Appunti di fisiologia: sistema urinario/renale

Sistema urinario

Funzioni principali dei reni

Le funzioni principali dei reni sono:

• Controllo composizione plasma
• Regolazione dell’eliminazione di acqua e soluti (anche farmaci) con l’urina

Esso va a regolare il volume dei liquidi corporei e l’osmolarità del plasma e dei liquidi. Regola le concentrazioni plasmatiche di ioni, piccole molecole organiche, idrogenioni e bicarbonato (pH).

I reni sono organi ghiandolari pari e simmetrici del peso complessivo (nell’adulto) di circa 300 gr (nella donna 20gr in meno) e dalle dimensioni di 11-12 cm x 5-7 cm. Sono retro-peritoneali e si trovano ai lati della colonna vertebrale. Ciascun rene è rivestito da una capsula fibrosa e a causa della presenza del fegato, il rene destro è situato circa 2 cm più in basso rispetto al rene sinistro.

Anatomia e struttura dei reni

Dall’ilo (rientranza del rene posta lateralmente) di ciascun rene parte l’uretere che scende fino alla pelvi, va alla vescica e trasporta l’urina prodotta che deve essere poi eliminata. L’urina prima va in contro a fenomeni di riassorbimento nei nefroni e poi passa negli ureteri. Nell’ilo convergono l’arteria renale, la vena renale e alcuni nervi.

Organizzazione morfofunzionale

Dissezionando un rene si possono riconoscere due zone: una zona corticale e una zona midollare. La corticale è quella più esterna, mentre la midollare, che è quella più interna, può essere divisa in due ulteriori strati che sono la midollare esterna e midollare interna.

In un rene distinguiamo lobi e lobuli; il lobo è costituito da una piramide renale con il corrispondente strato di zona corticale, il numero dei lobi è pari a quello delle piramidi. Il lobulo è costituito solo dalla corticale.

Più si procede verso l’interno del rene (dalla corticale alla midollare) più ci si avvicina ai calici. Considerando la midollare, essa può essere suddivisa in tante zone dette piramidi renali. Queste hanno la base rivolta verso il bordo cortico-midollare e l’apice che invece va a formare la papilla (rivolta verso l’interno del rene).

Le papille sgorgano in calici minori, che a loro volta sgorgano in calici maggiori che svuotano il loro contenuto nella pelvi renale (bacinetto) e successivamente nell’uretere. I calici raccolgono tutto il filtrato urinario e lo portano all’escrezione.

Il rene presenta intrinsecamente una complessa rete vascolare.

Innervazione del rene

Esso presenta una forte innervazione simpatica. Le fibre pregangliari originano da neuroni situati a livello dei segmenti T10, T11, T12, L1. I mediatori (neurotrasmettitori) liberati dalle fibre postgangliari sono soprattutto noradrenalina (NA), VIP (peptide vasoattivo intestinale), NT (neurotensina), NPY (neuropeptide Y).

Il nefrone

È l’unità funzionale del rene. Il compito del rene e del nefrone è quello di produrre urina. La produzione di urina serve per eliminare acqua e le eccessive quantità di soluti. Parte dei composti che arrivano al nefrone attraverso il sangue vengono filtrati; le sostanze passano dal sangue al nefrone per essere eliminate, a meno che non siano riassorbite nei tubuli.

Vascolarizzazione del rene

Nell’ilo si intromette l’arteria renale che trasporta tutto il sangue che confluisce al rene; essa proviene direttamente dall’aorta addominale. Una volta nel rene, il sangue, dall’arteria renale, si distribuisce nelle arterie interlobari e arriva alla piramide. Le arterie interlobari danno vita a delle arterie arcuate soprattutto nel bordo tra la zona midollare e corticale.

Dalle arterie arcuate si formano le arterie interlobulari che salgono verso la corticale in modo perpendicolare. Attraverso questi vasi passa molto sangue (circa il 25% della gittata cardiaca) e ciò ci fa capire che il rene svolge delle funzioni di fondamentale importanza.

Le arteriole interlobulari vanno a distribuire il sangue nelle arteriole afferenti che arrivano al glomerulo. Il glomerulo è una rete di capillari arteriosi adibiti alla filtrazione che viene dopo le arteriole afferenti; successivamente esso sfocia a costituire i vasi (arteriole) efferenti che si allontanano dai corpuscoli renali. Il glomerulo è contenuto completamente in una specie di calice detto capsula di Bowman.

L’arteriola efferente che abbandona il glomerulo riversa il suo contenuto in una rete di capillari detti peritubulari (che si trovano intorno ai tubuli renali), e a volte nei vasa recta (capillari peritubulari caratteristici dei nefroni iuxtamidollari), che sprofondano letteralmente nel nefrone (verso la midollare) per poi risalire verso l’alto (verso la corticale). Da questi vasi il sangue termina in venule interlobulari che risalgono la corticale e si svuotano nelle vene arcuate e in quelle interlobari le quali, si apprestano a sfociare nella vena renale.

