LEZIONE 40

Continuazione rene.

Abbiamo visto cos’è la clerance , il suo significato in generale, ma anche nello specifico del glucosio, dell’inulina, del pai. La figura riepiloga le informazioni raccolte nella lezione precedente, riferendosi al pai e al glucosio proprio come esempi di caso limite della clerance , ma riferendosi anche all’inulina, che non vediamo in fig. esplicitata, ma in realtà presente in entrambi i grafici. Abbiamo detto che la clerance è un flusso, è il volume di plasma depurato da una sostanza nell’unità di tempo, quindi un flusso plasmatico e l’abbiamo definito cosi per quanto riguarda l’inulina: clerance dell’inulina equivale alla filtrazione glomerulare e che è l’espressione che già abbiamo visto. Rivediamola in breve, abbiamo detto che la FG è il prodotto della concentrazione urinaria dell’inulina per il flusso urinario diviso la concentrazione plasmatica dell’urina, ma concentrazione urinaria per il flusso urinario non è altro che la quantità di inulina che trovo nelle urine in un certo intervallo di tempo.Analizziamo i grafici. Vediamo solo la quantità di glucosio nel tempo e la concentrazione plasmatica di glucosio,lasciando perdere al momento la quantità urinaria, e allo stesso modo la quantità nel tempo di pai e la concentrazione di pai. Questi due grafici riassumono qual è la quantità di glucosio (o pai) che può essere filtrata, secreta ed escreta (se è pai), al variare della concentrazione plamatica , cioè che cosa succede della quantità filtrata, secreta ed escreta cominciando dal pai se aumenta la concentrazione plasmatica del pai?Cominciamo dal pai, dalla quantità filtrataQuant’è la quantità filtrata di pai? Per ottenerla faremo la concentrazione di pai nel plasma per (dobbiamo conoscere tre componenti)la quantità filtrata di pai(e sarà lo stesso per il glucosio) la quantità secreta di pai e la somma delle due (Qu filtrato di pai+Qu secreto di pai=Qu escreto di pai). A noi interessa sapere come variano queste tre quantità nel tempo, questi tre flussi di sostanza al variare della concentrazine plasmatica .Cominciamo dalla quantità di pai filtrato, questa quota sarà data dalla concentrazione plasmatica di pai per il flusso, il filtrato glomerulare. Allora, il filtrato glomerulare è la clerance dell’inulina, ma concentrazione renale dell’inulina per il flusso di urina è pari alla quantità di inulina diviso Cp. Se abbiamo un grafico di questo tipo in ordinata abbiamo una quantità di pai, che è una quantità nel tempo e in ascissa abbiamo una concentrazione plasmatici, la quantità di pai , quindi, è una grandezza riportata in ordinata(y) mentre la concentrazione plasmatica è una grandezza che è riportata in ascissa(x). In un diagramma xy una retta passante per l’origine ha un’equazione che è y=ax dove a=coefficiente angolare, pendenza. Allora y=quantità nel tempo x=concentrazione e

quindi a=clerance dell’inulina, la pendenza della nostra retta è la clerance dell’inulina. Se abbiamo una concentrazione di pai di 1mmol/l quanta sarà la quantità di pai che viene filtrata? Sarà la concentrazione di pai per la clerance; quanto sarà la quantità filtrata se la concentrazione del pai=2? Sarà un altro valore sulla medesima retta. Quindi questa retta la cui pendenza è la clerance dell’inulina, cioè la filtrazione glomerulare mi indica quant’ è la quantità di sostanza che viene ultrafiltrata a livello del glomerulo. La stessa cosa è per il glucosio, però non parliamo più di secrezione perché sappiamo che il glucosio non viene secreto ma assorbito e quindi andremo a vedere come variano queste tre quantità: filtrazione, assorbimento e quantità urinaria. Vedremo come variano al variare della concentrazione, però anche in questo caso la prima cosa che identifichiamo è la retta passante per l’origine la cui pendenza è di nuovo la clerance dell’inulina, cioè il filtrato glomerulare e allora se la concentrazione di glucosio=10mmol/l avremo una quantità filtrata corrispondente ad un valore sulla retta, se la concentrazione di glucosio=20mmol/l troveremo un altro valore sulla retta. Questa retta in entrambi i casi ha la stessa pendenza, sembra diversa sul grafico perché è diversa l’ordinata, in quanto l’unità di misura con cui viene espressa la quantità di glucosio e di pai sono diverse quantitativamente, però se calcoliamo la pendenza otteniamo lo stesso valore, è la clerance del pai. Vediamo ora la quantità secreta, abbiamo detto che il pai come il glucosio si avvale di carrier questa volta non per essere assorbito ma per essere secreto, allora vediamo che i carrier lavorano in questo modo, più pai si trovano nel sangue refluo dal glomerulo più ne immettono nel tubulo, quindi ne estraggono dal sangue per immetterlo nel tubulo, quindi entro un certo limite di concentrazioni , fino a circa una concentrazione del pai di 1 mmol/l oltre alla quantità filtrata viene immessa una quantità secreta che aumenta con l’aumentare della concentrazione: tanto più ce n’è nel sangue tanto più ne viene immesso nel tubulo. Però ad un certo punto ad una concentrazione superiore a circa 1mmol/l i carrier non ce la fanno più a prendere il pai che si trovano davanti nel sangue e buttarlo nel tubulo, raggiungono un massimo, raggiungono una saturazione, e quindi i nostri carrier lavorano al massimo, ma più di un tanto non riescono ad immettere nel tubulo; questo plateaux è l’indice di un fenomeno di saturazione dei carrier. Il raggiungimento del massimo livello di saturazione non è repentino, è un fenomeno progressivo denominato SPLINE, e dipende dal fatto che non tutti i carrier hanno lo stesso livello di saturazione(c’è chi si satura un po’ prima c’è chi riesce a trasportare un po’ di più) e allora il reclutamento progressivo di carrier che hanno capacità diverse determina il fatto che il massimo non si raggiunga repentinamente ma pian piano, questo vale per il pai, per il glucosio, è un fenomeno progressivo, tutti i fenomeni biologici presentano questo comportamento, anche quando abbiamo parlato di sistema nervoso abbiamo visto come anche la stimolazione della fibra motoria avviene con modalità non a gradini, ma con modalità che prevedono un reclutamento progressivo, dipende dalla variabilità biologica.Se abbiamo una quota di pai che viene filtrata, un’altra quota di pai che viene secreta quanta ne troveremo nelle urine? Finalmente andiamo a vedere quanto ne abbiamo nelle urine e potremo parlare di Qu. La quota escreta è indicata nel grafico e consiste nella relazione matematica riportata; osserviamo che è proprio punto per punto per ogni concentrazione sull’ascissa è la somma delle due curve. Vediamo che quando la curva che rappresenta la secrezione arriva a saturazione la relazione diventa lineare, perchè l’unico fattore che fa aumentare l’escrezione è la filtrazione, la secrezione attiva si è saturata e quindi è massima , ma non va più oltre.Stessa cosa possiamo fare osservando il riassorbimento nel grafico inerente il glucosio. Troviamo una quota di glucosio che viene ultrafiltrata, insieme al filtrato glomerulare, qui invece di esprimere la concentrazione di glucosio in mg/ml è espressa in mmol/l:

