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Fisiologia apparato urinarioFisiologia apparato urinario
Funzioni del Rene •Funzione di filtro:Eliminazione dal sangue ed escrezione con le urine di cataboliti (urea, creatinina, acido urico, prodotti finali degradazione emoglobina, metaboliti ormoni) e sostanze esogene (farmaci, additivi alimentari)•Funzione omeostatica:Regolazione equilibrio idrico
Regolazione bilancio elettrolitico
Regolazione equilibrio acido-base Regolazione pressione arteriosa
•Funzione ormonale:Produzione ormoni coinvolti in: Eritropoiesi (eritropoietina)Metabolismo del Ca2+ (1,25-diidrossicolicalciferolo, forma attiva vitamina D)Regolazione pressione arteriosa e flusso ematico (renina)Gluconeogenesi
Corticale
Nefroni
Midollare
Pelvi renale
Uretere
Capsula
Arteria renaleVena renale
Arteria arcuata
Vena arcuata
Arteriole afferenti
Glomeruli
Nefrone corticale
Flusso ematico renale (FER) = 1200 ml/min (∼21% gittata cardiaca).
•90% corticale•10% midollare
ArterioleNefroni
Corteccia
Midollare
Capsula di Bowman
Tratto discendente
ansa di Henle
Tratto discendente ansa di Henle
Tratto ascendente ansa di Henle
Tratto ascendente ansa di Henle
Tubulo distale Tubuli collettori
Dotto collettore
Tubulo prossimale
250 dotti collettori * 4000nefroni =1 milione di nefroni per rene
NefroniJuxtamidollari 20%con i vasa recta
GlomeruloGlomerulo
Capillari glomerulari
Capillari peritubulari
Arteriola efferente
Arteriola afferente
Ansa di HenleDotto collettore
Apparato iuxtaglomerulare
Glomerulo
Arteriola efferenteCapsula di Bowman
Epitelio capsulare
Podociti
Capillari glomerulari
Lume della capsula
Arteriolaafferente
Tubulo prossimale
Tubulo distale
Arteriola afferente
Arteriola efferente
Glomerulo
Capsula di Bowman
Capillare peritubulare
Tubulo distale
Ansa di Henle
Dotto collettore
Alla vena renale
FiltrazioneRiassorbimentoSecresioneEscrezione
Nel nefrone si realizzano 3 processi, che portano alla formazionNel nefrone si realizzano 3 processi, che portano alla formazione e
dell’urina:
• Filtrazione glomerulare
• Riassorbimento tubulare
• Secrezione tubulare
Carico Escreto (E) =
Carico Filtrato (F) – Carico Riassorbito (R) + Carico Secreto (S)
Arteriola afferente
Glomerulo
Arteriola efferente
Capsula di Bowman
Capillare peritubulare
Alla vena renale
La quantità di qualsiasi sostanza presente nell’urina (carico escreto) è il risultato della seguente espressione:
Creatinina 0,00125 0 0,00125 0
acqua 125 124 1 >99%
glucosio 100 100 0 100%
sodio 17,75 17,64 0,11 99,4
urea 0,0325 0,0162 0,0163 50%
Bicarbonato 3 2,99 0,01 >99,9%
F R E % riass
Glomerulo
Filtrazione: passaggio elevato volume di plasma privo di proteine dai capillari glomerulari alla capsula di Bowman. Il filtrato glomerulare è quindi essenzialmente plasma privo di proteine.La frazione del flusso plasmatico renale (FPR) che viene filtrata è detta:
Frazione di filtrazione (FF) = VFG/FPR
Normalmente viene filtrato ∼20% del plasma che fluisce attraverso il rene
Podocita
Capillare
Endotelio
capillare
Capsula
di
Bowman
Pedicelli
Cellula
mesangio
Filtrazione
Membrana di Filtrazione
•Gluconeogenesi
Pori endotelio
Capillare
Lamina basale
Capsula di Bowman
Filtrato
Pedicelli dei Podociti
Pori epitelio capsula
(* nefropatia iniziale da perdita dlle cariche negative)
Membrana di filtrazione
Consente passaggio H2O + soluti basso peso molecolare (65000, < 69 kDa)Esercita azione selettiva in funzione delle dimensioni e carica elettrica delle molecole. Filtrazione: • libera molecole raggio < 20Å (∼5 KDa)• variabile molecole raggio 20-42Å• assente molecole raggio > 42Å (∼70 KDa).
