Fisiologia e biofisica - apparato urinario ( parte 2)

Il trasporto del glucosio nel rene

Per quanto riguarda il glucosio, poiché esiste un numero limitato di molecole trasportatrici, questo sistema si può saturare, se la concentrazione di glucosio (il numero di molecole di glucosio) è superiore alla capacità di questo sistema trasportatore, di riprendere il glucosio dal liquido tubulare, di portarlo all'interno della cellula e poi nel liquido interstiziale. Quando viene superata questa capacità (di trasporto massimo di glucosio), ne consegue la presenza di glucosio nelle urine.

Soffermiamoci, adesso, su tre concetti: di carico filtrato, di trasporto massimo di glucosio e di soglia renale per il glucosio.

Il carico filtrato è appunto la quantità che attraversa la membrana glomerulare nell'unità di tempo. Per il glucosio, in media, è di circa 125mg al minuto. Viene calcolato moltiplicando quella che è la velocità di filtrazione glomerulare (VFG) per...

la concentrazione di glucosio nel plasma, perché il glucosio attraversa la membrana glomerulare completamente. Quindi, facendo 125 ml al minuto, per 1 mg su ml, avrete 125 mg al minuto. Questo è la più alta quantità di glucosio che attraversa in condizioni normali, in media, la membrana glomerulare.

Carico Filtrato = 125 mg/min

Carico Filtato = VFG x [glucosio] = 125 ml/min x 1mg/ml = 125mg/min

Il sistema di trasporto per il glucosio viene saturato quando il carico filtrato è (in media) di 375 mg al minuto nel maschio e di 300 mg al minuto nella femmina (vi è una differenza tra maschio e femmina).

Trasporto max glucosio = 375mg/min (maschio) / 300mg/min (femmina)

Questo rappresenta il carico filtrato massimo, che satura completamente questo sistema di trasporto per il glucosio. Però, già quando il carico tubulare supera i 220mg al minuto, piccole quantità di glucosio compaiono nell'urina. Questo da che cosa dipende? Dipende dal fatto che il sistema.

Il trasporto per il glucosio non si satura, in tutti i tubuli, con lo stesso carico di glucosio (c'è quello che si satura prima, e quello che si satura dopo). Quindi già a 220mg compare il glucosio nelle urine. La soglia renale per il glucosio è quella concentrazione di glucosio plasmatico, alla quale il glucosio comincia a comparire nell'urina. La soglia teorica, tenendo conto del trasporto massimo di glucosio, è di 300mg per dl. Invece, la soglia effettiva è di 200mg per dl nel sangue arterioso e 180mg per dl nel sangue venoso (dl = 100ml).

Soglia teorica = 300mg/dl

Soglia effettiva = 200mg/dl (sangue arterioso) 180mg/dl (sangue venoso)

Abbiamo visto, che il trasporto del glucosio avviene grazie ad una molecola (proteina di membrana) che co-trasporta (insieme ad uno ione sodio) solo il glucosio. Ovviamente c'è un numero determinato di queste molecole nel nefrone, che si trovano al livello del tubulo prossimale. Quando la concentrazione

di glucosio nel plasma è di 100mg per 100ml, queste molecole co-trasportatrici riescono a prendere tutto il glucosio e a sottrarlo dal lume tubulare. Quindi dal tubulo prossimale viene riassorbito tutto il glucosio, che è filtrato e nelle urine non ritrovate glucosio. Però, se la concentrazione di glucosio nel sangue aumenta e, quindi, aumenta anche la quantità di glucosio che filtra in un minuto, queste proteine lavorano al massimo per trasportarlo, ma non ce la fanno. Di conseguenza il glucosio rimane nel lume tubulare e lo ritrovate nelle urine. La capacità di sottrarre glucosio dal lume tubulare da parte dei tubuli, non è uguale per tutti i tubuli (c’è chi si satura prima e chi si satura dopo). Quindi, se aumenta la quantità di glucosio che filtra nell’unità di tempo, parte scorre lungo il lume di alcuni nefroni, parte lungo il lume di altri nefroni, e se, ad esempio, alcuni nefroni hanno unasottrarre glucosio più bassa, non riescono a sottrarre tutto il glucosio filtrato, questo viene eliminato nelle urine. La presenza di glucosio nelle urine dipende dalla minore capacità di alcuni nefroni nel trasportare il glucosio e quindi sottrarlo dal liquido tubulare. Perciò, se rappresentiamo su un grafico sull'asse delle ascisse la concentrazione di glucosio plasmatico e sull'asse delle ordinate la quantità di glucosio filtrato nell'unità di tempo, si può osservare che inizialmente (quindi al di sotto di un carico tubulare di 220 mg al minuto) tutto il glucosio viene riassorbito e non viene eliminato nelle urine. Invece, una volta raggiunti i 220 mg al minuto, inizia a comparire glucosio nelle urine perché alcuni nefroni iniziano a saturarsi e non riescono a sottrarre tutto il glucosio filtrato. Quindi, poiché solo alcuni nefroni hanno una capacità più bassa di sottrarre glucosio, solo una parte del glucosio filtrato viene eliminato nelle urine.

assorbire glucosio più bassa, vengono saturati, lasciano sfuggire del glucosio che si ritrova, poi, nelle urine. Questo diagramma si riferisce al glucosio che viene secreto.

