Funzioni del Rene. Escrezione prodotti di scarto del metabolismo (urea, creatinina, acido urico) e di sostanze estranee (farmaci, additivi alimentari)

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1 Il sistema urinario

2 Funzioni del Rene Corticale Nefroni Escrezione prodotti di scarto del metabolismo (urea, creatinina, acido urico) e di sostanze estranee (farmaci, additivi alimentari) Midollare Pelvi renale Uretere Vescica Capsula Regolazione dell equilibrio idrico ed elettrolitico 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 vitamina D

3 Arteriole afferenti Arteria Renale Arteria arcuata Glomeruli Vena Renale Vena arcuata Arteria renale Vena renale Nefrone corticale Il flusso ematico renale (volume di sangue che arriva al rene nell unità di tempo) rappresenta il 21% della gittata cardiaca ed ammonta a circa 1200 ml/min

4 Le funzioni del rene si esplicano a livello del nefrone Arteriole Nefroni Arteriole Tubulo prossimale Tubulo distale Tubuli collettori Corteccia Midollare Capsula di Bowman Inizio branca discendente ansa di Henle Fine della branca ascendente dell ansa di Henle Dotto collettore Calice minore Gradiente osmotico Branca discendente Branca ascendente

5 Arteriola efferente Capillari glomerulari Capillari peritubulari Apparato iuxtaglomerulare Glomerulo Arteriola afferente Ansa di Henle Dotto collettore Vasa recta I capillari del glomerulo hanno l aspetto di un gomitolo

6 Glomerulo Arteriola efferente Capsula di Bowman Epitelio capsulare Tubulo distale Podociti Macula densa Cellule iuxtaglomerulari Arteriola afferente Capillari glomerulari Tubulo prossimale Lume della capsula A livello dei capillari glomerulari avviene la filtrazione del plasma. Il filtrato si raccoglie nella capsula di Bowman e poi scorre nel tubulo prossimale verso le porzioni più distali del nefrone. Il sangue che ha subito filtrazione fuoriesce dal glomerulo attraverso l arteriola efferente e poi decorre nei capillari peritubulari.

7 Arteriola efferente Glomerulo Capillare peritubulare Tubulo distale Arteriola afferente Capsula di Bowman Filtrazione Riassorbimento Secrezione Escrezione Ansa di Henle Dotto collettore Alla vena renale La formazione dell urina deriva da tre processi: Filtrazione glomerulare Riassorbimento tubulare Secrezione tubulare

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 dato dalla seguente espressione: Carico Escreto (E) = Carico Filtrato (F) Carico Riassorbito (R) + Carico Secreto (S)

9 Podocitia Capillare Capsula di Bowman Pedicelli Cellula mesangio Endotelio capillare La formazione dell urina inizia con la filtrazione di circa il 20% del plasma che fluisce nei capillari glomerulari. Il filtrato glomerulare, che si raccoglie nella capsula di Bowman, è essenzialmente plasma privo di proteine. La filtrazione non è un processo altamente selettivo, per cui le sostanze che non devono essere eliminate dal sangue, vengono recuperate attraverso il riassorbimento tubulare.

10 Pori endotelio Capillare Pedicelli dei Podociti Pori epitelio capsula Lamina basale Filtrato Capsula di Bowman La membrana di filtrazione consente il passaggio di acqua e soluti a basso peso molecolare ed impedisce quello di sostanze con peso molecolare > 69 kda (proteine plasmatiche). E formata da: Endotelio capillare (fenestrato, e caricato negativamente) ostacola il passaggio delle proteine plasmatiche, caricate negativamente Membrana basale glomerulare (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)

11 Arteriola afferente VFG = 125 ml/min (180 l/dì) VFG = P f x K f Glomerulo Pb Arteriola efferente Pc π p P f = 10 mmhg Capsula di Bowman P f = Pc (P B + π p ) P f = 55 ( ) = 10 mmhg Si definisce velocità di filtrazione glomerulare (VFG) il volume di filtrato che si forma nell unità di tempo. La VFG è determinata da: 1. Pressione di ultrafiltrazione (P f ), determinata dal bilancio tra le forze idrostatiche e colloido-osmotiche agenti attraverso la membrana di filtrazione 2. Coefficiente di ultrafiltrazione (K f ), indice della permeabilità della superficie filtrante, (nel rene è 400 volte superiore a quello degli altri distretti vascolari).

