Briciole di Medicina (4° Puntata) – Il Rene

I reni sono organi escretori dei vertebrati. Insieme alle vie urinarie costituiscono l'apparato urinario, che filtra dal sangue i prodotti di scarto del metabolismo e li espelle tramite l'urina. Il settore della medicina che studia i reni e le loro malattie è chiamato nefrologia. Il loro compito principale è quello di assicurare ogni giorno, per mezzo delle loro unità funzionali, i nefroni, una costante depurazione dei circa 400 litri di sangue che, circolando, pervengono loro dalle arterie renali, sangue che poi, liberato di materiali di scarto e di liquidi in eccesso, passa nelle vene renali. I reni non hanno solo il compito, tramite i nefroni, di eliminare i prodotti finali del catabolismo azotato e i prodotti tossici che vi giungono, nonché di regolare il volume del liquido extracellulare e quindi il contenuto idrico dell'organismo e poi di regolare il pH ematico tramite riassorbimento e produzione di bicarbonato HCO3; hanno anche importanti funzioni endocrine, secernendo diversi ormoni ad azione sistemica (quali renina, eritropoietina, calcitriolo).

Negli esseri umani i reni sono situati nella regione posteriore superiore dell'addome, ai lati della colonna vertebrale, nelle fosse lombari, esternamente al peritoneo (organi retroperitoneali) che tappezza la cavità addominale. Nell'uomo adulto ciascun rene pesa in media 150 g, nella donna adulta 135 g. La lunghezza media è 12 cm, la larghezza 6,5 cm e lo spessore 3 cm. Nel rene si distinguono una faccia anteriore convessa, una faccia posteriore pianeggiante, un polo superiore arrotondato, un polo inferiore più appuntito, un margine laterale convesso e un margine mediale. Quest'ultimo presenta una profonda fessura verticale lunga 3-4 cm, detta ilo renale, che immette in una cavità scavata all'interno del rene, seno renale, in cui sono accolti i calici minori e maggiori della pelvi renale, le diramazioni dell'arteria renale, le radici della vena renale, vasi linfatici e nervi.
Le pareti del seno renale sono irregolari per la presenza di sporgenze, le papille renali, corrispondenti all'apice delle piramidi renali del Malpighi, le cui basi sono rivolte verso la zona corticale; fra le papille renali si insinua la corticale con le colonne renali del Bertin. All'esame di una sezione frontale del rene si distinguono perciò due zone: una profonda, detta midollare, costituita dalle piramidi disposte con apice rivolto verso la pelvi renale, e una superficiale, detta corticale.

Ecograficamente è possibile individuare macroscopicamente due strati: isoecogeno il parenchima, esternamente, e al centro la zona vascolo-collettore iperecogena. Per abitudine si usa indicare il primo come corticale e la seconda come midollare, venendo in realtà a produrre sia un errore concettuale che tecnico: non solo, cioè, la "midollare ecografica" non corrisponde alla reale midollare anatomica renale, ma oltretutto la midollare anatomica è ecograficamente visibile come immagini rotondeggianti ipoecogene all'interno della corticale isoecogena. Si tratta degli apici delle piramidi midollari visti in sezione tra le colonne corticali.
I due reni, ciascuno dei quali è avvolto dalla capsula adiposa, sono contenuti in una loggia costituita dallo sdoppiamento di una fascia connettivale (fascia renale). Fra la capsula adiposa e la superficie del rene si trova una sottile membrana connettivale che riveste l'organo (capsula fibrosa).

I reni necessitano di un apporto ematico e pertanto presentano una ricca vascolarizzazione. Per ogni gettata cardiaca, circa il 20% del sangue fluisce attraverso questi organi; da ciò risulta che nei reni circolano in media 1.100 ml di sangue al minuto. Ciascun rene riceve, direttamente dall'aorta addominale, una grossa arteria renale del calibro di 5-7 mm. In corrispondenza dell'ilo di ciascun rene l'arteria renale si divide, generalmente, in due rami,che si trovano davanti e dietro la pelvi renale, e sono chiamati rispettivamente ramo prepielico e retropielico. Dal ramo prepielico nasce l'arteria polare inferiore, mentre quella polare superiore origina direttamente dal tronco principale che penetrano nel seno renale. Prima di dare l'arteria interlobare il ramo posteriore fornisce un'arteria segmentale posteriore; il ramo anteriore fornisce 4 arterie segmentali: apicale, superiore, media, inferiore. Nel seno renale questi rami si dividono ulteriormente e penetrano nelle colonne renali con il nome di arterie interlobari che, dopo essersi biforcate, risalgono fin verso la base delle piramidi renali, dove si ramificano (arterie arcuate). Dalle arterie arcuate originano le arterie interlobulari e le arterie rette vere. Le arterie interlobulari si dirigono verso la periferia del rene, dove si risolvono in ramuscoli destinati all'irrorazione della capsula fibrosa e di quella adiposa. Le arterie interlobulari danno origine (di solito direttamente, ma talvolta attraverso brevi arteriole intralobulari) ad arteriole collaterali, dette arteriole afferenti, che vanno a costituire i glomeruli dei corpuscoli renali circostanti. Da questi ultimi emergono le arteriole efferenti, che in parte si risolvono in una rete capillare ed in parte si portano verso la midollare con il nome di arterie rette spurie. Le arterie rette vere si distaccano dalla concavità delle arterie arcuate e si portano nelle piramidi renali formando reti capillari peritubulari.
La circolazione venosa ripete abbastanza fedelmente quella arteriosa. Dall'ilo fuoriesce la vena renale, accanto all'arteria omonima, e sbocca nella vena cava inferiore.
Nel suo complesso il circolo renale sviluppa circa 160 chilometri di lunghezza. I linfatici del rene formano una ricca rete superficiale ed una perivascolare profonda. Essi confluiscono in collettori che terminano nei linfonodi pre- e para-aortici.
I nervi si dispongono a formare un plesso renale che si distribuisce ai nefroni ed alle diramazioni dei vasi renali.

