FISIOLOGIA

 

I reni sono organi pari parenchimatosi escretori dei vertebrati. Insieme alle vie urinarie costituiscono l’apparato urinario, che filtra dal sangue i prodotti di scarto del metabolismo e li espelle tramite l’urina. Il settore della medicina che studia i reni e le loro malattie è chiamato nefrologia. Gli antichi agopuntori li definivano l’inizio e la fine della vita. Il loro compito principale è quello di mantenere il corretto equilibrio idro-salino nell’organismo, nonché di assicurare ogni giorno, per mezzo delle loro unità funzionali, i nefroni, una costante depurazione del sangue. Ogni rene da un polo all’altro misura circa 12 cm di lunghezza, 6 cm di larghezza e 3 cm antero-posteriormente, con il rene sinistro tendenzialmente più lungo del destro di 1-1,5 cm, anche se i due reni possono risultare di dimensioni molto simili  Il loro peso è variabile, mediamente circa 150 g negli uomini e 135 g nelle donne.

I reni regolano l‘equilibrio acido-base nel sangue.

Ogni rene riceve grosse quantità di sangue dall’Arteria renale e dopo averlo filtrato,lo riversa nella vena renale  che confluisce nella Vena cava.

– A livello renale avviene la sintesi  di eritropoietina (un ormone che favorisce la produzione di globuli rossi) e di renina (un enzima con azione    ipertensiva che     regola la sintesi di ormoni  implicati nel bilancio del sodio e nel controllo pressorio).

– I pazienti con patologie renali gravi sono costretti  a sottoporsi periodicamente ad una procedura medica di purificazione del sangue,detta Dialisi.

– Molte persone vivono anche con un solo rene,dal momento che questo organo possiede una  grande riserva funzionale.x

 

Regolazione dell’acqua corporea

– Ogni giorno vengono filtrati 180 litri di plasma,di cui,normalmente,soltanto un litro e mezzo viene escreto.

– Nel corpo di un uomo adulto sono contenuti circa quaranta litri di acqua,risultanti dall’equilibrio  tra ENTRATE (cibi,bevande,metabolismo) ed            USCITE (cute,respiro,urine e feci).

 

NEFRONE

 

Il nefrone è l’unità funzionale del rene, cioè la più piccola struttura in grado di svolgere tutte le funzioni dell’organo.

I reni possiedono tipicamente da un milione ad un milione e mezzo a di nefroni ciascuno, grazie ai quali sono in grado di filtrare complessivamente 180 litri di plasma al giorno.

In ognuno di essi possiamo riconoscere un polo vascolare, nel quale scorre il sangue da filtrare, ed una porzione tubulare in cui si raccoglie il filtrato. La parte vascolare è formata dalla arteriola afferente, che si dirama, come un gomitolo, in una fitta rete di capillari chiamata glomerulo; in questa sede avviene la cosiddetta filtrazione glomerulare, che dà origine al filtrato o preurina.

Dopo essere passato dall’arteriola afferente al glomerulo, il sangue confluisce in un altro vaso, chiamato arteriola efferente. A differenza di quanto avviene nel resto del circolo sanguigno, i capillari renali danno origine ad arteriole e non a venule, poiché nel glomerulo non si ha un passaggio da sangue arterioso a sangue venoso, ma una semplice “setacciatura“.

All’esterno del glomerulo, il sangue filtrato viene raccolto in una struttura chiamata capsula di Bowman, da cui origina una serie contigua di tubuli, chiamati, nell’ordine, tubulo contorto prossimale, ansa di Henle e tubulo contorto distale, per una lunghezza complessiva di 5 centimetri.

Più tubuli distali provenienti da diversi nefroni confluiscono nel tubulo collettore, alla cui estremità viene raccolta l’urina.

I nefroni,pur essenzialmente simili fra loro,differiscono in lunghezza.I più corti hanno i loro corpuscoli renali nella zona più superficiale della sostanza corticale e le loro anse di Henle si estendono solo nella zona più esterna della sostanza midollare.

I nefroni più lunghi iniziano in vicinanza della sostanza midollare con glomeruli iuxtamidollari. Le loro anse si estendono fino in profondità nella sostanza midollare e possono quasi raggiungere la papilla renale.

La zona esterna della sostanza midollare è caratterizzata dalla presenza delle parti larghe delle anse di Henle.

La macula densa  è il tratto di tubulo contorto distale che si appoggia al proprio corpuscolo renale,tale rapporto è di grande importanza funzionale.

 

 

 

1) –  FILTRAZIONE: durante la giornata i reni filtrano una quantità enorme di plasma (circa 180 litri)  per poi operare un riassorbimento  selettivo delle sostanze che non devono essere eliminate.

Per le loro eccessive dimensioni nel filtrato non passano le cellule,quindi non sono presenti globuli rossi,globuli bianchi e le piastrine;viene inoltre impedito il    passaggio delle proteine più grandi. Solo le più piccole e modeste quantità di albumina riescono a passare nel filtrato.

La filtrazione consente l’eliminazione di :

         sostanze estranee,inutili o dannose

         farmaci

         urea

         acido urico

         ioni H⁺

 

2) –  RIASSORBIMENTO: consiste nel recupero di acqua e soluti filtrati,che passano dai tubuli ai capillari sanguigni. Vengono riassorbiti il glucosio,proteine più piccole che sono riuscite a  passare  nel filtrato,gli aminoacidi,le vitamine,molta acqua e vari sali.

Il processo di riassorbimento può avvenire in maniera attiva, con dispendio di energia  o passiva.

Il processo di riassorbimento passivo non richiede dispendio di energia dal momento che il movimento dei soluti avviene lungo un gradiente di concentrazione.

Per molte sostanze il riassorbimento attivo ha una capacità limitata,chiamata capacità di riassorbimento massimo tubulare o “trasporto massimo” (T_m).

Tutto il glucosio filtrato ad esempio,viene completamente riassorbito.

 

Riassorbimento del Glucosio

 

– Il glucosio,in virtù delle sue piccole dimensioni,viene rapidamente filtrato a livello glomerulare, per questo motivo la sua concentrazione nel filtrato    è identica a quella del plasma.

Dopo essere stato filtrato il glucosio viene prontamente riassorbito nel tubulo prossimale.

Il glucosio viene captato da specifici trasportatori capaci di legare contemporaneamente una molecola di sodio ed una di glucosio e di trasportarli insieme alle   cellule del tubulo renale,dove una Pompa sodio-potassio provvede a riportare all’esterno il sodio,mentre un trasportatore GLUT-4 compie la medesima operazione con lo zucchero (riversandolo nell’interstizio tra tubuli e capillari).

– Soglia renale: equivale ad una glicemia di 300 mg/dl. Superato questo limite,i trasportatori del  glucosio sono saturi e quindi il glucosio viene perso    nell’urina determinando glicosuria.

La presenza di glucosio nelle urine è molto pericolosa, poiché questo zucchero richiama notevoli quantità di acqua, disidratando l’organismo; inoltre, facilitando la proliferazione batterica, aumenta l’incidenza di infezioni alle vie urinarie.

Ciò può accadere nel diabete mellito.

In casi molto rari,la glicosuria è originata da alterazioni congenite delle cellule tubulari le quali hanno capacità di riassorbimento T_m  inferiore alla norma. In questo caso si ha glicosuria anche per valori di concentrazione plasmatica nei limiti della norma.

 

 

 

 

3) –  SECREZIONE: cioè alcune sostanze passano dal sangue contenuto nei capillari ai tubuli renali, aggiungendosi a quelle filtrate.

Fra le sostanze secrete vi sono: farmaci,ioni H⁺

 

 

 

 

4) –  ESCREZIONE:  consiste nell’eliminazione dell’urina nella pelvi renale.

– Attraverso i reni transitano circa 700 ml di plasma in un minuto,di cui 125 vengono filtrati per un totale quotidiano di 180 litri di preurina. Di              questo impressionante volume meno dell’1% viene escreto (circa 1,5 litri al giorno),mentre il rimanente viene rapidamente riassorbito.

Il sangue che giunge al glomerulo non viene completamente filtrato, ma circa l‘80% ritorna subito in circolo senza subire alcuna filtrazione. Se così non fosse, l’importante quantitativo di sangue, con il suo carico di cellule e proteine non filtrabili, rischierebbe di intasare il “setaccio”, compromettendo l’intera funzionalità renale. Per questo motivo l’organismo preferisce filtrare piccole quantità di sangue alla volta.

 

FILTRAZIONE GLOMERULARE

 

Le barriere di filtrazione

Il sangue viene spinto dalla pressione idrostatica contro le pareti capillari dei glomeruli, favorendo il passaggio di molte sue componenti nella capsula di Bowman, dove si raccolgono formando l’ultrafiltrato (o pre-urina). Per effettuare tale passaggio, le componenti ematiche devono attraversare tre diverse barriere di filtrazione:

 

 

 

 

 

 

Una volta dentro il corpuscolo renale l’arteriola afferente perde le sue cellule iuxtaglomerulari.

L’arteria afferente contiene una tonaca media di fibrocellule  muscolari lisce,vicino al corpuscolo renale alcune fibrocellule muscolari contengono granuli che sono probabilmente precursori di prodotti di secrezione ,generalmente considerati angiotensina ed eritropoietina.

I capillari del corpuscolo renale sono rivestiti su almeno tre parti da cellule epiteliali viscerali dette anche podociti .

 

– Endotelio capillare

i capillari fenestrati permettono la filtrazione di molecole con diametro inferiore a 42 A,sebbene la molecola di albumina sia più piccola 36A,in condizioni normali non può attraversare l’endotelio capillare perchè bloccata da proteine fisse cariche negativamente che la respingono (essendo anche l’albumina carica negativamente).

Cellule mesangiali: sono cellule specializzate capaci di modificare il flusso ematico attraverso i capillari contraendosi (quindi aumentandolo),o rilassandosi (diminuendolo).

Esse sono anche deputate alla fagocitosi e secernono citochine associate a processi immunitari ed infiammatori.

 

– Lamina basale

l’endotelio fenestrato dei capillari sanguigni poggia su una sottile lamina basale che è costituita da glicoproteine e da materiale simile al collagene (proteoglicani),entrambe le componenti sono cariche negativamente,quindi contribuiscono a respingere la maggior parte delle proteine plasmatiche impedendone la filtrazione.

 

– Epitelio della capsula di Bowman

contiene cellule specializzate chiamate podociti (da podos,piede),ogni podocita è caratterizzato da estensioni citoplasmatiche dette pedicelli,che protrudono come tentacoli dal corpo cellulare avvolgendo i capillari glomerulari,si vengono così a formare delle fessure di filtrazione.

Similmente alle cellule mesangiali, anche i podociti presentano fibre contrattili connesse alla     membrana basale da proteine dette integrine. La contrattilità di questi tipi cellulari è influenzata dall’azione endocrina di alcuni ormoni che regolano la pressione arteriosa e l’equilibrio dei liquidi nell’organismo.

Grazie a queste tre barriere, la filtrazione delle componenti ematiche risulta:

– libera per molecole di raggio < 20 Å

– variabile per molecole di raggio 20-42 Å (70 – 150 Kd): la La filtrabilità tra 20 Å e 42 Å dipende dalla carica.

Poichè gran parte delle proteine plasmatiche hanno carica negativa, la barriera di filtrazione impedisce o  limita fortemente la filtrazione delle proteine con raggio 20-42 Å.

– assente per molecole raggio > 42Å

 

 

 

Frazione di filtrazione  ( FF )

 

Solo una minima parte, circa 1/5 (20%), del sangue che entra nei glomeruli renali subisce il processo di filtrazione; i rimanenti 4/5 raggiungono il sistema capillare peritubulare attraverso l’arteriola efferente. Se tutto il sangue che entra nel glomerulo fosse filtrato, nell’arteriola efferente troveremo un ammasso disidratato di proteine plasmatiche e cellule ematiche, che non potrebbe più fuoriuscire dal rene.

Al bisogno, il rene ha la capacità di variare la percentuale di volume plasmatico filtrata attraverso i glomeruli renali; tale capacità viene espressa dal termine frazione di filtrazione e dipende da questa formula:

 

Frazione di filtrazione (FF): =  Velocità di filtrazione glomerulare  (VFG) /  frazione del flusso plasmatico renale (FPR)

Flusso ematico renale (FER o FPR) ammonta a circa 1200 ml/min (21% circa della gittata cardiaca),in condizioni normali.

Nei processi di filtrazione, oltre alle strutture anatomiche analizzate in precedenza, entrano in gioco anche forze molto importanti: alcune si oppongono a tale processo, altre lo favoriscono, vediamole nel dettaglio.

 

– Pc  = La pressione idrostatica del sangue che scorre nei capillari glomerulari favorisce la filtrazione, quindi la fuoriuscita del liquido dall’endotelio fenestrato verso la capsula di Bowman; questa pressione dipende dall’accelerazione di gravità imposta sul sangue dal cuore e dalla pervietà vasale, per cui tanto maggiore è la pressione arteriosa e tanto maggiore risulta la spinta del sangue sulle pareti capillari, quindi a pressione idrostatica. La pressione idrostatica capillare (Pc) è di circa 55 mmHg.

 

 – πp  = La pressione colloido-osmotica (o semplicemente oncotica) è legata alla presenza delle proteine plasmatiche nel sangue; questa forza si oppone alla precedente, richiamando il liquido verso l’interno dei capillari, in altre parole si oppone alla filtrazione. All’aumentare della concentrazione proteica del sangue aumenta la pressione oncotica e l’ostacolo alla filtrazione; viceversa, in un sangue povero di proteine la pressione oncotica è bassa e la filtrazione maggiore. La pressione colloido-osmotica del sangue che scorre nei capillari glomerulari (πp) è di circa 30 mmHg

 

 in realtà questo valore non è costante in tutti i tratti del glomerulo e cioè:

– inizio dei capillari = 28 mmHg

– fine dei capillari = 32 mmHg

questo perchè si determina una progressiva concentrazione delle proteine plasmatiche nel sangue glomerulare a causa della sua privazione dei liquidi e dei soluti     filtrati nei precedenti tratti del glomerulo.

 

AUMENTO

 

a) All’aumentare della Velocità di filtrazione (VFG):

la pressione oncotica del sangue glomerulare aumenta progressivamente (essendo privato di quantità maggiori di liquidi e soluti).

 

b) Frazione del flusso plasmatico renale (quantità di sangue che arriva ai capillari glomerulari).

