Test diagnostici di funzionalità renale

Test diagnostici di funzionalità renale Diagnostica biochimico-clinica clinica Lezione 5

Il rene Il rene presiede importanti funzioni che comprendono il mantenimento e la regolazione del bilancio idrico, dell equilibrio acido/base ed elettrolitico (sodio, potassio, cloro, bicarbonato, calcio, fosfato e magnesio) e l escrezione di cataboliti.

Il rene Le funzioni principali del rene sono: Escrezione di sostanze di scarto mediante la produzione delle urine, con eliminazione di prodotti idrosolubili del catabolismo e detossificazione (soprattutto prodotti azotati e creatinina) Trasformazione della vitamina D nel suo metabolita biologicamente attivo, la vitamina D3 (1,25-diidrossicolecalciferolo o calcitriolo) Regolazione dell acqua, degli elettroliti e del bilancio osmolare Regolazione del volume, della pressione e del ph del sangue Riassorbimento di glucosio, aminoacidi e proteine Produzione di ormoni (e.g. renina ed eritropoietina) Funzione metabolica (gluconeogenesi, fino al 10%)

Localizzazione dei reni I reni sono localizzati nella cavità addominale ai lati delle ultime vertebre toraciche e delle prime lombari.

Il rene: anatomia Nel rene si distinguono una faccia anteriore convessa, una faccia posteriore pianeggiante, un polo superiore arrotondato, un polo inferiore piùappuntito, un margine laterale convesso e un margine mediale. Nel margine mediale è presente una profonda fessura verticale, detta ILO renale, da cui entrano ed escono i vasi renali (arteria e vena) e da cui parte l uretere, che porta l urina in vescica. estremità superiore margine mediale margine laterale ilo arteria renale vena renale estremità inferiore uretere

Il rene: anatomia Il parenchima del rene è costituito da una sostanza midollare profonda disposta vicino al seno renale e una sostanza corticalepiùsuperficiale. Nella corticale vi è una porzione radiata, a contatto con la base delle piramidi ed una convoluta, più superficiale, sede dei corpuscoli renali di Malpighie dei tubuli contorti. La midollare, posta in profondità nell'organo e presso il suo ilo, ècostituita dalle piramidi renali.

L unità funzionale del rene: il nefrone L unità funzionale del rene è il nefrone, dove avviene la trasformazione del filtrato glomerulare in urina. I nefroni occupano la parte corticale e la parte midollare del rene, e ogni coppia di reni ne contiene circa un milione. Il nefrone è composto dal glomerulo che produce il filtrato glomerulare e dal tubulo renale che converte il filtrato in urina.

Il glomerulo di Malpighi Il glomerulo è un gomitolo di capillari (rete mirabile arteriosa) che costituisce la porzione vascolare del corpuscolo renale di Malpighi, localizzato nella regione corticale del rene e racchiuso nella capsula di Bowman; i podociti sono cellule della capsula che entrano in contatto diretto con i capillari glomerulari, offrendo un ampia superficie per la filtrazione. I capillari sono interposti tra due arteriole, l'afferente e l'efferente.

Il tubulo renale Il tubulo renale, dove avvengono le fasi di riassorbimento e secrezione, è suddiviso in: tubulo contorto prossimale ansa di Henle tubulo contorto distale

Tubulo contorto prossimale Le cellule del tubulo contorto prossimale sono hanno forma cuboidale e sono chiamate cellule con bordo a spazzola Lume Spazio interstiziale Membrana luminale Funzione: alta permeabilità all acqua e ai soluti

Tratto sottile discendente dell ansa di Henle Le cellule del tratto sottile dell ansa di Henle sono piuttosto schiacciate, non possiedono i microvilli. Lume Membrana basolaterale Spazio interstiziale Membrana luminale Funzione: alta permeabilità all acqua ma non ai soluti

Tratto sottile ascendente dell ansa di Henle Le cellule del tratto ascendente possiedono un epitelio cuboidale simile al tubulo contorto prossimale Lume Spazio interstiziale Membrana basolaterale Funzione: alta permeabilità ai soluti (specie sodio) ma non all acqua

