3. Esame urine (anatomia e sviluppo apparato escretore, esame fisico e chimico urine, ricerche sulla funzionalita' tubolare e glomerulare)

Anatomia del sistema escretore

La composizione del fluido interstiziale che bagna le cellule deve essere mantenuta costante entro stretti limiti. Il metabolismo cellulare, tuttavia, produce diossido di carbonio, acqua e rifiuti azotati che diffondono nel fluido interstiziale; altri processi metabolici aggiungono acidi organici, fosfati, ioni solfato e altri materiali. Nonostante questi fattori destabilizzanti, la composizione del fluido interstiziale è mantenuta relativamente costante per mezzo di scambi con il sangue e la composizione del sangue, a sua volta, è mantenuta costante da scambi accuratamente controllati tra l’organismo e il suo ambiente esterno. Questi scambi tra sangue e ambiente esterno si verificano attraverso il fegato, il sistema respiratorio e i reni e le speciali strutture che eliminano o assorbono sali.

Il fegato elimina i pigmenti biliari e il sistema respiratorio rimuove il diossido di carbonio. I rifiuti azotati e altri residui del metabolismo sono rimossi dal rene. La rimozione di tutti questi prodotti di rifiuto si chiama escrezione e non deve essere confusa con la defecazione, che è essenzialmente la rimozione dei residui non digeriti e dei batteri dal tratto digerente.

Sviluppo dei reni

Morfologicamente, i reni e i loro dotti sono intimamente associati con il sistema riproduttore, infatti i reni e le gonadi si sviluppano da tessuti adiacenti. Questi due sistemi spesso vengono indicati nell’insieme come sistema urogenitale. I reni, come le gonadi, si sviluppano a partire dal mesoderma intermedio. Questo, nel corso dello sviluppo, genererà due creste genitali (una destra e una sinistra) e due creste nefriche (una destra e una sinistra).

Sia le creste genitali che le creste nefriche si estendono nell’embrione dalla regione cefalica alla regione caudale, assumendo l’aspetto di corde. È per questo che quando ci riferiamo alle creste nefriche utilizziamo spesso il termine di cordoni neforgeni. Sebbene queste strutture siano continue in tutta la regione del tronco, esse appaiono segmentate nella regione cefalica. Qui, i vari segmenti assumono il nome di nefrotomi.

Nel corso dello sviluppo embrionale, dai nefrotomi genererà il rene detto pronefro; dalla porzione intermedia del cordone nefrogeno genererà il rene detto mesonefro; e dalla porzione caudale della cresta nefrica (cordone nefrogeno) prenderà vita il rene detto metanefro (o rene propriamente detto). Quindi, nel corso dello sviluppo embrionale non si formano direttamente i reni definitivi ma si formano una serie di reni che poi scompariranno e saranno ovviamente non funzionali. Precisamente compariranno tre coppie di reni, di cui l’ultima è quella che permetterà l’escrezione vera e propria.

Il primo rene a svilupparsi è il pronefro che risulta essere non funzionante negli embrioni dei mammiferi. Successivamente, inizia a svilupparsi il mesonefro, che apparirà distanziato dal pronefro per via del fatto che dalla cresta nefrica, compresa tra la regione che darà vita al pronefro e quella che darà vita al mesonefro, non si formano tubuli renali. Mano a mano che si sviluppa il mesonefro, il pronefro regredisce e si sviluppano i tubuli renali relativi al mesonefro. Tutti questi tubuli confluiscono in un dotto archinefrico (uno per ogni lato del corpo). Il mesonefro, differentemente dal pronefro, risulta essere funzionante. I tubuli mesonefrici più craniali si collegano con le gonadi in via di sviluppo, localizzate inizialmente all’interno della cavità addominale.

Il mesonefro è, però, un rene di transizione (funziona solo negli embrioni), e per questo verrà presto sostituito dal metanefro. Anch’esso apparirà distanziato dal mesonefro, esattamente come il mesonefro appare distanziato dal pronefro. Nel corso dello sviluppo dei mammiferi, dalla porzione più caudale del dotto archinefrico si forma una piccola protuberanza, detta diverticolo ureterico. Questo si approssima all’estremità caudale del metanefro e si ramifica a formare i tubuli collettori. Il diverticolo ureterico diventa così il dotto escretore, che gradualmente si dissocia dal dotto archinefrico e prende il nome di uretere. L’uretere si apre nella vescica.