Formata da:
• Endotelio capillare fenestrato (pori 50-100 nm) tappezzato da cariche negative fisse, che ostacolano passaggio proteine plasmatiche (carica negativa). • Membrana basale formata da collagene e proteoglicani (carica negativa) è una barriera efficace al passaggio proteine plasmatiche. • Strato viscerale della capsula di Bowman (podociti, con processi terminali, pedicelli, che formano pori a fessura (4-14 nm, chiusi da struttura proteica, diaframma di filtrazione, regolabile). Presenti glicoproteine caricate negativamente.
Dimensioni e carica elettrica influenzano la filtrabilità
Filtrabilità molecole raggio 20-42 Å dipende dalla carica ed èmaggiore per le forme cationiche.E’ limitata la filtrazione delle proteine con raggio 20-42 Å, perchè, in gran parte, caricate negativamente.
Perdita della carica negativa sulla barriera di filtrazione (glomerulonefriti) provoca aumento filtrazione e comparsa nelle urine (proteinuria) di proteine polianioniche raggio 20-42 Å
VelocitVelocitàà di filtrazione di filtrazione glomerulareglomerulare
(VFG)(VFG)VFG è il volume di filtrato che si forma nell’unità di tempo.
Dipende da:
1.Pressione netta di ultrafiltrazione (Pf) risultante delle forze di Starling (idrostatiche e colloido-osmotiche).
2.Coefficiente di ultrafiltrazione (Kf = permeabilità x superficie filtrante), che nel rene è 400 volte superiore a quello degli altri distretti vascolari.
28 -28
-3-8
C. arterioso C. venoso
p. idrostatica p. oncotica
10 -28
-3-8
p. idrostatica interstiziop. oncotica interstizio
Pressione nei capillari
Pressioni e filtrazionePressioni e filtrazione
60 32
18P netta di filtrazionePf = 10 mmHg
A. afferente A. efferente
P della capsula
P. idrostatica P. oncotica
VFG = 125 ml/min
Pf = Pc – (PB + ππππp)
Pf = 60 – (18 + 32) = 10 mmHg
Arteriola
efferente
Arteriola
afferente
Glomerulo
Capsula di
Bowman
PB
ππππp
60 mmHg
Pf = 10 mmHg
VFG = 125 ml/min (180 l/dì)
R a
Pc
32 mmHg
18 mmHg
Pressioni e filtrazione
Re
Pressioni e filtrazionePressioni e filtrazione
Modificazioni forze di Starling
lungo i capillari glomerulari:
Pc : variazione modesta
PB : costante
ππππp: aumento [28 mmHg (inizio capillari) � 36 mmHg (fine
capillari)].
Pc
Arteriola
afferente
Arteriola
efferenteDistanza lungo il
capillare glomerulare
60
Pre
ssio
ne (m
mH
g)
28
ππππc
18PB
0
ππππB
Pf
Forze a favore della
filtrazione Pc+ππππB
Forze contro la
filtrazione ππππp+PB
Quando le forze si
bilanciano la filtrazione
si azzera
Arteriola
afferente
Arteriola
efferenteDistanza lungo il
capillare glomerulare
Pre
ssio
ne (
mm
Hg)
La variazione di La variazione di ππππππππpp lungo i capillari glomerulari dipende dal flusso lungo i capillari glomerulari dipende dal flusso
plasmatico glomerulareplasmatico glomerulare
Pf
Flusso
basso
Pf
Flusso
normale
Arteriola
afferente
Arteriola
efferenteDistanza lungo il capillare
glomerulare
Flusso
elevato
VFG
Dipendenza della VFG dal FPRDipendenza della VFG dal FPR
La relazione tra VFG e FPR definisce
la frazione di filtrazione
FF=VFG/FPR
FPR
100% normale
100% normale
Pf
La velocità di incremento della pressione colloido-osmotica glomerulare dipende dalla frazione di filtrazione FF = VFG/FPR.