I reni sono costituiti dal parenchima e dallo stroma. Il parenchima è formato da un insieme di unità elementari, i nefroni, che hanno la funzione uropoietica, e da un sistema di dotti escretori, i quali convogliano l'urina verso l'apice delle piramidi renali e provvedono anche a modificarne la composizione. Lo stroma, di natura connettivale, contiene i vasi sanguigni e linfatici e le terminazioni nervose del plesso renale. I nefroni sono contenuti prevalentemente nella corticale, mentre lo stroma è più abbondante nella midollare dei dotti escretori. I corpuscoli renali hanno l'aspetto di corpiccioli sferoidali del diametro di 150-250 micron. Nei corpuscoli renali si distinguono un polo vascolare ed un polo urinario, disposti alle estremità opposte.
L'arteriola afferente penetra nel corpuscolo a livello del polo vascolare e si risolve subito in una rete di capillari convoluti (glomerulo) che, al termine del loro percorso, si riuniscono nell'arteriola efferente, la quale, attraverso il polo vascolare stesso, abbandona il corpuscolo. Questa struttura, cioè una rete capillare interposta tra due arteriole, prende il nome di rete mirabile arteriosa.
Il tubulo renale ha inizio in corrispondenza del polo urinario. Qui il foglietto esterno della capsula glomerulare continua con la parete del tubulo renale e lo spazio capsulare continua con il lume del tubulo stesso; in tal modo l'ultrafiltrato glomerulare, raccoltosi inizialmente nello spazio capsulare, viene convogliato verso il tubulo renale. Il tubulo renale ha la funzione di modificare l'ultrafiltrato glomerulare (urina primaria), trasformandolo nell'urina definitiva, grazie alle peculiari proprietà assorbenti e secernenti delle cellule epiteliali che lo delimitano.

Il rene è principalmente un organo escretore, ma svolge anche altre funzioni:
• regola l'equilibrio idrico ed elettrolitico nei liquidi corporei regolando la concentrazione di Na+, K+, Cl-, HCO3-, PO4---, Ca++, glucosio, aminoacidi, acido urico, urea, mediante integrazione tra processi di filtrazione, riassorbimento, secrezione ed escrezione a livello del nefrone;
• partecipa al mantenimento dell'equilibrio acido base (controllo del pH ematico) agendo sul riassorbimento di HCO3- e sulla secrezione di H+;
• partecipa alla regolazione del volume dei liquidi corporei mediante meccanismi che permettono il recupero e l'eliminazione di acqua (clearance dell'acqua libera) con conseguente escrezione di un'urina che, a seconda delle esigenze dell'equilibrio idrico ed elettrolitico, può essere ipertonica, isotonica o ipotonica (cioè avente una concentrazione di soluti maggiore, uguale o minore rispetto a quella del sangue);
• svolge importanti funzioni endocrine mediante la secrezione di renina, eritropoietina, prostaglandine e la sintesi, a partire dalla vitamina D, di 1,25-diidrossicolecalciferolo, necessario per la regolazione ed il trasporto del calcio. La renina svolge un importante ruolo nel controllo della pressione sanguigna agendo nel Sistema renina-angiotensina-aldosterone, l'eritropoietina è un ormone indispensabile per la formazione e la maturazione dei globuli rossi nel processo detto eritropoiesi, mentre gli effetti fisiologici delle prostaglandine sono molti e svariati e si esercitano a diversi livelli;
• partecipa al metabolismo dei carboidrati poiché é una sede della gluconeogenesi.

Le caratteristiche metaboliche del rene variano in base alla porzione che andiamo a considerare. La porzione corticale, ricca di mitocondri, presenta un accentuato metabolismo ossidativo: β-ossidazione degli acidi grassi (principalmente dell'acido palmitico), gluconeogenesi (a partire da acido lattico e da aminoacidi gluconeogenici) e chetogenesi (anche se in misura minore rispetto al fegato). La porzione midollare, povera di mitocondri, presenta soltanto la glicolisi, rigorosamente anaerobica.