glicemia100mg/100ml

1mol di glucosio=180gr 1mmol=0,18gr =180mgquindi 1mmol=180mg

1mmol/100ml=180mg/100ml 1mmol/l corrisponde a 1mmol ossia a 180mg /l dove1l corrisponde a 1000ml, abbiamo quindi180mg/1000ml, che è diverso da 180mg/100ml, una concentrazione 1mM(180mg/1000ml) è una concentrazione diluita di 10 volte rispetto allla prima.Quindi una concentrazine 10mM cioè 10mmol/l cioè1800mg/l, cioè1,8g/l corrisponde a 10mmol/l, valore al quale si raggiunge quasi la saturazione è una concentrazione molto superiore a quella normale che sarebbe circa meno di 1mmol/ è 1/180mmol/l.

La pendenza della retta è sempre la clerance dell’inulina cioè la filtrazione glomerulare, la riga coi puntini rappresenta il riassorbimento, che abbiamo già visto va a saturazione rispettando quello che è il carico tubulare massimo che non è un flusso di liquido, ma è un flusso di soluto ed intono a 370-380 mg/min (2mmol/min2mmol=180x2=360mg) è la quantità massima di soluto, in questo caso di glucosio che i trasportatori riescono a trasportare.*attenzione a non fare confusione tra unità di misura della clerance ml/min(flusso plasmatici) e del carico tubulare massimo mg/min(indice di saturazione dei carrier).

La clerance può variare in relazione ad alcuni stati funzionali e varia anche in relazione anche alla concentrazione plasmatica, come in questo caso. Vediamo che la clerance dell’inulina si mantiene inalterata, perché dipende semplicemente dalle caratteristiche della parete dei capillari glomerulari, è la filtrazione, quindi se la pressione rimane costante la filtrazione glomerulare rimane costante.La clerance dell’inulina rimane costante ad un valore di circa 125ml/min e si mantiene inalterata al variare della concentrazione di inulina nel plasma, perché se varia la concentrazione di inulina nel plasma, sarà maggiore la quantità di inulina che passa nel filtrato glomerulare, sarà maggiore quella che ci troviamo nelle urine e il filtrato glomerulare, la clerance dell’inulina rimarrà invariata.

Cu(i) Vu CL(i)= ——— Cpl(i)Abbiamo il nostro glomerulo, dove il capillare della rete mirabile ha un suo endotelio fatto in certo modo, l’inulina ha piccole dimensioni e dato un certo gradiente di pressione il liquido passa. Immaginiamo di veder passare un ”blocchetto di plasma” con dentro l’inulina. Se c’è tanta inulina passerà lo stesso blocchetto di plasma con una concentrazione superiore di inulina, che non viene trattenuta in qualche modo al passaggio.

Se ↑Cpl(i) ↑Cu(i)

La concentrazione di inulina nel plasma è diversa dalla concentrazione di inulina nell’urina finale. Nel plasma l’inulina è disciolta in 180litri di acqua in un giorno, nelle urine rimarrà disciolta in 1litro, quindi è ovvio che la concentrazione di inulina nel plasma e nell’urina è molto diversa, però se l’inulina a livello plasmatico è più concentrata (e passa cosi com’è e) la ritroveremo più concentrata anche a livello delle urine. L’aumento è tale per cui la clerance dell’inulina rimane invariata. Invece nel caso del glucosio e del pai, all’inizio a concentrazioni basse inferiori a quelle che il carico tubulare massimo(CTM) può gestire, la clerance del glucosio è zero, se la concentrazione del glucosio supera i 300mg, che equivalgono a circa 1,8-1,7mmol, vediamo che la clerance comincia ad aumentare, perché se analizziamo l’equazione per il glucosio, nel caso in cui la concentrazione sia normale, la clerance del glucosio è uguale a zero perché la concentrazione urinaria del glucosio è uguale a zero, ma se il CTM viene superato allora il glucosio che non viene riassorbito lo troviamo nelle urine e quindi tanto maggiore è la concentrazione di glucosio al di sopra del valore previsto dal CTM (↑1,7-1,8mmol ,ossia ↑300mg/100ml) tanto più lo ritroviamo nelle urine: tanto più ce ne sarà nel plasma tanto più lo ritroveremo nelle urine. Cu(gl).Vu CL(gl)= ———— Cpl(gl)