La struttura fondamentale che vascolarizza il nefrone è detta triade; essa è costituita dall’arteriola afferente, il glomerulo e l’arteriola efferente.

Funzione del nefrone

L’unità funzionale del nefrone è il glomerulo con il suo tubulo, attraverso il quale passa il prodotto che deve essere escreto. Per ogni rene abbiamo circa 1,2 milioni di nefroni. In realtà potremmo trovare in alcuni testi anche numeri inferiori poiché questi si sviluppano dalla 6ª alla 36ª settimana di gestazione. Durante la vecchiaia circa il 40% dei nefroni sono inefficienti, ma nonostante tutto quel 60% è sufficiente per la ripulitura del sangue.

Alcune sostanze come l’alcool, se vengono assunte durante la gestazione, potrebbero provocare dei problemi nella genesi dei nefroni fetali.

Nel glomerulo, tramite i capillari, avviene la filtrazione. Nella capsula che circonda il glomerulo si raccoglie il filtrato nefronale; esso confluisce in una serie di dotti, fino ad arrivare ai dotti collettori, i quali raccolgono l’urina che deve essere espulsa.

Il primo dotto che raccoglie il filtrato dalla capsula di Bowman è il tubulo contorto prossimale. Tale tubulo si continua con un’ansa con tratti discendenti e ascendenti (ansa di Henle). Successivamente vi è il tubulo contorto distale, il tubulo collettore e i dotti collettori che sboccano nelle papille, poi nei calici e nella pelvi renale.

Non dimentichiamo altre strutture che collaborano alla filtrazione come i capillari peritubulari e i vasa recta.

Struttura e tipologia dei nefroni

Il nefrone in toto è formato da diversi tipi di cellule che sono impermeabili a differenti ioni o sostanze, a seconda dei tratti. Ad esempio, nel tratto discendente sottile dell’ansa di Henle (epitelio di cellule appiattite) ci sono pochi mitocondri, mentre nel tratto ascendente spesso dell’ansa (epitelio di cellule cilindriche spesso) e nel tubulo prossimale (epitelio di cellule con microvilli orletto a spazzola) ce ne sono molti.

Nel tubulo distale troviamo due tipologie cellulari: cellule principali e cellule intercalari; le prime si occupano dell’assorbimento di Na+ e della secrezione di K+, le seconde si occupano della regolazione dell’equilibrio acido-base.

Apparato iuxtaglomerulare

È una struttura renale che controlla l'attività dei singoli nefroni. Esso è situato a livello del polo vascolare del corpuscolo renale, a contatto con le arteriole glomerulari e una parte del tubulo distale. Il nome deriva dalla vicinanza (-iuxta) al glomerulo renale.

L’apparato iuxtaglomerulare è formato da cellule del mesangio, macula densa (cellule del tubulo distale), cellule granulari (che secernono renina e angiotensina II).

La macula densa è una zona in prossimità delle quale il nefrone va a decorrere tra l’arteriola afferente e l’arteriola efferente del glomerulo. In pratica la macula densa è il punto in cui il nefrone, e in particolare il suo tubulo contorto distale, attraversa il polo vascolare del glomerulo da cui è originato.

Le cellule che caratterizzano questa zona svolgono la funzione di chemocettori, ossia di sensori chimici, specializzato nel rilevare la concentrazione di cloruro di sodio nel liquido tubulare. Una riduzione di tale concentrazione viene percepita dalla macula densa come una riduzione della pressione arteriosa sistemica, poiché in questo caso, normalmente, l'escrezione urinaria di sodio si riduce.

La macula densa invia quindi alle cellule iuxtaglomerulari dei segnali che portano a un aumento nella produzione di renina, innescando un meccanismo che porta infine all'aumento della pressione arteriosa.

Il mesangio

Il mesangio (spazio compreso tra le due arteriole afferente ed efferente) contiene dei fasci molto simili all’actina che qualche modo possono contrarsi e modificare il flusso del sangue nei capillari; quindi sono capaci di regolare la velocità del flusso ematico.

Queste fibre fungono da supporto strutturale ai capillari glomerulari, secernono matrice extracellulare, fagocitano macromolecole e producono prostaglandine e citochine pro-infiammatorie. Le cellule che caratterizzano tale zona non contengono granuli, ma sono provviste di pseudopodi tramite i quali sono in contatto con le cellule della macula densa, con le cellule delle arteriole e con il mesangio glomerulare. Forse mediano la comunicazione tra cellule della macula densa e cellule granulari.

Le cellule granulari

Le cellule granulari o iuxtaglomerulari si trovano nel contesto della tonaca muscolare del tratto terminale dell'arteriola afferente. Hanno un aspetto intermedio tra cellule muscolari lisce (di cui posseggono l'apparato contrattile actomiosinico) e cellule secernenti: nel citoplasma di queste cellule si trovano granuli contenenti renina.

