Funzione renale

 

Il rene è l'organo incaricato di mantenere i corretti valori di volume e composizione del plasma (omeostasi), e nel contempo, di eliminare metaboliti e sostanze esogene, trattenendo i soluti necessari all'organismo. Queste funzioni di controllo vengono svolte regolando l'eliminazione di acqua e soluti dall'organismo attraverso l'urina. Il meccanismo fondamentale è quello di un filtro a due stadi, che permette il passaggio di acqua e soluti nella preurina attraverso una filtrazione poco specifica del plasma (vengono trattenute solo cellule e macromolecole) e il successivo riassorbimento e/o secrezione, selettivo e controllato, di soluti, seguiti in modo finemente regolato da acqua.
Il rene è costituito da unità funzionali - nefroni - la cui struttura anatomica rispecchia questa modalità di lavoro a due stadi: ogni nefrone è formato da un gomitolo capillare (glomerulo), che opera la filtrazione, e da un tubulo, lungo il quale avvengono i processi di trasporto che permettono il riassorbimento o la secrezione selettiva dei soluti. Il motore fondamentale di tutti i sistemi di trasporto è la pompa sodio-potassio delle cellule del tubulo, che estrude ioni sodio (Na+) verso l'interstizio
In sintesi il rene svolge  le seguenti funzioni:

 

Funzione di filtro

Eliminazione dal sangue ed escrezione
con le urine di cataboliti (urea, creatinina, acido urico, prodotti finali
degradazione emoglobina, metaboliti ormoni) e sostanze esogene (farmaci, additivi alimentari)

•Funzione omeostatica

Regolazione equilibrio idrico
Regolazione bilancio elettrolitico
Regolazione equilibrio acido-base
Regolazione pressione arteriosa

•Funzione ormonale

Produzione ormoni coinvolti in:
Eritropoiesi (eritropoietina)
Metabolismo del Ca2+ (1,25-diidrossicolicalciferolo, forma attiva vitamina D)
Regolazione pressione arteriosa e flusso ematico (renina)
Gluconeogenesi

Organizzazione morfofunzionale


Il rene è un organo parenchimatoso caratterizzato da una struttura anatomica piuttosto complessa che riflette una raffinata organizzazione funzionale. Fondamentalmente, esso è costituito da due regioni distinte:
- una regione corticale, nella quale il sangue arterioso forma piccoli gomitoli capillari (glomeruli), dove il sangue stesso viene filtrato e il liquido ottenuto raccolto nella capsula di Bowman che li avvolge e dà inizio ai tubuli; tra i glomeruli si osservano convoluzioni dei tubuli stessi, prima che continuino nella midollare (tubulo contorto prossimale) e di ritorno dalla midollare (tubulo contorto distale); - una regione midollare, costituita da lobi (piramidi) nei quali scorrono paralleli: i tubuli, che discendono a profondità variabile, formano un'ansa (ansa di Henle) e risalgono alla corticale;  i tubuli e i dotti collettori, che raccolgono il contenuto dei tubuli contorti distali e, attraversata la midollare, lo convogliano nei calici della pelvi renale;  i vasi che affondano paralleli ai tubuli nella midollare e risalgono (vasa recto).
I nefroni si distinguono in:
Nefroni corticali: rappresentano lʼ85% di tutti i nefroni. Sono caratterizzati da un corpuscolo renale più piccolo -situato nella parte periferica della corticale- e da un tubulo più breve.
Nefroni iuxtamidollari (= vicini alla midollare): sono forniti di un corpuscolo renale più voluminoso e localizzato vicino alla midollare e da un tubulo assai più lungo. Rispetto ai precedenti, presentano unʼarteriola efferente che forma non solo una rete capillare attorno ai tubuli, ma anche una serie di anse vascolari (vasa recta) che discendono nella midollare, circondano i dotti collettori ed i tratti ascendenti dellʼansa di Henle. Questi vasi sono molto importanti perchè, oltre a consentire il ritorno alla corticale del sangue, forniscono ossigeno e nutrienti ai segmenti tubulari, trasportano ai tubuli le sostanze che devono essere secrete, riportano nella circolazione generale lʼacqua ed i soluti che devono essere riassorbiti e partecipano al meccanismo di concentrazione/ diluizione delle urine.

