Rene, il riassorbimento tubulare

Una volta che nel glomerulo e' avvenuto il fenomeno della filtrazione, avremo una seconda fase in cui il rene riassorbe cio' cheha filtrato. Il riassorbimento attraverso l'epitelio tubulare nel liquido interstiziale include sia trasporti attivi sia trasporti passivi, secondo gli stessi meccanismi di base di trasporto attraverso le membrane dell'organismo. Per esempio, l'acqua e i soluti possono essere trasportati sia attraverso la membrana cellulare (via transcellulare) sia attraverso gli spazi tra le giunzioni delle cellule (via paracellulare). Successivamente, dopo l'assorbimento nel liquido interstiziale attraverso le cellule epiteliali del tubulo, l'acqua e i soluti vengono trasportati attraverso le pareti dei capillari peritubulari nel sangue per ultrafiltrazione (flusso di massa), mediata dalle forze idrostatiche e colloidoosmotiche. I capillari peritubulari si comportano come le estremita' venose di molti altri capillari, dove esiste una forza netta di riassorbimento che muove il liquido e i soluti dall'interstizio nel sangue.

Trasporto attivo

Il trasporto attivo puo' trasportare un soluto contro un gradiente elettrochimico e richiede energia derivante dal metabolismo. Un trasporto direttamente accoppiato a una fonte di energia, come l'idrolisi dell'adenosina trifosfato (ATP) viene detto trasporto attivo primario. Un buon esempio ne e' la pompa sodiopotassio, una ATPasi, attiva lungo la maggior parte del tubulo renale. Un trasporto indirettamente accoppiato a una fonte di energia, come quello dovuto a un gradiente ionico, viene detto trasporto attivo secondario. Il riassorbimento del glucosio da parte dei tubuli renali e' un esempio di trasporto attivo secondario. Anche se i soluti possono essere riassorbiti con meccanismo attivo e/o passivo dal tubulo, l'acqua e' sempre riassorbita con un meccanismo fisico passivo chiamato osmosi, il che significa che l'acqua diffonde da una regione con una minore concentrazione di soluti (con una maggiore concentrazione di acqua) a una con un'elevata concentrazione di soluti (a minore concentrazione di acqua). I soluti possono essere trasportati attraverso le cellule epiteliali o tra le cellule Le cellule dei tubuli renali, come altre cellule epiteliali, sono tenute assieme dalle giunzioni serrate (tight junctions). Sotto le giunzioni si trovano gli spazi intercellulari laterali che separano tra loro le cellule epiteliali del tubulo. I soluti possono essere riassorbiti o secreti attraverso le cellule tramite la via transcellulare o passando tra le cellule, attraverso le giunzioni serrate e gli spazi intercellulari, tramite la via paracellulare. Il sodio e' una sostanza che usa entrambe queste vie, anche se la maggior parte di esso viene trasportata per via transcellulare. In alcuni segmenti del nefrone, soprattutto il tubulo prossimale, anche l'acqua viene riassorbita per via paracellulare e le sostanze in essa disciolte, soprattutto il potassio, il magnesio e il cloro, sono trasportate con il liquido riassorbito tra le cellule. Il trasporto attivo primario attraverso la membrana tubulare e' legato all'idrolisi dell'ATP. La particolare importanza del trasporto attivo primario e' legata al fatto che esso puo' far muovere i soluti contro un gradiente elettrochimico.

