Il sistema urinario

Il sistema urinario

I reni sono gli organi principalmente responsabili per il mantenimento della stabilità del volume del LEC, della composizione elettrolitica e dell’osmolarità. Regolando la quantità di acqua e diversi componenti plasmatici conservati per l’organismo sia eliminati con l’urina, i reni mantengono il bilancio di acqua ed elettroliti secondo limiti compatibili con la vita.

I reni regolano anche l’escrezione con l’urina dei costituenti del LEC per compensare le anormali perdite che possono verificarsi ad esempio in caso di eccessiva sudorazione o di vomito. Quando nel LEC si ha eccesso di H₂O o un particolare elettrolita come il sale, i reni possono eliminare questo eccesso con l’urina. In caso di carenza possono limitare la perdita attraverso l’urina della sostanza conservandola finché la persona è in grado di aumentarne l’assunzione.

Anche se una persona non assume H₂O, i reni devono eliminare mezzo litro di H₂O al giorno con l’urina per adempiere alla depurazione dell’organismo. Essi sono anche la via principale per l’eliminazione degli scarti metabolici potenzialmente tossici e sostanze estranee all’organismo che devono essere secreti in soluzione.

Funzioni specifiche dei reni

• Mantenimento dell’equilibrio idrico nell’organismo
• Mantenimento dell’appropriata osmolarità dei liquidi corporei, principalmente regolando il bilancio idrico
• Regolazione della quantità e concentrazione della maggior parte degli ioni del LEC inclusi sodio, cloro, potassio, calcio, ioni idrogeno, bicarbonato, fosfato, solfato e magnesio
• Mantenimento dell’appropriato volume plasmatico
• Collaborazione nel mantenimento dell’equilibrio acido-base appropriato dell’organismo, regolando l’escrezione urinaria di H⁺ e HCO₃^-
• Escrezione dei prodotti di scarto del metabolismo corporeo come l’urea dalle proteine, l’acido urico dagli acidi nucleici, la creatinina e la bilirubina
• Escrezione di molte sostanze estranee come farmaci e additivi alimentari
• Produzione di renina che dà il via ad una reazione a catena per la conservazione di sali da parte dei reni
• Produzione di eritropoietina, ormone che stimola la produzione di eritrociti
• Conservazione della vitamina D nella sua forma attiva

Il sistema urinario è composto dai reni e da strutture che trasportano l’urina dai reni all’esterno per l’eliminazione dell’organismo. I reni sono una coppia di organi a forma di fagiolo lunghi 10 cm posti dietro la cavità addominale e dai due lati della colonna vertebrale. Ogni rene è perfuso da un’arteria renale e una vena renale. I reni agiscono sul plasma che fluisce in essi per produrre urina trattenendo le sostanze che devono essere conservate nell’organismo ed eliminando nell’urina le sostanze indesiderate.

Formazione e trasporto dell'urina

Dopo che l’urina viene formata drena nella pelvi renale e poi incanalata nell’uretere (due ureteri che trasportano l’urina da ogni rene alla vescica urinaria). La vescica urinaria che immagazzina temporaneamente l’urina perché poi viene rimossa dalla vescica grazie alle contrazioni muscolari della stessa e trasportata all’esterno attraverso l’uretra.

Nefrone

Ogni rene ne ha circa un milione, sono microscopiche unità funzionali unite tra loro da tessuto connettivo. La disposizione dei nefroni nei reni dà origine ad una regione esterna detta corteccia renale ed una interna chiamata midollare renale, formata da triangoli striati detti piramidi renali. Ogni nefrone è costituito da una componente vascolare ed una tubulare.

