Fisiologia apparato urinario
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
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
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
Arteriola efferente Capillari glomerulari Capillari peritubulari Apparato iuxtaglomerulare Glomerulo Arteriola afferente Ansa di Henle Dotto collettore
Glomerulo Arteriola efferente Capsula di Bowman Epitelio capsulare Tubulo distale Podociti Tubulo prossimale Arteriola afferente Capillari glomerulari Lume della capsula
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
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)
F R E % riass Creatinina 0,00125 0 0,00125 0 acqua 125 124 1 >99% glucosio 100 100 0 100% sodio 17,75 17,64 0,11 99,4 urea 0,0325 0,0162 0,0163 50% Bicarbonato 3 2,99 0,01 >99,9%
Glomerulo
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
Membrana di Filtrazione Gluconeogenesi
Pedicelli dei Podociti Pori endotelio Pori epitelio capsula Capillare Lamina basale Filtrato (* nefropatia iniziale da perdita dlle cariche negative) Capsula di Bowman
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 50-100 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.
Dimensioni e carica elettrica influenzano la filtrabilità Filtrabilità molecole raggio 20-42 Å dipende dalla carica ed è maggiore per le forme cationiche. E limitata la filtrazione delle proteine con raggio 20-42 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 20-42 Å
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.
Pressione nei capillari p. idrostatica p. oncotica C. arterioso C. venoso 28-28 10-28 -3-8 p. idrostatica interstizio p. oncotica interstizio -3-8
Pressioni e filtrazione P. idrostatica P. oncotica A. afferente A. efferente 60 32 P della capsula 18 P netta di filtrazione Pf = 10 mmhg VFG = 125 ml/min
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 (18 + 32) = 10 mmhg
Pressioni e filtrazione
Pressione (mmhg) 60 28 18 0 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
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
La velocità di incremento della pressione colloido-osmotica glomerulare dipende dalla frazione di filtrazione FF = VFG/FPR. Pressione colloido-osmotica glomerulare (mmhg) 40 38 36 34 32 30 28 Frazione di filtrazione Normale Frazione di filtrazione < FPR o > VFG > FPR o < VFG Estremità afferente Distanza lungo il capillare glomerulare Estremità efferente
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
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
250 2000 Flusso ad altri organi VFG (ml/min) 200 150 100 normale 1400 800 FER ( ml/min) R Pc VFG FER 50 VFG FER Vasocostrizione arteriola afferente FER + Pc + VFG 0 150 0 1 2 3 4 Resistenza arteriole afferenti (x normale) VFG 200 2000 Flusso ad altri organi R FER VFG (ml/min) 100 50 normale FER 1400 800 FER ( ml/min) Pc VFG Vasocostrizione modesta arteriola efferente FER + Pc + VFG 0 0 1 2 3 4 Resistenza arteriole efferenti (x normale) 200 Vasocostrizione intensa arteriola efferente FER + Pc + VFG
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)
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 75-180 mmhg Pressione arteriosa media (mmhg) Senza autoregolazione, aumenti anche piccoli di P A (100 120 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.
Ambito di autoregolazione (75-180 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 +
Nonostante questi meccanismi regolatori le variazioni pressorie modificano in maniera significativa l escrezione renale di sodio ed acqua, inducendo diuresi e natriuresi pressoria.
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)
Feedback tubulo-glomerulare Pf = 10 mmhg 60 18 32 Pf = 0 mmhg 50 32 VFG = 125 ml/min VFG = 125 ml/min Vasocostrizione afferente, o riduzione di pressione 18 Pf = 10 mmhg 65 32 VFG = 50 ml/min Vasodilatazione Afferente 18 Renina- Angiotensina Vasocostrizione VFG = 125 ml/min efferente
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
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
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)
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 +
Effetto miogeno Pf = 10 mmhg 60 18 32 Pf = 20 mmhg 70 32 VFG = 125 ml/min VFG = 125 ml/min 18 Pf = 10 mmhg 60 32 VFG = 140 ml/min 18 VFG = 125 ml/min
Effetto della pressione oncotica - Glomerulo- tubulare Pf = 10 mmhg 60 32 18 Pf = 20 mmhg 70 32 VFG = 125 ml/min VFG = 125 ml/min Aumento della pressione 18 70 38 38 VFG = 140 ml/min 18 38 VFG = 125 ml/min