Fisiologia apparato urinario

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1 Fisiologia apparato urinario

2 Funzioni del Rene Nefroni Corticale Midollare Pelvi renale Uretere Capsula Funzione di filtro: Eliminazione dal sangue ed escrezione con le urine di cataboliti (urea, creatinina, acido urico, prodotti finali degradazione emoglobina, metaboliti ormoni) e sostanze esogene (farmaci, additivi alimentari) Funzione omeostatica: Regolazione equilibrio idrico Regolazione bilancio elettrolitico Regolazione equilibrio acido-base Regolazione pressione arteriosa Funzione ormonale: Produzione ormoni coinvolti in: Eritropoiesi (eritropoietina) Metabolismo del Ca 2+ (1,25- diidrossicolicalciferolo, forma attiva vitamina D) Regolazione pressione arteriosa e flusso ematico (renina) Gluconeogenesi

3 Arteria arcuata Vena arcuata Arteria renale Vena renale Arteriole afferenti Glomeruli Nefrone corticale Flusso ematico renale (FER) = 1200 ml/min ( 21% gittata cardiaca). 90% corticale 10% midollare

4 Tubulo prossimale Tubulo distale Tubuli collettori Arteriole Nefroni Corteccia Capsula di Bowman Tratto discendente ansa di Henle Tratto ascendente ansa di Henle Midollare Nefroni Juxtamidollari 20% con i vasa recta Dotto collettore Tratto discendente ansa di Henle Tratto ascendente ansa di Henle 250 dotti collettori * 4000nefroni = 1 milione di nefroni per rene

5 Arteriola efferente Capillari glomerulari Capillari peritubulari Apparato iuxtaglomerulare Glomerulo Arteriola afferente Ansa di Henle Dotto collettore

6 Glomerulo Arteriola efferente Capsula di Bowman Epitelio capsulare Tubulo distale Podociti Tubulo prossimale Arteriola afferente Capillari glomerulari Lume della capsula

7 Nel nefrone si realizzano 3 processi, che portano alla formazion Nel nefrone si realizzano 3 processi, che portano alla formazione dell urina: Filtrazione glomerulare Riassorbimento tubulare Secrezione tubulare Arteriola efferente Capillare peritubulare Glomerulo Tubulo distale Arteriola afferente Capsula di Bowman Filtrazione Riassorbimento Secresione Escrezione Ansa di Henle Dotto collettore Alla vena renale

8 Arteriola efferente Capillare peritubulare Alla vena renale Glomerulo Arteriola afferente Capsula di Bowman La quantità di qualsiasi sostanza presente nell urina (carico escreto) è il risultato della seguente espressione: Carico Escreto (E) = Carico Filtrato (F) Carico Riassorbito (R) + Carico Secreto (S)

9 F R E % riass Creatinina 0, , acqua >99% glucosio % sodio 17,75 17,64 0,11 99,4 urea 0,0325 0,0162 0, % Bicarbonato 3 2,99 0,01 >99,9%

10 Glomerulo

11 Podocita Filtrazione Capillare Capsula di Bowman Pedicelli Endotelio capillare Cellula mesangio Filtrazione: passaggio elevato volume di plasma privo di proteine dai capillari glomerulari alla capsula di Bowman. Il filtrato glomerulare è quindi essenzialmente plasma privo di proteine. La frazione del flusso plasmatico renale (FPR) che viene filtrata è detta: Frazione di filtrazione (FF) = VFG/FPR Normalmente viene filtrato 20% del plasma che fluisce attraverso il rene

12 Membrana di Filtrazione Gluconeogenesi

13 Pedicelli dei Podociti Pori endotelio Pori epitelio capsula Capillare Lamina basale Filtrato (* nefropatia iniziale da perdita dlle cariche negative) Capsula di Bowman

14 Membrana di filtrazione Consente passaggio H 2 O + soluti basso peso molecolare (65000, < 69 kda) Esercita azione selettiva in funzione delle dimensioni e carica elettrica delle molecole. Filtrazione: libera molecole raggio < 20Å ( 5 KDa) variabile molecole raggio 20-42Å assente molecole raggio > 42Å ( 70 KDa). Formata da: Endotelio capillare fenestrato (pori nm) tappezzato da cariche negative fisse, che ostacolano passaggio proteine plasmatiche (carica negativa). Membrana basale formata da collagene e proteoglicani (carica negativa) è una barriera efficace al passaggio proteine plasmatiche. Strato viscerale della capsula di Bowman (podociti, con processi terminali, pedicelli, che formano pori a fessura (4-14 nm, chiusi da struttura proteica, diaframma di filtrazione, regolabile). Presenti glicoproteine caricate negativamente.

