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Anatomia e fisiologia del rene
Il rene svolge principalmente 4 funzioni:
ANATOMIA
MACROSCOPICA
I reni sono localizzati
in sede retroperitoneale, nella parete posteriore dell'addome, ai lati della
colonna dorso-lombare. Il polo superiore è a livello della 1/2 vertebra
toracica, il polo inferiore raggiunge la 33 vertebra lombare. Il rene dx è più
basso di circa 1/2 vertebra per la presenza del fegato sul lato. Medialmente al
rene si trova l'ILO RENALE da dove passano vasi e nervi e vi esce l'uretere.
L'ilo immette nel SENO RENALE, cavità appiattita con vasi, nervi, tessuto
adiposo, circondato da parenchima renale; nell'ilo renale l'uretere si espande
per formare la PELVI RENALE. Ogni rene è rivestito da una CAPSULA FIBROSA.
ANATOMIA
MICROSCOPICA
In sezione sagittale nei reni si distinguono 2 porzioni:
la CORTICALE: è la più periferica, situata sotto
la capsula renale alla periferia del parenchima forma gli archi corticali e si
insinua tra le porzioni midollari (piramidi) come colonne renali del Bertin.
Contiene:
la MIDOLLARE: è la porzione più interna formata da 10-12 piramidi con base all'esterno ed apice verso l'ilo; l'apice si apre in un calice minore. Contiene le porzioni spesse delle anse di Henle ed i collettori. La funzione escretoria si esplica attraverso il NEFRONE che è l'unità funzionale renale. (Ogni rene contiene circa un milione di nefroni) (Fig.1)
Quindi
NEFRONE = CORPUSCOLO RENALE + TUBULO
Esiste una duplice popolazione di nefroni:
CORPUSCOLO DI MALPIGHI = GLOMERULO (fitta rete di capillari) + CAPSULA DI BOWMANN
In ogni CORPUSCOLO si riconosce (Fig.2):
POLO VASCOLARE
(dove entra l'arteriola
afferente, si sfiocca nei capillari glomerulari ed esce l'arteriola efferente).
E' da rilevare che i rami derivanti dall'arteriola non hanno connettivo cioè
non esiste connettivo all'interno del glomerulo ma MESANGIO, che è un tessuto
di sostegno formato da cellule e matrice, che accompagna i vasi sanguigni. Le
cellule mesangiali posseggono numerosi filamenti di actina e miosina ed hanno
capacità contrattile come le cellule muscolari liscie, permettendo la
regolazione del circolo sanguigno nel glomerulo mediante variazioni del lume
vascolare. Hanno inoltre funzione macrofagica cioè 'ripuliscono' la
membrana basale glomerulare e producono sostanze immunoflogistiche che
appartengono al gruppo delle prostaglandine, citochine e fattori di crescita.
1/interazione fra queste sostanze gioca un ruolo importante nella
glomerulonefrite.
POLO URINARIO
diametralmente opposto al polo vascolare. Qui la capsula di Bowmann si
restringe in un tubulo che costituisce la seconda parte del nefrone.
La CAPSULA DI
BOWMANN
è una struttura che si trova all'estremità cieca, dilatata del tubulo
urinifero; essa invagina il glomerulo. E' costituita da: un FOGLIETTO VISCERALE
aderente alle anse capillari. Questo si riflette sul FOGLIETTO PARIETALE che si
continua col tubulo prossimale. Il parietale è formato da cellule piatte, il
viscerale da podociti: sono cellule fornite di molti prolungamenti e da questi
prolungamenti derivano i pedicelli tramite i quali la cellula aderisce ai
capillari. I podociti hanno un rivestimento costituito da mucopolisaccaridi
ricchi di acido sialico; ciò rende la superficie carica negativamente e questa
condizione è necessaria per la permeabilità del filtro. Tra f. viscerale e f.
parietale c'è una fessura glomerulare dove arriva l'ultrafiltrato che passa nel
tubulo. Per quanto riguarda la formazione della preurina cioè l'ultrafiltrato
del plasma, sono importanti tré strutture:
Il filtro glomerulare funziona da setaccio e regola il passaggio delle macromolecole secondo le loro dimensioni e le loro cariche.
