Il Rene: Funzioni, Struttura e Regolazione del pH

Funzioni del rene

Funzione escretoria

Il rene ha il compito di eliminare i cataboliti, ovvero le sostanze prodotte dal metabolismo, oltre a quelle estranee all'organismo. Se queste sostanze non sono solubili, vengono coniugate con molecole solubili che ne permettono il trasporto nel sangue, fino all'eliminazione a livello renale. Alcuni di questi composti sono prodotti terminali di vie metaboliche, come l'urea e l'acido urico. Se non venissero espulsi, si accumulerebbero nell'organismo con effetti dannosi.

Corticale renale Midollare renale Piramide renale- Arteria renale Papila renale Pelvi- renale .. Vena renale Calice minore JL T Midollare renale T Corticale renale Calice minore Calice maggiore (b) Capsula di Bowman Uretere Vasi ematici (a) Nefrone Dotto collettore (c)

Funzione omeostatica

Il rene è fondamentale per il mantenimento dell'omeostasi, regolando diversi aspetti del plasma sanguigno:

• Volume plasmatico: controlla quanta acqua viene eliminata con le urine.
• Composizione ionica: regola la concentrazione di ioni come sodio, potassio, calcio, bicarbonato, magnesio e fosfati, eliminandoli o risparmiandoli in base alle necessità.
• Osmolarità plasmatica: principalmente regolata attraverso il controllo della concentrazione di sodio.
• Regolazione del pH:insieme ai polmoni, il rene regola l'equilibrio acido-base modulando l'escrezione o il riassorbimento di bicarbonato.

Per svolgere questa funzione omeostatica, è fondamentale il concetto di bilancio: il rene garantisce che la quantità di sostanze eliminate sia uguale a quella assimilata.

Funzione endocrina

Il rene sintetizza e secerne diversi ormoni, tra cui:

• Eritropoietina (EPO): stimola la produzione di globuli rossi nel midollo osseo.
• Renina: coinvolta nella regolazione della pressione sanguigna.
• Vitamina D: il rene partecipa alla sua sintesi, aggiungendo un gruppo -OH necessario per attivarne la funzione biologica.

Fisiologia 221

Struttura del rene

Il rene è diviso in due parti principali:

• Corteccia renale: parte più esterna, dove si trovano le unità di filtrazione responsabili dell'elaborazione della pre-urina.
• Midollare renale: parte più interna, caratterizzata da strutture a forma di triangolo chiamate piramidi renali.

Al centro del rene giungono i grandi vasi sanguigni, cioè l'arteria renale e la vena renale, mentre l'uretere trasporta l'urina già formata verso la vescica.

Il nefrone: l'unità funzionale del rene

Il rene è costituito da circa un milione di nefroni, ognuno dei quali funziona come una piccola unità filtrante. Un nefrone è composto da:

IL NEFRONE Corpuscolo renale - Capsula di Bowman Glomerulo Arteriola efferente Arteriola afferente Tubulo contorto prossimale Tubulo connettore Tubulo contorto distale Corticale Midollare Tubulo retto prossimale Tratto ascendente spesso dell'ansa di Henle Dotto collettore Tratto ascendente sottile dell'ansa di Henle Tratto discendente dell'ansa di Henle Calice minore

1. Glomerulo: una matassa di capillari dove avviene la filtrazione del sangue. Qui arriva un'arteriola afferente e ne esce un'arteriola efferente.
2. Capsula di Bowman: una struttura a forma di "C" che avvolge il glomerulo e raccoglie il filtrato iniziale del sangue.
3. Tubulo renale: formato da diverse sezioni:
   • Tubulo contorto prossimale: prima porzione tortuosa del tubulo.
   • Ansa di Henle: tratto a forma di "U" che scende e poi risale nella midollare renale.
   • Tubulo contorto distale: seconda porzione tortuosa che passa vicino al glomerulo, formando l'apparato iuxtaglomerulare. Questa struttura regola la filtrazione renale e la pressione sanguigna, grazie alla macula densa, che invia segnali alle cellule secernenti renina.
   • Dotto collettore:raccoglie l'urina dai diversi nefroni e la convoglia verso la pelvi renale, da cui prosegue nell'uretere.

