CG e VFG ( FER) P A P ccg e VFG ( FER) Effetto controllato da autoregolazione renale Resistenza arteriole afferenti R a P CG e VFG ( FER) R a P CG e VFG ( FER) Resistenza arteriole efferenti R e P CG e VFG ( FER) R e P CG e VFG ( FER)

14 Aumenti o diminuzioni della Pa porterebbero ad aumenti o diminuzioni del flusso ematico renale (FER) e della VFG, con conseguente eliminazione eccessiva od insufficiente di acqua dall organismo. L autoregolazione renale mantiene costanti, nell ambito di Pa: mmhg, il FER e la VFG. In assenza di autoregolazione, piccoli aumenti della Pa (da 100 a 125 mmhg), aumenterebbero la VFG da 180 a 225 l/dì e l escrezione urinaria da 1.5 l/dì a 46.5 l/dì, con la completa perdita del volume ematico.

15 Nell ambito di autoregolazione ( mmhg) FER e VFG rimangono costanti, mentre il flusso urinario (VU) aumenta in maniera significativa, incrementando l escrezione di acqua e sodio (controllo renale della P A ) grazie a modificazioni del riassorbimento. P A riassorbimento H 2 O e Na + escrezione acqua e sodio

16 Pa costrizione arteriola afferente ( Raff) P CG VFG viene riportata al valore normale CG CG La vasocostrizione dell arteriola afferente è mediata da: Meccanismo miogeno: contrazione muscolatura liscia della parete arteriolare in risposta allo stiramento Feedback tubulo-glomerulare: produzione, da parte della macula densa, di sostanze con azione vasocostrittrice

17 Pa costrizione arteriola efferente ( Raff) P CG VFG viene riportata al valore normale c c La vasocostrizione dell arteriola efferente è mediata da: Feedback tubulo-glomerulare: produzione, da parte delle cellule juxtaglomerulari, di renina, che stimola la sintesi di angiotensina, che ha una potente azione vasocostrittrice sull arteriola efferente

18 Un indicazione utile per la valutazione quantitativa dell efficienza dell escrezione renale è fornita dalla clearance renale. La clearance renale di una sostanza (Cs) è definita come il volume di plasma che, nell unità di tempo, viene depurato di quella sostanza nel suo passaggio attraverso il rene. Es: Se il plasma che fluisce attraverso il rene contiene 1 mg/ml di una certa sostanza, e 1 mg/min della stessa sostanza viene escreto nell urina, il plasma viene depurato della sostanza alla velocità di 1 ml/min.

19 Concetto di Clearance La clearance di una sostanza indica il volume di plasma necessario a fornire, nell unità di tempo, la quantità di sostanza escreta nell urina Nell unità di tempo: Quantità eliminata dal plasma (Qp) = Quantità presente nelle urine (Qu) Qp = Volume plasma depurato dalla sostanza nell unità di tempo o clearance della sostanza (Cs, ml/min) X Concentrazione plasmatica della sostanza (Ps, mg/ml) Qu = Volume urina escreto nell unità di tempo (V, ml/min) X Concentrazione urinaria della sostanza (Us, mg/ml) Quindi: Cs x Ps = V x Us Cs = Us x V Ps

20 Se una sostanza filtrata, non viene né riassorbita né secreta a livello dei tubuli renali, il 100% della sostanza filtrata è escreto nelle urine. In questo caso il volume di plasma depurato di quella sostanza nell unità di tempo, cioè la clearance della sostanza (Cs), è uguale al volume di plasma filtrato nell unità di tempo, cioè la VFG. Us x V Cs = VFG = Ps

21 Una sostanza con queste caratteristiche è l inulina (polimero del fruttosio), che può essere utilizzata per il calcolo della VFG. La Clearance dell inulina è uguale infatti alla VFG. = Pi = 4 mg/100 ml = 100 ml plasma Riassorbiti 100 ml di filtrato e 0% di inulina Il volume di plasma depurato dall inulina nell unità di tempo, Ci) clearance dell inulina (Ci), è uguale al volume di plasma filtrato nell unità di tempo, velocità di filtrazione glomerulare nell esempio VFG = 100 ml/min

22 L inulina non è prodotta dall organismo, e quindi deve essere iniettata nel paziente. Per la misura della VFG, in clinica, si utilizza la clearance della creatinina, una sostanza endogena prodotta nell organismo dal metabolismo muscolare.

23 Le sostanze che vengono filtrate ed in parte riassorbite a livello tubulare hanno clearance minore di quella dell inulina (e quindi minore della VFG). Le sostanze completamente riassorbite, come il glucosio, hanno clearance = 0 Le sostanze che vengono filtrate e anche secrete a livello tubulare hanno clearance maggiore di quella dell inulina (e quindi maggiore della VFG).

24 Riassorbimento tubulare Il rene regola l escrezione dei diversi soluti presenti nel filtrato, in maniera indipendente l uno dall altro, controllandone la velocità di riassorbimento. Lungo i tubuli renali viene riassorbita la maggior parte dei soluti e il 99% dell acqua. Filtrazione (VFG) = 125 ml/min (180l/dì) Riassorbimento = 124 ml/min (179l/dì) Escrezione = 1 ml/min (1l/dì) Il 65% di acqua e sodio è riassorbito nel tubulo prossimale, in maniera obbligatoria, cioè indipendentemente dalle necessità dell organismo di trattenere o eliminare acqua e sodio. La parte restante è riassorbita nel nefrone distale in maniera facoltativa, cioè dipende dalle necessità dell organismo.