TUBULO
Si distingue in:
COLLETTORE
II tubulo contorto
distale si innesta nel collettore. I collettori terminano nei dotti papillari
di Bellini che si affaccianno nelle papille renali.
APPARATO fUXTAGLOMERULARE (fig.3)
E' una struttura situata nel polo vascolare del corpuscolo. Comprende:
Cellule
juxtaglomerulari
Sono presenti nella
parete dell'arteriola afferente poco prima decentrata nel glomerulo. Sono
cellule muscolari modificate denominate cellule mioepiteliali in quanto
presentano i caratteri di entrambi i tipi cellulari. Secernono renina.
Cellule della
macula densa (M.D.)
Nel tubulo distale,
vicino al polo vascolare, c'è un disco più scuro che è dato dalla M.D. Queste
cellule sono scure perché i nuclei sono addensati e ravvicinati tra loro.
Cellule
mesangiali extraglomerulare
Sono situate nell'angolo
fra le 2 arteriole in continuità col mesangio intraglomerulare. Sono simili
alle cellule intraglomerulari cioè sono cellule ramificate, tra loro
intrecciate, immerse in una matrice extracellulare. Le cellule della M.D.
percepiscono la concentrazione di sodio nel tubulo distale. Se la
concentrazione di sodio diminuisce, le cellule juxtaglomerulari vengono
stimolate a produrre renina e ciò comporta riassorbimento di Na e H20. Le cellule
ilari funzionano da mediatori fra M.D. e cellule juxtaglomerulari: mediano la
formazione di renina da parte delle cellule juxtaglomerulari.
INTERSTIZIO
RENALE
E' poco rappresentato
nella corticale, molto nella midollare. E' costituito da cellule e matrice.
CELLULE CORTICALI: sono cellule
simil-fibroblasti che servono a produrre la matrice in cui si trovano cellule
simil-monociti (che si possono trasformare in macrofagi) e cellule
simil-linfociti.
CELLULE MIDOLLARI: sono cellule stellate,
ricche di prolungamenti, piene di gocce lipidiche (precursori ormonali?),
cellule simil-linfociti e cellule simil-periciti che accompagnano i vasi.
VASI E
CIRCOLAZIONE INTRARENALE (Fig. 4)
Tramite le arterie
renali i reni ricevono 1.000-1.200 ml di sangue/m' (circa il il 20% della
portata cardiaca). L'80-90% della portata renale ematica (PRE) circola nella
corticale, il rimanente nella midollare. Nella regolazione della PRE
intervengono:
NB: per il fenomeno dell^'autoregolazione emodinamica renale' il flusso renale può rimanere relativamente costante nonostante ampie variazioni della PA sistemica.
Nel parenchima renale l'Art. renale si divide nelle Art. interlobari le quali, livello della base delle piramidi si piegano ad angolo retto per decorrere ad arcata fra sostanza midollare e corticale (fig. 4); sono le cosiddette Art. arciformi dalle quali originano le Art. interlobulari che penetrano nella corticale in modo radiato; da queste ultime originano le Art. afferenti che penetrano nei glomeruli, si sfioccano in molti capillari che danno origine alle Art. efferenti. Le arteriole efferenti hanno un diverso andamento a seconda della posizione del glomerulo. Nel nefrone corticale l'Art. efferente termina in una fitta rete di capillari tubulari che irrorano i tubuli, alcune porzioni dell'ansa di Henle e dei collettori. Dai capillari venosi posti a tale livello inizia il circolo refluo renale:
vene interlobulari > vv. arciformi > vv. interlobari > v. renale > V. cava inferiore.