12 Riduzioni della VFG possono essere determinate da: K f (riduzione numero capillari glomerulari funzionanti, ispessimento della membrana capillare) P B (ostruzione delle vie urinarie, liquido si accumula nella capsula di Bowman) π p (aumenti della concentrazione delle proteine plasmatiche) Pc (diminuzioni della pressione arteriosa, al di fuori dell ambito di autoregolazione renale) Aumenti della VFG possono essere determinate da: Pc (aumenti della pressione arteriosa, al di fuori dell ambito di autoregolazione renale)

13 Autoregolazione renale Aumenti o diminuzioni della Pa porterebbero rispettivamente ad aumenti o diminuzioni del flusso ematico renale e quindi della VFG, con conseguente eliminazione eccessiva od insufficiente di liquidi dall organismo. L autoregolazione renale mantiene costanti, in un ambito di Pa che va da 80 a 180 mmhg, il flusso ematico renale e la VFG. VFG (l/dì) Intervallo di autoregolazione mmhg Pressione arteriosa media (mmhg) 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.

14 Le resistenze dell arteriola afferente ed efferente incidono sul valore della pressione idrostatica nei capillari glomerulari (Pc). Pc se Raff e Reff Pc se Raff e Reff

15 c c Pa costrizione arteriola afferente ( Raff) Pc la VFG viene mantenuta costante La vasocostrizione dell arteriola afferente è mediata da: meccanismo miogeno: Contrazione della muscolatura liscia della parete arteriolare in risposta allo stiramento feedback tubulo-glomerulare: Produzione, da parte della macula densa, di sostanze con azione vasocostrittrice (Adenosina)

16 c c Pa costrizione arteriola efferente ( Reff) Pc la VFG viene mantenuta costante. La vasocostrizione dell arteriola efferente è mediata da: feedback tubulo-glomerulare: Produzione, da parte delle cellule juxtaglomerulari, di renina, che stimola la produzione di angiotensina, che ha una potente azione vasocostrittrice sull arteriola efferente

17 Riassorbimento tubulare Il rene regola l escrezione dei diversi soluti indipendentemente 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. VFG = 125 ml/min Riassorbimento = 124 ml/min Escrezione = 1 ml/min In condizioni normali il 65% del carico filtrato di acqua e sodio viene riassorbito a livello del tubulo prossimale.

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19 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

20 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

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

22 Riasso orbimento substrato (mg/min) Trasporto massimo Saturazione Soglia renale: concentrazione plasmatica a cui si ha saturazione Trasporto massimo Concentrazione plasmatica substrato (mg/100 ml) Le sostanze riassorbite con meccanismo attivo secondario, presentano un limite al riassorbimento detto trasporto massimo, dovuto alla saturazione dei sistemi di trasporto. Si ha saturazione quando, per aumento della concentrazione plasmatica della sostanza, il carico tubulare (VFG x Ps) è superiore alla disponibilità del trasportatore. In questo caso la sostanza in eccesso viene escreta con l urina.

23 G mg/min Tm normale 0 Filtrazione Riassorbimento Escrezione Splay Soglia renale Glucosio e Tm Carico tubulare [G]p x VFG (mg/min) (Glicemia normale, 1mg/1ml) Filtrazione Glucosio: proporzionale al carico tubulare (quindi con VFG costante alla [G]p. Riassorbimento Glucosio: proporzionale al carico tubulare fino ad un massimo: Tm = mg/min ([G]p = 2.5-3mg/ml) oltre il quale rimane costante. Escrezione Glucosio = 0 fino al raggiungimento della soglia renale = 220 mg/min ([G]p circa 1.8mg/ml), oltre la quale, G compare nelle urine e l escrezione diventa proporzionale al carico tubulare.

24 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.

25 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

26 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

27 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, 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

28 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, che è una sostanza endogena essendo prodotta dall organismo.

29 Le sostanze che vengono filtrate e in parte riassorbite hanno una clearance inferiore a quella dell inulina (e quindi inferiore alla VFG). Sostanze completamente riassorbite come il glucosio hanno clearance = 0 Le sostanze che vengono filtrate e anche secrete hanno una clearance superiore a quella dell inulina (e quindi superiore alla VFG).