Doppia rete capillare del rene

Il rene è uno degli organi con una doppia rete capillare, simile al fegato:

1. Glomerulo: formato esclusivamente da capillari arteriosi, che consentono la filtrazione del sangue senza scambi di ossigeno e anidride carbonica.

Fisiologia 222 Tubulo prossimale

1. Rete capillare peritubulare:capillari che circondano i tubuli renali, dove avvengono gli scambi di sostanze tra sangue e filtrato urinario.

Il sangue filtrato dal glomerulo passa attraverso questa seconda rete capillare prima di confluire nella vena renale, che lo riporta in circolazione.

Arteria interlobulare C Arteria arcuata Capillari peritubulari A Arteria interlobare Arteria segmentale Corticale Arteria renale Midollare Vasa recta

Il processo di filtrazione renale

La filtrazione avviene secondo le forze di Starling, che determinano il passaggio del plasma dai capillari glomerulari alla capsula di Bowman. Questo processo genera la pre-urina, che contiene numerose sostanze utili. Durante il passaggio attraverso il tubulo renale, la pre-urina subisce diverse modifiche:

1. Riassorbimento: sostanze essenziali come glucosio e ioni vengono recuperate nel sangue attraverso la rete capillare peritubulare.
2. Secrezione: sostanze non filtrate inizialmente possono essere eliminate attivamente dal sangue nel tubulo renale.

Bilancio finale: il processo di escrezione

L'escrezione finale dell'urina è data dalla somma di tre processi: Escrezione = (Filtrazione) - (Riassorbimento) + (Secrezione)

Esempi di trattamento di diverse sostanze nel rene:

• Sostanza X: viene parzialmente filtrata e secreta, senza essere riassorbita.
• Sostanza Y: subisce un trattamento intermedio, con una combinazione di filtrazione, riassorbimento e secrezione.
• Sostanza Z (es. glucosio): viene filtrata ma completamente riassorbita, quindi non si trova nelle urine.

Direzione del flusso ematico Capilari peritubulari Arteriola effererte RIASSORBIMENTO SECREZIONE FILTRAZIONE ESCREZIONE Glomerulo Capsula di Bowman Arteriola afferente Substance X L Urine FILTRATA + SECRETA FILTRATA + FILTRATA + RIASSORBITA IN PARTE COMPLETAMENTE RIASSORBITA

Fisiologia 223

Riassunto della lezione sul rene e il processo di filtrazione

Nella lezione scorsa abbiamo visto che il rene effettua un'azione di filtrazione del sangue, in particolare del plasma. Questo processo consente all'acqua e alle sostanze sciolte nel plasma di passare all'interno della capsula del Bowman.

Il percorso del filtrato

La capsula del Bowman è la primissima parte del tubulo renale. Una volta che il filtrato vi è arrivato, percorre tutto il tubulo renale, subendo ulteriori processi di rimaneggiamento:

• Alcune sostanze vengono riassorbite.
• Altre vengono secrete.

Questo avviene lungo la seconda rete capillare, detta rete peritubulare, che permette ulteriori scambi con il sangue.

• Rete glomerulare -> Filtrazione
• Rete peritubulare -> Fenomeni di assorbimento e secrezione

Il risultato finale del processo è l'urina, che si forma a seguito di:

• Filtrazione
• Riassorbimento (sottrae sostanze al filtrato)
• Secrezione (aggiunge sostanze al filtrato)

L'urina finale viene poi escreta attraverso uretere, vescica e uretra.

Direzione del flusso ematico Capillari peritubulari Arteriola effererte RIASSORBIMENTO SECREZIONE FILTRAZIONE ESCREZIONE Glomerulo Arteriola afferente Capsula di Bowman Substance X Urine Urine Urne FILTRATA + SECRETA FILTRATA + FILTRATA + RIASSORBITA IN PARTE COMPLETAMENTE RIASSORBITA

Destini delle sostanze nel rene

Abbiamo visto alcuni esempi di sostanze trattate diversamente dal rene:

1. Filtrate ed escrete senza modifiche.
2. Filtrate e poi secrete (aumentando la loro concentrazione nell'urina).
3. Filtrate e parzialmente riassorbite (solo una parte viene escreta).
4. Filtrate e completamente riassorbite (non si trovano affatto nelle urine).

