-producono e secernono ormoni

La maggior parte di queste funzioni si realizza a livello dell'unità funzionale del rene, chiamato nefrone. Ogni rene contiene circa un milione di nefroni. Il nefrone è costituito dalle seguenti formazioni:

-corpuscolo renale

-tubulo contorto prossimale

-ansa di Henle

-tubulo contorto distale

-dotto collettore (in cui sbocca il tubulo contorto distale)

Ciascuna di queste porzioni è importante per il contributo che offre alla fo 414h78e rmazione dell'urina. Appare evidente la disposizione in parallelo delle unità funzionali e come la funzione renale nel suo complesso derivi dalla somma delle funzioni dei singoli nefroni. I corpuscoli renali, costituiti da una parte vascolare (glomerulo renale) e da una parte epiteliale (capsula di Bowman), si trovano, per buona parte, nella corticale del rene. In relazione alla loro localizzazione sono all'origine dei nefroni corticali ( più superficiali) e nefroni iuxtamidollari (più interni). Nella corticale si trovano il tubulo contorto prossimale e quello distale. L'ansa di Henle si approfonda in misura maggiore o minore nella porzione midollare e quanto più essa è lunga tanto maggiore è la capacità del nefrone di concentrare l'urina. Alla necessità di una depurazione del sangue dai prodotti di rifiuto, da metaboliti non utilizzabili e non altrimenti eliminabili, si sarebbe potuto provvedere mediante un'eliminazione di tali sostanze fin dall'inizio selettiva. Si ha dapprima, a livello glomerulare, una filtrazione del plasma, successivamente, nel tubulo, il liquido filtrato è sottoposto a un processo di riassorbimento selettivo combinato con la secrezione di altri materiali. I tre processi fondamentali che portano alla formazione dell'urina sono:

-la filtrazione glomerulare

-il riassorbimento tubulare

-la secrezione tubulare

Alla fine nel dotto collettore l'urina è ormai del tutto formata, completa nei suoi costituenti e nel suo volume finale.

Circolazione renale

La finalità depurativa dell'organo e i modi utilizzati per perseguirla impongono che attraverso i reni fluisca una grande quantità di sangue: nell'adulto 1.200ml di sangue passano, ogni minuto, attraverso i due reni. Si tratta di un flusso pari a più del 20% di tutto il sangue espulso nella stesso tempo dal ventricolo sx. Il flusso di sangue non è uguale nelle varie porzioni del rene. È molto più grande nella corticale, nella porzione esterna della midollare è ridotto a un quarto o a un quinto e nelle porzioni profonde della midollare a un decimo del valore massimo indicato. L'arteria renale si suddivide in arterie segmentali o lombari da cui si staccano le arterie interlobari che danno origine a loro volta alle arterie arcuate. Queste proseguono nelle arterie interlobulari che salgono verso la capsula renale e si suddividono in arteriole afferenti, dal cui nasce la rete capillare glomerulare. In ogni glomerulo i capillari si uniscono a formare un'arteriola efferente. Da qui ha origine una seconda capillarizzazione che nei nefroni corticali è costituita da capillari peritubulari, che irrorano le cellule della corticale, nei nefroni iuxtamidollari è rappresentata dai vasi retti, che si approfondano nella midollare fornendo sangue alle porzioni midollari esterna e interna. I capillari confluiscono poi in vene di calibro maggiore che seguono l'andamento dei vasi arteriosi fino alla vena renale. La circolazione renale è caratterizzata da meccanismo di autoregolazione del flusso che mettono la funzione renale al riparo da variazioni della pressione arteriosa, le quali influenzano fortemente il flusso di sangue attraverso gli altri organi. Il flusso di sangue nel rene rimane abbastanza costante anche se la pressione varia tra 70-80mmHg e 180-200mmHg. I vasi sanguigni renali sono controllati anche dal sistema nervoso, le fibre simpatiche adrenergiche vasocostrittrici, non attive in condizioni di riposo, possono costringere i vasi sanguigni renali e quindi deviare verso altri organi il sangue non più attraversante il rene. Il flusso sanguigno renale può essere misurato mediante la clerance dell'acido para-aminoippurico (PAI).

