RENE. Regola equilibrio elettrolitico lavorando sulle concentrazioni di sodio, potassio, cloro, bicarbonato, calcio, fosfato, ecc

Transcript

1 RENE Funzioni del rene: Controllo del volume e della composizione dei liquidi circolanti e quindi controllo della pressione arteriosa. Infatti tutto ciò che riguarda il controllo dei liquidi del corpo va a d influenzare la volemia e quindi la pressione. Regola equilibrio elettrolitico lavorando sulle concentrazioni di sodio, potassio, cloro, bicarbonato, calcio, fosfato, ecc Controllo dell equilibrio acidobase. Il rene, infatti, riassorbe bicarbonato e crea ex novo ioni bicarbonato (che è il principale tampone dell organismo); secerne inoltre ioni H+. si occupa di mantenere il ph a valori fisiologici (ph fisiologico= ) Eliminazione dei prodotti di scarto del metabolismo (acido urico, creatinina, urea). La creatinina deriva dal metabolismo degli amminoacidi e quindi è legata al metabolismo muscolare chi fa molto esercizio fisico ha molta creatinina nelle urine perché ha un elevato metabolismo muscolare. Eliminazione di farmaci Sintesi di ormoni (EPO, renina, Vit. D3). In realtà si occupa solo di una fase nella produzione della vitamina D3, ovvero la 1αidrossilazione. Degradazione di ormoni Sintesi di NH4+ e glucosio Il rene ha un peso di circa 250 g (è importante conoscere il peso di un organo perché, in casi patologici, è uno dei parametri che cambia: un fegato parenchimatoso, infatti, pesa di più di un fegato normale). Il rene è formato da una corticale avvolta da una capsula fibrosa e da una midollare organizzata in lobuli. Il parenchima renale è diviso in 10 lobuli che buttano l urina prodotta nella pelvi renale. Il rene è irrorato dall arteria renale che entra nel polo vascolare a. segmentali a. interlobali a. arcuate/arteriole rette vere (tra midollare e corticale) interlobulari arteriole afferenti glomerulo renale arteriole efferenti/ arteriole rette spurie. Queste in parte si dipartono nelle varie vene che vanno poi a immettersi nelle vene renali vena cava inferiore; in parte le arteriole efferenti si diramano nei capillari peritubulari. Quindi il glomerulo è interposto tra due segmenti arteriosi che quindi rappresentano un sistema di resistenze in serie (uno dei pochi presenti nell organismo). Il nefrone è l unità funzionale ed è formato da corpuscolo renale + dotti. Il maggior numero di nefroni lo troviamo nella corticale. L 85% dei nefroni si trova nella parte alta della corticale e si chiamano nefroni corticali; questi hanno anse di Henle spesse e corte che si approfondano poco nella midollare. Il restante 15% dei nefroni costituisce i nefroni iuxtamidollari, con anse di Henle sottili che si approfondano maggiormente nella midollare, penetrandola in tutta la sua lunghezza. Quindi nella parte superiore o esterna della midollare avremo molte anse di Henle, mentre nella parte inferiore o interna avremo solo le ane di Henle della parte iuxtaglomerulare. Il corpuscolo renale è fatto da: Glomerulo costituito da capillari glomerulari circondati, oltre che dalla membrana basale, da cellule epiteliali dette podociti (che appartengono alla capsula di Bowmann) che, attraverso le interdigitazioni dei loro pedicelli, concorrono a delimitare i pori di filtrazione (per spiegazione più dettagliata vedi dopo) Capsula di Bowmann costituita da 2 foglietti, viscerale aderente al glomerulo e formato dai podociti e parietale.

2 I due foglietti delimitano lo spazio in cui si raccglie l ultrafiltrato o preurina, costituita da plasma (non sangue perché la parte cellulare è esclusa), Sali minerali (sodio, potassio, cloro, calcio, ecc ), glucosio, urea, acido urico e tutte quelle sostanze idrosolubili non utilizzabili che provengono dall organismo. Questa è definita preurina e non ancora urina, perché l urina vera si otterrà solo tramite le modificazioni a cui sarà sottoposta la preurina durante il suo percorso attraverso i vari tubuli renali (nei quali avverrà assorbimento e secrezione di sostanze). La capsula di Bowmann si continua con il tubulo contorto prossimale (che si può considerare come un prolungamento dell ansa di Henle) tratto discendente dell ansa di Henle tratto ascendente dell ansa di Henle (che si divide in parte sottile e parte spessa vedi sopra tubulo contorto distale dotti collettori. Più nefroni si riversano a un dotto collettore corticale, che a sua volta si apre nel dotto collettore midollare. Più dotti collettori midollari si uniscono a formare dotti papillari che si riversano nei calici minori. Il glomerulo è fatto da capillari glomerulari paralleli tra loro. Questi capillari sono caratterizzati da 3 elementi che li compongono: Cellule endoteliali che presentano delle fenestrature Membrana basale ha le caratteristiche di filtro perché è ricca di cariche negative (mucopolisaccaridi) che tendono a respingere altre cariche negative (provenienti, ad esempio, dalle proteine) Podociti che con i loro pedicelli si incastrano e formano anche loro una sorta di rete con delle maglie. Queste 3 strutture concorrono a costituire la membrana di filtrazione. Questa fa sì che non tutto sia in grado di passare, almeno fintanto che permangono le condizioni fisiologiche. Infatti, sono molte le condizioni patologiche in cui questa membrana risulta alterata e questo è il motivo per cui è molto studiata. APPARATO IUXTAGLOMERULARE È localizzato nel punto in cui il tubulo distale prende ontatto con il polo vascolare del rene. È essenziale per il funzionamento del rene. È composto da: Cellule della macula densa sono cellule che appartengono al dotto. Sono chemocettori sensibili alle variazioni nella concentrazione di sodio del tubulo distale. Cellule iuxtaglomerulari cellule muscolari liscie modificate che appartengono alla partere dell arteriola afferente. Producono renina. Cellule mesangiali extraglomerulari si trovano nella zona del mesangio e mettono in contatto le cellule della macula densa con quella iuxtaglomerulari. L apparato iuxtaglomeruare si occupa del rilascio di renina. La renina è un enzima che attacca angiotensinogeno e lo attiva ad angiotensina 1, peptide di 10 aa. Questo viene poi processato dall enzima ACE (enzima convertitore dell angiotensina che si trova nei capillari polmonari) in angiotensina 2 (8 amminoacidi).

3 Questo è il sistema reninaangiotensina aldosterone RAS L angiotensina 2 ha varie funzioni: Stimola la secrezione di aldosterone da parte della corticale surrenale Attiva il sistema ortosimpatico Ha un azione diretta sulle arteriole di resistenza e causa una loro vasocostrizione Questi ultimi due effetti causano un aumento della pressione. Stimola il riassorbimento tubulare di sodio e cloro e la conseguente escrezione di potassio Stimola il rilascio di ADH che agisce a livello renale stimolando l assorbimento di acqua Stimola i centri della sete. Questi due effetti causano aumento della volemia e conseguente aumento della pressione. Il sistema RAS si attiva quando: Si riduce la pressione a livello dell arteriola afferente. A sua volta questa pressione si riduce quando si riduce la pressione arteriosa in generale. Quindi possiamo dire che il sistema bilancia la caduta pressoria. Si ha stimolazione ortosimpatica. Questa si ha in caso di ipotensione, a causa della stimolazione dei barorecettori. Anche in questo caso l attivazione di RAS andrà a bilanciare la caduta pressoria. Come agisce RAS in questa situazione? Le fibre ortosimpatiche liberano adrenalina che va a legarsi ai recettori β1 adrenergici presenti sulle cellule iuxtaglomerulari causando il conseguente rilascio di renina. Si ha in seguito a riduzione del carico di sodio a livello della macula densa. Come conseguenza dell attivazione di RAS, infatti, angiotensina 2 stimola il riassorbimento di sodio sia direttamente sia indirettamente attraverso il rilascio di aldosterone. In generale RAS si attiva per mantenere un feedback bilanciato. Il sistema RAS si disattiva quando: Aumenta la P di perfusione renale Angiotensina 2 inibisce RAS (con feedback negativo) Peptide natridiuretico atriale inibisce il sistema RAS Tutte le fasi di trasformazione di angiotensinogeno in angiotensina 2 sono mediati da enzimi che possono essere inibiti da farmaci. I più usati sono gli ACE inibitori; i più vecchi sono quelli che causano un blocco della renina; i più nuovi sono quelli che vanno a bloccare i recettori dell angiotensina 2 (recettori T1) questi ultimi sono farmaci detti sartani. Tutti questi farmaci vengono usati per trattare l ipertensione. Il RAS descritto come lo abbiamo descritto è il meccanismo classico. Nuove scoperte hanno mostrato come sia possibile avere altre angiotensine che mediano effetti simili o molto diversi rispetto alla classica angiotensina 2. Queste angiotensine si formano dai classici precursori con l ausilio di enzimi nonace.

