La filtrazione glomerulare: struttura e funzione del nefrone

Schema funzionale del rene

I arteria- intralobulare arteriola afferente mesangio- capsula di Bowman raccolta del filtrato glomerulare capillari glomerulari tubulo contorto prossimale riassorbimento di acqua amminoacidi, proteine, glucoso, carboidrati arteriola efferente ansa dello Henle formazione di un gradiente ipertonico tra tubuli collettori e interstizio capillari peritubulari tubulo contorto distale bilancio acido/base ed idrico assorbimento di acqua, sodio, bicarbonato escrezione di K+ e H+ tubuli e dotti collettori tubuli e dotti collettori assorbimento di acqua mediato da ADH Figura 33.1. Schema funzionale del rene. Da Stevens, (1995), ridisegnato ADH: antidiuretic hormone, ormone antidiureticoNEFRONE Tubulo Distale Glomerulo Capillari Peritubulari Capsula di Bowman Arteriola Afferente Arteriola Efferente Arteria Arcuata Direzione del Sangue Vena Arcuata Tubulo Prossimale Dotto Collettore

Filtrazione glomerulare - 1

La filtrazione è il primo stadio della produzione dell'urina. L'elevata pressione sanguigna all'interno del glomerulo spinge l'acqua e la maggior parte dei soluti ad attraversare la parete dei capillari glomerulari, formando il filtrato glomerulare. Strato esterno della capsula glomerulare Arteriola afferente Corpuscolo renale (veduta esterna) Spazio capsulare Tratto ascendente dell'ansa di Henle Tubulo convoluto prossimale Arteriola efferente Podocita dello strato interno della capsula glomerulare Endotelio del glomerulo La capsula di Bowman che circonda i capillari del glomerulo è costituita da due strati di cellule, separati dallo spazio capsulare. Lo strato esterno della capsula è formato da epitelio pavimentoso semplice. Lo strato interno è costituito dai podociti, che aderiscono alle cellule endoteliali dei capillari del glomerulo formando, insieme ad esse, una membrana filtrante che permette il passaggio di acqua e soluti a basso peso molecolare dal sangue nello spazio capsulare. Urine Barriera di filtravinne Blood endotelio Qp=700 ml/min [Alb]=40 g/L

Filtrazione glomerulare - 2

I globuli rossi e la maggior parte delle proteine plasmatiche sono troppo grandi per attraversare la membrana filtrante, per cui restano nel sangue e, pertanto, il filtrato glomerulare ha una composizione simile a quella del plasma ematico, ma è privo di soluti ad elevato peso molecolare come le proteine. Nel processo di filtrazione risulta determinante l'elevata pressione del sangue che scorre nei capillari glomerulari. Il valore di tale pressione sanguigna è quasi il doppio di quello presente negli altri capillari. Tale elevato valore della pressione sanguigna nei capillari del glomerulo è prodotto dal minor diametro dell'arteriola efferente rispetto a quello che caratterizza l'arteriola afferente.

1. Un'arteriola fornisce sangue sotto pressione al glomerulo.
2. Il glomerulo - un gomitolo di capillari - è il sito dove avviene la filtrazione del sangue.
3. La capsula di Bowman riceve il filtrato glomerulare.

Filtrazione Capsula di Bowman Tubulo renale Un'arteriola efferente porta via il sangue dal glomerulo,

Filtrazione glomerulare - 3

Due pressioni si oppongono alla filtrazione:

1. la pressione osmotica colloidale del sangue, cioè la differenza di pressione osmotica tra il plasma e il liquido interstiziale, dovuta alla differenza di concentrazione proteica tra i due liquidi extracellulari. Infatti di norma le membrane dei capillari sono impermeabili alle proteine e solo poche proteine plasmatiche attraversano i vasi per passare nel liquido interstiziale.
2. la pressione della capsula , dovuta al fluido già presente nello spazio capsulare e nel tubulo.

Di norma la pressione sanguigna è maggiore delle due pressioni opposte, per cui ne risulta una pressione di filtrazione netta di circa 10 mmHg capace di spingere nello spazio capsulare circa 150 litri di fluido al giorno nelle femmine e 180 litri nei maschi Il filtrato glomerulare (preurina) passa nello spazio capsulare e, da qui, nel tubulo contorto prossimale Filtrazione Tubulo renale Glomerulo Riassorbimento Secrezione Escrezione Capillari peritubulari Una riduzione della pressione sanguigna sistemica può produrre il crollo della pressione sanguigna glomerulare, al punto da rallentare o bloccare del tutto la filtrazione, determinando:

• Oliguria (scarsa emissione di urine 50-250 ml)
• Anuria (<50 ml)

Analoghi effetti possono produrre:

• i calcoli renali che bloccano un uretere
• un ingrossamento della prostata tale da bloccare l'uretra maschile

Corpuscolo renale e riassorbimento tubulare

Corpuscolo renale Tubulo renale e dotto collettore Arteriola afferente Capsula glomerulare Fluido (filtrato glomerulare) Filtrazione dal plasma sanguigno al nefrone Urina (contiene sostanze secrete) Arteriola efferente 2 Riassorbimento tubulare dal fluido al sangue 3 Secrezione tubulare dal sangue al fluido Sangue (contiene sostanze riassorbite) Capillari peritubulari Il filtrato à simile al liquido interstiziale.

1. Na Na" è riassorbito per trasporto attivo.
2. Anion 2 Il gradiente elettrochimico consente il riassorbimento di anioni.
3. H2O 3 L'acqua fluisce per osmosi, seguendo Il riassorbimento di soluti. @ K.ca2+. Urea Epitelio tubulare Lume tubulare Liquido extracellulare Le concentrazioni di altri soluti aumentano man mano che il volume del liquido nel lume decresce. I soluti permeabili sono riassorbiti per diffusione.

