Fisiologia del sistema tubulare renale e meccanismi di riassorbimento

Fisiologia del Sistema Tubulare Renale

Fisiologia I, Lezione 35, 17/05/2024 Prof. Veronesi FISIOLOGIA SISTEMA TUBULARE Meccanismo di funzionamento dell'Ansa di Henle

In riferimento all'immagine a destra che tratta dei meccanismi tubulari, i tubuli del nefrone decorrono in parte nella porzione corticale e in parte nella porzione midollare del rene.

Dal punto di vista osmotico, l'ambiente extracellulare della corticale è diverso da quello della midollare:

Tubulo prossimale Tubulo distale Liquido peritubulare Liquido tubulare Corticale 300 Midollare 400 500 600 700 Acqua K- Na+ Gradiente osmotico della midollare mOsm) 8.00 900 Tratto discendente Tratto ascendente spesso 1000 Permeabite all'acqua Assenza di trasporto di Na, K+, CI - Impermeabile all'acqua 1100 - Cotrasportatori Na /K /Cl 1200 1300 1400 Pelvi renale Ansa di Henle FIGURA 18.6 Il gradiente osmotico nella midollare del rene. Poiché il tratto discendente dell'ansa di Henle è permea- bile all'acqua mentre quello ascendente spesso è impermeabile ad essa e contiene trasportatori per il sodio, il cloro e il potassio, le dif- ferenti proprietà creano un gradiente osmotico nel liquido interstiziale della midollare del rene. L'osmolarità del liquido interstizia- le nella midollare è 300 milliosmolare vicino alla corticale ed aumenta in maniera continua fino a raggiungere un massimo di circa 1400 milliosmolare vicino alla pelvi renale.

• Nella porzione corticale, l'ambiente interstiziale è isoosmotico al plasma (nota dello Sbobinatore: ricordiamo che l'osmolarità del plasma è di 300 mOsm/l);
• Nella porzione midollare, l'ambiente interstiziale è iperosmotico rispetto al plasma, con gradiente di iper-osmolarità crescente man mano che ci approfondiamo in essa.

L'ambiente ipertonico della midollare va ad influenzare il sistema tubulare che in esso va a decorrere; prima di vedere come, ripassiamo ciò che succede all'acqua a livello del tubulo prossimale.

Esattamente come i soluti, anche l'acqua, a livello del tubulo prossimale, viene massicciamente riassorbita: circa il 65-70% di acqua contenuta nel tubulo viene riassorbita. Inoltre, un ulteriore 15-20% di acqua viene riassorbita a livello dell'Ansa di Henle, mentre un ulteriore 10% circa viene riassorbito a livello del dotto collettore (queste ultime 2 informazioni saranno trattate, dice il Prof., nel corso della lezione).

(Dopo il successivo paragone da parte del Prof., inizia la lezione odierna).

Mentre a livello del tubulo prossimale il processo di riassorbimento di acqua è isoosmotico (il processo di riassorbimento di acqua è mediato da quello di riassorbimento dei soluti; grazie soprattutto alla quantità di sodio riassorbita, si ha che il riassorbimento di acqua non porta a modificare l'osmolarità finale del liquido tubulare), a livello dell'Ansa il meccanismo utilizzato diventa, di fatto, di Estrazione di acqua.

1 Direzione del flusso di liquido Dotto collettore 300L'andamento contorto dei tubuli, che si approfondano nella midollare, per poi tornare nella corticale e nuovamente nella midollare, trova la sua ragione nella possibilità di poter sfruttare, grazie a questa conformazione, meccanismi che consentono il riassorbimento di acqua, anche quando non viene più operato un riassorbimento massivo di soluti.

Mentre a livello del tubulo contorto Prossimale viene operato un massiccio riassorbimento di soluti (oltre che di acqua), nel tratto Discendente dell'Ansa di Henle i soluti riassorbiti sono nulli, e viene riassorbita solo l'acqua; a livello del tratto Ascendente vengono riassorbiti elettroliti.

Riassorbimento di Acqua nel Tratto Discendente

Il riassorbimento di acqua a livello del tratto Discendente viene effettuato sfruttando l'iper-tonicità dell'ambiente interstiziale della midollare.