– se ne arriva poco

la pressione colloido-osmotica aumenta

– se ne arriva molto

la pressione colloido-osmotica diminuisce

 

c) all‘aumento della frazione di filtrazione

     Frazione di filtrazione (FF) = Velocità di filtrazione glomerulare (VFG) / frazione del  flusso  plasmatico renale (FPR)

 

Affinchè la Frazione di filtrazione  aumenti è necessario un:

– aumento della velocità di filtrazione e/o un

– calo della frazione del flusso plasmatico renale

 

 

 

– Se la Frazione di filtrazione aumenta,vuol dire che va via più liquido e quindi rimangono  più proteine   con  un aumento  della pressione colloido-    osmotica.

– Se la Frazione di filtrazione diminuisce,vuol dire che rimane più liquido e quindi diminuisce la concentrazione delle  proteine con una                      diminuzione della pressione colloido-osmotica.

 

d) all’aumentare della concentrazione delle proteine plasmatiche che

           aumenta nella disidratazione

           diminuisce nella malnutrizione o problemi epatici

 

– P_B  = Anche la pressione idrostatica del filtrato accumulato nella capsula di Bowman si oppone  alla filtrazione. Il liquido che filtra dai capillari deve infatti opporsi alla pressione di quello già  presente nella capsula, che tende a spingerlo indietro.

 

La pressione idrostatica (Pb) esercitata dal liquido accumulato nella capsula di Bowman è di circa 15  mmHg.

 

Sommando le forze appena descritte emerge che la filtrazione è favorita da una pressione netta di ultrafiltrazione (Pf) pari a 10 mmHg.

 

Velocità di filtrazione glomerulare  (VFG)

 

 

Il volume di liquido filtrato nell’unità di tempo prende il nome di velocità di filtrazione glomerulare (VFG). Come anticipato il valore medio della VFG è di 120-125 ml/min, pari a circa 180 litri al giorno.

 

La velocità di filtrazione dipende da:

 

– Pressione netta di ultrafiltrazione (Pf): risultante dal bilancio tra le forze idrostatiche e colloido-osmotiche agenti attraverso le barriere di                 filtrazione.

 

– Coefficiente di ultrafiltrazione (Kf = permeabilità x superficie filtrante), nel rene 400 volte superiore a quello degli altri distretti vascolari; dipende    da due componenti: la superficie filtrante, ovvero l‘area della superficie dei capillari disponibili per la filtrazione, e la permeabilità dell’interfaccia         che separa i capillari dalla capsula del Bowman.

 

La riduzione della velocità di filtrazione glomerulare può dipendere da:

– una riduzione del numero di capillari glomerulari funzionanti

– una riduzione della permeabilità dei capillari glomerulari funzionanti, ad esempio per processi infettivi che ne sovvertono la struttura

– un aumento del liquido contenuto nella capsula di Bowman, ad esempio per la presenza di ostruzioni urinarie

– un aumento della pressione colloido-osmotica del sangue

– una riduzione della pressione idrostatica del sangue che scorre nei capillari glomerulari

 

Pressione arteriosa  (pressione idrostatica)  e VFG

 

 

 

– Se la pressione ematica media scende al di sotto degli 80 mmHg la velocità di filtrazione glomerulare diminuisce.

Se pensiamo che la pressione arteriosa può scendere in maniera massiva a seguito di una forte disidratazione o emorragia,questo meccanismo di riduzione     della VFG consente di ridurre al massimo la quantità di liquidi persa con le urine,aiutando la conservazione del volume ematico.

 

Abbiamo visto come la pressione idrostatica, cioè la forza con cui il sangue viene spinto contro le pareti dei capillari glomerulari, aumenti all’aumentare della pressione arteriosa. Ciò lascia presupporre che quando i valori di pressione arteriosa aumentano si eleva di conseguenza anche  la  velocità di filtrazione.

 

In realtà il rene è dotato di efficaci meccanismi di compenso, capaci di mantenere costante la velocità di filtrazione in un ampio range di valori pressori. In assenza di questa autoregolazione, aumenti relativamente piccoli della Pressione arteriosa (da 100 a 125 mmHg), produrrebbero aumenti di circa il 25% della VFG (da 180 a 225 l/dì); con un riassorbimento invariato (178.5 l/dì) l’escrezione di urina passerebbe da 1.5 l/dì a 46.5 l/dì, con la completa deplezione del volume ematico. Fortunatamente ciò non avviene.

Come mostrato dal grafico, se la pressione arteriosa media rimane entro valori compresi tra 80 e 180 mmHg, la velocità di filtrazione glomerulare non cambia. Questo importante risultato viene ottenuto in  primo luogo regolando la frazione del flusso plasmatico renale (FPR), quindi correggendo la quantità di  sangue che attraversa le arteriole renali.

 

– Se aumenta la pressione arteriosa sistemica, aumenta la resistenza delle arteriole renali afferenti al glomerulo, a valle  dell’ostruzione scorre      meno sangue, quindi si riduce  la pressione idrostatica glomerulare e la velocità di filtrazione diminuisce.

 

– Se diminuisce la pressione arteriosa sistemica,il muscolo arteriolare delle arteriole afferenti si rilassa e il vaso si dilata in maniera                    massimale,aumenta così il flusso di sangue all’interno del  glomerulo e con esso aumentano anche la pressione idrostatica glomerulare e la  velocità    di filtrazione.

 

– Se aumenta la resistenza delle arteriole renali efferenti del glomerulo,a monte dell’ostruzione la pressione idrostatica aumenta e con essa                  aumenta anche la velocità di filtrazione glomerulare.

 

Riassumendo:

 

Resistenza arteriole afferenti	Resistenza arteriole efferenti
↓R → ↑Pc e ↑VFG (↑FER)	↑R → ↑Pc e ↑VFG (↓FER)
↑R → ↓Pc e ↓VFG (↓FER)	↓R → ↓Pc e ↓VFG (↑FER)

 

R = resistenza arteriole – Pc = pressione idrostatica capillare –

VFG = velocità di filtrazione glomerulare – FER = flusso ematico renale

 

Per concludere, sottolineiamo come l’aumento della VFG per aumento di resistenza delle arteriole efferenti sia valido solo quando tale aumento di resistenza è modesto. Se paragoniamo la resistenza arteriolare efferente ad un rubinetto, notiamo che mano a mano che chiudiamo il rubinetto – aumentando la resistenza al flusso – la velocità di filtrazione glomerulare aumenta. Giunti a un certo punto, continuando a chiudere il rubinetto, la VFG raggiunge un picco massimo ed inizia lentamente a diminuire; ciò è la conseguenza dell’aumento della pressione colloido-osmotica del sangue glomerulare.

 

 

Flusso  plasmatico renale  (FPR)

 

 Le sostanze che vengono del tutto eliminate dal plasma dopo un solo passaggio attraverso i reni vengono impiegate per determinare il flusso plasmatico renale (FPR).

Il paraamminoippurato (PAI) sostanza che viene sia filtrata attraverso i glomeruli che secreta ad opera delle cellule tubulari,è il composto impiegato per determinare il flusso plasmatico renale.

La clearance del PAI  viene calcolata a partire dalla concentrazione plasmatica del PAI (P_PAI) e dalla quantità di PAI escreta con l’urina (U_PAI).

 

C_PAI  =  (U_PAI x V) / P_PAI  = FPR

 

 Il flusso ematico renale  (FER) può essere calcolato a partire dal volume plasmatico renale e dall’ematocrito (Eto),secondo l’equazione:

 

FER  = FPR : (1-Eto)

 

La clearance del PAI  tuttavia,corrisponde solo in modo approssimativo al flusso plasmatico renale ,dal momento che una piccola frazione del sangue che giunge al rene non perfonde il tessuto renale con attività emuntoria.

Per precisare questa situazione è stato introdotto il termine: “flusso plasmatico renale calcolato” (FPRC).

 

Clearence

 La clearance di una qualsiasi sostanza viene definita come il volume di plasma che viene depurato della stessa sostanza nell’unità di tempo (in genere 1 minuto).

Ciò consente di calcolare i valori della clearance di una data sostanza partendo dalle:

– concentrazioni nell’urina (U_x )

– concentrazioni nel plasma (P_x)

– volume di urina (V)

 

 

 

 

La risoluzione dell’equazione che esprime il valore della clearance mette in evidenza 4 diverse possibilità di comportamento delle sostanze nei tubuli renali.

 

1) La prima possibilità è che una sostanza filtrata attraverso il glomerulo ,una volta pervenuta nei tubuli,non sia soggetta a processi nè di secrezione nè di   riassorbimento. Il valore della clearance in questo caso,corrisponderà al valore della filtrazione glomerulare. Una sostanza che presenta queste caratteristiche è il polisaccaride inulina.

 

2) La seconda possibilità è che una sostanza filtrata attraverso i glomeruli venga inoltre secreta ad opera delle cellule tubulari all’interno dei tubuli stessi. Il valore della clearance in questo caso è superiore alla VFG. Il para-amminoippurato (PAI) ha queste caratteristiche. Attraverso questo processo ,il PAI viene eliminato dal sangue capillare dopo un solo passaggio attraverso i reni. Questo lo rende adatto a misurare il flusso renale plasmatico.

 

3) La terza possibilità è che sostanze filtrate attraverso i glomeruli vengano poi in parte riassorbite ad opera delle cellule tubulari. I valori della clearance in questo caso,sono inferiori alla VFG, tale condizione è propria di più sostanze come il sodio,il cloro,il calcio.

 

4) La quarta possibilità è che la sostanza filtrata sia soggetta sia al processo di filtrazione che a quello di riassorbimento . Il valore della clearance dipenderà in questo caso,dall’entità del processo di filtrazione e di quello di riassorbimento e sarà pari,superiore o inferiore al valore della VFG. Si ritiene che l’acido urico sia un esempio di questa situazione.

 

 

 

 

Clearance dell’urea

 

Sebbene trovi tuttora un impiego clinico,la clearance dell’urea è soggetta ad alcune limitazioni.

 

1) Prima limitazione

La prima limitazione è che il valore di produzione dell’urea è variabile. Dal momento che l’urea è il prodotto finale del catabolismo proteico,la quantità che ne viene prodotta giornalmente è determinata da numerosi fattori :

– quantità di proteine introdotte con la dieta

– attività catabolica proteica endogena

– quantità metabolizzata dal fegato

 

2) Seconda limitazione

è dovuta al fatto che l’escrezione renale dell’urea dipende :

– dal volume di filtrazione glomerulare

– sia dalla diversa diffusione in direzione dell’interstizio che avviene lungo tutto il decorso dei  tubuli. La quantità di urea che diffonde nell’interstizio      dipende dalla sua concentrazione e dal valore del flusso del liquido tubulare. A bassi valori del flusso,la concentrazione dell’urina è elevata,una            maggior quantità di urea diffonde attraverso le cellule tubulari e ciò limita l’escrezione dell’urea e ne riduce la clearance.

– Ad elevati valori di flusso di urina,di 2 millilitri al minuto al di sopra dei valori normali,l’urina diviene ipotonica e la diffusione dell’urea                          nell’interstizio è limitata,la sua clearance è in questo caso aumentata,ma le variazioni sono minime per ulteriori aumenti del volume dell’urina.

 

L’urea ha una funzione molto importante anche nei meccanismi di concentrazione del rene.

L’urea si accumula nel liquido interstiziale della midollare del rene, elevandone il contenuto totale dei soluti.

L’urea perciò contribuisce alle forze osmotiche che presiedono al riassorbimento dell’acqua,dal lume dei tubuli collettori in presenza di ormone antidiuretico (ADH).

Il riassorbimento dell’urea avviene unicamente lungo un gradiente di diffusione.

 

 

 

Clearance della creatinina

 

La clearance della della creatinina endogena (C_cr) può essere impiegata per ottenere un valore approssimativo della velocità di filtrazione glomerulare. La creatinina si forma a partire dalla creatina e dalla fosfocreatina ,entrambe presenti in elevate concentrazioni nei muscoli scheletrici. A differenza di quanto accade per l’urea,l’escrezione di creatinina non dipende dal volume di urina o dalla quantità di proteine introdotte con la dieta. La stabilità della produzione di creatinina endogena fa sì che la sua clearance sia ideale,salvo alcune eccezioni,per valutare la velocità di filtrazione glomerulare. Vengono tuttavia segnalati due possibili errori legati al calcolo della clearance della creatinina.

1) Il primo è che i metodi chimici possono anche rilevare  i così detti cromogeni,che non sono creatinina,

2) il secondo consiste nel fatto che la creatinina passa nel liquido tubulare principalmente  attraverso processi di filtrazione glomerulare, ma in               piccola parte viene anche secreta ad opera delle cellule tubulari.

 

I due effetti fortunatamente si elidono a vicenda nel calcolo della clearance della creatinina. Nelle malattie in cui la massa muscolare scheletrica è ridotta,il cumulo di creatinina endogena è ridotto e di conseguenza si hanno basse concentrazioni sieriche e bassi valori di escrezione renale di creatinina. In virtù di questa diminuzione,la concentrazione sierica della creatinina non aumenta come dovrebbe nel caso di una alterata funzione renale,e solo il calcolo della clearance può mettere in evidenza la riduzione della velocità di filtrazione glomerulare.

 

 

EQUILIBRIO IDRO-SALINO

 

L’equilibrio idro-salino (o equilibrio idro-elettrolitico) è il principio per il quale la concentrazione di soluti nell’ambiente acquoso di un organismo vivente viene mantenuta costante nel tempo, attraverso il controllo dell’assunzione e della perdita di liquidi e di sali minerali, principalmente a base di Na+, K+, Cl- e Ca2+. La necessità di mantenere il valore di concentrazione è dovuta al fenomeno dell’osmosi. La regolazione dell’equilibrio idro-salino è un sistema di controllo omeostatico.

L’ambiente interno degli organismi viventi è sempre una soluzione acquosa. La membrana semipermeabile delle cellule può in genere essere attraversata liberamente dall’acqua, mentre la permeabilità agli ioni è ridotta o assente (a seconda della concentrazione di specifiche proteine di membrana).

Lo scambio avviene con il liquido interstiziale o il plasma oltre che con l’ambiente esterno.

 

1) ambiente esterno alla cellula ipertonico

Se l’ambiente esterno alla cellula è ipertonico (a maggiore concentrazione di ioni

non diffusibili) rispetto ad essa l’acqua tenderà ad uscire dalla cellula per

riequilibrare la concentrazioni nei due compartimenti e  la cellula tenderà a

raggrinzirsi.