Componente vascolare

La parte dominante della componente vascolare è il glomerulo, un gomitolo di capillari attraverso il quale parte di acqua e soluti viene filtrata durante il passaggio del sangue. Entrando nel rene l’arteria renale si suddivide fino a formare piccoli vasi detti arteriole afferenti che forniscono sangue al glomerulo. Il sangue arterioso entra nei capillari glomerulari dall’arteriola afferente e lascia il glomerulo tramite l’arteriola efferente. L’arteriola efferente si suddivide nei capillari peritubulari che sono importanti per gli scambi tra il sistema tubulare e il sangue durante la trasformazione del liquido filtrato in urina. Questi capillari si riuniscono per formare venule e alla fine drenano nella vena renale attraverso la quale il sangue lascia i reni.

Componente tubulare

La componente tubulare del nefrone è un tubo cavo pieno di liquido formato da un singolo strato di cellule epiteliali. Viene suddiviso in vari segmenti sulla base di differenze strutturali e funzionali nel suo decorso. Ha inizio con la capsula di Bowman, un invaginazione allargata con doppia parete che circonda il glomerulo per raccogliere il liquido filtrato dai capillari glomerulari. Dalla capsula di Bowman il liquido filtrato passa nel tubulo prossimale che giace completamente nella porzione corticale e che è molto contorto per la maggior parte del suo decorso.

Il segmento successivo è l’ansa di Henle con forma di U, il tratto discendente penetra dalla corticale alla midollare, poi il tratto ascendente risale in senso inverso fino alla corticale. Il tratto ascendente ritorna alla regione glomerulare del suo stesso nefrone. Sia le cellule tubulari che quelle vascolari sono specializzate a formare l’apparato juxtaglomerulare specializzato nella regolazione della funzione renale. Dopo l’apparato, si presenta il tubulo distale localizzato nella corticale, che si svuota nel dotto collettore che drena il liquido da più nefroni (fino a 8). Ogni dotto collettore si approfonda nella midollare per svuotare il liquido in esso contenuto ora convertito in urina nella pelvi renale.

I tre processi renali fondamentali

Filtrazione glomerulare

Man mano che il sangue fluisce nel glomerulo, un plasma privo di proteine filtra dai capillari glomerulari alla capsula di Bowman. Normalmente viene filtrato circa il 20% del plasma che entra nel glomerulo. Questo processo noto come filtrazione glomerulare è il primo passo nella formazione dell’urina. Di media vengono prodotti complessivamente da tutti i glomeruli circa 125 ml/min di filtrato corrispondenti a circa 180 l/die. I reni filtrano l’intero volume plasmatico circa 65 volte al giorno. I tubuli renali e capillari peritubulari sono intimamente connessi per tutta la loro lunghezza così da permettere il passaggio di sostanze dal liquido nei tubuli al sangue nei capillari peritubulari.

Riassorbimento tubulare

Mentre il filtrato fluisce nei tubuli, le sostanze importanti per l’organismo vengono riportate nel plasma dei capillari peritubulari. Questo movimento viene chiamato riassorbimento tubulare. Le sostanze riassorbite vengono riportate dai capillari peritubulari al sistema venoso e di qui al cuore per essere rimesse in circolo. Dei 180 litri di plasma filtrati al giorno in media 178,5 litri vengono riassorbiti mentre la parte restante rimane nei tubuli che passano nella pelvi renale per essere eliminati come urina. In generale, le sostanze che l’organismo ha la necessità di conservare vengono riassorbite selettivamente, mentre le sostanze indesiderate che devono essere eliminate rimangono nell’urina.

Secrezione tubulare

È il terzo processo, il trasferimento selettivo di sostanze dal sangue dei capillari peritubulari al lume tubulare. La secrezione tubulare costituisce la seconda via attraverso la quale le sostanze passano dal sangue ai tubuli renali. Solo il 20% circa del plasma che fluisce nei capillari glomerulari viene filtrato nella capsula di Bowman e il restante 80% fluisce attraverso l’arteriola efferente fino ai capillari peritubulari. La secrezione tubulare fornisce rapida eliminazione selettiva di sostanze dal plasma.