Allora, questo valore(Cugl/Cplgl) aumenta progressivamente, perché il rene concentra le urine, il glucosio che passa all’inizio è disperso in un volume molto grande, poi dopo viene si in parte riassorbito, però il volume finale è molto ridotto rispetto al volume che passa dal filtrato glomerulare,quindi via via avremo che la concentrazione di glucosio nelle urine aumenta e aumenta di più di quanto stia aumentando la concentrazione plasmatica delle urine per un fattore semplice di concentrazione e allora ecco che gradualmente andrà ad aumentare la clerance dell’inulina. Viceversa succede per il pai, dove la clerance è elevata, sono i 680ml/min che abbiamo descritto nella lezione scorsa, se si va al di sopra di circa 0,7-0,8mmol ecco che i carrier per il pai si saturano e quindi viene immessa nel tubulo renale una quantità costante di pai a fronte dell’aumento di concentrazione plasmatica del pai, quindi via via che aumenta la concentrazione plasmatica di pai quello che succede è che il sangue venoso conterrà una quota sempre maggiore di pai quello che c’è e che i carrier non sono riusciti ad estrarre per buttare nel tubulo perché oramai lavorano al massimo ma non riescono più ad adattarsi ad un ulteriore aumento di concentrazione.La relazione sul flusso plasmatico renale: FPR=650ml/min=clerance del pai, possiamo scriverla solo per il primo tratto(grafico) da li in avanti non possiamo più calcolare il FPR servendoci dell’acido paramminobiturrico perché?Premettiamo che il concetto di saturazione NON dev’essere associato ad uno spegnimento! Quando si arriva a saturazione i carrier non si smorzano.ES: immaginiamo di avere una lampada alogena con interruttore che consente di aumentare a piacere l’intensità della luce. L’interruttore può essere spento possiamo graduarlo, aumentarlo un po’ e arrivare al massimo, se abbiamo bisogno di più luce nella nostra stanza dovremo servirci di un’altra lampada, visto che non possiamo aumentare ulteriormente l’erogazione della luce alogena, perché quello è il massimo che il trasformatore prevede. Il fatto di servirci di un’altra lampada perché non è sufficiente la luce prodotta da quella alogena non vuol dire che la lampada alogena verrà spenta,anzi,questa rimarrà accesa al massimo consentito.Quindi i carrier raggiunta la saturazione lavorano al massimo, il problema è che pur funzionando al massimo di quello che possono, funzionano di meno di quello che servirebbe (come la lampada alogena). Il punto è un altro, osserviamo nel grafico per es. la clerance=350ml/min vuol dire che se la concentrazione del pai è 2mM, il FPR è diminuito rispetto a prima? No, il punto è un altro, in queste condizioni la clerance del pai non da più l’indice di FPR, perché questo lo da soltanto nella condizione in cui possiamo fare un ragionamento di questo tipo:

Il pai entra nel rene, ma non ne esce, perché può venire eliminato in due modi, o viene filtrato oppure viene secreto. Dal calcolo che abbiamo fatto nella lezione scorsa abbiamo dedotto che ne entra una quantità(IN) e ne esce una quantità pari a quella entrata, perché non può uscire dal letto venoso, esce o come secreto o come filtrato Nel plasma venoso è la concentrazione uguale a zero, allora in questo caso possiamo applicare la legge della diluizione e arriviamo a definire che la clerance del pai, in questa condizione, ci è utile da considerare perché visto che non ne va a livello venoso, perché tutta viene escreta, possiamo dire che la clerance del pai è il FPR. Se adesso un po’ del pai che entra nel rene esce anche dal rene a livello venoso perché ho saturato i carrier, non possiamo più fare il ragionamento della volta scorsa, perché allora la quantità in ingresso sarà uguale alla quantità filtrata, più la quantità secreta, più una quantità che se ne va via col flusso venoso e che non conosciamo: non possiamo più fare l’analogia tra IN e OUT, non possiamo più definire la clerance del pai come indice di FPR. Questa assunzione mi può essere data soltanto se il pai ha una concentrazione inferiore a quella che prevede la saturazione dei carrier, allora in quell’ambito possiamo dire che la clerance del pai è il FPR, siccome misuriamo che la clerance del pai è 670-680ml/min, allora ecco che sappiamo che il FPR è 680ml/min.Occorre vedere quali sono le convenzioni funzionali per vedere se siamo in grado di attribuire ad un certo parametro un certo significato oppure no.

Vediamo come funzionano le varie parti del nefrone.La figura riassume l’andamento del flusso di acqua a sinistra e del flusso dei soluti a destra nel passare lungo le varie sezioni del tubulo del nefrone. Osserviamo in figura lo schemino del primo tratto del glomerulo: tubulo prossimale, ansa di Henle, tubulo distale e dotto collettore. Allora vediamo che c’è una filtrazione(125ml/min), la filtrazione glomerulare, il flusso d’acqua diminuisce progressivamente, perché l’acqua viene estratta dal tubulo in quanto verrà assorbita.Osserviamo con attenzione il grafico: l’ordinata è su scala logaritmica, quindi il flusso si riduce di circa il 60-65%, da 125ml/min alla fine del tubulo contorto prossimale arriviamo a circa40ml/min, perché nel tubulo contorto prossimale viene assorbita una quota che si chiama: assorbimento obbligatorio di acqua e anche di soluti, che ammonta a circa 5/6 del riassorbimento globale.Anche la scala di destra è logaritmica , sono riportati i flussi in mEq/min, flusso di massa, cioè il flusso di soluti e anche in questo caso vediamo che il Na+ insieme al Cl- e ai bicarbonato(HCO-3) cade drasticamente nella prima parte del tubulo contorto prossimale, scende sempre di circa il65% nel riassorbimento obbligatorio. L’acqua viene poi assorbita solamente in parte nell’ansa di Henle, addirittura vediamo che prima viene riassorbita nel tratto discendente dell’ansa di Henle e poi viene reintrodotta nel tratto ascendente(capiremo più avanti vista la complessità dell’ansa di Henle del

