Fisiologia - fisiologia renale

Lezione 1

RENE:'CENNI'ANATOMICI'

Colonna#del#BerLn#

Piramide#

Rapida occhiata all’anatomia renale. Questa è una sezione sagittale del rene: l’interno de parenchima

renale non è omogeneo. Abbiamo questi “coni” con la punta che guarda verso l’ilo del rene: sono le piramidi

renali. Al di fuori delle piramidi renali, prima della capsula, abbiamo la zona della corticale. Tra una

piramide e l’altra ci sono le colonne del Bertin. Ciascuna piramide ha la punta del cono che viene abbracciata

da un calice: è la via di deflusso dell’urina, che poi si continua nella pelvi e nell’uretere. Tutto quello che

viene filtrato dal plasma per arrivare al calice si chiama “pre-urina”: una situazione intermedia tra la

concentrazione del plasma privato dalle proteine e quella che filtra all’interno del sistemi dei tubuli (urina

definitiva).

Il rene è un’interfaccia tra il sistema tubulare che poi si continua con le vie urinifere e il sistema

vascolare: in tutte le parti del parenchima renale c’è una costante interfaccia tra vasi e tubuli. È un sistema

che scambia in maniera passiva e attiva.

Il peso del rene è piuttosto limitato: 150 g ciascun rene, quindi meno dello 0,5% del peso corporeo. Il

flusso ematico renale è un 1/4 della GS: al rene arriva un’enorme quantità di sangue, una circolazione

funzionale. La funzione del rene infatti si basa sulla filtrazione di grandi quantità di plasma e sulla

manipolazione in quest’interfaccia tubulo-vascolare del contenuto della pre-urina. Grande parte di questa

portata renale ha dunque un significato funzionale, non nutritivo.

RETE'VASCOLARE'RENALE'

Peso#≈#150#g#(<#0.5%#peso#corporeo)#

#FER##≈#25%#GC#

ARTERIA#RENALE#

ARTERIE#SEGMENTALI##ART.#CORTEX#CORTICIS#

ARTERIE#INTERLOBARI#

ARTERIE#ARCUATE##VASA#RECTA#

ARTERIE#INTERLOBULARI#

ARTERIOLE#AFFERENTI#

GLOMERULI#ARTERIOSI#

ARTERIOLE#EFFERENTI#/#VASA#RECTA#SPURIA#

Questa è la sequenza dei vasi renali. La circolazione renale è una circolazione molto specializzata,

quindi è diversa da ogni altro tessuto dell’organismo. Si parte dall’arteria renale, da cui dipartono arterie

interlobari che scorrono fino ad arrivare ai vari lobi del rene. Una volta che sono risalite fino al confine

cortico-midollare (midollare: piramidi; corticale: il resto) le arterie scorrono orizzontalmente aripetto alle basi

delle piramidi e si chiamano arterie arcutate. Dalle arterie arcuate si staccano vasi che si approfondiscono

nelle piramidi (vasi retti) e altri che vanno in corticale (arterie interlobulari arteriole).

→

DUE'LETTI'CAPILLARI'IN'

SERIE'

1.#CAPILLARI#

GLOMERULARI#ad#alta#

pressione#(FILTRAZIONE);#

2.#CAPILLARI#

PERITUBULARI#a#bassa#

pressione##

(RIASSORBIMENTO)#

Il#livello#pressorio#di#

alimentazione#del#sistema#

è#regolato#dal#calibro#

dell’ARTERIOLA#

AFFERENTE.#

I#2#comparLmenL#sono#

separaL#dall’ARTERIOLA#

EFFERENTE,#il#cui#stato#di#

contrazione#regola#

l’equilibrio#

idrostaLco#tra#filtrazione#

e#riassorbimento#di#

liquidi.#

Guardiamo la circolazione a più alto ingrandimento. Qui siamo al confine tra la midollare e la

corticale: in rosso c’è un’arteria arcutata, che demarca il confine tra la base della piramide e la corticale.

Vediamo i vasi retti staccarsi verso il basso: hanno un caratteristico andamento a forcina e si

approfondiscono nelle piramidi fin quasi all’apice; dalla parte opposta si staccano le arterie interlobulari, che

si portano in alto fino alla capsula esterna. Nella salita staccano arteriole afferenti, che portano il sangue al

glomerulo renale. Il glomerulo è la sede della filtrazione. Dal glomerulo esce l’arteriola efferente, da cui si

origina una rete capillare che accompagnerà i tubuli nel loro decorso.

Nella circolazione renale ho due reti capillari poste in serie: una prima rete è quella del glomerulo

(l’arteriola afferente quando forma il glomerulo genera dei capillari che confluiscono dando origine

all’arteriola efferente), la seconda è la rete capillare che accompagnerà i tubuli (arteriola efferente →

metarteriola rete peritubulare). La prima rete è chiamata rete mirabilis arteriosa: una circolazione di

→

capillari tra due arteriole. La seconda rete capillare è una classica rete capillare.