I reni sono avvolti dal più denso tessuto adiposo dell'organismo. Esso generalmente non viene usato come risorsa energetica ma ha la funzione di mantenere il situ i reni. In caso di dimagramenti eccessivi o gravi stadi di anoressia, tuttavia questa adipe viene gradualmente a mancare provocando lo spostamento verso il basso dei reni: ptosi renale

Dato questo doveroso preambolo, ecco a voi un po’ di parametri fisiologici di sicura utilità per tutti gli studenti che stiano studiando le caratteristiche di questo complesso organo:

Peso Rene => 150 gr ciascuno (300 gr complessivi)
Flusso ematico => 1200 millilitri/minuto (può arrivare a 2 litri/min quando vasodilatato)
Consumo di Ossigeno => 15 millilitri/minuto
Differenza Aterofvenosa di Ossigeno => 1,5 millilitri/100ml di sangue
Percentuale di gittata cardiaca ricevuta => 22%
Percentuale di Consumo Ossigeno => 6%
Flusso ematico Corticale => 92% (da 4 a 6 millilitri al minuto per grammo)
Flusso ematico Midollare esterno => 7% (circa 1 millilitro al minuto per grammo)
Flusso ematico midollare interno => 1% (circa 0,2 millilitri al minuto per grammo)
Diametro pori endoteliari => da 40 a 90 nanometri
Diametro pori Podociti => da 5 a 8 millimetri
Diametro pori fisiologici della membrana filtrante => da 5 a 7,5 nanometri
Peso molecolare delle molecole che possono attraversare => 5500 Dalton
Numero di nefroni => 1 milione per rene
Superficie filtrante complessiva => 1,5 metri quadrati
Superficie glomerulare complessiva (barriera più tubuli) => 5 metri quadrati
Lunghezza media del tubulo renale => 3,5 centimetri
Lunghezza totale dei tubuli in un organismo => circa 70 chilometri

Formula per il calcolo della VFG => Kf*[Pe-(Πe+Pc)]
VFG valore fisiologico nell’uomo => 125±15 millilitri/minuto
VFG valore fisiologico nella donna => 110±15 millilitri/minuto
Volume di acqua riassorbito => 100 ml/min in diuresi, 115,5 ml/min in idropenia
Volume di acqua escreta => 16 ml/min in diuresi, 0,5 ml/min in idropenia
Coefficiente di ultrafiltrazione Kf => da 6 a 12 millilitri/minuto*mmHg
Coefficiente di ultrafiltrazione Kf (riferita alla superficie capillare) => da 8 a 16 millilitri/minuto*mmHg*m2 di superficie
Formula del carico filtrato rispetto al carico tubulare => Ux*V = VFG*Px ± Tx

Legge di Fick => F (ml/min) = Qx / PAx - PVx dove X=sostanza che appare o scompare
Flusso Plasmatico Renale => FPR = Upai * V / PApai – PVpai
Flusso Plasmatico Renale efficace => FPRE = Upai * V / PApai = Cleareance del PAI
Flusso plasmatico renale totale => FPRT = FPRE / 0,9
Flusso ematico renale => FER=FPRT * (1/1-Ematocrito)
Frazione renale => FER / Gittata Cardiaca = 1300/5400 = 0,25 (25% della gittata)
Frazione di filtrazione => FF = VFG/FPRE = Cinulina / Cpai = 0,19 (il 19% del plasma)

Quantità di ultrafiltrato giornaliero => 160 litri
Quantità di urina prodotta => 1,5 litri
Peso Specifico delle urine => da 1002 a 1035
Composizione urine in grammi nelle 24 ore – Urea => 24
Composizione urine in grammi nelle 24 ore – Creatinina e Amminoacidi => 1,6
Composizione urine in grammi nelle 24 ore – Solfato totale => 1
Composizione urine in grammi nelle 24 ore – Ammoniaca => 0,6
Composizione urine in grammi nelle 24 ore – Acido Urico => 0,6
Composizione urine in grammi nelle 24 ore – Acido P-Amminoippurico => 0,6
Composizione urine in grammi nelle 24 ore – Acido citrico => 0,3
Composizione urine in grammi nelle 24 ore – Albumina => 0,1
Composizione urine in grammi nelle 24 ore – Sodio => 5 (da 5 a 200 mEq/L)
Composizione urine in grammi nelle 24 ore – Potassio => 2,5
Composizione urine in grammi nelle 24 ore – Cloro => 7
Composizione urine in grammi nelle 24 ore – Fosfato => 1
Composizione urine in grammi nelle 24 ore – Calcio => 0,2
Composizione urine in grammi nelle 24 ore – Magnesio => 0,15

Percentuale di escrezione nelle urine rispetto al Carico Filtrato – Urea => 48%
Percentuale di escrezione nelle urine rispetto al Carico Filtrato – Potassio => 14%
Percentuale di escrezione nelle urine rispetto al Carico Filtrato – Fosfato => 10%
Percentuale di escrezione nelle urine rispetto al Carico Filtrato – Acido Urico => 10%
Percentuale di escrezione nelle urine rispetto al Carico Filtrato – Calcio => 5%

Concentrazione ematica del Glucosio => da 80 a 120 mg / 100 millilitri di sangue
Carico tubulare massimo per il Glucosio => 375 mg/minuto (uomo) e 300 mg/min (donna)
Velocità massima di riassorbimento del glucosio => 2 millimoli/minuto
Concentrazione plasmatica limite per il Glucosio (ideale) => 300 mg/100 ml di sangue
Concentrazione plasmatica limite per il Glucosio (reale) => 180 mg/100 ml di sangue
Quantità di acqua riassorbita col riassorb. di Glucosio => 16% nel tubulo prossimale
Quantità di H2O riassorbita col Glucosio in Iperglicemia => fino al 30%

