Apparato UrinarioApparato Urinario

ReneRene

Apparato UrinarioApparato Urinario

ReneRene

Funzioni del ReneFunzioni del Rene

Corticale

Nefroni

Midollare

Pelvi renale

Escrezione prodotti di scarto delmetabolismo (urea, creatinina,acido urico) e sostanze esogene(farmaci, additivi alimentari)

Regolazione dell’equilibrio idrico-salino e dell’osmolarità dei liquidicorporei

Regolazione dell’equilibrio acido-base

Regolazione della pressionearteriosa (produzione di renina)

Secrezione di ormoni(eritropoietina) e produzionedella forma attiva della vit D

Pelvi renale

Uretere

Capsula

Escrezione prodotti di scarto delmetabolismo (urea, creatinina,acido urico) e sostanze esogene(farmaci, additivi alimentari)

Regolazione dell’equilibrio idrico-salino e dell’osmolarità dei liquidicorporei

Regolazione dell’equilibrio acido-base

Regolazione della pressionearteriosa (produzione di renina)

Secrezione di ormoni(eritropoietina) e produzionedella forma attiva della vit D

Flusso ematico renale (FER) = 1200ml/min (21% gittata cardiaca).

• 90% corticale + 10% midollare

Le funzioni del rene si esplicano a livello del nefrone

Doppia capillarizzazione:capillari glomerulari +capillari peritubulari

L’URINA si formaattraverso tre processi:• Filtrazione (glomerulo)• Riassorbimento (tubuli)• Secrezione (tubuli)

La quantità di una sostanza presente nell’urina: Carico Escreto (E) =Carico Filtrato (F) – Carico Riassorbito (R) + Carico Secreto (S)

GlomeruloGlomerulo

La filtrazione si realizza nel glomeruloLa filtrazione si realizza nel glomerulo

Arteriolaefferente

Epiteliocapsulare

Podociti

Capillariglomerulari

Tubulodistale

Maculadensa

Cellule iuxta-glomerulari

Tubuloprossimale

Capsula diBowman

Capillariglomerulari

Lume capsula

Arteriolaafferente

Cellule iuxta-glomerulari

Nei capillari glomerulari si ha filtrazione di un elevato volume diplasma privo di proteine che si raccoglie nella capsula di Bowman e poiscorre nel tubulo prossimale verso le porzioni più distali del nefrone.La frazione del flusso plasmatico renale (FPR) filtrata è detta:

Frazione di filtrazione (FF) = VFG/FPR20% del plasma che fluisce attraverso il rene è filtrato

Il volume di plasma filtrato nell’unità di tempo (velocità di filtrazioneglomerulare, VFG) è 180 l/dì. Il filtrato glomerulare è essenzialmenteplasma privo di proteine e si forma grazie alla struttura dellamembrana di ultrafiltrazione. Le sostanze che non devono essereeliminate dall’organismo sono recuperate con il riassorbimentotubulare. Eliminazione urina (1.5 l/dì).

Membrana di ultrafiltrazione

Endotelio capillare (fenestrato, e caricato negativamente) ostacolail passaggio delle proteine plasmatiche, caricate negativamente.• Membrana basale (caricata negativamente) costituisce un’efficacebarriera contro il passaggio delle proteine plasmatiche.• Strato viscerale della capsula di Bowman (podociti, con processiterminali, pedicelli, che formano pori a fessura).

Velocità di filtrazione glomerulare(VFG)

VFG = 125 ml/min, 180 l/giorno (3 l plasma sono filtrati60 volte in un giorno).

Dipende da:

Pressione netta di ultrafiltrazione (Pf) risultantedelle forze di Starling (idrostatiche e colloido-osmotiche).

Coefficiente di ultrafiltrazione (Kf = permeabilità xsuperficie filtrante), che nel rene è 400 voltesuperiore a quello degli altri distretti vascolari.

VFG = 125 ml/min, 180 l/giorno (3 l plasma sono filtrati60 volte in un giorno).