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26 Il riassorbimento tubulare dei soluti avviene con meccanismi attivi e passivi Trasporto attivo Primario se accoppiato direttamente ad una fonte di energia (idrolisi di ATP). Pompa ATPasi Na + /K + Secondario se accoppiato indirettamente ad una fonte di energia L acqua è riassorbita per osmosi

27 Capillare peritubulare Cellule tubulari Filtrazione Lume Sangue ATP Trasporto attivo Diffusione Osmosi Via paracellulare Via transcellulare Soluti H 2 O Riassorbimento prevale una pressione a favore del riassorbimento Escrezione

28 Trasporto attivo primario: Na +, il riassorbimento è assicurato dalla pompa Na + /K +, lungo la maggior parte del nefrone. Il riassorbimento di Na + produce un gradiente osmotico che determina riassorbimento di acqua, a cui segue il riassorbimento di altri soluti, per gradiente di concentrazione.

29 Capillare peritubulare Riassorbimento Na + (trasporto attivo primario) Na + Liquido interstiziale ATP Cellule tubulari Na + [Na + ] bassa Na + Na + K + Osmosi Canali acqua acquaporine Filtrazione Lume tubulo Na + [Na + ] elevata H 2 O La pompa Na + /K + espelle attivamente il Na + dalla cellula creando un gradiente a favore della diffusione passiva di Na + dal lume tubulare alla cellula. Il riassorbimento di Na + è seguito dal riassorbimento di H 2 O.

30 Trasporto attivo secondario: Co-trasporto Na + -Glucosio/Aminoacidi: Il Glucosio e gli Aminoacidi sono riassorbiti da un trasportatore, accoppiato al riassorbimento del Na + Contro-trasporto Na + -H + : l H + è secreto da un trasportatore, accoppiato al riassorbimento del Na +

31 Trasporto attivo secondario Co-trasporto Na + - Glucosio/Aminoacidi Contro-trasporto Na + - H + Filtrazione Capillare peritu ubulare Cellule tubulari [Glucosio] alta [Na + ] bassa G Na + Na ATP + K + Aminoacidi H + Na + Na ATP + K + Lume tubulo G [Glucosio] bassa Na + [Na + ] alta Na + Aminoacidi H + Na + Liquido interstiziale Proteina Carrier

32 Trasporto massimo Per le sostanze riassorbite con meccanismo attivo, esiste un limite alla velocità di trasporto (trasporto massimo) dovuto alla saturazione dei sistemi di trasporto. Si ha saturazione quando il carico tubulare della sostanza (Ps x VFG) supera la disponibilità del trasportatore. In questo caso la sostanza in eccesso viene escreta con l urina.

33 Trasporto massimo Riassorbimento o substrato (mg/min) Trasporto massimo Saturazione Soglia renale Soglia renale: rappresenta la concentrazione plasmatica di sostanza alla quale si ha saturazione Concentrazione plasmatica substrato (mg/100 ml)

34 Glucosio e Tm (Glicemia normale, 100 mg/dl) Filtrazione: proporzionale al carico tubulare. Se VFG non varia è proporzionale a [G]p). Riassorbimento Glucosio: proporzionale al carico tubulare fino ad un massimo: Tm = 375 mg/min ([G]p = 300 mg/dl) oltre il quale rimane costante. Escrezione Glucosio = 0 fino al raggiungimento della soglia renale = carico tubulare = 220 mg/min ([G]p circa 180 mg/dl), oltre la quale, G compare nelle urine e l escrezione è proporzionale al carico tubulare.

35 La velocità di riassorbimento nei capillari peritubulari (124 ml/min) dipende dalla pressione netta di riassorbimento. Pressione netta di riassorbimento: ( c + Pi) - (Pc + i) = 10 mmhg Pc, pressione capillari peritubulari (media 13 mmhg) Pi, pressione idrostatica liquido interstiziale (6 mmhg) c, pressione colloido-osmotica capillare (32 mmhg) i, pressione colloido-osmotica interstizio (15 mmhg)

36 La velocità di riassorbimento nei capillari peritubulari (124 ml/min) dipende dalla Pressione netta di riassorbimento: ( c + Pi) - (Pc + i) = 10 mmhg Capillare peritubulare Cellule tubulari Lume c 32 mmhg Pi 6 mmhg Pc 13 mmhg i 15 mmhg H 2 O H 2 O Pressione netta di riassorbimento 10 mmhg Na + ATP K + Na + Liquido interstiziale

37 Modificazioni delle forze fisiche dei capillari peritubulari Pc Riassorbimento Ra Re Pa (in parte compensato dall autoregolazione renale) cc Riassorbimento concentrazione proteine VFG Kf Riassorbimento

38 Secrezione Aggiunge sostanze al liquido tubulare. Accelera l eliminazione di alcune sostanze dall organismo. Avviene con meccanismo passivo o attivo (caratterizzato da Tm). Nel tubulo prossimale operano sistemi di trasporto che permettono la secrezione di anioni e cationi organici. ENDOGENE Ioni H + Anioni: Formiato, Ossalato, Urati, anioni acidi biliari, ecc. Cationi: Creatinina, istamina, dopamina, adrenalina, acetilcolina ESOGENE Anioni: Farmaci: antibiotici (penicilline, cefalosporine), salicilati, FANS, ecc. Cationi: Farmaci: morfina, atropina, cimetidina, ranitidina, ecc.