L'energia per questo trasporto attivo deriva dall'idrolisi dell'ATP dovuta all'ATPasi di membrana; anche l'ATPasi e' un componente del meccanismo di trasporto che lega e muove i soluti attraverso le membrane cellulari. Nei reni, i trasporti attivi primari conosciuti sono la sodiopotassic ATPasi, Y idrogenopotassio ATPasi e la calcio ATPasi. Un buon esempio di sistema di trasporto attivo primario e' il riassorbimento di sodio attraverso la membrana del tubulo prossimale, come mostrato nella Figura 1: riassorbimento dell'acqua e dei soluti filtrati dal lume tubulare attraverso le cellule epiteliali del tubulo, attraverso l'interstizio renale indietro nel sangue. I soluti sono trasportati attraverso le cellule (transcellulare) per diffusione passiva o per trasporto attivo oppure tra cellule (via paracellulare) per diffusione. L'acqua viene trasportata verso e tra le cellule tubulari per osmosi. Il trasporto di acqua e soluti liquido interstiziale nei capillari peritubulari avviene per ultrafiltrazione (flusso di massa).  Sui lati basolaterali delle cellule epiteliali dei tubuli, la membrana cellulare presenta un esteso sistema di Na+K+ ATPasi che idrolizza l'ATP e usa l'energia rilasciata per trasportare gli ioni sodio al di fuori della cellula nell'interstizio. Allo stesso tempo, il potassio viene trasportato dall'interstizio all'interno della cellula. Il lavoro di questa pompa ionica mantiene bassa la concentrazione intracellulare di sodio e alta quella del potassio e mantiene una carica netta negativa di circa 70 mV all'interno della cellula. Questa estrusione attiva del sodio dalla cellula attraverso la membrana basolaterale favorisce la diffusione passiva di sodio della cellula dal lume tubulare ella cellula attraverso la membrana luminale, per due motivi: < 11 il gradiente di concentrazione favorisce la diffusione del sodio, poiche' la concentrazione intracellulare di sodio e' bassa I2mEq/L) e quella nel tubulo elevata (140mEq/L); (2) il ryjtenziale intracellulare negativo, 70 mV, attrae gli ioni sodio carichi positivamente dal lume tubulare nella cellula.
Il riassorbimento attivo di sodio dovuto alla Na+K+ ATPasi avviene in quasi tutte le porzioni del tubulo. In alcune parti del nefrone vi sono anche altri meccanismi che trasportano grosse quantita' di sodio nella cellula. Nel tubulo prossimale vi e' un esteso orletto a spazzola sul lato luminale della membrana (la faccia che guarda all'interno del lume del tubulo) che moltiplica la superficie di circa venti volte. Vi sono anche proteine che trasportano gli ioni sodio, legandoli al lato luminale della membrana e rilasciandoli all'interno della cellula, e provvedendo cosi' alla diffusione facilitata del sodio attraverso la membrana della cellula. Queste proteine trasportatrici del sodio sono anche inportanti per il trasporto attivo secondario di altre sostanze, come il glucosio e gli aminoacidi.

Il riassorbimento netto di ioni sodio dal lume tubulare nel sangue coinvolge quindi almeno tre passaggi:
1. Il sodio diffonde attraverso la membrana luminale (chiamata anche membrana apicale) nella cellula secondo un gradiente elettrochimico creato dalla Na+K+ ATPasi posta sulla membrana basolaterale.
2. Il sodio viene trasportato attraverso la membrana basolaterale contro il gradiente elettrochimico dalla Na+K+ ATPasi.
3. Il sodio, l'acqua e altre sostanze vengono riassorbite dal liquido interstiziale nei capillari peritubulari per ultrafiltrazione, processo passivo guidato dai gradienti di pressione idrostatica e colloidoosmotica.

Nella figura 2: Meccanismo di base per il trasporto attivo di sodio attraverso la cellula epiteliale tubulare. La Na*K+ ATPasi estrude il sodio attraverso la membrana basolaterale, cosi' che la concentrazione intracellulare di sodio  e' bassa e si crea un potenziale elettrico intracellulare negativo. La bassa concentrazione intracellulare di sodio e il potenziale elettrico negativo fanno si' che gli ioni sodio diffondano dal lume del tubulo nelle cellule attraverso l'orletto a spazzola.

