Rene, Fisiologia cellulare

Rene

Il rene è un organo pari a forma di fagiolo, ed è l’organo emuntorio, ovvero ha il compito di eliminare dall’organismo i prodotti catabolici e di rifiuto (anche l’intestino, la cute e i polmoni).

Struttura

I reni sono situati nella regione inferiore addominale, ai due lati della colonna vertebrale a livello dell’XI e XII costa; la superficie concava di ogni rene guarda verso la colonna vertebrale. Sono rivestiti dal parenchima renale, costituito da cellule epiteliali che formano i tubuli renali, da cellule endoteliali dei vasi che irrorano il rene e da cellule muscolari lisce.

L’unità funzionale del rene è il nefrone, costituito da tessuto epiteliale (NON endoteliale). L’unità funzionale è la parte più piccola di un organo che può svolgere tutte le funzioni dell’organo stesso.

Elementi tubulari del rene

Il nefrone inizia con una struttura sferica cava, la capsula di Bowman, che circonda il glomerulo. L’endotelio del glomerulo (una rete sferoidale di capillari) si fonde con l’epitelio della capsula di Bowman in modo che il liquido filtrato dai capillari passi direttamente nel lume del corpuscolo renale. Capsula di Bowman e glomerulo formano il corpuscolo renale.

Dalla capsula di Bowman parte un tubulo con andamento convoluto, il tubulo contorto prossimale (cosiddetto perché prossimale alla capsula), ed è situato nella regione corticale (regione più esterna). Quando questo tubulo si raddrizza e lascia la corticale, va nella midollare formando l’ansa di Henle, un segmento tubulare a forma di forcina con tratto discendente e ascendente, che ritorna poi nella corticale e assume un andamento convoluto, il tubulo contorto distale (lontano dalla capsula).

I tubuli distali di diversi nefroni convergono in tubuli di carico maggiore, i dotti collettori (un tubulo distale e il suo dotto collettore insieme costituiscono il nefrone distale), che raccolgono il contenuto dei tubuli e lo portano nella pelvi renale, dove si raccoglie l’urina filtrata che, attraverso l’uretere, arriva nella vescica e infine viene eliminata tramite l’uretra. I rami discendenti e ascendenti sono paralleli tra di loro, e sono paralleli anche ai dotti collettori.

Vascolarizzazione

Affianco a queste strutture, esclusivamente epiteliali, si trovano una serie di vasi che irrorano il rene. Questo riceve il sangue dall’arteria renale che è una delle collaterali dell’aorta addominale, molto vicina al cuore, quindi porta il sangue a pressione sostenuta. Questa arteria si biforca in due rami, uno va a destra e uno a sinistra, e a loro volta si ramificano in una serie di rami (arterie arcuate, interglobulari) che raggiungono la corticale e da cui partono le arteriole afferenti, che entrano nella capsula di Bowman e formano un letto di capillari, raggruppati a gomitolo: il glomerulo.

Abbiamo cellule endoteliali (glomerulo) a stretto contatto con cellule epiteliali (capsula). Il sangue fuoriesce da questo gomitolo con un vaso efferente, che non è una venula ma di nuovo un’arteriola. Questo letto di capillari ha inizio quindi da un’arteriola afferente e termina con un’arteriola efferente, ed è definita rete mirabile arteriosa. La particolarità è che sono due vasi ad alta resistenza, quindi la pressione si mantiene elevata. L’arteriola efferente si dirama in una serie di vasi che circondano i tubuli renali, i capillari peritubulari, che scendono formando i vasa recta, paralleli all’ansa, e risalgono confluendo nella vena interlobulare e poi nella vena renale, che porta il sangue fuori.

Funzione del rene

La funzione del rene è quella di lavorare sul sangue per ottenere l’urina come prodotto finale; quindi il sangue nei capillari e il liquido che si forma nei tubuli sono costantemente in comunicazione, garantita dal fatto che sono vicini strutturalmente. La produzione dell’urina parte con la filtrazione che avviene nella parte iniziale del nefrone, in cui si produce un liquido che dal sangue passa verso i tubuli renali subendo una modificazione imponente, mediante due meccanismi: riassorbimento e secrezione.

Il riassorbimento è il passaggio di sostanze dal liquido nel tubulo verso di nuovo il sangue. La secrezione rimuove molecole dal sangue e le aggiunge al liquido nei tubuli. Alla fine, quello che verrà escreto, l’urina, è un liquido completamente diverso, sia come costituzione che come volume, dal sangue filtrato ma anche dal liquido che si raccoglie nella struttura capsulare e da quello all’interno dei tratti iniziali del nefrone, che si chiama liquido tubulare, pre-urina e poi urina.

Quindi definiamo come “filtrazione glomerulare” la rimozione dal sangue di acqua e soluti non proteici. Il 20% del volume che circola nei capillari glomerulari viene filtrato, cioè passa dal sangue ai tubuli nel nefrone; man mano, più del 19% viene riassorbito, cioè ritorna nel sangue; alla fine, meno dell’1% viene eliminato con l’urina.

La capacità filtrante del glomerulo è pari a circa 180 L/giorno e ma noi produciamo circa 1,2 L/giorno di urina, meno dell’1%. Ciò significa che il 99% di liquido che si raccoglie nella capsula di Bowman si incammina verso i tubuli e le sostanze possono essere riassorbite o secrete, quindi viene elaborato il filtrato glomerulare. L’osmolarità varia tra 50 e 1200 mOsM.