4 EX: da angiotensina 1 angiotensina 19 (l enzima è ACE 2: appartiene alla famiglia di ACE, ma non è sensibile agli stessi farmaci a cui è sensibile lui). Questo è un problema per curare l ipertensione, perché i farmaci che abbiamo ora si occupano di controllare solo il classico sistema RAS e non sono quindi in grado di fermare gli effetti di queste altre angiotensine. Questo è probabilmente il motivo alla base di resistenze alla somministrazione di farmaci antiipertensione. Angiotensina 1 angiotensina 17 (grazie ad ACE 2) Angiotensina 17 e angiotensina 2 sono molto diverse perché a livello cardiaco hanno effetti opposti: La prima è angiotensina 2, la seconda è angiotensina 17 PROCESSI CHE AVVENGONO NEL RENE Nel rene avvengono vari processi: Filtrazione glomerulare filtrazione del plasma a livello del glomerulo Secrezione tubulare la sostanza va dal sangue al sistema dei tubuli Riassorbimento tubulare la sostanza filtrata a livello del glomerulo va dai tubi e da qui passa al sangue Quando parliamo di sangue ci riferiamo a quello dei capillari peritubulari, ovvero i vasi che circondano il sistema tubulare. Dal sangue che si trova qui possono uscire o entrare sostanze che vanno o se ne vanno dai tubuli. Alla fine di tutto abbiamo l escrezione che è la somma algebrica di queste 3 componenti. Ci sono sostanze che non sono riassorbite né secrete (come l inulina), altre che sono solo assorbite, ecc Carico escreto quantità di una sostanza eliminata con le urine in 1 minuto. È uguale a v x Ux. V = volume di urina prodotto in un minuto Ux = concentrazione urinaria della sostanza Carico filtrato quantità di sostanza filtrata in 1 minuto È uguale a VGF x Px VGF = velocità di filtrazione glomerulare Px = concentrazione plasmatica della sostanza Carico riassorbito carico filtrato meno carico escreto (VGF x Px) (V x Ux) Carico secreto carico escreto carico filtrato (V x Ux) x (VGF x Px) FILTRAZIONE GLOMERULARE Filtrazione del plasma che avviene in modo passive nel glomerulo. Avviene passivamente, quindi non c è consumo di energia e avviene secondo gradiente di pressione (forze di Starling). Le forze di Starling che influenzano la pressione glomerulare sono: PIG = pressione idrostatica glomerulare pressione dei sangue nei capillari glomerulari POC = pressione oncotica capsulare pressione determinata dalle proteine plasmatiche nella capsula di Bowmann POG = Pressione oncotica glomerulare

5 PIC = Pressione idrostatica capsulare Pressione dell ultrafiltrato nella capsula. PIG e POC stimolano la filtrazione glomerulare e quindi l acqua esce dal glomerulo. POG e PIC ostacolano la filtrazione glomerulare e quindi l acqua rientra nel glomerulo. PFE (pressione netta di filtrazione) = PIG + POC (POG + PIC) Dato che POC è circa 0 la pressione netta di filtrazione PFE = PIG (POG + PIC) ovvero 7090 mmhg (25 mmhg + 5/15 mmhg) = 35/ 40 mmhg valore che determina il passaggio di liquido verso la capsula di Bowmann La PIG è alta perché i capillari glomerulari sono interposti tra due vasi di resistenza che quindi alzano la pressione (che normalmente è a valori molto più bassi). La POG tende ad aumentare lungo il glomerulo fino ad arrivare a un valore di 35 mmhg, perché c è stata la filtrazione di acqua lungo il percorso, che ha aumentato la pressione osmotica glomerulare. Comunque è sempre più bassa di PIG, altrimenti non ci sarebbe filtrazione (PIG infatti va a diluire le troppe proteine e così avviene il passaggio di acqua). PIG dipende dalla pressione arteriosa e dalle resistenze date dall arteriola afferente e efferente La filtrazione glomerulare dipende soprattutto da PIG che deve sempre mantenersi costante. Nel rene ci sono meccanismi che evitano che PIG vari troppo al variare della pressione arteriosa (ovviamente entro un certo range, se le variazioni fuoriescono dal range i meccanismi di controllo non sono più validi). I meccanismi di regolazione del flusso ematico renale sono di due tipi: Intrinseci all interno del rene e del sistema renale. Sono due: o Regolazione miogena/ riflesso di Bayliss. Questa è un autoregolazione miogena che consiste nel mantenimento di FER tramite vasocostrizione o vasodilatazione delle arteriole afferenti. Se aumenta la pressione arteriosa si osserva un aumento della costrizione delle arteriole afferenti con un conseguente aumento della resistenza precapillare che quindi si oppone all aumento della pressione dei capillari glomerulari. In caso di pressione bassa avverrà il contrario, ovvero rilascio della muscolatura delle arteriole afferenti, riduzione delle resistenze per aumentare la pressione. Nell immagine si vede che all interno di un certo range variazioni della pressione non vanno a modificare FER che si mantiene rettilineo e quindi costante. o Feedback tubulo glomerulare. Meccanismo attuato dalle cellule della macula densa (importante per questo meccanismo il ruolo giocato dal trasportatore NaK2Cl) che rilasciano adenosina/pge2 in base al carico di Na+ e Clin arrivo lungo il dotto distale. Se aumenta la VFG (ad esempio per aumento della pressione arteriosa), aumenta il carico di Na+ e Cl che arriva alla macula densa e aumenta il rilascio di adenosina. L adenosina legandosi ai recettori A1(molto abbondanti a livello dell arteriola afferente) determina vasocostrizione dell arteriola afferente con riduzione della PIG, FER e della VFG. Viene inoltre inibito il rilascio di renina(e quindi inibito il RAS) con aumento dell eliminazione urinaria di Na+ (natriuresi), aumento della diuresi (diuresi da pressione) e secondaria riduzione della pressione arteriosa. Se si riduce la VFG, si riduce anche il carico di Na+ e Clche arriva alla macula densa e aumenta il rilascio di PGE2 che determina vasodilatazione dell arteriola afferente con aumento di PIG, FER e di VFG. Aumenta anche il rilascio di renina e

6 di angiotensina 2 che determina vasocostrizione dell arteriola efferente e aumento della secrezione di aldosterone. Aumenterà il riassorbimento renale di Na+ e la pressione arteriosa. Il feedback tubuloglomerulare ripristina la quantità di Na+ che arriva all ansa, modulando anche il grado di riassorbimento di Na+, FER, VFG e la pressione arteriosa. Viene inibito dai diuretici dell ansa. Nel grafico vediamo il fenomeno della diuresi da pressione: aumentando la pressione arteriosa aumenta il volume di urina al minuto per via del feedback tubuloglomerulare. Questo meccanismo di regolazione di FER riguarda unicamente la parte corticale del rene, mentre nella parte midollare il flusso ematico varia al variare della pressione. In ogni caso la parte corticale è quella più importante dal punto di vista funzionaleperché in essa si trovano i capillari glomerulari; il flusso ematico corticale inoltre rappresenta il 90 % del flusso ematico renale. Per studiare questo meccanismo dovrei togliere la regolazione miogena che altrimenti va a interferire con i risultati che ottengo lo si fa nei preparati sperimentali. Estrinseci agiscono dall esterno e sono: o Nervoso I vasi renali (arteriola afferente e arteriola efferente) sono innervati da fibre ortosimpatiche vasocostrittrici, la cui attività viene regolata in via riflessa prevalentemente dai barocettori. In posizione supina a riposo il tono ortosimpatico è basso, mentre aumenta notevolmente quando si passa alla posizione eretta e tutte le volte che si attiva l ortosimpatico (stress, emergenza, emorragia). Dato che l aumento del tono vasocostrittore ortosimpatico interessa in pari misura sia i vasi arteriosi afferenti che efferenti, la PIG (pressione idrostatica glomerulare) non varia. La FER (flusso ematico renale) si riduce, ma VFG (velocità di filtrazione glomerulare) non si modifica perché PIG resta uguale; in questo modo aumenta la frazione di filtrazione(rapporto tra VFG e il flusso plasmatico renale). Questo effetto è molto importante in condizioni di emergenza(quando si attiva l ortosimpatico) quali si osservano in presenza di emorragia,che portano ad una riduzione spiccata del flusso ematico renale e di conseguenza anche di pressione: in queste condizioni la funzione renale è mantenuta. La VFG nelle situazioni di emergenza si riduce di meno di quanto si riduca FER, per cui entro certi limiti la funzionalità renale viene mantenuta. o Ormonale A parità di pressione arteriosa, un aumento di PIG, del FER e della VFG si osserva con una vasodilatazione dell arteriola afferente (ad esempio causata da bradichinina, alcune prostaglandine, dopamina, l NO). La vasodilatazione dell arteriola efferente causa una riduzione della PIG e della VFG. La vasocostrizione dell arteriola afferente ( ad es. causata dalla noradrenalina e adenosina) causa una riduzione di PIG, FER e VFG. La vasocostrizione dell arteriola efferente (ad esempio causata da angiotensina 2) causa un aumento della PIG e VFG e una riduzione di FER Il peptide natriuretico atriale (ANP), un peptide di 28 amminoacidi che è prodotto in seguito alla stimolazione dei meccanorecettori atriali in caso di aumento del

7 ritorno venoso al cuore, causa il rilascio contemporaneo della muscolatura liscia dell'arteriola afferente ed efferente. FER aumenta molto e con esso anche VFG (aumenta meno di FER) ed il volume di urina eliminata (aumenta la diuresi). Questo ormone nibisce il riassorbimento del Na+ a livello del dotto distale e del dotto collettore (ostacola l azione dell aldosterone; aumento della natriuresi). Inibisce inoltre il RAS e ostacola l azione di ADH, fatti che causano un conseguente aumento della diuresi. Grazie a tutti questi meccanismi il rene mantiene la sua capacità di filtrazione anche in condizioni critiche. VARIAZIONE DI POG (PRESSIONE ONCOTICA GLOMERULARE) Si osservano tutte le volte che si ha una variazione della concentrazione delle proteine plasmatiche o se varia la velocità del flusso plasmatico glomerulare se aumenta il flusso plasmatico glomerulare la POG procedendo lungo il glomerulo aumenta poco; se si riduce il flusso plasmatico glomerulare la POG procedendo lungo il glomerulo aumenta molto e al limite può arrivare a controbilanciare la PIG con arresto della filtrazione: si parlerà allora di Equilibrio di filtrazione. Vediamo che la POG si riduce in caso di: Riduzione delle proteine della dieta, fatto che può essere dovuto ad una mancata o non corretta alimentazione oppure da un malassorbimento intestinale Riduzione delle proteine plasmatiche Problemi renali Nei capillari glomerulari non è mai possibile il riassorbimento perché la POG non può superare la PIG, al massimo avere lo stesso valore; quindi non potrà mai esserci assorbimento di acqua. VARIAZIONI DI PIC (PRESSIONE IDROSTATICA CAPSULARE) Si osservano se è presente un ostacolo lungo il tragitto urinario (calcoli, ingrossamento della prostata) In questi casi la pressione a monte, e di conseguenza la PIC, aumenta e la filtrazione glomerulare si riduce (perché le proteine risultano essere ben diluite lì dove si trovano). Immagine : La POG è l area gialla, violetto è il flusso. Vediamo che se il flusso diminuisce la POG aumenta e viceversa.