perché prima scende e poi sale), quindi l’ansa di Henle dal punto di vista del trasporto e dei riassorbimenti non è molto importante e la stessa cosa succede per il Na+ e per gli altri soluti, queste oscillazioni di volume e di concentrazione sono legate al funzionamento dell’ansa di Henle, che si basa su un funzionamento molto particolare che è quello del meccanismo di concentrazione in controcorrente. Nel tubulo distale vediamo che c’è un decremento di volume, non varia tanto la concentrazione di Na+ e Cl-, mentre varia molto quella di bicarbonati. I bicarbonati sono estremamente importanti, vengono riassorbiti quasi completamente, la maggior parte nel tubulo contorto prossimale, il tubulo contorto distale prosegue fino a completamento del riassorbimento degli ioni bicarbonati che non devono essere persi. Il riassorbimento dei bicarbonati può essere però modulato ampiamente in relazione a quelle che sono i meccanismi di controllo del Ph, a seconda che ci troviamo in una situazione di acidosi o di alcalosi di tipo respiratorio potremo rispettivamente o aumentare l’assorbimento di bicarbonati e addirittura formarne di nuovi nel tubulo contorto distale oppure, se ci troviamo in uno stato di alcalosi (cioè aumento del Ph dovuto ad una modificazione ventilatoria), elimineremo più bicarbonati, quindi a livello del tubulo contorto distale i bicarbonati sono soggetti ad ampie modulazioni. Il dotto collettore è quello che si occupa della concentrazione finale delle urine modificando la concentrazione di Na+, che anche qui viene riassorbito dalle pareti del tubulo collettore, e cosi fa l’acqua, quest’ultimo riassorbimento di acqua viene chiamato riassorbimento facoltativo di acqua, e infatti nell’immagine sono indicate due possibilità: la possibilità di una diuresi massima nella quale cioè non viene riassorbita questa quota di volume di acqua che prende il nome di assorbimento facoltativo, quest’ acqua non viene riassorbita, questo è il caso in cui non venga prodotto l’ormone antidiuretico; la seconda possibilità prevede la produzione dell’ormone antidiuretico,allora in relazione alla quantità di ormone che viene rilasciato dalla neuroipofisi l’assorbimento di acqua sarà promosso, facilitato in modo da assorbire il massimo possibile di acqua siamo nella condizione di antidiuresi massima, cioè di massimo assorbimento di acqua nel tubulo contorto distale e collettore, sono sempre associati i due, sia nel loro comportamento di non assorbimento, che comporta la diuresi massima, sia nella fase di massimo assorbimento legato alla presenza di ormone antidiuretico. Si arriva ad un flusso munimo che di circa 1ml/min, quindi capiamo che il flusso è ridotto di 2 ordini di grandezza, da 100ml/min a 1ml/min, il flusso si è ridotto di 100volte passando attraverso il glomerulo renale.

Vediamo di analizzare quali sono le funzioni dei singoli tratti.

Lo schemino in alto a destra dice che si susseguono arteriola afferente, glomerulo e arteriola efferente, che da luogo ai capillari renali veri e propri che sono i vasa recta, che decorrono parallelamente all’ansa di Henle e risalgono immettendosi nella vena renale. Il nefrone è composto da glomerulo, tubulo contorto prossimale, segmento discendente dell’ansa di Henle, chiamato anche segmento sottile a causa del fatto che è tappezzato da cellule epiteliali cuboidi però abbastanza basse, poi c’è l’ansa vera e propria, la forcina, poi segue il segmento spesso dell’ansa di Henle che è formato da cellule ancora cuboidi ma più a palizzata e molto più grandi. La differenza tra segmento sottile e spesso non è solo strutturale ma anche funzionale, il tratto discendente è permeabile sia all’acqua che ai soluti, il tratto ascendente spesso è impermeabile all’acqua e fondamentalmente anche ai soluti che possono però essere estromessi dal segmento spesso grazie alla presenza di carrier.Il tubulo contorto prossimale è deputato soprattutto a fenomeni di assorbimento(delle sostanze sopra citate).L’assorbimento di acqua rappresenta i 5/6 dell’assorbimento totale e come dicevamo nella scorsa lezione questo assorbimento è legato alla presenza delle acquoporine, responsabili di questo assorbimento molto complesso. Poi abbiamo il riassorbimento di Na+ che è un riassorbimento isosmotico con l’acqua, cioè passa acqua e insieme all’acqua passa il sodio con un flusso di massa che lascia inalterata la concentrazione di sodio nel tubulo, tanta passa l’acqua tanto passa il sodio, il sodio passa in congiunzione con il cloro, quindi ricordiamo che indichiamo solo il sodio, ma parliamo sempre di sodio e cloro insieme. Vediamo dove vanno l’acqua e il sodio; l’acqua passa sia a livello della cellula mediante questi canali che sono le acquoporine(non indicate in fig.), che realizzano questo trasporto di acqua attraverso la membrana luminale della cellula e l’acqua viene poi estromessa nello spazio interstiziale adiacente, un po’ d’acqua passa anche attraverso le giunzioni pericellulari che troviamo a livello della membrana apicale. Anche i soluti seguono lo stesso destino, passano attraverso il lato apicale della cellula per poi riversarsi nella zona laterale, cioè nel liquido interstiziale. Quindi fondamentalmente le cellule del tubulo contorto prossimale servono da passaggio, consentono la facilitazione del passaggio di questi soluti e il liquido(i soluti) che vengono assorbiti nel tubulo contorto prossimale verranno poi riversati nell’interstizio, capiamo dunque che intorno al tubulo contorto prossimale si riversano 150litri di acqua al giorno insieme al Na+ e al Cl- contenuti in questo liquido. L’osmolarità di questo liquido filtrato a livello del glomerulo sarà uguale a quella del plasma, l’unica differenza saranno le proteine, siccome nel plasma l’osmolarità è di 300mosmol/l l’osmolarità del liquido filtrato nel glomerulo è 300mosmolare. Lungo tutto il tubulo contorto prossimale la concentrazione dei soluti, cioè l’osmolarità, rimane uguale, segno che passa tanta acqua quanto sodio. Il Na+ passa nella cellula, come abbiamo già visto per la cellula nervosa, mediante un gradiente elettrochimico servendosi di canali, che non sono presenti solo nelle cellule eccitabili, dove vi sono dei canali attraverso cui il Na+ passa passivamente, ma anche dei canali che conferiscono questa caratteristica di eccitabilità. Nelle cellule eccitabili avremo canali passivi per il Na+ e canali voltaggio dipendenti che conferiscono alla cellula nervosa questa loro capacità di autoeccitazione o di eccitazione. In tutte le cellule non eccitabili non ci sono i canali voltaggio dipendenti, ma ci sono i canali che il Na+ utilizza per il passaggio attraverso le membrane, quelli in figura sono tanti canali che il Na+ utilizza per entrare nella cellula: Noi sappiamo che l’interno della cellula ha una bassa concentrazione di Na+ e l’esterno un’elevata concentrazione di Na+, viceversa, il K+ ha un’elevata concentrazione nell’ambiente intracellulare e bassa al di fuori, questo fa si che esista un gradiente elettrochimico che favorisce l’ingresso del Na+ nella cellula, in tutte le cellule dell’organismo, nessuna esclusa. La cellula del tubulo prossimale ha tanti tipi diversi di carrier attraverso cui il Na+ entra favorendo contemporaneamente il passaggio di altre molecole, per esempio, abbiamo un carrier che consente il passaggio di Na+, il passaggio del Na+ favorisce contemporaneamente il passaggio di glucosio, questo è un tipo di trasporto che viene chiamato cotrasporto attivo secondario.Vediamo di capire perché cotrasporto attivo secondario.il Na+ entra grazie al gradiente elettrochimico, che si crea perché c’è una distribuzione disomogenea di ioni tra l’esterno e l’interno