Riassorbimento attivo secondario attraverso la membrana tubulare

Nel trasporto attivo secondario, due o piu' sostanze interagiscono con una proteina di membrana specifica (una molecola trasportatrice) e vengono trasportate insieme attraverso la membrana. Nel momento in cui una delle sostanze (per esempio, il sodio) diffonde secondo il suo gradiente elettrochimico, l'energia liberata viene usata per trasportare un'altra sostanza (per esempio, il glucosio) contro il suo gradiente elettrochimico. Per tale ragione, il trasporto attivo secondario non richiede energia direttamente dall'ATP o da un'altra fonte di fosfato ad alto contenuto energetico. Piuttosto, la fonte diretta di energia e' quella liberata dalla simultanea diffusione facilitata di un'altra sostanza trasportata secondo il suo gradiente elettrochimico.
Nell'ambito del meccanismo del trasporto attivo secondario del glucosio e degli aminoacidi nel tubulo prossimale. In entrambi i casi, una specifica proteina trasportatrice nell'orletto a spazzola si combina contemporaneamente con uno ione sodio e un aminoacido o una molecola di glucosio. Tali meccanismi di trasporto sono cosi' efficienti da rimuovere virtualmente tutto il glucosio e gli aminoacidi dal lume del tubulo. Dopo che sono entrati nella cellula, il glucosio e gli aminoacidi ne escono attraverso la membrana basolaterale per diffusione, grazie alla loro elevata concentrazione intracellulare, facilitata da specifiche proteine trasportatrici.
I cotrasportatori sodioglucosio (SGLT2 e SGLT1) sono localizzati sull'orletto a spazzola delle cellule del tubulo prossimale e trasportano il glucosio nel citoplasma cellulare contro un gradiente di concentrazione, come descritto in precedenza. Circa il 90% del glucosio filtrato e' riassorbito da SGLT2 nella prima porzione del tubulo prossimale (segmento SI), mentre il restante 10% e' trasportato da SGLT1 nei segmenti finali del tubulo prossimale. Al lato basolaterale della membrana, il glucosio fuoriesce dalla cellula negli spazi interstiziali grazie ai trasportatori del glucosio GLUT2, nel segmento SI e GLUT1 nella porzione finale (segmento S3) del tubulo prossimale.
Anche se il trasporto di glucosio contro gradiente chimico non usa direttamente ATP, il riassorbimento del glucosio dipende dall'energia spesa dalla Na+K+ ATPasi della membrana basolaterale. Il gradiente elettrochimico per la diffusione facilitata del sodio attraverso la membrana luminale viene mantenuto dall'attivita' di questa pompa ed e' questa diffusione del sodio all'interno della cellula secondo gradiente che fornisce l'energia per il contemporaneo trasporto contro gradiente del glucosio attraverso la membrana luminale. Tale riassorbimento di glucosio e' quindi detto "trasporto attivo secondario", poiche' il glucosio di per se' viene riassorbito contro un gradiente chimico, ma e' "secondario" al trasporto attivo primario di sodio.
Un altro punto importante e' che si dice che una sostanza va incontro a trasporto "attivo" quando almeno uno dei passaggi del suo riassorbimento coinvolge un trasporto attivo primario o secondario, anche se altri passaggi nel processo di riassorbimento possono essere passivi. Per il riassorbimento del glucosio, vi e' un trasporto attivo secondario nella membrana luminale, ma in quella basolaterale avviene una diffusione facilitata passiva e nei capillari peritubulari il glucosio entra passivamente, trascinato dal flusso d'acqua.

Secrezione attiva secondaria nei tubuli

Alcune sostanze vengono secrete nei tubuli per trasporto attivo secondario. Questo spesso coinvolge il controtrasporto della sostanza con ioni sodio. Nel controtrasporto, l'energia liberata dal movimento secondo gradiente di una delle sostanze (per esempio, gli ioni sodio) permette il movimento di una seconda sostanza contro gradiente nella direzione opposta. Un esempio di controtrasporto,  e' la secrezione attiva di ioni idrogeno accoppiata al riassorbimento di sodio nella membrana luminale del tubulo prossimale. In questo caso, l'ingresso di sodio nella cellula e' accoppiato all'estrusione dell'idrogeno dalla cellula tramite il controtrasporto sodioidrogeno. Tale trasporto e' mediato da una proteina specifica (lo scambiatore sodioidrogeno) nell'orletto a spazzola della membrana luminale. Come il sodio viene trasportato all'interno della cellula, gli ioni idrogeno sono costretti a uscire in direzione opposta nel lume tubulare.