Dipende da:

Pressione netta di ultrafiltrazione (Pf) risultantedelle forze di Starling (idrostatiche e colloido-osmotiche).

Coefficiente di ultrafiltrazione (Kf = permeabilità xsuperficie filtrante), che nel rene è 400 voltesuperiore a quello degli altri distretti vascolari.

Pressioni e filtrazione

VFG = 125 ml/min180 l/dì

Pf = PCG – (PB + CG)

La VFG diminuisce se si verifica:• ↓Kf (riduzione numero capillari glomerulari funzionanti,

ispessimento della membrana capillare)• PB (ostruzione delle vie urinarie, liquido si accumula

nella capsula di Bowman)• CG (aumentata concentrazione delle proteine

plasmatiche)• ↓PCG (diminuzioni della pressione arteriosa, al di fuori

dell’ambito di autoregolazione renale)

La VFG aumenta se si verifica:• PCG (aumenti della pressione arteriosa, al di fuori

dell’ambito di autoregolazione renale)

La VFG diminuisce se si verifica:• ↓Kf (riduzione numero capillari glomerulari funzionanti,

ispessimento della membrana capillare)• PB (ostruzione delle vie urinarie, liquido si accumula

nella capsula di Bowman)• CG (aumentata concentrazione delle proteine

plasmatiche)• ↓PCG (diminuzioni della pressione arteriosa, al di fuori

dell’ambito di autoregolazione renale)

La VFG aumenta se si verifica:• PCG (aumenti della pressione arteriosa, al di fuori

dell’ambito di autoregolazione renale)

Le resistenze dell’arteriola afferente ed efferente incidono sul valoredella pressione idrostatica nei capillari glomerulari (PCG).

↓Raff e ↑Reff ↑PCG

↑Raff e ↓Reff ↓PCG

La PLa Pcc dipende da tre variabili regolate in condizionidipende da tre variabili regolate in condizionifisiologiche:fisiologiche:

• Pressione arteriosa↑PA ↑PCG e ↑VFG (↑FER)↓PA ↓PcCG e ↓VFG (↓FER)

Effetto controllato daautoregolazione renale

• Resistenza arteriole afferenti↓Ra ↑PCG e ↑VFG (↑FER)↑Ra ↓PCG e ↓VFG (↓FER)

• Resistenza arteriole efferenti↑Re ↑PCG e ↑VFG (↓FER)↓Re ↓PCG e ↓VFG (↑FER)

• Pressione arteriosa↑PA ↑PCG e ↑VFG (↑FER)↓PA ↓PcCG e ↓VFG (↓FER)

Effetto controllato daautoregolazione renale

• Resistenza arteriole afferenti↓Ra ↑PCG e ↑VFG (↑FER)↑Ra ↓PCG e ↓VFG (↓FER)

• Resistenza arteriole efferenti↑Re ↑PCG e ↑VFG (↓FER)↓Re ↓PCG e ↓VFG (↑FER)

Aumenti o diminuzioni della Pa porterebbero ad aumenti o diminuzioni del flussoematico renale (FER) e della VFG, con conseguente eliminazione eccessiva odinsufficiente di acqua dall’organismo. L’autoregolazione renale mantienecostanti, nell’ambito di Pa: 75-170 mmHg, il FER e la VFG.

In assenza di autoregolazione, piccoli aumenti della Pa (da 100 a 125 mmHg),aumenterebbero la VFG da 180 a 225 l/dì e l’escrezione urinaria da 1.5 l/dì a46.5 l/dì, con la completa perdita del volume ematico.

Nell’ambito di autoregolazione (75-180 mmHg) FER e VFG rimangonocostanti, mentre il flusso urinario (VU) aumenta in maniera significativa,incrementando l’escrezione di acqua e sodio (controllo renale della PA)grazie a modificazioni del riassorbimento.

