Riassunto Fisiologia umana e fisiopatologia

Scienze biologiche: fisiologia umana

I reni

I reni sono i principali organi escretori, deputati quindi, tra le altre funzioni (regolazione della funzione sanguigna, controllando il riassorbimento d’acqua e, quindi, la volemia, funzione endocrina con la produzione dell’ormone renina ad opera delle cellule granulari dell’apparato iuxtaglomerulare, regolazione dell’osmolarità dei liquidi interni grazie al riassorbimento e secrezione che avvengono lungo il tubulo nefronico), all’eliminazione dei rifiuti azotati, quali urea, acido urico, creatinina, ione ammonio.

Tutti questi sono prodotti dalla degradazione degli aminoacidi, sottoposti ad un turnover rapido (ogni giorno vengono degradati alcuni chili di proteine che poi verranno ricostituite) che avviene a livello del fegato, principale sede del metabolismo proteico (il fegato riceve il sangue dall’aorta addominale e anche, mediante il sistema portale epatico, dall’apparato digerente).

I reni sono organi pari, localizzati retroperitonealmente all’altezza dell’addome. L’unità funzionale è il nefrone, che consta di una componente glomerulare (a. afferente, letto capillare, a. efferente → rete mirabile, che si continua con i capillari peritubulari che si sviluppano circondando il tubulo e si continuano poi in una venula → vena → vena renale) e di una componente tubulare (capsula di Bowman che circonda il glomerulo capillare, t. c. prossimale, ansa di Henle, t. c. distale, dotto collettore che raggiunge gli acinetti renali, da qui gli ureteri che portano l’urina alla vescica, dove viene accumulata fino al momento della minzione, poi l’urina imbocca l’uretra chiusa da due sfinteri).

Processi a livello del tubulo nefronico

A livello del tubulo nefronico avvengono diversi processi: filtrazione (l’80% del sangue che attraversa il glomerulo resta nei vasi, il 20% viene filtrato), riassorbimento (può essere controllato ormonalmente o può avvenire spontaneamente per osmosi o per trasporto attivo, il 99% di ciò che è filtrato viene poi riassorbito), secrezione (alcune sostanze possono essere escrete, come avviene per il K⁺ in caso di iperkalemia o per gli H⁺ nel caso in cui il pH sanguigno sia più basso rispetto al set point).

Al termine di questi processi, l’ultrafiltrato (urina) dall’osmoralità variabile (a seconda delle necessità dell’organismo verrà assorbita più o meno acqua a livello del dotto collettore, di conseguenza l’urina potrà essere più o meno concentrata, 50 – 1200 mOsm) verrà escreto all’esterno.

Meccanismo di minzione

Il meccanismo di minzione è controllato da recettori di stiramento presenti a livello della parete della vescica. Quando questa si riempie, i recettori hanno dei canali meccanosensibili che si aprono e fanno entrare il calcio: si avrà il rilascio di neurotrasmettitore che determinerà la produzione di un segnale indirizzato verso il SNC. Qui lo stimolo verrà analizzato e integrato e avremo due diverse risposte: una mediata dal SNA parasimpatico (scarica sulle cellule muscolari della vescica, determinando un aumento di pressione che farà aprire lo sfintere interno liscio involontario) e una mediata da motoneuroni (scaricano tonicamente sullo sfintere striato esterno per mantenerlo contratto; quando la vescica si riempie la scarica tonica si interrompe e lo sfintere si rilassa con la minzione).

Filtrazione al glomerulo renale

Il processo di filtrazione avviene esclusivamente a livello del glomerulo renale: la pressione di filtrazione è pari a 10 mmHg ed è determinata da diverse forze (55 mmHg → P idrostatica dovuta alla spinta del sangue, impressa dal cuore e 30 mmHg → P osmotica o oncotica dovuta alla permanenza a livello ematico delle proteine del sangue che determinano una pressione che si oppone alla filtrazione, - 15 mmHg → P idrostatica che le pareti della capsula, essendo un sistema chiuso, oppongono alla filtrazione).

Quel 20% di plasma che viene filtrato deve attraversare 3 barriere: endotelio fenestrato (i pori sono carichi negativamente e hanno dimensioni ben precise, questi due fattori sommati fanno si che le proteine restino a livello dei vasi), lamina basale (anch’essa è carica negativamente, quindi funziona da filtro elettrostatico) e epitelio della capsula (questo, che avvolge i piccoli vasi capillari, è formato da cellule particolari: i podociti; questi presentano delle protusioni, i pedicelli, che avvolgono i capillari andando a formare una maglia le cui aperture corrispondono alle fenestrature dell’endotelio; si aggiungono anche le cellule mesangiali, che possono contrarsi per via della presenza di actina, controllando quindi la filtrazione, e hanno inoltre un ruolo di sostegno e nella risposta immunitaria).