Dotto collettore corticale Il primo tratto del dotto collettore è formato da due tipi di cellule differenti per morfologia e funzione: le cellule principali e le cellule intercalari Cellule intercalari Lume Cellule principali Spazio interstiziale Funzione: Lume Cellule principali: alta permeabilità all'acqua e ai soluti regolata da ormoni Cellule intercalari: secrezione di H+ per equilibrio acido base

Dotto collettore midollare Il tratto terminale del dotto collettore èformato da cellule principali. Lume Cellule principali Funzione: Permeabilità regolata da ormoni all acqua e all urea

L unità funzionale del rene: il nefrone I vasi renali apportano sangue ai glomeruli ed ai tubuli permettendo la formazione di urina. I glomeruli filtrano il sangue e, trattenendo le cellule e le proteine plasmatiche, producono un ultrafiltrato che i tubuli trasformano in urina concentrandovi i cataboliti quali urea, creatinina, cataboliti azotati e ioni idrogeno.

Produzione delle urine Attraverso i reni transitano circa 700 mldi plasma in un minuto, di cui 125 vengono filtrati per un totale quotidiano di 180 litri di preurina. Di questo impressionante volume meno dell 1% viene escreto (circa 1,5 litri al giorno), mentre il rimanente viene rapidamente riassorbito. Il nostro organismo compie tutto questo lavoro, apparentemente inutile, per poter eliminare in fretta eventuali eccessi o sostanze nocive.

Produzione delle urine Il rene produce urina mediante tre processi: 1. Ultrafiltrazione glomerulare 2. Riassorbimento tubulare 3. Secrezione tubulare In tal modo, il rene è determinante nel mantenimento del volume e della composizione chimico-fisica dei liquidi corporei, eliminando prodotti di rifiuto e regolando l omeostasi di acqua ed importanti elettroliti e metaboliti. Poiché acqua e soluti sono in continuo scambio intra- e extracellulare i processi regolano anche i volumi dei due compartimenti.

Filtrazione Il processo di filtrazione inizia con la filtrazione, in cui il fluido e alcuni soluti passano dal sangue allo spazio glomerulare

Riassorbimento L ultrafiltrato passa all interno del tubulo in cui specifiche sostanze vengono riassorbite nel sangue dei capillari peritubulari

Secrezione Alcune sostanze passano dal sangue dei capillari peritubulari all interno del tubulo per essere eliminate

Il funzionamento del nefrone FILTRAZIONE RIASSORBIMENTO E SECREZIONE ESCREZIONE

Il funzionamento del nefrone H 2 O H 2 O Come può il rene riassorbire l acqua? L acqua può essere riassorbita aumentando l osmolarità (ovvero la concentrazione dei sali) nell interstizio. L osmolarità può essere aumentata, aumentando la concentrazione di sali nel liquido (soprattutto di sodio) nell interstizio.

Il funzionamento del nefrone Gli ioni H + e K + vengono scambiati con il Na +, in relazione all equilibrio acido-base Regolazione: aldosterone

La concentrazione dell urina

Riassumendo I valori crescenti di pressione osmotica lungo l ansa di Henle hanno lo scopo di rendere sempre più concentrati i liquidi interstiziali della zona midollare del rene per poi favorire il riassorbimento di acqua dal dotto collettore e la conseguente concentrazione delle urine.

La regolazione delle funzioni dei reni

Collegamenti endocrini del rene Eritropoietina Midollo osseo Argininavasopressina (AVP o ADH) 1,25-diidrossicolecalciferolo Postipofisi P1H Renina Intestino Paratiroidi Aldosterone Corteccia surrenale Angiotensina II Angiotensina I Angiotensinogeno

Filtrazione glomerulare Avviene tra capillari glomerulari e capsula di Bowman. La membrana filtrante è permeabile all acqua, ai sali inorganici, e alle piccole molecole organiche, mentre trattiene cellule quali globuli rossi, piastrine e grosse molecole proteiche (albumina, globulina, fibrinogeno). L acqua e le scorie di basso peso molecolare passano attraverso i piccoli pori del glomerulo nella capsula di Bowman, formando il liquido detto filtrato glomerulare. L ultrafiltratoassume così la stessa composizione del plasma privato delle proteine. Circa 180 L/die ovvero 125 ml/min (filtrato glomerulare)

Filtrazione glomerulare L ultrafiltrazione a livello del glomeruli è generata dalla forte differenza di pressione tra il sangue (60-70 mm Hg) e l interno della capsula di Bowman. Il parametro cruciale è la pressione arteriosa.