della cellula, come descritto dall’equilibrio di Donnan ed è li perché dato quest’equilibrio di Donnan la differente distribuzione di ioni viene mantenuta dalla presenza di pompe Na+/K-, che prendono il Na+ che è entrato per gradiente elettrochimico nella cellula e lo buttano fuori. Quindi se è vero che il gradiente elettrochimico è generato dalla differente distribuzione di ioni, cioè dal meccanismo previsto dall’equilibrio di Donnan, è vero che però questo squilibrio viene mantenuto dall’esistenza delle pompe.allora vediamo che la pompa Na+/K+ prende il Na+ che è entrato e lo butta fuori, prende il K+ che è uscito e lo porta dentro, questa pompa fa si che dentro si mantengano quelle concentrazioni ioniche che consentono la presenza di un potenziale elettrochimico negativo anche nella cellula del tubulo contorto prossimale e favoriscono l’entrata di Na+, quindi se il Na+ entra è perché c’è un potenziale di –65mV che è mantenuto dalla pompa ATPasica. Allora il Na+ entra in questo modo, attaccandosi al carrier il Na+ consente anche al glucosio di attaccarsi e quindi di entrare. Parliamo quindi di cotrasporto attivo secondario, perché c’è la pompa che permette l’ingresso del Na+(attivo), se non ci fosse piano piano si accumulerebbe Na+ all’interno della cellula, il potenziale interno non sarebbe più –65mV, ma sarebbe zero e il Na+ non entrerebbe più, non entrando Na+ non potrebbe entrare più glucosio(cotrasporto); si dice secondario perché la pompa che sostiene il flusso non è la stessa attraverso cui entra il glucosio, ma è un’altra.Il glucosio è un’altra delle sostanze che vengono riassorbite dal rene nel tubulo contorto prossimale, e il carrier che vediamo in figura, inibito da un farmaco che è la florizina, è quello di cui abbiamo parlato fino ad ora, quello che va incontro a saturazione quando si arriva ad una concentrazione di circa 2mM di glucosio nel plasma, quindi quei carrier responsabili dell’assorbimento di glucosio nel tubulo contorto prossimale sono quelli indicati in figura, che prevedono un simporto,un trasporto congiunto di Na+ e di glucosio, poi il Na+ consente anche entrando la fuoriuscita di H+(molto importante. L’H+ viene scambiato con il Na+ utilizzando questo carrier che può essre inibito dall'amiloride, un’altra sostanza di sintesi, poi ci sono dei canali che consentono l’estrusione del K+(sodio e potassio nel rene hanno sempre, cosi come anche negli altri luoghi, destini opposti dove il sodio viene assorbito e il potassio viene invece escreto), infine abbiamo il riassorbimento di Na+ che favorisce l’ingresso di Cl-, l’ingresso contemporaneo di Na+ e Cl- consente il mantenimento dell’elettroneutralità e il mantenimento di un’egual osmoticità nei due ambienti, questo carrier viene inibito da un’altra sostanza che è la bumetanide. Il K+ può venire estruso nell’interstizio, cosi come dall’altra parte del tubulo contorto prossimale abbiamo anche il passaggio di HCO3-(che però non è secondo il senso indicato dalla freccia in figura, ma è esattamente nel senso opposto, quindi esce in scambio col Cl-, però nella figura hanno sbagliato a mettere HCO3- e Cl-: l’HCO3- va messo sotto e il Cl- va messo sopra). Gli amminoacidi passano un pochino dal filtro renale non passano le proteine, ma gli amminoacidi sono molecole più piccole delle proteine. Normalmente gli amminoacidi non si trovano nelle urine, quindi vuol dire che vengono assorbiti, e qui come nel sistema digerente vengono assorbiti con lo stesso meccanismo utilizzato per il glucosio, cioè di nuovo in congiunzione con il passaggio di Na+, con l’ingresso di Na+, grazie al suo gradiente elettrochimico favorisce anche il passaggio dell’amminoacido. Gli agenti chimici che vediamo indicati, la florizina, l’amiloride, la bumetanide sono spesso citati in fisiologia con l’intento di avere un occhio di riguardo relativamente a quanto poi si affronterà in clinica, infatti tutti e tre sono degli inibitori che vengono usati come diuretici, inibire questi trasporti vuol dire inibire il passaggio di acqua, che significa assorbirne di meno nel tubulo contorto prossimale e quindi portare un flusso maggiore di acqua nel tubulo contorto distale e quindi avere una maggiore diuresi.

Per quanto riguarda l’assorbimento obbligatorio, si parla di acqua, 180litri di acqua al giorno vengono riassorbiti obbligatoriamente, 30litri circa vengono assorbiti nel riassorbimento facoltativo, i 180litri sono nel tubulo contorto prossimale, pochissimo nell’ansa di Henle, molto nel tubulo contorto distale e collettore. A questo punto la via può essere o attraverso quella che viene chiamata via paracellulare, tra due cellule adiacenti e quindi il liquido finisce direttamente nello spazio interstiziale pericellulare, oppure può passare attraverso la via cellulare attraverso le acquoporine e allora finisce di nuovo nell’interstizio, dall’interstizio passerà poi al sangue nei vasa recta.In figura è presentato anche il passaggio di Na+ che abbiamo visto può passare attraverso questi tre carrier diversi e che viene poi estruso insieme al Cl-(non indicato) attraverso le pompe ATPasiche o sulla membrana basale o su quella vaso-laterale.