Vascolarizzazione

La vascolarizzazione del rene presenta alcune caratteristiche particolarmente rilevanti. Il sangue arterioso penetra attraverso le arterie interlobari e si distribuisce attraverso le arterie arcuate che corrono tra la corticale e la midollare. L'irrorazione delle due porzioni, corticale e midollare, è anatomicamente e funzionalmente molto diversa. Verso la corticale, dalle arterie arcuate dipartono arterie - arterie radiali corticali o lobulari - che danno luogo a un'arteriola per ogni glomerulo. Un'arteriola afferente raggiunge il glomerulo, ne esce come arteriola efferente e forma una rete capillare peritubulare da cui il sangue confluisce in vene lobulari, che ritornano alle vene arcuate. Verso la midollare, il sistema vascolare è molto più semplice, essendo costituito da vasi che scendono radialmente lungo le piramidi e risalgono (vasa recta). E' importante osservare che le arteriole efferenti presentano caratteristiche diverse rispetto alle normali arteriole. Infatti, in uscita dal processo di filtrazione glomerulare, esse presentano una ridotta pressione idrostatica e, avendo perso acqua e soluti, un'aumentata concentrazione di proteine (pressione oncotica elevata): entrambi questi fattori tendono a favorire il riassorbimento massiccio d'acqua e soluti. Poiché le arteriole efferenti dei glomeruli iuxtamidollari, invece di dar luogo alla ricca rete peritubulare, si approfondano nella midollare come i vasa recta, va tenuto presente che questi vasa recta spuri avranno caratteristiche di scambio diverse rispetto ai vasa recta veri, i quali si generano direttamente dalle arterie arcuate senza aver attraversato glomeruli (e hanno perciò pressione idrostatica maggiore e la stessa pressione oncotica del plasma).

Nefrone

Ogni glomerulo, con il proprio tubulo, costituisce un'unità funzionale relativamente indipendente, che viene detta nefrone. Il sangue arriva al nefrone attraverso l'arteriola afferente e lascia il glomerulo attraverso un'arteriola efferente. Il liquido filtrato dal glomerulo transita nel tubulo contorto prossimale, percorre l'ansa di Henle - che per i nefroni più superficiali (corticali) non entra significativamente nella regione midollare, mentre per quelli più profondi (iuxtamidollari) arriva quasi a raggiungere- l'apice della piramide renale (papilla) - e quindi le convoluzioni distali del tubulo, prima di venire raccolto nel tubulo collettore che lo immette nei dotti collettori per portarlo allo sbocco papillare.
La rete capillare peritubulare irrora il parenchima della corticale, avvolgendo tutta l'ansa dei nefroni corticali; per i nefroni iuxtamidollari, invece, sia l'ansa tubulare sia i vasi corrono rettilinei e paralleli in direzione radiale - lungo l'asse delle piramidi midollari: questo è essenziale per favorire il mantenimento di un gradiente osmotico nell'interstizio, attraverso il meccanismo di scambio controcorrente.
Il rene funziona come un filtro a due stadi: - un filtro molecolare trattiene completamente le cellule del sangue e le macromolecole (proteine di peso superiore ai 70 kDa) e rallenta il passaggio di molecole di peso compreso tra i 10 e i 70 kDa;
- sistemi di traslocazione di ioni e di cotrasporto o antiporto permettono il riassorbimento di circa il 97% dei soluti filtrati. Questi trasporti sono regolati attivamente e questo costituisce la principale modalità di regolazione della funzione renale. L'acqua segue passivamente, ma in modo a sua volta regolato, cosicché l'osmolalità dell'urina può variare da un valore inferiore a 100 a un valore superiore a 1.500 mOsm/l , per un valore normale di circa 1.000 mOsm/ l (contro circa 300 mOsm /l per il plasma). È evidente l'efficienza di un'organizzazione di questo genere, rispetto a un'eliminazione selettiva di tutte le sostanze indesiderate dal plasma, che richiederebbe un numero enorme di meccanismi specifici di trasporto e renderebbe impossibile elimi¬nare sostanze esogene non previste. Viceversa, la filtrazione non selettiva, seguita da riassorbimento di elettroliti e acqua, lascia nel tubulo tutti i soluti idrofili non attivamente riassorbiti (i soluti lipolili attraversano liberamente le membrane e seguono passivamente il riassorbimento dell'acqua). Basterà pertanto rendere idrofili, in modo che restino in¬trappolati nel tubulo, i metaboliti e le sostanze esogene, che vanno eliminati (si noti che proprio in questa direzione procede generalmente il metabolismo epatico), e possedere sistemi di trasporto ade¬guati a riassorbire le sostanze idrofile che non devono essere perse.