I capillari glomerulari sono ad alta pressione, dal momento che sono interposti tra due arteriole: se

ricordiamo il diagramma della pressione sanguigna nei confronti delle varie tipologie di vasi (arterie,

arteriole, capillari, venule, vene), nella zona delle arteriole la pressione è più elevata rispetto ai capillari.

Avendo i capillari una pressione notevolmente più alta della norma, avremo solo filtrazione. La rete di

capillari secondaria, che si forma a valle del glomerulo (capillari veri), è una rete a pressione particolarmente

bassa. La rete capillare di prima ci ha fatto dissipare energia, quindi abbiamo un calo di pressione rispetto ai

capillari normali. Questo è un aspetto positivo: in base all’ipotesi di Starling degli scambi capillari questa

seconda rete capillari è deputata esclusivamente al riassorbimento. Se nei capillari sistemici lo stesso

capillare prima filtra e poi assorbe, nel rene le due funzioni avvengono in due distretti separati e distinti: il

distretto glomerulare (filtrazione) e il distretto peritubulare (riassorbimento). Il rene inizialmente filtra tutto

(secrezione di massa, aspecifica), quindi riassorbe le sostanze utili lungo il tubulo (ed eventualmente secerne

ulteriori sostanze dannose: lavoro sulle singole molecole).

Il livello pressorio di alimentazione del sistema chiaramente è regolato dal calibro dell’arteriola

afferente, che essendo arteriola è piena di fibre muscolari lisce e quindi può regolare in maniera molto

dinamica il suo calibro. I due compartimenti (la rete capillare arteriosa del glomerulo e la rete capillare vera

peritubulare) sono separate dall’arteriola efferente. Nel circolo sistemico abbiamo una sola sede di

regolazione (c’è solo un’arteriola!), qui invece abbiamo due livelli di arteriole, che possono essere controllate

singolarmente; tra le due abbiamo il glomerulo, a valle della seconda abbiamo la rete capillare. Il livello

pressorio di questi due compartimenti può essere molto ben regolato dallo stato di contrazione selettivo

dell’arteriola afferente ed efferente: si tratta quindi di un sistema idraluico più complesso rispetto alla

circolazione sistemica. CONSUMO'DI'OSSIGENO'DEL'RENE'

L’alto#flusso#emaLco#

renale#origina#dalla#

necessità#di#filtrare#molte#

L’alto#flusso#emaLco#

volte#al#giorno#il#plasma.#

renale#origina#dalla#

necessità#di#filtrare#molte#

volte#al#giorno#il#plasma.#

Gran#parte#del#consumo#

di#O #renale#è#dedicata#a#

Gran#parte#del#consumo#

2

sostenere#i#meccanismi#

di#O #renale#è#dedicata#a#

2

sostenere#i#meccanismi#

aavi#di#trasporto#

aavi#di#trasporto#

tubulare#

tubulare#

PRESSIONE'E'RESISTENZA'NEL'LETTO'VASCOLARE'RENALE'

PRESSIONE'E'RESISTENZA'NEL'LETTO'VASCOLARE'RENALE'

Per quanto il rene abbia un metabolismo molto attivo, la maggior parte del sanuge che vi giunge non

ha significato trofico. La richiesta energetica del rene (misurata come consumo di ossigeno) è direttamente

proporzionale all’entità di riassorbimento del sodio. Di tutte le molecole che il rene maneggia, il sodio è

determinante nel consumo di ossigeno. Il riassorbimento di Na⁺ gioca un ruolo centrale nella funzione del

rene e tutti i meccanismi di trasporto renali sono collegati al riassorbimento del Na⁺: in effetti anche

riassorbire un altro composto sfrutta il riassorbimento o il gradiente del Na⁺.

IL'NEFRONE'

IL'NEFRONE' VIE#

NEFRONI# VIE# URINIFERE#

NEFRONI# URINIFERE#

NUMERO#E#LAVORO#GIORNALIERO#

NUMERO#E#LAVORO#GIORNALIERO#

OPERANO#SU#VOLUME#PLASMATICO#

OPERANO#SU#VOLUME#PLASMATICO#

OPERANO#IN#PARALLELO#

OPERANO#IN#PARALLELO#

COMPOSTI#DA#PARTE'VASCOLARE'E#PARTE'TUBULARE'

COMPOSTI#DA#PARTE'VASCOLARE'E#PARTE'TUBULARE'

Il nefrone è l’unità funzionale del rene. Il rene è fondamentalmente un’interfaccia continua tra sitema

vascolare e tubulare: nel nefrone i due sistemi si interfacciano. Guardiamo l’immagine in alto: il nefrone è

interposto tra arteria e vena renale, e da questo tramite originano le vie urinifere. Nel nefrone abbiamo

un’alimentazione da parte del sangue arterioso, parte del plasma passa nella via urinifera e il resto torna al

sistema venoso, che confluirà nella vena renale.

