Funzioni del sistema renale

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1 APPARATO RENALE

2 Funzioni del sistema renale Mantenimento della costanza del volume e della composizione elettrolitica del liquido extracellulare Tramite il controllo del volume plasmatico, il rene controlla la pressione arteriosa. Il rene influenza la pressione arteriosa anche attraverso la secrezione di prostaglandine, renina etc. Mantenimento della costanza dell osmolarità del liquido extracellulare Regolazione dell equilibrio acido-base Rimozione dal plasma dei prodotti di scarto del metabolismo e di sostanze estranee all organismo Regola la mineralizzazione ossea attraverso il controllo dell escrezione di calcio e fosforo e attraverso la sintesi di un ormone, il calcitriolo (1,25-diidrossicolecalciferolo) che interviene nel bilancio elettrolitico. Sintetizza eritropoietina che regola l emopoiesi I reni hanno elevate capacità metaboliche. Nel tubulo prossimale viene prodotta ammoniaca (necessaria per la eliminazione di acidi) da glutammina con produzione di glucosio (gluconeogenesi). In caso di digiuno, e quindi acidosi, il processo è potenziato e la gluconeogenesi può coprire buona parte del fabbisogno di glucosio dell organismo

3 Bilancio dell acqua corporea

4 VAT= Volume di Acqua Totale (60% del peso corporeo) VAT = LIC (Liquido intracellulare, 60% del VAT, 25L) + LEC (Liquido extracellulare, 40% del VAT, 17L) LEC = LP (Liquido plasmatico, all interno del sistema cardiovascolare, 3,0L) + LI (Liquido interstiziale, all esterno del sistema cardiovascolare e separato da questo dall endotelio capillare, 13L) LIQUIDO INTERSTIZIALE 13L Compartimento transcellulare è separarto dal plasma oltre che dall endotelio capillare anche da un epitelio che ne modifica la composizione. Ne rappresentano esempi, il liquido cerebrospinale, il liquido pleurico, sinoviale, etc.

5 Metodo della diluizione per la misura dei compartimenti idrici corporei il volume di un compartimento (V) può essere ricavato dal rapporto tra la quantità di un tracciante (Qx), somministrato oralmente o per via endovenosa, e la sua concentrazione (Cx) in quel dato compartimento. C = Qx/V V = Qx/Cx Condizione essenziale è che Il tracciante si distribuisca esclusivamente nel compartimento da analizzare e che la misura venga effettuata ad equilibrio raggiunto, e prima che il tracciante stesso venga metabolizzato e/o escreto. LP albumina marcata LEC mannitolo, inulina VAT acqua triziata

6 Anatomia microscopica del rene

7 IL NEFRONE

8 L APPARATO IUXTAGLOMERULARE (renina) o c. iuxtaglomerulari

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10 VASCOLARIZZAZIONE DEL RENE

11 Le arteriole efferenti dei nefroni iuxtamidollari danno luogo a 3 diverse reti capillari: Capillari peritubulari Capillari che avvolgono anse di Henle e tubuli collettori nella midollare esterna Vasa recta spuri

12 I tre processi renali fondamentali

13 180L/die

14 La filtrazione glomerulare

15 La membrana di filtrazione 1. Glicocalice che ricopre la superficie luminale delle cellule endoteliali formato da glicosaminoglicani a carica negativa (GAG) 2. C. endoteliali dotate di ampie fenestrazioni (70nm). Non limitano il passaggio di proteine ma solo degli elementi cellulari del sangue 3. Membrana basale che separa l endotelio dei capillari dai pedicelli dei podociti. Contiene proteoglicani ed eparansolfato. Cutoff : 1kDa e limitab soprattutto molecole con carica negativa E formata da 3 strati: Lamina rara interna Lamina densa Lamina rara esterna 4. Podociti. Tra le interdigitazioni dei podociti si trovano le fessure di filtrazione collegate da diaframmi di filtrazione con pori di 4-14nm. A supporto delle anse capillari vi sono cellule mesangiali contrattili che secernono la matrice extracellulare

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17 Filtrabilità (rapporto tra concentrazione nel filtrato e nel plasma) in funzione del raggio molecolare La membrana di filtrazione: Permette la filtrazione libera di molecole con PM <5kDa e trattiene completamente molecole con PM >70kDa Nel range 5-70kD è favorita la filtrazione si molecole cariche +

18 Il flusso di massa dei costituenti non proteici del plasma dai capillari glomerulari allo spazio della capsula di Bowman è determinato dal bilancio delle forze di Starling FORZE COINVOLTE NEL PROCESSO DI ULTRAFILTRAZIONE FER=1,2-1,3 l/min FPR=600ml/min VFG= ml/min FF = 0.20

19 La filtrazione glomerulare si basa sulla generazione di un flusso di massa secondo l equazione generale VFG = L p x A x (ΔP σδπ) VFG = L p x A x [(P cg P B ) σ (π cg π B )] Velocità di Filtrazione Glomerulare (VFG) Lp x A = K f coefficiente di filtrazione glomerulare (ml/min x mmhg) dove L p = coefficiente di conduttività idraulica A = area della superficie filtrante ΔP = differenza di pressione idrostatica ai due lati del filtro Δπ = differenza di pressione osmotica ai due lati del filtro σ, coefficiente di riflessione delle sostanze osmoticamente attive cg, capillare glomerulare B, Capsula di Bowman