 

2) ambiente esterno ipotonico

Viceversa se l’ambiente esterno è ipotonico (a minore concentrazione di ioni

indiffusibili) l’acqua tenderà ad entrare nella cellula, facendola aumentare di

volume.

 

 

 

La regolazione dell’equilibrio idro-salino viene affidata principalmente a meccanismi di tipo conservativo,che sono in grado di ridurre l’espulsione di acqua,espellendo urina con alta concentrazione di ioni,abbassando così la concentrazione osmotica dell’organismo o viceversa trattenere ioni e produrre urine diluite,aumentando così la concentrazione.

Queste regolazioni sono necessarie per controbilanciare l’ingresso irregolare di sali attraverso l’alimentazione e, nei mammiferi, la perdita di acqua e sali attraverso il sudore.

 

La regolazione dell’equilibrio osmotico è ulteriormente complicata dal fatto che il processo deve essere integrato con la necessità dell’organismo di mantenere una volemia più o meno costante, di provvedere all’escrezione dei metaboliti tossici e alla regolazione dell‘equilibrio acido-base

 

Omeostasi

 

L’omeostasi  è la tendenza naturale al raggiungimento di una relativa stabilità interna delle proprietà chimico-fisiche che accomuna tutti gli organismi viventi, per i quali tale stato di equilibrio deve mantenersi nel tempo, anche al variare delle condizioni esterne, attraverso dei precisi meccanismi autoregolatori.

In molti processi biologici, l’omeostasi mantiene la concentrazione chimica di ioni e molecole, e permette alla cellula di sopravvivere.

Di solito questo termine viene usato in biochimica, per indicare l’equilibrio di una composizione chimica ottimale tra liquidi diversi e separati da membrane, ad esempio le membrane cellulari. Un esempio classico è la separazione tra plasma sanguigno, liquido interstiziale e liquido intracellulare.

L’omeostasi designa la stabilità delle funzioni; le condizioni omeostatiche rappresentano gli elementi della stabilità, mentre le reazioni omeostatiche indicano i mezzi per mantenere la stabilità.

È quindi una delle caratteristiche peculiari degli organismi viventi. Tutti gli apparati del corpo di un organismo vi partecipano, in quanto fondamentale per la sopravvivenza.

Il sistema omeostatico si basa su quattro principali componenti, che assieme prendono il nome di meccanismo a feedback, cioè retroazione, reazione, risposta:

 

– il recettore, che ha il compito di percepire le condizioni esterne e interne

– il centro di controllo, che decide come comportarsi, dopo aver confrontato la condizione rilevata dal recettore con quella    ottimale

– l‘effettore, che esegue quello che gli viene ordinato dal centro di controllo

– lo stimolo, il cambiamento che stimola appunto il recettore ad attivare i meccanismi di regolazione  interna.

 

Il feedback può essere negativo quando l’organismo risponde contrastando l’effetto dello stimolo destabilizzante (ad esempio: un abbassamento della temperatura provocherà una reazione tendente a innalzare la temperatura stessa). Il feedback invece è positivo, quando l’organismo risponde rinforzando l’azione dello stimolo iniziale invece di diminuirlo o rimuoverlo. Ciò destabilizza il sistema sino a quando un evento esterno al circuito a feedback arresta la risposta dell’organismo, come ad esempio la secrezione di acidi in un processo digestivo che si arresta solo quando il cibo passa dallo stomaco all’intestino.

 

Osmosi
Il termine osmosi indica la diffusione del solvente attraverso una membrana semipermeabile dal compartimento a maggior potenziale chimico idrico (attività o più comunemente – ma impropriamente – concentrazione minore di soluto) verso il compartimento a minor potenziale chimico idrico (o più comunemente concentrazione maggiore di soluto), quindi secondo il gradiente di concentrazione.
L’osmosi è un processo fisico spontaneo, vale a dire senza apporto esterno di energia, che tende a diluire la soluzione più concentrata, e a ridurre la differenza di concentrazione. Il flusso netto di solvente può essere contrastato applicando una pressione al compartimento a concentrazione maggiore. Se la pressione applicata supera la pressione osmotica, otteniamo l’osmosi inversa.
Si tratta di un fenomeno importante in biologia, dove interviene in alcuni processi di trasporto passivo attraverso membrane biologiche.
Pressione osmotica

 

Ogni soluzione possiede una pressione osmotica che è direttamente proporzionale alla sua molarità. Quando sui due lati della membrana si trovano soluzioni a diversa concentrazione, la differenza di pressione osmotica muove le molecole di solvente dalla soluzione avente concentrazione di soluto minore (ipotonica) verso la soluzione con concentrazione di soluto maggiore (ipertonica), fino a quando le concentrazioni di soluto nelle due soluzioni diventano identiche (isotoniche) e i due potenziali chimici si equivalgono.
La pressione osmotica dei liquidi cellulari e intercellulari svolge un ruolo molto importante per gli esseri viventi, e il suo valore, come quello di altre costanti chimico-fisiche relative all’ambiente interno degli organismi, non può variare oltre certi limiti senza compromettere la funzionalità e la sopravvivenza stessa delle cellule . La pressione osmotica determina la concentrazione delle proteine plasmatiche.

 

Trasporto del cloro, del sodio e del potassio

 

Riassorbimento del sodio

 

Il riassorbimento tubulare del sodio è responsabile del recupero dal lume tubulare di oltre il 99% del sodio filtrato.
– Due terzi del sodio e dell’acqua filtrati attraverso i glomeruli vengono riassorbiti ad opera della parte distale del tubulo contorto prossimale.
– L’ansa di Henle provvede al riassorbimento di un’altra porzione pari al 25% del sodio filtrato e a questo punto solo il 10% è presente all’interno del tubulo.
– Tubulo distale,gran parte del sodio che perviene nel tubulo distale viene riassorbito in tale sede.
– Tubuli collettori: il valore dell’attività di trasporto del sodio ad opera dei tubuli collettori è piccolo e di rado supera l’1% del carico filtrato di questa sostanza.

 

 

Riassorbimento del sodio e dell’acqua
Qualsiasi movimento di ioni che avvenga contro un gradiente di concentrazione deve essere mediato da meccanismi di trasporto attivo che comportano dispendio di energia.
Il sodio è trasportato attivamente a livello del tubulo prossimale .
lL’acqua esce dal lume del tubulo prossimale in quantità direttamente proporzionale alla quantità di sodio che viene riassorbita.

 

 

La carica all’interno della cellula è sempre negativa rispetto al liquido tubulare e peritubulare.
La concentrazione del sodio all’interno delle cellule del tubulo prossimale è più bassa che nel liquido tubulare e peritubulare.
La stessa situazione è presente probabilmente anche nel tubulo distale.
Così gli ioni sodio passano dal lume del tubulo all’interno della cellula seguendo un potenziale elettrico ed un gradiente di concentrazione favorevoli,ma devono essere trasportati attivamente, con dispendio energetico ,dall’interno della cellula allo spazio peritubulare.

Due tipi di pompe
1) il primo tipo espelle gli ioni sodio scambiandoli direttamente con gli ioni potassio.
– una bassa concentrazione extracellulare di Potassio blocca l’eliminazione di Sodio dall’interno della cellula
– una bassa concentrazione intracellulare di Sodio fa diminuire l’entrata di Potassio
Queste pompe di scambio posono essere bloccate dai glicosidi cardiaci .
Tale tipo di pompa oltre al trasporto attivo di sodio,provvede al mantenimento di un’elevata concentrazione endocellulare di potassio.

2) Un secondo tipo di pompa del Sodio fa passare questo ione attraverso la membrana cellulare dal lato peritubulare senza uno scambio diretto con gli ioni potassio.
Riguardo al mantenimento dell’elettroneutralità,il trasporto del sodio è accompagnato da una diffusione passiva di ioni Cloro attraverso l’epitelio.
Questo tipo di pompa del sodio,non è sensibile a variazioni della concentrazione extracellulare del potassio,ma risente dell’azione di blocco esercitata da sostanze diuretiche quali l’acido etacrinico.

 

Riassorbimento del Cloro

 

– La concentrazione di ioni Cloro nel liquido del Tubulo prossimale è spesso superiore alla concentrazione plasmatica. Questo aumento dipende dal grado di acidità del liquido del tubulo prossimale.
– La secrezione di ioni idrogeno nel tubulo prossimale determina la trasformazione di gran parte del bicarbonato filtrato.
A causa della natura isotonica del liquido del tubulo prossimale ,tale diminuzione della concentrazione di bicarbonato è regolarmente associata ad un aumento compensatorio della concentrazione del cloro entro il tubulo ,che supera i livelli plasmatici.
– Lungo il tubulo distale e il condotto collettore ,le variazioni di concentrazione del Cloro seguono quelle del sodio.
– E’ probabile che il riassorbimento del Cloro nel tubulo prossimale sia passivo .
– Alcuni studi fanno supporre l’esistenza di un meccanismo attivo di riassorbimento del Cloro in corrispondenza del tubulo distale.

 

Vie di trasporto dell’acqua e del sodio

 

 

– L’epitelio del tubulo prossimale è caratterizzato dalla presenza di uno spazio contenente liquido che si trova interposto tra cellule adiacenti del tubulo. Questo compartimento liquido è separato dal lume del tubulo,ma si trova in continuità con lo spazio peritubulare dal quale lo divide la sola
membrana basale.
– Gli ioni sodio sono espulsi dall’interno della cellula in questo compartimento liquido nel quale di conseguenza,la concentrazione del sodio supera quella endoluminale.
– L’accumulo di ioni sodio all’interno di questo compartimento liquido extracellulare ,comporta anche,attraverso una attività osmotica,un flusso passivo di acqua proveniente dal lume tubulare.
– Un simile accumulo locale genera un gradiente di pressione idrostatica tra la membrana basale dell’epitelio e il liquido peritubulare al di là della membrana basale. Tale pressione idrostatica è responsabile del passaggio di liquido attraverso la membrana basale nello spazio peritubulare.
– Il liquido riassorbito passa alla fine dallo spazio peritubulare nel lume dei capillari per opera dei gradienti di pressione idrostatica ed oncotica esistenti a cavallo della parete capillare.

 

Riassorbimento e secrezione del potassio

 

 

– In definitiva è l’attività di secrezione dell’epitelio del tubulo distale che con la sua capacità di ampie variazioni,determina da ultimo la quantità di potassio escreta con l’urina. E’ dunque il tubulo distale la principale sede nella quale le necessità del metabolismo vengono tradotte in quantità di potassio escreto con l’urina.

 

Concentrazione e diluizione dell’urina

 

 

– Due terzi dell‘acqua e dei soluti filtrati sono riassorbiti dal tubulo contorto prossimale nella sostanza corticale del rene.
– La quantità di acqua e soluti riassorbiti è tale da mantenere il liquido del tubulo prossimale isosmotico col plasma.
– Ulteriori quantità di acqua e soluti sono riassorbiti a livello dell’ansa di Henle situata nella midollare del rene.
– Nel tratto iniziale del tubulo distale il fluido è iposmotico rispetto al plasma e questo è indice del prevalere dei processi di riassorbimento dei soluti,sodio in particolare ,rispetto al riassorbimento dell’acqua.
– Come conseguenza di questi processi,il tessuto interstiziale della midollare è ipertonico.

 

 

Ormone antidiuretico (ADH)

 

– L’ormone antidiuretico è prodotto dall’Ipotalamo nei nuclei sopraottici e seguendo fibre nervose,giunge alla neuroipofisi. Qui viene immagazzinato per essere liberato qualora ve ne sia necessità.
– La liberazione dell’ADH è regolata da variazioni del volume e dell’osmolarità del sangue come ad esempio nel:
vomito
diarrea
emorragie
ustioni
traspirazione
ascite
essudato nel torace
queste cause sono in grado di determinare un aumento dell’osmolarità e/o una diminuzione del volume del sangue.
– Aumento dell’osmolarità
determina la liberazione di ADH che a sua volta determina
una urina iperosmotica e una
ritenzione di liquidi
– Riduzione dell’osmolarità e/o aumento del volume del liquido all’interno dei vasi
inibisce la liberazione di ADH e
l’urina definitiva è osmoticamente diluita.
Per esempio nel caso di eccessiva ingestione d’acqua.

L’ADH determina:
1) diminuzione del flusso di sangue nei vasi retti della midollare
2) la diminuzione del flusso riduce la deplezione di soluti dall’interstizio,che di conseguenza diviene ulteriormente ipertonico.
3) L’ADH fa aumentare la permeabilità all’acqua dei tubuli collettori

Il raggiungimento dell’equilibrio osmotico tra il liquido presente nel lume dei tubuli collettori e quello presente nell’interstizio ipertonico porta alla formazione di urina ipertonica.

 

 

Meccanismo di controcorrente

 

Il meccanismo di controcorrente comprende due processi fondamentali:
1) la moltiplicazione controcorrente nell’ansa di Henle
in questo sistema ,gradienti di concentrazione osmotica vengono generati per mezzo di un trasporto attivo di sodio e di cloro al di fuori del tratto ascendente dell’ansa di Henle che è  anche relativamente impermeabile all’acqua.
2) lo scambio controcorrente nei vasi sanguigni della midollare: i vasi retti.
questo meccanismo è un processo di diffusione passiva,nel quale i gradienti osmotici sono mantenuti in virtù di una perdita di soluti molto piccola dall’interstizio all’interno del sangue che fluisce nei vasi retti della midollare.

– osmolarità: esprime la concentrazione dei soluti in una soluzione
– i liquidi fisiologici hanno una osmolarità di 300 milliosmoli

 

 

 

Funzione
Generare e mantenere nell‘interstizio un gradiente osmotico cortico-midollare crescente ed una osmolarità che all’apice della papilla raggiunge valori molto superiori a quelli del plasma, è condizione fondamentale per l’attività del dotto collettore (riassorbimento di acqua e concentrazione delle urine).