Filtrazione glomerulare L efficienza dell ultrafiltrazione glomerulare dipende da vari fattori: Pressione arteriosa Es. shock anafilattico rilascio di istamina vasodilatazione diminuzione di pressione svenimento e problemi ai reni. Flusso plasmatico renale Es. ostruzione arteria renale. Superficie filtrante glomerulare È il numero effettivo di nefroni funzionanti. Es. glomeruli ostruiti. Pressione idrostatica tubulare Es. ostruzione a valle delle vie urinarie, o prostata ingrossata l urina risale pressione opposta a quella arteriosa.

Riassorbimento tubulare Man mano che l ultrafiltrato glomerulare scorre attraverso i tubuli, oltre il 99% della sua acqua e quantità variabili dei suoi soluti vengono normalmente riassorbiti nel sistema vascolare. Il riassorbimento delle sostanze avviene in diverse sezioni del tubulo: Nel tubulo prossimale si ha il riassorbimento dell 80-90% dell acqua, del sodio, del cloro, di tutto il glucosio, della maggior parte del calcio del magnesio, della vitamina C e di parte dei fosfati. Nell ansa di Henle viene riassorbita parte dell acqua e del sodio. Nel tubulo distaleviene riassorbita parte di acqua e di fosfati e quella parte di sodio non ancora riassorbita dai segmenti precedenti. L acqua tubulare residua con le sostanze in essa disciolte diventa urina.

Riassorbimento tubulare Il riassorbimento dell acqua fa sì che i prodotti di scarto siano concentrati nell urina. I primi 150 L sono riassorbiti automaticamente mentre il riassorbimento degli ultimi 30 L è regolato dall adiuretinaadiuretina ADH (o vasopressina o ormone antidiuretico) aumento delle acquaporine. Assente in caso di diabete insipido. SOSTANZE COMPLETAMENTE RIASSORBITE Non si rilevano nell urina normale se non sono presenti nel sangue in alte concentrazioni (e.g. glucosio, vitamina c, aminoacidi) SOSTANZE PARZIALMENTE RIASSORBITE Si rilevano comunemente nell urina: sodio, potassio, acido urico, fosfati, bicarbonati SOSTANZE NON RIASSORBITE Compaiono costantemente nell urina e in elevata quantità(e.g. creatinina e urea)

Secrezione tubulare ed escrezione Mentre alcuni materiali sono riassorbiti nel sangue, altri vengono escreti dai capillari peritubulari nel filtrato. Tra le sostanze secrete rientrano tutte quelle che necessitano di una rapida eliminazione, come i farmaci, gli ioni H + e prodotti del catabolismo delle proteine come l urea e la creatinina(10%). ESCREZIONE: eliminazione dell'urina nella pelvi renale. Il volume escreto (carico escreto) equivale al volume filtrato meno quello riassorbito più quello secreto.

Secrezione tubulare ed escrezione Per il glucosio, non essendo secreto e riassorbito al 100%, l'escreto è pari a zero. L'acqua e i sali minerali sono in parte riassorbiti ed in parte escreti. Gran parte della creatinina filtrata viene escreta senza riassorbimento.

Creatinina La creatinina è un prodotto di degradazione della creatina e della fosfocreatina. La creatina, prodotta nel muscolo scheletrico, nel rene e nel pancreas, viene trasportata ai tessuti (principalmente muscolo scheletrico e cervello) e fosforilata a fosfocreatina dalla CPK fornendo una pronta e rapida fonte di energia. Fosfocreatina Creatina Creatinina La quantità di creatinina prodotta da un individuo è proporzionale alla sua massa muscolare scheletrica.

Dosaggio della creatinina- creatininemia PRINCIPIO DEL METODO Si tratta di una metodica end-point non enzimatica. I metodi più ampiamente usati prevedono l uso del reattivo di Jaffé(1886). La creatinina reagisce, in ambiente basico, con acido picrico, formando un complesso colorato rosso. La reazione si può seguire spettrofotometricamente a 510 nm. Alternativamente è possibile utilizzare una metodica enzimatica che utilizza la creatininasi.