Nel nefrone juxtamidollare le arteriole efferenti vanno a formare una rete capillare peritubulare e, dirigendosi in bassonnelle piramidi, i vasa recta. Questi ultimi discendono nella midollare radialmente con decorso parallelo a quello dell'ansa di Henle, poi risalgono nella parte più esterna delle piramidi e si immettono in una vena arciforme o in una vena interlobare.I vasa recta, con la loro disposizione ad ansa sono importanti per mantenere il gradiente osmotico interstiziale corticomidollare che a sua volta è importante per il riassorbimento dell'acqua a livello dei collettori.
FORMAZIONE
DELL'URINA
II sangue che, arrivando
dall'arteria renale, passa attraverso i capillari glomerulari viene
ultrafiltrato dando origine ad un soluto simile a plasma ma molto povero in
proteine. Il filtro glomerulare permette il passaggio di acqua e soluti a basso
peso molecolare come ad esempio Na+, urea, inulina, mioglobina fino
all'albumina (PM| 69000 d.). Questo fa si che vengano trattenute, in base al
peso molecolare, molecole come le proteine mentre c'è un libero scambio di
acqua ed elettroliti. Per le proteine il meccanismo di filtrazione è regolato
oltre che dal peso molecolare e dalle loro dimensioni, anche dall'essere le
molecole proteiche cariche negativamente. Poiché anche nella membrana basale
glomerulare sono presenti cariche negative (dovute ai proteoglicani) si crea a
questo livello una repulsione elettrostatica che impedisce
l'ultrafiltrazione.Le forze che regolano la formazione dell'ultrafiltrato o FGR
sono (Fig.6):
Poiché anche il passaggio di liquido attraverso la membrana basale dei capillari glomerulari segue la legge di Starling, esso avviene secondo questa formula:
FGR=Lp.S(Pg-Pg)-(g-b)
dove:
Lp= coefficiente di
permeabilità attraverso il capillare glomerulare
S= superficie di filtrazione
Pg e Pb= pressione idrostatica nel capillare glomerulare e nella capsula di
Bowmann
g e b= pressione osmotica nel capillare glomerulare e nella capsula di Bowmann.
Poiché b è uguale a zero (non ci sono proteine nell'ultrafiltrato) il calcolo
del FGR sarà dato dalla formula:
FGR= Lp.S.(Pg- Pb)- b
CONTROLLO DELLA
FILTRAZIONE GLOMERULARE
La filtrazione
glomerulare è regolata da:
A. sostanze vasoattive che circolano nel plasma o sono prodotte dal rene. Ricordiamo tra le più importanti l'angiotensina II e la noradrenalina vasocostrittrici, le prostaglandine vasodilatatrici. Vale la pena a questo proposito ricordare che gli anti infiammatori non steroidei (aspirina, indometacina) essendo inibitori della sintesi delle prostaglandine possono ridurre il FGR causando una insufficienza renale acuta.Il rene possiede inoltre una elevata capacità autoregolante per cui, variando le resistenze delle arteriole afferente ed efferente, riesce a mantenere costante il flusso plasmatico renale e quindi il FGR anche per ampie variazioni di pressione arteriosa sistemica (da 80 a 180 mmHg).
B. Il sistema di feedback tubulo-glomemlare per cui se varia la pressione di perfusione glomerulare e quindi la concentrazione di soluti, soprattutto cloro e sodio, a livello della macula densa parte uno stimolo di vasocostrizione all'arteriola efferente che lo riporta alla norma.
C. Il bilancio glomerulo-tubulare che consiste in una correlazione funzionale tra i due elementi per cui il riassorbimento di acqua e soluti dipende da variazioni dell'FGR, tale correlazione fa si che nel tubulo prossimale il 60% dell'ultrafiltrato venga riassorbito quale che sia l'entità del filtrato stesso.
