11/01/2017

1

THE RENAL SYSTEM has traditionally been one of the more difficult topics for students of

physiology to learn (2). Within this context, the concept of renal clearance tends to be quite

difficult for students to master, but possible pedagogical reasons for this are not clear…

Fisiologia renale

www.toscana-urologia.it/

Uroscopia. David Teniers, século XVII

Museu de Belas Artes de Bruxelas

11/01/2017

2

Percentuale di H2O nel corpo Umano

Feto 100%, neonato 80%, adulto 70% e anziano 50%

Equilibrio idro-elettrolitico

11/01/2017

3

Bilancio idrosalinoLegge equilibrio di massa

Sostanze non elettrolitiche del plasmaComposizione ionica dei fluidi

del corpo umano

11/01/2017

4

La diffusione dell’acqua

Le molecole d’acqua tendono a diffondere da una soluzione più

diluita ad una più concentrata

Tale flusso di acqua è definito flusso osmotico

Se una membrana è permeabile

all’acqua ma impermeabile ad un

soluto avente concentrazioni

diverse ai due lati della stessa,

l’acqua si muoverà cercando di

uguagliare le concentrazioni di

soluto ai due lati della membrana

soluto

H2O

più diluito più concentrato

Nel sistema illustrato l’acqua continuerà a diffondere nella camera

con la più alta concentrazione di soluto finchè l’energia potenziale

della colonna di liquido più alta (a destra) uguaglierà la differenza

di energia libera insita nella differenza di concentrazione.

La pressione esercitata dalla differenza in altezza delle colonne di

liquido, ovvero dal pistone, è definita

Pressione Osmotica

ESEMPIO

A A AB B B

11/01/2017

5

T R M i

Pressione osmotica Equazione di van’t Hoff

i fattore dissociazione soluto (es = 2 per NaCl)

M concentrazione molare del soluto(che non attraversa la membrana semipermebile)

R costante dei Gas

T temperatura assoluta

misura quantitativamente la pressione osmotica, intesa come la pressione

che si deve applicare per impedire la diluizione del soluto

Osmolarità dei liquidi corporei = 285 mOsm/Kg H2O ed è regolata da meccanismi

omeostatici entro limiti stretti (±3%).

Condizioni di isotonia

• Normalmente la [NaCl] extracellulare bilancia la [soluto] intracellulare

• Il bilancio è mantenuto dalla pompa Na+-K+ ATPasi

Condizioni di anisotonia

In alcune situazioni alcune cellule (epitelio intestinale, rene, vasa recta, epiteli

assorbenti o secernenti, epatociti-glicogenolisi) sono esposte a condizioni di

anisotonia sensore di volume cellulare sistema di segnalazione trasportatori

di membrana

RVD regolazione del volume in diminuzione

RVI regolazione del volume in incremento

Trasporto di osmoliti (piccole molecole organiche 10-100 mM) ed elettroliti

Regolazione del volume cellulare

11/01/2017

6

Le cellule devono essere isotoniche

Concentrazione di NaCl nel mezzo extracellulare

isotonicoMovimento netto

dell’H2O

Movimento netto dell’H2O

raggrinzita normale rigonfia lisata

isotonicaipertonica ipotonica

Concentrazione ionica nel fluido extracellulare

Regolazione osmotica in relazione all’ambiente

Osmolarità H2O mare circa 1200 mOsm (soprattutto dovuto a NaCl)

Plasma ≈ 300 mOsm

Ambiente acquatico

Specie osmoregolatori od omeosmotici mantengono costanti le concentrazioni

di acqua e sali al variare delle condizioni ambientali esterne

Specie eurialine ampi campi di tolleranza alla variazione

Specie stenoaline ristretti campi di tolleranza alla variazione

Specie osmoconformi o pecilosmotici incapaci di opporsi al cambiamento. Utilizzano gli osmoliti come mezzo per conformarsi all’ambiente

Ambiente terrestre

Problema = disidratazione (cute e tratti respiratori; tratti intestinali e renali)

11/01/2017

7

Regolazione volume cellulare

Fig 28.3 fisiologia ediermes

Fig 28.4 fisiologia ediermes

Fig 28.2 fisiologia ediermes

Compatibili o non perturbanti

(soprattutto negli osmoconformi)

Perturbanti

es (elettroliti e urea)

rapido

lento

11/01/2017

8

Fig 28.5 fisiologia ediermes

Es cellule del tubulo prossimale rispondono a variazioni di volume inferiori al 3%

e/o a variazioni di poche milliosmoli del gradiente osmotico transmembranario

Organi osmoregolatori

Intestino, branchie, cute, reni

Fig 28.9 ediermes

11/01/2017

9

Organi escretori extrarenali

Fig 28.10 ediermes

11/01/2017

10

Ghiandola del sale

Digital illustration showing location and function of salt gland in an albatross. For Raven Biology 8th edition