Carico tubulare massimo per il Fosfato => 0,1 millimoli/minuto
Concentrazione plasmatica del Fosfato => da 3 a 5 milligrammi / 100 millilitri di plasma
Carico di fosfato filtrato giornalmente => 95% circa pari a 6 grammi al giorno
Carico di fosfato escreto giornalmente => dal 5 al 20% pari a 1 grammo al giorno

Cleareance per gli amminoacidi => variabile da 1 a 8 ml / minuto

Concentrazione plasmatica del Calcio => 10 mg/100 millilitri di plasma (circa 5mEq/L)
Carico di calcio filtrato giornalmente => 60% circa, da 8 a 11 grammi

Concentrazione plasmatica di Acido Urico => da 2 a 4,5 grammi / 100 ml
Quantità di acido urico prodotta giornalmente => circa 700 milligrammi al giorno
Carico di urato filtrato giornalmente => 98% circa
Carico di urato escreto giornalmente => da 0,5 a 0.8 grammi (il 70% del totale prodotto in 24h)

Concentrazione plasmatica di albumina => da 6 a 8 grammi / 100 ml di plasma
Carico di urato filtrato giornalmente => da 4 a 17 grammi al giorno
Quantità di albumina escreta con le urine => meno di 100 milligrammi
Quantità di albumina riassorbita al tubulo => il 99% (1% è escreta)

Concentrazione plasmatiche di PAI libero che rendono maggiore l’apporto dato dalla secrezione rispetto alla filtrazione => da 10 a 15 mg/100ml
Velocità di secrezione tubulare massima del PAI => 80mg/minuto
Formula per il calcolo nel PAI => Upai*V = VFG*PPai*F + Tpai
Coefficiente di correzione “F” per il PAI nell’uomo => 0,83

Valore fisiologico della cleareance dell’Inulina => 125 mg / minuto
Valore fisiologico della cleareance del PAI => 650 mg / minuto
Valore fisiologico della cleareance del Glucosio => 0 mg / minuto
Formula per la clereance del glucosio => Cglucosio = Cinulina – Tglucosio / Pglucosio
Formula per la clereance del PAI => Cpai = Cinulina + Tpai / Ppai

Ph dell’ultrafiltrato nel tubulo prossimale => 6,7 (con Δ=0,7)
Ph dell’ultrafiltrato nel tubulo distale => 6,4 (con Δ=1)
Ph dell’ultrafiltrato nel dotto collettore => 4,4 (con Δ=3)
Gradiente di Ph limite degli idrogenioni fra urina e plasma => 1000 a 1
Velocità massima di secrezione tubulare di idrogenioni => 2,8 mEq/100 ml di ultraf.

Concentrazione proteica nel plasma del capillari glomerulari => 6 grammi / 100ml
Concentrazione proteica nel plasma del capillari peritubulari => 9 grammi / 100ml

Formula per il calcolo della Osmole di soluto => Peso mol / num di particelle generate
Valore in peso di 1 Osmole Glucosio => 180 grammi
Valore in peso di 1 Osmole di NaCl => 58/2 = 29 grammi
Soluzione osmolare => numero di osmoli su litri di soluzione
Soluzione osmolale => numero di osmoli su chilogrammi di soluzione
Pressione osmotica soluzione osmolale => 22,412 atm
Delta Δ Crioscopico di una soluzione osmolale => -1,86°C
Osmolalità del plasma => 285milliosmoli approssimato a 300milliosm
Delta Δ Crioscopico del plasma => -0,53°C
Pressione osmotica del plasma => 22,4 atm x 0,3 osm = 6,7 atmosfere
Contributo delle proteine all’osmolalità plasmatica => 1,3 milliOsmoli
Flusso urinario in condizioni di equilibrio idrico => 1 millilitri al minuto
Numero di a.a. componenti le proteine “acquaporine” => da 269 a 301 amminoacidi
Quantità di acqua riassorbita per riassorb. di 1 mole di NaCl => 190 moli di H2O
Concentrazione urina in diuresi => fino a 30 milliOsmoli (10 volte meno conc.)
Concentrazione urina in antidiuresi => fino a 1400 milliOsmoli (4 volte più conc.)

Valore gradiente di equilibrio per Na => 40 mEq/litro (tub.prox) e 100 mEq/litro (tub.dist)
Percentuale di rappresentazione dei soluti plasma per i Sali di Na=> 95%
Percentuale di rappresentazione della press. osmot. plasma per i Sali di Na=> 90%
Percentuale di sodio presente come Cloruro di Sodio => 75%
Quantità di NaCl filtrata giornalmente => 20690 millimoli pari a 1,2 Kilogrammi
Quantità di NaCl riassorbita giornalmente => circa 99%
Velocità di riassorbimento del NaCl => 20 millimoli/minuto pari a 1,16 grammi al minuto