8 Pb = capsula di Bowmann Πp = pressione oncotica delle proteine plasmatiche Kf = permeabilità del filtro per l acqua. VELOCITA DI FILTRAZIONE GLOMERULARE La velocità di filtrazione glomerulare è il volume di liquido filtrato nell unità di tempo. Si può anche esprimere come: VFG= Kf x PFE dove Kf= coefficiente di ultrafiltrazione glomerulare, indice di permeabilità dell acqua (dato da conduttanza idraulica x superficie di filtrazione). Kf ha un valore circa 400 volte superiore a quello presente nei capillari sistemici ci sono molti capillari in parallelo e l area di sezione totale è molto grande. Kf si riduce in presenza di glomerulopatie, diabete mellito, ipertensione cronica, situazioni in cui è alterato il filtro renale. Anche la conduttanza idraulica è elevata, perché ci sono tanti poti che formano la barriera di filtrazione. La filtrabilità di una sostanza dipende da: 1) Peso molecolare (max 70 kda) 2) Forma e grado di deformabilità 3) Carica elettrica (le molecole cariche negativamente passano più difficilmente di quelle cariche positivamente) Quindi NON filtrano in condizioni fisiologiche le PROTEINE. L albumina filtra (il suo peso è 69 kda), ma viene pressochè totalmente riassorbita nel tubulo prossimale. Questo spiega perché non la troviamo in un esame delle urine. Il fatto che non passano portano a una non modificazione della pressione oncotica ulteriore nella capsula di Bowmann. Inoltre proteine che troviamo nel plasma sono i trasportatori di ormoni, di farmaci, di acidi grassi e in generale di tutte le sostanze idrosolubili che attraversano il sangue e che quindi non possono essere escrete. Nel caso di glomerulo nefriti, nelle quali si ha alterazione della membrana di filtrazione, si può avere passaggio delle proteine plasmatiche. CLEARANCE RENALE Per valutare il volume di filtrato prodotto dal rene in un minuto (cioè la VFG) occorre introdurre il concetto di clearance renale (C). è infatti difficile valutare VGF con le formule viste prima, perché dovrei conoscere dei valori di pressione difficili da misurare. La clearance renale di una sostanza è il volume di plasma depurato da quella sostanza nell'unità di tempo (1 minuto).

9 La clearance si esprime quindi in ml/min. Sapendo che una determinata sostanza ha una certa concentrazione nel plasma (Px) (e quindi la quantità di sostanza che arriva al rene = carico filtrato) e conoscendo la quantità di quella sostanza presente nelle urine (Qx) (e quindi la quantità di sostanza che viene espulsa= carico escreto), si può conoscere, per il principio di diluizione, il volume di plasma in cui si trovava quella sostanza prima della filtrazione, ovvero il volume di plasma filtrato in un dato periodo di tempo. C= Qx/Px Dove Qx (carico escreto) = concentrazione della sostanza nell'urina (Ux) x volume di urina prodotta in un minuto (V). C= (Ux x V)/ Px Il calcolo della clearance renale può dare indicazioni sulla velocità di filtrazione glomerulare (VFG) se si utilizza una sostanza la cui quantità nel tubulo prossimale e nell'urina è uguale, cioè una sostanza che una volta filtrata non viene nè riassorbita nè secreta dal tubulo. Una sostanza di questo tipo è ad esempio l'inulina, un polisaccaride presente nei vegetali della famiglia delle Composite (come la dalia). Per il calcolo della clearance renale occorre infondere in vena questa sostanza in maniera continua in modo che essa raggiunga nel sangue una certa concentrazione (Pi) misurabile con un semplice prelievo. Valutando la concentrazione dell'inulina nell'urina si ottiene (Ui). E quindi possibile, conoscendo il volume di urine prodotto in un minuto (V), calcolare la CLEARANCE RENALE dell'inulina che è pari a 125 ml/min. Questo valore di clearance renale corrisponde alla velocità di filtrazione glomerulare (VFG); ciò significa che in ogni minuto il rene filtra passivamente 125 ml di plasma. Poichè il glomerulo funziona come un tubo forato, in cui l'acqua che passa in parte cade fuori dal tubo e in parte prosegue senza essere filtrata, il plasma non filtrato avrà, nell'arteriola efferente, una concentrazione di inulina pari a quella del sangue dell'arteriola afferente, perchè la parte di plasma che si trova dopo il glomerulo è la parte non filtrata (se tutto plasma fosse filtrato dal rene, nell'arteriola efferente resterebbe un tappo di globuli rossi ). La quantità di plasma con cui viene in contatto il glomerulo al minuto è di 700 ml. Così come il plasma non viene tutto filtrato di conseguenza anche l inulina non viene tutta filtrata. Essendo la VFG 125 ml/min, nelle 24 ore vengono filtrati litri di plasma. Siccome però il volume di urina eliminata in un soggetto sano è circa 12 litri al giorno, il riassorbimento dell'ultrafiltrato nei tubuli renali è notevole (99%). Anziché utilizzare l inulina per il calcolo della VFG in clinica si preferisce utilizzare la clearance della creatinina, sostanza endogena prodotta dal catabolismo della fosfocreatina nel tessuto muscolare. La creatinina viene filtrata a livello glomerulare e secreta per circa il 20% a livello tubulare. Questo non altera la valutazione della clearance perchè la concentrazione plasmatica della creatinina (Pc) è sovrastimata del 20 % per cui sia la quantità di creatinina escreta che Pc sono maggiori del previsto. La clearance della creatinina ha un valore di circa 140 ml/min. Se per qualche motivo non posso conoscere la concentrazione urinaria di creatinina (non posso fare l esame delle urine) allora calcolo GFR, la velocità di filtrazione glomerulare stimata, che tiene conto dell età, del sesso, della razza, ecc Se una sostanza filtrata a livello del glomerulo viene integralmente escreta con l urina, la sua clearance corrisponde a VGF (vedi inulina). Se una sostanza viene anche secreta dai tubuli la sua clearance sarà superiore alla VGF. Se una sostanza viene riassorbita dai tubuli la sua clearance sarà inferiore alla VGF. PROCESSI TUBULARI

10 Nei processi tubulari l ultrafiltrato viene trasformato tramite processi di riassorbimento e secrezione. Sia la secrezione che il riassorbimento possono avvenire per: Meccanismo transcellulare passaggio attraverso la membrana apicale e basolaterale; processo in genere attivo ( ad eccezione dell acqua) e che richiede l intervento di trasportatori. Meccanismo paracellulare passaggio tra le cellule; la permeabilità a ioni e acqua varia; solitamente è un trasporto passivo o accoppiato a un trasporto attivo trans cellulare. È necessario intervento di carrier per alcune sostanze. Il riassorbimento può avvenire con 4 meccanismi: Diffusione semplice: avviene secondo gradiente elettrochimico o di pressione osmotica. Le sostanze riassorbite passano negli spazi tra le cellule che rivestono il tubulo (paracellulare), o attraverso le cellule (transcellulare). Una sostanza riassorbita per diffusione semplice non può esser riassorbita completamente, perchè quando si raggiunge l'equilibrio il gradiente si annulla e il riassorbimento cessa. Esempi di riassorbimento per diffusione semplice: o Riassorbimento obbligatorio dell acqua che avviene nel tubulo prossimale e segue il gradiente osmotico creato dal riassorbimento del sodio. o Riassorbimento facoltativo dell acqua che avviene nel tubulo contorto distale e nel dotto collettore e segue il gradiente osmotico creato dalla pompa del cloro del tratto spesso della branca ascendente dell ansa di Henle e dipende dalla presenza di ADH (che rende più permeabili le pareti e quindi favorisce il riassorbimento di acqua). o Riassorbimento dell urea che avviene per il 50% nel tubulo contorto prossimale e sfrutta il gradiente di concentrazione creato dal riassorbimento obbligatorio di acqua e, in parte, nel tratto midollare del dotto collettore dove sfrutta il gradiente di concentrazione creato dal riassorbimento facoltativo di acqua. Diffusione facilitata: una sostanza viene riassorbita attraverso un trasportatore che la lega e ne permette il passaggio dal lume all'interstizio. Anche in questo caso è indispensabile la presenza di un gradiente elettrochimico. Questo tipo di riassorbimento presenta Specificità ogni sostanza ha il suo trasportatore specifico Saturabilità quando tutte le molecole di un trasportatore sono occupate la sostanza non potrà essere più assorbita Competitività 2 sostanze possono competere per uno stesso trasportatore Diffusione facilitata accoppiata o trasporto attivo secondario: la sostanza da riassorbire sfrutta il complesso formato dal trasportatore e da un'altra sostanza che passa per trasporto attivo primario. Va contro gradiente elettrochimico. Si può anche avere un riassorbimento completo. Anche questo tipo di riassorbimento presenta specificità, saturabilità e competitività. Lo osserviamo nel riassorbimento del glucosio e egli amminoacidi. Trasporto attivo primario: il riassorbimento avviene grazie ad una pompa metabolica che consuma energia e porta la sostanza attivamente fuori dal tubulo. Avviene contro gradiente elettrochimico. Può avvenire in modo completo. In generale i trasporti attivi avvengono in modo completo, quelli passivi no perché necessitano di un gradiente. LIMITE TUBULARE MASSIMO DI RIASSORBIMENTO E SOGLIA PLASMATICA RENALE In presenza di un trasportatore o di una pompa metabolica esiste una quantità massima di sostanza che può essere riassorbita nell'unità di tempo, che dipende dal trasportatore e dalla quantità di questa sostanza che nell'unità di tempo si presenta alla filtrazione. Questa quantità massima di sostanza è il limite tubulare massimo di riassorbimento (Tmax) che si misura in mg/min.

