Rene: le funzioni tubulari Riassorbimento del Na+ Riassorbimento dell HCO3-, secrezione dell H+ Riassorbimento del glucoso, a-a ecc Riassorbimento e secrezione del K+ Riassorbimento e secrezione dell urea Riassorbimento dell acqua
Tubulo contorto prossimale Ansa di Henle Tubulo contorto distale Collettore
Il riassorbimento tubulare del sodio
Importanza del riassorbimento tubulare del sodio Importanza quantitativa NaCl e NaHCO 3 rappresentano il 95% dei soluti plasmatici concentrazione Na+ = 140 mm = 3.2 g/l Rf = 3.2 g/l * 180 l/die = 580 g/die Re = 3.2 g/l * 1.5 l/die = 4.8 g/die Rt = Rf-Re = 575 g/die Importanza qualitativa il riassorbimento del sodio e essenziale per il riassorbimento di altri soluti (Na-dipendenti) e per il riassorbimento dell acqua Peso atomico: sodio 23, cloro 35
Classificazione dei valori pressori negli adulti[1] classificazione sistolica diastolica ottimale <120 <80 normale 120-129 80-84 normale alta130-139 85-89 Alta lieve 140-159 90-99 Alta moderata 160-179 100-109 Assunzione media italiana di NaCl : 10 g/die È nozione classica che, da un lato, la pressione arteriosa influisce sull'escrezione di sodio e acqua da parte del rene e che, dall'altro, la ritenzione e la perdita di volume influiscono sulla pressione arteriosa. È stato merito di Guyton (v. Guyton e altri, 1974) aver sottolineato con grande vigore e insistenza l'importanza della funzione escretrice renale nell'omeostasi pressoria. (C. Bartorelli)
Aspetti quantitativi del riassorbimento di Na+ Peso atomico: sodio 23, cloro 35
Distribuzione del riassorbimento del sodio lungo il tubulo
capillare capillare
Riassorbimento transcellulare e paracellulare
Il riassorbimento per via paracellulare è guidato dal rientro dell acqua dal tubulo al capillare lungo gradiente di pressione idrostatica e richiede tight junctions permeabili Il riassorbimento per via transcellulare richiede trasportatori specifici (canali, co-trasportatori, pompe) per attraversare le membrane
Riassorbimento nel tubulo contorto prossimale
Riassorbimento nel segmento spesso dell ansa di Henle
Riassorbimento nel tubulo contorto distale
Gradienti elettrici attraverso le pareti del tubulo renale
Gradienti elettrici transtubulari
MECCANISMI DI REGOLAZIONE DEL RIASSORBIMENTO DEL Na+ tendenti a mantenere la costanza del riassorbimento rispetto alla filtrazione: equilibrio glomerulo-tubulare tendenti a mantenere la costanza del contenuto di Na+ nell organismo e della volemia (l osmolarita e quindi la concentrazione di Na+ sono mantenuti costanti dalla vasopressina) angiotensina-aldosterone fattore natriuretico atriale tendenti a eliminare sodio: farmaci-diuretici-natriuretici
FATTORI CHE TENDONO ALL EQUILIBRIO FRA TUBULO E GLOMERULO: -- il riassorbimento (Rt) varia in proporzione alla filtrazione glomerulare (Rf) -- il meccanismo che determina le variazioni di Rf puo essere: osmotico (pressione oncotica) geometrico (distensione pareti tubulo) chimico (fattori plasmatici stimolanti il riassorbimento)
Feed-back G-T: vasocostrizione mediata da trombossano liberato dall apparato iuxtaglomerulare Equilibrio G-T: variazioni del riassorbimento in proporzione alla VFG: fattori osmotici o geometrici
FATTORI CHE TENDONO ALL OMEOSTASI DEL CONTENUTO DI SODIO NELL ORGANISMO: Renina-Angiotensina-Aldosterone Fattore o peptide natriuretico atriale (ANP o ANF)
Apparato iuxta-glomerulare
Il piu importante meccanismo omeostatico di regolazione del riassorbimento del Na+ e basato su renina-angiotensina-aldosterone
Stimoli alla secrezione di renina : 1) riduzione del flusso ematico nell arteriola efferente 2) riduzione del Na+/Cl- nel TCD 3) stimolazione ortosimpatica Effetti della angiotensina: * locali: vasocostrizione sistemici: vasocostrizione * secrezione di aldosterone * induzione della sete e secrezione di ADH/vasopressina * ipertrofia muscolo cardiaco e liscio (lungo termine)
Origine e fine della angiotensina
Azioni cellulari dell aldosterone: aumento riass. Na+ nel TCD ritenzione di Na+
La ritenzione di Na+ Non causa aumento della [Na+] Causa ritenzione di acqua via ADH/vasopressina La ritenzione di acqua Causa aumento della pressione arteriosa via aumento della volemia e del ritorno venoso