– Il Na+ è trasportato attivamente dal tratto ascendente nell’imterstizio
– l’epitelio del tratto ascendente è quasi impermeabile all’acqua,
– quindi il liquido viene diluito mentre percorre il tratto acsendente
– quando il liquido giunge nel tubulo contorto distale è iposmotoco rispetto al plasma
– Il Na+ espulso dal tratto ascendente rende ipertonico l‘interstizio della midollare
– Il tratto discendente è permeabile ai soluti e all’acqua
– i soluti vanno all’interno del tubulo
– l’acqua diffonde nell‘interstizio
– in presenza di ADH l’epitelio dei tubuli collettori è permeabile all’acqua,che passa dal tubulo all‘interstizio.
– Quindi avremo un’urina osmoticamente concentrata.
– L’ansa di Henle costituisce dunque un sistema moltiplicatore controcorrente responsabile dell’elevata osmolarità riscontrabile nella papilla renale e in presenza di ADH,della formazione di urina ipertonica.
– L’urea ha un ruolo molto importante nella formazione di un elevato gradiente di osmolarità nell‘interstizio. In presenza di ADH ,l’urea diffonde al di fuori dei tubuli collettori seguendo l’acqua e si accumula nell‘interstizio della midollare dove può raggiungere valori elevati e parte di essa giunge nel lume del tratto discendente dell’ansa di Henle,ricircolando attraverso il tratto ascendente ed il tubulo distale,fino ai tubuli collettori.
– In questo meccanismo vi è una certa tendenza ad accumulare l’acqua che fuoriesce dal tratto discendente e dai tubuli collettori. Un aumento del contenuto di acqua potrebbe mettere in difficoltà il meccanismo di moltiplicazione controcorrente,se non fossero presenti i vasi retti,i quali provvedono alla rimozione di acqua e di soluto dall’interstizio.

 

 

Il sistema di moltiplicazione controcorrente ,rappresentato dall‘ansa di Henle,ed il sistema di scambio controcorrente ,rappresentato dai vasi retti, interagiscono fra di loro.
– L’ansa di Henle crea un elevato valore di osmolarità nell’interstizio,ma il liquido che lascia la sostanza midollare nel tratto ascende è iposmotico rispetto a quello che penetra nel tratto discendente.
– I vasi retti,agendo come sistema di scambio controcorrente,non compromettono gli elevati valori di osmolarità creati nella papilla renale ad opera dell’ansa di Henle. Il movimento dei soluti e di acqua attraverso le pareti dei vasi retti,avviene per diffusione ed il liquido nei tratti discendenti
(arteriole rette) tende a porsi in equilibrio osmotico con l’interstizio.
In tal modo il sodio,il cloro e l’urea penetrano nei vasi sanguigni discendenti man mano che questi attraversano zone ad osmolalità sempre più elevata nella midollare,mentre nel contempo l’acqua esce dai vasi.
– nel tratto ascendente (venule rette) accade l’opposto ed il sodio ,il cloro e l’urea escono ,mentre l’acqua diffonde all’interno dei vasi sanguigni. Tuttavia il sangue che lascia la sostanza midollare non è del tutto in equilibrio osmotico rispetto a quello che vi giunge,ma si ritiene sia iperosmotico,sebbene la differenza tra i due valori non sia nota.
– Per concludere,la configurazione anatomica dei vasi retti riduce,ma non elimina del tutto,la perdita di soluto della sostanza midollare attraverso la via ematica.
Di conseguenza l’osmolalità della midollare varia in maniera inversamente proporzionale all’apporto di sangue attraverso i vasi retti.
Per fortuna,sia la velocità del flusso ematico per grammo di sostanza midollare ,sia la velocità lineare del flusso del sangue nella midollare,sono piuttosto limitati.
In tal modo,viene assicurata l’efficienza del sistema di scambio controcorrente nel mantenere uno stato di iperosmolarità nella midollare.

 

 

– Probabilmente solo 1 nefrone su 8 possiede un’ansa di Henle così lunga da penetrare nella parte più interna della sostanza midollare. Tali nefroni originano dai glomeruli più prossimi  alla sostanza midollare. I rimanenti nefroni originano nelle zone più superficiali della corticale e la curva delle anse di Henle è in genere situata al limite tra la parte interna ed esterna della midollare. In questa zona le parti sottili discendenti si trasformano nelle parti più spesse ascendenti.

 

 

 

– Il tessuto interstiziale della corticale ed il filtrato glomerulare sono isosmotici con il plasma.
– Anche il liquido tubulare che penetra all’interno del tratto discendente dell’ansa di Henle è isosmotico con il plasma.
– Il liquido tubulare aumenta progressivamente la sua concentrazione nell’avvicinarsi alla estremità dell’ansa,mentre nel tratto ascendente la sua concentrazione diminuisce progredendo verso la sostanza corticale;
– Nel momento in cui il tubulo distale penetra nella corticale il liquido è ipotonico.
– In presenza di ADH un minor volume di sangue fluisce attraverso i vasi retti e l’equilibrio osmotico del sangue nei vasi retti con l’interstizio midollare è raggiunto più facilmente.
– I tubuli collettori sono permeabili all’acqua,in presenza di ADH ,consentendo in tal modo che si raggiunga uno stato di equilibrio osmotico tra il liquido tubulare ed il liquido dell’interstizio.
– Nella sostanza corticale del rene ,il liquido nei tubuli collettori diviene isotonico dal momento che raggiunge l’equilibrio osmotico con l’interstizio che lo circonda.
– I capillari peritubulari provvedono ad allontanare l’acqua ed i soluti che pervengono nell‘interstizio della sostanza corticale in modo tale che non possano interferire con i processi di concentrazione dell’urina.
– Quando poi il filtrato giunge nella porzione midollare dei tubuli collettori,l’equilibrio viene raggiunto con l’interstizio,nel quale i valori di concentrazione osmotica aumentano progredendo verso le porzioni più interne.
L’equilibrio può essere raggiunto per diffusione di acqua dal lume tubulare all’interstizio.
– Vi è anche un trasporto attivo di sodio dal liquido tubulare ,tale trasporto può avvenire in associazione con un riassorbimento di anioni ,oppure vi può essere uno scambio di sodio con potassio,idrogeno ed ammonio.
La diffusione di acqua dai tubuli collettori comporta l’instaurarsi di un’elevata concentrazione endoluminale di urea. Tale situazione favorisce una diffusione dell’urea nell‘interstizio.
– Dall’interstizio l‘urea diffonde poi nel tratto discendente dell’ansa di Henle. Questa urea ricircola attraverso il tratto ascendente dell’ansa di Henle ed il tubulo contorto distale fino ai tubuli collettori ,contribuendo all’elevato contenuto di urea della midollare quando sia necessaria una attività di concentrazione nel rene.
– In presenza di ADH la quantità di acqua che diffonde al di fuori dei tubuli collettori dipende unicamente dal volume di liquido che fluisce attraverso di essi e non dalla loro permeabilità osmotica.
– Pertanto,qualora il flusso del liquido che attraversa la porzione midollare dei tubuli collettori sia ridotto,come nelle situazioni di idropenia,solo piccole quantità d’acqua possono diffondere attraverso le loro pareti.

 

 

Attività di diluizione dei reni

 

L’osmolarità dell‘interstizio della midollare è minore in assenza di ADH piuttosto che in presenza di ADH. Il liquido che provenendo dal tratto ascendente dell’ansa di Henle penetra nel tubulo contorto distale è ipotonico,cosa che accade anche in presenza di ADH ,ma dal momento che in assenza di ADH solo piccole quantità d’acqua diffondono nell’interstizio,il liquido si mantiene ipotonico nel percorrere il tubulo contorto distale ed i tubuli collettori.
L’effetto finale è la produzione di una urina ipotonica.
La permeabilità dell’epitelio dei tubuli collettori nei riguardi dell‘urea diminuisce in assenza di ADH.
Per questo motivo non si rinvengono elevate concentrazioni di urea nella midollare del rene durante l’attività di diluizione.
Il flusso ematico nelle parti più interne della midollare è maggiore in presenza di ADH,in questo modo si ha un‘ulteriore perdita di soluto che concorre alla diminuzione dell’osmolarità dell‘interstizio della midollare.
La bassa osmolarità della midollare che si osserva nella diuresi d’acqua,è dovuta in larga misura alla maggiore quantità d’acqua che passa dai tubuli collettori nell’interstizio.
Un simile fatto può apparire paradossale se si pensa alla minore permeabilità all’acqua dei tubuli collettori in assenza di ADH,ma è il risultato che si ottiene dalla maggiore quantità d’acqua che attraversa i tubuli collettori nella situazione di diuresi osmotica.
In assenza di ADH la perdita di acqua che diffonde dai tubuli collettori è limitata unicamente dalla permeabilità dell’epitelio; in presenza di ADH ,è limitata dalla velocità del flusso urinario.

 

DIABETE INSIPITO

 

FUNZIONE ERITROPOIETICA DEL RENE

 

 

 

Il rene partecipa alla funzione eritropoietica . Stati di anemia di varia gravità possono comparire in casi si insufficienza renale cronica,mentre i tomori del rene possono accompagnarsi ad eritrocitosi.
Il rene ha una funzione importante nel produrre o nell’attivare un fattore stimolante l’eritropoiesi (FSE o eritropoietina) circolante. Questa sostanza è stata identificata come una glicoproteina con un peso molecolare di 45.800.
1) Secondo un’ipotesi,il rene produce un precursore del FSE ,il quale si combina con una proteina sierica dando origine alla forma funzionalmente attiva del FSE.
2) Secondo un’altra ipotesi,il rene produce un fattore di natura enzimatica ,il fattore eritropoietico renale (FER o eritrogenina), il quale agisce su di un precursore plasmatico (proFSE o eritropoietinogeno) trasformandolo in FSE.

La distribuzione dell’eritrogenina osservata nel parenchima renale rende probabile l’ipotesi di un’origine tubulare di questa sostanza.
La concentrazione della eritrogenina (FER) all’interno del parenchima renale sembra dipendere dalla tensione di ossigeno nel sangue che giunge a quest’organo.
L‘ipossia è il più importante stimolo eritrocitogenico che provoca nel rene la produzione e la liberazione di eritrogenina. Tale sostanza,una volta giunta in circolo,agisce su di un substrato,il proFSE,con produzione di FSE.
L’eritrogenina e il FSE non possiedono alcuna attività vasopressoria.

 

Meccanismi a feedback

 

Agiscono controllando la produzione e/o l’attività dei substrati nel plasma: la eritrogenina renale e il FSE .
La somministrazione del FSE esogeno,in condizioni di ipossia,provoca una diminuzione della quantità di proFSE plasmatico ed inibisce quegli aumenti della concentrazione del FSE endogeno che normalmente caratterizzano le suddette condizioni.
La produzione del FSE è dunque regolata da un meccanismo a feedback negativo.
Un’altro meccanismo di regolazione potrebbe essere presente dal momento che,nel tessuto renale,è stata trovata una sostanza in grado di inibire il FSE.
Un’ulteriore attività di controllo sulla produzione del FER è svolta dal rifornimento di ossigeno che giunge al rene.
I livelli renali di eritrogenina aumentano quando minori quantità di ossigeno giungono al rene e diminuiscono quando vi è notevole disponibilità di ossigeno.

 

Attività di altri ormoni

 

Vi sono altre ghiandole che producono ormoni che intervengono nella formazione di globuli rossi.
Gli ormoni androgeni e tiroidei stimolano la eritropoiesi e questa stimolazione si svolge,almeno in parte,attraverso l’aumento della produzione del FSE. Ciò a sua volta è secondario ad un aumento della produzione di eritrogenina.
D’altra parte ,la depressione dell’eritropoiesi causata dagli estrogeni è dovuta ad un effetto inibitore sul substrato plasmatico dell’eritrogenina e ad una diminuita capacità del tessuto eritropoietico di rispondere allo stimolo del FSE.
Quegli ormoni che influenzano l’attività eritropoietica agiscono solo in parte variando il livello plasmatico del FSE,mentre la loro azione è principalmente diretta a variare la formazione dell’eritrogenina o del substrato plasmatico.
L’eritrogenina e il substarto plasmatico possono variare anche contemporaneamente.
Detreminati tipi di discrasia dell’eritropoiesi sarebbero conseguenti ad alterazioni della quantità e dell’attività dei tre componenti del sistema FSE.

 

Eritropoietina

 

– L’eritropoietina ,nota ai più con la sigla EPO, è un ormone glicoproteico che regola la produzione di Gloobuli Rossi (eritropoiesi). Viene sintetizzata soprattutto dalle cellule del rene e in piccola parte dal fegato.
– L’utilizzo dell’eritropoietina in campo medico permette di curare alcuni tipi di anemie, come quella dovuta ad insufficenza renale cronica.
– Dopo essere stata immessa in circolo l’eritropoietina interagisce con specifici recettori (Epor) presenti nel midollo osseo, il più importane organo emopoietico nell’adulto. In particolare il legame eritropoietina-recettore innesca una serie di processi che portano alla formazione di nuovi globuli rossi.
– Gli eritrociti sono le cellule più numerose del sangue: circa 4-6 milioni per millimetro cubo. Sono privi di nucleo per lasciare più spazio all’emoglobina, una proteina in grado di fissare e trasportare l’ossigeno alle cellule, caricandosi una parte dell’anidride carbonica ed eliminandola nei polmoni.
– Se i tessuti non ricevono abbastanza ossigeno i reni aumentano la secrezione di reitropoietina e viceversa. Anche il testosterone e gli ormoni tiroidei intervengono in questo processo di sintesi.
– I livelli normali di eritropoietina nel sangue sono circa 2-25 mU/ml, ma possono umentare di 100-1000 volte come risposta all’ipossia.

 

Eritropoietina sintetica
L’EPO può essere sintetizzata in laboratorio sfruttando la tecnica del DNA ricombinante. Questo metodo, abbastanza recente ma costoso, permette di estrarre un gene specifico dal DNA di una cellula e di inserirlo in un’altra cellula che produrrà grandi quantità pure della sostanza codificata da quel gene (in questo caso l’epo).
L’eritropoietina prodotta in laboratorio non è in grado di selezionare solo le cellule funzionanti, di conseguenza in seguito alla sua somministrazione vengono sintetizzate e immesse in circolo anche cellule imperfette con un maggior rischio di patologie ematiche e tumorali (leucemie).
Ma occorre fare attenzione perchè l’aumento dei globuli rossi diminuisce la fluidità del sangue, aumentando la parte solida (ematocrito).
Questo aumento di viscosità causa ipertensione e facilita la formazione di trombi che occludono i vasi sanguigni (trombosi). Tale rischio aumenta notevolmente in caso di disidratazione,come avviene generalmente nelle gare di durata (ciclismo).
Fra gli effetti collaterali rientrano anche: aritmie cardiache,morte improvvisa,ictus.