Escrezione d’urina

È l’eliminazione di sostanze dall’organismo nell’urina. È il risultato dei primi tre processi. Tutti i costituenti plasmatici filtrati o secreti non riassorbibili rimangono nei tubuli e passano nella pelvi renale per essere escreto come urina ed eliminati dall’organismo. La filtrazione glomerulare è un processo nel quale tutti i costituenti del sangue (H₂O, nutrienti, elettroliti) con eccezione delle cellule del sangue entrano nel lume tubulare. Circa il 20% del plasma filtrato a livello glomerulare, tutte le componenti ad eccezione delle proteine plasmatiche entrano nella capsula di Bowman.

Successivamente i processi tubulari agiscono sul filtrato per restituire al sangue un liquido che abbia le caratteristiche di composizione e di volume necessarie per mantenere costante l’ambiente liquido interno. Le sostanze filtrate indesiderate vengono lasciate nel liquido tubulare ed escrete come urina. Il sistema tubulare si occupa di preservare mediante il riassorbimento le sostanze filtrate che devono essere conservate per l’organismo tralasciando quelle che devono essere escrete. Inoltre alcune sostanze vengono anche secrete sul nastro trasportatore tubulare e così la quantità di queste sostanze che viene escreta nell’urina è maggiore di quella filtrata.

I reni trattano quindi ciascun costituente del plasma con una particolare combinazione di filtrazione, riassorbimento e secrezione. Agendo sul plasma con azione regolatoria ed escretoria, i reni mantengono l’ambiente liquido interstiziale appropriato per il miglior funzionamento cellulare.

Filtrazione glomerulare

Il liquido filtrato dal glomerulo nella capsula di Bowman deve attraversare tre strati che costituiscono la membrana glomerulare:

• La parete capillare glomerulare è costituita da un singolo strato di cellule endoteliali piatte permeabile con H₂O e soluti
• Membrana basale è uno strato gelatinoso privo di cellule interposto tra glomerulo e capsula di Bowman
• Lo strato interno della capsula costituito da podociti (cellule dotate di estroflessioni che circondano il gomitolo glomerulare). Gli stretti passaggi tra podociti adiacenti detti fessure di filtrazione costituiscono una via attraverso la quale il liquido che fuoriesce dai capillari glomerulari può entrare nel lume della capsula di Bowman

Nell’insieme questi strati costituiscono una sorta di setaccio molecolare che trattiene le cellule ematiche e le proteine plasmatiche e permette ad H₂O e soluti di filtrare. Il glomerulo è un gomitolo di capillari diverso dagli altri distretti: è più impermeabile e il bilancio delle forze attraverso la membrana glomerulare è tale che la filtrazione avviene per tutta la lunghezza del capillare.

La filtrazione glomerulare coinvolge 3 forze fisiche:

• La pressione sanguigna nei capillari glomerulari è la pressione idrostatica esercitata dal sangue nei capillari glomerulari. Dipende dalla contrazione cardiaca e dalla resistenza al flusso. Questa pressione sanguigna glomerulare elevata e non decrescente promuove la fuoriuscita di liquido dal glomerulo nella capsula di Bowman per tutta la lunghezza dei capillari ed è la principale forza che favorisce la filtrazione glomerulare.
• Mentre la pressione idrostatica nei capillari glomerulari favorisce la filtrazione, le altre due agiscono a cavallo della membrana glomerulare e si oppongono alla filtrazione.
• La pressione colloido-osmotica (oncotica) del plasma è causata da un ineguale distribuzione delle proteine plasmatiche ai due lati della membrana glomerulare. Si trovano nei capillari glomerulari ma non nella capsula di Bowman. Di conseguenza la concentrazione di H₂O è maggiore nella capsula di Bowman che nei capillari glomerulari. La risultante tendenza dell’H₂O a muoversi per osmosi lungo il proprio gradiente di concentrazione dalla capsula di Bowman al glomerulo si oppone alla filtrazione glomerulare.
• La pressione è maggiore perché più H₂O viene filtrata dal sangue glomerulare e quindi la concentrazione proteica plasmatica risulta maggiore che negli altri distretti.
• La pressione idrostatica nella capsula di Bowman cioè la pressione esercitata dal liquido in questo primo tratto è stimata intorno ai 15 mmHg. Questa pressione tende a spingere il liquido fuori dalla capsula di Bowman si oppone alla filtrazione di liquido dal glomerulo alla capsula di Bowman.