11 Il valore di concentrazione plasmatica della sostanza che corrisponde al limite tubulare massimo è detto soglia plasmatica renale di quella sostanza (in mg/100 ml). Se la sostanza nel plasma ha una concentrazione minore della soglia plasmatica renale, i trasportatori riusciranno a riassorbire tutta la sostanza che si presenta nel lume; se la concentrazione arriva al valore soglia, i trasportatori opereranno alla loro velocità massima mentre se la concentrazione supera la soglia plasmatica parte della sostanza non sarà riassorbita e si troverà nell'urina. II Tm per il glucosio è 375 mg/min, mentre la soglia plasmatica renale è 160 mg/100 ml. Se la concentrazione di glucosio nel sangue è minore di 160 mg/100 ml esso sarà tutto riassorbito, mentre se è maggiore una parte verrà persa nelle urine. Nel diabete mellito si potrà osservare glicosuria (presenza di glucosion nelle urine) solo se la glicemia supererà la soglia plasmatica renale. Per valori di glicemia superiori a quelli fisiologici, ma inferiori a 160 mg/100 ml non sarà presente glucosio nelle urine. La glicosuria causa un conseguente aumento della pressione osmotica e quindi poliuria disidratazione cellulare sete polidipsia. La soglia plasmatica renale teorica del glucosio è 300 mg/100 ml (quella pratica è 160 mg/ 100 ml). Com è possibile? DIMOSTRAZIONE Per sapere qual è la quantità di una sostanza che viene riassorbita dal tubulo (Qr), basta fare la differenza tra la quantità filtrata e la quantità escreta: Qr= (Ci X Px) (V X U) Se applico questa formula al glucosio posso considerare la quantità escreta nulla per valori di glicemia corrispondenti al Tm. Quindi al Tm la quantità di glucoso riassorbita è uguale alla quantità filtrata (Ci X Px dove Px rappresenta la soglia plasmatica renale del glucoso). Cioè: Tm=Ci x Px Si ricava dalla formula che la concentrazione plasmatica del glucosio corrispondente al Tm dovrebbe essere 375 mg/min Ricavo Px e faccio Tm/ Ci = 375 / 125 = 3 mg/ ml, ossia 300 mg/100 ml. In realtà il valore della soglia plasmatica renale è inferiore rispetto a questo valore teorico che sarebbe valido solo in presenza di nefroni tutti funzionanti perfettamente e allo stesso modo; questo non avviene perché alcuni nefroni filtrano di più e riassorbono meno, altri filtrano di meno e riassorbono di più. GLUCOSIO Nel tubulo prossimale del rene esiste sulla membrana basolaterale una pompa Na+/K+ ATPasi che butta fuori sodio nell'interstizio, tramite un trasporto attivo primario. Questa pompa fa si che nella cellula il sodio diminuisca e si accentui il gradiente di concentrazione che spinge il sodio a entrare nella cellula per diffusione facilitata (secondo gradiente di concentrazione ed elettrico). L acqua viene riassorbita nel tubulo contorto prossimale insieme al sodio (perchè il filtrato perdendo sodio diventa ipotonico rispetto al liquido interstiziale e l acqua passa per gradiente osmotico. Assorbimento obbligatorio dell acqua: 80% di quella filtrata). Il glucosio che arriva al tubulo contorto prossimale entra nella cellula tubulare legandosi allo stesso trasportatore del sodio (SGLT2). Il glucosio esce dalla cellula del tubulo e va nell interstizio per diffusione facilitata attraverso un proprio trasportatore (GLUT2). L entrata del glucosio nella cellula avviene, quindi, per trasporto attivo secondario. Il destino renale del glucosio può essere espresso graficamente ponendo sulle ordinate la quantità di glucosio (Qg) espressa in mg/ 100 ml e sulle ascisse la concentrazione plasmatica di glucosio (Pg) espressa in mg/ min.

12 Curva di filtrazione Queste due grandezze sono direttamente proporzionali per cui se aumenta Pg aumenta la quantità filtrata e la curva della filtrazione è una retta che parte dall origine degli assi. Finchè la concentrazione del glucosio non supera la soglia plasmatica renale non si ha glucosio nelle urine e non esiste una curva di escrezione. Superata la soglia plasmatica renale ci sarà glucosio nelle urine e la curva di escrezione sarà parallela a quella di filtrazione. La curva di riassorbimento coinciderà con quella di filtrazione fino alla soglia plasmatica renale e poi diventerà parallela all asse delle ascisse, ovvero si manterrà costante. La clearance del glucosio in condizioni normali (Pg =100 mg/100 ml) è zero poichè tutto il glucosio che arriva nel tubulo contorto prossimale viene riassorbito e il volume di plasma depurato in un minuto dal glucosio è zero. Se Pg aumenta oltre la soglia plasmatica non tutto il glucosio che arriva al tubulo contorto prossimale viene riassorbito; la clearance del glucosio aumenterà quindi all'aumentare di Qg e tenderà asintoticamente alla clearance dell inulina (la clearance dell'inulina è costante perchè se aumenta la concentrazione plasmatica dell inulina aumenta la quantità di inulina presente nelle urine e la clearance dell inulina funge da asintoto per la clearance del glucosio per valori di Pg maggiori di 160 mg/l00ml). Infatti superata la soglia plasmatica renale il glucosio sarà comunque sempre riassorbito (anche se percentualmente in misura sempre più piccola rispetto alla quota filtrata). AMMINOACIDI E UREA L assorbimento degli amminoacidi avviene per diffusione facilitata accoppiata (come per il glucosio vedi immagine) o trasporto attivo secondario nel tubulo prossimale. Gli aminoacidi che vengono filtrati vengono tutti riassorbiti a livello del tubulo prossimale con differenti velocità,. Esistono differenti trasportatori a seconda del tipo di amminoacido (per quelli basici, neutri, acidi, glicina). Il sodio che era entrato insieme agli amminoacidi, invece, passa nell interstizio tramite la pompa sodio potassio atpasi (vedi immagine). L urea è filtrata e in parte riassorbita a più livelli del tubulo renale per diffusione semplice, che richiede quindi la presenza di un gradiente di concentrazione tra tubulo e interstizio e ne impedisce un completo riassorbimento (fatto che comporterebbe l annullamento del gradiente). L urea viene riassorbita in parte nel tubulo prossimale (per il 50% circa della quota filtrata). Segue al riassorbimento di acqua e sodio. Infatti, in seguito all entrata del sodio, abbiamo il riassorbimento obbligato dell acqua a cui consegue un aumento della concentrazione dei soluti (tra cui l urea) nel tubulo. Poiché la parete del tubulo è permeabile all urea questa viene riassorbita. Nella branca discendente dell'ansa di Henle, pur essendo riassorbita altra acqua, non si ha riassorbimento di urea perchè le pareti sono impermeabili all urea. Si crea comunque una differenza di concentrazione di urea tra tubulo e interstizio ( i soluti si concentrano nel tubulo, gradiente che poi servirà per il passaggio successivo nel tratto sottile dell ansa di Henle). Il tratto ascendente dell ansa di Henle si divide in tratto sottile (permeabile ai soluti e non all acqua) e tratto spesso (impermeabile ai soluti). Arrivata nel tratto sottile l urea non è riassorbita, ma l urea passa dall interstizio al lume del tubulo; tuttavia non si parla di secrezione perché lo scambio non coinvolge il sangue, ma l interstizio.

