La costanza di questi volumi dipende dall equilibrio tra assunzione ed eliminazione di acqua. Plasma 3 litri. Sistema linfatico. extracellulare (LEC)

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1 Equilibrio idrico-salino

2 Liquidi corporei Plasma 3 litri Sistema linfatico Liquido extracellulare (LEC) 14 litri Endotelio capillare Liquido interstiziale 11 litri Nell adulto, in condizioni normali, i liquidi corporei sono il 60% circa del peso corporeo divisibili in: liquido extracellulare (LEC: plasma + interstiziale = 14 l) liquido intracellulare (LIC = 28 l) Membrana cellulare Liquido intracellulare (LIC) La costanza di questi volumi dipende dall equilibrio tra assunzione ed eliminazione di acqua 28 litri

3 Assunzione Acqua Perdita Acqua 2.2 l/die Cibo + Bevande Polmone Perspiratio insensibilis Pelle 0.9 l/die 0.3 l/die Metabolismo Urine 1.5 l/die Feci 0.1 l/die Assunzione Acqua Introduzione + Metabolismo ( ) l/die Perdita Acqua - Perspiratio + Urine + Feci = 0 ( ) l/die

4 Assunzione: regolata dai meccanismi che determinano la sete Eliminazione: regolata modificando la quantità persa con le urine attraverso meccanismi che variano il riassorbimento tubulare di acqua

5 Osmolarità dei liquidi corporei L osmolarità di LEC e LIC = 300 mosm/l LEC dipende per il 90% da ioni Na + e Cl - LIC dipende da ioni K + e altre sostanze intracellulari Soluzioni che hanno osmolarità uguale a quella del LIC (300 mosm/l) si definiscono Isotoniche, minore Ipotoniche, maggiore Ipertoniche. Gli scambi di con l ambiente esterno (infusione endovenosa, assunzione e perdita attraverso l apparato gastroenterico) avvengono attraverso il LEC. L introduzione di soluzioni ipo- o ipertoniche nel LEC porta a variazioni di volume del LIC perché la differenza di osmolarità tra LEC e LIC è bilanciata da un rapido movimento di attraverso la membrana cellulare. Le variazioni del volume cellulare sono sempre secondarie a movimenti di dal LIC al LEC o dal LEC al LIC conseguenti a modificazioni di osmolarità del LEC.

6 Effetto di soluzioni iso-, ipo- ed ipertoniche sul volume cellulare Condizione normale esce dalla cellula 200 entra nella cellula Ipotonica volume cellulare: Rigonfiamento cellulare Isotonica: Fisiologica: NaCl 0.9% Glucosata: Glucosio 5% Nessuna variazione 360 Ipertonica volume cellulare Raggrinzimento cellulare

7 Rene ed equilibrio idrico

8 Il rene controlla osmolarità (300 mosm/l) e volume del LEC regolando in maniera indipendente l eliminazione di e soluti (principalmente NaCl). In caso di ipo-osmolarità del LEC (eccesso di rispetto ai soluti) il rene elimina più. Riassorbimento < riassorbimento soluti: urina diluita (ipo-osmotica, fino a 50 mosm/l). In caso di iper-osmolarità del LEC (eccesso di soluti In caso di iper-osmolarità del LEC (eccesso di soluti rispetto all ), il rene elimina meno. Riassorbimento > riassorbimento soluti: urina concentrata (iper-osmotica, fino a mosm/l).

9 L è riassorbita a livello renale per osmosi La maggior parte del riassorbimento avviene nel tubulo prossimale associato al riassorbimento dei soluti = riassorbimento obbligatorio (indipendente dalle condizioni di idratazione dell organismo). La restante parte di riassorbimento avviene nei tubuli distale e collettore = riassorbimento facoltativo (può essere regolata per mantenere costante osmolarità e volume del LEC).

10 La massima concentrazione dell urina ottenibile stabilisce il volume minimo di urina che può essere escreto giornalmente (volume obbligatorio) per eliminare dall organismo i prodotti di scarto del metabolismo. Quantità di soluti da eliminare = mosm/die Massima concentrazione urina = mosm/l Essendo V = Q/C mosm/die = 0.5 l/die mosm/l

11 Formazione di urina concentrata Condizioni fondamentali sono: Creazione di iper-osmolarità nella midollare (fornisce il gradiente osmotico per il riassorbimento di ) Elevati livelli di ADH (aumentata permeabilità del dotto collettore all ) Il liquido tubulare scorre nei dotti collettori che passano nella midollare iper-osmotica. In presenza di ADH il dotto collettore è permeabile all che viene richiamata dall iperosmolarità dell interstizio. L urina si concentra