Velocità di filtrazione glomerulare

La velocità di filtrazione glomerulare (180 l/g) varia in funzione di alcuni parametri, come la pressione arteriosa (c’è un meccanismo di autoregolazione che fa si che per valori di pressione compresi tra 80 e 180 mmHg la Vfg non aumenti linearmente ma si mantenga costante, questo è per impedire che la membrana di filtrazione si danneggi), il flusso sanguigno renale (aumenta il flusso, aumenta la pressione idrostatica che determina il passaggio del plasma verso il tubulo e aumenta così la Vfg) e l’area – permeabilità della membrana di filtrazione.

Vi sono alcuni meccanismi locali che sono deputati al controllo della Vfg: risposta miogena e feedback tubulo-glomerulare. La risposta miogena consiste nella variazione del diametro di una delle due arteriole del glomerulo (o di quella afferente se il flusso renale aumenta, o di quella efferente se il flusso diminuisce) per via della presenza di canali meccanosensibili che si aprono in situazione di stiramento determinando un flusso di Ca²⁺. Il calcio che entra nella cellula determina la contrazione muscolare del muscolo vasale, il d cala e con esso calano anche il flusso renale, la pressione idrostatica all’interno del glomerulo e di conseguenza cala anche la Vfg. Questo avviene in caso di ipertensione. Se ci troviamo, invece, in una persona ipotesa (con la pressione arteriosa bassa), il flusso renale cala. Per compensare il ridotto afflusso glomerulare (e quindi la ridotta pressione di filtrazione), si vasocostringe l’arteriola efferente: la Pi aumenta e con essa anche la velocità di filtrazione.

Il feedback tubulo-glomerulare è invece pilotato dall’apparato iuxtaglomerulare (a. aff + a. eff + tratto ascendente dell’ansa di Henle): il punto di contatto tra le arteriole e l’ansa, a livello dell’epitelio tubulare, vede la presenza di alcune cellule modificate che vanno a formare la macula densa. Queste cellule riescono a monitorare le variazioni della pressione arteriosa valutando il riassorbimento di sodio (nel tratto ascendente dell’ansa, dopo che l’acqua è stata riassorbita dal sangue nel tratto discendente, avviene il riassorbimento di ioni ad opera del canale NKCC sulla membrana luminale, a livello del LI il riassorbimento è mediato da altri canali, tra cui, per il sodio, interviene la pompa NaK).

Se cala il riassorbimento di sodio, le cellule della macula lo percepiscono e rilasciano un fattore paracrino che raggiungerà le cellule dei granuli (chiamate così perché al loro interno contengono renina all’interno di vescicole) e stimolerà ad esocitare la renina. Questo ormone viene rilasciato nel sangue e convertirà l’angiotensinogeno (zimogeno) in ANG I. A questo punto intervengono gli enzimi ACE, prodotti dalle cellule endoteliali: questi sono in grado di convertire ANG I in ANG II, un potente vaso costrittore. A questo punto, ANG II andrà a costringere l’arteriola efferente per compensare l’abbassamento della pressione arteriosa con un aumento della Pi interna al glomerulo (in questo modo aumenta la Vfg).

L’ANG II ha un’azione a ventaglio su tutto l’organismo: stimola l’ipotalamo a secernere VSP (per assorbire più acqua con le AQP2 che vengono aggiunte a livello della membrana luminale nel dotto collettore), induce la sete (così l’individuo beve per riportare la volemia al “giusto livello”), stimola la secrezione ad opera delle surrenali di aldosterone (questo ormone ha la capacità di rendere più efficiente l’attività della pompa NaK, aumentando la velocità di riassorbimento di sodio e stimolando l’eliminazione di potassio; questo ormone è rilasciato anche in caso di iperkalemia), e stimola l’azione simpatica (vasocostrizione recettori alfa, vasodilatazione cardiaca recettori beta1) e riduce quella parasimpatica.

La pressione arteriosa può anche aumentare: in questo caso a livello del cuore sono presenti meccanorecettori atriali che su stiramento rilasciano natriuretici (ANP e BNP). Questi hanno azione opposta, ovvero stimoleranno l’azione parasimpatica mediata da Ach, ridurranno la produzione di VSP (ipotalamo), inibiranno il sistema renina-ANG-aldosterone e aumenteranno la velocità di filtrazione glomerulare.