13 Il dotto distale non è permeabile all urea. A livello del dotto collettore (tratto midollare) si ha riassorbimento di urea secondo un gradiente creato dal riassorbimento facoltativo di acqua (dipendente da ADH) che si ha a questo livello. Il riassorbimento facoltativo dell acqua, infatti, aumenta la concentrazione di urea a livello della parte midollare del dotto collettore, dove quindi l urea passa nell'interstizio dove si concentra. L urea che è passata nell interstizio ha 3 destini: Una parte resta nell interstizio e crea un gradiente Una parte rientra nel tratto sottile dell ansa di Henle (vedi sopra) Una parte va ai capillari peritubulari ed è questa la parte che viene riassorbita! Non tutta l urea che esce dal dotto collettore attraverso l intersitizio viene riassorbita. Complessivamente l urea riassorbita dal rene ammonta a circa il 60% di quella filtrata (50% a livello del tubulo contorto prossimale + 10% a livello del dotto collettore). L'urea non avrà mai clearance zero e, poiché una quota di urea è sempre riassorbita, la sua clearance sarà minore di quella dell'inulina. Poiché inoltre la quantità riassorbita dipende solo dalla concentrazione plasmatica, la quantità eliminata tende a diminuire all'aumentare di Pu (concentrazione dell urina nel plasma), quindi la clearance tenderà ad allontanarsi dalla clearance dell'inulina. Mentre il riassorbimento dell urea nel tubulo prossimale è una quota fissa, a livello del dotto collettore dipende dal riassorbimento facoltativo di acqua ovvero dalla presenza di ADH. Quindi anche la clearance dell'urea varia al variare della secrezione di ormone antidiuretico. Se la secrezione di ADH è alta anche il riassorbimento di urea è elevato e quindi la clearance si riduce come anche il flusso urinario; se l ADH scende la clearance aumenta. La clearance dell urea è quindi in relazione col flusso urinario. Dato che esiste sempre una secrezione basale di ADH e un riassorbimento facoltativo di acqua, la clearance dell'urea ha un valore di base di 7075 ml/min. ALTRI RIASSORBIMENTI CHE AVVENGONO NEL TUBULO RENALE Il calcio è riassorbito per un totale del 98,599% a livello del tubulo prossimale (per via pgaracellulare o transcellulare Na dipendente), dell ansa di Henle e del tratto distale. Il passaggio di Ca²+ nel tratto distale avviene attraverso un canale collocato sulla membrana luminale ed è alimentato dalla pompa del Ca²+ (Ca²+ATPasi) collocata sulla membrana basolaterale. Anche lo scambiatore Na+/Ca²+, pure collocato nella membrana basolaterale partecipa al riassorbimento dei Ca²+. Regolazione del riassorbimento da parte del PTH, vitamina D3 e calcitonina Il Fosfato è riassorbito in cotrasporto col Na+ nel tubulo prossimale (l assorbimento è regolato da PTH, vitamina D3, calcitonina). Piccole proteine sono riassorbite o per endocitosi o a seguito di degradazione enzimatica ad aminoacidi; vanno poi nell interstizio tramite diffusione facilitata. L assorbimento di queste sostanze avviene nel tubulo prossimale. Composti organici, acidi metabolici e acido urico nel tubulo prossimale. SECREZIONE Per secrezione si intende il passaggio di sostanze dall'interstizio al lume del tubulo. Le sostanze che fuoriescono dai capillari peritubulari e passano all'interstizio sfruttano gli stessi meccanismi, passivi ed attivi, validi per il riassorbimento. Le sostanze sono secrete soprattutto a livello del tubulo contorto prossimale, ma anche nei dotti distali e collettori (come nel caso del K).

14 Sono secrete sostanze endogene sia acidi (acidi biliari, acido urico, acido ossalico, ecc..) che basiche (creatinina, istamina, dopamina, adrenalina, acetilcolina, ecc ) e sostanze esogene sia acide che basiche (farmaci vari). Visto che la maggior parte delle sostanze secrete dal tubulo vengono secrete attraverso trasportatori, ne consegue che per queste sostanze esisterà un limite tubulare massimo di secrezione (Tm = quantità massima di sostanza secreta in un minuto) e una soglia plasmatica renale (concentrazione plasmatica della sostanza che corrisponde al limite tubulare massimo di secrezione). L entità della secrezione di una sostanza (Qs) si può calcolare facendo la differenza tra la quantità di sostanza escreta (Qe) e quella filtrata (Qf): Qs = QeQf dove Qe= Us x V Us= concentrazione della sostanza nelle urine; V= volume di urina prodotta in un minuto mentre Qf= Ps x Ci Ps= concentrazione plasmatica della sostanza; Ci= clearance dell inulina Nel dotto prossimale esistono meccanismi di trasporto diversi per diversi tipi di sostanze. Uno di questi è il trasportatore tipico per alcuni farmaci, tra cui la penicillina, che è anche in grado di trasportare il PAI (acido paraminoippurico). Un altro sistema di trasportatori secerne basi organiche come l istamina, la colina ecc, mentre un terzo sistema secerne EDTA. Il PAI viene filtrato dal glomerulo e secreto dai capillari peritubulari nel tubulo prossimale. Dato che la secrezione prevede un trasportatore, il PAI ha un Tm di secrezione di 80 mg al minuto, che corrisponde ad una soglia plasmatica renale di 10 mg/100 ml. Somministrando PAI endovena in quantità tale per cui la sua concentrazione non superi la soglia plasmatica renale, il PAI viene quindi in parte filtrato dal glomerulo e, per la restante parte, secreto attivamente dai capillari peritubulari nel tubulo prossimale. In questo modo nel sangue venoso refluo dal rene non si trova PAI. Se la concentrazione plasmatica del PAI non supera la soglia plasmatica renale la clearance del PAI sarà quindi tutto il volume di plasma che arriva al rene in un minuto. Nota la concentrazione plasmatica di PAI e la quantità di PAI escreta con l'urina (concentrazione urinaria del PAI x volume di urine prodotte in un minuto), allora si può calcolare la sua clearance del PAI che è pari a circa 700 ml/min e corrisponde al flusso plasmatico renale (FPR). Come per il glucosio anche per il PAI è possibile rappresentarne graficamente il destino renale ponendo sull asse delle ordinate la quantità di PAI (Q) in mg/min e sulle ascisse la sua concentrazione plasmatica in mg/100 ml (PPAI). Aumentando la concentrazione plasmatica del PAI aumenta di pari passo la quantità di PAI filtrata (la curva è una retta che passa per l origine degli assi). Nell urina oltre al PAI filtrato va a finire anche il PAI secreto, quindi, a parità di concentrazione plasmatica, la curva di escrezione sarà spostata a sinistra (perché a prevalere è la secrezione della filtrazione perché si basa su trasportatori che quindi rendono il meccanismo di trasporto più veloce); quando viene raggiunta la soglia plasmatica renale (10 mg/100ml) la quantità di PAI escreta resta fissa (80 mg/min) e la retta diventa parallela alla curva di filtrazione, mentre continua ad aumentare la quota di PAI filtrato (l aumento della quota di PAI escreto è solo secondario all aumento della quota di PAI filtrato). Dalle curve di escrezione e di filtrazione è possibile ottenere, per differenza, la curva di secrezione, che sarà spostata a sinistra della curva di filtrazione e, raggiunta la soglia plasmatica renale, diventerà parallela all asse delle ascisse.

15 Per quanto riguarda la clearance del PAI, questa è di 700 ml/min se la concentrazione del PAI è inferiore a 10 mg/100 ml. Al di sopra della soglia plasmatica renale non tutto il PAI che arriva ai capillari peritubulari può essere secreto. Verrà secreta la quantità di PAI che corrisponde al limite tubulare massimo di secrezione; la restante parte di PAI resterà nel sangue. Se la concentrazione plasmatica del PAI è maggiore della soglia plasmatica renale, si troverà quindi PAI nel sangue venoso refluo dal rene. Al di sopra del Tm di secrezione il volume di plasma depurato dal PAI si riduce e la clearance tende asintoticamente a quella dell inulina. Al di sopra del Tm di secrezione il volume di plasma depurato dal PAI NON rappresenta il flusso plasmatico renale!!!!!! Ad elevatissime concentrazioni plasmatiche il PAI che trovo nell urina è uguale al PAI filtrato più un piccola quota secreta, che come percentuale diventa sempre più piccola. Il rapporto tra la clearance dell inulina e quella del PAI (quindi il rapporto tra il volume di plasma filtrato dal rene in un minuto, VFG, e il volume di plasma che arriva al rene in un minuto, FPR) viene detto FRAZIONE DI FILTRAZIONE. In condizioni normali è circa 0.19;questo significa che il 19% del plasma che arriva al rene viene filtrato. PAI portata ai reni = PAI filtrato + PAI secreto (a patto che non si superi la soglia plasmatica renale). In questo caso tutto il PAI portato al rene è escreto. PAI portato al rene = FPR ( quanto sangue arriva al rene) moltiplicato per la concentrazione di PAI. PAI escreta = concentrazione renale di PAI x volume di urina. Conoscendo il flusso plasmatico renale posso conoscere anche il flusso ematico renale facendo una proporzione: 700 : 55 = x : flusso plasmatico renale 55 % percentuale di plasma nel sangue Conoscendo il flusso plasmatico renale (FPR) per ottenere il flusso ematico renale (FER) occorrerà tenere conto dell ematocrito (Htc= circa 45, ovvero 155, ovvero il totale meno il plasma). FER= FPR/ 1Htc Si ricaverà un flusso ematico renale di circa 1200/1300 ml al minuto (circa il 2025% della gittata cardiaca). Si potrebbe calcolare il flusso ematico renale utilizzando l inulina ed applicando il principio di Fick. Per questo scopo devo conoscere la concentrazione dell inulina nel sangue arterioso e venoso (dalla vena renale) e calcolare il rapporto tra Q (quantità di inulina ceduta al rene in un minuto) e la differenza arterovenosa di concentrazione dell inulina. FPR= (Ux x V)/ [AV] Si preferisce tuttavia utilizzare il PAI per motivi pratici, non essendo facile l esecuzione del prelievo venoso.