 

ENZIMOLOGIA DEL NEFRONE

 

 

 

Gli enzimi catalizzano molte delle reazioni cellulari implicate nei processi fisiologici di riassorbimento e di secrezione dei tubuli renali.
La conoscenza della distribuzione quantitativa degli enzimi nelle varie parti anatomiche e funzionali del nefrone appare indispensabile per comprendere appieno la funzione renale ede in particolare la formazione dell’urina . Il riscontro nell’urina o nel sangue di alcuni di questi enzimi è inoltre importante nella diagnosi di lesioni renali recenti a carico di strutture specifiche del nefrone.
L’attività enzimatica nel nefrone è maggiore nei tubuli convoluti prossimale e distale con una sola eccezione: l’attività della glucosio-6-fosfatodeidrogenasi (G-6-PDH) è leggermente superiore nei glomeruli che non nei tubuli contorti distali.

 

Formazione dell’ammoniaca

 

La glutamina plasmatica è il più importante precursore dell’ammoniaca urinaria e fornisce sia l’amide che l’azoto aminico per la formazione di ammoniaca.
La glutaminasi I ,attivata ad opera del fosfato ,scinde la glutamina in ammoniaca (NH) e glutamato.
La glutaminasi II attivata dal piruvato o da un altro 2-ossi-acido,idrolizza il legame amidico dopo che l’amino gruppo è stato trasferito al 2-ossi-acido.
Se l’acido che riceve il gruppo aminico è il 2-ossi-glutarato si forma glutamato.
Questo glutamato assieme a quello generato dalla glutaminasi l può venire deaminato ad opera della glutamato deidrogenasi (GLDH).

Sembra che la maggior parte dell’ammoniaca venga secreta nel lume a livello dei tubuli contorti della sostanza corticale.
La sostanza midollare e la papilla renale hanno una scarsa importanza nella produzione di ammoniaca .

 

Escrezione di ioni idrogeno

 

L’escrezione di ioni idrogeno deve essere contemporanea all’escrezione di ammoniaca in modo tale da formare ioni ammonio (NH4+) non diffusibili e prevenire una diffusione a ritroso dell’ammoniaca.
L’anidrasi carbonica (CA) ,che catalizza la reazione reversibile

CO2 + H2O <> H2CO3 <> H+ + HCO3-

è l’enzima chiave nell’escrezione sia degli ioni idrogeno (H+) che degli ioni ammonio (NH4+);
è inoltre l’enzima chiave nei processi di riassorbimento del bicarbonato .
Tale enzima genera H+ all’interno delle cellule ed è probabilmente presente nel citoplasma di tutte le cellule dei tubuli.
Gli ioni H+ sono poi secreti nel liquido tubulare attraverso processi che implicano uno scambio con ioni sodio forniti dal bicarbonato di sodio (Na HCO3).
In tal modo si forma acido carbonico (H2CO3).
La deidratazione dell’acido carbonico catalizzata dall’anidrasi carbonica,che si ritiene essere presente anche nella porzione di membrana rivolta verso il lume nelle cellule del tubulo prossimale ,implica un riassorbimento di CO2 .
E’ nei tubuli collettori che si riscontrano le più significative diminuzioni dei valori del pH.
La transaminasi glutamico ossalacetica (GOT) e la transaminasi glutamico piruvica (GPT) concorrono alla produzione di ammoniaca attraverso la reazione della GLDH.

 

Alterazione della funzione dei tubuli renali

 

1) Acidosi tubulare renale e sindrome di Lowe

 

I pazienti con acidosi tubulare renale e con sindrome di Lowe (sindrome oculo-cerebro-renale) hanno alterazioni della capacità di eliminare urina acida e di secernere ammoniaca.
Dal momento che l’attività della CA,delle glutaminasi e della GLDH è normale nei reni dei pazienti che soffrono di questi disturbi,l’alterata escrezione di ioni idrogeno e di ammoniaca non è dovuta ad un deficit di tali enzimi. Questa possibilità non deve però essere esclusa,dal momento che in qualche modo l’attività enzimatica è inibita in vivo.

 

2) Nefropatia ipocalemica

 

Nel tubulo prossimale è stato riscontrato un aumento di attività della lattico deidrogenasi (LDH),con valori doppi rispetto alla norma . Tale fatto può essere spiegato dalle alterazioni morfologiche che si osservano nei mitocondri delle cellule dei tubuli prossimali,le quali potrebbero essere associate ad una diminuzione dell’attività di fosforilazione ossidativa, un processo aerobio che si svolge attraverso il ciclo dell’acido citrico e la catena di citocromi per il trasporto degli elettroni.
Si rende necessario a questo punto un processo alternativo di sintesi dell’adenosintrifosfato (ATP) che si identifica con il meccanismo della glicolisi anaerobica.
Una sequenza importante di questa via metabolica richiede la presenza di nicotinamide adenin dinucleotide (NAD),un coenzima essenziale per la formazione di legami fosforici ad elevata energia.
La prima reazione della sequenza che porterà alla formazione di due molecole di ATP per ciascun frammento a tre atomi di carbonio ,in cui viene suddivisa la molecola di glucosio ,richiede il NAD come coenzima:

gliceraldeide-3-fosfato + Pi + NAD+
<> 1,3 difosfoglicerato + NADH + H+

La seconda reazione provvede alla defosforilazione enzimatica dell’ 1,3 difosfoglicerato:

1,3-difosfoglicerato + ADP
<> 3 fosfoglicerato + ATP

La disponibilità del NAD è perciò fondamentale per il prosieguo delle reazioni della via metabolica glicolitica.
La mancanza di NAD può essere evitata dalla riduzione del piruvato a lattato ,una reazione catalizzata dalla LDH che riforma NAD:

piruvato + NADH + H+ LDH <>
lattato + NAD+

La glicolisi può in tal modo procedere anche in condizioni di anaerobiosi ed in tal senso può essere spiegato l’aumento di attività della LDH.

 

 

 

Il rene come fonte di enzimi nell’urina e nel siero

 

Il parenchima renale è la principale fonte di quegli enzimi riscontrabili nell’urina. L’elevata attività di molti enzimi nelle cellule dei tratti prossimale e distale del tubulo ed il notevole volume occupato dai tratti contorti del tubulo depongono a favore di un’origine principalmente corticale degli enzimi renali riscontrati nell’urina,per lo meno in condizioni fisiologiche. In effetti ,il rapporto fra i vari isoenzimi-LDH nell’urina normale ,che contiene soprattutto LDH-1,è molto simile a quello riscontrabile nei tubuli contorti.
Non si conosce tuttavia in quale misura il rene contribuisca ai normali livelli enzimatici nel siero. Dal momento che quest’organo è relativamente piccolo e che alcuni enzimi renali sono costantemente eliminati nell’urina ,la quantità di enzimi liberata nel flusso ematico è probabilmente piccola. A differenza della situazione riscontrabile in pazienti con lesioni a carico del fegato,del cuore o di altri organi,nella patologia del rene non ha grande importanza la diagnosi fondata sul riscontro di particolari enzimi nel siero.
L’infarto renale sembra essere l’unica condizione nella quale gli enzimi del rene sono liberati nel sangue in quantità tali da consentire una diagnosi ed il rapporto tra le forme isoenzimatiche LDH suggerisce che gli enzimi originano principalmente nella corticale del rene.
REGOLAZIONE DELL’EQUILIBRIO ACIDO-BASE (EAB)

 

L’espressione equilibrio acido-base, in biologia, indica l’insieme dei processi fisiologici che l’organismo mette in atto per mantenere al suo interno un livello di acidità compatibile con lo svolgimento delle principali funzioni metaboliche. Grazie a questi processi, il pH del sangue è normalmente mantenuto su valori compresi tra 7,35 e 7,45.
– Molte reazioni chimiche sono influenzate dall’acidità della soluzione in cui esse avvengono. Affinché una reazione possa avvenire, o possa avvenire con una determinata velocità si deve controllare il pH al quale la reazione avviene. Tale controllo è esercitato dalle soluzioni tampone che hanno la caratteristica di opporsi a drastiche variazioni di pH.

– Acidi,sono sostanze che liberano Ioni H+ quando sono in soluzione acquosa
– Basi: sono sostanze che liberano ioni OH-
– pH: misura il grado do acidità su una scala che va da 0 a 14. Il pH si definisce come il logaritmo negativo in base 10 della concentrazione di ioni idrogeno libero in moli per litro.

– Nell’acqua pura la quantità di protoni H+ (il protone è una particella dotata di carica elettrica positiva)è perfettamente pari e bilanciata da  quella degli Anioni OH- ( l’anione è una specie chimica,formata da uno o più atomi, che ha acquistato uno o più elettroni,i quali possiedono una carica elettrica

negativa,diventando quindi uno ione negativo) per cui il pH dell’acqua pura é:
pH = -log10 10^-7 ossia 7.
Considerando che il pH è una misura logaritmica,piccole variazioni di pH corrispondono a grosse variazioni nella concentrazione idrogenionica

– pH da 7 a 1 (acido)
Se in una soluzione prevalgono gli ioni H+ (per aggiunta di acidi o sottrazione di basi) essa diventerà acida ed il suo pH si abbasserà a valori che vanno da meno di 7 a 1.
– pH da 7 a 14 (basico)
Al contrario, il prevalere degli ioni OH- ed il diminuire dei protoni H+ comporterà la reazione basica (o alcalina) della soluzione, con un innalzamento del pH verso valori che andranno da più di 7 a 14.
– Attività enzimatiche
Negli organismi viventi è fondamentale che il pH delle cellule e dei fluidi extracellulari venga mantenuto in un range ristretto,poichè l’attività degli enzimi
è notevolmente influenzata dal pH che deve esere mantenuto fra 7,35 e 7,45.
– Distretti corporei
Nella maggior parte dei distretti corporei,il pH è leggermente alcalino (7.4)
– Stomaco
nello stomaco vi è un pH acido che facilita l’azione di alcuni enzimi digestivi
– Duodeno e prima parte del digiuno
in essi agiscono gli enzimi pancreatici e quindi vi è un pH alcalino
– Lisosomi
dove agiscono le idrolasi acide,il pH è fortemente acido e questo può considerarsi un meccanismo di protezione per ridurre l’attività enzimatica delle idrolasi
lisosomiali in altri compartimenti subcellulari.

– Organismo umano
L’organismo umano è costituito in massima parte da acqua,in cui sono disciolte varie sostanze,la maggiore o minore acidità di una soluzione è determinata dalla concentrazione degli Ioni idrogeno H+ (o protoni idrogeno) in essa disciolti.
Questi ioni si legano alle molecole d’acqua H2O formando ioni idronio H3O⁺.
La misurazione della concentrazione degli ioni idronio consente pertanto di valutare il grado di acidità della soluzione. Per semplificare i calcoli si utilizza come valore Il pH.

 

 

Meccanismi tampone

 

Le principali alterazioni del pH arterioso corrispondono a 4 quadri ben definiti:

 

1) Acidosi (metabolica o respiratoria)

 

La glicolisi
La glicolisi è la principale via metabolica del glucosio. La glicolisi aerobia permette la produzione di maggiori quantità di energia rispetto alla glicolisi anaerobia ed è quindi una via metabolica preferenziale. Tuttavia,anche in individui sani,ad esempio i muscoli quando sono chiamati ad effettuare uno sforzo improvviso ed intenso,effettuano un metabolismo anaerobio che consente di produrre minor quantità di energia e determina la produzione di acido lattico.
In alcune condizioni patologiche si verifica un incremento della glicolisi anaerobia e quindi della produzione di lattato da parte di alcuni tessuti,causando acidosi metabolica.

 

Ciclo di Cori
Una parte di acido lattico prodotta dal metabolismo anaerobico del muscolo,attraverso il circolo

sanguigno raggiunge ed è assorbita dalle cellule epatiche,nel fegato l’acido lattico è trasformato in acido piruvico e attraverso la gluconeogenesi,in glucosio che viene immesso nel sangue ed in parte è utilizzato dal muscolo.
Quindi si realizza il ciclo di Cori in cui il muscolo,in condizioni di anaerobiosi converte il glucosio in acido lattico e il fegato riconverte il lattato in glucosio.
Quindi ai fini dell’equilibrio acido-base,il ciclo di Cori contribuisce quindi a ridurre l’acidosi causata dal lattato.
Nelle malattie epatiche in cui il ciclo di Cori si riduce,è possibile che si sviluppi acidosi metabolica.

 

Beta ossidazione e Chetogenesi
Muscoli e cuore
Quando la disponibilità di glucosio si riduce (per esempio nel digiuno prolungato) dal tessuto adiposo vengono immessi in circolo gli acidi grassi.

Essi sono metabolizzati attraverso la beta-ossidazione (che produce acetilCoA e quindi energia). Muscoli e cuore svolgono un intenso metabolismo b-ossidativo e sono in grado di produrre energia anche in condizioni di scarsa disponibilità di glucosio.
Fegato
Il fegato che ha scarse necessità di energia effettua la beta ossidazione e converte l’acetilCoA in corpi chetonici ( acetoacetato e b-idrossibutirrato ).
Barriera emato-encefalica
Gli acidi grassi non superano la barriera emato-encefalica. L’acetoacetato e il b-idrossibutirrato immessi

in circolo,superano la barriera ematoencefalica e raggiungono le cellule cerebrali che sono in grado di ritrasformarli in AcetilCoA e quindi rifornirsi di energia attraverso il Ciclo di Krebs. Quindi la produzione di corpi chetonici è un meccanismo di salvaguardia metabolica per le cellule cerebrali. Tuttavia i corpi chetonici concorrono alla produzione metabolica di acidi . La produzione di corpi chetonici avviene anche in condizioni normali.
Tuttavia aumenta in alcune condizioni patologiche (diabete,assunzione cronica di etanolo) causando acidosi metabolica.

 

Basi azotate
Il catabolismo delle basi puriniche determina la produzione di acido urico,che soltanto in parte viene riutilizzato attraverso una via di recupero.

Quindi,in condizioni normali,anche il catabolismo delle basi azotate concorre alla produzione di acidi.
Questa via metabolica si intensifica in alcune patologie (come ad esempio nelle neoplasie,dove la

rapida duplicazione cellulare richiede la sintesi ed il catabolismo continuo di acidi nucleici e quindi di basi azotate) e può essere causa di acidosi metabolica.

 

Catabolismo degli aminoacidi solforati
Dal catabolismo degli aminoacidi solforati (metionina,cisteina) si ottiene acido solforico che concorre alla produzione fisiologica di acidi.

2) Alcalosi (metabolica e respiratoria)

In molti casi,2 o addirittura 3 alterazioni possono coesistere.