Gradiente del sodio al tubulo prossimale => 40 mEq/litro
Quantità di cloruro di sodio riassorbita al tubulo prossimale => 63% di cui 51% in modo attivo e 12% con meccanismi passivi
Quantità di acqua riassorbita al tubulo prossimale => circa il 70% (riassorb. obbligato)
Entità della resistenza elettrica della parete del tubulo prossimale => 6 Ohm / cm2
Entità della resistenza elettrica della parete tubulo distale => fino a 330 Ohm / cm2
Entità della resistenza elettrica della parete dotto collettore => fino a 2000 Ohm / cm2
Quantità di Sali di sodio contenuto nell’ultrafiltrato => 150 millimoli
Percentuale dei Sali di sodio => Cloruro 75%, Bicarbonato 15%, altri anioni 10%
Quantità di sodio riassorbita all’ansa di Henle => 29%
Quantità di sodio riassorbita nel tubulo distale => 7%
Gradiente del sodio al tubulo distale => 100 mEq/litro
Quantità di sodio riassorbita nel dotto collettore => 1%

Differenza di potenziale transtubulare (il segno si riferisce al lume):
Tubulo prossimale => da +2 a -6 millivolt (trasporto attivo di Na, K)
Ansa di Henle => da +3 a +7 (trasporto attivo di Na, Cl, K)
Tubulo distale => da -10 a -70 (trasporto attivo Na e Cl, secrezione di K)
Dotto collettore corticale => da +7 a -117 (trasporto attivo di Na, secrezione di K e Cl)
Dotto collettore midollare => da -3 a -30 (trasporto attivo di Na, secrezione di Cl)

Clereance Osmolale => Cosm=Uosm*V/Posm = 2 millilitri/minuto
Clereance Acqua libera => CH2O=V-Cosm (valore massimo di 15ml/min)
Carico tubulare riassorbito => Th20=Cosm-V (valore massimo di 5ml/min)

Quantità di potassio filtrata giornalmente => 28 grammi al giorno pari a 700 mEq
Quantità di potassio escreto => 90% del potassio ingerito con la dieta
Quantità di potassio riassorbito => 65% al tubulo prossimale, 25% all’Ansa, 10% al distale

Quantità di urea filtrata giornalmente => 55 grammi al giorno
Quantità di urea escreta => da 20 a 30 grammi al giorno
Quantità di urea riassorbita => da 20 a 35 grammi al giorno (il 50% della filtrata)
Concentrazione plasmatica di Urea => da 16 a 50 milligrammi / 100 millilitri di plasma
Quantità di urea riassorbita al tubulo prossimale => il 50%

Costante di dissociazione del NH3 => Pk=9,3
Costante di dissociazione del fosfato monopodico => Pk=6,8
Costante di dissociazione dell’acido urico => Pk=5,7
Costante di dissociazione del B-idrossibutirrato => Pk=4,7

Concentrazione plasmatica di bicarbonato => 28 mEq/L
Quantità di ione bicarbonato filtrata al giorno => 300 grammi
Quantità di ione bicarbonato nel tubulo contorto prossimale => da 28 a 8 mEq/L
Quantità di fosfato monopodico nel tub. contorto prossimale => 1,5 mEq/L
Relazione fra pH ematico e riassorb. di HCO3 => ±10% ogni 0,1 punto di pH variato

Percentuale di derivazione dell’ammoniaca => 60% dal glutamina, 35% dal glutammato, 5% da altri amminoacidi

Escrez. urinaria di ione ammonio nell’uomo in 24h (standard) => da 30 a 50 mEq/L
Escrez. urinaria di fosfato monosd. nell’uomo in 24h (standard) => da 10 a 30 mEq/L
Escrez. urinaria di ione ammonio nell’uomo in 24h (diabetico) => da 300 a 500 mEq/L
Escrez. urinaria di fosfato monosd. nell’uomo in 24h (diabete) => da 70 a 150 mEq/L
Escrez. urinaria di ione ammonio nell’uomo in 24h (nefrosi) => da 0,5 a 15 mEq/L
Escrez. urinaria di fosfato monosd. nell’uomo in 24h (nefrosi) => da 2 a 20 mEq/L

Nel rene distinguiamo funzioni uropoietiche ed extrauropoietiche.

FUNZIONI UROPOIETICHE

- Mantenimento del volume idrico dell’organismo.
- Regolazione della quantità di elettroliti. Mantenimento dell’equilibrio minerale ed elettrolitico (Na, K, Ca, Mg), in particolare controllo della potassiemia e della calcemia.
- Mantenimento del pH costante attraverso l’eliminazione, con le urine, di ioni H+ sottratti al sangue.
- Eliminazione delle scorie metaboliche.

L’unità funzionale del rene è il nefrone, costituito dal glomerulo e dal tubulo. Il glomerulo è deputato all’ultrafiltrazione del plasma sanguigno (vd dopo). E’ caratterizzato da una struttura che presenta una tipica vascolarizzazione (rete mirabile arteriosa); è rivestito dalla capsula di Bowman, costituita da 2 foglietti: viscerale, addossato ai capillari; parietale, distanziato dal foglietto viscerale, evaginandosi forma il primo tratto del tubulo prossimale. Il tubulo è deputato ai processi di riassorbimento e secrezione (vd dopo). E’ suddiviso in: tubulo prossimale, ansa di Henle, tubulo distale, dotto collettore.