16 DESTINO DEL SODIO A LIVELLO RENALE Il sodio è il più importante catione extracellulare e condiziona il volume dei liquidi extracellulari (interviene quindi nella regolazione della pressione arteriosa) e il valore di pressione osmotica. La sua concentrazione nei liquidi extracellulari è circa meq/l, mentre quella intracellulare è circa 510 meq/l. Il rene nelle 24 ore elimina il sodio introdotto con la dieta mantenendo quindi un equilibrio della concentrazione plasmatica di questo ione. Tale equilibrio viene alterato se l apporto diurno di sodio aumenta (bilancio positivo con accumulo di sodio e acqua) o si riduce (bilancio negativo con tendenza alla disidratazione). Del sodio filtrato i 2/3 vengono riassorbiti nel tubulo contorto prossimale in modo attivo grazie alla pompa Na/K ATPasi che crea un gradiente che viene poi sfruttato. Tale riassorbimento è associato a quello di aminoacidi e glucosio nella prima metà del tubulo contorto prossimale. Il sodio è seguito passivamente dal cloro in quanto l interstizio è positivo rispetto al liquido tubulare. Il riassorbimento di NaCl crea il gradiente osmotico per il riassorbimento obbligatorio di acqua (isosmotico) che viene a crearsi a causa del gradiente osmotico originato dal trasferimento di questi due elettroliti. Si può interferire con questo tipo di assorbimento del sodio somministrando sostanze che non vengano riassorbite dal tubulo renale, ad esempio il mannitolo. Il mannitolo aumenta la pressione osmotica del tubulo prossimale e riduce il riassorbimento di acqua (l assorbimento di sodio e cloro non porta più a una variazione così importante della pressione osmotica, la differenza è infatti compensata dalla presenza del mannitolo). In questo modo la concentrazione tubulare del sodio si riduce e si riduce anche il suo riassorbimento a livello prossimale, aumentando la natriuresi e la diuresi. Una quota di sodio è riassorbita nel tubulo prossimale assieme al bicarbonato, in controtrasporto con ioni idrogeno (vedi riassorbimento del bicarbonato e ruolo del rene nell equilibrio acidobase ). Quindi una quota del riassorbimento del sodio è legata a uno dei meccanismi attraverso cui il rene è in grado di regolare l equilibrio acidobase. Dato che in questo tipo di riassorbimento gioca un ruolo fondamentale l anidrasi carbonica, il riassorbimento di sodio potrà essere bloccato con l acetazolamide, inibitore dell anidrasi carbonica. Bloccando il riassorbimento di sodio l acetazolamide ostacolerà anche il riassorbimento di acqua agendo da sostanza diuretica. L acetazolamide causa di conseguenza anche acidosi metabolica, perché impedisce la formazione di bicarbonato. Nella seconda metà del tubulo prossimale una quota di sodio segue il riassorbimento del cloro (cui fa anche seguito il riassorbimento di Ca e Mg) che viene riassorbito per via transcellulare in scambio con anioni o paracellulare per gradiente elettrico. Nel tratto discendente dell ansa di Henle la parete del tubulo non è permeabile agli ioni sodio ( ma non all acqua) che quindi a questo livello non vengono riassorbiti e si concentrano nel lume del tubulo perché l acqua continua a essere riassorbita. Nel tratto ascendente dell ansa di Henle al contrario gli ioni sodio vengono riassorbiti, con meccanismo passivo (diffusione semplice) nel tratto sottile e con meccanismo attivo nel tratto spesso. Sul lato luminale delle cellule del tratto spesso della branca ascendente dell ansa di Henle, infatti, è localizzata una pompa (NKCC)che attivamente fa entrare il cloro all interno delle

17 cellule. Questa pompa fa passare dal lume del tubulo all interstizio 2 ioni cloro e 1 ione sodio. Il potassio rientra nel lume. Vengono anche riassorbiti Ca e Mg. Grazie alla pompa del cloro l interstizio diventa ipertonico, mentre il liquido tubulare diventa ipotonico, poiché essendo la parete impermeabile all acqua dal movimento di NaCl non si accompagna quello di acqua. E proprio grazie a questo meccanismo che nel tubulo distale e nel dotto collettore, se è presente l ADH che permeabilizza la parete del tubulo all acqua, l acqua viene riassorbita, perché il liquido tubulare ha una pressione osmotica inferiore a quella dell interstizio. Quindi, ai fini del riassorbimento facoltativo dell acqua, è fondamentale l azione della pompa del cloro; se blocco questa pompa ottengo un effetto diuretico importante perchè impedisco l ipertonicità interstiziale che consente, con l ipotonicità del liquido tubulare, il riassorbimento dell acqua. Esempi di inibitori della pompa del cloro sono l acido etacrinico e la furosemide (diuretici dell ansa). RICAPITOLANDO Nella prima parte del dotto distale il Na+ è riassorbito in cotrasporto col Cl che o ritorna nel lume in cotrasporto col K+ o passa nell interstizio mediante un apposito canale. Questo tipo di riassorbimento viene ostacolato dai duretici tiazidici (clorotiazide). Assieme a Na e Cl si muovono anche Ca2+ e Mg 2+. Nella seconda parte del dotto distale e nel dotto collettore il sodio continua a essere riassorbito con un meccanismo attivo e sotto il controllo dei mineralcorticoidi. L aldosterone a questo livello aumenta il riassorbimento del sodio in scambio con ioni idrogeno e potassio. Farmaci che bloccano il riassorbimento di Na+: amiloride e spironolattone Nel dotto distale e collettore il riassorbimento del sodio avviene con l acidificazione delle urine; una quota di sodio riassorbito è, infatti, in rapporto con la secrezione di ioni idrogeno (vedi acidificazione delle urine). Il riassorbimento del sodio è quindi influenzato da 3 fattori: Il bilancio tubuloglomerulare : il carico plasmatico di sodio influenza il suo riassorbimento Volume dei liquidi extracellulari: ruolo del RAS Il peptide natriuretico atriale: inibisce aldosterone, RAS e ha anche un effetto diretto. Permanenza del liquido nel tubulo (correlata alla velocità di flusso tubulare) CALCIO Il calcio viene assorbito nel tubulo prossimale per via paracellulare e transcellukare associato al sodio. Viene soprattutto assorbito a livello del dotto distale (promosso da PTH). Viene trasportato da TRPV6 ed esce attraverso calcio atpasi o attraverso lo scambiatore sodio calcio. FOSFATO Viene riassorbito a livello del tubulo prossimale in maniera sodio dipendente. Anche questo dipende da PTH che se da una parte aumenta il riassorbimento renale di calcio ( esercita quindi un effetto ipercalcemizante) inibisce quello del fosfato. In generale PTH ha 3 effetti: 1 Inibisce riassorbimento di fosfato stimola fosfaturia 2 Stimola il riassorbimento di calcio 3 Attiva 1αidrossilasi renale che si occupa dell attivazione della vitamina D. Altre sostanze che vengono riassorbite sono l ALBUMINA che entra nella cellula per endocitosi. Una volta dentro viene lisa in amminoacidi; poi ogni amminoacido esce per diffusione facilitata con un trasportatore specifico. ACQUA

18 Il riassorbimento dell acqua si divide in: Isosomotico/ riassorbimento obbligatorio dell acqua. Viene detto isosmotico perché la pressione osmotica alla fine del tubulo è uguale a quella della capsula di Bowmann. Riassorbimento facoltativo dell acqua. Non è isosmotico. Il riassorbimento facoltativo dell acqua avviene nel dotto collettore e nel dotto distale che sono sensibili ad ormone antidiuretico ed è un assorbimento che riguarda il 1819% circa dell'acqua filtrata. Il presupposto affinché si abbia il riassorbimento facoltativo di acqua è tuttavia l esistenza di un gradiente osmotico tra l interno del tubulo renale e l interstizio, creato dalla pompa del cloro che butta fuori NaCl nell interstizio. Nel interstizio del rene la pressione osmotica, procedendo dalla corticale alla midollare, aumenta da 300 mosm/l a 1200 mosm/l (questo fenomeno è detto stratificazione osmotica). La stratificazione osmotica dipende: o Dall urea uscita nella parte midollare del dotto collettore che va quindi ad accumularsi nella parte più midollare e porta ad un ulteriore abbassamento della pressione osmotica. o dalla presenza nel tratto spesso ascendente (corticale) dell'ansa di Henle di una pompa per gli ioni cloro, che vengono portati attivamente dall ansa di Henle all'interstizio. Il passaggio degli ioni dall ansa all interstizio fa scendere nel tratto ascendente dell ansa di Henle la pressione osmotica fino a 100 mosm/l (infatti mano a mano che ci si approfondì nella parte midollare lungo l ansa di Henle tanto più la funzione della pompa del cloro aumenta e tanto più il aumenta il gradiente) e tale resta perchè questo tratto del tubulo non è permeabile all'acqua, che quindi non può passare per gradiente osmotico all'interstizio. La pompa del cloro è, quindi, alla base del meccanismo di moltiplicazione controcorrente (basato sulla diversa permeabilità ai soluti e all acqua del tratto discendente e ascendente dell ansa di Henle: il tratto discendente dell ansa di Henle è permeabile all acqua e non ai soluti, mentre il tratto ascendente dell ansa di Henle è permeabile ai soluti e non all acqua). Nel dotto convoluto distale, quindi, arriva liquido con pressione osmotica 100 mosm/l mentre nell'interstizio (corticale) il liquido ha pressione osmotica di 300 mosm/l (pressione osmotica del sangue). Se è presente l ADH l acqua viene riassorbita lungo gradiente osmotico (alla fine del dotto distale la pressione osmotica è 300 mosm/l). Nel dotto collettore l acqua continua a essere riassorbita in quanto il dotto si approfonda verso zone del rene a sempre più elevata pressione osmotica (esisterà quindi sempre il gradiente osmotico che spinge l acqua verso l ambiente interstiziale). In presenza di ormone antidiuretico (ADH), che rende permeabile le pareti anche del dotto collettore, l acqua può quindi essere riassorbita (se ADH non ci fosse sarebbe impossibile il riassorbimento, perché senza ADH le acquaporine non vengono esposte sulla membrana della cellula vedi dopo). Il riassorbimento facoltativo di acqua riguarda il 1819 % del volume filtrato, quindi in condizioni normali solo 12 L del volume filtrato passa all'urina. Nei soggetti affetti da diabete insipido manca l ADH, e si producono anche più di 30 litri di urina al giorno. Il blocco della pompa del cloro (FUROSEMIDEE, ACIDO ETACRINICO; diuretici potentissimi che bloccano la stratificazione osmotica) determina aumento della diuresi. Il modo per bloccare il riassorbimento facoltativo dell acqua è quello di cancellare il gradiente che lo causa e quindi bloccare la pompa del cloro. Abbiamo detto che la pompa del cloro butta NaCl nell interstizio. Questo può andare a finire: o Nei capillari attorno all ansa di Henle seguendo il gradiente, fatto che porterebbe all annullamento di quel gradiente tra tubulo e interstizio fondamentale per il riassorbimento facoltativo di acqua. Tuttavia questo non avviene, perché i capillari attorno ai tubuli sono particolari (vedi dopo vasa recta).