Non appena il metanefro e l’uretere diventano funzionanti, il mesonefro regredisce ad eccezione di quelle parti collegate ai testicoli. Queste parti sboccano ancora nel dotto archinefrico che diventa, quindi, la via esclusiva per l’espulsione degli spermatozoi. Per questo motivo, il dotto archinefrico prende il nome di spermidotto. L’uretere sboccherà nella vescica, mentre lo spermidotto sarà in continuità con l’uretra. L’uretra è il dotto che porta l’urina dalla vescica verso l’esterno (sia nei maschi che nelle femmine) e, inoltre, nei maschi, essendo in continuità anche con lo spermidotto, è implicata nel trasporto degli spermatozoi verso le vie genitali femminili.

Funzionamento dei reni

I tubuli renali (o nefroni) sono tubuli microscopici e rappresentano le unità funzionali dei reni: ogni rene è composto da circa un milione di tubuli renali. Questi tubuli filtrano il sangue e raccolgono il filtrato che darà origine all’urina. Ogni tubulo presenta un’estremità a forma di coppa, la capsula di Bowman o capsula renale, costituita da un epitelio squamoso semplice. La capsula avvolge un groviglio di capillari, il glomerulo, il quale riceve un’arteriola afferente dall’arteria renale ed è drenato da una arteriola efferente. Nell’insieme, la capsula renale e il glomerulo formano il corpuscolo renale.

I capillari del glomerulo sono capillari discontinui. Essi trattengono le cellule ematiche e le sieroproteine, mentre le molecole più piccole (ioni, aminoacidi, glucosio, urea, creatinina, acido urico, ammoniaca e soluti con un peso molecolare minore a 70) e l’acqua riescono ad attraversare gli spazi dei capillari del glomerulo e anche gli spazi tra le cellule che compongono la capsula di Bowman, le quali cellule sono dette podociti e sono, appunto, leggermente separate tra loro in modo tale da far entrare nei tubuli il filtrato.

Il corpuscolo renale è in collegamento con il tubulo prossimale, che è collegato all’ansa di Henle, a sua volta in continuità con il tubulo distale. Più tubuli distali confluiscono nel tubulo collettore, e più tubuli collettori confluiscono in un unico tubulo escretore. I tubuli renali e i tubuli collettori sono circondati da capillari peritubulari, che ricevono il sangue dalle arteriole renali efferenti. Il sangue, poi, lascia i capillari peritubulari e confluisce nelle vene renali che sboccano nella vena cava posteriore.

Man mano che il sangue scorre costeggiando i tubuli, le sostanze o molecole che riescono ad attraversare le fessure dei capillari del glomerulo, ma non dovrebbero, vengono riassorbite a livello dei tubuli. Nei mammiferi, durante la vita embrionale, l’NH₃ viene convertita principalmente in acido urico, che risulta inerte da un punto di vista chimico e richiede poca acqua per la sua eliminazione. Durante la vita adulta la situazione cambia.

Innanzitutto sappiamo che ogni tubulo renale presenta una particolare struttura che prende il nome di ansa di Henle. Una sezione di un rene umano presenta una regione corticale e una regione midollare. Nella prima sono localizzati i glomeruli, accolti nella capsula di Bowman, i tubuli prossimali e i tubuli distali; l’ansa di Henle, che comunica sia con il tubulo distale che con il tubulo prossimale di un nefrone, si allunga nella zona midollare. A livello del rene arriva l’uretra che si ingrandisce a formare la pelvi renale, dalla quale si dipartono importanti ramificazioni, detti calici renali. All’interno dei calici renali sboccano diversi tubuli collettori che si estendono dalla regione corticale, passano nella regione midollare e arrivano nei calici renali. I tubuli collettori ospitano più tubuli distali di diversi nefroni.

In particolare, anse di Henle e tubuli collettori costituiscono le piramidi renali. Il sangue arriva ai diversi glomeruli renali per mezzo di arteriole afferenti, ramificazioni dell’arteria renale. Nei glomeruli avviene la filtrazione. Il filtrato contenente grandi quantità di acqua, aminoacidi, proteine, sali ecc. passa dai capillari dei glomeruli alla capsula di Bowman. Tuttavia, il 20% circa del volume di plasma che passa attraverso il gomitolo glomerulare (120 ml/min) è trattenuto nello spazio di Bowman dove viene definito filtrato glomerulare. Il restante volume passa dalla capsula di Bowman al tubulo prossimale dove inizia l’ultrafiltrazione.