12 La concentrazione finale dell urina dipende dal riassorbimento di nel dotto collettore controllato dal livello di ADH

13 L iper-osmolarità della midollare è creata e mantenuta da meccanismi di moltiplicazione controcorrente che dipendono dall organizzazione anatomica dell ansa di Henle e dei vasa recta (i capillari peritubulari della midollare renale). Branca ascendente ansa di Henle (impermeabile Separa acqua e soluti all ). In conseguenza del riassorbimento di Na +, K + e 2Cl - non seguito dall il liquido tubulare diventa ipo-osmotico e l interstizio midollare iperosmotico Osmolarità lume tubulare Osmolarità midollare

14 Branca ascendente (impermeabile all ) riassorbe elettroliti determinando aumento dell osmolarità nell interstizio Branca discendente (permeabile all ) riassorbe richiamata dalla maggiore osmolarità dell interstizio. Il liquido tubulare si concentra.

15 Singolo effetto della pompa crea gradiente di 200 mosm. La branca discendente si mette in equilibrio con l interstizio riassorbendo ECC.

16 Ad ogni livello orizzontale, la pompa ionica crea un gradiente di 200 mosm tra ramo ascendente e interstizio, che è moltiplicato in senso verticale dal flusso controcorrente fino a mosm nella parte più profonda dell interstizio Corticale 300 mosm Liquido iso-osmotico Liquido ipo-osmotico mosm Midollare esterna Na +, K +, 2Cl - Na +, K +, 2Cl mosm 300 mosm 600 mosm Na +, K +, 2Cl - Na +, K +, 2Cl - Na +, K +, 2Cl mosm 900 mosm Na +,Cl - Na +,Cl - Na +,Cl - Permeabilità H 2 0 regolata 900 mosm mosm Midollare interna Liquido iper-osmotico Na + Na mosm mosm La concentrazione finale dell urina dipende dal maggiore o minore riassorbimento di controllato dal livello di ADH

17 Mantenimento iper-osmolarità midollare I capillari della midollare (vasa recta) permettono il mantenimento dell iperosmolarità impedendo la perdita di soluti dall interstizio perchè funzionano da scambiatori controcorrente Osmolarità minore Il ramo discendente dei vasa recta scorre in zone ad osmolarità crescente (acquista soluti e perde ), mentre il ramo ascendente scorre in zone ad osmolarità decrescente (perde soluti ed acquista ) Osmolarità maggiore

18 Contributo dell urea alla creazione dell iper-osmolarità dell interstizio midollare L Urea partecipa alla formazione di urina concentrata ( mosm/l) contribuendo per circa il 40-50% all iper-osmolarità della midollare. Il riassorbimento di Urea nei dotti collettori aumenta in presenza di livelli alti di ADH. Il ruolo fondamentale dell Urea nella concentrazione dell urina è dimostrato dal fatto che persone in dieta iperproteica (elevata produzione di Urea come catabolita metabolico azotato) formano urina concentrata più facilmente dei soggetti in dieta ipoproteica (bassa produzione di Urea).

19 Contributo dell urea alla creazione dell iperosmolarità dell interstizio midollare ADH aumenta la permeabilità del dotto collettore a e Urea. Il riassorbimento di Urea contribuisce a circa 600 mosm dell osmolarità finale della midollare. Il 10% dell urea riassorbita viene portata via dai capillari (vasa recta) Il 50% dell urea rassorbita rientra nell ansa di Henle (ricircolo dell urea).

20 Secrezione di ADH in risposta a iper-osmolarità del LEC Iper-osmolarità del LEC Osmocettori ipotalamici Ipotalamo anteriore: Nuclei sopraottico e paraventricolare (Cellule produttrici di ADH) Ipofisi posteriore Secrezione ADH Permeabilità a e urea dotto collettore Riassorbimento Escrezione bassi volumi di urina concentrata

21 Osmocettori e secrezione di ADH Iper-osmolarità Ipo-osmolarità Osmocettori Osmocettori Neuroni ipotalamici Neuroni ipotalamici ADH ADH

22 La secrezione di ADH è aumentata dall iper-osmolarità del LEC (stimolo più potente) ma anche da diminuzioni della volemia e della pressione arteriosa. Iper-osmolarità Ipo-volemia Ipo-tensione Osmocettori ipotalamici Volocettori cardiaci Barocettori arteriosi ADH Riassorbimento La liberazione di ADH è stimolata da droghe come la morfina e la nicotina ed è inibita dall alcool.