Pinocitosi: un meccanismo di trasporto attivo per il riassorbimento delle proteine

Alcune porzioni del tubulo, soprattutto il tubulo prossimale, riassorbono molecole di grosse dimensioni come le proteine per pinocitosi. In questo processo, la proteina si lega all'orletto a spazzola della membrana luminale e, successivamente, questa porzione della membrana si invagina all'interno della cellula sino a staccarsi completamente, formando una vescicola che contiene la proteina. Una volta all'interno della cellula, la proteina viene digerita nei suoi costituenti aminoacidi, che sono riassorbiti attraverso la membrana basolaterale nel liquido interstiziale. Poiche' richiede energia, la pinocitosi e' considerata una forma attiva di trasporto.

Carico tubulare massimo delle sostanze riassorbite attivamente

Per molte sostanze che sono riassorbite o secrete attivamente, esiste un limite alla velocita' a cui la sostanza puo' essere trasportata, spesso indicato come trasporto massimo. Tale limite e' dovuto alla saturazione del sistema di trasporto specifico coinvolto quando la quantita' di soluto liberata nel tubulo (detta carico tubulare) eccede la capacita' delle proteine trasportatrici e degli enzimi specifici coinvolti nel processo di trasporto. Il sistema di trasporto del glucosio nel tubulo prossimale ne e' un buon esempio. Normalmente, nelle urine non vi e' traccia di glucosio perche' essenzialmente tutto il glucosio filtrato viene riassorbito nel tubulo prossimale. Tuttavia, quando il carico filtrato supera la capacita' dei tubuli di riassorbire il glucosio, vi e' escrezione di glucosio nell'urina.
In un uomo adulto, il trasporto massimo per il glucosio (detto carico tubulare massimo) e' mediamente pari a circa 375 mg/min, mentre il carico filtrato e' pari solo a circa 125 mg/min (VFG x concentrazione plasmatica di glucosio = 125 mL/min x 1 mg/mL). Per ampi aumenti della VFG e/o della concentrazione plasmatica del glucosio che aumentano il carico filtrato di glucosio a oltre 375 mg/min, il glucosio filtrato in eccesso non viene riassorbito e si ritrova nell'urina.
Si noti che quando la concentrazione plasmatica di glucosio e' pari a 100 mg/100 mL e il carico filtrato e' al livello normale, 125 mg/min, non c'e' perdita di glucosio nelle urine. Quando la concentrazione plasmatica di glucosio cresce oltre i 200 mg/100 mL, aumentando il carico filtrato a 250 mg/min, una piccola quantita' di glucosio comincia a comparire nelle urine (fenomeno della glicosuria). Questo punto e' detto soglia renale del glucosio. Si noti che la comparsa del glucosio nell'urina (alla soglia) avviene prima che sia raggiunto il carico tubulare massimo. Una ragione della differenza tra la soglia e il carico tubulare massimo e' che non tutti i nefroni hanno lo stesso trasporto massimo per il glucosio e che, di conseguenza, alcuni dei nefroni iniziano ad eliminare il glucosio prima che altri abbiano raggiunto il loro trasporto massimo. Il carico tubulare massimo totale dei reni, che e' pari a circa 375 mg/min, viene raggiunto quando tutti i nefroni hanno raggiunto la loro capacita' massima di riassorbire il glucosio. Il glucosio plasmatico di un soggetto sano in genere non diventa mai abbastanza elevato da causare un'escrezione di glucosio nell'urina, anche dopo un pasto. Invece, nel diabete mellito non controllato, il glucosio plasmatico cresce a livelli tali da causarne l'escrezione con le urine poiche' il carico filtrato supera la quantita' massima trasportata. Alcuni dei piu' importanti valori di carico tubulare massimo per sostanze riassorbite divamente dai tubuli sono:

Sostanze Carico tubulare massimo
Glucosio 375 mg/min
fosfafati 0,10mmol/min
Solfati 0,06mmol/min
Aminoacidi 1,5mmol/min
Lattato 75 mg/min
Proteine plasmatiche 30 mg/min

Carico tubulare massimo per alcune sostanze secrete attivamente
Creatinina 16mg/min
Acido paraaminoippurico 80mg/min

Sostanze che sono attivamente trasportate ma che non hanno un trasporto massimo

La ragione per cui i soluti trasportati attivamente di norma mostrano un carico tubulare massimo e' che i sistemi di trasporto si saturano quando il carico tubulare aumenta. Le sostanze che sono riassorbite passivamente non mostrano un carico tubulare massimo perche' la loro velocita' di trasporto e' determinata da altri fattori, come (1) il gradiente elettrochimico per la diffusione della sostanza attraverso la membrana, (2) la permeabilita' della membrana alla sostanza e (3) il tempo di permanenza del liquido contenente la sostanza all'interno del tubulo. Un trasporto di questo tipo e' detto trasporto gradientetempo perche' I velocita' del trasporto dipende dal gradiente elettrochimico e dal tempo di permanenza della sostanza nel tubulo, il che a sua volta dipende dalla velocita' del flusso tubulare.
Anche per alcune sostanze trasportate attivamente il trasporto ha caratteristiche gradientetempo dipendenti. Un esempio e' il riassorbimento di sodio nel tubulo prossimale. Il motivo principale per cui non c'e' un carico tubulare massimo per il trasporto di sodio nel tubulo prossimale e' che altri fattori limitano la velocita' di riassorbimento impedendo che venga raggiunta la velocita' massima di trasporto attivo. Per esempio, nei tubuli prossimali, la capacita' massima di trasporto della Na+K+ ATPasi basolaterale e' di solito molto piu' grande della reale velocita' netta di riassorbimento di sodio. Una delle ragioni e' che una quantita' significativa di sodio trasportata fuori dalla cellula torna nel lume tubulare attraverso le giunzioni epiteliali. La velocita' a cui il sodio torna nel lume del tubulo dipende da diversi fattori, tra cui (1) la permeabilita' delle giunzioni e (2) le forze fisiche che determinano la velocita' di riassorbimento per flusso di massa dal liquido interstiziale nei capillari peritubulari. Percio' il trasporto di sodio nei tubuli prossimali obbedisce soprattutto ai principi del trasporto gradientetempo piuttosto che alle caratteristiche di un trasporto massimo tubulare. Questo significa che piu' grande e' la concentrazione di sodio nei tubuli prossimali, piu' grande e' la sua velocita' di riassorbimento. Inoltre, minore e' la velocita' di flusso del liquido tubulare, piu' grande e' la percentuale di sodio che puo' essere riassorbita dai tubuli prossimali. Nelle porzioni piu' distali del nefrone, le cellule epiteliali hanno giunzioni molto piu' strette e trasportano quantita' di sodio molto piu' piccole. In questi segmenti, il riassorbimento di sodio mostra un carico tubulare massimo simile a quello di altre sostanze trasportate attivamente. Inoltre, tale carico tubulare massimo puo' essere aumentato da alcuni ormoni, come l'aldosterone.