19 o Rientrare nel tratto discendente dell ansa di Henle (ricorda che erano usciti dal tratto ascendente). Tuttavia questo non è possibile perché il tratto discendente dell ansa di Henle è impermeabile ai soluti. Il riassorbimento facoltativo dell acqua dipende anche dalla secrezione di ADH. In particolare parliamo di urina ipertonica quando abbiamo una grande secrezione di ADH: questo stimola l assorbimento di acqua, fatto che porta ad una maggior concentrazione dei soluti nel lume del tubulo. In caso contrario (poca secrezione di ADH) abbiamo urina ipotonica. La secrezione di ADH dall'ipofisi posteriore è regolata dal nucleo sopraottico che è sensibile a variazioni dell osmolarità del sangue e presenta una attività di scarica tonica (gli osmocettori, infatti, sono già stimolati a valori normali di pressione osmotica). Se l'osmolarità del sangue aumenta, aumenta anche la frequenza di scarica dei neuroni del nucleo sopraottico e di conseguenza aumenta la secrezione di ADH dalla neuroipofisi. La secrezione di ADH che ne consegue produce a livello renale un aumento del riassorbimento di acqua e quindi una riduzione della pressione osmotica che riduce la stimolazione ipotalamica (feedback negativo). Poichè la scarica tonica dei neuroni ipotalamici esiste, ci sarà una secrezione basale di ADH e quindi un riassorbimento basale di acqua. Vediamo che inoltre ADH è regolato da: Meccanocettori atriali possono agire sulla secrezione di ADH attraverso fibre afferenti vagali inibitorie. Essi sono attivati dalla distensione dell'atrio dovuta ad un aumento del ritorno venoso e agiscono inibendo la secrezione di ADH; di conseguenza si riduce il riassorbimento facoltativo di acqua e la volemia che si riporta ai valori normali riducendo la distensione atriale. E sufficiente una variazione nella posizione del soggetto per indurre l attivazione dei recettori atriali; se un soggetto si porta dalla posizione orizzontale a quella eretta improvvisamente crolla il ritorno venoso al cuore, cessa l'inibizione della secrezione di ADH ad opera dei recettori atriali, la secrezione di ADH aumenta fino a 8 volte con conseguente aumento del riassorbimento di acqua e quindi minor diuresi. Barorecettori controllano in senso inibitorio la secrezione di ADH (inibizione tonica). Se sono stimolati di più (per aumento della pressione arteriosa) inibiscono di più il rilascio di ADH con riduzione del riassorbimento facoltativo di acqua e aumento della diuresi (e riduzione della pressione arteriosa). Se sono stimolati di meno (per riduzione della pressione arteriosa) inibiscono di meno la secrezione di ADH che aumenta e incrementa il riassorbimento facoltativo dell acqua con riduzione della diuresi e aumento della pressione arteriosa. Ras Citochine Ipossia Alcol Stress

20 L ADH agisce sui dotti convoluti distali e sui dotti collettori attraverso V2 collegato a una G protein che attiva una via camp/ PKA che attraverso la fosforilazione determina l'apertura di acquaporine (2) nella membrana cellulare. In questo modo l ADH aumenta la permeabilità all acqua che può uscire per gradiente osmotico. )vedi immagine). COME VARIA LA PRESSIONE OSMOTICA I liquidi corporei hanno un osmolarità di circa 300 mosm/l, per cui l urina in condizioni normali è ipertonica rispetto a essi avendo un osmolarità che può raggiungere i mosm/l. Ciò significa che il rene elimina un urina concentrata, eliminando soluti e risparmiando acqua. Se consideriamo l andamento della pressione osmotica lungo il rene notiamo che da una situazione isoosmotica in cui tutto il tubulo prossimale ha pressione osmotica 300 mosm/l (come il plasma) si passa al tratto discendente dell'ansa di Henle dove la parete è permeabile all'acqua ma non ai soluti, perciò l acqua esce lungo gradiente osmotico. Questo causa un progressivo aumento della pressione osmotica intraluminale che da 300 mosm/l arriva ad essere circa 1200 mosm/l. Nell'interstizio che circonda il tratto discendente la pressione osmotica è uguale a quella nel tubulo, perche l acqua viene riassorbita. Nel tratto ascendente dell ansa di Henle al contrario la parete è permeabile ai soluti, ma non all acqua. Il cloruro di sodio (NaCl) passa dal lume all interstizio prima per diffusione semplice e poi per trasporto attivo (pompa del cloro) determinando la progressiva riduzione della pressione osmotica all interno del lume (arriva a 100 mosm/l)e l aumento della pressione osmotica nell interstizio. A questo livello la pressione osmotica nel lume è di 200 mosm/l minore della pressione osmotica extratubulare (nell interstizio) allo stesso livello, perché il riassorbimento di soluti non è accompagnato dal acqua. Nel dotto distale la pressione intraluminale passa da 100 mosm/l a 300 mosm/l a causa del riassorbimento facoltativo dell acqua. Anche nel dotto collettore la pressione osmotica intraluminale aumenta procedendo dalla corticale alla midollare a causa del riassorbimento facoltativo dell acqua. Quindi nel liquido che esce dal dotto collettore la pressione osmotica sarà prossima a quella dell interstizio della midollare del rene (iperosmotico) con un valore variabile a seconda del grado di secrezione di ADH. La concentrazione finale dell'urina dipende quindi dall ADH, che permette di eliminare piccoli volumi di urina molto concentrata ( pressione osmotica anche di 1200 mosm/l) o grandi volumi di urina poco concentrata (pressione mosm/l). Poichè esiste normalmente una secrezione di ADH, le urine sono normalmente ipertoniche. Il processo di concentrazione dell urina ha alla sua base il meccanismo di moltiplicazione per controcorrente, e il funzionamento della pompa del cloro. Grazie alla pompa del cloro nell interstizio della midollare del rene si realizza una stratificazione osmotica tale per cui la pressione osmotica interstiziale, che nella corticale è di 300 mosm/l, aumenta progressivamente fino a raggiungere un valore di 1200 mosm/l nella parte più profonda della midollare. Occorre tuttavia ricordare come la stratificazione osmotica sia dovuta per il 50% all'urea, che viene riassorbita nel tratto midollare del dotto collettore e in parte rimane nell interstizio.