23 La maggior parte degli stimoli che aumentano la produzione di ADH provocano anche sete, attraverso la stimolazione del centro della sete. La sete è indotta da: Iper-osmolarità del LEC: stimola i neuroni del centro della sete Pa e volume del LEC: stimolano i neuroni del centro della sete attraverso i volocettori e i barocettori Angiotensina II: ha azione diretta sul centro della sete Secchezza del cavo orale e della mucosa esofagea

24 Il meccanismo osmocettori-adh-sete controlla finemente la concentrazione di Na + nel LEC e quindi l osmolarità del LEC [Na + ]p (meq/l) Normale Blocco Sistema ADH-sete Assunzione Na + (meq/die)

25 Bilancio Sodio e Potassio

26 E fondamentale per: Sodio (Na + ) Mantenimento osmolarità e volume del LEC Mantenimento Pressione arteriosa Normalmente l introduzione giornaliera di Na + con la dieta (200 meq/die) è molto superiore al fabbisogno (20 meq/die). E quindi necessaria l escrezione urinaria di Na + che è controllata regolando il suo riassorbimento.

27 Regolazione del riassorbimento renale di Na + Il riassorbimento di Na + avviene in tutti i segmenti del nefrone, ma nel nefrone distale è regolato dall Aldosterone (corticale del surrene) Aldosterone riassorbimento Na + riassorbimento Na + riassorbimento Uno degli stimoli più importanti per la secrezione di Aldosterone è dato dall Angiotensina II (prodotta in caso di diminuzione della Pa).

28 Lume tubulare Cellula Principale nefrone distale Fluido interstiziale Sangue Transcrizione mrna Sintesi proteica Aldosterone Nuovi canali Nuove pompe Modulazione canali e pompe pre-esistenti ATP K + K + K+ K + ATP Na + Na + Na + Il riassorbimento di Na + dipende dall espressione e dall attività della pompa Na + /K + e del canale per il Na + che sono regolati dall Aldosterone, che ne aumenta la trascrizione, la sintesi e la funzionalità.

29 La concentrazione di Na + e quindi l osmolarità del LEC sono principalmente controllati dal sistema ADH-sete. 152 [Na+]p (meq/l) Blocco Sistema ADH-sete Normale Blocco Sistema Aldosterone Assunzione Na + (meq/die) Il maggior riassorbimento di Na + indotto dall Aldosterone non determina modificazioni della sua concentrazione nel LEC, perché contemporaneamente è stimolato il riassorbimento di. Se il meccanismo ADH-sete è funzionante la tendenza all aumento di concentrazione plasmatica di Na + è compensata dall aumentato riassorbimento ed ingestione di.

30 Regolazione escrezione renale di K + K + è elemento importante per l eccitabilità di nervo, muscolo e cuore

31 Assunzione K meq/die LEC 14 l K meq/l 59 meq LIC 28 l K meq/l 3920 meq Escrezione K + Urine: 92 meq/die Feci: 8 meq/die 100 meq/die La concentrazione del K + nel LEC (kaliemia) è regolata a circa 4.2 meq/l [K + ] > 5 meq/l = iperkaliemia [K + ] < 3.5 meq/l = ipokaliemia Variazioni possono determinare aritmie cardiache, fibrillazione ed arresto cardiaco.

32 Se il K + ingerito con la dieta rimanesse nel LEC si verificherebbero aumenti letali della sua concentrazione. Il rene gioca un ruolo fondamentale nell omeostasi del K + Il mantenimento di una kaliemia normale dipende principalmente dall escrezione renale di K + L escrezione renale di K + risulta da tre processi: 1) Filtrazione 2) Riassorbimento (65% tubulo prossimale, 25-30% branca ascendente ansa di Henle con Na + e Cl - ). 3) Secrezione (tubulo distale e dotto collettore, controllata dall Aldosterone ).

33 L escrezione giornaliera di K + con l urina varia a seconda delle necessità e dipende da processi che avvengono nel tubulo distale e dotto collettore dove il K + può essere secreto o riassorbito assunzione K + secrezione assunzione K + secrezione assunzione K + riassorbimento

34 Cellula nefrone distale La secrezione di K + nel tubulo distale e collettore dipende da: Attività pompa Na + /K + e permeabilità della membrana luminale al K + I principali regolatori della secrezione di K + sono: [K + ] p e Aldosterone [K + ]p stimola: Direttamente la pompa Na + /K + [K + ] intracellulare secrezione K + Secrezione Aldosterone numero pompe Na + /K + e permeabilità membrana luminale al K +.

35 Assunzione K + Controllo dell Aldosterone sulla [k + ] p [K + ]p secrezione K + secrezione Aldosterone escrezione K + [K+]p (meq/l) 4.8 Blocco Aldosterone Normale Assunzione K + (meq/die)