I bicarbonati sono molto importanti quando parliamo di rene. Le cellule tubulari cosi come tutte le cellule dell’organismo producono CO2( lo abbiamo già visto a proposito del globulo rosso), che si idrata, la reazione di idratazione è in genere molto lenta e produce H2CO 3 , che in figura non è indicato. Allora la CO2 nella cellula arriva dal metabolismo cellulare, viene prodotta dal

metabolismo ossidativo e appena emessa come gas disciolto nell’ambiente cellulare si idrata, l’idratazione provoca la formazione di H2CO 3 , questo succede in tutte le cellule dell’organismo, ma qui, come abbiamo visto nel globulo rosso, la reazione è accelerata grazie alla presenza dell’enzima anidrasi carbonica, quindi la quantità di H2CO 3 che si forma è ingente in queste cellule come lo è nei globuli rossi, la reazione quindi è spinta verso la produzione di H2CO 3.

L’ H2CO 3 che si forma, essendo un acido debole, si dissocia non completamente ma in H+ e HCO3-(ione bicarbonato). Allora immaginiamo la cellula del tubulo contorto prossimale, l’interstizio, il capillare e il tubulo, la reazione di dissociazione prosegue di par suo, indipendentemente da quello che c’è nel tubulo, ma nel tubulo ci troviamo NaHCO3 (bicarbonato di sodio) che è nel plasma e che ha dimensioni piccole per cui passa insieme a tutti gli altri soluti e arriva in prossimità della cellula del tubulo contorto prossimale; allora succede che l’H+ viene eliminato utilizzando quel carrier che viene inibito dall’amiloride; il carrier prende uno ione Na+, questo passa per gradiente elettrochimico nella cellula e si consente grazie a questo carrier uno scambio di uno ione sodio con uno ione idrogeno. Lo ione sodio che passa è uno ione sodio che può arrivare da qualsiasi altra parte, ma può arrivare anche dal bicarbonato(NaHCO3). Quindi entra sodio nella cellula tubulare grazie a questo scambio Na+/H+ e viene cosi estruso nel lume del tubulo uno ione idrogeno: si assorbe un Na+ si butta fuori un H+, che acidifica. L’ HCO3- si lega a questo H+ e si forma H2CO 3

, che a Ph del tubulo contorto prossimale si scinde subito in H2O + CO2 . L’anidride carbonica può fare varie cose: può ridiffondere in una cellula oppure può andare via, come l’acqua, che va via lungo il tubulo contorto prossimale per essere assorbita altrove. Il risultato di questo circolo è che entra un Na+, questo tramite la pompa Na+/K+ verrà poi ributtato nel sangue, cosi come l’ HCO3– che si forma tramite quel canale, che abbiamo visto avere le frecce invertite, viene estromesso dalla cellula per entrare nel sangue, quindi questo carrier butta fuori HCO3- e fa rientrare in scambio il Cl-. è successo che nel tubulo è arrivata una molecola di bicarbonato, che non c’era prima, la cellula separatamente ha pescato il Na+, ha pescato gli HCO3-, e adesso li sta ributtando fuori; quindi nel sangue per ogni molecola di NaHCO3 che è passata nel tubulo se ne forma un’altra, è come dire che in questo modo il tubulo contorto prossimale assorbe l’ HCO3-, attraverso una serie di passaggi, al nettoo è successo che quel bicarbonato che trovavamo nel tubulo contorto prossimale ora lo troviamo nel capillare. Quindi nel tubulo contorto prossimale, a differenza di quello che vedremo per il tubulo contorto distale, determina un’assorbimento netto di Nacl: tanto ne passa tanto ne porta dentro; nel tubulo contorto distale la situazione è diversa perché può o assorbire cosi quelle ultime molecole di NaHCO3 rimaste, ma può anche formarne di nuovo, può formare altro bicarbonato. Interessante è capire che espellere un H+ vuol dire prendere un elemento che acidifica la cellula e buttarlo fuori, quando aumenta la concentrazione di CO2 nel sangue arterioso aumenta la sua pressione parziale in tutti gli ambienti dell’organismo, quindi un istema che verrà utilizzato nel tamponamento dell’acidosi, per es. quella respiratoria, è l’eliminazione di H+. Occorre capire che, anche in condizioni normali, le cellule producono dal loro metabolismo degli H+, che possono essere prodotti o come acido volatile che è la CO2, o meglio l’associazione della CO2 con l’acqua a dare acido carbonico che è un acido volatile che può essere disperso come abbiamo visto attraverso il polmone, oppure dagli acidi fissi, vedremo che nel rene entrambi entrano in gioco, perché se aumenta la CO2, che viene sempre idratata a seconda che si trovi nell’ambiente intracellulare che extracellulare (l’idratazione potrà essere particolarmente sostenuta nelle cellule in cui c’è anidrasi carbonica, ma anche in quelle in cui non c’è avviene), se la pressione parziale di CO2 aumenta, aumenta la forma idratata H2CO 3 e siccome è un acido debole dissociandosi forma H+; questo è un sistema per eliminare gli H+ e portare dentro il Na+. Eliminare H+ vuol dire buttare fuori della CO2

, che comunque può rientrare, ma comunque non si genera nient’altro che una modificazione del volume di acqua, non si genera un’acidosi spinta, però in compenso l’eliminazione di H+ favorisce l’ingresso di Na+ e quindi la formazione dei bicarbonati. Quindi il rene assorbendo i bicarbonati butta fuori gli H+, questo è un sistema che viene utilizzato per controllare l’acidità dell’ambiente intra ed extracellulare (controllo pH).

Questa figura ci dice che il glucosio passa in scambio col Na+ e dalla cellula all’ ambiente extracellulare esce per semplice diffusione facilitata da carrir, perché all’interno il glucosio è più concentrato che all’esterno quindi esce senza il bisogno di un trasportatore specifico, questo trasportatore in realtà facilita il passaggio, ma non è la causa del passaggio di glucosio dall’interno all’esterno della cellula, la causa è la maggior concentrazione di glucosio dentro la cellula rispetto all’ambiente extracellulare.