L aumento della assunzione di Na+ non modifica la concentrazione di Na+, se funziona il sistema ADH/vasopressina
L aumento dell assunzione di K+ causa aumento della concentrazione se non funziona il sistema renina-ataldosterone
L aumento della pressione arteriosa prodotto da infusione si compensa attraverso aumento della diuresi
La diuresi ma non la VFG varia con la pressione arteriosa
L aumento della assunzione di Na+ non fa aumentare la concentrazione di Na+ ma può fare aumentare la volemia causando aumento della pressione Se manca questa diminuzione, sviluppo di ipertensione renale
Cascata omeostatica reninaangiotensinaaldosterone
ANP/ANF/fattore natriuretico atriale: un secondo sistema omeostatico per il controllo di Na+/volemia/pressione tre isoforme di ANP (atriali e cerebrali) tre recettori di ANP (quello renale e A)
ANP è rilasciato in relazione all aumento della distensione atriale quindi all aumento della volemia (infatti vene centrali e atrio destro sono i serbatoi dell apparato cardiocircolatorio)
ANP: cascata omeostatica
Farmaci diuretici-natriuretici 1) diuretici osmotici (es. mannitolo) 2) inibitori della anidrasi carbonica (es. acetazolamide perdita di HCO3-, acidosi) 3) inibitori del riassorbimento del Cl- (diuretici dell ansa, es. Furosemide, perdita di K+) 4) diuretici tiazidici (inibitori pompa Na/K nel TDC, es. Clorotiazide, perdita di K+) 5) inibitori aldosterone (es. spironolattone, ritenzione di K+)
Diuretici/anti-ipertensivi che agiscono sul sistema reninaangiotensina ACE-inibitori (captopril, enalapril) Antagonisti dei recettori AT-1 dell angiotensina (sartani o ARB): losartan
Il riassorbimento dell HCO3 - Il riassorbimento dell HCO3 - e legato al riassorbimento di Na + rappresenta la via: di eliminazione dell H + prodotto dal metabolismo cellulare di rigenerazione dell HCO3 - consumato nel tamponamento degli acidi
Dove viene riassorbito il bicarbonato?
Riassorbimento bicarbonato = secrezione di H+ Fattori limitanti: 1) Capacità di secernere H+ ( gradiente di H+) 2) Capacità di produrre HCO3-
Come viene tamponato il protone nel tubulo? Nella parte iniziale del tubulo prevale il tamponamento con bicarbonato
Come viene tamponato il protone nel tubulo? Nella parte finale del tubulo prevale il tamponamento con fosfato e ammonio-ione
La secrezione di ammonio ione consente di aumentare il riassorbimento in acidosi La secrezione aumenta sia in acidosi acuta (normale) sia in acidosi cronica (acidosi)
Origine dell ammoniaca nella cellula peritubulare
la massima capacita di riassorbimento varia con la pco 2 La produzione intracellulare di bicarbonato via A.C. dipende dalla CO 2 disponibile
Fibra muscolare HCO 3 - & Na+ riserva alcalina Lattato + H+ Na+ + HCO 3 - Na+ + lattato + H 2 CO 3 Cellula peritubulare renale A.C. CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H 2 0 + CO 2 HCO 3 - Na+ riserva alcalina HCO 3 - H+ Na+ H+ Na+ H+ Urina
HCO 3 - e CO 2 sono i determinanti del ph nel LEC CO 2 + H 2 0 H 2 CO 3 H + + HCO 3 - ph = pk + log([hco 3 -]/ [H 2 CO 3 ]) ph = pk + log([hco 3 -]/ [CO 2 ]) ph = 6.1 + log([hco 3 -]/ 0.03 pc0 2 ) Equazione di Henderson-Hasselbach
Il diagramma di Davenport
Alterazioni dell equilibrio acido-base ph = pk + log([hco 3 -]/ [CO 2 ]) anidride carbonica: alcalosi respiratoria (iperventilazione) anidride carbonica : acidosi respiratoria (insufficienza respiratoria bicarbonato: alcalosi metabolica (vomito) bicarbonato: acidosi metabolica (lattato, corpi chetonici)
I 4 tipi di alterazione dell equilibrio acido-base
Altri riassorbimenti tubulari
Meccanismi di trasporto Na-dipendenti per il riassorbimento del glucoso
Il glucoso e riassorbito con meccanismo Na+ dipendente con grande efficienza nel TCP
Altri riassorbimenti Na+ dipendenti Aminoacidi 93-99 % riassorbito, variabile a seconda degli aminoacidi, possibili fenomeni di competizione lattato e piruvato 99 % riassorbito, variabile con le concentrazioni acido urico riassorbito al 90% fosfato riassorbito al 85%, controllo ormonale calcio riassorbito al 98%, controllo ormonale
I co-trasportatori sono al TCP