Composizione dell'urina

Il volume di urina che giornalmente si forma varia molto secondo le condizioni. Attendibili valori di riferimento in un individuo che rappresenti la media oscillano tra 1.000 e 1.400ml/die. Poiché nello stesso tempo nei glomeruli si formano circa 180litri di ultrafiltrato, appare evidente quanto grande sia l'entità del riassorbimento tubulare. L'urina è normalmente acida, almeno nell'uomo a dieta mista (pH 6,2), ma il pH urinario varia tra 4,5 e 8. L'urina:

-non contiene proteine plasmatiche perché queste non superano, date le loro dimensioni molecolari, il filtro glomerulare

-non è presente glucosio perché questo, pur superando il filtro glomerulare, è completamente riassorbito lungo il tubulo prossimale

Ogni giorno sono eliminati per via urinaria 5g di NaCl, 200mg di Ca e 30g di urea, composto che si forma nel fegato e che deriva dalla demolizione degli aa. Altri costituenti dell'urina sono i fosfati, i solfati e il bicarbonato, importanti per la regolazione del pH urinario. L'urina contiene ormoni o prodotti del metabolismo ormonale, il cui dosaggio può avere un interesse medico, vitamine ed enzimi. La colorazione dell'urina è data dai pigmenti urinari che derivano dalla demolizione della molecola dell'emoglobina.

Glomerulo renale

E' composto da 20-40 anse capillari che prendono origine dall'arteriola afferente, confluiscono nell'arteriola efferente e sono avvolte dall'introflessione dell'estremità dilatata del tubulo (capsula di Bowman). Poiché i capillari glomerulari non sono predisposti per il nutrimento del tessuto, ma alla filtrazione del plasma, non si ha scambio di O2 e di CO2, perciò il sangue entra nel glomerulo arterioso e arterioso ne fuoriesce. L'ultrafiltrazione che si berifica a livello glomerulare richiede alcune particolari condizioni:

-un'ampia superficie filtrante costituita dalle anse capillari

-una sottile membrana filtrante la membrana filtrante è costituita da più strati che devono essere attraversati dall'acqua e dai soluti plasmatici:

il primo strato è costituito dalla parete del capillare

il secondo dalla membrana basale del capillare stesso

il terzo dal foglietto viscerale della capsula di Bowman, è formato da cellule particolari chiamate podociti, che possiedono numerosi pseudopodi i quali lasciano delle fessure che costituiscono il vero filtro

La membrana glomerulare permette il passaggio di tutte quelle sostanze che hanno un diametro inferiore a quello delle fessure e trattiene gli elementi corpuscolati del sangue e le grosse molecole proteiche, di modo che il liquido che si trova nella capsula di Bowman è l'ultrafiltrato del plasma, un liquido che ha la stessa composizione del plasma senza le proteine, la concentrazione dei diversi altri costituenti sarà uguale nel plasma e nel filtrato.

-una convenente pressione idrostatica il sangue circola nei capillari glomerulari sottoposto a un'elevata pressione. La resistenza dei vasi sanguigni preglomerulari è bassa mentre è alta quella dei vasi postglomerulari. La pressione del sangue nel capillare glomerulare è di circa 55mmHg. A essa, che spinge il plasma a filtrare verso lo spazio di Bowman, si oppongono due altre pressioni: la pressione idrostatica del liquido presente nella capsula (15mmHg) e la pressione colloido-osmotica delle proteine plasmatiche che restano da un lato della membrana filtrante. Tale pressione osmotica tende ad aumentare lungo il capillare poiché la concentrazione delle proteine va via via aumentando a causa della fuoriuscita di acqua che filtra. La pressione effettiva di filtrazione è data dalla differenza tra il valore della pressione del sangue nel capillare e la somma delle altre due che vi si oppongono. Se la pressione sanguigna intraglomerulare dovesse scendere a valori inferiori a quello della somma delle altre due è evidente che non potrebbe più verificarsi la formazione dell'ultrafiltrato.