 

 

– Tamponi
Nei liquidi corporei sono presenti sostanze che fungono da tampone,che hanno un comportamento anfotero

(un anfotero è una sostanza che può manifestare sia un comportamento acido,sia basico),tamponando aggiunte di acidi e anche di basi.
Questo sistema è il meno efficace a disposizione del corpo,ma in assoluto il più rapido.
– Il compenso renale è lento e tende ad eliminare gli H+ in eccesso.
– Il compenso polmonare è rapido e per eliminare la CO2 in eccesso,aumenta la frequenza respiratoria. Questo sistema è regolato dai chemocettori che registrano la variazione di pH e l’aumento di pressione parziale di CO2 (pCO2) che stimolano i centri respiratori.
L’attività di diversi e specifici meccanismi tampone provvede a mantenere una stabile concentrazione di ioni idrogeno nei compartimenti liquidi del corpo. Senza essi i liquidi nel corpo diverrebbero sempre più acidi a causa della continua formazione di acidi forti, particolarmente acido fosforico e acido solforico ,durante il metabolismo dei fosfolipidi e delle proteine.
La formazione di acidi costituisce una minaccia continua al mantenimento del pH del liquido extracellulare nei ristretti limiti compresi tra 7,34 e 7,45.
D’altra parte vi sono anche meccanismi che proteggono l’organismo dal pericolo di un’eccessiva alcalinizzazione dei suoi compartimenti liquidi.
Tre sono i meccanismi che operano a salvaguardia del mantenimento di un opportuno pH nei liquidi corporei.

 

1) Il primo ad intervenire in seguito a variazioni dell’equilibrio acido-base è un sistema tampone di tipo chimico presente nei liquidi e nei tessuti; questo sistema neutralizza gli acidi e le basi di origine endogena ed esogena .

 

2) Una seconda linea di difesa è rappresentata dal sistema respiratorio, i polmoni rappresentano la principale via di eliminazione dell’anidride carbonica, un acido che è tra i più importanti prodotti finali del metabolismo. il controllo della pCO2 attraverso la respirazione è inoltre di primaria importanza nel determinare il rapporto tra bicarbonato e acido carbonico,uno dei fattori decisivi nello stabilire il pH extracellulare.

 

3) Il terzo meccanismo di difesa è l’eliminazione renale di acidi non volatili e di basi,questo è il più tardivo,ma non per questo,il meno importante nel contesto dei meccanismi di mantenimento del pH normale.
Il rene è responsabile dell’escrezione di quegli acidi e di quelle basi che sono in eccesso ,così come del mantenimento di un opportuno livello di ioni bicarbonato; provvede inoltre ,in notevole misura alla conservazione delle riserve di sostanze tampone ed al mantenimento della capacità dei liquidi corporei di reagire in maniera ottimale.

 

 

Sistemi tampone di tipo chimico

 

1) Le proteine circolanti del plasma sono le prime ad intervenire con un’azione tampone qualora un acido ,di origine endogena od esogena ,sia presente nel liquido extracellulare.

 

2) Il secondo sistema tampone comporta l’intervento del bicarbonato presente nel compartimento extracellulare,con conseguente diminuzione,di notevole grado e rapidità,della concentrazione di bicarbonato. Se l’acido penetra all’interno delle cellule entra in azione il terzo meccanismo.

 

3) Questo meccanismo implica uno scambio di ioni cloro extracellulari con il bicarbonato intracellulare.

 

4) L’ultimo ma non per questo meno importante meccanismo ,è l’attività di tamponamento di un acido nel compartimento extracellulare attraverso uno scambio di ioni sodio e potassio intracellulari con ioni idrogeno extracellulari; in questa reazione,le proteine ed i fosfati intracellulari partecipano al tamponamento degli ioni idrogeno che penetrano all’interno delle cellule.
Negli stati di acidosi,specie se di tipo cronico,una parte del sodio scambiato con il potassio è di origine ossea.
L’effetto dell’interazione fra idrogeno extracellulare e cationi di origine cellulare ed ossea è un aumento della capacità tampone a prezzo di un aumento della concentrazione di ioni idrogeno all’interno di strutture che non siano liquidi extracellulari facilmente diffusibili. Lo scambio di ioni che avviene tra il compartimento liquido extracellulare e le riserve tampone intracellulari comporta l’intervento di tre ioni in particolare : sodio, potassio e idrogeno.
Esso inoltre partecipa all’attività tampone nelle situazioni di alcalosi metabolica e nelle alterazioni
dell’equilibrio acido-base di origine respiratoria.

 

Attività dell’apparato respiratorio

 

Il sistema tampone bicarbonato-acido carbonico è un sistema singolare dal punto di vista fisiologico dal momento che le concentrazioni dei due componenti sottostanno a due sistemi di controllo differenti: la concentrazione di bicarbonato è sotto il controllo del rene,mentre la concentrazione di acido carbonico (pCO2) è soggetta al controllo del sistema respiratorio.
All’interno dei vari sistemi tampone presenti nei liquidi corporei,le concentrazioni di questi due componenti determinano il pH secondo l’equazione di Henderson-Hasselbach:

 

pH = pK + log. bicarbonato /acido carbonico

 

Il sistema respiratorio (i polmoni e quelle parti del sistema nervoso centrale che agiscono come recettori delle variazioni della pCO2 extracellulare) provvede all’eliminazione dell’anidride carbonica formatasi nei processi metabolici.
Nell’adulto normale,tali processi generano 13.000 mEq di acido carbonico al giorno.
Se non esistesse una simile “valvola di sicurezza” del CO2 (H2CO3 <> H2O + CO2),si svilupperebbe una intensa acidosi respiratoria .
Possiamo notare come un aumento della pCO2 stimoli la ventilazione polmonare ,mentre una diminuzione della pCO2 la deprima.
Tali immediate risposte a variazioni della tensione dei gas nel sangue sono coordinate da un sistema di controllo della respirazione che comprende alcune parti del tronco cerebrale (recettori chemiosensibili) e quelle parti

dell’apparato neuro-muscolare che provvedono ai movimenti della respirazione. Il mantenimento di una pCO2 normale (40 mmHg) e l’effetto di stimolo sulla respirazione dei bassi valori di pH dei liquidi corporei intervengono nell’attività di regolazione dell’equilibrio acido-base.
La pCO2 subisce infatti un iniziale aumento qualora un acido forte reagisca con il bicarbonato extracellulare. Tale reazione comporta l’aumento della liberazione di CO2 :

 

NaHCO3 + HCl <> NaCl + H2CO3
H2CO3 <> H2O + CO2

 

La conseguente eliminazione di CO2 in eccesso,così come la riduzione della pCO2 a valori inferiori alla norma (la respirazione è stimolata da un basso valore di pH) compensano in parte l’acidosi.
Dopo l’eventuale diminuzione della pCO2 entrano in azione meccanismi fisiologici di compenso,grazie ai quali,il rapporto bicarbonato/acido carbonico ritorna nella norma.
Fattori renali

 

Le cellule epiteliali dei tubuli renali hanno la capacità di secernere ioni idrogeno nel lume dei tubuli. Questa attività è di fondamentale importanza nei riguardi di tre meccanismi renali che provvedono al mantenimento di un pH normale nei liquidi corporei: il riassorbimento di bicarbonato,l’escrezione di acidi titolabili,la secrezione di ammoniaca.
Sia nell’escrezione di acidi titolabili sia nella secrezione di ammoniaca,il processo di secrezione di ioni idrogeno determina una netta escrezione di acidi. Tale escrezione è nell’uomo dell’ordine di 50-70 mEq al giorno. Per contro,il processo di riassorbimento del bicarbonato,seppure dipendente dalla secrezione di ioni idrogeno,non coinvolge l’equilibrio acido-base; gli ioni idrogeno non sono perduti nè aggiunti ai liquidi corporei. Tuttavia il riassorbimento del bicarbonato,favorito dall’enzima anidrasi carbonica (CA), determina il recupero di oltre il 99% del bicarbonato filtrato,impedendo la perdita di una base tampone così importante.
Il valore della secrezione tubulare di ioni idrogeno,che determina il riassorbimento del bicarbonato ,l’escrezione di acidi titolabili e la secrezione di ammoniaca,dipende dalle concentrazioni del bicarbonato e dei tamponi

non costituiti da bicarbonato nel nefrone e dalla situazione generale acido-base dell’organismo.
Il riassorbimento tubulare del bicarbonato dipende inoltre dalla pCO2 del sangue arterioso.
Tale attività infatti,aumenta in presenza di una elevata pCO2 arteriosa,mentre è ridotta da una diminuzione della pCO2 arteriosa.
Le variazioni della pCO2 normale probabilmente regolano il trasporto renale del bicarbonato attraverso cambiamenti della concentrazione intracellulare di ioni idrogeno.
Un aumento della pCO2 nei liquidi extracellulari si associa ad un aumento proporzionale della pCO2 all’interno delle cellule dei tubuli.Tale aumento,a sua volta,accelera il processo di formazione dell’acido carbonico,determinando un aumento degli ioni idrogeno intracellulari,che sono il supporto per il riassorbimento del bicarbonato.
Per contro,una diminuzione della pCO2 extracellulare determina una riduzione del riassorbimento tubulare del bicarbonato.Queste risposte alle variazioni della pCO2 arteriosa sono importanti per l’attività renale di compenso dell’acidosi e dell’alcalosi respiratoria primaria.
Negli stati di ritenzione di CO2 ,ad esempio nell’acidosi respiratoria ,la concentrazione di bicarbonato extracellulare aumenta per compensare lo stato di acidosi.
L’aumento della concentrazione di bicarbonato nell’acidosi respiratoria è dovuto all’inizio,in misura considerevole a meccanismi extrarenali (scambio sodio-idrogeno e potassio-idrogeno tra compartimenti liquidi intracellulari ed extracellulari).
Tuttavia questa variazione della concentrazione extracellulare del bicarbonato è fondamentalmente dovuta ad un aumento dell’attività di riassorbimento renale del bicarbonato.
Nell’alcalosi respiratoria, in modo particolare se di natura cronica,la concentrazione plasmatica del bicarbonato diminuisce come conseguenza del diminuito riassorbimento . Sebbene non si raggiunga una situazione di compenso assoluto,la diminuzione del livello plasmatico del bicarbonato concorre al ripristino di un rapporto bicarbonato/acidocarbonico prossimo alla norma.Il riassorbimento del bicarbonato è inoltre sensibile a variazioni della quantità del potassio presente nel corpo umano.
La deplezione di potassio accelera il processo di secrezione degli ioni idrogeno,mentre un eccesso di potassio fa diminuire la secrezione di ioni idrogeno ed il riassorbimento del bicarbonato.
Trasporto e tamponamento della anidride carbonica

 

L’emoglobina ha un ruolo fondamentale nel trasporto ematico dell’ossigeno e dell’anidride carbonica. All’interno dei capillari periferici la deossigenazione dell’emoglobina (pO2 relativamente bassa) avviene contemporaneamente alla liberazione,da parte dei tessuti,del CO2 prodotto durante il metabolismo.
Di conseguenza la pCO2 del plasma e dei globuli rossi è elevata. Il 10% circa della pCO2 è di solito tamponata nel plasma con formazione di bicarbonato,oppure mediante combinazione con le proteine.

La parte rimanente,seguendo un gradiente di concentrazionene,diffonde all’interno degli eritrociti. Dell’anidride carbonica che penetra all’interno degli eritrociti,poco meno di un terzo si combina direttamente con l’emoglobina (HHb) con formazione di carbamino emoglobina (HHbCO2). I rimanenti due terzi sono tamponati dall’emoglobina attraverso una serie di reazioni specifiche e dipendenti da enzimi. Sono interessate le seguenti due reazioni:

 

 

CACO2 + H2O <> HCO3- + H+
Hb + H+ + HCO3- <> HHB + HCO3-

 

La velocità con cui avviene la prima reazione è aumentata dalla presenza dell’enzima anidrasi carbonica (CA). Questo enzima è presente negli eritrociti in elevate concentrazioni,ma manca nel plasma . La sua funzione principale è di catalizzare la sequenza di reazioni con cui l’acido carbonico viene tamponato nel breve tempo in cui il sangue venoso permane nei capillari dei tessuti.
Il grado di ossigenazione determina anche l’efficienza della capacità tampone del sistema emoglobina-ossiemoglobina.
L’emoglobina ridotta (HHb) è un acido più debole dell’emoglobina ossigenata (HHbO) ,quindi l’esposizione di emoglobina ossigenata ad un ambiente con una pO2 bassa,come accade nei tessuti periferici,promuove il rilascio dell’ossigeno,la parziale conversione dell’ossiemoglobina in emoglobina ridotta e un conseguente aumento della capacità tampone .
Il richiamo di ioni idrogeno ad opera dell’emoglobina (con conseguente più rapida formazione di bicarbonato) determina il formarsi di un gradiente di concentrazione degli ioni bicarbonato tra globuli rossi e plasma.
A causa della bassa permeabilità della membrana eritrocitaria ai cationi,la diffusione del bicarbonato avviene solo se sufficienti quantità di ioni cloro sono disponibili per essere scambiate con gli ioni bicarbonato.
Lo “spostamento del cloro” è reso possibile dall’elevata permeabilità al cloro delle membrane dei globuli rossi ed è indispensabile per mantenere l’elettroneutralità all’interno del compartimento cellulare degli eritrociti.
Nei capillari polmonari avvengono reazioni inverse rispetto alle reazioni all’interno dei capillari degli altri tessuti. L’esposizione dell’emoglobina alle tensioni dei gas dell’aria alveolare (pO2 relativamente elevata ,pCO2 bassa) favorisce la diffusione di CO2 dagli eritrociti e dal plasma verso il compertimento gassoso alveolare. Allo stesso tempo l’ossigeno diffonde all’interno degli eritrociti,trasformando l’emoglobina ridotta,acido debole,in emoglobina ossigenata ,acido forte.
La liberazione e la diffusione dell’anidride carbonica al di fuori delle cellule avviene attraverso la formazione di acido carbonico. La direzione dello spostamento del cloro cambia quando il bicarbonato penetra nelle cellule per tamponare gli ioni idrogeno rilasciati dallossiemoglobina più acida.
La reazione dei carbamati,
RNCOO- + H+ <> RNH + CO2
è anch’essa spostata verso destra quando l’ossigenazione dell’emoglobina riduce la capacità di legare l’anidride carbonica.

