L'apparato urinario e l'equilibrio idrosalino

l'apparato urinario umano comprende:
due reni
due ureteri
vescica urinaria
uretra

Dopo aver filtrato il sangue, i reni restituisco al circolo sanguigno la maggior parte dell'acqua e dei soluti.
I liquidi residui che costituiscono l'urina, fluiscono negli ureteri e si accumulano nella vescica, poi espulsi attraverso l'uretra.
I reni svolgono la maggior parte del lavoro mentre le altre componenti fungono da “vie di transito”.

I reni sono una coppia di organi a forma di fagiolo allineati ai due lati della colonna vertebrale. Sono rivestiti dalla capsula renale e da una massa adiposa che li mantiene dietro i muscoli dorsali.

Le funzioni dei reni:

Depurano il sangue e eliminano tramite l'urina le sostanze inutili e dannose per l'organismo, alcune prodotte da reazioni metaboliche(ammoniaca) altre dalla degradazione di farmaci e tossine.

partecipano alla regolazione della concentrazione ionica del sangue, tra cui il sodio, il potassio, il calcio, lo ione cloruro e quello fosfato.
regolano il volume del sangue recuperando acqua o eliminandola con l'urina. Inoltre attraverso la renina regola la pressione sanguigna.
regolano il PH del sangue
produco due ormoni: la forma attiva della vitamina D che controlla l'omeostasi del calcio e l'eritropoietina che stimola la produzione di globuli rossi.

I reni producono l'urina, che viene poi convogliata all'esterno del corpo
L'urina è una sostanza composta principalmente da acqua, ioni e sostanze tossiche o di scarto (urea) in condizioni normali sono assenti cellule, proteine e altre macromolecole. La quantità di urina prodotta dai reni varia in base a molti fattori: dieta, metabolismo cellulare, uso di farmaci (in media 1-1,8L a gg).
l'urina viene rilasciata da ciascun rene nell'uretere; i due ureteri conducono ad un'unica vescica urinaria, dove l'urina viene immagazzinata fino all'espulsione per mezzo dell'uretra. L'atto di svuotamento della vescica si chiama minzione controllato da due sfinteri: uno è un muscolo liscio ed è controllato dal sistema nervoso autonomo l'altro è un muscolo scheletrico controllato dal sistema nervoso volontario.

La produzione di urina comporta tre operazioni:
la filtrazione del plasma sanguigno
la secrezione di sostanza all'interno dell'urina
il riassorbimento di sostanze utili all'urina


per mantenere l'equilibrio idrico è indispensabile controllare il volume di acqua e la concentrazione dei soluti
Un problema fondamentale per gli esseri umani è quello di mantenere un equilibrio idrico. Infatti ogni giorno il nostro corpo assume ed elimina quantità variabili di acqua in diversi modi. I reni garantiscono l'equilibrio tra entrate ed uscite: se le perdite di acqua sono elevate e le entrate insufficienti i reni producono meno urina, e viceversa.

L'equilibrio idrico del fluido interstiziale è fondamentale per la sopravvivenza delle cellule, il loro volume infatti dipende da quanta acqua esse scambiano con i liquidi extracellulari.

Com'è possibile controllare il flusso di acqua attraverso la membrana plasmatica?
gli scambi di acqua tra le cellule e il liquido interstiziale sono sempre passivi
l'acqua si muove attraverso le membrane biologiche per osmosi.

I flussi di acqua in entrata e in uscita sono condizionati dalla differenza di concentrazione dei soluti ai due lati della membrana: per osmosi, l'acqua si muove sempre dal lato della membrana dove la concentrazione dei soluti è minore verso quello dove i soluti presentano concentrazione maggiore.
La concentrazione dei soluti nel fluido interstiziale può influenzare il volume della cellula. Perchè le cellule possano mantenere il proprio equilibrio idrico la concentrazione dei soluti nel liquido extracellulare deve rimanere entro certi limiti. I reni controllano la concentrazione e il volume dei liquidi extracellulari, eliminando i soluti presenti in eccesso e conservando i soluti necessari o presenti in scarsa quantità.

I reni eliminano i cataboliti azotati e altre molecole di scarto
Gli esseri umani devono eliminare dai liquidi extracellulari i cataboliti:prodotti di scarto del metabolismo cellulare. Questi hanno diversa natura: il metabolismo dei carboidrati e dei grassi produce acqua e diossido di carbonio mentre quello delle proteine e degli acidi nucleici è più complesso poiché possiedono azoto dunque producono anche cataboliti azotati che sono eliminati sotto forma di urea, un prodotto ottenuto dalla demolizione dell'ammoniaca (NH₃).