Vediamo che anche il PAI ha il suo carrier che consente la secrezione di PAI, che è un acido fisso e debole e anche questo può entrare nella cellula grazie all’operazione di ingresso di Na+ nella cellula.

L’ansa di Henle è un po’ il cuore del rene , è un po’ il centro focale della funzione renale ed è quindi molto importante. L’ansa di Henle serve per creare le condizioni interstiziali affinché sia possibile assorbire acqua nel tratto finale del nefrone. Cerchiamo di capire meglio analizzando lo schema. Arrivano 20-25litri e un po’ nel tubulo contorto distale, un po’nel tubulo collettore questi 20-25litri vengono assorbiti, perché siano assorbiti occorre che ci sia un gradiente osmotico che aspira l’acqua fuori dal tubulo e che tira l’acqua fuori, però c’è un problema: se tiriamo fuori l’acqua i soluti rimangono dentro, via via che quella che ormai è preurina scende lungo il dotto collettore per andare verso l’uscita del nefrone l’acqua viene assorbita e la concentrazione del Na+ e degli altri soluti aumenta(togliamo acqua). Come facciamo ad assorbire acqua a fronte di un progressivo aumento della concentrazione della preurina? il rene si deve creare un sistema che gli consenta di continuare ad assorbire acqua e non sodio. Il rene utilizza un sistema denominato sistema di moltiplicatore in controcorrente. È un sistema che non è adottato soltanto dal rene, ma che ritroviamo in tanti svariati esempi, pensiamo ai fenicotteri che si cibano di pesci stando per molto tempo con le zampe in acqua, l’acqua può avere temperatura variabile, in inverno ha temperatura molto bassa e le zampe molto sottili di questi animali non congelano proprio perché il circuito circolatorio che le irrora (lo vedremo quando faremo la termoregolazione) è fatto in modo tale che la parte discendente, arteriosa, proveniente dal cuore, porta del sangue molto caldo(temperatura degli organi interni) che va a riscaldare il sangue venoso(parte discendente), proveniente dalle zampe che è gelato, perché l’animale è a bagno nell’acqua fredda. Allora via via che si sale il sangue caldo riscalda il sangue venoso in arrivo dalle zampe, in modo che questo non rientri nella zona degli organi nobili freddo, in modo da non raffreddare le parti nobili che altrimenti andrebbero incontro a diminuzione del metabolismo, e da una parte cedendo calore dal sangue arterioso a quello venoso, il sangue arterioso che arriva nelle zampe ha una temperatura molto bassa, molto più bassa rispetto a quella di partenza, questo fa si che meno calore venga ceduto verso l’esterno, perché più è elevata la temperatura dell’organismo più calore viene ceduto, se la

temperatura è quasi uguale a quella dell’ambiente di calore se ne cede poco.Questo è lo stesso meccanismo che stiamo osservando in figura. Il meccanismo di moltiplicatore in controcorrente serve nel rene, ma anche ad esempio nel sistema circolatorio. Perché vi sia un fenomeno di moltiplicatore in controcorrente occorre che ci sia un sistema fatto a forcina in cui la branca discendente e ascendente siano molto vicine e in strettissima relazione l’una rispetto all’altra. Consideriamo la schematizzazione semplificata dell’ansa, troviamo l’imbocco dell’ansa di Henle, tratto discendente e tratto ascendente. Cominciamo a semplificare la branca discendente e quella ascendente immaginando che siano esattamente uguali, come in un tubo, il valore 300 si riferisce all’osmolarità del plasma e quindi è l’osmolarità del liquido che entra nell’ansa di Henle, ma a questo livello siamo già lontani dal plasma, che era quello filtrato a livello del glomerulo, siamo già passati attraverso il tubulo contorto prossimale; l’osmolarità si mantiene inalterata, perché i riassorbimenti che abbiamo visto nel tubulo contorto prossimale sono isosmotici, cioè si consente l’assorbimento di acqua ma insieme di Na+, Cl- e di tutti gli altri ioni, cosicché in realtà c’è meno flusso perché il 60% è stato assorbito però le concentrazioni ioniche e quindi l’osmolarità di questo liquido che arriva all’imbocco dell’ansa di Henle è esattamente uguale a quello che c’è nel plasma.Allora, noi facciamo passare il nostro liquido che fa tutto il giro scende e poi sale, adesso immaginiamo che ci siano delle pompette, dei carrier, che prelevano il Na+ dall’ansa ascendente e lo immettono in quella discendente, immaginiamo poi di avere una sorta di rubinetto e di poter interrompere per un istante il flusso, far lavorare le pompette e poi di nuovo far fluire il liquido, interrompere il flusso, far lavorare le pompette e far fluire il liquido e cosi via. Vediamo ora cosa accade quando facciamo quest’operazione. In A il liquido scorre bene, in B immaginiamo di interrompere il flusso e far lavorare le pompe, che prendono il Na+ dal tratto ascendente e lo buttano nel tratto discendente in modo tale che la concentrazione da una parte sia alta, perché è arrivato il sodio, e dall’altra diminuisca. Dopo qualche minuto troviamo a livello del tratto discendente un’osmolarità di 200mosmol e a livello del tratto ascendente di 400mosmol. A questo punto, in C, apriamo di nuovo l’imbocco dell’ansa, entra un po’ del liquido che era rimasto fuori con un’osmolarità di 300mosmol e spinge fuori il liquido che era dentro(200mosmol), il liquido 400mosmolare si sposta più in basso. Interrompiamo di nuovo il flusso e azioniamo di nuovo le pompe, prendiamo un po’ di Na+ dall’ansa ascendente e lo buttiamo a sinistra dove la concentrazione, l’osmolarità, aumenta ancora un po’ gradualmente mentre a destra diminuisce e via di seguito. Se facciamo proseguire questo strano meccanismo dopo un po’ arriviamo ad una condizione in cui via via che ci approfondiamo verso l’apice della nostra forcina l’osmolarità aumenta sempre di più, per poi diminuire addirittura rispetto al valore iniziale nel tratto finale della branca ascendente. Il fenomeno di moltiplicatore in controcorrente crea un gradiente di concentrazione nell’ansa di Henle, di modo che scendendo nell’ansa l’osmolarità aumenta gradualmente, tanto più lunga è l’ansa di Henle tanto più questo meccanismo sarà potenziato.