↑PA riassorbimento H2O e Na+ ↑escrezione acqua e sodio

CG

CG

Pa costrizione arteriola afferente (↑Raff) ↓PCGVFG viene riportata al valore normale

La vasocostrizione dell’arteriola afferente è mediata da:• Meccanismo miogeno: contrazione muscolatura liscia della paretearteriolare in risposta allo stiramento• Feedback tubulo-glomerulare: produzione, da parte della maculadensa, di sostanze con azione vasocostrittrice

c

c

↓Pa costrizione arteriola efferente (↑Raff) PCGVFG viene riportata al valore normale

La vasocostrizione dell’arteriola efferente è mediata da:• Feedback tubulo-glomerulare: produzione, da parte delle cellulejuxtaglomerulari, di renina, che stimola la sintesi di angiotensina, cheha una potente azione vasocostrittrice sull’arteriola efferente

Un’indicazione utile per la valutazione quantitativadell’efficienza dell’escrezione renale è fornita dallaclearance renale.

La clearance renale di una sostanza (Cs) è definitacome il volume di plasma che, nell’unità di tempo, vienedepurato di quella sostanza nel suo passaggioattraverso il rene.

Es: Se il plasma che fluisce attraverso il rene contiene1 mg/ml di una certa sostanza, e 1 mg/min della stessasostanza viene escreto nell’urina, il plasma vienedepurato della sostanza alla velocità di 1 ml/min.

Un’indicazione utile per la valutazione quantitativadell’efficienza dell’escrezione renale è fornita dallaclearance renale.

La clearance renale di una sostanza (Cs) è definitacome il volume di plasma che, nell’unità di tempo, vienedepurato di quella sostanza nel suo passaggioattraverso il rene.

Es: Se il plasma che fluisce attraverso il rene contiene1 mg/ml di una certa sostanza, e 1 mg/min della stessasostanza viene escreto nell’urina, il plasma vienedepurato della sostanza alla velocità di 1 ml/min.

Concetto di ClearanceConcetto di ClearanceLa clearance di una sostanza indica il volume di plasma necessario a fornire,

nell’unità di tempo, la quantità di sostanza escreta nell’urina

Nell’unità di tempo:Quantità eliminata dal plasma (Qp) = Quantità presente nelle urine (Qu)

Qp = Volume plasma depurato dalla sostanza nell’unità di tempo o clearance dellasostanza (Cs, ml/min) X Concentrazione plasmatica della sostanza (Ps, mg/ml)Qu = Volume urina escreto nell’unità di tempo (V, ml/min) X Concentrazioneurinaria della sostanza (Us, mg/ml)

Quindi:Cs x Ps = V x Us

Nell’unità di tempo:Quantità eliminata dal plasma (Qp) = Quantità presente nelle urine (Qu)

Qp = Volume plasma depurato dalla sostanza nell’unità di tempo o clearance dellasostanza (Cs, ml/min) X Concentrazione plasmatica della sostanza (Ps, mg/ml)Qu = Volume urina escreto nell’unità di tempo (V, ml/min) X Concentrazioneurinaria della sostanza (Us, mg/ml)

Quindi:Cs x Ps = V x Us

Us x VPs

Cs =

Se una sostanza filtrata, non viene né riassorbita nésecreta a livello dei tubuli renali, il 100% della sostanzafiltrata è escreto nelle urine.

In questo caso il volume di plasma depurato di quellasostanza nell’unità di tempo, cioè la clearance dellasostanza (Cs), è uguale al volume di plasma filtratonell’unità di tempo, cioè la VFG.

Se una sostanza filtrata, non viene né riassorbita nésecreta a livello dei tubuli renali, il 100% della sostanzafiltrata è escreto nelle urine.

In questo caso il volume di plasma depurato di quellasostanza nell’unità di tempo, cioè la clearance dellasostanza (Cs), è uguale al volume di plasma filtratonell’unità di tempo, cioè la VFG.

Us x VPs

Cs = VFG =

= Pi = 4 mg/100 ml

Una sostanza con questecaratteristiche è l’inulina(polimero del fruttosio), chepuò essere utilizzata per ilcalcolo della VFG.La Clearance dell’inulina èuguale infatti alla VFG.

