Hansa di Henle e tubuli renali

Trasporto di soluti e di acqua nell'ansa di Henle

L'ansa di Henle e' costituita da tre porzioni funzionalmente distinte: il segmento discendente sottile, il segmento ascendente sottile e il segmento ascendente spesso. I segmenti sottili discendente e ascendente, come indica il loro nome, sono costituiti da cellule epiteliali piatte che presentano una membrana luminale sottile, priva di orletto a spazzola, e che hanno pochi mitocondri e un'attivita' metabolica minima (Figura 1).

Ultrastruttura cellulare e caratteristiche principali del trasporto primario nel tratto sottile discendente (in alto) e nel tratto spesso ascendente (in basso) dell'ansa di Henle

La porzione discendente del segmento sottile e' molto permeabile all'acqua e poco permeabile a molti soluti, inclusi l'urea e il sodio. Questa porzione del nefrone permette ai soluti di passare soltanto per semplice diffusione. Circa il 20% dell'acqua filtrata viene riassorbito nell'ansa di Henle, per la naggior parte nel ramo discendente sottile. Il ramo ascendente, sia la porzione sottile sia quella spessa, e' virtualmente impermeabile all'acqua, caratteristica importante per la concentrazione dell'urina. Il segmento spesso dell'ansa di Henle, che comincia circa alla meta' del ramo ascendente, presenta cellule epiteliali cubiche a elevata attivita' metabolica in grado di riassorbire attivamente sodio, cloro e potassio (si veda la Figura 1). Circa il 25% del carico filtrato di sodio, cloro e potassio e' riassorbito nell'ansa Henle, soprattutto nel ramo ascendente spesso, e considerevoli quantita' di altri ioni, come calcio, bicarbonato e magnesio, vengono riassorbiti nel segmento ascendente spesso. Il segmento sottile del ramo ascendente ha una capacita' di riassorbimento molto piu' piccola rispetto al segmento spesso, metre il ramo sottile discendente non riassorbe quantita' significative di nessuno di questi soluti. Una componente importante del riassorbimento dei soluti del ramo ascendente spesso e' la Na+-K+ ATPasi posta nelle membrane basolaterali delle cellule epiteliali. Come nel tubulo prossimale, il riassorbimento dei soluti nel segmento spesso l'ansa ascendente di Henle e' strettamente correlato alla vita della Na+-K+ ATPasi, che mantiene una bassa concenzione di sodio nella cellula. La bassa concentrazione intracellulare di sodio a sua volta stabilisce un gradiente favorevole per il movimento del sodio liquido tubulare nella cellula. Nel segmento spesso dell'ansa di Henle, il movimento di sodio attraverso la membrana luminale e' mediato principalmente dal co-trasportatore 1-sodio, 2 cloro, 1-potassio. Questo co-trasporto presente nella membrana luminale utilizza l'energia potenziale rilasciata dalla diffusione secondo gradiente del sodio all'interno cellula per consentire il riassorbimento di potassio nella la contro gradiente di concentrazione, ramo spesso ascendente dell'ansa di Henle e' il sito di azione dei potenti "diuretici dell'ansa", cioe' furosemide, etacrinico e bumetanide, i quali inibiscono l'azione del co-trasportatore 1-sodio, 2-cloro, 1-potassio.

Il ramo ascendente spesso presenta anche un meccanismo di contro-trasporto sodio-idrogeno nella membrana luminale delle sue cellule che media il riassorbimento di sodio e la secrezione di idrogeno in questo segmento (si veda la Figura1).

Ramo ascendente

Nel ramo ascendente spesso vi e' anche un significativo riassorbimento paracellulare di cationi, come Mg++, Ca++, Na+ e K+, dovuto alla blanda carica positiva del lume tubulare rispetto al liquido interstiziale. Anche se il co-trasportatore 1-sodio, 2-cloro, 1-potassio introduce un numero uguale di cationi e di anioni nella cellula, vi e' un piccolo rientro di ioni potassio nel lume che crea una carica positiva di circa 8 mV nel lume tubulare. Questa carica positiva costringe i cationi come Mg++ e Ca++ a diffondere dal lume tubulare attraverso lo spazio paracellulare nel liquido interstiziale.
Il  segmento spesso dell'ansa ascendente di Henle e' virtualmente impermeabile all'acqua. Per tale motivo, la maggior parte dell'acqua che giunge in questo segmento resta nel lume, nonostante il riassorbimento di grosse quantita' di soluto. Quindi, il liquido tubulare nel ramo ascendente diventa molto diluito scorrendo verso il lume distale, caratteristica importante per permettere ai reni di diluire o concentrare le urine.