21 VASA RECTA Il sistema dei vasi sanguigni del rene (vasa recta) è creato in modo da mantenere la stratificazione osmotica creata dall'ansa di Henle: infatti se i capillari si dirigessero dalla corticale fino alla midollare incontrerebbero strati via via più ipertonici e tenderebbero a perdere acqua e assumere soluti annullando il gradiente creato con dispendio di energia. I capillari del rene invece sono disposti a forcina attorno dell'ansa di Henle e sono detti vasa recta. I vasa recta sono di due tipi: Quelli che originano direttamente dalle arterie arcuate del rene e contengono sangue non filtrato (vasa recta veri) e che hanno quindi maggiore pressione idrostatica. Quelli che originano dalle arteriole efferenti del rene, detti spuri, che contengono sangue filtrato e che quindi ha pressione oncotica maggiore. La pressione idrostatica è minore perché originano dalle arteriole efferenti Nel tratto discendente dei vasa recta il sangue perde acqua e si arricchisce di cloruro di sodio, perchè incontra strati sempre più ipertonici. Nel tratto ascendente invece accade l'inverso, ma visto che il sangue viaggia a velocità maggiore del liquido tubulare, esso non si equilibra completamente con l'interstizio e il sangue che lascia il rene dai vasa recta veri è iperosmolare rispetto all'interstizio. Quindi i vasa recta portano via parte dei soluti in più presenti nell'interstizio, contribuendo a evitarne un eccessivo accumulo L elevata pressione oncotica aumenta l ingresso di acqua. Questi vasi eliminano il surplus di acqua presente nell'interstizio, con un azione che tende a mantenere il gradiente osmotico all'opposto dei vasi retti veri. Il risultato finale dell azione dei vasa recta è il mantenimento della stratificazione osmotica. Funzionano da scambiatori contro corrente. POTASSIO È il principale catione intracellulare. Il K è filtrato e poi tutto riassorbito. Tuttavia lo troviamo nelle urine perché è secreto. L uscita di H+ e K+ avviene in competizione: se ho tanto H+ secreto è secreto meno K+. La secrezione del potassio è influenzata da diversi fattori: Potassemia: l iperpotassemia favorisce l ingresso del potassio dal LEC (interstizio) nelle cellule del tubulo ed il successivo passaggio del potassio nel liquido tubulare (aumento della secrezione: iperpotassiuria). In presenza di ipopotassemia (vomito, diarrea) l escrezione urinaria di potassio si riduce (ipopotassiuria). Inoltre le variazioni di potassemia possono agire sul rene, però devono essere abbondanti. Grado di disidratazione delle cellule: in caso di disidratazione l escrezione urinaria di potassio aumenta, perché aumenta la concentrazione intracellulare di potassio e di conseguenza aumenta il gradiente che muove il potassio stesso (vedi potassemia). Riassorbimento di sodio: al riassorbimento di sodio nel dotto distale si accompagna la secrezione di potassio nel tubulo. Un aumento del carico sodio che arriva nel dotto distale, che si può osservare durante il trattamento con i diuretici sia del tubulo prossimale (mannitolo) che dell ansa di Henle (diuretici dell ansa), può quindi provocare ipopotassemia a lungo termine. Mineralcorticoidi: l aldosterone favorisce il riassorbimento di sodio e la secrezione di potassio.

22 Esiste un rapporto abbastanza stretto tra potassio e aldosterone, infatti l iperpotassemia (aumento notevole) agendo direttamente sulla glomerulare del surrene stimola la secrezione di aldosterone. Equilibrio acidobase: in casi di acidosi gli ioni H+ in eccesso entrano nelle cellule scambiandosi con ioni K+. Quindi il rene secerne più ioni H+ nel liquido tubulare e meno ioni K+. Si avrà iperpotassemia ed ipopotassiuria e urine acide. In caso di alcalosi viene invece favorita la secrezione tubulare di ioni K+ e si ha ipopotassemia iperpotassiuria e urine alcaline. Il rapporto tra ioni H+ e K+ può anche essere visto dal punto di vista del K+. In caso di iperpotassemia, gli ioni K+ entrano dal LEC nelle cellule del tubulo distale in scambio con gli ioni H+ che escono dalle cellule (acidosi metabolica). Si avrà quindi un aumento della secrezione renale di K+ ed eliminazione di urina basica con acidosi (l iperpotassemia causa acidosi). In presenza di ipopotassemia si avrà al contrario, produzione di urina più acida e alcalosi metabolica. Insulina: Occorre ricordare inoltre come i movimenti del potassio a livello renale vengano anche regolati dall insulina che tende ad aumentare l ingresso del potassio nelle cellule e stimola il riassorbimento renale di K+, causando ipopotassemia ed ipopotassiuria. ALDOSTERONE Vedi endocrino Diuresi normale 1,5 litri/giorno Poliuria 35 litri/giorno Oliguria 500 ml/giorno Anuria inf. a 200 ml/giorno Il contenuto in sali e sostanze organiche di rifiuto è variabile con la alimentazione e con l attività giornaliera. Varia inoltre il ph e il peso specifico

23 Elenco di come agiscono certi farmaci sfruttando i meccanismi fisiologici di assorbimento e secrezione renale. EQUILIBRIO ACIDO BASE Funzioni del rene per quanto riguarda la regolazione dell equilibrio acidobase: Assorbe HCO3 (soprattutto nel tubulo contorto prossimale). Riguarda l 85% del HCO3 filtrato. La concentrazione plasmatica di HCO3 in condizioni fisiologiche è di 2426 mm eq litro, valore al quale il bicarbonato è completamente riassorbito. Infatti la soglia plasmatica renale del bicarbonato è 2628 (valori che non si raggiungono a livelli fisiologici, quindi in condizioni normali HCO3 è tutto riassorbito). Quindi solo se la concentrazione di bicarbonato supera la soglia plasmatica renale compare bicarbonato nelle urine. Vediamo come avviene il riassorbimento. Nella cellula del rene abbiamo che: CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3H+ è spinto nel lume da uno scambiatore con il sodio (è infatti, questo scambiatore, uno dei sistemi per riassorbire il sodio). Il sodio era nel lume come bicarbonato di sodio. Una volta entrato il sodio poi va nell interstizio. Invece H+ che è uscito è tamponato dal bicarbonato (avanzato dal bicarbonato di sodio) si forma H2CO3 che poi diventa CO2 + H2O. Questa pompa che porta allo scambio tra sodio e idrogeno si blocca se aumenta la concentrazione degli ioni H+ nel liquido tubulare (quindi se si abbassa il PH), cosa che non si verifica perché gli ioni H+ sono tamponati da HCO3. HCO3 (formatosi nella cellula insieme ad H+) va nell intersitizio in cambio del cloro. Perché si parla di riassorbimento di bicarbonato se il bicarbonato assorbito non è mai stato nel lume (quello infatti del lume è un altro bicarbonato)? Perché il bicarbonato scompare dal lume (dove quindi abbiamo un valore di 1) e compare nell interstizio (dove quindi abbiamo un valore di +1): Il bilancio netto quindi è 0. E per quanto riguarda il ph? Il ph non cambia e vediamo perché. Ph= Pka+ log (base/ acido) Base = concentrazione di bicarbonato (HCO3) Acido = concentrazione di acido carbonico (H2CO3). Il pka è 6,1. Prima della reazione nel plasma il rapporto base/acido è di 20:1. Dopo la reazione è uguale perché viene riassorbita l acqua insieme al sodio e al bicarbonato. Se non fosse riassorbita l acqua il rapporto diventerebbe più piccolo perché aumenterebbe il denominatore (dato appunto da acqua + CO2).

24 Nell'equazione di Henderson Hasselbach (vedi immagine) il rapporto base/acido è costante (20/1) e quindi dato che il pk = 6.1 il ph del liquido tubulare sarà 7,4 (come quello del sangue). Quindi nel tubulo prossimale il ph è sempre 7,4 e quindi non avviene acidificazione delle urine, che invece avviene nel dotto distale. Forma ex novo HCO3La reazione è sempre la stessa: CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3Questa volta lo ione H+ è spinto fuori da una pompa ATPasi (infatti si va contro gradiente, cosa che prima nel tubulo contorto prossimale non accadeva) in scambio con il sodio. Il sodio è presente nel lume in forma di fosfato basico di sodio (Na2HPO4); questo, una volta usciti i protoni, si occupa di tamponarli diventando fosfato acido di sodio. Una volta entrato nella cellula, il sodio passa nell interstizio insieme al bicarbonato formatosi nella cellula in seguito alla reazione vista sopra. Per questo si parla di sintesi ex novo del bicarbonato, perché si aggiunge del bicarbonato nel sangue senza toglierlo al lume. Quindi la sintesi di bicarbonato è associata alla secrezione di H+ (con l intervento intermedio del sodio). Siccome a questo livello non si ha riassorbimento di acqua come a livello prossimale, l'equilibrio del sistema viene alterato: il rapporto base/acido del sistema dei fosfati, che prima che avvenisse la reazione era di 4 a 1, adesso diventa 1 a 10 perchè aumenta il fosfato acido a discapito del fosfato basico. Sulla base dell equazione di Henderson Hasselbach il ph del liquido tubulare distale diventa ph = 6,8 1 = 5,8. Poiché sotto un ph di 4,5 la pompa H+ si arresta (perché???), vediamo che a questo valore di ph continua a funzionare. In questo modo si ha l acidificazione delle urine. Secerne ioni H+. Con i meccanismi visti precedentemente. Sempre nel tubulo distale c è un altro sistema per eliminare gli ioni H+, come ioni ammonio. Nella cellula NH3 reagisce con H+ a formare ioni ammonio (NH4+). Questo esce scambiandosi con il sodio, che è presente nel lume come NaCl (cloruro di sodio). Si forma quindi nel lume cloruro di ammonio e nella cellula bicarbonato di sodio (NaHCO3). L'acidità titolabile è l acidità legata ai protoni tamponati dai fosfati (circa 1030 mmol in 24 ore), ovvero la quantità di idrossido di sodio (in mmoli) necessario per portare il ph di un campione di urina a 7.4. Essa corrisponde alle mmoli di H+ che sono secrete dal rene e tamponate dai fosfati nelle 24 ore. All acidità titolabile si aggiungono poi anche le mmoli di H+ secreti come sali di ammonio (3050 mmol in 24 ore). Fattori che modificano le capacità del rene nel regolare l equilibrio acido base Variazioni del ph del sangue Valore di pco2 del sangue arterioso Se aumenta la pco2 (ipoventilazione e acidosi respiratoria) aumenta la quantità di CO2 che diffonde all interno delle cellule del tubulo renale, vengono secreti più ioni H+ e viene più riassorbito e sintetizzato il bicarbonato.