Il riassorbimento passivo di acqua per osmosi e' principalmente accoppiato al riassorbimento di sodio

Quando i soluti sono trasportati fuori dal tubulo per trasporto attivo primario o secondario, la loro concentrazione all'interno del tubulo tende a diminuire, mentre cresce nello spazio interstiziale del rene. Questo crea una differenza di concentrazione che causa il passaggio osmotico di acqua nella stessa direzione in cui sono trasportati i soluti, dal lume tubulare all'interstizio renale. Alcune porzioni del tubulo renale, specialmente il tubulo prossimale, sono molto permeabili all'acqua, e il riassorbimento di acqua avviene cosi' rapidamente che vi e' solo un piccolo gradiente di concentrazione per i soluti a cavallo della membrana tubulare. Gran parte del flusso osmotico di acqua nei tubuli prossimali avviene sia attraverso le cosiddette giunzioni serrate tra le cellule epiteliali sia attraverso le cellule stesse. La ragione, come gia' discusso, e' che le giunzioni tra le cellule non sono cosi' serrate come indicherebbe il loro nome, ma permettono un passaggio significativo di acqua e piccoli ioni. Cio' si verifica soprattutto nei tubuli prossimali, che hanno un'elevata permeabilita' all'acqua e una piu' bassa ma significativa permeabilita' alla maggior parte degli ioni come il sodio, il cloro, il potassio, il calcio e il magnesio. Mentre l'acqua si muove attraverso le giunzioni serrate per osmosi, puo' anche portare con se' alcuni soluti, in un processo detto trascinamento da solvente. Poiche' il riassorbimento di acqua, soluti organici e ioni e' accoppiato al riassorbimento di sodio, i cambiamenti nel riassorbimento di sodio influenzano significativamente il riassorbimento di acqua e di molti altri soluti. Nelle porzioni piu' distali del nefrone, a partire dall'ansa di Henle fino al tubulo collettore, le giunzioni serrate diventano molto meno permeabili all'acqua e ai soluti e, inoltre, l'area della superficie della membrana delle cellule epiteliali e' notevolmente ridotta. Percio', l'acqua non puo' facilmente attraversare le giunzioni serrate della membrana per osmosi. Tuttavia, l'ormone antidiuretico (ADH) aumenta notevolmente la permeabilita' all'acqua nei tubuli distali e collettori, come si vedra' successivamente. Pertanto, il passaggio di acqua attraverso l'epitelio tubulare puo' avvenire solo se la membrana e' permeabile all'acqua, indipendentemente dalla grandezza del gradiente osmotico. Nel tubulo prossimale, la permeabilita' all'acqua e' sempre elevata e l'acqua viene riassorbita alla stessa velocita' dei soluti. Nel segmento ascendente dell'ansa di Henle, la permeabilita' all'acqua e' sempre bassa, cosi' che l'acqua non viene praticamente mai riassorbita, nonostante un ampio gradiente osmotico. La permeabilita' all'acqua nell'ultimo tratto del nefrone tubuli distali, tubuli e dotti collettori  puo' essere elevata o bassa a seconda della presenza o meno dell'ADH.. La creatinina, altro prodotto di rifiuto del metabolismo, e' una molecola di maggiori dimensioni rispetto all'urea e non puo' attraversare la membrana tubulare. Percio' la creatinina filtrata non e' riassorbita, e viene tutta escreta con l'urina.