Il volume di plasmadepurato dall’inulinanell’unità di tempo,clearance dell’inulina (Ci),è uguale al volume di plasmafiltrato nell’unità di tempo,velocità di filtrazioneglomerulare nell’esempioVFG = 100 ml/min

= Pi = 4 mg/100 ml

Riassorbiti 100ml di filtrato e0% di inulina

= 100 ml plasma

Il volume di plasmadepurato dall’inulinanell’unità di tempo,clearance dell’inulina (Ci),è uguale al volume di plasmafiltrato nell’unità di tempo,velocità di filtrazioneglomerulare nell’esempioVFG = 100 ml/min

L’inulina non è prodotta dall’organismo, e quindi deve essere iniettatanel paziente. Per la misura della VFG, in clinica, si utilizza la clearancedella creatinina, una sostanza endogena prodotta nell’organismo dalmetabolismo muscolare.

Le sostanze che vengono filtrate ed in parte riassorbitea livello tubulare hanno clearance minore di quelladell’inulina (e quindi minore della VFG).

Le sostanze completamente riassorbite, come il glucosio,hanno clearance = 0

Le sostanze che vengono filtrate e anche secrete alivello tubulare hanno clearance maggiore di quelladell’inulina (e quindi maggiore della VFG).

Le sostanze che vengono filtrate ed in parte riassorbitea livello tubulare hanno clearance minore di quelladell’inulina (e quindi minore della VFG).

Le sostanze completamente riassorbite, come il glucosio,hanno clearance = 0

Le sostanze che vengono filtrate e anche secrete alivello tubulare hanno clearance maggiore di quelladell’inulina (e quindi maggiore della VFG).

Riassorbimento tubulareIl rene regola l’escrezione dei diversi soluti presenti nelfiltrato, in maniera indipendente l’uno dall’altro,controllandone la velocità di riassorbimento.Lungo i tubuli renali viene riassorbita la maggior partedei soluti e il 99% dell’acqua.Filtrazione (VFG) = 125 ml/min (180l/dì)Riassorbimento = 124 ml/min (179l/dì)Escrezione = 1 ml/min (1l/dì)Il 65% di acqua e sodio è riassorbito nel tubuloprossimale, in maniera obbligatoria, cioèindipendentemente dalle necessità dell’organismo ditrattenere o eliminare acqua e sodio.La parte restante è riassorbita nel nefrone distale inmaniera facoltativa, cioè dipende dalle necessitàdell’organismo.

Riassorbimento tubulareIl rene regola l’escrezione dei diversi soluti presenti nelfiltrato, in maniera indipendente l’uno dall’altro,controllandone la velocità di riassorbimento.Lungo i tubuli renali viene riassorbita la maggior partedei soluti e il 99% dell’acqua.Filtrazione (VFG) = 125 ml/min (180l/dì)Riassorbimento = 124 ml/min (179l/dì)Escrezione = 1 ml/min (1l/dì)Il 65% di acqua e sodio è riassorbito nel tubuloprossimale, in maniera obbligatoria, cioèindipendentemente dalle necessità dell’organismo ditrattenere o eliminare acqua e sodio.La parte restante è riassorbita nel nefrone distale inmaniera facoltativa, cioè dipende dalle necessitàdell’organismo.

Il riassorbimento tubulare dei soluti avviene conmeccanismi attivi e passivi

Trasporto attivo

Primario se accoppiato direttamente ad una fonte dienergia (idrolisi di ATP). Pompa ATPasi Na+/K+

Secondario se accoppiato indirettamente ad unafonte di energia

L’acqua è riassorbita per osmosi

Il riassorbimento tubulare dei soluti avviene conmeccanismi attivi e passivi

Trasporto attivo

Primario se accoppiato direttamente ad una fonte dienergia (idrolisi di ATP). Pompa ATPasi Na+/K+

Secondario se accoppiato indirettamente ad unafonte di energia

L’acqua è riassorbita per osmosi

ATP

Filtrazione

Lume

Via paracellulare

Via transcellulareSoluti

DiffusioneTrasporto attivo

Cellule tubulariCapillare

peritubulare

Sang

ue

H2OOsmosi

Diffusione

Sang

ue

Riassorbimentoprevale una pressione a

favore del riassorbimento

Escrezione

Trasporto attivo primario:

Na+, il riassorbimento è assicurato dalla pompa Na+/K+,lungo la maggior parte del nefrone.

