Appunti di fisiologia: sistema urinario/renale

TUBULO PROSSIMALE

Nel primo tratto del tubulo, sul versante luminale è presente un antiporto

Na+/H+ e un simporto Na+/glucosio ,nella membrana basolaterale è

presente invece una pompa Na+/K+ e un scambiatore anionico

HCO3-/Cl-. Il passaggio degli H+ scambiati con il sodio e l’uscita di HCO3-

dalla membrana basolaterale verso i capillari è fondamentale per la

regolazione del pH; il rapporto H+/HCO3- influenza il pH. Il bicarbonato

entra nella cellula tubulare come anidride carbonica; esso si combina nel

fluido tubulare con gli H+ portati fuori dall’antiporto Na+/H+ e dà acido

carbonico che si scinde velocemente in Co2 ed H2o. Dentro la cellula

tubulare l’anidride carbonica va incontro all’azione dell’anidrasi.

Il glucosio una volta entrato nella cellula tubulare attraverso il simporto col

sodio, passa la membrana basolaterale e viene riassorbito a livello capillare

tramite i GLUT4. Quindi in questo primo tratto vengono riassorbiti

sodio,bicardonato e glucosio.

Nel secondo tratto del tubulo contorto prossimale, nella zona luminale

abbiamo il solito antiporto che porta dentro Na+ e fa uscire H+; esso

funziona in maniera coordinata con un altro antiporto, che porta invece

dentro Cl- scambiati con altri anioni. In membrana basolaterale troviamo un

sinporto che serve per riassorbire K+ e Cl- e c’è sempre una pompa

Na+/K+. L’NaCl è capace di passare negli spazi tra le cellule secondo

gradiente (via paracellulare).

Nei primi tratti del tubulo prossimale riassorbiamo quasi il 70% di soluti,

quindi più ci allontaniamo dal glomerulo più la concentrazione di soluti nel

liquido tubulare diminuisce.

Le proteine filtrate nel glomerulo sono riassorbite a livello del tubulo contorto

prossimale; per questo motivo le urine sono prive di proteine. Il meccanismo

però è facilmente saturabile e se la quantità di proteine aumenta, si verifica la

proteinuria , tipica malattia renale che comporta la compromissione della

barriera glomerulare. Ogni giorno la quantità di proteina filtrate è 7,2g.

La secrezione di ioni inorganici da parte del tubulo contorto prossimale

,limita l’esposizione dell’organismo a sostanze tossiche. Molti anioni e cationi

organici sono prodotti terminali del metabolismo che devono essere escreti.

Per gli anioni organici (farmaci ,urati,acidi biliari…) , la secrezione nel lume

tubulare è mediata da un trasporto attivo terziario:

1) la pompa NA+/K+ genera il gradiente di sodio che alimenta il

cotrasporto NA+/alfa KG (alfa acido chetoglutarato,anione dell’acido

chetoglutarico) sul lato basolaterale.

2) il gradiente di alfa KG alimenta un antiporto con un anione organico che

carica anioni dall’interstizio (lato basolaterale) alla cellula.

3) gli anioni lasciano la cellula per diffusione facilitata attraverso proteine

canali e vengono secreti nel lume tubulare

La secrezione di cationi è invece alimentata sul lato luminale del tubulo da

un antiporto con idrogenioni (H+) a propria volta estrusi dallo scambiatore

Na+/ H+.

ANSA DI HENLE

L’ Ansa di Henle funziona generando un gradiente osmotico; constatiamo

produzione di urina con osmolarità diversa da quella del plasma.

La prima parte (branca discendente sottile) è permeabile all’acqua ma non

ai soluti, (secrezione e assorbimento di soluti non possibile) ;in questo tratto

viene riassorbita circa il 15% dell’acqua.

La seconda parte (branca ascendente sottile e spessa) non è permeabile

all’acqua e tramite dei trasporti permette il passaggio dei soluti con

conseguente possibilità di assorbimento secrezione (secrezione possibile come

quella dell’NaCl ). Questo ci fa dedurre che se nella prima parte i soluti non

possono uscire ,il gradiente osmotico del liquido tubulare aumenta. All’apice

dell’ansa ho il massimo del gradiente osmotico che può essere raggiunto

nel nefrone (massima concentrazione di soluti nel fluido tubulare).

La branca discendente genera il gradiente osmotico che verrà poi sfruttato

da quella ascendente in base alle necessità del nefrone di assorbire.

Come risultato finale l’urina che esce dall’ansa sarà ipotonica.

Nella porzione spessa della branca ascendente dell’ansa troviamo il

cotrasportatore Na+/K+/2Cl- (NKCC) che porta al riassorbimento degli

elettroliti stessi.

K+ e Cl- ,una volta entrati, escono dalla cellula verso il liquido peritubulare

secondo gradiente elettrochimico grazie a determinati canali passivi.

Il funzionamento di questo importante cotrasportatore è sempre mediato

dall’attività della pompa sodio potassio in membrana basolaterale. Il sodio

oltre che essere assorbito tramite il suddetto cotrasportare (NKCC),entra

anche tramite l’antiporto Na+/H+ situato sul versante luminale.

Da non dimenticare è l’esistenza di una retrodiffusione di potassio dalla

cellulala tubulare al lume; in questo modo si crea un potenziale

intratubulare positivo che permette il trasporto per via paracellulare di

Na+,K+,Ca2+ e Mg2+.

TUBULO CONTORTO DISTALE

Nel tubulo contorto distale, dove avvengono fenomeni di riassorbimento poco

marcati (siamo quasi alla fine del processo della produzione di urina), troviamo

3 tipi di cellule epiteliali che mediano diverse funzioni.