Il rene è formato da nefroni fittamente vascolarizzati
Nel rene si distingue una regione corticale esterna più chiara e una regione midollare interna più scura. Quest'ultima è organizzata in piramidi renali a forma di cono separate le une dalle altre. L'urina che si forma in ogni rene confluisce nella pelvi renale. In ogni rene si riconoscono un'arteria renale e una vena renale che si trovano nel lato concavo.
Il nefrone è una struttura composta da un glomerulo e da il tubulo renale, attorno al quale si estendono i capillari peritubulari.

L'anatomia del nefrone:il glomerulo
Il glomerulo è racchiuso dalla capsula di Bowman, una struttura a coppa dalla quale si diparte il tubulo renale. Il glomerulo è un intricato gomitolo di capillari infossato nella capsula di Bowman.
Le cellule della capsula che entrano in contatto con i capillari del glomerulo sono i podociti cellule dotate di numerosi prolungamenti che si avvolgono ai capillari. Sia il glomerulo che la capsula sono nella regione corticale.

L'anatomia del nefrone:il tubulo renale
Nel tubulo renale avviene il riassorbimento e la secrezione di urina che modificano la composizione del filtrato renale. In tale struttura si distinguno:
il tubulo contorto prossimale è il segmento iniziale che si trova prevalentemente nella corticale ma si estende anche nel midollo formando un'ansa ad U chiamata ansa di Henle. Alcuni nefroni possiedono anse di Henle più lunghe di altre, quelle più lunghe sono importanti per la formazione dell'urina concentrata.

Quando raggiunge la corticale, l'ansa di Henle diventa Il tubulo contorto distale il quale, all'interno della corticale, si riunisce nel dotto collettore, il quale a sua volta riscende la piramide renale parallelamente alle anse di Henle,per svuotarsi nella pelvi renale.

L'organizzazione dei vasi sanguigni del rene è strettamente correlata a quella dei nefroni
Dall'arteria renale si ramificano arterie sempre più piccole che si irradiano nella corteccia, infine un'arteriola afferente porta il sangue a ciascun glomerulo. Il sangue in uscita è raccolto da un'arteriola afferente che origina i capillari peritubulari che servono da siti di scambio fra il filtrato presente nei tubuli renali e il liquido extracellulare. Tutti i capillari peritubulari si riuniscono in una venula che si riunisce con le venule provenienti da altri nefroni per raggiungere la vena renale.

La formazione di urina nei nefroni avviene in tre tappe:
1) la filtrazione. Il sangue viene filtrato nel glomerulo; il processo non è attivo e avviene sempre attraverso le pareti dei capillari grazie alla spinta fornita dalla pressione del sangue. La velocità di filtrazione è elevata a causa dell'alta pressione del sangue nei capillari del glomerulo e della forte permeabilità dei capillari del glomerulo. L'acqua e le molecole a basso peso molecolare attraversano la parete del capillare passando all'interno del glomerulo, mentre i soluti ad elevato peso molecolare e le cellule rimangono nel sangue.
2) Il riassorbimento tubulare. Dal glomerulo il filtrato passa nel tubulo renale, le cellule che lo rivestono modificano il filtrato glomerulare attraverso il riassorbimento di specifici ioni , sostanze nutritive e acqua trasferendo quest'ultimi nel sangue e concentrando gli ioni. L'acqua e i soluti che si spostano nel liquido interstiziale sono assorbiti dai capillari peritubulari e restituiti al sangue venoso. La maggior parte dei soluti presenti nel filtrato glomerulare è riassorbita dal tubulo contorto prossimale, il riassorbimento avviene sia mediante processi passivi che attivi tramite trasportatori di membrana presenti nelle cellule che rivestono il tubulo prossimale. Le cellule di questa sezione del tubulo renale hanno microvilli e mitocondri, ovvero sono attive.

Le cellule del tubulo contorto prossimale trasportano attivamente fuori dal filtrato gli ioni NA+ e altri soluti, come glucosio e amminoacidi che vengono riassorbiti nel liquido interstiziale, ciò porta l'acqua a seguire per osmosi il medesimo movimento.
L'ansa di Henle riassorbe i sali, amentando la concentrazione di liquidi interstiziali nel midollo renale in modo da creare una differenza di pressione necessaria a riassorbire l'H₂O per osmosi.
3) La secrezione tubulare. Il filtrato che giunge dal glomerulo viene modificato dalle cellule del tubulo renale che secernono sostanze di scarto rimaste nel sangue dopo la filtrazione. Che vengono trasportate dal plasma dei capillari peritubulari nell'urina.