Esistono due tipi di nefroni: ad ansa (di Henle) corta, 70%; ad ansa lunga, 30%. I due tipi di nefroni hanno un sistema di vascolarizzazione differente.

L’Arteria renale giunge all’ilo (punto da cui penetrano vasi e nervi in un organo). Dall’arteria renale si staccano le arterie interlobari; dalle arterie interlobari hanno inizio per ogni nefrone le arteriole afferenti, che si capillarizzano nella capsula di Bowman formando la rete mirabile arteriosa; da essa si stacca l’arteriola efferente che fuoriesce dal glomerulo. Da essa hanno inizio le arterie peritubulari, che si attorcigliano al tubulo renale (è importante che ci sia intimo rapporto fra il tubulo e questi vasi sanguigni). Ciò avviene per i nefroni ad ansa corta. Quelli ad ansa lunga, oltre ad avere il sistema peritubulare, hanno i cosiddetti vasa recta, vasi che hanno un decorso parallelo all’Ansa di Henle. Il sistema dei vasa recta + ansa di Henle è deputato al Meccanismo di controcorrente (vd dopo), attraverso cui è possibile il recupero di circa il 5% di acqua presente nell’ultrafiltrato e determinare la concentrazione delle urine.

La produzione di urine (uropoiesi) si espica tramite i meccanismi di ultrafiltrazione, riassorbimento e secrezione.

ULTRAFILTRAZIONE

L’ultrafiltrazione è il processo attraverso il quale si separa il liquido dai soluti, e si fa un ulteriore selezione, per determinare quali fra questi devono essere riassorbiti e ricondotti nel sangue, e quali devo essere eliminati con le urine. Questo processo avviene a livello del glomerulo.

Il sangue è costituito da una parte corpuscolare (leucociti, eritrociti, piastrine) e dal plasma. Nel processo di ultrafiltrazione è interessato non l’intero sangue, ma solo il plasma (che è stato precedentemente separato dalla componente corpuscolare).

Le sostanze presenti nel plasma, che nel processo di ultrafiltrazione riescono a superare il “filtro” renale e continuare il loro tragitto nel tubulo, sono quelle sostanze che hanno un peso molecolare inferiore a 69000 dalton.

Il plasma è costituito da:

Sostanze inorganiche: NaCl, PCl, KCl = molecole a basso peso molecolare. ULTRAFILTRATE

Sostanze organiche:
Glucidi = basso peso molecolare. ULTRAFILTRATI
Lipidi = Acidi grassi a basso peso molecolare. ULTRAFILTRATI
Trigliceridi con acidi grassi a basso peso molecolare. ULTRAFILTRATI
Il resto dei lipidi ha peso molecolare > 69000 dalton. NON ULTRAFILTRATI
Proteine = Albumine, hanno peso molecolare uguale a 69000. ULTRAFILTRATE IN PARTE
Il resto delle proteine (p.m. > 70000 dalton). NON ULTRAFILTRATE

Tra il foglietto viscerale e quello parietale della capsula di Bowman c’è uno spazio, chiamato camera di ultrafiltrazione, da dove poi l’ultrafiltrato passerà nel tubulo prossimale.

La struttura dei capillari della capsula di Bowman è uguale a quella di un qualsiasi altro capillare: vi sono delle cellule endoteliali che poggiano su una membrana basale; tra esse vi sono dei pori. Dal lato opposto della membrana basale vi sono delle estroflessioni del foglietto viscerale della capsula di Bowman, che formano i cosiddetti podociti. Questa struttura costituisce il filtro renale per il quale non possono passare sostanze con p.m.> 69000 dalton.

Affinché ci possa essere l’ultrafiltrazione, con il passaggio da un lato all’altro del liquido ultrafiltrato, è necessario che la pressione idrostatica (che spinge l’ultrafiltrato a oltrepassare il filtro) presente nel “lato sangue” sia > alla pressione oncotica (che invece lo trattiene, ed è determinata dalle proteine che non possono oltrepassare il filtro) presente nel “lato sangue”, e > alla pressione presente nella camera di ultrafiltrazione.

In sintesi, affinché possa avvenire l’ultrafiltrazione:
P. idrost > P. onc + P. intracaps

L’ultrafiltrato (una sorta di pre-urina che si ottiene dopo il processo di ultrafiltrazione) sarà quindi composto da: acqua, sali, glucosio, acidi grassi, piccole quantità di albumine, scorie e un certo numero di aminoacidi liberi. L’ultrafiltrato giornaliero è di circa 180 litri (125ml/min= Velocità di Filtrazione Glomerulare: VFG), di cui il 99,5% viene riassorbito nel tubulo e ricondotto al sangue, e il 5% eliminato con le urine (la cui quantità giornaliera è di circa 1,5-2 litri).

