9 rene - tubuli e regolazioni

Rene: le funzioni tubulari
Riassorbimento
Riassorbimento
Riassorbimento
Riassorbimento
Riassorbimento
Riassorbimento
del Na+
dell’HCO3-, secrezione dell’H+
del glucoso, a-a ecc
e secrezione del K+
e secrezione dell’urea
dell’acqua
Tubulo contorto
prossimale
Ansa di Henle
Tubulo contorto
distale
Collettore
Il riassorbimento tubulare
del sodio
Importanza del riassorbimento tubulare del sodio
• Importanza quantitativa
• NaCl e NaHCO3 rappresentano il 95% dei soluti
plasmatici
• concentrazione Na+ = 140 mM = 3.2 g/l
• Rf = 3.2 g/l * 180 l/die = 580 g/die
• Re = 3.2 g/l * 1.5 l/die = 4.8 g/die
• Rt = Rf-Re = 575 g/die
• Importanza qualitativa
• il riassorbimento del sodio e’ essenziale per il
riassorbimento di altri soluti (Na-dipendenti) e per
il riassorbimento dell’acqua
Peso atomico: sodio 23, cloro 35
Classificazione dei valori pressori negli adulti[1]
classificazione
sistolica diastolica
ottimale
<120
<80
normale 120-129
80-84
normale alta
130-139
85-89
Alta lieve 140-159
90-99
Alta moderata
160-179
100-109
Assunzione media italiana di NaCl : 10 g/die
È nozione classica che, da un lato, la pressione arteriosa
influisce sull'escrezione di sodio e acqua da parte del rene e
che, dall'altro, la ritenzione e la perdita di volume influiscono
sulla pressione arteriosa. È stato merito di Guyton (v. Guyton
e altri, 1974) aver sottolineato con grande vigore e insistenza
l'importanza della funzione escretrice renale nell'omeostasi
pressoria.
(C. Bartorelli)
Aspetti quantitativi del riassorbimento
di Na+
Peso atomico: sodio 23, cloro 35
Distribuzione del riassorbimento del
sodio lungo il tubulo
capillare
capillare
Riassorbimento
transcellulare e
paracellulare
• Il riassorbimento per via paracellulare è
guidato dal rientro dell’acqua dal tubulo
al capillare lungo gradiente di pressione
idrostatica e richiede tight junctions
permeabili
• Il riassorbimento per via transcellulare
richiede trasportatori specifici (canali,
co-trasportatori, pompe) per
attraversare le membrane
Riassorbimento nel tubulo contorto
prossimale
Riassorbimento nel segmento spesso dell’ansa
di Henle
Riassorbimento nel tubulo contorto distale
Gradienti elettrici attraverso le pareti del
tubulo renale
Gradienti elettrici transtubulari
MECCANISMI DI REGOLAZIONE DEL
RIASSORBIMENTO DEL Na+
• tendenti a mantenere la costanza del riassorbimento
rispetto alla filtrazione: equilibrio glomerulo-tubulare
• tendenti a mantenere la costanza del contenuto di Na+
nell’organismo e della volemia (l’osmolarita’ e quindi la
concentrazione di Na+ sono mantenuti costanti dalla
vasopressina)
– angiotensina-aldosterone
– fattore natriuretico atriale
• tendenti a eliminare sodio: farmaci-diuretici-natriuretici
FATTORI CHE TENDONO
ALL’EQUILIBRIO FRA TUBULO E
GLOMERULO:
-- il riassorbimento (Rt) varia in proporzione
alla filtrazione glomerulare (Rf)
-- il meccanismo che determina le variazioni
di Rf puo’ essere:
osmotico (pressione oncotica)
geometrico (distensione pareti tubulo)
chimico (fattori plasmatici stimolanti
il riassorbimento)
• Feed-back G-T:
vasocostrizione mediata
da trombossano
liberato dall’apparato
iuxtaglomerulare
• Equilibrio G-T:
variazioni del
riassorbimento in
proporzione alla VFG:
fattori osmotici o
geometrici