Riassorbimento dei cloro, dell'urea e di altri soluti per diffusione passiva

Quando il sodio viene riassorbito attraverso la cellula epiteliale del tubulo, gli ioni negativi come il cloro seguono il sodio a causa del potenziale elettrico. In altre parole, il trasporto degli ioni sodio, carichi positivamente, fuori dal lume lascia l'interno del lume negativo, in confronto al liquido interstiziale. Cio' determina la diffusione passiva degli ioni cloro attraverso la via paracellulare. Un riassorbimento addizionale di ioni cloro avviene a causa di un gradiente di concentrazione degli ioni cloro che si sviluppa quando l'acqua viene riassorbita per osmosi dal tubulo, concentrando cosi' gli ioni cloro nel lume tubulare (Figura 3). Pertanto il riassorbimento attivo di sodio e' strettamente accoppiato al riassorbimento passivo di cloro per il gradiente elettrico e per il gradiente di concentrazione degli ioni cloro. Gli ioni cloro possono anche essere riassorbiti per trasporto attivo secondario. Il principale meccanismo di trasporto attivo secondario per il riassorbimento del cloro e' il cotrasporto del cloro con il sodio attraverso la membrana luminale. Anche l'urea viene riassorbita passivamente dal tubulo, ma in minor misura rispetto agli ioni cloro. Quando l'acqua viene riassorbita dai tubuli (per osmosi accoppiata al riassorbimento di sodio), la concentrazione dell'urea nel lume del tubulo aumenta (si veda la Figura 27.5), creando un gradiente di concentrazione che favorisce il riassorbimento dell'urea. Comunque, l'urea non permea il tubulo cosi' facilmente come l'acqua. In alcune porzioni del nefrone, specialmente nel dotto collettore della midollare interna, il riassorbimento passivo dell'urea e' facilitato da trasportatori specifici per l'urea. Ciononostante, solo circa meta' dell'urea filtrata dai capillari glomerulari viene riassorbita dai tubuli. La restante urea viene escreta con l'urina, permettendo ai reni di eliminare grosse quantita' di questo prodotto di scarto del metabolismo. Nei mammiferi, oltre il 90% dell'azoto di scarto, per lo piu' prodotto nel fegato come prodotto del metabolismo delle proteine, e' di norma escreto dai reni sotto forma di urea. Riassorbimento e secrezione lungo i diversi tratti del nefrone Si e' gia' discusso in precedenza dei principi di base secondo cui l'acqua e i soluti vengono trasportati attraverso la membrana tubulare. Tenendo presenti queste considerazioni di carattere generale, ora si puo' discutere delle diverse caratteristiche dei singoli segmenti tubulari che permettono loro di svolgere specifiche funzioni. Verranno discusse solo le funzioni di trasporto tubulare quantitativamente piu' importanti, soprattutto quelle correlate al riassorbimento di sodio, cloro e acqua. Nei capitoli seguenti si illustrera' il riassorbimento e la secrezione di altre sostanze specifiche in diverse porzioni del sistema tubulare.

Riassorbimento nel tubulo prossimale

Normalmente, circa il 65% del carico filtrato di sodio e di acqua e una percentuale lievemente inferiore di cloro sono riassorbiti dal tubulo prossimale prima che il filtrato raggiunga l'ansa di Henle. Queste percentuali possono essere aumentate o diminuite in diverse condizioni fisiologiche, come si vedra' in seguito. I tubuli prossimali hanno capacita' di trasporto attivo e passivo molto elevate. L'elevata capacita' di riassorbimento del tubulo prossimale dipende dalle caratteristiche peculiari delle sue cellule. Le cellule epiteliali del tubulo prossimale hanno un elevato metabolismo e un elevato numero di mitocondri per sostenere gli intensi processi di trasporto attivo. Inoltre, le cellule del tubulo prossimale hanno un abbondante orletto a spazzola sul lato luminale (apicale) della membrana e un esteso labirinto di spazi intercellulari e basali, i quali nel loro complesso fanno si' che la superficie delle membrane luminale e basolaterale sia molto estesa, favorendo il rapido trasporto di sodio e di altre sostanze. L'ampia superficie della membrana dell'orletto a spazzola presenta inoltre proteine trasportatrici che assorbono una grande quantita' di ioni sodio insieme a diverse molecole di nutrienti organici come aminoacidi e glucosio per mezzo di meccanismi di cotrasporto. Ulteriore sodio e' trasportato dal lume tubulare nella cellula per controtrasporto; questo meccanismo riassorbe sodio in scambio con la secrezione nel lume tubulare di altre sostanze, in modo particolare di ioni idrogeno. La secrezione di ioni idrogeno nel lume tubulare e' un passaggio importante nel rimuovere gli ioni bicarbonato dal lume del tubulo (l'H+ si combina con l'HCO3 per formare H2C03, che poi si dissocia in H20 e C02). Anche se la Na+K+ ATPasi e' la principale forza motrice per il riassorbimento del sodio, del cloro e dell'acqua lungo tutto il tubulo prossimale, ci sono alcune differenze nei meccanismi grazie ai quali il sodio e il cloro attraversano la membrana luminale delle cellule nelle porzioni iniziali e terminali del tubulo prossimale. Nella prima meta' del tubulo prossimale, il sodio viene riassorbito per cotrasporto con glucosio, aminoacidi e altri soluti. Nella seconda parte del tubulo prossimale, solo una piccola quota di glucosio e di aminoacidi deve essere ancora riassorbita e il sodio viene, quindi, riassorbito principalmente con gli ioni cloro. La seconda meta' del tubulo prossimale presenta una concentrazione di ioni cloro relativamente elevata (circa 140mEq/L) se paragonata a quella nella porzione iniziale (circa 105mEq/L) perche', quando il sodio viene riassorbito in questo tratto, preferenzialmente trasporta con se' glucosio, bicarbonato e ioni organici, lasciando quindi nel lume tubulare una soluzione a maggior concentrazione di cloro. Nella seconda meta' del tubulo prossimale, la piu' alta concentrazione di cloro favorisce la diffusione di questo ione dal lume del tubulo attraverso le giunzioni intercellulari nel liquido interstiziale renale. Minori quantita' di cloro possono essere riassorbite anche attraverso canali specifici per il cloro presenti nelle membrane delle cellule dei tubuli prossimali.

