Formazione di urina

La formazione dell'urina finale da parte del rene è costituita da diversi processi principali:

• ultrafiltrazione del sangue arterioso nei glomeruli renali;
• riassorbimento di sostanze nei tubuli, secrezione di numerose sostanze nel lume dei tubuli;
• la sintesi di nuove sostanze da parte del rene, che entrano sia nel lume del tubulo sia nel sangue;
• l'attività del sistema controcorrente, grazie alla quale l'urina finale viene concentrata o diluita.

Ultrafiltrazione

L'ultrafiltrazione del plasma sanguigno nella capsula di Bowman avviene nei capillari dei glomeruli renali. Il SCF è un indicatore importante nel processo di formazione dell'urina. Il suo valore in un singolo nefrone dipende da due fattori: la pressione effettiva di ultrafiltrazione e il coefficiente di ultrafiltrazione.

La forza motrice dell'ultrafiltrazione è la pressione di filtrazione effettiva, che è la differenza tra la pressione idrostatica nei capillari e la somma della pressione oncotica delle proteine nei capillari e della pressione nella capsula glomerulare:

_Effetto P = P _hydr - (P _onc + P _caps )

Dove P _effect è la pressione di filtrazione effettiva, P _hydr è la pressione idrostatica nei capillari, P _onc è la pressione oncotica delle proteine nei capillari, P _caps è la pressione nella capsula glomerulare.

La pressione idrostatica alle estremità afferente ed efferente dei capillari è di 45 mm Hg. Rimane costante lungo l'intera lunghezza di filtrazione del ciclo capillare. È contrastata dalla pressione oncotica delle proteine plasmatiche, che aumenta verso l'estremità efferente del capillare da 20 mm Hg a 35 mm Hg, e dalla pressione nella capsula di Bowman, che è di 10 mm Hg. Di conseguenza, la pressione di filtrazione effettiva è di 15 mm Hg (45 - [20 + 10]) all'estremità afferente del capillare e di 0 (45 - [35 + 10]) all'estremità efferente, che, convertita all'intera lunghezza del capillare, è di circa 10 mm Hg.

Come accennato in precedenza, la parete dei capillari glomerulari è un filtro che non consente il passaggio di elementi cellulari, composti a grande peso molecolare e particelle colloidali, mentre l'acqua e le sostanze a basso peso molecolare lo attraversano liberamente. Lo stato del filtro glomerulare è caratterizzato dal coefficiente di ultrafiltrazione. Gli ormoni vasoattivi (vasopressina, angiotensina II, prostaglandine, acetilcolina) modificano il coefficiente di ultrafiltrazione, che di conseguenza influenza il SCF.

In condizioni fisiologiche, la totalità dei glomeruli renali produce 180 litri di filtrato al giorno, ovvero 125 ml di filtrato al minuto.

Riassorbimento delle sostanze nei tubuli e loro secrezione

Il riassorbimento delle sostanze filtrate avviene principalmente nella parte prossimale del nefrone, dove vengono assorbite tutte le sostanze fisiologicamente utili entrate nel nefrone e circa 2/3 degli ioni sodio, cloro e acqua filtrati. La peculiarità del riassorbimento nel tubulo prossimale è che tutte le sostanze vengono assorbite con un volume d'acqua osmoticamente equivalente e il fluido nel tubulo rimane praticamente isoosmotico rispetto al plasma sanguigno, mentre il volume di urina primaria all'estremità del tubulo prossimale diminuisce di oltre l'80%.

Il lavoro del nefrone distale determina la composizione dell'urina grazie a processi sia di riassorbimento che di secrezione. In questo segmento, il sodio viene riassorbito senza un volume equivalente di acqua e vengono secreti ioni potassio. Gli ioni idrogeno e ammonio entrano nel lume del nefrone dalle cellule tubulari. Il trasporto di elettroliti è controllato dall'ormone antidiuretico, dall'aldosterone, dalle chinine e dalle prostaglandine.

Sistema controcorrente

L'attività del sistema controcorrente è rappresentata dal lavoro sincrono di diverse strutture del rene: i segmenti sottili discendenti e ascendenti dell'ansa di Henle, i segmenti corticali e midollari dei dotti collettori e i vasi retti che penetrano l'intero spessore della midollare renale.

I principi fondamentali del sistema controcorrente dei reni:

• in tutte le fasi, l'acqua si muove solo passivamente lungo il gradiente osmotico;
• il tubulo retto distale dell'ansa di Henle è impermeabile all'acqua;
• nel tubulo retto dell'ansa di Henle avviene il trasporto attivo di Na ⁺, K ⁺, Cl;
• il sottile ramo discendente dell'ansa di Henle è impermeabile agli ioni e permeabile all'acqua;
• c'è un ciclo dell'urea nella midollare interna del rene;
• L'ormone antidiuretico garantisce la permeabilità dei dotti collettori all'acqua.