Nel rene ci sono più di un milione di nefroni. Partendo dal glomerulo, incontriamo il tubulo contorto

prox, l’ansa di Henle, il tubulo contorto distale e il dotto collettore. C’è sempre un contatto tra sistema

vascolare e tubulare: ogni parte del tubulo è accompagnato da un vaso sanguigno; l’accoppiamento inizia

nel glomerulo e continua fino alla papilla. I nefroni sono unità che funzionano in serie, non in parallelo: ogni

nefrone svolge il suo compito fino alla fine, e una convergenza tra più unità è presente solo a livello di dotto

collettore.

La regione tubulare del nefrone non è identica lungo il suo decorso, a testimonianza di una funzione

diversa svolta nelle varie parti. In ogni caso si tratta sempre di un monostrato di cellule epiteliali su

membrana basale: in certi punti sono alte, con orletto a spazzola e mitocondri (trasporto atitvo intenso), in

altri punto sono piatte con pochi mitocondri (parte sottile ansa di Henle: trasporti passivi). Quando parliamo

di tratto spesso e sottile ci riferiamo all’altezza delle cellule che tappezzano il tubulo.

COMPOSIZIONE'DEL'NEFRONE'

COMPOSIZIONE'DEL'NEFRONE'

Nomenclatura delle varie parti del nefrone. Per chiarezza la parte tubulare e vascolare sono separate,

ma sono in realtà sono assolutamente sovrapposte.

La parte vascolare è semplice: arteriola afferente, glomerulo arterioso e arteriola efferente. L’arteriola

efferente può generare due tipi di vasi: la rete capillare peritubulare o i vasi retti spuri (sono

morfologicamente identici a quelli che si generano a partire dalle arterie arcuate).

Passiamo alla parte tubulare. La capsula di Bowman corrisponde al glomerulo arterioso: è un fondo

cieco del tubulo che si adatta sul glomerulo arterioso ed accoglie il filtrato del plasma che avviene a livello

dei capillari glomerulari. Dalla capsula di Bowman, che rappresenta l’inizio del tubulo, entriamo nel tubulo

controrto prox (TCP), diviso in tre porzioni: prox, media, dist (la divisione indica che avvengno trasporti

diversi). Dopo il tubulo prossimale entriamo nell’ansa di Henle, che è di lunghezza variabile (alcune

arrivano quasi fino alla papilla, altre di fermano a metà strada della piramide). Tutte le anse sono

caratterizzate da una sottile parte discendente, un tratto sottile ascendente e infine un tratto spesso

ascendente. Al tratto spesso ascendente fa seguito il tubulo contorto distale, che si continua nel dotto

collettore. È un canale che parte dalla parte più esterna della corticale ed attraversa tutto il parenchima fino a

raggiungere la papilla; passa attraverso tre regioni: dotto collettore corticale, dotto collettore midollare (per

ragioni fisiologiche distinguiamo in midollare esterno ed interno).

La cellula tubulare è l’esemplificazione dell’interfaccia: da un lato guarda il lume del tubulo con la

pre-urina, dall’altro è a contatto con la membrana basale, quindi l’interstizio e i capillari peritubulari. Quindi

sono le cellule del tubulo le vere interfacce. Sono cellule polarizzate: la membrana che guarda al tubulo e

quella che guarda l’interstizio sono profondamente diverse tra loro. La membrana che guarda il tubulo è

detta apicale o luminale, l’altra verso i capillari è detta basolaterale: sono diverse perchè la composizione di

canali e trasportatori è diversa. Dopo i neuroni, le cellule del tubulo renale sono le cellule più polarizzate

dell’organismo.

Nella figura in alto c’è il glomerulo renale. La parte vascolare è costituita, come abbiamo detto,

dall’arteriola afferente, che si sfiocca in capillari glomerulari, che convergono nell’arteriola efferente.

Entrambe le arteriole sono ricche di fibre muscolari: variandone il tono, vario il flusso e la pressione

intracapillare. I capillari sono ricoperti dalle cellule del foglietto viscerale della capsula di Bowman; il

foglietto parietale delimita la capsula esteriormente. La capsula si continua nel tubulo prox.

È chiara quindi la sequenza degli eventi: l’alta pressione presente nei capillari determina filtrazione

del plasma, come vedremo la barriera esercitata da questi capillari non fa passare le proteine plasmatiche

(sono capillari fenestrati, che fanno passare piccoli peptidi e molto liquido, ma non le proteine plasmatiche).