La quantità di soluto escreta è uguale alla quantità filtrata meno la quantità riassorbita più la quantità escreta.

Funzioni del rene

• Omeostasi idro-salina: La principale funzione dei reni è l’omeostasi cioè regola la quantità di sali e acqua e di ioni nel sangue, definita anche bilancio idroelettrolitico. I reni mantengono normali le concentrazioni di queste sostanze bilanciando l’apporto di tali sostanze con la loro escrezione nelle urine, secondo il principio della conservazione della massa.
• Regolazione del volume del liquido extracellulare e della pressione del sangue: maggiore è la quantità di urina eliminata, maggiore sarà la quantità di acqua eliminata, maggiore sarà il volume che lascia il sangue e quindi il volume del liquido extracellulare diminuisce, diminuendo anche la pressione arteriosa, portando anche a una diminuzione di carico sul cuore. I reni operano in maniera integrata con il sistema cardiovascolare per assicurare il mantenimento della pressione arteriosa.
• Regolazione omeostatica del pH dei liquidi corporei: solo a precisi valori di pH, di temperatura e di osmolarità avvengono le reazioni metaboliche e funzionano i nostri enzimi; è facile andare in acidosi o alcalosi.
• Elimina i composti tossici, farmaci e metaboliti: La clearance renale è un modo per valutare l’emivita di un farmaco, che dipende da quanto tempo impiega per essere metabolizzato nel sangue.
• Funzione endocrina: controlla alcuni assi ormonali, come l’eritropoietina che agisce sull’eritropoiesi che regola la sintesi degli eritrociti, la renina che agisce sull’asse renina-angiotensina-aldosterone per regolare la pressione e il bilancio del sodio.
• Mantenimento del bilancio ionico: i reni mantengono le concentrazioni degli ioni fondamentali (Na⁺, K⁺, Ca²⁺) entro un ambito di valori normali, bilanciando l’apporto dietetico con la perdita attraverso le urine.

Corpuscolo renale

• Polo vascolare: dove arriva l’arteriola afferente ed esce l’efferente.
• Polo urinario/epiteliale/tubolare: zona da cui parte il tubulo contorto prossimale.

La capsula di Bowman è costituita da:

• Foglietto viscerale: cellule epiteliali a contatto con i capillari, che sono cellule endoteliali in quanto hanno solo la tonaca intima.
• Spazio di Bowman: che contiene filtrati.
• Foglietto parietale: esterno, che continua con le cellule del tubulo prossimale.

Le cellule del parietale sono un monostrato di cellule epiteliali sottili, contigue e ben adese, che formano quindi una zona permeabile; mentre quelle del foglietto viscerale hanno una diversa forma e si chiamano podociti i quali si trovano in stretto rapporto con le cellule dell’endotelio dei capillari, formando il setto filtrante, dove avviene il passaggio delle sostanze dal sangue verso la capsula.

Cellule accessorie:

• Cellule del mesangio glomerulare: (poste fra i podociti); hanno una capacità contrattile e una forma stellata, favoriscono l’abbraccio dei pedicelli ai capillari. Possono contrarsi e possono far ridurre la dimensione dei varchi, quindi la capacità filtrante è modificabile.
• Cellule del mesangio extraglomerulare: (poste vicino al polo vascolare). A livello del polo vascolare il corpuscolo renale si trova a contatto con la porzione iniziale del tubulo contorto distale, che nella zona in cui si poggia tra arteriola afferente ed efferente, le cellule parietali sono modificate e formano la macula densa. Questa è una zona che funge da sensore del rene; l’arteriola afferente contiene molte fibre nervose con cellule muscolari lisce che sono piene di recettori beta adrenergici e quindi possono contrarsi modificando il calibro del vaso e regolando la resistenza e il flusso. Stessa cosa sull’arteriola efferente, in cui la resistenza aumenta all’aumentare della lunghezza e al diminuire del calibro; essendo un vaso lungo e sottile, è ad alta resistenza e il sangue vi passa ad alta pressione.

La macula densa, insieme al mesangio extraglomerulare ed alle cellule granulari poste nella parete dell’arteriola afferente, formano l’apparato juxtaglomerulare.

Le barriere di filtrazione

• L’endotelio dei capillari è uno strato di cellule di scambio, dove le sostanze passano attraverso vescicole di endocitosi e esocitosi (vie trans cellulari), e le zone di giunzione sono molto lasse, quindi le sostanze liposolubili e gas respiratori passano facilmente. I capillari glomerulari, invece, sono capillari fenestrati, cioè le cellule sono interrotte da pori che permettono alla maggior parte dei costituenti del plasma di filtrare attraverso l’endotelio.
• La membrana basale, che agisce da setaccio, escludendo la maggior parte delle proteine plasmatiche dal liquido che vi filtra attraverso.
• L’epitelio della capsula di Bowman: i podociti presentano lunghe estensioni citoplasmatiche, dette pedicelli, che protrudono dal corpo cellulare (processo primario), una zona gonfia contiene il nucleo. I pedicelli avvolgono i capillari glomerulari e si intercalano con i pedicelli del podocita affianco lasciando strette fessure di filtrazione chiuse da una membrana semiporosa, che contiene alcune proteine uniche, tra cui la nefrina e la podocina. Questa organizzazione è fondamentale per il buon funzionamento del rene; infatti, nei casi di nefrite, perdiamo la struttura ordinata dei podociti.