15 Dimensioni e carica elettrica influenzano la filtrabilità Filtrabilità molecole raggio Å dipende dalla carica ed è maggiore per le forme cationiche. E limitata la filtrazione delle proteine con raggio Å, perchè, in gran parte, caricate negativamente. Perdita della carica negativa sulla barriera di filtrazione (glomerulonefriti) provoca aumento filtrazione e comparsa nelle urine (proteinuria) di proteine polianioniche raggio Å

16 Velocità di filtrazione glomerulare (VFG) VFG è il volume di filtrato che si forma nell unità di tempo. Dipende da: 1.Pressione netta di ultrafiltrazione (Pf) risultante delle forze di Starling (idrostatiche e colloidoosmotiche). 2.Coefficiente di ultrafiltrazione (K f = permeabilità x superficie filtrante), che nel rene è 400 volte superiore a quello degli altri distretti vascolari.

17 Pressione nei capillari p. idrostatica p. oncotica C. arterioso C. venoso p. idrostatica interstizio p. oncotica interstizio -3-8

18 Pressioni e filtrazione P. idrostatica P. oncotica A. afferente A. efferente P della capsula 18 P netta di filtrazione Pf = 10 mmhg VFG = 125 ml/min

19 Pressioni e filtrazione Arteriola efferente VFG = 125 ml/min (180 l/dì) Glomerulo Arteriola afferente Re R a π p P c 18 mmhg 32 mmhg 60 mmhg P B Pf = 10 mmhg Capsula di Bowman P f = P c (P B + π p ) P f = 60 ( ) = 10 mmhg

20 Pressioni e filtrazione

21 Pressione (mmhg) Arteriola afferente Distanza lungo il capillare glomerulare P c π c P B π B Modificazioni forze di Starling lungo i capillari glomerulari: P c : variazione modesta P B : costante π p : aumento [28 mmhg (inizio capillari) 36 mmhg (fine capillari)]. Arteriola efferente Pressione (mmhg) P f Forze a favore della filtrazione Pc+π B Forze contro la filtrazione π p +P B Quando le forze si bilanciano la filtrazione si azzera Arteriola afferente Distanza lungo il capillare glomerulare Arteriola efferente

22 La variazione di π p lungo i capillari glomerulari dipende dal flusso plasmatico glomerulare P f Flusso basso Dipendenza della VFG dal FPR P f 100% normale Flusso normale VFG P f 100% normale Arteriola afferente Flusso elevato Distanza lungo il capillare glomerulare Arteriola efferente FPR La relazione tra VFG e FPR definisce la frazione di filtrazione FF=VFG/FPR

23 La velocità di incremento della pressione colloido-osmotica glomerulare dipende dalla frazione di filtrazione FF = VFG/FPR. Pressione colloido-osmotica glomerulare (mmhg) Frazione di filtrazione Normale Frazione di filtrazione < FPR o > VFG > FPR o < VFG Estremità afferente Distanza lungo il capillare glomerulare Estremità efferente

24 Fattori che determinano riduzione della VFG: K f : riduzione numero capillari glomerulari funzionanti (glomerulonefriti), ispessimento parete capillare (ipertensione cronica, diabete mellito). P B : ostruzione vie urinarie. π p Pc Fattori maggiormente soggetti a variazioni e quindi sotto controllo fisiologico ai fini della regolazione della VFG

25 La P c dipende da tre variabili regolate in condizioni fisiologiche: Pressione arteriosa P A P c e VFG ( FER) P A P c e VFG ( FER) Effetto controllato da autoregolazione renale Resistenza arteriole afferenti R a P c e VFG ( FER) R a Pc e VFG ( FER) Resistenza arteriole efferenti R e Pc e VFG ( FER) R e Pc e VFG ( FER) Per R e, VFG varia con andamento bifasico: R e modesti VFG R e consistenti π p VFG

26 Flusso ad altri organi VFG (ml/min) normale FER ( ml/min) R Pc VFG FER 50 VFG FER Vasocostrizione arteriola afferente FER + Pc + VFG Resistenza arteriole afferenti (x normale) VFG Flusso ad altri organi R FER VFG (ml/min) normale FER FER ( ml/min) Pc VFG Vasocostrizione modesta arteriola efferente FER + Pc + VFG Resistenza arteriole efferenti (x normale) 200 Vasocostrizione intensa arteriola efferente FER + Pc + VFG

27 Controllo Resistenza arteriole afferenti ed efferenti SNS + Adrenalina circolante (α 1 ): vasocostrizione (soprattutto arteriole afferenti) FER + VFG. Effetto modesto in condizioni normali, consistente in condizioni di: emorragia imponente, ischemia cerebrale, paura, dolore. Angiotensina II (AT 1 ): vasocostrizione (soprattutto arteriole efferenti) FER + VFG. P capillari peritubulari favorisce riassorbimento Na + e H 2 O Adenosina (A 1 ): vasocostrizione arteriole afferenti FER + VFG. NO: vasodilatazione (livelli basali essenziali per mantenimento VFG normale) PGE 2, PGI 2, Bradichinina: vasodilatazione (soprattutto arteriole afferenti) FER + VFG. Attenuano effetto vasocostrittore di simpatico ed Angiotensina II in condizioni patologiche (emorragia)