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IL PROCESSO DI FILTRAZIONE(1)

Capsula di Bowman Arteriola efferente Tubulo prossimale Arteriola afferente Podocita Estensioni pedicellari Fenestratura Lume del capillare glomerulare Spazio di Bowman La filtrazione consiste nel passaggio del plasma e delle sostanze in esso contenute dalla rete capillare del glomerulo alla capsula del Bowman.

Struttura della capsula del Bowman

Osservando la capsula del Bowman:

• Forma: simile a una lettera "C" capovolta.
• Strati:
  • Foglio viscerale (interno): aderisce ai capillari glomerulari.
  • Foglio parietale (esterno).
  • Lume capsulare: lo spazio tra i due strati, in cui si raccoglie il filtrato.

Le cellule del foglietto viscerale, chiamate podociti, si avvolgono attorno ai capillari glomerulari con digitazioni ramificate dette pedicelli. Tra i pedicelli restano degli spazi, che permettono il passaggio del filtrato. La barriera di filtrazione glomerulare è composta da:

1. Endotelio fenestrato dei capillari glomerulari.
2. Lamina basale, che avvolge i capillari.
3. Podociti con i pedicelli, che lasciano piccole fessure di filtrazione.

Questa struttura consente il passaggio delle molecole più piccole, ma impedisce quello delle cellule del sangue (globuli rossi, globuli bianchi e piastrine).

membrana glomerulare Plasma nel lume del capillare Fenestratura Cellula endoteliale del capillare Lamina basale Cellula epiteliale (podocita) Filtrato nello spazio di Bowman Poro

Fisiologia 225

Cosa può attraversare la barriera di filtrazione?

• Tutte le sostanze contenute nel plasma più piccole dell'albumina passano liberamente.
• L'albumina (peso molecolare ~90.000 Dalton) normalmente non viene filtrata.
• Se si trova albumina nelle urine, significa che la membrana ha subito un'alterazione patologica (aumento della permeabilità).

Influenza della carica elettrica

La lamina basale è composta da glicoproteine cariche negativamente, quindi:

• Le sostanze cariche positivamente passano più facilmente.
• Quelle cariche negativamente vengono respinte.
• Le molecole di dimensione intermedia possono essere favorito o ostacolate a seconda della loro carica.

Forze che spingono il plasma a uscire (Forze di Starling)

Come nei capillari sistemici, anche nel glomerulo ci sono quattro forze di Starling che regolano il passaggio dei fluidi:

1. Pressione idrostatica del capillare glomerulare (P_GC)
   • Circa 60 mmHg, molto più alta rispetto ai capillari sistemici.
   • Questa forza spinge il plasma fuori dal capillare verso la capsula di Bowman.
2. Pressione idrostatica della capsula di Bowman (P_BC)
   • Circa 15 mmHg (più alta rispetto al liquido interstiziale nei capillari sistemici).
   • È dovuta al fatto che il filtrato si accumula in uno spazio chiuso e ristretto.
3. Pressione oncotica del capillare glomerulare (TT_GC)
   • Circa 29 mmHg.
   • Forza di richiamo dell'acqua dovuta alle proteine plasmatiche, che non attraversano la barriera.
4. Pressione oncotica della capsula di Bowman (TT_BC)
   • Normalmente pari a 0, perché le proteine non passano nel filtrato.
   • Se aumenta, significa che la permeabilità della membrana è alterata (patologia).

capillare sistemico Pa = 1 mm Hg Rg = 0 mm Hg -16mm Pac Poc Rac Arteriola Venia PRESSIONE DI FILTRAZIONE (PGc+ IBc) -(PBC + ILGc) = (60 mmHg + 0 mmHg) - (15 mmHg + 29 mmHg) = 16 mmHg Arteriola afferente PGc = pressione nel capillare glomerulare = 60mmHg PBc = pressione nella capsula del Bowman = 15mmHg TGc = pressione oncotica nel capillare glomerulare = 29mmHg TBc = pressione oncotica nella capsula del Bowman = 0mmHg 226 Fisiologia Arteriola efferente Ho