FUNZIONE TUBULARE
Poiché 170 litri di
acqua sono filtrati giornalmente, mentre la quantità di urina non supera i
1000-1500 cc/die, va ampiamente riconosciuta l'entità del lavoro tubulare per
mantenere l'omeostasi idroelettrolitica. II tubulo renale globalmente inteso
esercita la funzione di riassorbimento, escrezione e secrezione con meccanismo
che può richiedere energia (attivo) o essere determinato dal semplice gradiente
di concentrazione (passivo).
FUNZIONE DEL
TUBULO PROSSIMALE
II tubulo contorto
prossimale per la presenza di numerose introflessioni (Fig. 8) della membrana
cellulare sia nella superficie basale che luminale offre una grande possibilità
di contatto per la preurina che vi arriva; essendo inoltre le sue cellule ricche
di enzimi riesce, oltre che a riassorbire, a lavorare attivamente elaborando
ciò che riassorbe. A questo livello il fluido rimane isoosmotico col plasma, ma
riassorbe quasi completamente glucosio, acido urico, aminoacidi e bicarbonati.
Acqua e sodio vengono riassorbiti per il 65% con modalità 'attiva'
per il Na 'passiva' per l'acqua. Per il riassorbimento e/o la
secrezione di altre sostanze invece la limitante è data dalla Tm (tubular
mass). Questo termine indica il limite critico sia di riassorbimento che di
secrezione, oltre al quale il tubulo non 'lavora' più. Ad esempio
tutto il glucosio filtrato viene riassorbito se la glicemia rimane nei limiti
di norma, se invece vi è iperglicemia aumenta il carico filtrato e aumenta la
quantità riassorbita. Quando l'iperglicemia supera valori di 180mg% il tubulo
esaurisce la sua capacità di adattamento e compare glicosuria. 1 80mg % di
glicemia determina così la soglia renale per il glucosio. Superato il tubulo
prossimale la preurina, ancora isoosmotica e pari al 20-30% dell'ultra filtrato
entra nell'ansa di Henle. Oltre a queste funzioni di rassorbimento il tubulo
prossimale ha anche funzioni secretorie che portano all'immissione nel fluido
tubulare di ioni H+, cationi e anioni organici.
ANSA DI HENLE
L'ansa di Henle (fig. 5)
è formata da un tratto discendente permeabile solo all'acqua mentre il tratto
ascendente è permeabile al sodio e al doro (non all'acqua).
CONCENTRAZIONE E
DILUIZIONE DELL'URINA
Come si può vedere nella
figura n° 5 il liquido isosmotico che arriva dal tubulo prossimale subisce un
rimaneggiamento che, in collaborazione tra tratto discendente e ascendente
dell'ansa di Henle, tubulo distale, collettore e vasa recta, porta a delle
variazioni di concentrazione dei soluti e quindi della osmolarità urinaria.
Nell'ansa di Henle si ha un riassorbimento attivo (Na+K+ATPasi dipendente) del
15-20% del Na+CI- filtrato. Questo avviene soprattutto nella parte ascendente
dell'ansa stessa dove si ha anche riassorbimento dei bicarbonati filtrati,
derivanti dal tubulo prossimale e del calcio sotto controllo del PTH. Il
meccanismo di concentrazione-diluizione si ha attraverso il cosiddetto
'meccanismo controcorrente. Il principio su cui si basa tale fenomento, è
rappre¬ sentato da:
I' iperosmolarità della midollare a sua volta è regolata dal flusso continuo dei vasa recta che rimuove i soluti. Quindi, per riassumere, l'urina isoosmotica del tubulo prossimale diventa iperosmotica nella branca discendente, ipoosmotica nell'ascendente e raggiunge l'osmolarità finale nel collettore per effetto dell'ADH. Il meccanismo di concentrazione controcorrente permette variazioni di osmolarità urinaria che vanno da 50 a 1400 mOsm/Kg.