Riassorbimento lungo il tubulo

Dopo la filtrazione, lungo tutto il tubulo avviene il riassorbimento di ioni e acqua (per osmosi). Il riassorbimento avviene per trasporto attivo a livello della membrana basale (quella che affaccia sul LI). Il primo ad essere riassorbito è il sodio: questo a livello apicale ha un gradiente a lui favorevole e, per questo, viene sfruttato da altre sostanze (quali il glucosio, trasportatore SGLT) per entrare in trasporto attivo II. A livello della membrana basale, invece, il riassorbimento di sodio avviene con consumo di ATP mediante la pompa NaK.

Dopo aver riassorbito il sodio (per via para- e trans-cellulare), avremo un gradiente elettrochimico per il riassorbimento di anioni, che si sposteranno verso il LI. A questo punto, l’acqua seguirà questo spostamento di sostanze per osmosi. Al termine di tutti questi processi, altri ioni (urea, K⁺, ecc) avranno un gradiente osmotico favorevole per rientrare in circolo. L’ordine è quindi Na → anioni → H₂O → altri ioni.

Questo è ciò che avviene a livello del t. c. prossimale, in cui l’ultrafiltrato conserva una condizione di isosmolarità rispetto al sangue (300 mOsm). A livello dell’ansa di Henle la cosa cambia per via della diversa natura dell’epitelio tubulare nei due tratti dell’ansa: nell’ansa discendente l’epitelio è permeabile solo all’acqua, in quella ascendente è permeabile solo agli ioni. Qui, secondo il sistema controcorrente (il più efficiente, che ci permette di assorbire le sostanze nel migliore dei modi), distinguiamo due diverse situazioni.

Il tratto discendente dell’ansa è a contatto con il tratto ascendente del vasa recta dei capillari peritubulari: l’ansa va inoltrandosi nella midollare del rene (più concentrata) e, nel punto di raccordo, l’ultrafiltrato arriva ad avere un’osmolarità pari a 1200 mOsm. Il tratto ascendente vasale è molto concentrato (perché ha acquisito gli ioni che sono stati riassorbiti lungo l’ansa ascendente di Henle) e, per questo, strappa l’acqua presente nel lume dell’ansa; questo tratto, strappa anche acqua al tratto discendente del vasa recta stesso (il segmento dell’ansa ascendente con una data osmolarità strappa acqua dal segmento dell’ansa discendente che presenta una osmolarità maggiore).

Nel tratto ascendente dell’ansa di Henle, l’ultrafiltrato, molto concentrato perché l’acqua è stata riassorbita, verrà privato degli ioni, riassorbiti per mezzo di NKCC e poi di altri trasportatori. Questi ioni, secondo gradiente, raggiungeranno il sangue del tratto discendente, che si concentrerà. Al termine dell’ansa, l’ultrafiltrato è meno concentrato del sangue stesso (100 mOsm).

Arriviamo a questo punto al t. c. distale e al dotto collettore: qui il riassorbimento è mediato da ormoni quali aldosterone (per il riassorbimento di sodio e la secrezione di K⁺) e ADH/VSP (per il riassorbimento d’acqua). VSP viene prodotto dall’ipotalamo quando la pressione arteriosa è bassa (è direttamente proporzionale alla volemia: se cala il volume di sangue, cala anche la pressione e il nostro organismo si organizza per ripristinare i set point → i reni sono riserve d’acqua) e poi rilasciato in circolo dalla neuroipofisi (ipofisi posteriore, un prolungamento del t. nervoso). VSP tramite il sangue (neurormone) raggiunge i reni e si lega alle cellule del dotto collettore. Qui si innesca una risposta mediata dall’aumento del cAMP intracellulare che determinerà l’esocitosi di vescicole sulla cui membrana vi sono dei canali per l’acqua, le AQP2. Una volta esocitate, le AQP2 si troveranno sulla membrana luminale e permetteranno un maggior riassorbimento d’acqua. La quantità di VSP rilasciata in circolo segue dei ritmi circadiani ben precisi: aumenta durante il giorno e diminuisce di notte, a seconda delle nostre necessità.

Il riassorbimento è mediato da trasportatori che, se presenti in numero limitato, possono raggiungere saturazione: nel caso in cui tutte le proteine canale siano legate dal loro ligando, la velocità di riassorbimento sarà massima e qualsivoglia eccesso verrà escreto con l’urina (clearance renale).