Nella capsula del Bowman accumulo un filtrato di plasma privato di proteine (preurina); se ne formano 180

litri al giorno.

Il tubulo contorto distale del nefrone ritrova il glomerulo e forma un complesso “tubulo-glomerulare”.

Questo complesso è molto importante per due ragioni:

1) in questa zona di contatto si forma l’apparato iuxta glomerulare, in cui avviene un controllo della

pressione arteriosa e la secrezione di renina;

2) funzionalmente è un modo per il nefrone di fare un controllo di qualità: il nefrone filtra plasma, poi

la preurina arriva al tubulo distale: qui controlliamo il Na⁺. Se il controllo di qualità mi dice che c’è stata

poca o troppa filtrazione, il sistema adatta direttamente la quantità di filtrazione del glomerulo.

TIPI'DI'NEFRONI'

# # # #CORTICALI' 'JUXTAMIDOLLARI'

Frequenza' ' '7 ' ' ' ' '1'

TIPI'DI'NEFRONI'

Glomerulo' 'corGcale ' 'giunzionale'

# # # #CORTICALI' 'JUXTAMIDOLLARI'

Frequenza' ' '7 ' ' ' ' '1'

AH' ' ' 'breve ' ' 'lunga'

Glomerulo' 'corGcale ' 'giunzionale'

AH' ' ' 'breve ' ' 'lunga'

Vasa'Recta' 'assenG' ' 'presenG'

Vasa'Recta' 'assenG' ' 'presenG'

AE'(Φ)' ' '<'AA ' ' '>'AA'

AE'(Φ)' ' '<'AA ' ' '>'AA'

Rete'Peritub. 'Ricca ' ' 'modesta'

' ##

Rete'Peritub. 'Ricca ' ' 'modesta'

' ## La maggioranza dei nefroni umani (in altri animali il rapporto è diverso) sono nefroni corticali,

specializzati nei trasporti. Il glomerulo si trova nella parte esterna della corticale, i tubuli contorti prox sono

molto sviluppati e l’ansa di Henle è poco sviluppata. La minoranza è rappresentata da nefroni iuxta-

midollari. Il glomerulo è in prossimità della midollare (ma sempre nella corticale...!!), il tubulo contorto

prossimale è poco sviluppato e viceversa l’ansa di Henle è molto sviluppata: a volte arriva in prossimità

dell’apice della piramide. La prima famiglia di nefroni è in grado di trasportare soluti, ma non di concentrare

le urine; la seconda famiglia è in grado di regolare la quantità di urine (concentrazione e diluzione delle

urine). I vasi retti retti sono assenti nelle anse abortive, presenti nelle lunghe anse. Nei nefroni in cui si forma

solo rete peritubulare il calibro dell’arteriola efferente è minore di quello dell’arteriola afferente; nei nefroni

iuxta-midollari l’arteriola efferente oltre alla rete peritubulare deve anche generare i vasi retti spuri, che

seguono il decorso dell’ansa di Henle, e quinid il calibro è maggiore di quello dell’arteirola afferente. La rete

peritubulare, soprattutto dei tubuli contorti, è ricca nel caso dei primi nefroni e più scarsa nei secondi.

L’uomo ha un rapporto di 7:1 tra i due tipi di nefroni, e infatti ha una modesta capacità di concentrare

le urine: questo si traduce in una limitata sopravvivenza in ambienti con poca acqua, come il deserto. Il rene

infatti non può azzerare il volume di urina perché è obbligato ad eliminare dei sali: l’unica via di

eliminazione dei sali è l’emuntorio renale. La pressione osmotica dei liquidi altrimenti crescerebbe. Il rene

ogni giorno sulla base della nostra alimentazione deve eliminare una certa quantità di soluti, e visto che non

li può eliminare solidi li deve eliminare in acqua e qui viene il volume minimo necessario per eliminare

questi soluti. Cioè in altre parole l’uomo può raggiungere al massimo 1400 milliosmoli /litro (5 volte

PROCESSI(RENALI(DI(BASE(

osmolarità del plasma). Il rene riesce a fare un lavoro osmotico tale che riesce ad eliminare un certo carico di

soluti in un volume 5 volte minore rispetto al rapporto che c’è nel plasma. Però questo se ho gravi restrizioni

idriche può non essere sufficiente: questo è quello intendo dicendo che l’uomo ha capacità di concentrazione

FILTRAZIONE(GLOMERULARE! !GLOMERULO!= !!

delle urine abbastanza limitate. Il ratto del deserto ha il 100% di nefroni iuxta-midollari: concentra le urine a

tal punto da limitare le perdite di acqua al minimo: può sopravvivere per tempi lughissimi solo con l’acqua

RIASSORBIMENTO(TUBULARE ( !UNITA’!

del metabolismo aerobio.

SECREZ