Si trovano nelle orbite oculari degli uccelli marini e nei rettili marini

L’epitelio dei tubuli secretori è costituito da cellule simili alle cellule del cloruro

La ghiandola del sale non è costantemente attiva

1) Ingestione H2O mare

2) Riduzione del volume extracellulare perché l’H2O viene richiamata

nell’intestino

3) Aumento osmolarità del sangue

4) Attivazione ghiandola del sale

Sistema controcorrente

11/01/2017

11

Cellula del cloruro

1

2 2

23

(per le branchie)

(per la ghiandola del sale

Cellule del cloruro

Si trovano nell’epitelio branchiale dei teleostei

marini frammiste alle cellule respiratorie a cui

sono connesse con giunzioni deboli.

Le branchie nei Teleostei hanno funzione:

Respiratoria Osmoregolatrice ed Escrezione dei

cataboliti azotati Teleostei comprendono oltre 20000 specie - il 96% di tutte le

specie di Pesci conosciute e oltre metà delle specie di

Vertebrati - divise in circa 400 famiglie e 40 ordini

caratteristiche fisiche comuni a tutta la classe (respirazione a

mezzo branchie, scheletro osseo, presenza di pinne

Fisiologia del rene

Le funzioni renali sono:

1. Mantenimento del bilancio idrico

2. Mantenimento del bilancio ionico

3. Regolazione dell’osmolarità del liquido extracellulare

4. Mantenimento dell’equilibrio acido-base

5. Funzione emuntoria o escrezione di prodotti di scarto

6. Produzione di ormoni

7. Gluconeogenesi

11/01/2017

12

kentsimmons.uwinnipeg.

Anatomia del reneI reni sono organi pari retroperitoneali posti sulla parete

posteriore dell’addome ai due lati della colonna vertebrale.

Il loro peso medio è di circa 150 gr) Rene sin più alto del dx

http://www.bio.psu.edu/people/faculty/strauss/anatomy/urogen/modelkidney2.htm

Sezione longitudinale del rene

1. Renal Vein

2. Renal Artery

3. Renal Calyx

4. Medullary Pyramid

5. Renal Cortex

6. Segmental Artery

7. Interlobar Artery

8. Arcuate Artery

9. Arcuate Vein

10. Interlobar Vein

11. Segmental Vein

12. Renal Column

13. Renal Papillae

14. Renal Pelvis

15. Ureter

1. Renal Capsule

2. Renal Cortex

3. Renal Medulla

4. Renal Pyramid

5. Renal Pelvis

6. Renal Column

7. Renal Calyx

8. Ureter

11/01/2017

13

Fig 19-1 silverthorn

Arterie e vene pg 616

Fig 28-15 ediermes

a. Addominale a. Renale a. lobari a.interlobari a.arciformi a.interlobulari

arteriola afferente glomerulo arteriola efferente capillari perirubulari/vasa recta -

vene …

Il nefrone: l’unità funzionale del rene

11/01/2017

14

Il nefrone: unità funzionale del rene

Fig 19-1 silverthorn

G e h

Nefrone cortic e midoll

Fig 28-14 ediermes

N nefroni nell’uomo ≈1 milione

Innervazione dei reni

E’ solo di tipo ortosimaptico in arrivo dagli ultimi gangli toracici e primi lombari

Innervano:

cell musc liscie arteriole afferenti e efferenti dei glomeruli (sfinteri arteriolari)

cellule granulari stimola secrezione renina

Tubulo prossimale, distale, ansa henle Assorbimento tubulare di Na+

11/01/2017

15

Soggetto adulto a riposo il rene riceve circa il 20-25% della portata

cardiaca

≈ 1200 ml/min

≈ 1800 litri al giorno

≈ 65700 litri in un anno

≈ 46 milioni litri in 70 anni

Lago azzurro in Valchiavenna

Volume di urina prodotta è

≈ 1 ml/min

≈ 1,5 litri/giorno

≈ 550 litri in un anno

≈ 38500 litri in 70 anni

Più del 99% del liquido che entra nei

nefroni deve tornare nel sangue

I processi svolti dal nefrone:

- Filtrazione

- Riassorbimento

- Secrezione

- Escrezione

Escrezione urinaria

11/01/2017

16

• 5 classi di sostanze

– A – Filtrate ma non riassorbite (creatinina, inulina acido urico)

– B - Filtrate e completamente riassorbite (aminoacidi e glucosio)

– C - Filtrate e parzialmente riassorbite (Na+, Cl-, bicarbonato)