I reni producono urina a concentrazione variabile a seconda dello stato di idratazione dell'organismo
la concentrazione dei liquidi corporei si valuta misurandone l'osmolarità, cioè la concentrazione complessiva di tutte la particelle che determinano la pressione osmotica.
L'osmolarità si esprime in osmoli per litro (osm/L).
In condizioni normali i liquidi corporei sono isotonici a un'osmolarità di 300mosm/L.
In presenza di acqua in eccesso i liquidi diventano ipotonici a un'osmolarità inferiore a 300mosm/L.
In carenza di acqua i liquidi sono troppo concentrati e diventano ipertonici a un'osmolarità maggiore di 300 mosm/L.
Il riassorbimento dell'acqua lungo il tubulo renale avviene in base alla differenza di pressione osmotica tra il filtrato tubulare e il liquido interstiziale.
Nel liquido interstiziale della midollare viene mantenuto a forte gradiente osmotico verticale: nell'uomo la concentrazione dei soluti nel liquido interstiziale aumenta progressivamente dai 300 mosm/L a livello della corticale fino a raggiungere un massimo di 1200 mosm/L , in relazione allo stato di idratazione dell'organismo:
quando il nostro corpo è in equilibrio idrico, si forma 1L/min di urina isotonica;
se assumiamo troppa acqua, i reni producono molta urina diluita eliminando H₂O in eccesso;
se l'organismo è disidratato, i reni producono poca urina molto concentrata.

La capacità di produrre urina a concentrazione variabile è dovuta ad un meccanismo di moltiplicazione controcorrente dovuta alla disposizione anatomica delle anse di Henle. In corrispondenza di queste anse i capillari peritubulari formano la vasa recta.
Il termine “controcorrente” si riferisce al fatto che il liquido tubulare scorre in direzioni opposte.
Il termine “moltiplicatore” indica che questo sistema è capace di creare il gradiente osmotico verticale.
Le anse di Henle non producono urina concentrata ma ne aumentano l'osmolarità del liquido interstiziale. I segmenti dell'ansa di Henle differiscono in termini anatomici e funzionali: le cellule del tratto discendente e le prime del tratto ascendente sono sottili, prive di microvilli e pochi mitocondri e non sono specializzate nel trasporto. Ad una certa altezza del tratto ascendente, le cellule si specializzano per il trasporto attivo. Le parti dell'ansa di Henle sono chiamate:
tratto ascendente spesso: riassorbe attivamente NA+ dal liquido tubulare spostandolo nel liquido interstiziale. Non è permeabile all'acqua, così il riassorbimento di NA+ e CL- aumenta la concentrazione di tali soluti nel liquido interstiziale circostante e diluisce il liquido tubulare.
Tratto discendente sottile: è permeabile all'acqua ma non agli ioni NA+ e CL-. Il liquido presente in questo tratto è più concentrato mano a mano che si avvicina verso la curva a U dell'ansa di Henle.
Il tratto ascendente sottile non è permeabile all'acqua ma lo è agli ioni NA+ e CL-. Qui il liquido tubulare ha una concentrazione magioredel liquido interstiiale circostante; cosi NA+ e CL- possono diffondere fuori dal tubulo.

I vantaggi della moltiplicazione controcorrente
Dopo che il 65% di acqua è stata riassorbita nel tubulo prossimale e il 15% recuperato nell'ansa di Henle, il restante 20% passa nel tubulo distale e nel dotto collettore, dove avviene un ulteriore riassorbimento per azione dell'ormone antidiuretico(ADH):
con un deficit di acqua,la secrezione di ADH aumenta aumentando a sua volta la permeabilità del tubulo distale e del dotto collettore, provocando il riassorbimento dell'acqua e la concentrazione di urina fino a 1200 mosm/l.
Con un eccesso di acqua la secrezione di ADH si ferma; non si verifica riassorbimento nel tubulo distale e nel dotto collettore e si produce urina diluita a 100 mosm/L.

La moltiplicazione controcorrente è importante perchè:
I. crea il gradiente osmotico verticale nella midollare, che può essere utilizzato dai dotti collettori per produrre urina concentrata.
II. Permette ai reni di eliminare urina più diluita rispetto ai liquidi corporei.