Pertanto costituiscono presumibilmente dei barocettori della pressione arteriosa, in risposta alla quale secernono nel circolo l'enzima renina.

Tipi di nefroni

In base alle caratteristiche dell’Ansa di Henle, si distinguono tre tipi di nefroni: ad ansa lunga, ad ansa media e ad ansa corta (iuxtamidollari, medio-corticali, corticali). I vasi che escono dai corpuscoli renali (vasi efferenti) del nefrone della corticale vanno a formare una rete di capillari peritubulari intorno ai tubuli della corteccia renale. Mentre nel nefrone iuxtamidollare, oltre a confluire nei capillari peritubulari, vanno a formare vasa recta, cioè lunghe anse che scendono nella midollare ed arrivano quasi alle papille.

Quindi in base alla locazione nefronale, i vasi efferenti del corpuscolo renale sfociano in diverse ramificazioni. Un’importante differenza tra tali nefroni è il fatto che quelli corticali possiedono un corpuscolo renale più grande e quindi producono un volume di filtrato maggiore.

Oltre che per le caratteristiche dell’ansa di Henle i nefroni possono essere distinti in base alla loro locazione (nefrone corticale più verso l’esterno, iuxtamidollare più verso l’interno).

Confronto nefroni superficiali (corticali) e iuxtamidollari

Superficiali: hanno il corpuscolo renale nella regione esterna della corticale. Hanno anse di Henle brevi che non entrano significativamente nella regione midollare. L’arteriola afferente si ramifica in una rete di capillari peritubulari attorno ai segmenti tubulari dello stesso nefrone. I capillari peritubulari forniscono ossigeno e nutrienti alle cellule dei tubuli; inoltre portano ai tubuli le sostanze che devono essere secrete (dal sangue al tubulo) e trasportano l’acqua e i soluti assorbiti.

Juxtamidollari: hanno il corpuscolo renale tra la regione midollare e quella corticale. L’ansa di Henle è più lunga, arriva quasi a raggiungere l’apice della papilla. L’arteriola efferente forma: una rete di capillari peritubulari attorno ai segmenti tubulari dello stesso nefrone e una serie di anse vascolari chiamate vasa recta. I vasa recta discendenti forniscono sangue alla midollare esterna ed interna; forniscono ossigeno e nutrienti ai segmenti tubulari, trasportano sostanze che devono essere secrete, riportano in circolazione acqua e soluti riassorbiti, partecipano alla concentrazione e diluizione delle urine.

Meccanismo di funzionamento del rene

Il rene tramite i nefroni filtra il sangue in due stadi. Nel primo stadio avviene una filtrazione molecolare in cui i capillari fungono da filtri. Quello che riesce a passare a livello dei capillari glomerulari si accumula nella capsula di Bowman, quello che non riesce a passare ritorna nel circolo sanguigno.

Vengono trattenute le cellule del sangue e le macromolecole (proteine di grandi dimensioni) che rallentano il passaggio di quelle molecole di dimensioni comprese tra 10 e 70 kDa (per questione di pressione colloido-osmotica). Questa prima tappa trattiene in qualche modo le particelle che non riescono a passare attraverso il filtro capillare.

Il secondo stadio coinvolge sistemi di trasporto specifici con cui vengono riassorbiti il 97% dei soluti filtrati, cioè la maggior parte dei soluti che hanno attraversato il filtro capillare e che ancora servono all’organismo (non devono essere escreti con le urine).

Sono 4 i processi attraverso i quali il nefrone opera per la formazione di urina. Quando si parla di filtrazione, i soluti filtrati nel glomerulo entrano nei tubuli (movimento del liquido dal sangue verso il lume del nefrone). Quando si parla di riassorbimento, i soluti dal lume del tubulo si spostano nel sangue (movimento del liquido dal lume del tubulo al sangue che scorre nei capillari peritubulari). Quando si parla di secrezione, avviene una rimozione selettiva, cioè un passaggio diretto dal sangue al tubulo, di un soluto che deve essere eliminato. Quando si parla di escrezione s’intende la fuoriuscita di un soluto dal lume del tubulo verso l’esterno.

Struttura del filtro capillare

Il filtro che opera a livello nefronale altro non è che costituito dalle pareti dei capillari glomerulari. Nei capillari glomerulari sono presenti dei pori che ostacolano il passaggio di macromolecole e fanno passare solo piccole molecole. Nella superficie più esterna del capillare troviamo uno strato di “pedicelli” (membrana porosa). Tale strato è formato da cellule chiamate podociti e rappresenta lo strato viscerale della capsula di Bowman.

Segue una membrana basale formata da collagene e proteoglicani (carica negativa) che è una barriera efficace al passaggio delle proteine plasmatiche. Lo strato più interno del filtro è l’endotelio capillare fenestrato tappezzato da cariche negative fisse, che ostacolano anch’esse il passaggio proteico.