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