28 Autoregolazione renale Funzione principale: stabilizzare la VFG per mantenere un controllo fine dell escrezione di H 2 O e soluti. VFG (l/dì) Ambito di autoregolazione mmhg Pressione arteriosa media (mmhg) Senza autoregolazione, aumenti anche piccoli di P A ( mmhg), produrrebbero aumenti di VFG da 180 l/dì (7.5 l/h) 216 l/dì (9 l/h). Con riassorbimento tubulare invariato (178.5 l/dì, 7.4 l/h) escrezione urinaria aumenterebbe da 1.5 l/dì (62.5 ml/h) 36 l/dì (1.5 l/h) completa deplezione volume ematico in 2 ore.

29 Ambito di autoregolazione ( mmhg) minime variazioni FER e costanza VFG. L aumento di flusso urinario (VU), alla base della diuresi e natriuresi pressoria (controllo renale della P A ) è comunque possibile, perché dipendente dall entità dei processi di riassorbimento. Pa riassorbimento H 2 O e Na +

30 Nonostante questi meccanismi regolatori le variazioni pressorie modificano in maniera significativa l escrezione renale di sodio ed acqua, inducendo diuresi e natriuresi pressoria.

31 Meccanismi dell autoregolazione renale: Feedback tubulo-glomerulare Meccanismi di regolazione aggiuntivi permettono la regolazione del riassorbimento tubulare in rapporto a variazioni della VFG. Bilancio glomerulo-tubulare Meccanismo miogeno o di Bayliss (scarso)

32 Feedback tubulo-glomerulare Pf = 10 mmhg Pf = 0 mmhg VFG = 125 ml/min VFG = 125 ml/min Vasocostrizione afferente, o riduzione di pressione 18 Pf = 10 mmhg VFG = 50 ml/min Vasodilatazione Afferente 18 Renina- Angiotensina Vasocostrizione VFG = 125 ml/min efferente

33 Arteriola efferente Apparato iuxtaglomerulare Arteriola afferente Macula densa Tubulo distale Dotto collettore Capsula di Bowman Glomerulo Tubulo prossimale Ansa di Henle 1. <Pa <VFG 2. < Flusso nel tubulo 3. > Riassorbimento NaCl 4. < Concentrazione NaCl alla macula densa 5. Liberazione di sostanze paracrine dalla macula densa e vasodilatazione arteriole afferenti (PG) Rilascio di Renina dall apparato iuxtaglomerulare, formazione di Angiotensina II e vasocostrizione arteriole efferenti, >Pressione glomerulari > VFG capillari

34 Arteriola efferente Apparato iuxtaglomerulare Arteriola afferente Macula densa Tubulo distale Dotto collettore Capsula di Bowman Glomerulo Tubulo prossimale Ansa di Henle 1. >Pa >VFG 2. > Flusso nel tubulo 3. < Riassorbimento NaCl 4. > Concentrazione NaCl alla macula densa 5. Liberazione di sostanze paracrine dalla macula densa e vasocostrizione arteriole afferenti (Adenosina) <Renina dall apparato iuxta-glomerulare, formazione di Angiotensina II, dilatazione arteriole efferenti, <Pressione glomerulari < VFG capillari

35 Feedback tubulo-glomerulare Macula densa sensibile a [NaCl] tubulare P A VGF NaCl alla MD P A VFG NaCl alla MD NaCl Sostanze paracrine: ATP (P 2 ) ed Adenosina (P 1 ) vasocostrizione arteriola afferente NaCl Sostanze paracrine: PG vasodilatazione arteriola afferente + stimolazione produzione Renina (cellule iuxtaglomerulari)

36 Variazioni di P a P a FER P f VFG Carico di NaCl alla MD Adenosina Vasocostrizione arteriola afferente SRA - P a FER P f VFG Carico di NaCl alla MD PG Vasodilatazione arteriola afferente SRA +

37 Effetto miogeno Pf = 10 mmhg Pf = 20 mmhg VFG = 125 ml/min VFG = 125 ml/min 18 Pf = 10 mmhg VFG = 140 ml/min 18 VFG = 125 ml/min

38 Effetto della pressione oncotica - Glomerulo- tubulare Pf = 10 mmhg Pf = 20 mmhg VFG = 125 ml/min VFG = 125 ml/min Aumento della pressione VFG = 140 ml/min VFG = 125 ml/min

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