20 Il coefficiente di riflessione (σ) Per ogni soluto presente in un compartimento idrico dell organismo, si attribuisce alla membrana che separa diversi compartimenti un coefficiente di riflessione membranale (σ) che esprime la maggiore o minore capacità della membrana di ostacolare il passaggio delle particelle di soluto rispetto a quelle dell acqua. σ = 1 membrana completamente impermeabile al soluto σ =0 membrana completamente permeabile al soluto permeabilità al soluto = alla permeabilità all acqua 0 < σ <1 soluti che possono attraversare la membrana ma meno facilmente dell acqua π = πσ L effetto osmotico reale di una soluzione sarà dato dalla sua pressione osmotica, moltiplicata per il coefficiente di riflessione

21 Variazioni della pressione netta di filtrazione lungo il capillare glomerulare

22 Perché far filtrare 180l/d se poi ne riassorbiamo il 99%? Perché non eliminare solo quell 1% attraverso sistemi di trasporto specifici o attraverso un filtro molto più selettivo che trattenga molecole a più basso PM come glucosio ed aminoacidi? Molte sostanze estranee sono filtrate nel tubulo e non riassorbite nel sangue. L elevata filtrazione permette l eliminazione rapida di queste sostanze. Ogni sostanza necessiterebbe di un sistema specifico di trasporto. Un filtro molto selettivo comporterebbe un aumento del lavoro del cuore

23 SITUAZIONE IPOTETICA pm LIMITE 150 D Il cuore dovrebbe assicurare una pressione a livello glomerulare tale da poter superare non solo la pressione colloidosmotica delle proteine plasmatiche, ma una pressione osmotica tanto maggiore quanto più elevata è la concentrazione dei soluti che non filtrano Il solo glucosio, ai normali livelli di glicemia, esercita una pressione osmotica di circa 100mmHg, ed il cuore dovrebbe esercitare una pressione elevatissima per separare VGF da FPR, con enorme dispendio energetico da parte del cuore ed un sistema di vasi in grado di sopportare tali pressioni Il lavoro del cuore aumenterebbe se il filtro glomerulare fosse impermeabile al glucosio e agli aminoacidi.

24 Regolazione della VFG K f Pressione osmotica glomerulare Pressione idrostatica capsula di Bowman Pressione idrostatica glomerulare

25 Le modificazioni della pressione idrostatica glomerulare sono il principale sistema di controllo della VFG La rete capillare glomerulare è posta in serie tra due sistemi arteriolari (rete mirabile arteriosa), ambedue in grado di influenzare flusso e pressioni glomerulari attraverso il controllo del diametro dell arteriola afferente e/o efferente. La pressione idrostatica glomerulare è determinata da 3 variabili: 1. Pressione arteriosa 2. Resistenza dell arteriola afferente 3. Resistenza dell arteriola efferente Effetto tamponato da autoregolazione

26 F P R FER Par Pvr Rpre Rpost FER FER FER, flusso ematico renale Par, pressione nell arteria renale Pvr, pressione nella vena renale Rpre= resistenze preglomerulari Rpost= resistenze postglomerulari

27 Quando la vasocostrizione dell AE è intensa, si riduce significativamente anche il FER, per cui la FF e, di conseguenza, la pressione colloidoosmotica capillare aumentano, con riduzione della VFG FER Aumenta la resistenza all efflusso dai capillari glomerulari FER Si riduce la resistenza all efflusso dai capillari glomerulari

28 FER=1,2-1,3 l/min FPR=600ml/min VFG= ml/min FF = 0.20 FPR FF VFG In funzione del FPR, la pressione colloido-osmotica capillare, può variare in maniera differente lungo il capillare glomerulare incidendo sulla VFG FPR FF VFG FF = VFG / FPR 0.20 Variazioni del FPR agiscono sulla VFG attraverso variazioni della FF che produce variazioni della pressione oncotica capillare

29 All aumentare della pressione arteriosa, nonostante un notevole incremento del volume urinario, non si registrano variazioni della VFG e del FPR nell intervallo di valori compreso tra 80 e 180mmHg

30 VFG E nell arteriola afferente che si verifica la risposta autoregolatoria e che la resistenza al flusso aumenta all aumentare della pressione. Al contrario la resistenza arteriolare efferente, varia molto poco nell intervallo di pressioni in cui opera l autoregolazione Al contrario, in caso di pressioni di perfusione molto basse, la resistenza arteriolare efferente aumenta, riducendo così al minimo la caduta di VFG

31 Riflesso di Bayliss: vasocostrizione dell AA indotta dallo stiramento (1sec) Feedback tubulo-glomerulare (circa 10sec)

32 Riflesso di Bayliss Interviene in 1sec

33 L APPARATO IUXTAGLOMERULARE (renina) o c. iuxtaglomerulari

34 Il feedback tubuloglomerulare si attiva quando alla macula densa giunge preurina con un flusso (misurato dal ciglio primario) o oppure un carico di NaCl (segnalato dal trasportatore NKCC) troppo elevati Ciglio primario immobile che sporge nel lume tubulare PKD, policistina In caso di danno renale acuto (assenza o riduzione di flusso), il ciglio primario attiva un segnale di crescita in grado di rimpiazzare cellule danneggiate

35 Meccanismi biochimici del feedback tubulo-glomerulare Cellule muscolari lisce vascolari Cl - Ca 2 + L ingresso di Cl - attraverso NKCC favorisce il passaggio di Cl - verso l interstizio a livello della membrana basolaterale della cellula tubulare, con conseguente depolarizzazione. Si ha quindi apertura di canali cationici permeabili anche al calcio e secrezione di adenosina, e ATP. Questi composti producono vasocostrizione dell AA (A1) e riduzione del rilascio di renina da parte delle cellule juxtaglomerulari.

36 SISTEMA RENINA-ANGIOTENSINA- ALDOSTERONE octapeptide Glicoproteina di 340 aa decapeptide (AT1-R) + vasocostrizione (recettori V1) (recettori V2 del dotto collettore) AE vasocostrizione (AT1-R)