Il riassorbimento di Na+ produce un gradiente osmoticoche determina riassorbimento di acqua, a cui segue ilriassorbimento di altri soluti, per gradiente diconcentrazione.

Riassorbimento NaRiassorbimento Na++ (trasporto attivo primario)(trasporto attivo primario)

[Na+] elevata

Filtrazione

Lume tubuloCellule tubulari

Cap

illar

e pe

ritub

ular

e

ATPNa+

Na+

[Na+] bassa

Na+ Na+

Na+

La pompa Na+/K+ espelle attivamente il Na+ dalla cellula creando ungradiente a favore della diffusione passiva di Na+ dal lume tubulare allacellula. Il riassorbimento di Na+ è seguito dal riassorbimento di H2O.

H2OOsmosi

Cap

illar

e pe

ritub

ular

e

ATPK+

Liquidointerstiziale

Canali acquaacquaporine

Na+ Na+

Trasporto attivo secondario:

Co-trasporto Na+-Glucosio/Aminoacidi: Il Glucosio e gliAminoacidi sono riassorbiti da un trasportatore,accoppiato al riassorbimento del Na+

Contro-trasporto Na+-H+: l’H+ è secreto da untrasportatore, accoppiato al riassorbimento del Na+

Trasporto attivo secondarioTrasporto attivo secondario• Co-trasporto Na+ - Glucosio/Aminoacidi

• Contro-trasporto Na+ - H+ Filtrazione

Lume tubulo

Na+

Cellule tubulariC

apill

are

perit

ubul

are

[Glucosio] bassa

Na+

[Na+] alta

GG

[Glucosio] alta[Na+] bassa

ATPNa+

K+

Na+

Cap

illar

e pe

ritub

ular

e

Liquidointerstiziale

Na+

Aminoacidi

Na+

H+

Aminoacidi

Proteina Carrier

H+

ATPNa+

K+

Na+

Trasporto massimoTrasporto massimoPer le sostanze riassorbite con meccanismoattivo, esiste un limite alla velocità di trasporto(trasporto massimo) dovuto alla saturazione deisistemi di trasporto.

Si ha saturazione quando il carico tubulare dellasostanza (Ps x VFG) supera la disponibilità deltrasportatore. In questo caso la sostanza ineccesso viene escreta con l’urina.

Trasporto massimoTrasporto massimoPer le sostanze riassorbite con meccanismoattivo, esiste un limite alla velocità di trasporto(trasporto massimo) dovuto alla saturazione deisistemi di trasporto.

Si ha saturazione quando il carico tubulare dellasostanza (Ps x VFG) supera la disponibilità deltrasportatore. In questo caso la sostanza ineccesso viene escreta con l’urina.

Rias

sorb

imen

to s

ubst

rato

(mg/

min)

Trasporto massimo

Saturazione

Trasporto massimoTrasporto massimo

Concentrazione plasmatica substrato (mg/100 ml)

Rias

sorb

imen

to s

ubst

rato

(mg/

min)

Soglia renale

Soglia renale: rappresentala concentrazione plasmaticadi sostanza alla quale si hasaturazione

Glucosio e TmGlucosio e Tm Filtrazione: proporzionaleal carico tubulare. Se VFGnon varia è proporzionalea [G]p).

Riassorbimento Glucosio:proporzionale al caricotubulare fino ad unmassimo: Tm = 375 mg/min([G]p = 300 mg/dl) oltre ilquale rimane costante.

(Glicemia normale, 100 mg/dl)

Riassorbimento Glucosio:proporzionale al caricotubulare fino ad unmassimo: Tm = 375 mg/min([G]p = 300 mg/dl) oltre ilquale rimane costante.