TUBULO DISTALE
II tubulo distale che inizia con la macula densa, è la sede in cui viene
riassorbito circa il 5% dell'NaCI. L'energia è data da una pompa Na+K-ATPasi,
localizzata nella membrana basolaterale delle cellule tubulari. Tale
riassorbimento è correlato solo con la quantità di Na+ che arriva dal tubulo
prossimale e quindi partecipa al mantenimento del bilancio glomerulo-tubulare;
non è infatti influenzato da ormoni come l'aldosterone, ma solo dalla
concentrazione di Na+ nel liquido tubulare. Poiché la concentrazione di Na+ che
arriva al tubulo distale è pari a 75mEq/L, a riassorbimento avvenuto essa sarà
pari a 40 mEq/L. Nel tubulo distale avviene anche un processo di secrezione
attiva di Ca++ mediata dal PTH, dal Calcitriolo e da una pompa
Ca++ATPasi.
TUBULO COLLETTORE
CORTICALE
II tubulo collettore corticale è formato da 2 tipi di cellule:
Le cellule principali presentano canali per Na+ e K+ e una pompa Na+K+ATPasi sulla membrana basolaterale. Attraverso questi canali vi è un riassorbimento attivo di Na+ che, creando una differenza di potenziale permette il riassorbimento passivo di CI- e la secrezione di K+ nel lume tubulare. In tale attività vi è una chiara funzione dell'aldosterone tesa ad incrementare il riassorbimento di Na+ e la perdita di K+. Un ulteriore funzione di questo segmento di nefrone è il riassorbimento delll'acqua ADH dipendente. Le cellule interposte invece regolano l'equilibrio acido-base: infatti in presenza di anidrasi carbonica, acqua e diossido di carbonio, formano H+ e HC03-. Successivamente l'HC03- in scambio con il CI- viene riassorbito in circolo attraverso la parete del lato basale delle cellule mentre lo ione H+ viene escreto nel lume tubulare tramite una pompa ATPasi dipendente. Tale pompa è, a sua volta attivata dall'aldosterone e questo spiega perché nell'iperaldosteronismo vi sia un aumento dell'escrezione di H+.
COLLETTORE
MIDOLLARE
In questo segmento del nefrone si ha la modificazione finale dell'urina. Il
tubulo infatti può riassorbire Na+CI- in quantità tali per cui, in caso di
bisogno, la concentrazione urinaria di Na+CI- si può ridurre a meno di 1mEq/L.
Per effetto dell'adiuretina il tubulo collettore midollare può riassorbire
ancora acqua ed urea permettendo così grosse variazioni dell'osmolarità
urinaria. Infine attraverso una pompa H+ e K+ ATPasi dipendente può secernere
attivamente H+ e riassorbire K+. Tali funzioni sono dipendenti dai tassi
plasmatici di aldosterone e dal pH ematico.
IL RENE COME
ORGANO ENDOCRINO
SISTEMA RENINA-ANGIOTENSINA
II sistema è raffigurato nella Fig. 6. Per quanto concerne le sedi di
produzione è da dire che la renina (un enzima proteolitico di PM 40.000) è
localizzato nei granuli delle cellule dell'apparato juxtaglomerulare mentre il
suo substrato, l'angiotensinogeno, è una glicoproteina di origine epatica. Gli
stimoli per la sua dismissione sono di tipo barocettore (pressione transmurale
dell'arteriola afferente) e chemocettore (contenuto in Na+Ci- a livello della
macula densa). Esiste anche una produzione di renina mediata dall'attività
nervosa simpatica, dalla concentrazione di prostaglandine, paratormone,
istamina, ADH ed infine dalla concentrazione plasmatica di K+ e di AT II.