 

 

 

Concetti teorici del riassorbimento del bicarbonato

 

La secrezione di ioni idrogeno rappresenta il meccanismo che sta alla base del riassorbimento del bicarbonato,così come accade per l’escrezione di acidi titolabili e la secrezione di ioni ammonio.
L’anidrasi carbonica ha un duplice ruolo a livello dell’epitelio del tubulo prossimale. Assicura una adeguata riserva di ioni idrogeno per i meccanismi di pompa che agiscono sulla porzione di membrana rivolta verso il lume, e previene l’eccessivo accumulo di acido carbonico all’interno del lume del tubulo prossimale. Grazie a quest’ultima azione,l’anidrasi carbonica determina una notevole riduzione del gradiente degli ioni idrogeno contro il quale deve procedere il trasporto.
La presenza di un significativo “disequilibrio del pH” a livello del tubulo prossimale dopo somministrazione di un inibitore della anidrasi carbonica indica che la secrezione di ioni idrogeno partecipa veramente ed è importante,al riassorbimento tubulare del bicarbonato.
Nel tubulo distale la situazione è differente ,a questo livello del tubulo è normalmente presente un “disequilibrio del pH” ed una tale situazione può essere corretta mediante infusioni di anidride carbonica. Queste osservazioni dimostrano come la secrezione di ioni idrogeno sia direttamente coinvolta nel riassorbimento del bicarbonato nel tubulo distale.
Quindi vi è un’importante differenza nel meccanismo di secrezione degli ioni idrogeno nelle due porzioni del nefrone: nel tubulo distale l’anidrasi carbonica non entra nel liquido del lume e non può dunque prevenire l’accumulo di eccessive quantità di acido carbonico. Di conseguenza,la secrezione di ioni idrogeno avviene contro un relativamente elevato gradiente di concentrazione.
Il “disequilibrio del pH” è dovuto a due fattori: la secrezione di ioni idrogeno ed il carico tubulare di bicarbonato. Se questi due parametri aumentano,si verificano condizioni che aumentano il “disequilibrio del pH”.

A livelli plasmatici di bicarbonato normali o elevati,la secrezione di ioni idrogeno provoca soprattutto il riassorbimento di bicarbonato e solo in piccola parte escrezione di acidi titolabili e di ammonio.
A livelli plasmatici inferiori alla norma,tutto il bicarbonato filtrato viene riassorbito,in modo tale da averne senpre in quantità ottimale all’interno dell’organismo.Se la concentrazione plasmatica del bicarbonato supera il livello soglia,il bicarbonato viene eliminato con l’urina.

Le quantità in eccesso vengono dunque secrete ed il livello plasmatico è mantenuto ai valori normali compresi tra 25 e 27 mEq/litro. Gli inibitori dell’anidrasi carbonica riducono in maniera significativa il riassorbimento del bicarbonato,provocando in tal modo un aumento della sua escrezione con l’urina. L’anidrasi carbonica ha quindi un ruolo fondamentale nel meccanismo di riassorbimento .

 

Escrezione di acidi titolabili

 

L’attività di scambio sodio-idrogeno può coinvolgere tamponi diversi dal bicarbonato,tra i quali il più importante è il tampone fosfato. Una secrezione netta di ioni idrogeno trasforma il fosfato filtrato nella forma bibasica,nella forma monobasica acida ,risultandone una netta escrezione acida. I fattori che determinano il grado di formazione di acidi titolabili sono: il valore dell’escrezione dei sistemi tampone e lo stato dell’equilibrio acido-base dell’organismo.
Un’aumentata formazione di acidi titolabili può quindi derivare da un aumento in assoluto del carico tubulare dei sistemi tampone o da un aumento relativo dovuto ad un diminuito carico,di bicarbonato,come accade negli stati di acidosi metabolica .
Il pK’ del sistema tampone è un altro fattore che agisce sulla formazione di acidi. Il gradiente di concentrazione transtubulare,in sfavore del quale avviene il trasporto di ioni idrogeno,è limitato da quei sistemi tampone con pK’ relativamente elevato,tra i quali il fosfato (pK':6,8) è il più efficace.
Una maggior quantità di ioni idrogeno può essere dunque tamponata ad opera del fosfato rispetto ai sistemi tampone con valori di pK’ più bassi,quali la creatinina (pK':4,97) oppure il paraamminouippurato (pK':3,83).
Nell’individuo in buona salute l’acido titolabile è rappresentato principalmente dal fosfato monobasico,la cui disponibilità è limitata dal valore di filtrazione glomerulare del sistema tampone del fosfato. Negli stati di acidosi prolungata un’ulteriore quantità di fosfato può essere mobilizzata dalle riserve nelle ossa.
Negli stati di acidosi conseguenti a diabete,un’ulteriore e più abbondante fonte di sistemi è costituita dal beta-idrossibutirrato,il quale concorre in misura notevole all’escrezione di acidi titolabili.

 

Secrezione di ammoniaca

 

L’ammoniaca è un sistema tampone sintetizzato dai tubuli renali a partire dall’amide e dalle nitrosammine della glutamina , Negli stati di bassa escrezione urinaria di sistemi tampone,la base NH3 è formata in quantità sempre maggiore nella sostanza corticale del rene.
L’ammoniaca è una base che diffonde facilmente attraverso la porzione di membrana cellulare rivolta verso il lume,nel quale è convertita in ione ammonio scarsamente permeabile (NH4+) ad opera del liquido tubulare acido.
La base NH3 è trattenuta nel liquido tubulare dopo conversione in ione ammonio che non è in grado di diffondere a ritroso nell’interno delle cellule in misura apprezzabile.
In tal modo si ha una utilizzazione diretta di energia che non viene spesa per trasferire NH3 dalla cellula al lume tubulare,ma soltanto per la sintesi di ammoniaca e per la formazione di gradienti di concentrazione di ioni idrogeno.
L’ammoniaca viene secreta sia nel tratto prossimale che in quello distale dei tubuli del rene .

 

 

 

Secrezione di ioni idrogeno

 

I differenti valori del pH lungo il nefrone indicano la quantità di secrezione totale di ioni idrogeno utilizzata per il riassorbimento del bicarbonato,la escrezione di acidi titolabili e la secrezione di ammonio. Il filtrato diventa sempre più acido lungo l’intero nefrone.
Al termine del tubulo contorto prossimale la concentrazione di bicarbonato all’interno del lume è diminuita a circa la metà del valore del filtrato glomerulare,si calcola che l’80-90% del bicarbonato filtrato sia riassorbito in questa stessa porzione del nefrone.
La parte finale del processo di acidificazione dell’urina,avviene nei tubuli collettori ,dove si stabiliscono i più elevati gradienti di concentrazione di ioni idrogeno.
Gli ioni idrogeno possono essere secreti contro un gradiente di concentrazione dell’ordine di 1000:1,corrispondente ad un pH urinario attorno a 4,0-4,5.

 

 

 

 

 

Recupero di bicarbonato: ruolo dei globuli rossi

 

 

 

– H+,bicarbonato,CO2
ogni variazione di ioni idrogeno,bicarbonato o della anidride carbonica determinano una variazione del pH che dovrà essere corretta dai vari sistemi tampone dell’organismo.

– l’O2 (ossigeno) viene trasportato dai Polmoni ai tessuti dell’organismo,legato all’emoglobina nel sangue: HbO2

– Nel globulo rosso la CO2 è idratata (grazie all’anidrasi carbonica) ad acido carbonico H2CO3 che si dissocia spontaneamente a livello dei capillari polmonari in H+ e HCO3-

– Gli HCO3- ,detti ioni idrogenocarbonati,sono i vettori della CO2 ,trasportandola dai tessuti (muscoli,cuore,cervello ecc.) .
– questo si scinde in H+ che lega l’emoglobina (Hb) e in Ione bicarbonato HCO3- che viene rilasciato nel sangue e va a rifornire la coppia tampone.

– L’entrata della CO2 nei globuli rossi è favorita dal fatto che queste cellule non svolgono il ciclo di Krebs e quindi non producono CO2 endogena,quindi sono
disponibili ad acquisire CO2 dal sangue.
– La CO2 è eliminata dai polmoni con la respirazione
– I chemocettori avvertono la quantità di CO2 nel sangue e trasmettono il segnale ai centri superiori di controllo della ventilazione ,che aumentano la frequenza respiratoria.
– H2CO3 a livello polmonare si scinde in H2O che è recuperata e CO2 che è espirata

 

 

Recupero di bicarbonato: ruolo del rene

 

 

 

Il tubulo contorto prossimale contribuisce a recuperare il bicarbonato.
– una parte del bicarbonato del sangue viene filtrata a livello del glomerulo e passa nella preurina.
– Nel lume del tubulo,l’enzima anidrasi carbonica lega il bicarbonato ad uno ione H+ secreto dalla cellula tubulare,si forma acido carbonico,che si dissocia in H2O e CO2, questa entra nella cellula tubulare,lega una molecola d’acqua,e forma nuovamente acido carbonico che si dissocia in H+ e ione bicarbonato.
– Lo ione bicarbonato viene rilasciato nel sangue,andando a rifornire il tampone
– Lo ione H+ viene rilasciato nel lume

Anche questo meccanismo,come quello dei globuli rossi,non è in grado di opporsi a grosse acidosi,ma serve soltanto a recuperare una parte del bicarbonato filtrato dai glomeruli.
Infatti,anche se la cellula tubulare secerne idrogenioni H+ nel lume,questi non vengono di fatto eliminati dalle urine,ma vengono riassorbiti dalla cellula.
E infatti questo meccanismo non causa la riduzione del pH urinario.

 

 

Eliminazione di acidi attraverso le urine

 

 

 

Un secondo meccanismo adottato dalle cellule renali per contrastare la produzione metabolica di acidi,consiste nell‘eliminazione renale di acidi attraverso le urine.
– a livello del glomerulo vengono filtrati e passano in parte nella preurina gli
ioni negativi prodotti,grazie al loro basso pm:
ione lattato, nelle acidosi lattiche
ione acetoacetato nelle chetoacidosi e così via.
– Queste sostanze indicate come B- nella figura,si accoppiano ad uno ione H+ secreto dalla cellula tubulare,prossimale e distale e vengono eliminati con le urine.
– All’interno della cellula tubulare,la CO2 che deriva dal ciclo di Krebs lega una  molecola d’acqua,forma acido carbonico che si dissocia in H+ (secreto nel lume) e ione bicarbonato (che torna in circolo).

Questo meccanismo è più “potente” dei precedenti,poichè di fatto consente la reale eliminazione di acidi (il pH urinario scende) e permette di rifornire il tampone nel sangue di nuovo apporto di bicarbonato (non è un semplice recupero del bicarbonato filtrato come illustrato in precedenza).
Glutamminasi renale

 

– Il meccanismo di eliminazione degli acidi illustrato precedentemente,determina la riduzione del pH renale.
– Tuttavia il pH non può scendere oltre il valore soglia di 4.4 – 4.0.
– Quindi quando l‘acidosi metabolica è particolarmente intensa,occorre eliminare valenze acide senza determinare l’ulteriore riduzione del pH urinario.
– La cellula del tubulo contorto distale produce l‘enzima glutamminasi che catalizza la trasformazione di glutammina in acido glutammico,con il distacco di un gruppo NH3.
– L’ NH3 viene secreto nel lume tubulare e lega uno ione H+ (a sua volta secreto dalla cellula tubulare)
– Lo ione ammonio NH4⁺ che si forma è poco dissociato e ciò consente la reale  eliminazione di valenze acide,senza provocare ulteriori riduzioni del pH urinario.

 
VALORI DI RIFERIMENTO

 

 

pH normali = 7,35-7,45
PaCO2 = 35-45 mmHg
HCO3- = 22-26
Cl- sierico = 95-105 mEq/l
Na+ sierico = 135-145 mEq/l
K+ sierico = 3,3-4,9 mEq/l
Anion gap= Na+-(HCO3-+Cl-) = 12 +/-4
delta PaCO2 = PaCO2 attuale-PaCO2 di riferimento
delta HCO3- = HCO3- attuale – HCO3- di riferimento
delta anion gap = anion gap attuale-anion gap di riferimento
compenso atteso = compenso che noi ci aspettiamo e che puù essere calcolato in termine di modifica di HCO3– o di PaCO2.

 

 
Eziologia dell’alterazione acido base

 

 

1) acidosi respiratoria → causata da ipoventilazione alveolare
2) alcalosi respiratoria → causata da iperventilazione alveolare:
iperventilazione volontaria,
ansia,
sepsi,
ureterosigmoidostomia
cause renali (insufficienza renale acuta, insufficienza renale cronica)
iperaldosteronismo primitivo
disordini ereditari del transfer del nefrone (tipo Fanconi…)
utilizzo di inibitori dell’anidrasi carbonica (acetazolamide)
utilizzo di risparmiatori dipotassio (spironolattone, triamtirene, amiloride)
stimolo alla ventilazione di origine centrale (emorragia intracranica, lesioni cerebrali),
stimolo alla ventilazione di origine periferica (embolia polmonare, asma lieve).