Trasporto nellžansa

In sintesi riportiamo in figura 1 l' ultrastruttura cellulare e le caratteristiche principali del trasporto primario nel tratto sottile discendente e nel tratto spesso ascendente dell'ansa di Henle. Il tratto sottile discendente e' molto permeabile all'acqua e moderatamente permeabile alla maggior parte dei soluti, ma ha pochi mitocondri e un riassorbimento attivo minimo o nullo. Il tratto spesso ascendente riassorbe circa il 25% del carico filtrato di sodio, cloro e potassio, cosi' come elevate quantita' di calcio, bicarbonato e magnesio. Nella figura 2 sono riportati i meccanismi di trasporto di sodio, cloro e potassio nel segmento ascendente spesso dell'ansa di Henle. La Na+-K+ ATPasi posta nella membrana cellulare basolaterale mantiene una bassa concentrazione di sodio intracellulare e un potenziale elettrico negativo all'interno della cellula. Il co-trasportatore 1-sodio, 2-cloro, 1-potassio nella membrana luminale trasporta questi tre ioni dal lume tubulare nelle cellule utilizzando energia potenziale liberata dalla diffusione del sodio secondo gradiente elettrochimico all'interno delle cellule.

Tubulo distale o segmento spesso del ramo ascendente dell'ansa di Henle


La porzione iniziale del tubulo distale forma la macula densa, un gruppo di cellule epiteliali ammassate che fa parte del complesso juxtaglomerulare e che provvede al controllo a feedback della VFG e del flusso ematico in questo stesso nefrone. La porzione successiva del tubulo distale e' molto contorta e ha molte delle caratteristiche del segmento spesso ascendente dell'ansa di Henle, cioe' riassorbe avidamente molti degli ioni, inclusi sodio, potassio e cloro, ma e' virtualmente impermeabile all'acqua e all'urea. Per questo motivo, tale parte e' detta segmento di diluizione perche' anch'essa diluisce il liquido tubulare.
Circa il 5% del carico filtrato di cloruro di sodio viene riassorbito nella prima porzione del tubulo distale. Il co-trasportatore sodio-cloro trasporta il cloruro di sodio dal lume del tubulo nella cellula e la Na+-K+ ATPasi trasporta il sodio fuori dalla cellula attraverso la membrana basolaterale (figura 3). Il cloro diffonde fuori dalla cellula nel liquido interstiziale renale attraverso canali del cloro posti nella membrana basolaterale. I diuretici tiazidici, ampiamente usati per trattare patologie come l'ipertensione e l'insufficienza cardiaca, inibiscono il co-trasportatore sodio-cloro.

Porzione terminale del tubulo distale e tubulo collettore corticale

La seconda meta' del tubulo distale e il tubulo collettore corticale hanno caratteristiche funzionali simili. Anatomicamente sono composti da due tipi diversi di cellule, le cellule principali e le cellule intercalate (Figura 3). Le cellule principali riassorbono sodio e acqua dal lume e secernono potassio nel lume. Le cellule intercalate riassorbono ioni potassio e secernono ioni idrogeno nel lume tubulare.

Le cellule principali riassorbono sodio e secernono potassio

Il riassorbimento di sodio e la secrezione di potassio da parte delle cellule principali dipendono dall'attivita' della Na+-K+ ATPasi posta nella membrana basolaterale di ogni cellula (Figura 4). La pompa mantiene una bassa concentrazione di sodio nella cellula, favorendo pertanto la diffusione del sodio nella cellula attraverso canali specifici. La secrezione di potassio dal sangue nel lume tubulare attuata da queste cellule coinvolge due passaggi: (1) il potassio entra nella cellula per mezzo della Na+-K+ ATPasi, che mantiene un'elevata concentrazione intracellulare di potassio; (2) una volta entrato nella cellula, il potassio diffonde attraverso la membrana luminale nel liquido tubulare secondo il suo gradiente di concentrazione.

Il sodio viene anche trasportato all'interno della cellula tubulare grazie al contro-trasporto sodio-idrogeno. La carica positiva (+8mV) del lume tubulare rispetto al liquido interstiziale spinge i cationi come il Mg++ e il Ca++ a diffondere dal lume nel liquido interstiziale tramite la via paracellulare. Le cellule principali sono il principale sito d'azione dei diuretici risparmiatori di potassio che includono lo spironolattone, l'eplerenone, l'amiloride e il triamterene. Lo spironolattone e l'eplerenone sono antagonisti dei recettori dei mineralcorticoidi che competono con l'aldosterone per i siti recettoriali nelle cellule principali e percio' inibiscono l'effetto di stimolazione dell'aldosterone sul riassorbimento di sodio e sulla secrezione di potassio. L'amiloride e il triamterene sono bloccanti dei canali del sodio che inibiscono direttamente l'in-gresso di sodio nei canali del sodio sulle membrane luminali e percio' riducono la quantita' di sodio che puo' essere trasportata attraverso la membrana basolaterale dalla Na+-K+ATPasi. La ridotta attivita' della pompa, a sua volta, diminuisce il trasporto di potassio nelle cellule e quindi riduce la secrezione di potassio nel lume tubulare. Per questo motivo i bloccanti dei canali del sodio, cosi' come gli antagonisti dell'aldosterone, riducono l'escrezione urinaria di potassio e agiscono come diuretici risparmiatori di potassio.