Riassorbimento e secrezione di K+ (anche questi legati al riassorbimento del Na+ nel TCP, prevale il riassorbimento paracellulare Carenza di K+ nell ansa (segmento spesso) cotrasporto con Na+ e Cl- Eccesso di K+ nel TCD canali, possibile secrezione
Meccanismi di trasporto del potassio nell epitelio tubulare
Meccanismi di scambio del K+ Ansa TCD
Secrezione di K+ nel tubulo contorto distale - + H+ e K+ competono sul gradiente elettrico, creato dal Na+
La secrezione del K+ nel nefrone distale è regolata Aumenta all aumentare del riassorbimento del Na+ (aldosterone-dipendente) Si riduce all aumentare della secrezione di H+ nell acidosi La secrezione del K+ regola la potassiemia La potassiemia determina il potenziale di membrana a riposo
Trasporto del potassio nei diversi segmenti del nefrone
Riassorbimento dell acqua
Il riassorbimento dell acqua: un semplice esperimento
Variazioni della diuresi l/giorno mosm mosmoli antidiuresi 0,5 1400 700 massima diuresi 1,5 500 750 normale diuresi 2,4 300 680 isotonica diuresi 20 30 600 massima
La clearance osmolare: Cosm = V Uosm /Posm Uosm = Posm Cosm = V Uosm < Posm V > Cosm V = Cosm + C H2O Cosm Uosm > Posm V < Cosm V = Cosm - T H2O
Come varia l osmolarita lungo il tubulo: nel nefrone distale la separazione acqua-soluti
Variazioni di osmolarita e effetto dell ADH ADH/vasopressina stimola il riassorbimento di acqua nella parte finale del tubulo e provoca aumento dell osmolarita urinaria
Da dove viene l ADH/vasopressina?
Regolazione della secrezione di ADH/vasopressina volemia osmolarità Secrezione di ADH stimolata da riduzione della volemia e/o aumento dell osmolarità
Azione dell ADH sulle cellule del tubulo collettore
La capacita di concentrare le urine richiede l iperosmolarita della parte midollare del rene
Nella midollare renale sia i vasi (vasi retti) che i tubuli sono caratterizzati da -decorso rettilineo -flussi in direzioni opposte condizioni favorevoli allo scambio controcorrente
L organizzazione del circolo (vasi retti) consente di mantenere i gradienti osmotici mediante scambi contro-corrente
Nei tubuli scambi controcorrente generano e mantengono l iperosmolarita Urea NaCl
Tentativo di modello combinato urea e NaCl
La capacità di concentrare le urine e quindi risparmiare acqua varia nelle diverse specie in relazione con la lunghezza dell ansa
Urea e urina L urea è il principale soluto urinario (Ux=400 mmoli/l) Per la maggior parte dei soluti il carico escreto Re=Ux V rimane costante al variare di V Per l urea il carico escreto aumenta con V
Rates di riassorbimento e escrezione dell urea
Clearance dell urea
La clearance dell urea varia con il flusso urinario per V > 3 ml/min Cu(max) = V Uu/Pu = 75 ml/min per V < 3 ml/min Cu(st) = V Uu/Pu = 50 ml/min
Variazioni della permeabilita all urea lungo il tubulo
Riassorbimento e secrezione dell urea lungo il tubulo
Conclusione
Parametri del LEC controllati dal rene l osmolarita e quindi le [Na+] e [Cl-] mediante il riassorbimento di acqua indipendentemente dai soluti (vasopressina e iperosmolarita midollare) il contenuto di NaCl dell organismo mediante regolazione del riassorbimento di Na+ (aldosterone e ANF) il volume del LEC e la volemia la concentrazione di K+ (aldosterone) il ph via riassorbimento HCO3- e secrezione H+ le concentrazioni di Ca++ e fosfati (paratormone,calcitonina) le concentrazione dei substrati : aminoacidi, acidi monocarbossilici le concentrazioni dei cataboliti azotati: urea, creatinina, urati
Funzioni endocrine del rene Regolazione della pressione arteriosa: sistema renina-angiotensina-aldosterone Regolazione della calcemia: calcitriolo Regolazione dell eritropoiesi : eritropoietina (EPO)
L insufficienza renale e caratterizzata da Ritenzione di acqua e sali : edemi Aumento della [K+]: disturbi cardiaci e nervosi (coma) Perdita di HCO3- e ritenzione di H+: acidosi (coma) Ritenzione di cataboliti azotati : iperazotemia o uremia inoltre nelle forme croniche anemia ipertensione osteomalacia
Rene artificiale
PAZIENTE Membrana di dialisi Compartimento in cui scorre il sangue Liquido di dialisi Gli scambi attraverso la membrana (circa 1 m2) avvengono unicamente lungo gradienti di concentrazione Necessità di determinare la giusta composizione del liquido di dialisi
Rene artificiale con bioreattore