Fondamentalmente il sistema ha un'azione proipertensiva attraverso 3
meccanismi:
A. effetto vasocostrittore per azione diretta della AT II sulle miocellule della parete| vascolare (lo stimolo più efficace è una brusca riduzione della volemia);
B. stimolo alla produzione surrenalica dell'aldosterone con aumento del riassorbìmento di Na+ a livello dei tubuli collettori;
C. stimolo diretto dell'AT II sul tubulo prossimale con conseguente riassorbimento tubulare di Na+. Inibitori del sistema sono i tarmaci bloccanti, tutto ciò che inibisce la produzione di catecolamine e, di ampio uso terapeutico, gli inibitori del convertyng M enzyme che inibiscono la trasformazione dell' AT I in AT II.
PROSTAGLANDINE
La produzione delle
prostaglandine dai fosfolipidi di membrana è rappresenta¬ ta nella fig. 7.
Nella tabella è indicato il loro effetto finale e il bersaglio della loro
azione è rappresentato dalle arteriole glomerulari, dai tubuli (soprattutto
collettore) e dal mesangio. La loro sintesi è inibita soprattutto da tarmaci
anti-infiammatori non steroidei per effetto diretto sull'enzima
cicloossigenasi.
ERITROPOIETINA
E' un ormone prodotto dal rene di natura polipeptidica di PM 34.000. La sede di
produzione non è nota: forse nella midollare, forse a livello dell'apparato
juxta-glomerulare. L'ormone stimola l'eritropoiesi con i seguenti meccanismi
(fig):
A. induce la maturazione e la trasformazione delle cellule midollari in eritrociti;
B. stimola la sintesi di emoglobina;
C. stimola la immissione in circolo di reticolociti.
La sua produzione è indotta da tutto ciò che diminuisce la produzione renale di ossigeno come la riduzione del flusso o anemia. E' stimolato anche da corticco steroidi, ACTH, ormoni tiroidei e testosterone.
CALLICREINE E
CHININE
Le callicreine sono
proteasi che portano alla formazione di chinine da un substrato plasmatico: il
chininogeno. La produzione renale (ne esiste anche una plasmatica) di chinine è
stimolata dai mineralcorticoidi e non ha effetti extrarenali. La loro azione a
livello renale provoca un aumento del flusso, della diuresi e della escrezione
di Na.
VITAMINA D
Il rene interviene nella
regolazione del metabolismo dell'osso sia per azione diretta sul bilancio
calcio-fosforo sia producendo il metabolita attivo della viamina D. La Vit. D,
introdotta con la dieta o sintetizzata a livello cutaneo per effetto W della
luce solare come colecalciferolo, viene idrossilata a 25-OH-D3 (idrossicole- 3
'' calciferolo) una prima volta nel fegato e una seconda volta come
1,25-OH-D3 ad opera di un'alfaidrossilasi che probabilmente è localizzata a
livello del tubulo prossimale. Le sue azioni sono:
Gli stimoli alla produzione sono rappresentati dalla ipofosforemia e dal PTH. La funzione endocrina finora descritta è peculiare del rene normale. E' però utile sottolineare che è di recente acquisizione la conoscenza che il tessuto renale sotto stimolo patogeno (ischemico, tossico, infettivo, immuno-allergico) diventa sede di produzione di sostanze ad azione ormono-simile che interferiscono ne! sistema di coagulazione dei processi infiammatori acuti e cronici e immunologie. La produzione di tali sostanze avviene a livello mesangiale, epiteliale ed endoteliale. Esse sono rappresentate fondalmentalmente da citochine:
La produzione di tali sostanze è inoltre aumentata anche per l'arrivo di cellule circolanti come macrofagi, T linfociti e polimorfonucleati al tessuto renale richiamati dalla lesione in atto. Il bersaglio di tali sostanze autocrino e paracrino è rappresentato a sua volta dalle stesse strutture parenchimali renali (glomeruli, interstizio, vasi) la cui risposta può essere di difesa e quindi di risoluzione del processo patologico in atto o di aggravamento e di autoperpetuarsi di un meccanismo lesivo (vedi patologia autoimmune).
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