-un abbondante afflusso di sangue il 90% del sangue che entra nei reni passa attraverso la porzione corticale, attraverso i glomeruli. Passando attraverso i glomeruli il sangue si impoverisce di quella quota di plasma che filtra attraverso la membrana. Il volume dell'ultrafiltrato per minuto è di 125ml, poiché nello stesso tempo entrano nei glomeruli 630ml di plasma, è evidente che la frazione di plasma filtrato è pari a 125/650, che è uguale a 0,2, ossia il 20%. I vasi sanguigni postglomerulari riacquisteranno poi il 99% dell'acqua filtrata a mano a mano che questa sarà riassorbita lungo le diverse porzioni dei tubuli renali.

Tubulo renale

I 125ml di plasma che filtrano ogni minuto dai 2 milioni di glomeruli entrano nei 2 milioni di tubuli. Lungo lo sviluppo dei tubuli si attuano processi di riassorbimento e secrezione.

-riassorbimento tubulare nelle 24 ore ultrafiltrano circa 560g di Na di cui ne vengono riassorbiti 555, 620g di Cl di cui ne vengono riassorbiti 610 e 255g di bicarbonato dei quali 254,9 sono riassorbiti e tornano nel plasma. Il riassorbimento dei soluti può essere passivo, quando sia determinato da un gradiente di concentrazione, da meccanismi di diffusione facilitata o da trasporto accoppiato in cui due o più soluti attraversano la membrana interagendo con una proteina specifica di trasporto. Il riassorbimento è attivo se attuato attraverso una spesa energetica derivante da processi metabolici con consumo di ATP. I più importanti sistemi di trasporto attivo sono legati all'azione di ATPasi che possono riguardare il Na, il K, il Ca e l'H. Per quanto riguarda il riassorbimento del Na: lo ione Na+ presente nel liquido tubulare è indotto a entrare nella cellula tubulare da un gradiente di concentrazione (>nel liquido tubulare che nella cellula) e da un gradiente elettrico (l'interno della cellula è meno positivo dell'esterno). Viene poi attivamente pompato negli spazi baso-laterali nei quali si concentra e tende quindi a spostarsi verso l'interstizio e il sangue che scorre nei capillari circostanti. Il K viene attivamente spostato all'interstizio dalla cellula tubulare e ne esce passivamente verso gli spazi baso-laterali. Il Cl- si muove passivamente seguendo il gradiente elettrochimico creato dal riassorbimento del sodio. Il riassorbimento del glucosio avviene attraverso l'utilizzo di una molecola trasportatrice (carrier) che lo lega sul versante del lume tubulare e lo rilascia sul versante opposto della cellula. Tale tipo di meccanismo che utilizza una molecola trasportatrice funzionante a spola dal lume tubulare all'interstizio sarà in grado di compiere un numero limitato di viaggi al minuto. Se la quantità di materiale da trasferire che si presenta a tali molecole trasportatrici è troppo abbondante rispetto alla loro capacità il riassorbimento sarà incompleto. Sarà stato raggiunto il riassorbimento tubulare massimo per quella sostanza, che rappresenta la massima quantità di una sostanza che può essere riassorbita dalle cellule tubulari in un minuto. Lungo il tubulo prossimale è riassorbito il 75% dei soluti filtrati. Lungo lo stesso tubulo prossimale si ha il riassorbimento del 75% dell'acqua filtrata. L'acqua non viene riassorbita attivamente, ma passivamente o accompagnando alcuni soluti che vengono riassorbiti o richiamata dal gradiente osmotico che il riassorbimento sei soluti stessi viene a determinare. Nelle piramidi midollari le anse di Henle e i vasi retti presentano una forma particolare con una porzione discendente, uno stretto gomito e una porzione ascendente molto vicina al tratto discendente. Questa disposizione è detta a controcorrente, i liquidi scorrono in direzione opposta nelle due porzioni della forcina con possibilità di scambio di sostanze passando attraverso il liquido interstiziale. A causa di tale disposizione a controcorrente l'interstizio della piramide midollare diviene più ipertonico scendendo dalla porzione più esterna verso la più interna. I meccanismi che portano a questi risultati sono legati a:

-il braccio ascendete dell'ansa di Henle è impermeabile all'acqua, ma le cellule della sua parete trasferiscono attivamente all'esterno Na e Cl e li riversano nel liquido interstiziale, la concentrazione dei soluti diminuisce progressivamente nel tratto ascendente dell'ansa e aumenta nel liquido interstiziale

-il braccio discendente dell'ansa di Henle giunge, dal tubulo contorto prossimale, un liquido isotonico con il plasma e date la permeabilità della parete in questo tratto e l'ipertonicità crescente del liquido interstiziale circostante si verifica una diffusione passiva dell'acqua verso l'interstizio e un'entrata di Na, Cl e urea nel liquido tubulare, il quale diviene più ipertonico man mano che si avvicina al gomito dell'ansa, fino a un valore di circa 1.200mosm/litro. Il liquido tubulare diviene sempre più ipertonico percorrendo la porzione discendente dell'ansa, nel braccio ascendente diviene ipotonico data la fuoriuscita di Na e Cl che non vengono seguiti dall'acqua alla quale questa porzione della parete è impermeabile. Si verifica un progressivo aumento dell'osmolarità dell'interstizio della piramide midollare

-al tubulo contorto distale perviene un liquido ipotonico. Nella parte iniziale del tubulo distale vengono riassorbiti Na e Cl, la parete di questo tratto è ancora impermeabile all'acqua. Si verificherà un'ulteriore riduzione della tonicità del liquido tubulare che potrà essere in parte compensata nella porzione finale del tubulo stesso, la cui parete ridiviene permeabile all'acqua

-il dotto collettore, che percorre la piramide verso l'apice, si riapprofonda in un interstizio sempre più ipertonico e vi cede acqua con conseguente aumento di concentrazione del liquido tubulare che ormai può essere considerato urina

Questo meccanismo, moltiplicatore a controcorrente, non potrebbe mantenersi efficiente se il Na, il Cl e l'urea concentrati nel liquido interstiziale della piramide fossero asportati dal sangue che scorre nei capillari presenti nella midollare. Ciò non avviene perché i vasi retti hanno una forma a forcina ed essendo dei capillari presentano una parete permeabile sia all'acqua sia ai soluti. Nella porzione discendente si avrà un passaggio di soluti dall'interstizio al sangue e un contemporaneo richiamo di acqua all'estern, nella porzione ascendente che risale verso un ambiente meno ipertonico si avrà un rientro dell'acqua nel capillare, con i soluti che tenderanno ad uscire per gradiente di concentrazione. I vasi retti operano come scambiatori a controcorrente e permettono che venga mantenuta la progressiva iperosmolarità del liquido interstiziale della piramide, creata dalle anse di Henle.

-riassorbimento tubulare dell'acqua nel tubulo prossimale riguarda il 75% del totale, nella porzione discendente dell'ansa di Henle è pari al 5%, il 15% viene riassorbito nel tubulo contorto distale e il 4% nel dotto collettore. Il riassorbimento totale dell'acqua filtrata è pari a circa il 99%. Il riassorbimento dell'acqua nel tubulo prossimale e nell'ansa di Henle è definito obbligatorio (l'acqua segue i soluti o viene richiamata dal gradiente osmotico), il riassorbimento nel tubulo distale e nel dotto collettore è facoltativo, dipendente dall'azione di ormoni: l'ormone antidiuretico e l'aldosterone.

