Omeostasi idro-elettrolitica

Riassorbimento idrico isoosmotico o obbligatorio

Riassorbimento idrico non-isoosmotico o facoltativo

Il bilancio idrico richiede l’azione integrata di molteplici sistemi

Diuresi dopo ingestione di 1 l H2O. Il volume di urine aumenta mentre l’osmolarità urinaria diminuisce grande volume di urine diluite.La quantità di soluti rimane pressochè costante i reni prevengono una significativa perdita di osmolarità plasmatica in seguito ad assunzione di un’elevata quantità di H2O.

È possibile regolare l’escrezione di H2O indipendentemente da quella dei soluti

Il rene può eliminare fino (limite estremo) a 20 l / giorno di urina con una concentrazione che può raggiungere un minimo di 50 mOsm/l.La quantità totale di soluti escreti rimane però relativamente costante.

Volume urinario minimo “obbligatorio”

Quale volume di urina deve essere prodotto per eliminare i prodotti di scarto del metabolismo?

600 mOsm/d = quantità di soluti (soprattutto urea) che devono essere eliminati ogni girono

1200 mOsm/l = concentrazione urinaria massima nell’uomo

Volume urinario minimo obbligatorio =

600 mOsm/d = 0.5 l/d (nell’uomo)

1200 mOsm/l

Il limite è dato dalla capacità di concentrare urine fino a 1200 mOsm. Questo limite spiega perché bevendo H2O di mare (1200 mOsm/l) si va incontro a grave disidratazione.Bere 1 l H2O mare 1200 mOsm NaCl introdotteSfruttando la capacità massima di concentrare urina (1200 mOsm/l) si produce 1l urina (conc. 1200 mOsm/l). Fin qui sembra “tutto bene”. Perché allora un individuo si disidrata?Il rene deve eliminare anche altri soluti, soprattutto urea, per 600 mOsm/l. Quindi per ogni l di H2O di mare ingerita è richiesta la produzione di 1.5 l di H2O. Il risultato netto è la perdita di 0.5 l di H2O (disidratazione di naufraghi)

Variazioni di osmolarità lungo il nefrone

In rosso sono evidenziati i tratti in cui il riassorbimento di H2O (riassorbimento idrico facoltativo) e soluti può

essere modulato.

Il fluido che esce dal TAS dell’ansa di Henle è sempre ipoosmotico

Il riassorbimento di acqua nel TCD, nel tubulo collettore e nel dotto collettore è regolato dalla vasopressina (ADH): urine concentrate o diluite riassorbimento non-isosomotico o facoltativo

Requisiti per la produzione di urina concentrata

1) Alta osmolarità del fluido interstiziale della regione

midollare renale gradiente osmotico necessario al riassorbimento di

H2O

2) Alta permeabilità dei tubuli distali e dotti collettori

all’H20 alti livelli di ADH

1) Implica l’operatività del meccanismo di moltiplicazione in controcorrenteche dipende essenzialmente:

i) dalla forma anatomica dell’ansa di Henle e ii) dei vasa recta.

Come si forma il gradiente osmotico necessario al riassorbimento di H2O

Il meccanismo dello scambio controcorrente

Fattori che contribuiscono a creare gradiente di concentrazione nella midollare renale

1) Trasporto attivo di Na+ e cotrasporto di K+ e Cl– dal TAS

2) Trasporto attivo di ioni dal dotto collettore all’interstizio midollare

3) Diffusione facilitata di urea dalla porzione midollare interna del dotto collettore all’interstizio midollare

4) Diffusione di piccole quantità di H2O dalle porzioni midollari dei tubuli nell’interstizio midollare

Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?Re

gion

e M

IDO

LLAR

E

Preurina dal TCP(300 mOsm)

Versione semplice

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

NaCl

TDsPermeabile all’H2ONon riassorbe Na+

NaCL

NaCl

NaCl

NaCl

TASriassorbe NaCl

Impermeabile all’H2O

Rriassorbimento distinto di H2O nel TDs dell’ansa di Henle e di NaCl nel TAS dispositivo di moltiplicazione in controcorrente

Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?Re

gion

e M

IDO

LLAR

E

Preurina dal TCP(300 mOsm)

Versione semplice

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

NaCl

NaCL

NaCl

NaCl

NaCl

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300300 300 300

Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?Re

gion

e M

IDO

LLAR

E

Preurina dal TCP(300 mOsm)

Versione semplice

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

NaCl

NaCL

NaCl

NaCl

NaCl

400

400

400

400

400

400

400

400

400

400

400

400

400

400

200

200

200

200

200

200

200

400 400 200

Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?Re

gion

e M

IDO

LLAR

E

Preurina dal TCP(300 mOsm)

Versione semplice

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

NaCl

NaCL

NaCl

NaCl

NaCl

300

300

300

300

400

400

400

400

400

400

400

400

400

400

200

200

200

200

400

400

400

400 400 400

200 mOsm

Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?Re

gion

e M

IDO

LLAR

E

Preurina dal TCP(300 mOsm)

Versione semplice

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

NaCl

NaCL

NaCl

NaCl

NaCl

350

350

350

350

500

500

500

350

350

350

350

500

500

500

150

150

150

150

300

300

300

500 500 300

Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?Re

gion

e M

IDO

LLAR

E

Preurina dal TCP(300 mOsm)

Versione semplice

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

NaCl

NaCL

NaCl

NaCl

NaCl

300

300

350

350

350

350

500

350

350

350

350

500

500

500

150

150

300

300

300

300

500

500 500 500

150 mOsm

Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?Re

gion

e M

IDO

LLAR

E

Preurina dal TCP(300 mOsm)