Il riassorbimento tubulare

Il riassorbimento tubulare costituisce il secondo stadio alla base della formazione dell'urina. Tale processo consiste nel recupero della maggior parte dell'acqua (99%)e dei soluti utili all'organismo (amminoacidi, glucosio, vitamine) che, dal filtrato glomerulare, vengono riportati nei capillari peritubulari. Il processo è svolto dalle cellule epiteliali situate lungo l'intero decorso dei tubuli renali e dei dotti collettori Alcuni soluti sono riassorbiti passivamente per diffusione, altri attraverso il trasporto attivo Le cellule del tubulo contorto prossimale (dotate di microvilli) danno il contributo maggiore al riassorbimento, recuperando:

• Circa il 65% dell'acqua filtrata
• || 100% del glucosio
• Molti ioni

Corpuscolo renale e secrezione tubulare

Corpuscolo renale Tubulo renale e dotto collettore Arteriola afferente Capsula glomerulare Filtrazione dal plasma sanguigno al nefrone 1 Fluido (filtrato glomerulare) nel tubulo renale Urina (contiene sostanze secrete) Arteriola efferente 2 Riassorbimento tubulare dal fluido al sangue 3 Secrezione tubulare dal sangue al fluido Sangue (contiene sostanze riassorbite) Capillari peritubulari

L'escrezione tubulare

L'ultima fase consiste nel passaggio dell'urina definitiva prodotta dal nefrone (1% del filtrato glomerulare) nella pelvi renale. L'urina dai dotti collettori si raccoglie nei calici minori i qual confluiscono nei calici maggiori e, quindi, nella pelvi renale.

La secrezione tubulare

La secrezione tubulare consiste nella terza fase della formazione dell'urina È un processo che avviene per tutta la lunghezza dei tubuli renali e dei dotti collettori contemporaneamente a quello di riassorbimento Il processo, essenzialmente, consiste nel trasferimento, dai capillari peritubulari al fluido tubulare, di sostanze di scarto rimaste nel sangue dopo la filtrazione, sia per diffusione che per trasporto attivo Tra le sostanze secrete ritroviamo ioni H+ e K+, rifiuti metabolici (urea, creatinina) e farmaci e proprio la secrezione di ioni H+ è la causa dell'acidità dell'urina (pH 6)

SISTEMA URINARIO

Il sistema urinario può essere suddiviso in vie urinarie superiori e vie urinarie inferiori

• le vie urinarie superiori comprendono il rene, che è responsabile dell'ultrafiltrazione del sangue e del mantenimento dell'omeostasi idrica ed elettrolitica
• le vie urinarie inferiori comprendono il sistema pelvi-caliceale, gli ureteri, la vescica e l'uretra, che sono responsabili della raccolta, del trasporto, della conservazione e dell'eliminazione finale delle urine

IL NEFRONE

Il rene è composto da numerose unità morfo-funzionali che lavorano in parallelo: i nefroni. Il prodotto finale è dato perciò dalla somma dell'attività delle singole unità Le componenti principali del nefrone sono:

• i vasi sanguigni pre-glomerulari, che hanno la responsabilità di fornire sangue al glomerulo
• il glomerulo, che è un sistema capillare altamente specializzato. La membrana basale dell'epitelio di rivestimento è fusa a quella dell'endotelio e costituisce il filtro renale
• i tubuli contorti prossimali riassorbono selettivamente di varie componenti del filtrato glomerulare
• l'ansa di Henle contribuisce a creare un gradiente di concentrazione ionica nella midollare del rene
• il tubulo distale è responsabile del bilancio acido-base e del riassorbimento del sodio e del potassio
• i tubuli e i dotti collettori, che sono responsabili del riassorbimento finale di acqua tramite l'ADH
• i vasi post-glomerulari hanno due funzioni principali: riforniscono di sangue ossigenato l'epitelio tubulare e prendono parte al mantenimento dell'omeostasi. Ioni, acqua e altre piccole molecole attraversano le parti tubulari e duttali del nefrone e dei vasi post-glomerulari. I capillari post-glomerulari (peri-tubulari) sono quindi in stretta associazione con il sistema tubulare e duttulare

ATTIVITÀ DI ELABORAZIONE DELL'URINA

Il glomerulo è responsabile della funzione di filtrazione dell'urina, e trattiene le proteine e le altre macromolecole presenti nel sangue. La proprietà di filtrare selettivamente deriva dalla struttura e dalla carica ionica della membrana basale glomerulare (glomerular basement membrane, GBM) La neutralizzazione dei siti anionici della membrana provoca perdita di selettività, anche se la struttura delle membrana è sostanzialmente conservata I sistemi tubulare e duttulare sono responsabili del riassorbimento del glucoso e degli amminoacidi filtrati dal glomerulo, del riassorbimento selettivo dell'acqua sotto il controllo dell'ADH (antidiuretic hormone, ormone antidiuretico), e del riassorbimento e della secrezione di sodio, potassio, calcio, fosfato e ioni idrogeno

ATTIVITÀ METABOLICA DEL RENE

L'eritropoietina è secreta dal rene ed è essenziale per la normale produzione di eritrociti da parte del midollo La renina e secreta dall'apparato iuxta-glomerulare ed è responsabile dell'attivazione del sistema renina- angiotensina-aldosterone. L'aumento dell'angiotensina II causa:

• vasocostrizione e aumento della pressione arteriosa
• aumento della increzione di aldosterone da parte della corticale della surrene Trasformazione ed attivazione della vitamina D Il rene produce anche altri metaboliti (prostaglandine etc.) che regolano la funzione renale e circolatoria