Creatinina La concentrazione plasmatica di creatinina è generalmente stabile e dipende da: velocitàdi produzione (costante, in rapporto alla massa muscolare); eliminazione renale La sua eliminazione renale dipende da: ultrafiltrazione totale nessun riassorbimento secrezione trascurabile (< 10%) Valori di riferimento: 0,7 e 1,9 mg/dl (uomo); 0,6 e 1,2 mg/dl (donna) Così come viene ultrafiltrata, la creatinina la si ritrova nelle urine. È perciò un buon indice dell efficienza efficienza di filtrazione glomerulare. Conoscendo la concentrazione di creatinina plasmatica e delle urine posso calcolare quanto sangue è stato filtrato.

Velocità di filtrazione glomerulare(gfr) La funzionalità renale è riferita alla funzionalità glomerulare e tubulare La funzione glomerulare può essere indagata mediante valutazione del GFR ovvero il numero di ml di sangue depurato dai reni nell unità di tempo (ml/min). Il filtrato glomerulare ha la stessa composizione del plasma, senza la maggior parte delle proteine; Velocitàdi filtrazione: circa 120-140 ml/min; Velocità di filtrazione normale dipende da pressione arteriosa e flusso sanguigno normale; Etàe dimensioni corporee influenzano la GFR; La diminuzione di velocità di filtrazione glomerulare porta a un aumento di ritenzione di prodotti di rifiuto del metabolismo nel sangue; Sostanze che aumentano nel siero in una malattia cronica renale sono creatinina e urea.

Velocità di filtrazione glomerulare(gfr) Idealmente, il GFR si misura utilizzando una sostanza che viene prodotta dal corpo ad un ritmo costante, che èliberamente filtrata dal glomerulo e che non è né secreta né riassorbita dai tubuli. Parallelamente alla caduta del GFR si ha una ritenzione dei cataboliti. I cataboliti escreti dai reni e misurabili comprendono creatinina, ureae acido urico.

Clearance renale Volume di plasma da cui una sostanza è completamente rimossa (cleared( cleared) ) durante il transito renale nell unit unità di tempo, per dare la quantità trovata nelle urine. Si consideri un qualunque costituente del plasma presente nelle urine. La quantità escreta (UxV) è pari alla concentrazione urinaria (U, in mmol/l) per il volume di urina raccolto in un dato tempo (V, volume totale di urine nelle 24 h in L). Il volume di plasma che dovrebbe contenere quella sostanza è dato dalla quantità escreta (UxV) sulla concentrazione plasmatica della sostanza in esame (P, in mmol/l). VOLUME DI PLASMA=(UxV UxV)/P

Clearance renale In una pentola ci sono 100 rigatoni in 5 litri di acqua Scoliamo i rigatoni impiegando 1 minuto Quanta acqua depuriamo dai rigatoni in 1 minuto? La risposta è semplice: 5 L/min

Clearance renale La clearance costituisce un vero e proprio coefficiente di DEPURAZIONE plasmatica atica La sostanza ideale da dosare per effettuare una clearance: deve essere liberamente filtrata dal glomerulo deve essere eliminata senza riassorbimento o secrezione deve poter essere dosata con semplicità su plasma e urine

Clearance della creatinina GFR (ml( ml/min)= Creatinina urinaria x Creatinina plasmatica Volume urinario (V, ml) Tempo di raccolta (T, min) Quindi, una stima della GFR può essere ottenuta calcolando il contenuto di creatinina nelle urine delle 24 h e la sua concentrazione plasmatica nello stesso periodo.