Le cellule intercalate secernono ioni idrogeno e riassorbono ioni bicarbonato e potassio ed equilibrio acido-base

La secrezione dello ione idrogeno da parte delle cellule intercalate e' mediata da un trasportatore idrogeno ATPasi. L'idrogeno e' generato in queste cellule dall'azione dell'anidrasi carbonica su acqua e anidride carbonica per formare acido carbonico, che poi si dissocia in ioni idrogeno e bicarbonato. Gli ioni idrogeno sono poi secreti nel lume tubulare e, per ogni ione idrogeno secreto, uno ione bicarbonato diventa disponibile per il riassorbimento attraverso la membrana basolaterale.  Le cellule intercalate possono anche riassorbire ioni potassio. Le caratteristiche funzionali della porzione terminale del tubulo distale e del tubulo collettore corticale possono essere riassunte come descritto di seguito.
1. Le membrane tubulari di entrambi i segmenti sono quasi completamente impermeabili all'urea, come il segmento di diluizione della porzione iniziale del tubulo distale, per cui praticamente tutta l'urea che entra in questi segmenti li percorre ed entra nel dotto collettore per essere eliminata con le urine, anche se una parte dell'urea viene riassorbita nel dotto collettore midollare.
2. Sia la porzione terminale del tubulo distale sia il tubulo collettore corticale riassorbono ioni sodio e la velocita' di riassorbimento e' controllata da ormoni, soprattutto dall'aldosterone. Allo stesso tempo, questi segmenti secernono ioni potassio dal sangue dei capillari peri-tubulari nel lume del tubulo, e anche questo processo e' controllato dall'aldosterone e da altri fattori, come la concentrazione degli ioni potassio nei liquidi corporei.
3. Le cellule intercalate di questi segmenti del nefrone secernono ioni idrogeno tramite la H+ ATPasi. Questo processo e' diverso dalla secrezione per meccanismo attivo secondario degli ioni idrogeno da parte del tubulo prossimale perche' e' in grado di secernere ioni idrogeno contro un forte gradiente di concentrazione, pari a 1000 a 1, mentre la secrezione attiva secondaria nel tubulo prossimale puo' sostenere al massimo un gradiente di 4-10 a 1. Le cellule intercalate pertanto giocano un ruolo chiave nella regolazione dell'equili-brio acido-base dei liquidi corporei.

4. La permeabilita' all'acqua della porzione terminale del tubulo distale e del dotto collettore corticale e' controllata dalla concentrazione dell'ADH, altrimenti detta vasopressina. In presenza di elevati livelli di ADH, tali segmenti tubulari sono permeabili all'acqua, ma in mancanza di ADH, sono virtualmente impermeabili all'acqua. Questa particolare caratteristica fornisce un importante meccanismo di controllo per regolare il grado di diluizione o il grado di concentrazione delle urine.
Figura 3 Ultrastruttura cellulare e caratteristiche del trasporto nella porzione iniziale e in quella terminale del tubulo distale e nel tubulo collettore. La porzione iniziale del tubulo distale ha molte delle caratteristiche del segmento ascendente spesso dell'ansa di Henle e riassorbe sodio, cloro, calcio e magnesio, ma e' virtualmente impermeabile all'acqua e all'urea. La porzione terminale dei tubuli distali e i tubuli collettori corticali sono formati da due diversi tipi cellulari, le cellule principali e le cellule intercalate. Le cellule principali riassorbono sodio dal lume e secernono ioni potassio nel lume. Le cellule intercalate riassorbono ioni potassio e ioni bicarbonato dal lume e secernono ioni idrogeno nel lume. Il riassorbimento di acqua da questi segmenti tubulari e' controllato dalla concentrazione di ormone antidiuretico (ADH). La Figura 4 riporta in schema il meccanismo di riassorbimento del cloruro di sodio e di secrezione del potassio nella porzione terminale del tubulo distale e nei tubuli collettori corticali. Il sodio entra nella cellula grazie a canali specifici e viene trasportato fuori dalla cellula dalla Na+-K+ ATPasi. Gli antagonisti dell'aldosterone competono con l'ormone per i siti di legame nella cellula e percio' impediscono all'aldosterone di stimolare il riassorbimento di sodio e la secrezione di potassio. I bloccanti dei canali del sodio inibiscono direttamente il passaggio del sodio attraverso di essi.

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