FATTORI CHE TENDONO
ALL’OMEOSTASI DEL CONTENUTO
DI SODIO NELL’ORGANISMO:
Renina-Angiotensina-Aldosterone
Fattore o peptide natriuretico atriale
(ANP o ANF)
Apparato iuxta-glomerulare
Il “piu’ importante” meccanismo omeostatico
di regolazione del riassorbimento del Na+ e’
basato su renina-angiotensina-aldosterone
Stimoli alla secrezione di renina :
1) riduzione del flusso ematico nell’arteriola efferente
2) riduzione del Na+/Cl- nel TCD
3) stimolazione ortosimpatica
Effetti della angiotensina:
* locali: vasocostrizione
sistemici: vasocostrizione
* secrezione di aldosterone
* induzione della sete e
secrezione di
ADH/vasopressina
* ipertrofia muscolo cardiaco e
liscio (lungo termine)
Origine e fine della angiotensina
Azioni cellulari dell’aldosterone:
◊ aumento riass. Na+ nel TCD
◊ ritenzione di Na+
• La ritenzione di Na+
• Non causa aumento della [Na+]
• Causa ritenzione di acqua via ADH/vasopressina
• La ritenzione di acqua
• Causa aumento della pressione arteriosa via
aumento della volemia e del ritorno venoso
L’aumento della assunzione di Na+ non
modifica la concentrazione di Na+, se
funziona il sistema ADH/vasopressina
L’aumento dell’assunzione di K+ causa
aumento della concentrazione se non
funziona il sistema renina-ATaldosterone
L’aumento della pressione arteriosa prodotto
da infusione si compensa attraverso aumento
della diuresi
La diuresi ma non la VFG varia con la
pressione arteriosa
L’aumento della assunzione di Na+
non fa aumentare la concentrazione di Na+
ma può fare aumentare la volemia causando
aumento della pressione
Se manca questa
diminuzione, sviluppo
di ipertensione renale
Cascata
omeostatica
reninaangiotensinaaldosterone
ANP/ANF/fattore natriuretico atriale:
un secondo sistema omeostatico per il
controllo di Na+/volemia/pressione
→ tre isoforme di ANP
(atriali e cerebrali)
→ tre recettori di ANP
(quello renale e’ A)
• ANP è rilasciato in relazione
all’aumento della distensione atriale
quindi all’aumento della volemia
• (infatti vene centrali e atrio destro
sono i serbatoi dell’apparato
cardiocircolatorio)
ANP: cascata
omeostatica
Farmaci diuretici-natriuretici
1) diuretici osmotici (es. mannitolo)
2) inibitori della anidrasi carbonica (es. acetazolamide –
perdita di HCO3-, acidosi)
3) inibitori del riassorbimento del Cl- (diuretici dell’ansa,
es. Furosemide, perdita di K+)
4) diuretici tiazidici (inibitori pompa Na/K nel TDC, es.
Clorotiazide, perdita di K+)
5) inibitori aldosterone (es. spironolattone,
K+)
ritenzione di
Diuretici/anti-ipertensivi che
agiscono sul sistema reninaangiotensina
• ACE-inibitori (captopril, enalapril)
• Antagonisti dei recettori AT-1
dell’angiotensina (sartani o ARB):
losartan
Il riassorbimento dell’HCO3• Il riassorbimento dell’HCO3• e’ legato al riassorbimento di Na+
• rappresenta la via:
– di eliminazione dell’H+ prodotto dal metabolismo
cellulare
– di rigenerazione dell’HCO3- consumato nel
tamponamento degli acidi
Dove viene riassorbito il bicarbonato ?
Riassorbimento bicarbonato = secrezione di H+
Fattori limitanti:
1) Capacità di secernere H+ ( gradiente di H+)
2) Capacità di produrre HCO3-
Come viene tamponato il protone nel
tubulo ?
Nella parte iniziale del tubulo prevale il tamponamento
con bicarbonato
Come viene tamponato il protone nel
tubulo ?