Questa figura ci da un immagine più realistica di quella che è la situazione che riscontriamo nell’ansa di Henle. La porzione gialla è l’ansa di Henle. La parte ascendente è diversa da quella discendente. Nel tratto discendente, a sinistra, la parete del tubulo è permeabile sia all’acqua, che al Na+ che agli altri ioni, nel tratto discendente, più specificamente nel tratto spesso, la parete è impermeabile all’acqua e fondamentalmente anche agli altri ioni, però nella parete vi sono dei carrier che espellono dal lume del tubulo il Na+, il Cl- e anche il K+, quindi questi ioni non escono liberamente dal tubulo, ma escono grazie ad un carrier che spende energia per farli uscire(un po’ come per le pompette appena viste). Queste pompe, identificate in figura con dei pallini buttano fuori Na+, Cl- e K+, cosi facendo aumentano la concentrazione di Na+ e Cl- nell’interstizio peritubulare, l’acqua non può seguire lo spostamento di questi ioni; abbiamo visto fino ad ora che lo segue quasi sempre, anche nel tubulo contorto prossimale dove esce il sodio ed esce anche l’acqua, ma questo livello no: Nel tratto ascendente dell’ansa la parete è impermeabile all’acqua, allora se butto nell’interstizio gli ioni aumento la concentrazione nell’interstizio e diminuisco l’osmolarità nella branca ascendente.A questo punto dobbiamo trovare la connessione tra questi ioni, soprattutto Na+ e Cl-, che vengono buttati fuori attivamente dalla branca ascendente e l’esempio del moltiplicatore in controcorrente appena visto.Quel Na+ che viene espulso dal lume rientra nell’ansa di Henle(in fig. i vasa recta sembrano distanziare le due branche, che in realtà sono molto vicine) quindi Na+Cl- passa dalla branca ascendente alla branca discendente(come nell’es. del moltiplicatore) perché se aumenta la concentrazione di Na+,Cl- e K+ in tutto l’interstizio questa risulterà superiore rispetto alla concentrazione di liquido che sta transitando nell’ansa di Henle. Il sodio entra e la concentrazione aumenta siccome il flusso di liquido è continuo, la continua immissione di Na+ dalla branca discendente non fa altro che riproporre una situazione in cui la branca discendente si concentra progressivamente andando dall’ingresso verso l’apice della forcina. Quindi dalla figura possiamo vedere che il liquido entra con una concentrazione pari a 300mosmol, via via che il liquido si approfonda verso la midollare del rene dov’è l’apice dell’ansa si raggiunge nel liquido intratubulare una concentrazione di ben 1200mosmol, quattro volte superiore alla concentrazione plasmatica

degli ioni. Abbiamo già visto prima nell’immagine dell’esempio della pompetta, che risalendo già a causa del moltiplicatore in controcorrente la concentrazione tende a diminuire, qui diminuisce ancora di più perché l’acqua non può accompagnare il Na+ che esce, quindi l’acqua rimanendo dentro, mentre gli ioni vengono estrusi determina una riduzione molto marcata dell’osmolarità. L’osmolarità del liquido all’uscita dall’ansa di Henle è più basso di quello che è entrato è di circa 100mosmoli, questo valore è uno dei fattori che consentono il riassorbimento già anche nel tubulo contorto distale ancora prima che si cominci ad arrivare nel tubulo collettore. Il funzionamento dell’ansa di Henle non è finalizzato a concentrare il liquido dentro l’ansa per poi diluirlo! Il punto centrale da capire è che grazie a questo meccanismo quello che si concentra è anche l’interstizio, non rimane a 300mosmol, perché il tratto discendente di quest’ansa è permeabile sia al Na+ che all’acqua, allora se esce Na+ e K+ prima di passare nell’ansa discendente il Na+, K+ e Cl- si stratificano nell’interstizio, quindi questa distribuzione dell’osmoticità interessa contemporaneamente sia l’ansa discendente che l’interstizio che c’è di fianco, sono allo stesso livello osmotico, quindi possiamo segnare in figura delle fasce che indicano i vari livelli osmotici, ad es. in profondità la fascia che comprende l’ ansa di Henle e l’interstizio peritubulare avrà un’osmolarità di 1200mosmol, risalendo la fascia successiva avrà un’osmolarità di 900mosmol e cosi via. L’ansa di Henle vicino al glomerulo avrà un osmolarità pari a 300mosmol come questa tutta la fascia, via che ci approfondiamo verso la midollare troviamo uno strato a 400mosmol, uno a 500mosmol,uno a 600mosmol, uno a 900mosmol fino ad arrivare a1200mosmol sia dentro all’ansa che fuori. Il liquido risale e quando giunge in alto non ha più un’osmolarità di 300mosmol ma di 100-150mosmol, allora passa nel tubulo contorto distale, che è potenzialmente permeabile in presenza di concentrazioni variabili di antidiuretico sia all’acqua che parzialmente al Na+(la permeabilità dell’acqua e del Na+ è modulata dagli ormoni); se poniamo che la permeabilià aumenti, allora dentro passa un liquido 100mosmol ma questo deve attraversare un interstizio dove l’osmolarità è più alta(300mosmol) e quindi viene assorbita l’acqua e il liquido che entra avrà un’osmolarità di 300mosmol uguale a quella esterna. L’acqua viene assorbita sebbene osmolarità int/est è uguale, perché il fatto che nell’interstizio vi sia un’osmolarità crescente consente all’acqua che passa nel tubulo collettore di essere continuamente assorbita: se entra ad un’osmolarità di 300mosmol fuori si trova ad un’osmolarità di 350mosmol, si concentra più in giù, ha un’osmolarità di 350mosmol ma fuori si trova ad un’osmolarità di 400 e quindi l’acqua esce, diventa 400 scende ancora un po’ e si trova intorno ad un’osmolarità di 600 e quindi esce e cosi via, finchè arriva in fondo, dove l’osmolarità massima delle urine arriva a 1200mosmol. Quindi nel caso in cui ci fosse la massima liberazione di ormone antidiuretico potremmo arrivare ad avere una concentrazione massima delle urine pari a 1200mosmol