I reni generano un volume di urina più grande rispetto a quello del sangue e se tutta questa urina venisse persa si avrebbe la morte. Tuttavia, ciò non accade perché la maggior parte dei componenti dell’urina viene riassorbita. Circa il 60% del volume filtrato, praticamente tutto il glucosio, aminoacidi piccole proteine e nutrienti preziosi sono riassorbiti nel tubulo prossimale. A livello del tubulo contorto distale, invece, viene riassorbito principalmente sodio.

Quando il livello di sodio nel sangue è basso viene prodotto l’ormone angiotensina, che stimola il rilascio di aldosterone. L’angiotensina stimola anche la produzione di ormone antidiuretico, che promuove il riassorbimento d’acqua da parte del rene. L’angiotensina stimola, inoltre, la sensazione di sete. Quando l’introduzione di liquidi nell’organismo è elevata, il rene espelle un’urina diluita, conservando sali ed eliminando acqua. Quando l’introduzione di liquidi è scarsa, il rene conserva l’acqua emettendo un’urina concentrata. La capacità di produrre un’urina concentrata dipende dall’ansa di Henle.

Questa ha una struttura ad U e nei due rami della U il liquido scorre in direzioni opposte e man mano che si scende e si sale le urine diventano concentrate. Per questi due motivi si parla di sistema moltiplicatore in controcorrente (moltiplicatore perché l’urina diventa più concentrata quindi aumenta la quantità di soluti controcorrente perché il filtrato scorre in direzioni opposte nei due rami della U). Dal ramo spesso del tratto ascendente dell’ansa viene liberato nel liquido interstiziale il cloruro di sodio (NaCl). In questo modo la concentrazione sarà maggiore nel liquido interstiziale e di conseguenza l’acqua passerà dal tubulo verso l’interstizio per semplice gradiente di concentrazione. L’acqua che passa verso l’interstizio attraversa la parete del tratto discendente dell’ansa, che è il tratto più permeabile all’acqua.

L’urea viene, invece, riassorbita a livello del dotto collettore. Il sodio, il glucosio, gli aminoacidi, i sali, il cloruro vengono tutti riassorbiti per mezzo di trasporto attivo. L’acqua, invece, che viene riassorbita per semplice gradiente di concentrazione si muove dal tubulo verso l’interstizio attraverso un trasporto passivo.

Volume e composizione dell'urina

Negli adulti il volume dell’urina oscilla da 400 a 2000 ml al giorno (in media 1,5 litri al giorno). Attraverso l’arteria renale vengono forniti al rene circa 1200 ml di sangue al minuto (200 litri di plasma al giorno). In condizioni normali, l’acqua rappresenta circa il 95% in peso dell’urina; nella rimanente frazione, un ruolo di primo piano è ricoperto dall’urea (2-2,5%), dall’azoto (1-1,5%) e dal cloruro di sodio (1-1,5%).

Nell’urina si possono inoltre trovare sali minerali (sodio, calcio, potassio e magnesio), acido urico, pigmenti biliari, ammoniaca, eventuali metaboliti di farmaci e molte altre sostanze. Non si riscontrano invece (salvo sottostanti patologie) concentrazioni significative di glucosio (diabete), pus e batteri (infezioni del rene e/o delle vie urinarie), acetone (digiuno prolungato o diabete), proteine come l’albumina (se presenti in concentrazione maggiore a 150 mg/giorno sono indice di nefropatia diabetica e insufficienze renali) e sangue (indice di calcoli, neoplasie o infiammazioni a livello del rene o delle vie urinarie).

L’urina per essere chiamata tale deve per forza contenere:

• Urea
• Creatinina
• Acido urico

L’urobilinogeno è normalmente presente nelle urine nella concentrazione di 1 mg/giorno. L’urobilinogeno è una sostanza incolore, prodotta a livello intestinale per fermentazione batterica della bilirubina. Una volta originato, l’urobilinogeno viene principalmente escreto con le feci, mentre una quota grossolanamente pari al 20% viene riassorbita dal sangue e veicolata al fegato, quindi escreta con la bile. Una piccola frazione di urobilinogeno riassorbito sfugge al filtro epatico e viene escreta con le urine sotto forma di urobilina; nelle feci, invece, si ritrova un derivato dell’urobilinogeno, la stercobilina.

L’urobilina, insieme ad altri pigmenti, è responsabile della tipica colorazione delle urine. Per quanto detto, l’urobilinogeno può essere dosato nelle urine in presenza di sospetti sulla salute del fegato e delle vie biliari. Vediamo più in dettaglio come si forma l’urobilinogeno: esso si forma a partire dalla bilirubina. La bilirubina deriva dalla degradazione dell’emoglobina. La bilirubina viene prodotta nella milza in una forma insolubile, detta bilirubina indiretta. Quindi, viene trasportata al fegato legata all’albumina. A livello epatico, la bilirubina indiretta acquisisce solubilità in acqua tramite coniugazione con due molecole di acido glucuronico (da questo momento in poi si parla di bilirubina diretta o coniugata).