Clearance della creatinina VALORI DI RIFERIMENTO UOMO I valori normali sono compresi tra 85-125 ml/min VALORI DI RIFERIMENTO DONNA I valori normali sono compresi tra 75-112 ml/min EFFETTO DELL ETA ETA (in condizioni normali): Da 50 a 75 anni, sottrarre 5 ml/min per ogni 5 anni Oltre i 75 anni, sottrarre 8 ml/min per ogni 5 anni

Clearance della creatinina e egfr La clearance può essere corretta per l area della superficie corporea del paziente per normalizzarla alla superficie corporea standard di 1.73 m 2 GFR (ml( ml/min)= Cr urinaria x V (ml( ml) x 1.73 Cr plasmatica T (min) Superficie corporea dell individuo (m 2 )

Clearance della creatinina e egfr Il GFR può anche essere stimato (egfr) in soggetti con più di 18 anni a partire unicamente dalla creatinina sierica del paziente, l età, il sesso e l etnia mediante l uso della formula MDRD (Modification of diet in renal diseases): egfr(ml ml/min)= 186 (Cr sierica sierica )-1.154 F=0.742 per le femmine e 1.210 per gli Afroamericani. 1.154 x (età) -0.203 x F L egfr è paragonabile a quello misurato con la tradizionale clearance della creatinina nel range 15 < GFR < 60 ml/min/1.73m2 In caso di insufficienza renale, la VFG misurata con la clearance della creatinina può diminuire in misura considerevole prima che la creatininemia aumenti significativamente, per cui è utilizzato come indice precoce.

Diagnostica della funzionalità renale La velocità di filtrazione glomerulare (GFR) rappresenta un parametro importante dal punto di vista clinico al fine di valutare la funzionalità renale. La misura della clearancedella creatinina è lo strumento pratico per la determinazione della funzionalità renale.

Urea L urea èprodotta nel fegato come prodotto del catabolismo degli amminoacidi amminoacidi transaminazione deaminazione ciclo dell urea fegato ammoniaca urea eliminazione renale In passato per la misura dell urea si sfruttava la liberazione dell azoto dall urea presente nel sangue (BUN, BUN, Blood urea nitrogen). Anche se oggi si misura direttamente l urea nel siero/plasma (da cui si calcola poi l azoto) il termine BUN è tuttora utilizzato. Si definisce azoto ureico il solo azoto contenuto nell urea. Il termine azotemia,, invece di uremia, èpertanto improprio ma di uso comune.

Dosaggio dell urea- azotemia PRINCIPIO DEL METODO Si tratta di una metodica end-point enzimatica. L urea nel campione viene idrolizzata enzimaticamente ad ammoniaca (NH 3 ) e anidride carbonica (CO 2 ). L ammoniaca formatasi reagisce con l α-chetoglutarato in una reazione catalizzata dalla glutammato deidrogenasi (GLDH) con simultanea ossidazione dell NADH a NAD + : Ureasi Urea + H 2 O + 2 H + 2 NH 3 + CO 2 GLDH 2 NH 3 + α-chetoglut.+ NADH H 2 O + NAD + + L-glutammato La diminuzione della concentrazione di NADH è proporzionale alla concentrazione dell urea nel campione. Il NADH si segue mediante lettura spettrofotometrica a 340 nm

Spettro di assorbimento del NAD ridotto e ossidato

La Clearance dell urea? L urea prodotta dal fegato entra in circolazione ed è in gran parte escreta dal rene: nelle 24 h, normalmente, un individuo adulto elimina con le urine 10-20 g di azoto sotto forma di urea (1-2 g con le feci). La concentrazione plasmatica dell urea dipende dalla sintesi epatica e dall eliminazione renale. E filtrata a livello glomerulare (56 g/die): una quota è riassorbita, insieme all acqua, nel prossimale, un altra lascia il lume a livello del dotto collettore e si accumula nell interstizio della midollare; la quota escreta è di circa 28 g/die, ovvero il 50% di quella filtrata. La produzione di urea non è costante, potendo aumentare, se la dieta è iperproteica o c è ipercatabolismo delle proteine endogene, o diminuire, in caso di denutrizione o per ridotta attività del ciclo enzimatico. Per questi motivi la molecola dell urea non ha i requisiti ideali per la determinazione del filtrato glomerulare.