Nella parte finale del tubulo prevale il tamponamento
con fosfato e ammonio-ione
La secrezione di ammonio ione consente
di aumentare il riassorbimento in acidosi
• La secrezione aumenta sia in acidosi acuta (normale)
sia in acidosi cronica (acidosi)
Origine dell’ammoniaca nella cellula
peritubulare
la massima capacita’ di riassorbimento
varia con la pCO2
La produzione intracellulare
di bicarbonato via A.C.
dipende dalla CO2 disponibile
Fibra
muscolare
HCO3- & Na+
riserva alcalina
Na+ + HCO3-
Lattato + H+
Cellula peritubulare
renale
A.C.
Na+ + lattato + H2CO3
CO2 + H2O
H20
+ CO2
HCO3-
Na+
HCO3-
H2CO3
H+
H+
Na+
Na+
riserva alcalina
H+
Urina
HCO3- e CO2 sono i determinanti del pH
nel LEC
CO2 + H20 ↔H2CO3 ↔ H+ + HCO3pH = pK + log([HCO3-]/ [H2CO3])
pH = pK’ + log([HCO3-]/ [CO2])
pH = 6.1 + log([HCO3-]/ 0.03 pC02)
Equazione di Henderson-Hasselbach
Il diagramma di Davenport
Alterazioni dell’equilibrio acido-base
pH = pK’ + log([HCO3-]/ [CO2])
↓ anidride carbonica: alcalosi respiratoria
(iperventilazione)
↑ anidride carbonica : acidosi respiratoria
(insufficienza respiratoria
↑bicarbonato: alcalosi metabolica (vomito)
↓bicarbonato: acidosi metabolica (lattato, corpi
chetonici)
I 4 tipi di alterazione dell’equilibrio
acido-base
Altri riassorbimenti tubulari
Meccanismi di trasporto Na-dipendenti
per il riassorbimento del glucoso
Il glucoso e’ riassorbito con meccanismo Na+
dipendente con grande efficienza nel TCP
Altri riassorbimenti Na+ dipendenti
• Aminoacidi
– 93-99 % riassorbito, variabile a seconda degli
aminoacidi, possibili fenomeni di competizione
• lattato e piruvato
–
99 % riassorbito, variabile con le concentrazioni
• acido urico
–
riassorbito al 90%
–
riassorbito al 85%, controllo ormonale
–
riassorbito al 98%, controllo ormonale
• fosfato
• calcio
I co-trasportatori sono al TCP
Riassorbimento e secrezione di K+
(anche questi legati al riassorbimento del Na+
• nel TCP, prevale il
riassorbimento
paracellulare
• nell’ansa (segmento
spesso) cotrasporto
con Na+ e Cl• nel TCD canali,
possibile secrezione
Carenza
di K+
Eccesso
di K+
Meccanismi di trasporto del potassio
nell’epitelio tubulare
Meccanismi di scambio del K+
Ansa
TCD
Secrezione di K+ nel tubulo contorto distale
H+ e K+ competono sul
gradiente elettrico,
creato dal Na+
+
La secrezione del K+ nel nefrone distale
è regolata
• Aumenta all’aumentare del riassorbimento
del Na+ (aldosterone-dipendente)
• Si riduce all’aumentare della secrezione di
H+ nell’acidosi
La secrezione del K+ regola la potassiemia
La potassiemia determina il potenziale di membrana
a riposo
Trasporto del potassio nei diversi
segmenti del nefrone
Riassorbimento dell’acqua
Il riassorbimento
dell’acqua:
un semplice
esperimento
Variazioni della diuresi
l/giorno
mOsm
mosmoli
0,5
1400
700
diuresi
normale
1,5
500
750
diuresi
isotonica
2,4
300
680
diuresi
massima
20
30
600
antidiuresi
massima
La clearance osmolare:
Cosm = V’ · Uosm /Posm
Uosm = Posm
Cosm = V’
Uosm < Posm
V’ > Cosm
V’ = Cosm + CH2O
Uosm > Posm
V’ < Cosm
V’ = Cosm - TH2O
Cosm
Come varia l’osmolarita’ lungo il tubulo:
nel nefrone distale la separazione
acqua-soluti
Variazioni di osmolarita’ e effetto dell’ADH
ADH/vasopressina stimola il riassorbimento di
acqua nella parte finale del tubulo e provoca
aumento dell’osmolarita’ urinaria
Da dove viene l’ADH/vasopressina ?