– D - Filtrate e completamente secrete (penicillina)

– E – Filtrate, parzialm riassorb e parzialm secrete (urea)

FLUSSO EMATICO RENALE (FER) (ml/min)

FLUSSO PLASMATICO RENALE (FPR) (ml/min)

Concetti fondamentali

VELOCITA’ FILTRAZIONE GLOMERULARE (VFG) (ml/min)

FRAZIONE DI FILTRAZIONE

CARICO FILTRATO

CARICO ESCRETO

CARICO TUBULARE

11/01/2017

17

L’UG è un processo che consente di

filtrare il sangue trattenendo gli

elementi corpuscolati e le

macromolecole (PM > 70 KDa). Il

riassorbimento dei soluti e dell’H2O

avviene nei tubuli.

L’UG consente l’eliminazione delle

sostanze di scarto e delle sostanze

esogene per le quali sarebbe

impossibile prevedere trasportatori

specifici

Ultrafiltrazione glomerulare

Ultrafiltrazione glomerulare

Barriera di Filtrazione

(3 elementi)

- Endotelio fenestrato

- Lamina basale

-Podociti (cell mesangiali)

Diametro pori

≈ 40 ÅIl setto filtrante

11/01/2017

18

VFG = Pf * Kf

Pf = Pcg – (πcg + PCB) =

55 – (30 +15) = 10 mm Hg

Kf = coefficiente di filtrazione

?

Se avviene filtrazione netta a livello dei capillari glomerulari qual è il rapporto tra la P

idrostatica capillare e la P colloido-osmotica capillare?

Capo

afferenteCapo

efferentePcg

πcg

Pcb

↓Pcg

↑ πcg

= Pcb

Pf = Pcg – (πcg + Pcb) VFG = Pf * Kf

11/01/2017

19

Fattori che influenzano la VFG:

A) - alterazione della P arteriosa

B) - stato di contrazione delle arteriole afferenti ed efferenti

C) - alterazione P oncotica del sangue

D) - alterazione della permeabilità della barriera di

filtrazione

Pf = Pcg – (πcg + Pcb) VFG = Pf * Kf

Entro un ampio intervallo di P arteriosa (80-180 mmHg) la VFG rimane invece

costante (180 L/giorno)

A e B

11/01/2017

20

La VFG è soggetta a

1) autoregolazione soprattutto a livello delle arteriole glomerulari

2) regolazione estrinseca.

Le variazioni della VFG sono inversamente proporzionali alle variazioni

della Ra.

EFFETTO BIFASICO

Aumenti della Re determinano un aumento della VFG ad un punto massimo

poi diminuisce fino a raggiungere valori molto bassi.

E’ importante capire dove avviene la regolazione.

La regolazione è esercitata prevalentemente a livello delle arteriole.

A) Risposta miogena

B) Feedback (retroazione) tubulo-glomerulare

Entrambi questi sistemi di autoregolazione:

1) disaccoppiano la funzionalità (equilibrio) del rene dalla P arteriosa

2) Mantenere costante il carico che arriva al tubulo distale

1) Autoregolazione

11/01/2017

21

B) Feedback (retroazione) tubulo-glomerulare

Apparato Juxtaglomerulare

Effetto dell’aumento della concentrazione di NaCl nel tubulo distale

Aumento di NaCl a livello della Macula densa determina

rilascio di adenosina e costrizione arteriola afferente

Macula densa è il sensore

Il mediatore (vasocostrittore) sembra

essere l’adenosina, mentre il

vasodilatatore NO

Effetto della diminuzione della concentrazione di NaCl nel tubulo distale

• La diminuzione di NaCl nella macula densa è dovuto ad un aumentato

riassorbimento prodotto da un rallentamento del flusso tubulare

• Aumento del rilascio di PGE2 nell’interstizio dell’ JGA seguito dalla secrezione

di renina (mediata dall’EP4) dalle cellule granulari.

11/01/2017

22

start

Il sistema RAAS

Influenze non regolate sulla VFG

La π (oncotica) plasmatica e la P idrostatica nella capsula di Bowman non sono

soggette a regolazione.

Variano però in situazioni patologiche

- π (oncotica) plasmatica

Grandi ustionati: perdita liquido derivato dl plasma, ricco di proteine diminuzione π

plasmatica aumento VFG

Diarrea disidratante: aumento π plasmatica diminuzione VFG

Alterazioni metabolismo proteico

- P idrostatica cbw

Può diventare elevata come nel caso di ostruzione vie urinarie (calcolo renale e/o

ipertrofia prostata)

C

Pf = Pcg – (πcg + Pcb) VFG = Pf * Kf

Pf = Pcg – (πcg + Pcb) VFG = Pf * Kf