Regolazioni operate dal rene

I meccanismi di funzionamento del rene permettono di regolare:
- il volume dei liquidi corporei; poiché l'acqua segue passivamente, la quantità di soluti (e in particolare di sodio - Na+ -, la specie più abbondante eliminata dal rene determina la quantità di liquidi eliminata; i diuretici interferiscono con l'uno o l'altro dei meccanismi di riassorbimento del Na+ e si impiegano per eliminare liquidi, ridurre la pressione arteriosa o ridurre il carico sul cuore.

Il glomerulo renale è la struttura specializzata per la filtrazione del plasma: è costituito da un gomitolo capillare arterioso, avvolto in una capsula (capsula di Bowman) dalla quale ha inizio il tubulo. La corticale renale contiene circa un milione di glomeruli. Il filtro glomerulare permette il passaggio di  soli soluti e una diffusione parziale di macromolecole (ridotta se cariche negativamente) e di piccole :cine, mentre impedisce la filtrazione di proteine di dimensioni maggiori dell'albumina e delle cellule ematiche. Il tasso di filtrazione glomerulare VFG, circa 125 ml /min) dipende dalla pressione capillare nel glomerulo e dalla dimensione degli interstizi tra i pedicelli delle cellule mesangiali che rivestono il capillare glomerulare. Esso è però influenzato anche dal flusso ematico glomerulare: se questo è rallentato, la filtrazione produce una significativa concentrazione delle proteine, che si oppone, per pressione oncotica, a ulteriore filtrazione. Il tono delle arteriole glomerulari (afferente ed efferente) è finemente autoregolato da riflessi interni al rene, con il risultato che la pressione di perfusione e la VFG restano virtualmente costanti su un ampio ambito di valori di pressione arteriosa (80-180 mmHg); ciononostante, il volume urinario cambia grandemente in risposta alle variazioni di pressione, grazie a marcate alterazioni dei processi di riassorbimento tubulare.

L'escrezione renale di sostanze si esprime operativamente in termini di clearance. Una sostanza filtrata nel glomerulo e non riassorbita o escreta nel tubulo viene eliminata con la velocità con cui è filtrata: questo corrisponde a ripulire una corrispondente quantità di plasma (clearance = 125 ml min). Sostanze riassorbite hanno clearance inferiore (fino a zero, se completamente riassorbite), mentre sostanze attivamente secrete possono avere clearance molto più elevate (fino a un valore corrispondente al flusso plasmatico renale, se completamente se-crete). La misura della clearance di sostanze di cui si conosce il comportamento renale (per esempio, inu-lina, solo filtrata; PAI, filtrato e attivamente secreto) fornisce una stima di importanti parametri re¬nali (velocità di filtrazione, flusso plasmatico renale utili nella valutazione clinica della funzionalità renale.

Filtrazione

La filtrazione del sangue nel rene avviene in corpuscoli (di Malpighi), localizzati nella corticale renale, che sono costituiti da un gomitolo capillare (glomerulo arterioso) che si invagina nella capsula di Bowman generando, tra il foglietto epiteliale parietale e quello viscerale della capsula, uno spazio (camera capsulare) che raccoglie il filtrato. Il foglietto viscerale dell'epitelio capsulare è formato da podociti che interdigitano i loro pedicelli, creando una membrana porosa i cui pori hanno diametro di circa 5 nm. Tra i podociti e l'endotelio capillare, sottile e ampiamente fenestrato (pori di 50-100 nm) si trova una membrana basale che contribuisce a definire le proprietà del filtro glomerulare. Barriera di ultrafiltrazione (barriera sangue/urina). È costituita dall'endotelio fenestrato dei capillari glomerulari, dalla membrana basale e dalle interdigitazioni dei podociti che formano il foglietto viscerale della capsula glomerulare. I podociti appaiono come elementi stellati, con numerosi prolungamenti (processi primari) che abbracciano i capillari glomerulari. I processi primari si ramificano dando origine a processi secondari (pedicelli o piedi terminali) che aderiscono alla superficie esterna della membrana basale dei capillari glomerulari. Fra i pedicelli contigui si stabiliscono fori o fessure di filtrazione, chiusi da diaframmi (diaframmi dei fori di filtrazione o membrane delle fessure). La barriera di ultrafiltrazione di cui la membrana basale rappresenta lo strato più spesso e privo di discontinuità, permette il passaggio d'acqua, ioni e cristalloidi.