Concentrazioni dei soluti lungo il tubulo prossimale

Anche se la quantita' di sodio nel liquido tubulare diminuisce in modo marcato lungo il tubulo prossimale, la concentrazione di sodio (e l'osmolarita' totale) resta relativamente costante perche' la permeabilita' all'acqua del tubulo prossimale e' cosi' grande che il riassorbimento di acqua segue di pari passo il riassorbimento del sodio. Alcuni soluti organici, come glucosio, aminoacidi e bicarbonato, sono riassorbiti molto piu' rapidamente dell'acqua, cosi' che la loro concentrazione diminuisce in modo significativo lungo tutta la lunghezza del tubulo prossimale. La concentrazione di altri soluti organici, che sono meno permeanti e non sono riassorbiti attivamente, come la creatinina, aumenta lungo il tubulo prossimale. La concentrazione totale dei soluti, come evidenzia la costanza dall'osmolarita', resta essenzialmente la stessa lungo tutto il tubulo prossimale essendo la permeabilita' all'acqua di questa porzione del nefrone estremamente elevata.

Secrezione di acidi e basi organiche dal tubulo prossimale

Il tubulo prossimale e' anche un'importante sede di secrezione di acidi e di basi organiche come sali biliari, ossalati, urati e catecolamine. Molte di queste sostanze sono prodotti finali del metabolismo e devono essere rapidamente eliminate dall'organismo. La secrezione di queste sostanze, la loro filtrazione nel tubulo prossimale da parte dei capillari glomerulari e la quasi completa mancanza di loro riassorbimento dai tubuli, contribuiscono alla loro rapida escrezione nell'urina. Oltre ai prodotti di rifiuto del metabolismo, i reni secernono direttamente nei tubuli attraverso le cellule tubulari molti farmaci o tossine potenzialmente nocivi e ripuliscono rapidamente il sangue da queste sostanze. Nel caso di alcuni farmaci, come la penicillina e i salicilati, la capacita' dei reni di ripulire rapidamente il sangue da queste sostanze e' di ostacolo per il mantenimento dell'effettiva concentrazione terapeutica del farmaco. Un altro composto che viene rapidamente secreto dal tubulo prossimale e' l'acido paraaminoippurico (PAI). Il PAI viene secreto cosi' rapidamente che un soggetto sano puo' allontanare circa il 90% del PAI dal sangue che passa attraverso il rene eliminandolo con le urine. Per questo motivo, il valore della clearance del PAI puo' essere usato per stimare il flusso plasmatico renale, come si vedra' successivamente.
 

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