Versione semplice

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

NaCl

NaCL

NaCl

NaCl

NaCl

325

325

425

425

425

425

600

325

325

425

425

425

425

600

125

125

225

225

225

225

400

600 600 400

Meccanismo di moltiplicazione controcorrente nel rene

Inserire meccanismi formazione gradiente Gradiente osmotico

orizzontale 200 mOsm

Na+

H2O

gra

die

nte

osm

oti

co

vert

ical

e 12

00 m

Osm

Flusso osmotico orizzontaleÈ limitato dalla quantità di sodio riassorbito attivamente Flusso osmotico verticale È limitato dalla lunghezza dell’ansa di Henle

http://www.colorado.edu/intphys/Class/IPHY3430-200/countercurrent_ct.html

moltiplicatore

Il contributo dell’urea è essenziale per determinare il gradiente iperosmotico nella regione midollare

L’urea contribuisce per circa 40-50% all’osmolarità interstiziale

Impermeabilità all’urea

Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?Re

gion

e M

IDO

LLAR

E

Preurina dal TCP(300 mOsm)

Versione complicata ma realistica

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

NaCl

TDsNon riassorbe Na+

NaCL

NaCl

NaCl

NaCl

urea

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

300

400

500

600

700

800

Trasporto facilitatoADH stimola UT1 mediante fosforilazione

Trasporto di urea nelle cellule del dotto collettore della regione midollare interna è stimolato da ADH

Quindi In presenza di ADH più urea sarà riassorbita nell’interstizio midollare e più alto sarà il gradiente di concentrazione!

Il ricircolo dell’urea

(passive)

Impermeabile urea

Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?Re

gion

e M

IDO

LLAR

E

Preurina dal TCP(300 mOsm)

Versione complicata ma realistica

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

NaCl

TDsNon riassorbe Na+

NaCL

NaCl

NaCl

NaCl

Semplice rene schematizzato

Ruolo dei vasa recta nel meccanismo dello scambiatore in controcorrente

Due caratteristiche del flusso sanguigno che contribuiscono a mantenere alta l’osmolarità midollare:1) Il flusso ematico midollare è basso (<5% FER) questo permette più facilmente di equilibrarsi

con il fluido interstiziale qdi deve rimanere basso per evitare alterazioni gradiente.2) I vasa recta costituiscono uno scambiatore in controcorrente.I vasa recta non creano l’iperosmoarità midollare ma contribuiscono a prevenirne la dissipazione.

Per spiegazione vasa recta casella pg 683

Pur essendo lento il flusso nei vasa recta determina un certo ritardo.Ramo discendente: la Posm sarà sempre un poco inferiore rispetto all’interstizio.Ramo ascendente: la Posm sarà sempre un poco superiore rispetto all’interstizio.Conclusione: il liquido che esce dai vasa recta è più ricco di soluti, elimina quindi il surplus di soluti dalla midollare.E l’H2O?Tratto discendente: la π si oppone all’uscita di H2O.Tratto ascendente: la π favorisce l’ingresso di H2O dallo spazio peritubulare.Conclusione: il volume di sangue in uscita dai vasa recta è maggiore di quello in entrata.

Ratto canguro

Hopping mouse

Produzione urina in presenza o assenza di vasopressina (ADH)

Variazioni di osmolarità del fluido nel passaggio attraverso i vari segmenti tubulari

Il rene può:

1) produrre urine iperosmotiche che contengono poco NaCl;

2) eliminare grandi quantità di urine senza aumentare l’escrezione di Na e

3) esiste una quantità minima di volume di urine (obbligatorio)

Assenza ADH

Come si quantifica la concentrazione renale delle urine: clearance osmolare e clearance dell’H2O libera

I reni operano una sorta di “depurazione osmotica” del plasmaLa clearance totale dei soluti può essere espressa come clearance osmolare, Cosm

Cosm = Uosm* V / Posm Uosm = osmolarità urina

Posm = osmolarità plasma

I reni possono estrarre o trattenere H2O dal plasma. L’H2O “legata” è il volume d’H2O necessario per eliminare una quantità di soluto in condizioni isosmotiche rispetto al plasma.La clearance dell’H2O libera (CH2O) è calcolata come la differenza tra l’escrezione di H2O (flusso urinario) e Cosm.

CH2O = V – Cosm = V – (Uosm * V) / Posm = V * (1 – Uosm/Posm)

La clearance dell’acqua libera è la quantità di acqua osmoticamente “libera” (priva di soluto) che il rene produce nell’unità di tempo.

Controllo integrato di osmolarità e volume

Per semplicità trattati fin qui in modo quasi indipendente. In realtà si influenzano reciprocamente anche quando il rene è chiamato ad ridurre al minimo l’escrezione di H2O o di sali

Fattori che regolano secrezione di ADH

ALTRI fattori:

Nausea e vomito aumenta [ADH] 100 volte

Nicotina e morfina ↑ [ADH]

Alcool ↓ [ADH]

↑osmolarità

1) Alterazione della secrezione di ADH.

La mancanza di secrezione di ADH diabete insipido “centrale”

Trattamento con desmopressina analogo ADH che agisce su recettori V2

2) Diabete insipido “nefrogenico”

- alterazione meccanismo controcorrente

- alterazione recettore ADH

Patologie legate alla capacità renale di concentrare l’urina