Selettività del filtro

Funzioni e costituzione della membrana di filtrazione del glomerulo

Consente passaggio H2O + soluti basso peso molecolare (65000, < 69 kDa);
Esercita azione selettiva in funzione delle dimensioni e carica elettrica delle molecole. Filtrazione:
• libera molecole raggio < 20Å (-5 KDa) • variabile molecole raggio 20-42Å • assente molecole raggio > 42Å (-70 KDa).
Formata da:
• Endotelio capillare fenestrato (pori 50-100 nm) tappezzato da cariche negative fisse, che ostacolano passaggio proteine plasmatiche (carica negativa).
• Membrana basale formata da collagene e proteoglicani (carica negativa) è una barriera efficace al passaggio proteine plasmatiche.
• Strato viscerale della capsula di Bowman (podociti, con processi terminali,pedicelli, che formano pori a fessura (4-14 nm, chiusi da struttura proteica, diaframma di filtrazione, regolabile). Presenti glicoproteine caricate negativamente.
 

Attraversando il glomerulo, circa un quinto del plasma viene filtrato nella capsula. Per le caratteristiche anatomiche del filtro glomerulare, passano tutte le sostanze disciolte nel plasma con massa molecolare inferiore a 5 kDa (la massa di una piccola proteina di circa 50 aminoacidi). Tra 5 e 70 kDa (raggio molecolare compreso tra 1 e 4 nm) la filtrazione è parziale, mentre al di sopra dei 70 kDa la filtrazione diviene nulla (filtro molecolare). Per quantificare questo comportamento, si defi­nisce un coefficiente di filtrazione glomerulare (SG) che rappresenta il rapporto di concentrazione tra filtrato e plasma, compreso tra 0 e 1, il quale dipende non solo dalle dimensioni, ma anche in buona misura, per le molecole con dimensione simile al diametro del poro, dalle caratteristiche della membrana basale; questa, infatti, è ricca di cariche nega­tive fisse (proteoglicani e mucopolisaccaridi acidi), e tende a respingere le molecole cariche negativa­mente, ostacolando così il passaggio degli anioni filtro elettrico). La relazione tra dimensioni molecolari, carica e SG è stata studiata utilizzando polimeri di destrano, dimostrando che la filtrazione delle macromolecole con raggio compreso tra 18 e 36 A dipende dalla loro carica. Se l'albumina, la proteina plasmatica di minori dimensioni (raggio = 35 A), fosse neutra, filtrerebbe significativamente a livello glomerulare con conseguente grave ipoalbuminemia. Tuttavia, le proteine plasmatiche, al pH fisiologico, sono deprotonate e si comportano, quindi, come i destrani polianionici, rendendo pressoché nulla la filtrazione dell'albumina e, a maggior ragione, delle altre proteine plasmatiche di dimensioni superiori. Se, tuttavia, per processi patologici, la membrana basale perde le cariche negative, viene meno la selettività basata sulla carica con conse­guente filtrazione dell'albumina plasmatica e albuminuria.
Va inoltre tenuto presente che il mancato pas­saggio attraverso il filtro glomerulare di proteine quali albumina e globuline fa sì che tutte le mole­cole, anche di piccole dimensioni, che sono legate alle proteine plasmatiche, passino solo in relazione alla quota libera, ovvero il filtrato le conterrà in concentrazione al massimo uguale non alla concen­trazione plasmatica, ma a quella della frazione non legata alle proteine (quando SG è uguale a 1).


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