3a) acidosi metabolica con normale anion gap (e cloro alto):→
cause gastrointestinali
diarrea (i secreti pancreatici e del piccolo intestino hanno un pH di 8)
ureterosigmoidostomia
cause renali (insufficienza renale acuta, insufficienza renale cronica)
iperaldosteronismo primitivo
disordini ereditari del transfer del nefrone (tipo Fanconi…)
utilizzo di inibitori dell’anidrasi carbonica (acetazolamide)
utilizzo di risparmiatori dipotassio (spironolattone, triamtirene, amiloride)

3b) acidosi metabolica con aumentato anion gap (e cloro normale):→
acidosi uremica
acidosi lattica
digiuno
alcoolismo
insufficienza epatica
chetoacidosi diabetica
intossicazione da acido salicilico
intossicazione da paraldeiede
intossicazione da toluene
intossicazione da metanolo
intossicazione da glicoletilenico (liquido antigelo)
4) alcalosi metabolica
vomito incoercibile o drenaggio gastrico ripetuto.
contrazione del volume extracellulare
deplezione di potassio (si ha lo scambio trancellulare tra H e K con successivo aumento del riassorbimento renale di HCO3- e quindi alcalosi metabolica)
milk alkali syndrome (successiva ad eccessiva ingestione di bicarbonato nei pazienti con insufficienza renale)
alcalosi postipercapnica. Dopo un rapido ripristino della funzione respiratoria in un malato ipercapnico, si può avere una transitoria alcalosi metabolica, specialmente se il paziente ha anche un iperaldosteronismo seconadrio a scompenso cardiaco)
5) acidosi respiratoria ed alcalosi respiratoria
BPCO con scompenso cardiaco dx in terapia con diuretici
6) acidosi respiratoria ed acidosi metabolica ad anion gap elevato
arresto cardiaco, grave ipossia con produzione di acido lattico
7) acidosi metabolica con alcalosi respiratoria
avvelenamento da ASA
cirrosi epatica con insufficienza renale
8) alcalosi respiratoria con alcalosi metabolica
pazienti in alcalosi respiratoria (sondino naso-gastrico a permanenza, sepsi, ipossiemia, dolore, farmaci) e contemporaneamente in alcalosi metabolica (sondino naso gastrico, vomito, ipovolemia, diuretici)
9) acidosi metabolica ed alcalosi metabolica
diarrea contemporanea a vomito
vomito o sondino nasogastrico durante acidosi lattica o chetoacidosi
10) acidosi metabolica mista (ad elevato anion gap e normale anion gap)
acidosi lattica o chetoacidosi contestuale a diarrea

 

 

EMOGASANALISI
L’emogasanalisi arteriosa, nota semplicemente anche come emogasanalisi, emogas o EGA, è un esame che permette di misurare le pressioni parziali dei gas arteriosi e il pH del sangue.
L’esame consiste in un prelievo arterioso effettuato a livello delle arterie radiale o femorale e, nel bambino, a livello dell’arteria brachiale.Il sangue intero è prelevato tramite una siringa eparinata, all’interno della quale non devono esserci bolle d’aria, al fine di alterare i valori biochimici gassosi del campione prelevato. La siringa deve essere messa in ghiaccio e deve essere analizzata rapidamente (entro 20 minuti) per evitare che il campione si coaguli.

 

Indicazioni
– L’emogasanalisi è indispensabile per la diagnosi di insufficienza respiratoria, per valutarne la  gravità e seguirne il decorso durante la terapia. L’indagine emogasanalitica è utile anche nella valutazione dei diversi meccanismi fisiopatologici dell’insufficienza respiratoria.
Quindi si può usare in caso di: difficoltà respiratoria, respiro corto,asma, patologie polmonari croniche ostruttive.
– Può essere eseguita anche per valutare l’efficacia di una terapia, in particolare la somministrazione di ossigeno.
Quando un soggetto è in ossigenoterapia potrebbero essere necessarie delle valutazioni dei gas ematici ad intervalli regolari per monitorare l’efficacia del trattamento.
– L’emogasanalisi arteriosa sistemica richiede pochi minuti, ma è opportuno che il paziente non si allontani dal punto di prelievo per almeno 10-15 minuti. Di norma, il risultato dell’esame viene fornito nella stessa seduta del prelievo (entro 30 minuti).
– Per sottoporsi a emogasanalisi arteriosa sistemica non è richiesto il digiuno, né la sospensione di eventuali terapie in corso. L’esame può essere moderatamente doloroso. Il paziente deve segnalare se va facilmente incontro a episodi lipotimici con i prelievi ematici.
– Prima di effettuare l’emogasanalisi arteriosa sistemica, il paziente deve segnalare l’eventuale assunzione di farmaci che interferiscono con la coagulazione (TAO).
– Il tamponamento dopo prelievo è meno immediato rispetto al tradizionale prelievo venoso:
pertanto dopo il prelievo arterioso, viene eseguita una fasciatura di tamponamento che non va rimossa prima di 1 ora..
– valutazione dell’equilibrio acido-base che può alterarsi in caso di:
insufficienza renale
insufficienza cardiaca
diabete scompensato
infezioni gravi
overdose da droghe
vomito
– Questo esame può essere prescritto insieme ad altri test,come:
elettroliti
glucosio
urea
creatinina,per valutare la funzionalità renale.

– I risultati dell’analisi dei gas ematici non è diagnostica; essi dovrebbero essere usati in combinazione ai risultati di altri test per valutare i problemi respiratori, metabolici o renali del paziente.

 

 

 

Alcune volte l’analizzatore viene usato per misurare i livelli di glicemia. Non garantisce un dato accurato quale quello ottenuto dagli analizzatori di chimica clinica nel sangue, ma è tuttavia indicativo e utile durante l’emergenza.
1) bassa pressione parziale di ossigeno (PaO2)
suggerisce che la persona non sta assumendo abbastanza ossigeno

2) pH, PaCO2, HCO3-
sono correlati fra loro ed i risultati devono essere interpretati insieme. Una loro variazione può causare acidosi o alcalosi.

– Acidosi respiratoria ( pH basso e aumento di pCO2 )
è dovuta ad una depressione respiratoria,non c’è abbastanza ossigeno (O2) che entra e  anidride carbonica che esce (CO2 ). Esempio in caso di:
polmonite malattie polmonari croniche ostruttive (COPD)
over-sedazione da narcotici

– Alcalosi respiratoria (aumento del pH, diminuzione di PCO2 )
iperventilazione
stress emotivo
patologie polmonari che interferiscono con gli scambi di O2

– Acidosi metabolica ( basso pH e diminuzione di HCO3- )
il sangue diventa eccessivamente acido. Es.
diabete
shock
danno renale

– Alcalosi metabolica ( pH elevato e aumento di HCO3- )
si può avere nella:
ipocalemia
vomito prolungato (perdendo acidi dallo stomaco)
overdose da sodio bicarbonato

 

 

 

Se non trattate, queste condizioni possono creare degli squilibri anche pericolosi per la vita. Il medico valuterà l’intervento necessario per consentire il ripristino di un corretto equilibrio acido/base, ma le cause che hanno generato il problema devono essere stabilite.
Emoglobine alterate

 

 

Se i livelli di gas ematici sono misurati con uno strumento chiamato co-ossimetro, allora il referto di laboratorio può anche riportare i risultati di altre forme alterate di emoglobina .
Il co-ossimetro non è usato sempre,quindi questi tipi di emoglobina non sono riportati in tutti i referti di gasanalisi. Così possiamo trovare:
carbossiemoglobina, si forma quando il monossido di carbonio si lega all’emoglobina.
solfoemoglobina o sulfemoglobina, quando un atomo di zolfo viene incorporato nell’emoglobina
solfometaemoglobina
metaemoglobina in cui l’atomo di ferro contenuto nei 4 gruppi eme sia stato ossidato da Fe²⁺ a Fe³⁺
Queste forme alterate non possono funzionare correttamente nel trasporto dell’ossigeno.
Ossigenoterapia
In caso la persona sia soggetta a ossigenoterapia, si può effettuare l’esame:
• In aria ambiente, s’interrompe la somministrazione di ossigeno almeno 30-60 minuti prima del prelievo, in modo che l’ossigeno-terapia non influisca sui dati rilevati: in questo caso non è necessario inserire la FiO2, che è pari a 21% (frazione percentuale di ossigeno nell’aria ambiente).
• In regime di ossigenoterapia (FiO2): in questo caso bisognerà inserire il valore della percentuale d’ossigeno nell’aria inspirata (fraction of inspired oxygen), che in aria ambiente è pari al 21%, mentre in caso di ossigenoterapia sale: con le maschere di Venturi si avranno valori precisi di FiO2 mentre in caso si usino occhialini nasali si indica il flusso di O2 in Litri/minuto poiché la FiO2 non può essere calcolata con precisione, ma dipende dal pattern respiratorio del paziente; un modo approssimativo di calcolare la FiO2 in questo caso si ha con la seguente formula:

FiO_{2 = 20 + Litri al minuto x 4}
Interpretazione rapida dell’emogasanalisi
1) guardare il pH:
→ è normale?, siamo in acidosi?, siamo in alcalosi?
2) guardare la PaCO2:
se PaCO2 alta → ipoventila quindi: o acidosi respiratoria primitiva o alcalosi metabolica con compenso respiratorio
se PaCO2 bassa → iperventila quindi: o alcalosi respiratoria primitiva o acidosi metabolica con compenso respiratorio
3)guardare i bicarbonati:

 

 

 

N.B. un’alterazione nel senso di aumento o diminuzione dei bicarbonati indica sempre o una alterazione metabolica, oppure respiratoria cronica con compenso metabolico. Ovvero se i bicarbonati sono normali ed il pH è modificato pensare sempre ad una acidosi od alcalosi respiratoria acuta.
4) valutare sempre l’anion gap (non solo nel caso di acidosi metabolica che è di gran lunga la principale causa di aumento, in quanto potremmo trovarci davanti ad un disturbo misto).
Se alterazione anion gap per ogni unità di riduzione del pH vi deve essere una equivalente riduzione di HCO3 e viceversa. altrimenti ci troviamo di fronte ad un verosimile disturbo misto.
5) È rispettata la regola del compenso atteso?
Acidosi respiratoria acuta: per 10 mmHg di aumento di PaCO2, si ha aumento di 1 mmHg di HCO3-
Acidosi respiratoria cronica: per 10 mmHg di aumento di PaCO2, si ha aumento di 3-4 mmHg di HCO3-
Alcalosi respiratoria acuta: per ogni 10 mmHg di riduzione di PaCO2, si ha consumo di 2 mmHg di HCO3-
Alcalosi respiratoria cronica: per 10 mmHg di riduzione di PaCO2, si ha un consumo di 5 mmHg di HCO3-
6) controllare sull’immagine dell’equilibrio acido base
7) ricordarsi sempre di ricercare le cause e di curare le cause, non solo il dato di laboratorio.
8) ricordarsi sempre che moltissime cause di acidosi ed alcalosi metabolica hanno causa ed interesse chirurgico (occlusione intestinale bassa…alta…).

 

 

 

 

 

 

 

SISTEMA RENINA-ANGIOTENSINA

 

 

– La renina è presente è presente nelle cellule della macula densa.
Prima ipotesi
La quantità di renina secreta dipende dalla quantità di sodio presente nel lume del tubulo distale.
Una diminuzione della VFG determina una riduzione della quantità di sodio che giunge al tubulo distale e questo,di conseguenza,determina un aumento della liberazione in circolo di renina ad opera delle cellule a contatto con la parete arteriolare. La renina:
– accelera l’attività di conversione dell‘angiotensinogeno in angiotensina ,
– l’angiotensina determina aumento dei valori della pressione arteriosa ma stimola fortemente anche la secrezione di aldosterone da parte della corteccia surrenale.
– l’aumento dell’aldosterone fa aumentare il riassorbimento del sodio nel tubulo distale e nei  tubuli collettori che facendo riassorbire anche l’acqua determina un aumento della volemia e quindi della pressione arteriosa.

Seconda ipotesi
Sostiene che un aumento del carico di sodio nel tubulo distale ,dovuto ad una VFG elevata, attivi un sistema a feedback che comprende un aumento della secrezione di renina.
L’azione della renina si esplica in questo caso attraverso una diminuzione della VFG in ogni singolo nefrone ,con conseguente diminuita perdita di sodio.
In questo caso la sede d’azione della renina sarebbe a livello delle arteriole afferenti dei glomeruli.
– Apparato iuxtaglomerulare
in esso viene prodotto l’ormone renina che agisce su una proteina plasmatica sintetizzata dal fegato detta angiotensinogeno,trasformandola in angiotensina I, questa viene a sua volta trasformata da un enzima di conversione detto ACE (Angiotensin Converting Enzyme) nella angiotensina II che a sua volta viene trasformata in angiotensina III , angiotensina IV, angiotensina 1,7.
L’angiotensina II è il più potente vasocostrittore del nostro organismo.
L’angiotensina I,II e III interagiscono con specifici recettori (AT1 e AT2),i più rappresentati sono gli AT1,che quando stimolato determinano:

a) favoriscono la contrazione della muscolatura liscia delle arteriole e di quella striata del miocardio (effetto inotropo positivo).
b) stimolano il centro della sete e la produzione di aldosterone, favorendo il riassorbimento del sodio ed aumentando la volemia (che incrementano anche direttamente agendo a livello del tubulo renale, con azione simile allo stesso aldosterone e all’ADH).

Il sistema renina-angiotensina viene quindi attivato ogni qualvolta si verificano in modo acuto condizioni che portano ad una notevole caduta dei valori pressori, ad esempio un trauma con perdita di sangue.

Renina: ha un’emivita di 10-20 minuti,
Angiotensina II : ha pure una analoga emivita e viene distrutta rapidamente nei capillari periferici da parte di numerosi enzimi chiamati angiotensinasi.
Angiotensinogeno: al contrario è normalmente presente ad alti livelli nel plasma e possiede una emivita prolungata.

 

 

 

– Macula densa
a) – Quando le cellule della macula densa captano un aumento della quantità di cloruro di sodio NaCl (espressione di un aumento della VFG) segnalano alle cellule granulari di ridurre la secrezione di renina e di contrarre l’arteriola afferente. In questo modo aumenta la resistenza al flusso offerta dall’arteriola
afferente e la pressione idrostatica del sangue a valle, cioè nel glomerulo, diminuisce assieme alla VFG.

b) – Nel caso di riduzione della concentrazione di NaCl a livello del tratto terminale dell’Ansa di Henle,le cellule della macula densa segnalano alle cellule granulari di aumentare la quantità di renina e all’arteriola afferente di dilatarsi riducendo le proprie resistenze;di conseguenza si ha un aumento
della velocità di filtrazione glomerulare.

 

Adrenalina
Il rilascio di adrenalina provoca vasocostrizione,soprattutto delle arteriole afferente ed efferente al glomerulo.
Ciò può accadere per una forte emorragia o per una severa disidratazione.
Ciò determina riduzione del flusso ematico ai reni e della velocità di filtrazione glomerulare.
In questo modo si cerca di conservare al massimo il volume idrico.

 

Angiotensina II
anch’essa aumenta la resistenza arteriolare,ma soprattutto delle arteriole efferenti,per cui l’aumento pressorio nei capillari glomerulari aumenta la velocità di filtrazione glomerulare.

 

Prostaglandine (PGE2,PGI2,Bradichinina), ossido nitrico
riducono la resistenza al flusso offerta soprattutto dalle arteriole afferenti.
Ne consegue un aumento della velocità di filtrazione glomerulare.

 

Cellule mesangiali
la loro contrazione o rilassamento modifica l’area della superficie capillare disponibile per la  filtrazione.

 

Podociti
modificano le dimensioni delle fessure glomerulari di filtrazione,se queste si allargano, aumenta la superficie di filtrazione,quindi si eleva anche la velocità di filtrazione glomerulare.

4 Risposte a “RENE – 2°”

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