Clearance renale

Una delle funzioni renali consiste nella depurazione del plasma. Tale depurazione avviene attraverso la combinazione della filtrazione glomerulare e della secrezione tubulare. Una sostanza può essere tolta dal plasma che attraversa il rene quando sia presente nella quantità di plasma che filtra e quando venga aggiunta al filtrato che scorre nei tubuli, attraverso un processo di secrezione. La quantità di plasma completamente depurato dal rene relativamente a una determinata sostanza si definisce come clearance renale di quella sostanza. Possono presentarsi tre possibilità:

-una sostanza filtra liberamente e durante il percorso nel tubulo non viene né aggiunta per secrezione né tolta per riassorbimento. La quantità di sostanza filtrata nell'unità di tempo (contenuta nei 125ml di plasma che filtrano ogni minuto) sarà uguale alla quantità della stessa sostanza che si troverà nell'urina di un minuto e il volume di plasma depurato di quella sostanza corrisponderà al plasma filtrato

-una sostanza viene filtrata e, lungo il tubulo, in parte riassorbita. La quantità di quella sostanza che si ritroverà nell'urina sarà minore rispetto alla quantità filtrata e minore rispetto al filtrato sarà il volume di plasma depurato

-una sostanza filtra e, durante il percorso nel tubulo, alla quantità filtrata viene aggiunta altra sostanza per secrezione. La quantità di sostanza che si ritroverà nell'urina sarà superiore alla quantità semplicemente filtrata e sarà stato depurato un volume di plasma maggiore rispetto al filtrato

Più il valore di clearance è elevato, maggiore è il volume di plasma depurato di quella particolare sostanza. Le sostanze con clearance più bassa possono non essere affatto rimosse dal plasma. L'equazione per calcolare la clearance renale è:

Cx=volume di plasma depurato in un minuto della sostanza (ml/min)

Cx=(Ux*V)/Px   Ux=concentrazione della sostanza x nell'urina (mg/ml)

V=volume urinario per minuto (ml/min)

Px=concentrazione della sostanza nel plasma (mg/ml)

La clearance renale di una sostanza corrisponde al rapporto tra la quantità di sostanza escreta con l'urina e la sua concentrazione plasmatica.

INULINA: polimero del fruttosio, sostanza che filtra liberamente e non è riasorbita ne escreta lungo il tubulo. La quantità che viene a trovarsi nei ml di plasma che ogni minuto superano il filtro glomerulare sarà la stessa che si ritroverà nell'urina prodotta nello stesso tempo. Poiché il plasma depurato dell'inulina sarà soltanto quello filtrato che la conteneva, è possibile utilizzare questa clearance per la misura della velocità di filtrazione glomerulare (VFG), della velocità (quantità/tempo) con la quale il plasma filtra nel glomerulo. Il valore di clearance dell'inulina e la VFG è pari a 125ml/min.

PAI: acido para-aminoippurico, sostanza che filtra e viene quasi completamente secreta lungo i tubuli, tanto che il sangue refluo dal rene praticamente non ne contiene. Poichè viene depurato sia il plasma che filtra sia quello che prosegue dopo il glomerulo, nella seconda capillarizzazione, si ha una depurazione di tutto il plasma entrato nel rene in un minuto. Si può così ottenere il valore del flusso plasmatico renale (FPR) che è 630ml/min.

GLUCOSIO: filtra liberamente, ma già nel tubulo prossimale è completamente riassorbito e non compare normalmente nell'urina. Il valore della sua clearance sarà 0ml/min in quanto la concentrazione urinaria (Ug) sarà uguale a 0, il che significa che nessun ml di plasma è stato depurato del glucosio.