Velocità di filtrazione glomerulare

Circa il 20% del plasma che entra nel glomerulo viene filtrato grazie alla pressione netta di filtrazione di 10 mmHg arrivando a produrre insieme 180 l/die di filtrato glomerulare con una velocità di filtrazione glomerulare (VFG) media di 125 ml/min. Poiché la pressione netta di filtrazione alla base della filtrazione glomerulare è il risultato di uno squilibrio di forze fisiche opposte che si ha tra il plasma dei capillari glomerulari e il liquido nella capsula di Bowman, i cambiamenti che si verificano in ognuna di queste forze fisiche possono influenzare la VFG.

Influenze non regolate sulla VFG

La pressione oncotica del plasma e la pressione idrostatica nella capsula di Bowman non sono soggette a regolazione e in condizioni normali non variano molto. Esse possono variare in condizioni patologiche così da influenzare accidentalmente la VFG. Poiché la pressione oncotica plasmatica si oppone alla filtrazione, una diminuzione della concentrazione delle proteine plasmatiche induce aumento della VFG. Un’incontrollata diminuzione della concentrazione delle proteine plasmatiche potrebbe insorgere in un paziente con ustioni severe poiché perdono molti liquidi derivati dal plasma, mentre al contrario come nel caso di diarrea la VFG si riduce.

Modificazioni controllate della VFG

La pressione idrostatica nei capillari glomerulari può essere controllata per modificare la VFG a seconda delle necessità dell’organismo. Assumendo costanti tutti gli altri fattori, quando la pressione idrostatica nei capillari glomerulari aumenta, la pressione netta di filtrazione aumenta e la VFG cresce di conseguenza. La misura della pressione idrostatica nei capillari glomerulari dipende dalla portata del flusso sanguigno in ciascuno dei glomeruli determinata dalla resistenza offerta al flusso all’arteriola afferente, se aumenta meno sangue fluisce nel glomerulo e la VFG diminuisce.

Alterazioni controllate della VFG sono indotte dal sistema nervoso simpatico. Il controllo simpatico è finalizzato al controllo a lungo termine della pressione sanguigna arteriosa. Se diminuisce il volume plasmatico (es. emorragia) la conseguente diminuzione di pressione arteriosa viene rilevata dai barocettori arteriosi dei seni carotidei e aortici che innescano riflessi neurali per riportare la pressione a valori normali. Queste risposte riflesse sono coordinate dal centro di controllo cardiovascolare nel tronco encefalico.

Ruolo del riflesso barocettivo nel controllo estrinseco della VFG

La VFG si riduce in risposta ai riflessi barocettivi indotti da una diminuzione della pressione sanguigna. Durante questo processo si ha vasocostrizione indotta dal sistema simpatico come meccanismo compensatorio per aumentare la resistenza periferica totale. La conseguente diminuzione della VFG fa diminuire a sua volta il volume di urina. Altri meccanismi come l’incremento del riassorbimento tubulare di H₂O e sali e l’aumento della sensazione della sete contribuiscono al mantenimento a lungo termine della pressione arteriosa aiutando a ristabilire il volume di plasma nonostante la perdita subita.

Viceversa se la pressione sanguigna è elevata si innesca risposta opposta e si riduce per via riflessa l’azione di vasocostrizione, la pressione idrostatica capillare aumenta insieme alla VFG. Anche una riduzione del riassorbimento tubulare di acqua e Sali controllata per via ormonale contribuisce all’aumento del volume di urina che elimina l’eccesso di liquido dall’organismo.