28
30
32
34
36
38
40
Distanza lungo il capillare glomerulare
Estremitàafferente
Estremitàefferente
Pre
ssio
neco
lloid
o-os
mot
ica
glom
erul
are
(mm
Hg)
Normale
Frazione di filtrazione
Frazione di filtrazione > FPR o < VFG
< FPR o > VFG
Fattori che determinano riduzione della VFG:
• ↓Kf : riduzione numero capillari glomerulari funzionanti (glomerulonefriti), ispessimento parete capillare (ipertensione cronica, diabete mellito).
• ↑PB : ostruzione vie urinarie.
• ↑ππππp• ↓Pc
Fattori maggiormente soggetti a variazioni e quindi sotto controllo fisiologico ai fini della regolazione della VFG
La Pc dipende da tre variabili regolate in condizioni fisiologiche:
• Pressione arteriosa↑PA � ↑Pc e ↑VFG (↑FER)↓PA � ↓Pc e ↓VFG (↓FER)
Effetto controllato da autoregolazione renale
• Resistenza arteriole afferenti↓Ra � ↑Pc e ↑VFG (↑FER)↑Ra � ↓Pc e ↓VFG (↓FER)
• Resistenza arteriole efferenti↑Re � ↑Pc e ↑VFG (↓FER)↓Re � ↓Pc e ↓VFG (↑FER)
Per ↑Re, VFG varia con andamento bifasico:↑Re modesti ���� ↑VFG
↑Re consistenti ���� ↑ππππp ���� ↓VFG
0
50
100
150
Resistenza arteriole afferenti (x normale)
VF
G (
ml/m
in)
1 2 3 40
200
800
1400
2000
FE
R ( m
l/min)
normale
VFG
FER
200
250Flusso ad altri organi
R FER
Pc
VFG
VF
G (
ml/m
in)
FE
R ( m
l/min)
Resistenza arteriole efferenti (x normale)3 4
0
50
100
150
1 20
200
800
1400
2000
normale
VFG
FER
Vasocostrizione arteriola afferente
↓FER + ↓Pc + ↓VFG
Vasocostrizione modesta arteriola efferente
↓FER + ↑Pc + ↑VFG
Vasocostrizione intensa arteriola efferente
↓FER + ↑Pc + ↓VFG
Flusso ad altri organi
RFER
Pc
VFG
Controllo Resistenza arteriole afferenti ed efferenti
• SNS + Adrenalina circolante (αααα1): vasocostrizione (soprattutto arteriole afferenti) � ↓FER + ↓VFG.Effetto modesto in condizioni normali, consistente in condizioni di: emorragia imponente, ischemia cerebrale, paura, dolore.
• Angiotensina II (AT1): vasocostrizione (soprattutto arteriole efferenti) � ↓FER + ↑VFG.↓P capillari peritubulari favorisce riassorbimento Na+ e H2O
• Adenosina (A1): vasocostrizione arteriole afferenti �↓FER + ↓VFG.
• NO: vasodilatazione (livelli basali essenziali per mantenimento VFG normale)
• PGE2, PGI2, Bradichinina: vasodilatazione (soprattutto arteriole afferenti) � ↑FER + ↑VFG.Attenuano effetto vasocostrittore di simpatico ed Angiotensina II in condizioni patologiche (emorragia)
Pressione arteriosa media (mmHg)
Ambito di autoregolazione
75-180 mmHg
VFG (l/dì)
Autoregolazione renaleFunzione principale: stabilizzare la VFG per mantenere un controllo fine dell’escrezione di H2O e soluti.
Senza autoregolazione, aumenti anche piccoli di PA (100 → 120 mmHg), produrrebbero aumenti di VFG da 180 l/dì (7.5 l/h) → 216 l/dì (9 l/h).Con riassorbimento tubulare invariato (178.5 l/dì, 7.4 l/h) escrezione urinaria aumenterebbe da 1.5 l/dì (62.5 ml/h) → 36 l/dì (1.5 l/h) �completa deplezione volume ematico in 2 ore.