Il primo tipo sono fondamentali per l’assorbimento di NaCl; utilizzano un

cotrasporto Na+/Cl- sul lato luminale e in membrana basolaterale un

canale specifico per il Cl- oltre alla solita pompa sodio potassio.

Gli altri due tipi di cellule epiteliali sono dette cellule principali e cellule

intercalari; le prime sono importanti per l’effetto che hanno sul volume

plasmatico visto che regolano il riassorbimento di sodio e conseguentemente

la secrezione di potassio, le seconde mediano il controllo del pH visto che

regolano la secrezione di H+.

Nello speficico le cellule principali presentano dei canali particolari passivi

(Enac) attraverso i quali il Na+ viene riassorbito. Il peptide natriuretico

atriale e l’aldosterone sono in grado di modificare l’espressione di questi

canali. Riassorbendo/trattenendo Na+ (riporto il sodio dal lume tubulare nella

cellula) si riassorbe per osmosi anche acqua perchè questa segue i soluti dove

può. Sappiamo che il rene può decidere quanta acqua deve essere persa al

giorno (regolazione del volume dei liquidi corporei). In base alle esigenze

dell’organismo il rene va ad agire su i suddetti canali decidendo se riassorbire

più Na+ (e quindi anche acqua) per aumentare la volemia o espellere più sodio

(e anche acqua) per diminuire la volemia. Quando abbiamo pressione

arteriosa alta ,conseguentemente siamo interessati da ipervolemia, e il rene

per questo decide di eliminare più acqua. Quando abbiamo pressione arteriosa

bassa, conseguentemente siamo interessati da ipovolemia, e il rene per questo

decide di trattenere più acqua .

L’aldosterone, prodotto a livello della zona glomerulare della corticale del

surrene, è il mediatore che agendo sulle cellule principali alza la volemia. Esso

entra nel nucleo (fenomeno di modulazione della trascrizione genica) e

stimola la trascrizione genica dei canali EnaC. Questi canali verrano quindi

esposti a livello membrana luminale dove il sodio verrà più assorbito e meno

eliminato con le urine. Questo fenomeno avviene,di solito, se siamo interessati

da ipovolemia.

Se invece ci troviamo nella situazione opposta, cioè ipervolemia, non vi è

bisogno di assorbire molto sodio. Il peptide natriuretico atriale è il

mediatore endogeno che agendo a livello delle cellule principali inibisce

l’espressione genica per il canale ENaC. Il peptide tramite una via che

coinvolge la guanilato-ciclasi aumenta i livelli intracellulari di GMPc e inibisce

l’attività del canale. Quindi viene assorbito meno sodio e di più ne viene

eliminato con le urine insieme all’acqua. (l’ingresso del sodio in cellula è

mediato da sistemi di trasporto o scambio in tutto il tubulo, mentre solo nelle

cellule principali del tubulo contorto distale il sodio entra attraverso uno

speficico canale, il canale epiteliale del sodio o EnaC).

Il peptide natriuretico atriale viene liberato in risposta a una dilatazione della

muscolatura atriale provocato da un aumento di pressione arteriosa

(ipervolemia). Esiste un recettore che all’aumentare del volume atriale si

attiva e stimola il rilascio del peptide, che in virtù del meccanismo appena

descritto (aumentare l’escrezione di sodio e acqua), riporta il volume ematico

al valore ottimale fisiologico.

Il canale per il sodio Enac è bersaglio di farmaci diuretici risparmiatori di

potassio come l’amirolide, visto che il sodio riassorbito viene scambiato col

potassio (secreto); essi bloccano il suddetto canale e stimolano la rimozione di

acqua attraverso i tubuli nefronali.

Le cellule intercalari possono (per la maggiore) riassorbire o secernere

potassio (in base alle situazioni di acidosi/alcalosi) e secernono ioni

idrogeno. La secrezione di ioni idrogeno, derivante dall'azione dell'anidrasi

carbonica, si accompagna a riassorbimento di sodio e bicarbonato (che

entra nella cellula come co2), all’eliminazione di acidi deboli e sali di

ammonio e avviene per trasporto

attivo mediante una pompa H+

ATPasi che è determinante per la

regolazione del pH delle urine. Per

ciascun ione idrogeno secreto

viene riassorbito uno ione

bicarbonato dalla membrana

basolaterale delle cellule del

tubulo.

La secrezione di H+ a questo

livello è diversa da quella del

tubulo prossimale:

-Tubulo prox: serve per

riassorbire bicarbonato che è stato

liberamente filtrato e che non

serve per tamponare acidi o

protoni introdotti con la dieta e

prodotti con il metabolismo

-Tubulo distale: l’eliminazione di H+ e la loro interazione con sali di sodio o di

ammoniaca, comporta l’eliminazione netta di protoni

Poiché la produzione di protoni da secernere si accompagna alla produzione di

bicarbonato (a partire da acqua ed anidride carbonica) questo processo è molto

importante per rigenerare il bicarbonato che è stato utilizzato nel resto

dell’organismo per tamponare l’eccesso di protoni .

DOTTO COLLETTORE

In questa sezione nefronale i principali sistemi di trasporto sono le

acquaporine (su cui può agire ADH), che regolano la permeabilità all’acqua

del dotto e l’osmoticità finale dell’urina, e il trasportatore dell’urea, che ne

restituisce grandi quantità all’interstizio midollare (lato basolaterale)

contribuendo ad aumentarne l’osmoticità.

Controllo dell’osmolarita’ e del volume dei liquidi corporei

Gr