La bilirubina coniugata è idrosolubile e come tale viene immessa nella bile, incanalata nelle vie biliari, accumulata nella cistifellea e riversata nell’intestino (precisamente a livello del duodeno). Nell’ileo terminale e nel colon, la bilirubina diretta viene trasformata in urobilinogeno dalla β-glucuronidasi batterica, che la scinde ad acido glucuronico e bilirubina. Quest’ultima, quindi, viene ulteriormente processata e trasformata, appunto, in urobilinogeno, mesobilinogeno e stercobilinogeno, tutte sostanze incolori.

Esame delle urine

L’esame dell’urina è un test diagnostico che fornisce informazioni importanti concernenti:

• Le condizioni anatomiche e/o funzionali del rene;
• La presenza di alterazioni (infezioni, tumori ecc.) delle vie urinarie;
• L’eliminazione anomala di sostanze esogene (farmaci, sostanze tossiche e metaboliti).

I campioni di qualsiasi liquido organico vanno considerati come infettivi, e pertanto vanno raccolti, maneggiati e trasportati secondo i protocolli di sicurezza. I campioni di urina vanno analizzati entro un’ora dalla raccolta oppure conservati al buio a una temperatura compresa fra 4°C e 7°C per preservarne i componenti chimici e cellulari.

Esame fisico dell'urina

L’esame fisico delle urine rileva il colore, la trasparenza, l’odore, il volume e il peso specifico. Il colore tipico delle urine è giallo paglierino; inoltre l’urina deve essere limpida. Il normale colore dell’urina è prodotto da tre pigmenti:

• Urocromo: responsabile del colore giallognolo;
• Uroeritrina: responsabile del colore rossastro;
• Urobilina: responsabile del colore giallo-arancio;

In alcuni casi si possono avere delle variazioni non patologiche del colore dell’urina. Partiamo dalla variabile più semplice e conosciuta: la quantità di liquidi introdotti con la dieta. Se si beve molto, ad esempio, è normale osservare un colorito pallido dell’urina, più simile all’acqua, mentre in condizioni di assetamento si può notare un colore giallo ambrato. In questi casi le alterazioni cromatiche dipendono dalla semplice diluizione o concentrazione del pigmento principale dell’urina (l’urocromo).

Sempre tra le condizioni non patologiche, il colore dell’urina, così come il suo odore, può variare in risposta all’ingestione di determinati alimenti. Il consumo di barbabietola, ad esempio, conferisce alle urine sfumature rossastre. Un consumo importante di zucca o succo di carota può dare alle urine un insolito colorito arancione. Il motivo risiede nell’esagerata assunzione di carotene, che può portare anche a carotenosi (colorazione gialla della cute ed in modo particolare del palmo delle mani e della pianta dei piedi, ma non della parte bianca degli occhi, condizione, questa, che la distingue dall’ittero).

Le urine possono assumere un colore inusuale anche dopo l’assunzione di determinati farmaci e/o integratori. Alcune vitamine del gruppo B, per esempio, se assunte ad alto dosaggio, conferiscono alle urine un colore giallo vivace, quasi fosforescente. Oppure farmaci antireumatici danno all’urina un colore rosa omogeneo e brillante. Alcuni lassativi conferiscono all’urina un colore rosso; altri possono renderlo più vicino all’arancio, come l’antibiotico rifampina, l’anticoagulante coumadin, la fenzopiridina (utilizzata nei trattamenti per il disturbo della minzione) ed alcuni farmaci chemioterapici.

L’assunzione di blu di metilene come mezzo di contrasto, di alcuni antidepressivi o del diuretico triamterene dona all’urina un colorito variabile dal verde al blu.

Uno sforzo fisico, particolarmente intenso e prolungato, è spesso associato ad ematuria (presenza di sangue nelle urine, in particolare di globuli rossi). In condizioni patologiche l’urina potrà presentare i seguenti colori:

• Urine rosse: significa che c’è sangue nelle urine e ciò potrebbe essere dovuto a calcoli renali, calcoli vescicali, infezioni urinarie, infiammazione della vescica, ipertrofia prostatica, malattie renali, tumori localizzati a livello vescicale o renale, traumi addominali ecc.
• Urine blu: questo colorito...