Secrezione lungo il tubulo

Nel corso del tubulo, oltre a filtrazione e riassorbimento, avviene secrezione. Alcune sostanze sono attivamente secrete a livello del lume, un esempio è il potassio. In condizioni di iperkalemia (molto pericoloso perché il potassio è lo ione responsabile della ripolarizzazione delle cellule pacemaker: se ce n’è troppo in circolo c’è il rischio che la situazione di iperpolarizzazione del potenziale di membrana sia prolungata, determinando un rallentamento del battito cardiaco), l’aldosterone prodotto dalle surrenali determinerà un aumento della secrezione di K⁺ per riportare le sue concentrazioni ematiche entro il set point.

Anche per i protoni esiste un meccanismo simile: se la concentrazione di H⁺ a livello ematico raggiunge livelli pericolosi (tipo in caso di ipossia), verrà stimolata la loro secrezione a livello del tubulo renale in antiporto con il sodio (che invece viene riassorbito).

Clearance renale

La clearance renale è un parametro che ci permette di valutare l’efficienza di filtrazione glomerulare e la Vfg: misura la quantità di volume che viene completamente liberata da una data sostanza nell’unità di tempo (ovvero, viene misurata la velocità di scomparsa di X dal sangue). A livello clinico, si può misurare la Vfg usando la creatinina, una sostanza regolarmente presente a livello del sangue (a differenza dell’inulina, che normalmente non c’è nel nostro organismo) che viene perfettamente filtrata e non viene né assorbita né secreta lungo il tubulo. In questo caso, la Vfg è uguale alla clearance renale: per misurarla basta raccogliere le urine di una giornata intera, misurarne la concentrazione in creatinina e dividere il tutto per la concentrazione di creatinina plasmatica.

La clearance del glucosio, in condizioni normali, è 0 ml/min. Questo è dovuto al fatto che tutto il glucosio presente a livello dell’ultrafiltrato, nel corso del t. c. prossimale, attraverso SGLT, viene riassorbito attivamente. Se, però, il glucosio è presente in eccesso (condizione patologica, diabete, l’insulina, che sarebbe l’ormone ipoglicemizzante, non mantiene le concentrazioni ematiche entro i valori di set point), la clearance sarà diversa da 0: in questo caso i trasportatori (presenti in numero limitato e, di conseguenza, soggetti a saturazione) non saranno sufficienti a riassorbire tutto il glucosio che si verrà a trovare, in parte, nelle urine (glicouremia).

Questo avviene quando la concentrazione ematica di glucosio supera i 300 mg/100ml di plasma (è la soglia renale): prima di questo valore la velocità di escrezione del glucosio è pari a 0 (tutto riassorbito), poi comincerà ad aumentare linearmente (al contrario, la velocità di riassorbimento aumenterà linearmente fino al raggiungimento di questo valore soglia, poi si mantiene costante → velocità massima, saturazione).

Apparato tegumentario

La cute è la barriera che separa il nostro organismo dall’ambiente esterno e ha molte funzioni:

• Protezione da patogeni (cellule del Langheraans che espongono antigeni e migrano a livello dei linfonodi per innescare la risposta immunitaria)
• Protezione da raggi UV (melanosomi ceduti da melanociti a cheratinociti che si dispongono a cappuccio per proteggere il nucleo e il DNA da eventuali mutazioni)
• Organo di senso (per la presenza di terminazioni nervose libere a livello del derma che captano T e dolore e di strutture corpuscolari che funzionano da organi per il tatto, quali corpuscoli del Pacini, Merkel a livello dello strato basale dell’epidermide, ecc.)
• Termoregolazione (il pannicolo adiposo presente a livello dell’ipoderma, tra le altre funzioni, oltre a funzionare da deposito di grassi e a ridurre l’attrito della cute con gli strati sottostanti, svolge il ruolo di isolante termico; inoltre le ghiandole sudoripare controllano la temperatura della cute mediante la sudorazione; le melanine assorbono raggi UV per fotoproteggere le cellule e trasformano l’energia luminosa in energia termica, cominciando a disperdere calore)
• Vitamina D (il precursore di questa vitamina è il colesterolo e viene trasformato in presenza di raggi UV; questa vitamina controlla il riassorbimento di calcio nell’intestino e, in caso di carenza, si hanno ripercussioni anche a livello dell’apparato scheletrico)
• Escrezione (le ghiandole sudoripare apocrine ed eccrine, anche se in piccole quantità rispetto ai reni, eliminano rifiuti azotati e ioni come l’urea)

La cute è formata da epidermide, derma e ipoderma. L’epidermide è lo strato più superficiale della cute ed è formato da diversi strati.