Fisiologia generale - componenti del filtro glomerulare

Componenti del filtro glomerulare

Durante l’ultrafiltrazione del plasma dai capillari glomerulari allo spazio di Bowman, il filtrato passa attraverso tre strati: l’endotelio capillare, la membrana basale glomerulare e lo strato dei podociti. Tutte e tre queste strutture compongono il filtro glomerulare e partecipano al processo di ultrafiltrazione.

Endotelio capillare

Le cellule endoteliali dei capillari glomerulari contengono numerose fenestrazioni o pori di diametro di circa 50-100 nm, che sono sufficientemente grandi da permettere il passaggio di quasi tutti gli elementi acellulari del sangue; i pori occupano circa il 20% della superficie endoteliale. Negli individui adulti le fenestrazioni non mostrano diaframmi. Una caratteristica inusuale di questo endotelio è che la sua superficie luminale ha un rivestimento di cariche elettriche negative, di cui vedremo più avanti il significato funzionale.

Membrana basale glomerulare

La membrana basale glomerulare è molto più spessa (240-340 nm) delle altre membrane basali e sembra essere elaborata sia dalle cellule endoteliali capillari sia da podociti. Essa è costituita da collagene di tipo IV, da glicoproteine strutturali (fibronectina e laminina) e da proteoglicani ricchi in eparansolfato; gli interstizi di questa struttura sono occupati d’acqua. Osservata al microscopio elettronico a trasmissione, questa membrana è costituita da tre strati: una lamina rara interna adiacente all’endotelio, una lamina densa centrale e una lamina rara esterna in contatto con lo strato dei podociti. Entrambe le lamine rare sono caricate negativamente.

Strato dei podociti

È il foglietto viscerale della capsula del Bowman, composto da uno strato di cellule epiteliali specializzate: i podociti. Queste cellule avvolgono i capillari glomerulari ed hanno lunghe estensioni citoplasmatiche chiamate processi primari. I processi primari danno origine, a loro volta, a corti processi secondari conosciuti col nome di pedicelli. I pedicelli si interdigitano strettamente con i processi primari e sono direttamente applicati alla membrana basale glomerulare attraverso fini filamenti. Gli spazi tra le interdigitazioni, chiamati fessure di filtrazione, sono di larghezza uniforme e sono chiusi da un sottile diaframma eletrondenso spesso 4 nm. La superficie esterna dei podociti è rivestita da uno spesso glicocalice, struttura fortemente caricata negativamente, che si estende anche sulle fessure di filtrazione.

Ultrafiltrazione glomerulare

Come detto, il processo di ultrafiltrazione del plasma avviene nel glomerulo. L’ultrafiltrato che si forma (circa 180 litri al dì) passa dalla capsula del Bowman nei vari segmenti del tubulo, dove subisce una drastica riduzione di volume ed una modificazione di composizione. Il risultato di questa operazione è l’urina, il cui volume giornaliero (circa 1-1,5 litri) è solitamente inferiore all’1% dell’ultrafiltrato e contiene soluti in quantità assai diversa da questo.

Il processo di ultrafiltrazione glomerulare avviene, come in tutti i distretti capillari, tramite un "gioco di pressioni", cioè dal bilancio tra le forze che la favoriscono e quelle che la ostacolano. Prima di analizzare più da vicino queste forze e la dinamica dell’ultrafiltrazione, dobbiamo considerare alcuni parametri riguardanti la particolare irrorazione renale, le pressioni vigenti nel circolo renale stesso e la permeabilità selettiva del filtro glomerulare.

Flusso ematico renale

Nell’uomo medio di 70 Kg il flusso sanguigno attraverso ambedue i reni è di circa 1200 ml/minuto. L’aliquota della portata cardiaca attraverso l’emuntorio renale viene chiamata frazione renale. Poiché nell’adulto medio di 70 Kg e di sesso maschile la portata cardiaca è di circa 5600 ml/minuto, si può calcolare che la frazione renale normale è di circa il 21%. Essa può variare da un minimo del 12% ad un massimo del 30% nel soggetto normale a riposo.

La particolarità del flusso sanguigno attraverso il nefrone è legata al fatto che esso possiede un duplice letto capillare: 1) il glomerulo e 2) i capillari peritubulari. Il primo è alimentato dall’arteriola afferente; tra il glomerulo ed i capillari peritubulari è interposta l’arteriola efferente, che oppone una considerevole resistenza al flusso ematico. Ne consegue che quello dei capillari glomerulari è un letto capillare ad alta pressione, mentre quello dei capillari peritubulari è un letto a bassa pressione. A causa dell’elevata pressione vigente nei suoi capillari, il glomerulo funziona in modo assai simile a quello dell’estremo arteriolare dei capillari dei tessuti, determinando una continua filtrazione di liquido dal glomerulo alla capsula del Bowman. D’altra parte, il sistema dei capillari peritubulari, in virtù della sua bassa pressione, funziona allo stesso modo dell’estremo venulare dei capillari tessutali, richiamando continuamente liquido all’interno dei capillari.

Pressioni nel circolo renale

Nelle varie sezioni della circolazione renale vigono pressioni diverse. Inizialmente, a livello delle grosse arterie arciformi (rami collaterali delle arterie interlobari, a loro volta collaterali dell’arteria renale), la pressione è di circa 100 mmHg, mentre nelle vene, che alla fine convogliano il sangue refluo dai nefroni, è pari a circa 8 mmHg. Le due zone di maggior resistenza al flusso sanguigno sono: 1) le piccole arterie renali e l’arteriola afferente e 2) l’arteriola efferente. Nelle prime la pressione, da 100 mmHg dell’estremo iniziale, scende nel glomerulo a circa 60 mmHg. A livello dei capillari peritubulari la pressione scende ad un valore medio di 13 mmHg. Si può capire, allora, che il glomerulo operando ad una pressione di 60 mmHg, promuove una rapida filtrazione di liquido, mentre i capillari peritubulari lavorando a 13 mmHg, permettono un rapido assorbimento di liquido per effetto dell’elevata pressione osmotica del plasma.

Permeabilità del filtro glomerulare

L’ultrafiltrato glomerulare passa, come detto, attraverso tre differenti strati prima di entrare nella capsula del Bowman (endotelio capillare; membrana basale glomerulare e strato dei podociti); ciascuno di questi strati è notevolmente più poroso di una comune membrana capillare, il che rende ragione dell’enorme volume di filtrato glomerulare che si può formare al minuto. Nonostante il suo alto grado di permeabilità, il filtro glomerulare possiede una capacità selettiva estremamente elevata per quanto riguarda le dimensioni delle molecole di cui permette il passaggio.

In generale, la permeabilità del filtro per sostanze di differenti pesi molecolari (espressa dal rapporto tra la concentrazione della sostanza disciolta nel filtrato e la concentrazione plasmatica della medesima) è approssimativamente la seguente:

Questi valori ci indicano che con un peso molecolare di 5.200 la sostanza disciolta filtra tanto agevolmente.