Azotemia L azotemiaaumenta in casi di insufficienza renale quando i reni sono ormai lesi oltre il 50%. L aumento dell azotemia determina uno stato tossico, che prende il nome di tossicità uremica. Aumenta anche in seguito a chemioterapia. Valori normali: 20-50 mg/dl Il rapporto BUN/Creatinina è utile per determinare la causa di insufficienza renale

Cistatina C La Cistatina C è un polipeptide cationico di circa 13 kda appartenente alla famiglia delle cisteine proteasi coinvolta nel catabolismo proteico. Viene prodotta a velocità costante. Poiché viene eliminata esclusivamente dal rene i suoi livelli sono inversamente proporzionali alla velocità di filtrazione glomerulare. Metodo di dosaggio: immunonefelometrico. Sembrerebbe più sensibile della creatininemia nel segnalare una riduzione della filtrazione glomerulare, ma il suo utilizzo è ancora molto limitato in diagnostica.

Valutazione della velocità di filtrazione glomerulare In conclusione, possiamo dire che gli indici per la valutazione della velocità di filtrazione glomerulare hanno una diversa sensibilità diagnostica. In ordine decrescente, la loro sensibilità è: Clearance della creatinina Quando la VFG < 100 ml/min/1,73 m 2 Cistatina C Quando la VFG < 80 ml/min/1,73 m 2 Creatininemia Quando la VFG < 50 ml/min/1,73 m 2 Uremia Quando la VFG < 30 ml/min/1,73 m 2

Insufficienza renale L insufficienza renale rappresenta la cessazione della funzione renale con perdita di nefroni ed incapacità ad eliminare scorie, concentrare le urine e regolare il bilancio elettrolitico. Nell insufficienza renale acuta i reni funzionano male per ore o giorni (reversibile) L insufficienza renale cronica insufficienza renale cronicasi sviluppa nell arco di mesi o anni e porta, alla fine, all insufficienza renale in toto (irreversibile)

Insufficienza renale acuta Pre-renale renale (1): : Il rene non riceve in maniera sufficiente sangue (e.g. insufficienza cardiaca, shock, emorragia acuta) Renale (2): : danno intrinseco al tessuto renale (e.g. glomerulonefrite, ostruzione arteria renale) Post-renale (3): : Il drenaggio urinario è reso difettoso da un ostruzione (e.g. ostruzione delle vie urinarie) (1) (2) (3)

Insufficienza renale cronica La perdita progressiva di nefroni funzionanti può essere causata da: Glomerulonefrite(infiammazione dei glomeruli) Calcolosi renale(pielonefrite: infezione vie urinarie) Nefropatia diabetica o ipertensione (ostruzione delle arteriole renali) I sintomi possono essere lievi o assenti fino a quando il GFR non scende al di sotto dei 15 ml/min /min(10% della normale funzione) e la patologia è in fase avanzata.

Diagnosi insufficienze renali Indici precoci Clearance della creatinina bassa Creatininemiae BUN elevati(fg<50%) Indici tardivi Iperpotassemia(ritenzione di H + e K +, FG<15%) Aumento del paratormone (fasi avanzate) Iperfosfatemia(danno renale, FG<30%) Ridotta sintesi di 1,25-diidrossicolecalciferolo ed eritropoietina (FG<5%)

Insufficienza renale e metabolismo calcio-fosforo Calcio e Fosforo costituiscono i cristalli di idrossiapatite, componente minerale dell osso. I cristalli si formano quando il prodotto Ca x P supera 40, considerando che Ca 10 mg/dl e P 4 mg/dl. Se i reni non eliminano sufficientemente il P, si ha iperfosfatemia (acido fosforico, fosfati inorganici). Con l aumentare dei fosfati si hanno calcificazioni metastatiche(nelle insufficienze renali gravi). Si consuma piùcalcio, con squilibrio dell omeostasi del Calcio stesso e diminuzione della calcemia (ipocalcemia), supportata anche dalla mancata o diminuita produzione di EPO (anemia) e D3 (ipocalcemia). nel tentativo di ripristinare la normale concentrazione di Ca nel plasma, l organismo reagisce con l iperparatiroidismo secondario, producendo paratormone, che libera il Calcio dalle ossa (osteoporosi).

Insufficienza renale e metabolismo calcio-fosforo ridotta escrezione urinaria di fosfati iperfosfatemia danno renale calcificazioni metastatiche alterata sintesi di 1-25 OH D3 ipocalcemia Iperparatiroidismo II osteoporosi Paratormone liberazione di Ca dalle ossa