A seconda dello stato dell'equilibrio idrico corporeo, i reni possono espellere urina ipotonica, molto diluita o osmoticamente concentrata. Tutte le sezioni dei tubuli e dei vasi della midollare renale partecipano a questo processo, funzionando come un sistema moltiplicativo rotatorio in controcorrente. L'essenza dell'attività di questo sistema è la seguente. L'ultrafiltrato entrato nel tubulo prossimale viene ridotto quantitativamente a 3/4-2/3 del suo volume originale a causa del riassorbimento dell'acqua e delle sostanze in esso disciolte in questa sezione. Il fluido rimanente nel tubulo non differisce in osmolarità dal plasma sanguigno, sebbene abbia una diversa composizione chimica. Quindi il fluido dal tubulo prossimale passa nel segmento sottile discendente dell'ansa di Henle e si sposta ulteriormente verso l'apice della papilla renale, dove l'ansa di Henle si piega di 180° e il contenuto passa attraverso il segmento sottile ascendente nel tubulo retto distale, situato parallelamente al segmento sottile discendente.

Il sottile segmento discendente dell'ansa è permeabile all'acqua ma relativamente impermeabile ai sali. Di conseguenza, l'acqua passa dal lume del segmento al tessuto interstiziale circostante lungo il gradiente osmotico, con conseguente graduale aumento della concentrazione osmotica nel lume del tubulo.

Dopo che il fluido entra nel tubulo retto distale dell'ansa di Henle, che, al contrario, è impermeabile all'acqua e da cui avviene il trasporto attivo di cloro e sodio osmoticamente attivi nell'interstizio circostante, il contenuto di questa sezione perde concentrazione osmotica e diventa ipoosmolale, da cui il nome di "segmento diluente del nefrone". Nell'interstizio circostante, avviene il processo opposto: l'accumulo di un gradiente osmotico dovuto a Na ⁺, K ⁺ e Cl. Di conseguenza, il gradiente osmotico trasversale tra il contenuto del tubulo retto distale dell'ansa di Henle e l'interstizio circostante sarà di 200 mOsm/l.

Nella zona interna della midollare, un ulteriore aumento della concentrazione osmotica è dovuto alla circolazione dell'urea, che entra passivamente attraverso l'epitelio dei tubuli. L'accumulo di urea nella midollare dipende dalla diversa permeabilità all'urea dei dotti collettori corticali e dei dotti collettori della midollare. I dotti collettori corticali, il tubulo retto distale e il tubulo contorto distale sono impermeabili all'urea. I dotti collettori della midollare sono altamente permeabili all'urea.

Man mano che il fluido filtrato si sposta dall'ansa di Henle attraverso i tubuli contorti distali e i dotti collettori corticali, la concentrazione di urea nei tubuli aumenta a causa del riassorbimento di acqua in assenza di urea. Dopo essere entrato nei dotti collettori della midollare interna, dove la permeabilità all'urea è elevata, il fluido si sposta nell'interstizio e viene quindi trasportato nuovamente ai tubuli situati nella midollare interna. L'aumento dell'osmolalità nella midollare è dovuto all'urea.

In seguito ai processi elencati, la concentrazione osmotica aumenta dalla corticale (300 mOsm/l) alla papilla renale, raggiungendo i 1200 mOsm/l sia nel lume della parte iniziale del sottile ramo ascendente dell'ansa di Henle sia nel tessuto interstiziale circostante. Pertanto, il gradiente osmotico corticomidollare creato dal sistema di moltiplicazione in controcorrente è di 900 mOsm/l.

Un ulteriore contributo alla formazione e al mantenimento del gradiente osmotico longitudinale è dato dai vasa recta, che seguono il decorso dell'ansa di Henle. Il gradiente osmotico interstiziale è mantenuto dall'efficace rimozione dell'acqua attraverso i vasa recta ascendenti, che hanno un diametro maggiore rispetto ai vasa recta discendenti e sono quasi il doppio più numerosi. Una caratteristica unica dei vasa recta è la loro permeabilità alle macromolecole, che si traduce in una grande quantità di albumina nella midollare. Le proteine creano pressione osmotica interstiziale, che favorisce il riassorbimento dell'acqua.

La concentrazione finale dell'urina avviene nei dotti collettori, la cui permeabilità all'acqua varia a seconda della concentrazione di ADH secreta. Ad alte concentrazioni di ADH, la permeabilità all'acqua della membrana delle cellule dei dotti collettori aumenta. Le forze osmotiche determinano il passaggio dell'acqua dalla cellula (attraverso la membrana basale) all'interstizio iperosmotico, garantendo l'equalizzazione delle concentrazioni osmotiche e la creazione di un'elevata concentrazione osmotica dell'urina finale. In assenza di produzione di ADH, il dotto collettore è praticamente impermeabile all'acqua e la concentrazione osmotica dell'urina finale rimane uguale alla concentrazione dell'interstizio nella corteccia renale, ovvero viene escreta urina isoosmotica o ipoosmolare.

Pertanto, il livello massimo di diluizione dell'urina dipende dalla capacità dei reni di ridurre l'osmolalità del liquido tubulare grazie al trasporto attivo di ioni potassio, sodio e cloruro nel ramo ascendente dell'ansa di Henle e al trasporto attivo di elettroliti nel tubulo contorto distale. Di conseguenza, l'osmolalità del liquido tubulare all'inizio del dotto collettore diventa inferiore a quella del plasma sanguigno ed è pari a 100 mOsm/L. In assenza di ADH, con ulteriore trasporto di cloruro di sodio dai tubuli nel dotto collettore, l'osmolalità in questa parte del nefrone può diminuire fino a 50 mOsm/L. La formazione di urina concentrata dipende dalla presenza di un'elevata osmolalità dell'interstizio midollare e dalla produzione di ADH.