RIASSORBIMENTO

Il riassorbimento è il processo che consente di recuperare la quantità di ultrafltrato che è necessaria all’organismo, e di eliminare la parte in eccesso o le scorie metaboliche. Ogni sostanza viene riassorbita con meccanismi specifici per ognuna. Questo processo ha luogo nel tubulo, in particolare nel tubulo prossimale. Le successive porzioni del tubulo sono adibite per lo più al recupero di acqua.
Sali = Possono essere in parte riassorbiti, in parte proseguire ed essere eliminati con le urine.
Amino acidi = possono essere ultrafiltrati ma sono utili, per cui vengono riassorbiti.
Scorie (urea, creatinina…) = eliminate con le urine.
Lipidi = sono di utilità fisiologica, vengono riassorbiti.
Vitamine = Alcune vengono riassorbite, altre eliminate.
Albumine = Quelle poche presenti nell’ultrafiltrato devono essere recuperate. Le proteine infatti determinano la pressione oncotica nei capillari. Una caduta della pressione oncotica sposterebbe l’equilibrio nettamente a favore della pressione idrostatica, con conseguente aumento del flusso di liquidi dal capillare al tessuto interstiziale = edema.
Glucosio = Deve essere riassorbito. Esistono delle proteine trasportatrici adibite a questo compito. Ogni individuo ha un patrimonio genetico di proteine trasportatrici che a livello del tubulo prossimale riassorbono il glucosio. E’ chiaro che se è presente nel sangue una quantità di glucosio eccessiva (>180 mg/100ml = SOGLIA RENALE), che quindi supera la disponibilità di proteine trasportatrici, la parte in eccesso di glucosio finirà nelle urine (glicosuria); è questo il caso del diabete mellito, in cui ad una iperglicemia corrisponderà una glicosuria. Ma la presenza di glucosio nelle urine si può avere anche in un altro caso: se la quantità di glucosio nel sangue non è in eccesso (non abbiamo quindi diabete mellito) ma il patrimonio genetico di proteine trasportatrici è deficitario, avremo anche in questo caso glicosuria. E’ questo il caso del cosiddetto diabete renale. La diagnosi differenziale tra diabete mellito e diabete renale è fondamentale ai fini di una corretta terapia.
Diabete mellito: iperglicemia (difetto di produzione o di efficienza di insulina) + glicosuria.
Diabete renale: glicemia nella norma (anzi spesso al di sotto della norma, poichè il glucosio nel sangue viene perso nelle urine) + glicosuria.

SECREZIONE

Il rene deve eliminare le scorie presenti nel plasma, e lo fa principalmente attraverso il meccanismo dell’ultrafiltrazione, ma non è l’unico meccanismo. Infatti alcune sostanze invece di essere ultrafiltrate nel glomerulo, passano direttamente dal sangue al liquido del tubulo. Ricordando l’anatomia del nefrone, addossati al tubulo vi sono i vasi peritubulari; grazie a questo stretto rapporto alcune sostanze passano dai suddetti vasi nel tubulo.

SISTEMA DI CONTROCORRENTE

La concentrazione delle urine è data dal meccanismo di controcorrente, esplicato grazie al sistema vasa recta + ansa di Henle. I vasa recta e l’ansa di Henle non sono staccati, ma sono in stretto rapporto. In queste due porzioni il flusso è inverso (da qui il nome “meccanismo di controcorrente”).

Ansa di Henle = il flusso prosegue nella direzione: tubulo prossimale, tratto discendente, ansa, tratto ascendente, tubulo distale, dotto collettore.

Vasa recta= il flusso è al contrario.

Nel tratto discendente dell’ansa di Henle l’ultrafiltrato ha una concentrazione (rapporto solvente/soluto) di 300 milliosmoli. Qui l’acqua comincia ad uscire perché nel liquido interstiziale vi è una maggiore pressione osmotica. In più vi è un entrata di soluti (NaCl). Si ha dunque un aumento della concentrazione dell’ultrafiltrato (aumenta il soluto diminuisce il solvente). A livello dell’ansa la concentrazione è salita a 1200 milliosmoli. Nel tratto ascendente abbiamo una prima porzione stretta, poi una più larga. Qua si assiste ad un abbassamento della concentrazione dell’ultrafiltrato. Infatti l’NaCl (che aveva precedentemente iniziato ad entrare) avendo raggiunto una concentrazione elevata che supera quella all’esterno, ora tende ad uscire. L’uscita avviene secondo gradiente di concentrazione (trasporto passivo, da compartimento a maggiore concentrazione a compartimento a minore concentrazione). Si arriva ad un punto in cui la concentrazione di NaCl ha bilanciato quella dell’esterno; per continuare ad uscire subentra il trasporto attivo mediato da Cl-, che tira con se Na; l’NaCl continua pertanto ad uscire. A tutto questo si accompagna il fatto che le pareti in questa porzione sono impermeabili all’acqua, per cui uscendo solo il soluto e rimanendo il solvente, la concentrazione dell’ultrafiltrato diminuisce fino a 100 milliosmoli. L’NaCl pompato all’esterno grazie al trasporto attivo mediato da Cl-, è il responsabile dell’elevata pressione osmotica presente nel liquido interstiziale a livello del tratto discendente dell’ansa di Henle che, abbiamo visto all’inizio, era responsabile dell’uscita dell’acqua.

Una volta fuori, l’NaCl in parte rientra nella porzione discendente dell’ansa di Henle (vd inizio); viene quindi fatto ricircolare continuamente, per cui si avrà richiamo di acqua lungo il tratto discendente per l’ipertonicità del liquido interstiziale, determinato dallo spostamento di NaCl.