La scambio controcorrente permette il gradiente osmotico verticale
Il flusso di sangue attraverso la midollare non elimina il gradiente osmotico verticale a causa della vasa recta che mantiene il gradiente osmotico attraverso lo scambio controcorrente.
La parete della vasa recta è permeabile ai sali e all'acqua. Perciò il plasma perde acqua e assorbe soluti. Poi, quando il sangue torna alla corticale, avviene il contrario. Le dinamiche di questo scambio controcorrente di sali e acqua fra sangue e liquidi interstiziali, elimina l'eccesso di acqua riassorbito dai dotti collettori, che viene restituito al sangue.

I reni aiutano a mantenere l'equilibrio di acidi e basi nel sangue
I reni hanno anche il compito di mantenere l'omeostasi: regolazione della concentrazione degli ioni idrogeno presenti nel sangue. Il pH del sangue è una variabile fondamentale perchè influenza la struttura e la funzione delle proteine.
Sono moti i prodotti delle reazioni metaboliche che possono variare il pH (acido lattico, grassi, ammoniaca). Nel sangue esistono dei tamponi in grado di evitare le variazioni di pH legandosi agli ioni idrogeno o rilasciandoli.
I principali tamponi sono gli ioni bicarbonato (HCO₃‾) che si formano dalla dissociazione dell'acido carbonico, che è formato dall'idratazione del CO₂. Il tutto avviene secondo questa formula: CO₂+H₂O--->H₂CO₃---> H+ + HCO₃‾
Il sistema tampone dell'HCO₃‾ è importante per controllare il ph del sangue perchè la reazione può essere spinta verso destra o sinistra dai meccanismi fisiologici.
I reni controllano il pH del sangue controllando sia l'escrezione degli ioni bicarbonato e idrogeno sia il riassorbimento e la produzione di questi stessi ioni. Se il pH aumenta le cellule dei tubuli secernono ioni bicarbonato e trattengono ioni idrogeno; se il pH diminuisce avviene il contrario.

I reni mantengono stabile la velocità di filtrazione glomerulare

Se i reni smettono di filtrare il sangue non possono più svolgere le loro funzioni. Il mantenimento di una velocità di filtrazione glomerulare (VFG) costante dipende dall'apporto di un'adeguata quantità di sangue ai reni e dal mantenimento di un valore corretto della pressione.
Specifici meccanismi autoregolatori garantiscono un rifornimento adeguato di sangue alla giusta pressione. Uno di questi è la dilatazione delle arteriole renali afferenti quando la pressione sanguigna cala bruscamente. Questa dilatazione diminuisce la resistenza nelle arteriole e mantiene una pressione stabile nel glomerulo. Se ciò non basta ad impedire che la VFG diminuisca, il rene rilascia la renina che agisce su una proteina: angiotensina che ha diversi effetti che portano la VFG alla normalità:
1) provoca un restringimento delle arteriole renali efferenti che aumenta la pressione del sangue nei capillari glomerulari.
2) Restinge i vasi sanguigni periferici di tutto il corpo, aumentando la pressione sanguigna
3) la corteccia surrenale viene stimolata e rilascia l'aldosterone che insieme all'angiotensina stimolano il riassorbimento di sodio da parte del rene rendendo più efficace il riassorbimento di acqua.
4) Agisce sul cervello per stimolare il senso della sete, aumentando il volume ematico e la pressione sanguigna.

L'osmolarità del sangue e la pressione sanguigna sono regolate dall'ADH
le cellule dell'ipotalamo rilasciano l'ormone antidiuretico (ADH) o vasopressina che agisce sulle acquaporine presenti sulle membrane plasmatiche per aumentare la permeabilità dell'acqua. Esistono vari fattori che possono stimolare o inibire il rilascio di ADH: i più importanti sono :

gli osmorecettori che controllano l'osmolarità del sangue e stimolano il rilascio di ADH. Stimolano la sete. La ritenzione idrica e l'assunzione di acqua contribuiscono a diluire il sangue e ad aumentarne il volume.
i recettori di tensione, presenti nell'aorta e nelle arterie carotidi, che controllano la pressione sanguigna e inibiscono il rilascio di ADH. Una quantità inferiore di ADH in circolo produce un minor riassorbimento di acqua e una diminuzione del volume ematico e della pressione sanguigna. Se la pressione del sangue cala anche l'attività dei recettori di tensione diminuisce. Di conseguenza l'ipotalamo aumenta il rilascio di ADH.

Anche l'alcol inibisce il rilascio di ADH , questo spiega perchè un suo eccessivo consumo causa l'aumento del volume dell'urina fino alla disidratazione.

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