Per caratteristiche istologiche, il tratto Discendente dell'Ansa risulta essere permeabile all'acqua, mentre il tratto Ascendente risulta esserne impermeabile: il passaggio dell'acqua così, nel tratto Tubulo prossimale Tubulo distale Direzione del flusso di liquido Dotto collettore Liquido tubulare Liquido peritubulare 300 Corticale Midolare 300 400 500 600 700 Acqua Na 800 Gradiente osmotico della midollare imOsm) 900 Tratto discendente Tratto ascendente spesso 1000 - Permeabile all'acqua - Assenza di trasporto di Na', K·, Ci - Impermeabile all'acqua 1100 - Cotrasportatori 1200 Na'/K*/CI 1300 1400 Ansa di Henle Pelvi renale FIGURA 18.6 Il gradiente osmotico nella midollare del rene. Poiché il tratto discendente dell'ansa di Henle è permea- bile all'acqua mentre quello ascendente spesso è impermeabile ad essa e contiene trasportatori per il sodio, il cloro e il potassio, le dif- ferenti proprietà creano un gradiente osmotico nel liquido interstiziale della midollare del rene. L'osmolarità del liquido interstizia- le nella midollare è 300 milliosmolare vicino alla corticale ed aumenta in maniera continua fino a raggiungere un massimo di circa 1400 milliosmelare vicino alla pelvi renale.

Ascendente, viene impedito, e questo permette il solo riassorbimento degli elettroliti.

(Il Prof. ripete come, a livello del tratto Discendente, venga riassorbita solo acqua, mentre a livello del tratto Ascendente, vengono riassorbiti solo elettroliti).

(Per la spiegazione successiva è bene fare riferimento all'immagine soprastante) Come avviene il riassorbimento di acqua, a livello del tratto Discendente, quindi?

Il riassorbimento è effettuato sfruttando, come detto prima, il crescente ambiente ipertonico della midollare: inizialmente, nella porzione finale del tubulo contorto Prossimale e in quella iniziale del tratto Discendente, liquido tubulare e ambiente interstiziale sono tra loro isotonici (entrambi 300 mOsm); man mano che il liquido tubulare avanza, l'ambiente esterno passerà dall'essere inizialmente isotonico, all'essere ipertonico, rispetto al liquido stesso (diventa infatti 400 mOsm): questa differenza porterà all'insorgenza di una spinta osmotica, che porterà l'acqua a fuoriuscire all'esterno per diluire i soluti in esso presenti, per tentare di raggiungere, nuovamente, una condizione di iso-tonicità tra i due ambienti; l'ambiente interstiziale della midollare, però, continuando a diventare via via sempre più iper-tonico, non ne permetterà l'instaurazione, e questo spingerà l'acqua contenuta nel liquido tubulare, che prosegue lungo il tratto Discendente, a fuoriuscire ancora rendendo sempre più iper-tonico (rispetto alla tonicità iniziale) il liquido tubulare.

2Il processo si ferma quando il liquido tubulare raggiunge una tonicità di 1200-1400 mOsm, e da qui si comincia a risalire lungo il tratto Ascendente.

Riassorbimento nel Tratto Ascendente

Il tratto Ascendente dell'Ansa è impermeabile all'acqua: così facendo si evita che l'acqua rientri, dall'ambiente interstiziale, per diluire il liquido tubulare che, durante la risalita, risulta essere sempre più ipertonico rispetto all'ambiente esterno stesso.

Saranno i soluti, quindi, che fuoriusciranno, portando così ad un loro riassorbimento.

Questo processo diventa sempre più importante man mano che si risale: inizialmente abbiamo il riassorbimento di NaCl, per poi avere successivamente il riassorbimento anche di K+.

Il filtrato che entra nella branca discendente perde acqua e diviene progressivamente più concentrato.

Il sangue nei vasa recta rimuove l'acqua che lascia l'ansa di Henle.

La branca ascendente pompa fuori Na+, K+ e Cl-, e il filtrato diviene ipoosmotico.

100 mOsm nel filtrato che lascia l'ansa

300 mosM

300 mOsM

300 mOSM

100 mosM

HOO

3 L'acqua non può seguire i soluti

K+

500

500

HOO

K

Na

Riassorbi- mento di sale

CI

600

600

600

K+

2 Cl

ATP

K

900

900

900

Cellule della branca ascendente dell'ansa di Henle

Liquido interstiziale

1200

Vasa recta

900

1200 mOsM

1200 mOsM

1200 mOsm nel filtrato che entra nella branca ascendente dell'ansa di Henle

(b) Il riassorbimento attivo di ioni nel segmento spesso della branca ascendente produce un filtrato diluito nel lume.

Ansa di Henle

LEGENDA H2O = cr = K+ =

(a) Scambio controcorrente nella midollare del rene Na+ =

Grazie ad un trasportatore (presente a livello della membrana apicale delle cellule componenti le pareti del tratto Ascendente dell'Ansa) vengono riassorbiti 1 Na+, 1 K+ e 2 CI (per mantenere l'elettro-neutralità).