Nel tratto distale agisce l’Aldosterone, che stimola il riassorbimento del Na e la secrezione di K. Il Na trascina acqua con se. Le cellule del tratto spesso del tubulo distale e della prima porzione del dotto collettore sono impermeabili all’urea. Quindi si ha perdita di acqua, mentre l’urea non può uscire = aumenta la concentrazione dell’urea.

Nella prima porzione del dotto collettore comincia ad agire l’ormone ADH, che determina solo una variazione di permeabilità verso l’acqua, che passa nel liquido interstiziale grazie ad un richiamo osmotico (anche qui come nel tratto discendente dell’ansa di Henle si ha una maggiore pressione osmotica all’esterno). L’acqua nel dotto collettore continua a diminuire, sicchè la concentrazione dell’urea continua a crescere. Nell’ultima porzione del dotto collettore si ha finalmente la permeabilità per l’urea, che trovandosi in concentrazioni elevate, fuoriesce nel liquido interstiziale, e insieme all’NaCl contribuisce alla sua ipertonicità (ipertonicità che ha determinato nel primo tratto e adesso, la fuoriuscita di acqua). Urea e NaCl dal liquido interstiziale passano nei vasa recta, attirano con se acqua (che era uscita dal tubulo renale nel liquido interstiziale, e che ora si trova a passare nei vasa recta: l’acqua è stata recuperata dal sangue. Quella in eccesso rimasta nel dotto collettore viene eliminata con le urine). Una volta nei vasa recta NaCl e urea hanno quindi attirato l’acqua, ma per riequilibrare la situazione osmotica fuoriescono dai vasa recta e rientrano nel tubulo e il ciclo riprende. NaCl e Urea vengono fatti ricircolare, e grazie alla loro entrata e uscita nel/dal tubulo, nel/dal liquido interstiziale e nei/dai vasa recta, con la complicità dell’aldosterone, dell’ADH , e del diverso grado di permeabilità all’acqua e all’urea nelle varie porzioni del tubulo renale, si crea un flusso di acqua che dal tubulo passa al liquido interstiziale, e da esso ai vasa recta; in questo modo si riesce a recuperare il 5% di acqua che altrimenti verrebbe persa, determinando una produzione di urine pari a circa 10 litri al giorno.

AZIONE TAMPONE NEI CONFRONTI DEL SANGUE

Il rene agisce anche da tampone del sangue, salvaguardandone il pH, sottraendo da esso ioni H+. La cellula tubulare è molto ricca di anidrasi carbonica, e ciò le consente di utilizzare la CO2 intracellulare proveniente dal metabolismo, ma anche quella proveniente dal sangue, ricavandone H+ che vengono liberati nell’ultrafiltrato.
Prendiamo in considerazione la presenza di NaHCO3 (bicarbonato di sodio). Il Na viene riassorbito e viene sostituito dall’H+. Si forma così l’acido carbonico che si dissocia in H2O + CO2. Gli idrogeni non sono liberi ma sotto forma di CO2 per cui si vanno ad eliminare valenze acide, ma non sono titolabili; non riscontrerò quindi un abbassamento del pH delle urine.
Prendiamo ora in considerazione il Na2HPO4 (fosfato bisodico). Un Na viene ceduto ed è sostituito da H+, per cui otteniamo NaH2PO4 (fosfato monosodico). Questo si riscontra nelle urine ed è titolabile.
Tra i due sistemi dal punto di vista chimico, in termini operativi, il tampone fosfato è migliore del tampone bicarbonato.

FUNZIONI EXTRAUROPOIETICHE

Si esplicano attraverso il Sistema Iuxtaglomerulare, costituito dalle cellule iuxtaglomerulari e dalle cellule della macula densa. Le prime si trovano a livello dell’arteriola afferente, le seconde nel punto di contatto tra il tubulo distale e l’arteriola afferente.

- Controllo della volemia (volume ematico). Le cellule iuxtaglomerulari sono barocettori, sensibili all’abbassamento della pressione sanguigna. Quando la pressione si abbassa si attiva un ormone: la Renina. Essa stacca da un grosso polipeptide l’Angiotensina I. Attraverso l’ACE (enzima di conversione dell’angiotensina) l’Angiotensina I viene convertita in Angiotensina II, che è ha già di per se un potente vasocostrittore (ma a breve termine), ma in più stimola la produzione di Aldosterone. L’Aldosterone fa diminuire la perdita di Na (nautriesi), che viene quindi trattenuto nel sangue. Il Na trattiene acqua, per cui il volume ematico (volemia) aumenta; di conseguenza aumenta anche la pressione.
- Stimolazione dell’eritropoiesi. Le cellule iuxtaglomerulari sono anche dei chemocettori, sensibili alle variazioni di O2 nel sangue. Se la pressione di O2 cala, viene stimolata l’eritropiesi (produzione di eritrociti), attraverso la produzione di eritropietina (che consente la maturazione dell’eritroblasto in eritrocita) e la stimolazione del midollo osseo.
- Maturazione dell’ormone D. Trasformazione del D3 in calcitriolo.
- Recupero o eliminazione di Na e K. Si esplica attraverso le cellule della macula densa.