Quindi, inizia a comparire glucosio nelle urine quando il carico tubulare è di 220 mg/min. Poi, arriveremo ad un valore tale, che tutti i nefroni sono saturati nella loro capacità. Di conseguenza, aumentando la concentrazione di glucosio plasmatici, raggiungerete un valore massimo di assorbimento, mentre aumenta quello di glucosio che viene secreto. Cioè, se tutti i tubuli avessero uno stesso trasporto massimo, avveniva il riassorbimento totale del glucosio, finché non si raggiungeva questo trasporto tubulare massimo (trasporto max glucosio), e quindi si lo ritrovava nelle urine (tutto il glucosio non riassorbito). Ma poiché non tutti i tubuli si saturano

allo stesso livello di concentrazione di glucosio, ritroviamo il glucosio nelle urine anche prima di raggiungere il valore di trasporto massimo del glucosio. È fisso il numero di nefroni che si saturano? No, esistono valori medi nella popolazione. La quantità di glucosio che ritroviamo nelle urine dipende anche dalla velocità di filtrazione glomerulare. Nel senso che, se la velocità di filtrazione glomerulare è più bassa, il sistema ha a disposizione più tempo per sottrarre glucosio e la soglia renale sarà più alta. La soglia sarà più alta perché il carico tubulare dipende sia dalla concentrazione plasmatica che dalla velocità di filtrazione glomerulare. I valori mostrati sono valori medi. Infatti, se un soggetto ha una velocità di filtrazione più bassa, le molecole trasportatrici possono lavorare più a lungo su quel liquido, di conseguenza, in questo caso la soglia è più alta.

quella di un soggetto con velocità di filtrazione più elevata. Quelli che vi sto mostrando, come i valori che ritrovate sul testo, sono valori medi, ma possono esserci piccole oscillazioni da individuo ad individuo. Già nel tratto iniziale del tubulo prossimale si ha un assorbimento completo di glucosio e di amminoacidi e anche un marcato assorbimento dell'HCO3. Questi processi di co-trasporto sono molto intensi al livello del tubulo prossimale. Man mano che vengono sottratti soluti dal liquido tubulare, anche l'acqua segue questo passaggio, perché si crea per l'acqua un gradiente osmotico. Venendo sottratti i soluti, infatti, si riduce l'osmolarità nel liquido tubulare. Quindi, voi avrete il passaggio di acqua dalle zone con osmolarità più bassa a quelle con osmolarità più alta. I soluti vengono sottratti dal lume tubulare e portati all'interno della cellula, all'interno della cellula.

tende ad aumentare l'osmolarità, l'acqua segue questo gradiente osmotico e passa dal liquido tubulare all'interno delle cellule. Abbiamo detto che, al livello del tubulo prossimale, vengono sottratti il 60-70% dei soluti (sodio, glucosio, amminoacidi, potassio, cloro...), quindi viene, di conseguenza, sottratto anche il 60-70% d'acqua, che segue questo gradiente osmotico. Ci sono al livello del tubulo prossimale, nella membrana apicale l'acqua-porina 1 che permettono una più facile diffusione dell'acqua attraverso la membrana apicale delle cellule dei tubuli prossimali.

Il liquido tubulare, dal lume del tubulo prossimale, passa nell'ansa di Henle. L'ansa di Henle, che va in profondità nella membrana midollare, attraversa un interstizio della piramide che mostra un'osmolarità crescente, quindi, andando dalla parte superficiale verso l'apice della piramide. L'osmolarità (inizialmente è

Riportato un valore pari a 300) diviene, progressivamente pari a 1000-1200 milliosmoli per chilogrammo di acqua (mOsm/Kg). Quest'osmolarità crescente è importante per il processo di concentrazione delle urine. Dobbiamo tener conto che il braccio discendente dell'ansa di Henle è permeabile all'acqua (tratto sottile), mentre il braccio ascendente spesso e il braccio ascendente sottile sono impermeabili all'acqua. Quindi, man mano che il liquido discende nell'ansa discendente sottile, attraverserà un parenchima sempre più concentrato e perciò perde acqua. Il contenuto del liquido tubulare, in questo modo, diventa via via più concentrato. E nella risalita del liquido tubulare, anche se la parete è impermeabile all'acqua, la concentrazione si riduce. Perché avviene questa diluizione? Perché avvengono dei processi di trasporto (specialmente al livello del braccio ascendente spesso) di sodio.

insieme al cloro. Questo trasporto di ioni sodio, così come abbiamo visto per il tubulo prossimale, è mantenuto dall'attività della pompa sodio-potassio. Avete, quindi, che la pompa scaccia nel liquido interstiziale tre ioni sodio ed introduce due ioni potassio. Si crea, così, il gradiente elettrochimico per il sodio, ed il sodio viene portato all'interno da una proteina co-trasportatrice, che trasporta uno ione sodio, due ioni cloro ed uno ione potassio. Quindi, quando il liquido tubulare, ipertonico, risale il braccio ascendente spesso dell'ansa di Henle, la sua ipertonicità viene, progressivamente, ridotta, finché si raggiunge l'isotonicità, e poi l'ipotonicità, quando passa nel tubulo distale. Questo a causa del passaggio di soluti, non accompagnato dal passaggio di acqua (per l'impermeabilità di quel tratto all'acqua). Queste caratteristiche dell'ansa di Henle (essere permeabile)

all’acqua nel tratto discendente, impermeabileall’acqua nel tratto ascendente e il fenomeno di assorbimento di ioni sodio nel tubulo contorto distale.