Se una sostanza ha un valore di clerance inferiore a 125ml/min la sostanza stessa è in parte riassorbita lungo i tubuli, se il valore di una clearance di una sostanza è superiore a 125ml/min la sostanza è anche secreta dai tubuli. I due valori estremi di clearance saranno 0ml/min nel caso di una sostanza che filtri ma venga totalmente riassorbita o di una sostanza che non riesca a filtrare e 630ml/min per una sostanza che oltre a filtrare venga anche totalmente secreta lungo i tubuli.

Ormoni e rene

Il controllo dell'eliminazione renale dell'acqua è per circa il 20% di natura ormonale. L'80% di tutta l'acqua filtrata a livello glomerulare è riassorbita lungo il tubulo prossimale (75%) e la porzione discendente dell'ansa di Henle (5%). Il restante 20% può essere riassorbito nel tubulo distale e nel dotto collettore. Il principale ormone che determina tale riassorbimento è la vasopressina, chiamata anche ormone antidiuretico (ADH), che aumenta la permeabilità all'H2O delle pareti del tubulo distale e del dotto collettore, per cui l'acqua del liquido che scorre al loro interno passa più rapidamente all'esterno, attratta dalla forza osmotica dei soluti. L'urina si concentra e il suo volume diminuisce. Si tratta di un ormone che è rapidamente metabolizzato, i suoi effetti sul rene sono di breve durata. L'ADH è prodotto dall'ipotalamo, è depositato nel lobo posteriore dell'ipofisi e da qui liberato in seguito all'arrivo di impulsi nervosi di origine ipotalamica che insorgono quando si verifichi un aumento della pressione osmotica, o una diminuzione di volume del liquido circolante o in seguito a emozioni. Un altro ormone è l'aldosterone, prodotto dalla corticale del surrene, il quale aumenta il riassorbimento di Na dal liquido che percorre il tubulo distale e favorisce gli scambi di ioni Na da un lato e ioni K e H dall'altro. Si ha una modica diuresi e un aumento di acidità dell'urina, con ritenzione di Na e acqua. La regolazione della sua produzione avviene a opera di un ormone proteico prodotto dal rene, la renina. Sul rene agisce il parartormone, prodotto dalle paratiroidi, riduce il riassorbimento tubulare degli ioni fosfato, determinando una fosfaturia.

Minzione

La vescica si riempie, di norma, piuttosto lentamente: 1-1,5ml/min, il volume di liquido che rimane dopo il riassorbimento del 99% dei 125ml di filtrato. L'urina, proveniente dalle pelvi renali, procede negli ureteri per una sorta di movimento peristaltico della muscolatura uretrale, indipendente dal controllo nervoso e avviato dalla distensione della parete stessa. Poiché la velocità di riempimento è bassa, la componente muscolare dela parete vescicale può estrinsecare una sua proprietà: la plasticità. A causa di questa sorta di adattamento alla diatensione, il tono della parete è aggiustato in maniera che si abbiano piccole modificazioni della pressione intravescicale entro un ampio margine di variazioni del volume del liquido contenuto. Il massimo volume di urina tollerato senza fastidio a livello del quale si verifica di solito la minzione è 250-300ml. Prima della minzione la fuoriuscita di urina è impedita dalla contrazione tonica della muscolatura liscia dell'uretra posteriore. Queste fibre costituiscono lo sfintere interno e sono la continuazione della muscolatura liscia viscerale della parete della vescica. Il riflesso della minzione prende avvio dalla stimolazione dei tensocettori presenti nella parete della vescica. Gli impulsi viaggiano lungo le fibre afferenti del nervo pelvico e si portano al midollo spinale. La risposta riflessa della minzione è mantenuta finchè la vescica non sia completamente svuotata. Ciò si realizza attraverso complessi meccanismi nervosi, per lo più riflessi, che servono a mantenere elevata la pressione endovescicale, fino a completo svuotamento.