Ambito di autoregolazione (75-180 mmHg) minime variazioni FER e costanza VFG. L’aumento di flusso urinario (VU), alla base della diuresi e natriuresi pressoria (controllo renale della PA) è comunque possibile, perché dipendente dall’entità dei processi di riassorbimento.
↑Pa � ↓riassorbimento H2O e Na+
Nonostante questi meccanismi regolatori le variazioni pressorie modificano in maniera significativa l’escrezione renale di sodio ed acqua, inducendo diuresi e natriuresi pressoria.
Meccanismi dellMeccanismi dell’’autoregolazione renale:autoregolazione renale:
• Feedback tubulo-glomerulare
Meccanismi di regolazione aggiuntivi permettono la regolazione del riassorbimento tubulare in rapporto a variazioni della VFG.
•Bilancio glomerulo-tubulare
•Meccanismo miogeno o di Bayliss (scarso)
Feedback tubuloFeedback tubulo--glomerulareglomerulare
32
18
Pf = 10 mmHg
VFG = 125 ml/min
32
18
Pf = 0 mmHg
VFG = 50 ml/min
32
18
Pf = 10 mmHg
VFG = 125 ml/min
60
65
Vasocostrizione afferente,o riduzione di pressione
Renina-Angiotensina
Vasocostrizione efferente
VasodilatazioneAfferente
50
VFG = 125 ml/min
Capsula di BowmanArteriola
efferenteGlomerulo
Apparato iuxtaglomerulare
Macula densa
Tubulo distale
Dotto collettore
Tubulo prossimale
Ansa di Henle
Arteriola afferente
1. <Pa <VFG
2. < Flusso nel tubulo3. > Riassorbimento NaCl4. < Concentrazione NaCl
alla macula densa
5. Liberazione di sostanze paracrine dalla macula densa e vasodilatazione arteriole afferenti (PG)
Rilascio di Renina dall’apparato iuxta-glomerulare, formazione di Angiotensina II e vasocostrizione arteriole efferenti,
� >Pressione capillari glomerulari
� > VFG
Capsula di BowmanArteriola
efferenteGlomerulo
Apparato iuxtaglomerulare
Macula densa
Tubulo distale
Dotto collettore
Tubulo prossimale
Ansa di Henle
Arteriola afferente
1. >Pa >VFG
2. > Flusso nel tubulo3. < Riassorbimento NaCl4. > Concentrazione NaCl
alla macula densa
5. Liberazione di sostanze paracrine dalla macula densa e vasocostrizione arteriole afferenti (Adenosina)
<Renina dall’ apparato iuxta-glomerulare, formazione di Angiotensina II , dilatazione arteriole efferenti,
� <Pressione capillari glomerulari
� < VFG
Feedback tubulo-glomerulare
Macula densa sensibile a [NaCl] tubulare
↑PA � ↑VGF � ↑NaCl alla MD↓PA � ↓VFG � ↓NaCl alla MD
↑NaCl � Sostanze paracrine: ATP (P2) ed Adenosina (P1) � vasocostrizione arteriola afferente
↓NaCl � Sostanze paracrine: PG � vasodilatazione arteriola afferente + stimolazione produzione Renina (cellule iuxtaglomerulari)
Variazioni di Pa
Pa FER Pf VFGCarico di
NaCl alla MD
SRA-
-
Vasocostrizione
arteriola afferente
- -Adenosina
Pa FER Pf VFGCarico di
NaCl alla MD
SRA+
+
Vasodilatazione arteriola afferente
+ +PG
Effetto miogeno Effetto miogeno
32
18
Pf = 10 mmHg
VFG = 125 ml/min
32
18
Pf = 20 mmHg
VFG = 140 ml/min
32
18
Pf = 10 mmHg
VFG = 125 ml/min
60
60
70
VFG = 125 ml/min
Effetto della pressione oncotica Effetto della pressione oncotica -- GlomeruloGlomerulo--tubularetubulare
32
18
Pf = 10 mmHg
VFG = 125 ml/min
32
18
Pf = 20 mmHg
VFG = 140 ml/min 18
VFG = 125 ml/min
60
70
Aumento della pressione
70
38 38
38
VFG = 125 ml/min
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