Escrezione Glucosio = 0fino al raggiungimento dellasoglia renale = caricotubulare = 220 mg/min([G]p circa 180 mg/dl), oltrela quale, G compare nelleurine e l’escrezione èproporzionale al caricotubulare.

La velocità di riassorbimento nei capillari peritubulari(124 ml/min) ddipende dalla pressione netta diriassorbimento. Pressione netta di riassorbimento:(c + Pi) - (Pc + i) = 10 mmHg Pc, pressione capillari peritubulari (media 13 mmHg) Pi, pressione idrostatica liquido interstiziale (6 mmHg) c, pressione colloido-osmotica capillare (32 mmHg) i, pressione colloido-osmotica interstizio (15 mmHg)

La velocità di riassorbimento nei capillari peritubulari(124 ml/min) ddipende dalla pressione netta diriassorbimento. Pressione netta di riassorbimento:(c + Pi) - (Pc + i) = 10 mmHg Pc, pressione capillari peritubulari (media 13 mmHg) Pi, pressione idrostatica liquido interstiziale (6 mmHg) c, pressione colloido-osmotica capillare (32 mmHg) i, pressione colloido-osmotica interstizio (15 mmHg)

Capillare peritubulare Cellule tubulari Lume

Pc13 mmHg

c32 mmHg

Pi6 mmHg

i15 mmHg

La velocità di riassorbimento nei capillari peritubulari (124 ml/min) ddipendedalla Pressione netta di riassorbimento: (c + Pi) - (Pc + i) = 10 mmHg

Liquidointerstiziale

Na+

H2O

ATPK+

H2O

Na+

Pc13 mmHg i

15 mmHg

Pressione netta diriassorbimento

10 mmHg

Modificazioni delle forze fisiche dei capillariModificazioni delle forze fisiche dei capillariperitubulariperitubulari

↑Pc ↓Riassorbimento ↓ Ra ↓ Re ↑ Pa (in parte compensato dall’autoregolazione renale)

↑c ↑Riassorbimento↑concentrazione proteine ↑VFG

↑Kf ↑Riassorbimento

Modificazioni delle forze fisiche dei capillariModificazioni delle forze fisiche dei capillariperitubulariperitubulari

↑Pc ↓Riassorbimento ↓ Ra ↓ Re ↑ Pa (in parte compensato dall’autoregolazione renale)

↑c ↑Riassorbimento↑concentrazione proteine ↑VFG

↑Kf ↑Riassorbimento

Secrezione• Aggiunge sostanze al liquido tubulare.• Accelera l’eliminazione di alcune sostanze dall’organismo.• Avviene con meccanismo passivo o attivo (caratterizzato

da Tm).• Nel tubulo prossimale operano sistemi di trasporto che

permettono la secrezione di anioni e cationi organici.ENDOGENE

Ioni H+

Anioni: Formiato, Ossalato, Urati, anioni acidi biliari, ecc.Cationi: Creatinina, istamina, dopamina, adrenalina,

acetilcolinaESOGENE

Anioni: Farmaci: antibiotici (penicilline, cefalosporine),salicilati, FANS, ecc.

Cationi: Farmaci: morfina, atropina, cimetidina, ranitidina,ecc.

• Aggiunge sostanze al liquido tubulare.• Accelera l’eliminazione di alcune sostanze dall’organismo.• Avviene con meccanismo passivo o attivo (caratterizzato

da Tm).• Nel tubulo prossimale operano sistemi di trasporto che

permettono la secrezione di anioni e cationi organici.ENDOGENE

Ioni H+

Anioni: Formiato, Ossalato, Urati, anioni acidi biliari, ecc.Cationi: Creatinina, istamina, dopamina, adrenalina,

acetilcolinaESOGENE

Anioni: Farmaci: antibiotici (penicilline, cefalosporine),salicilati, FANS, ecc.

Cationi: Farmaci: morfina, atropina, cimetidina, ranitidina,ecc.