Il tipo di trasporto dei soluti sostenuto è un trasporto attivo, ed è così definito poiché è sostenuto dalle Pompe Na+/K+.

È importante sottolineare il fatto che il tipo di trasporto sia attivo, e che quindi il riassorbimento dei soluti non sia dovuto solo dalla differenza di osmolarità, poiché:

• È grazie ad esso che il liquido tubulare, una volta terminato il decorso lungo il tratto Ascendente, riesce a raggiunge una condizione di ipotonicità rispetto all'ambiente interstiziale esterno (il liquido raggiunge una concentrazione di 100 mOsm rispetto all'ambiente interstiziale);
• È alla base della formazione e del mantenimento del gradiente di osmolarità presente a livello della midollare.

Il meccanismo appena visto, di trasporto attivo dei soluti, prende il nome di Moltiplicazione Controcorrente.

3 300 ·NaMoltiplicazione Controcorrente

Meccanismo di Moltiplicazione Controcorrente

"Controcorrente" deriva dal fatto che il flusso del liquido tubulare, nei tratti Discendente e Ascendente dell'Ansa di Henle, posti l'uno vicino all'altro, scorre in direzioni opposte.

"Moltiplicazione" deriva dal fatto ogni nuova frazione di liquido tubulare che si trova a scorrere lungo i tratti genera e mantiene il gradiente osmotico caratteristico della midollare del rene; per comprendere meglio come questo avviene, immaginiamo di trovarci in una condizione di partenza in cui, nella midollare, non è presente il tipico gradiente di osmolarità che la contraddistingue, ma è presente un gradiente uniforme, in tutta la zona, di 300 mOsm:

Tubulo prossimale Tubulo distale Dotto collettore Liquido tubulare 300 Corticale 300 Midolare 400 500 600 700 Acqua Na+ 800 Gradiente osmotico della midollare imOsm) 900 Tratto discendente Tratto ascendente spesso 1000 - Permeabile all'acqua - Assenza di trasporto di Na, K-, CI - Impermeabile all'acqua 1100 - Cotrasportatori 1200 Na/K*/CI 1300 1400 Pelvi renale Ansa di Henle FIGURA 18.6 Il gradiente osmotico nella midollare del rene. Poiché il tratto discendente dell'ansa di Henle è permea- bile all'acqua mentre quello ascendente spesso è impermeabile ad essa e contiene trasportatori per il sodio, il cloro e il potassio, le dif- ferenti proprietà creano un gradiente osmotico nel liquido interstiziale della midollare del rene. L'osmolarità del liquido interstizia- le nella midollare è 300 milliosmolare vicino alla corticale ed aumenta in maniera continua fino a raggiungere un massimo di circa 1400 milliosmelare vicino alla pelvi renale.

1. Arriva una prima frazione di liquido (avente osmolarità di 300 mOsm): essendo iso-tonico con l'ambiente esterno, non abbiamo rilascio di acqua nel tratto Discendente; arrivato nel tratto Ascendente, però, per azione del trasportatore attivo visto prima, una parte dei soluti viene riassorbita: il liquido esce dall'Ansa, per esempio, con un nuovo gradiente osmotico di, per esempio, 200 mOsm, mentre l'ambiente interstiziale esterno raggiunge il gradiente di 400 mOsm, formando un nuovo "strato" di gradiente, in virtù dei soluti in esso ora presenti;
2. Arriva un'altra frazione di liquido (sempre a 300 mOsm, inizialmente): entrato nell'Ansa, trova ora uno "strato" a 400 mOsm, per cui, per i meccanismi visti prima, un po' di acqua verrà riassorbita, e il liquido tubulare assumerà un gradiente di 400 mOsm; avanzando, arriverà al livello del tratto Ascendente, dove verranno riassorbiti dei soluti, e l'ambiente esterno, così raggiungerà poi un gradiente di 500 mOsm, formando un nuovo "strato" a gradiente differente, rispetto agli altri 2 già presenti (aventi gradiente di 300 e 400 mOsm, rispettivamente);
3. Il meccanismo, ripetuto più volte, porta all'instaurarsi del gradiente osmotico stratificato tipico della regione midollare del rene, grazie alla presenza del trasporto attivo, che ne consente la formazione anche nella condizione in cui, inizialmente, tale gradiente non fosse presente;
4. Grazie alla sua formazione, come visto prima, è possibile il riassorbimento di acqua a livello del tratto Discendente dell'Ansa di Henle.

4 Liquido peritubulare Direzione del flusso di liquido