Regolazione della secrezione di
ADH/vasopressina
volemia
osmolarità
Secrezione di ADH stimolata da riduzione della
volemia e/o aumento dell’osmolarità
Azione dell’ADH sulle cellule del tubulo
collettore
La capacita’ di concentrare le urine
richiede l’iperosmolarita’ della parte
midollare del rene
Nella midollare renale sia
i vasi (vasi retti) che i
tubuli sono
caratterizzati da
-decorso rettilineo
-flussi in direzioni
opposte
condizioni favorevoli allo
scambio controcorrente
L’organizzazione del circolo (vasi retti)
consente di mantenere i gradienti osmotici
mediante scambi contro-corrente
Nei tubuli scambi controcorrente
generano e mantengono l’iperosmolarita’
Urea
NaCl
Tentativo di modello combinato urea e NaCl
La capacità di concentrare le urine e quindi
risparmiare acqua varia nelle diverse specie in
relazione con la lunghezza dell’ansa
Urea e urina
• L’urea è il principale soluto urinario
(Ux=400 mmoli/l)
• Per la maggior parte dei soluti il carico
escreto Re=Ux·V’ rimane costante al
variare di V’
• Per l’urea il carico escreto aumenta
con V’
Rates di riassorbimento e escrezione
dell’urea
Clearance dell’urea
La clearance dell’urea varia con il flusso
urinario
• per V’ > 3 ml/min
– Cu(max) = V’ ·Uu/Pu = 75 ml/min
• per V’ < 3 ml/min
– Cu(st) = V’ · Uu/Pu = 50 ml/min
Variazioni della permeabilita’ all’urea
lungo il tubulo
Riassorbimento e secrezione dell’urea
lungo il tubulo
Conclusione
Parametri del LEC controllati dal rene
• l’osmolarita’ e quindi le [Na+] e [Cl-] mediante il
riassorbimento di acqua indipendentemente dai soluti
(vasopressina e iperosmolarita’ midollare)
• il contenuto di NaCl dell’organismo mediante regolazione
del riassorbimento di Na+ (aldosterone e ANF)
• il volume del LEC e la volemia
• la concentrazione di K+ (aldosterone)
• il pH via riassorbimento HCO3- e secrezione H+
• le concentrazioni di Ca++ e fosfati
(paratormone,calcitonina)
• le concentrazione dei substrati : aminoacidi, acidi
monocarbossilici
• le concentrazioni dei cataboliti azotati: urea, creatinina,
urati
Funzioni endocrine del rene
• Regolazione della pressione arteriosa: sistema
renina-angiotensina-aldosterone
• Regolazione della calcemia: calcitriolo
• Regolazione dell’eritropoiesi : eritropoietina (EPO)
L’insufficienza renale e’ caratterizzata da
•
•
•
•
Ritenzione di acqua e sali : edemi
Aumento della [K+]: disturbi cardiaci e nervosi (coma)
Perdita di HCO3- e ritenzione di H+: acidosi (coma)
Ritenzione di cataboliti azotati : iperazotemia o uremia
• inoltre nelle forme croniche
• anemia
• ipertensione
• osteomalacia
Rene artificiale
PAZIENTE
Membrana
di dialisi
Compartimento in cui scorre il sangue
Liquido di dialisi
Gli scambi attraverso la membrana (circa 1 m2) avvengono
unicamente lungo gradienti di concentrazione
Necessità di determinare la giusta composizione del liquido di
dialisi
Rene artificiale con bioreattore