Omeostasi idro-elettrolitica Riassorbimento idrico isoosmotico o obbligatorio Riassorbimento idrico non-isoosmotico o facoltativo
Omeostasi idro-elettrolitica
Riassorbimento idrico isoosmotico o obbligatorio
Riassorbimento idrico non-isoosmotico o facoltativo
Il bilancio idrico richiede l’azione integrata di molteplici sistemi
Diuresi dopo ingestione di 1 l H2O. Il volume di urine aumenta mentre l’osmolarità urinaria diminuisce grande volume di urine diluite.La quantità di soluti rimane pressochè costante i reni prevengono una significativa perdita di osmolarità plasmatica in seguito ad assunzione di un’elevata quantità di H2O.
È possibile regolare l’escrezione di H2O indipendentemente da quella dei soluti
Il rene può eliminare fino (limite estremo) a 20 l / giorno di urina con una concentrazione che può raggiungere un minimo di 50 mOsm/l.La quantità totale di soluti escreti rimane però relativamente costante.
Volume urinario minimo “obbligatorio”
Quale volume di urina deve essere prodotto per eliminare i prodotti di scarto del metabolismo?
600 mOsm/d = quantità di soluti (soprattutto urea) che devono essere eliminati ogni girono
1200 mOsm/l = concentrazione urinaria massima nell’uomo
Volume urinario minimo obbligatorio =
600 mOsm/d = 0.5 l/d (nell’uomo)
1200 mOsm/l
Il limite è dato dalla capacità di concentrare urine fino a 1200 mOsm. Questo limite spiega perché bevendo H2O di mare (1200 mOsm/l) si va incontro a grave disidratazione.Bere 1 l H2O mare 1200 mOsm NaCl introdotteSfruttando la capacità massima di concentrare urina (1200 mOsm/l) si produce 1l urina (conc. 1200 mOsm/l). Fin qui sembra “tutto bene”. Perché allora un individuo si disidrata?Il rene deve eliminare anche altri soluti, soprattutto urea, per 600 mOsm/l. Quindi per ogni l di H2O di mare ingerita è richiesta la produzione di 1.5 l di H2O. Il risultato netto è la perdita di 0.5 l di H2O (disidratazione di naufraghi)
Variazioni di osmolarità lungo il nefrone
In rosso sono evidenziati i tratti in cui il riassorbimento di H2O (riassorbimento idrico facoltativo) e soluti può
essere modulato.
Il fluido che esce dal TAS dell’ansa di Henle è sempre ipoosmotico
Il riassorbimento di acqua nel TCD, nel tubulo collettore e nel dotto collettore è regolato dalla vasopressina (ADH): urine concentrate o diluite riassorbimento non-isosomotico o facoltativo
Requisiti per la produzione di urina concentrata
1) Alta osmolarità del fluido interstiziale della regione
midollare renale gradiente osmotico necessario al riassorbimento di
H2O
2) Alta permeabilità dei tubuli distali e dotti collettori
all’H20 alti livelli di ADH
1) Implica l’operatività del meccanismo di moltiplicazione in controcorrenteche dipende essenzialmente:
i) dalla forma anatomica dell’ansa di Henle e ii) dei vasa recta.
Come si forma il gradiente osmotico necessario al riassorbimento di H2O
Il meccanismo dello scambio controcorrente
Fattori che contribuiscono a creare gradiente di concentrazione nella midollare renale
1) Trasporto attivo di Na+ e cotrasporto di K+ e Cl– dal TAS
2) Trasporto attivo di ioni dal dotto collettore all’interstizio midollare
3) Diffusione facilitata di urea dalla porzione midollare interna del dotto collettore all’interstizio midollare
4) Diffusione di piccole quantità di H2O dalle porzioni midollari dei tubuli nell’interstizio midollare
Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?Re
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Preurina dal TCP(300 mOsm)
Versione semplice
H2O
H2O
H2O
H2O
H2O
NaCl
TDsPermeabile all’H2ONon riassorbe Na+
NaCL
NaCl
NaCl
NaCl
TASriassorbe NaCl
Impermeabile all’H2O
Rriassorbimento distinto di H2O nel TDs dell’ansa di Henle e di NaCl nel TAS dispositivo di moltiplicazione in controcorrente
Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?Re
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Preurina dal TCP(300 mOsm)
Versione semplice
H2O
H2O
H2O
H2O
H2O
NaCl
NaCL
NaCl
NaCl
NaCl
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
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300
300300 300 300
Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?Re
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Preurina dal TCP(300 mOsm)
Versione semplice
H2O
H2O
H2O
H2O
H2O
NaCl
NaCL
NaCl
NaCl
NaCl
400
400
400
400
400
400
400
400
400
400
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400
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200
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Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?Re
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Preurina dal TCP(300 mOsm)
Versione semplice
H2O
H2O
H2O
H2O
H2O
NaCl
NaCL
NaCl
NaCl
NaCl
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300
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400
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200
200
200
400
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400
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200 mOsm
Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?Re
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Preurina dal TCP(300 mOsm)
Versione semplice
H2O
H2O
H2O
H2O
H2O
NaCl
NaCL
NaCl
NaCl
NaCl
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350
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500
500
350
350
350
350
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500
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150
150
150
150
300
300
300
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Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?Re
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Preurina dal TCP(300 mOsm)
Versione semplice
H2O
H2O
H2O
H2O
H2O
NaCl
NaCL
NaCl
NaCl
NaCl
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300
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350
350
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350
350
350
350
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150
150
300
300
300
300
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500 500 500
150 mOsm
Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?Re
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Preurina dal TCP(300 mOsm)
Versione semplice
H2O
H2O
H2O
H2O
H2O
NaCl
NaCL
NaCl
NaCl
NaCl
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325
425
425
425
425
600
325
325
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425
425
425
600
125
125
225
225
225
225
400
600 600 400
Meccanismo di moltiplicazione controcorrente nel rene
Inserire meccanismi formazione gradiente Gradiente osmotico
orizzontale 200 mOsm
Na+
H2O
gra
die
nte
osm
oti
co
vert
ical
e 12
00 m
Osm
Flusso osmotico orizzontaleÈ limitato dalla quantità di sodio riassorbito attivamente Flusso osmotico verticale È limitato dalla lunghezza dell’ansa di Henle
http://www.colorado.edu/intphys/Class/IPHY3430-200/countercurrent_ct.html
moltiplicatore
Il contributo dell’urea è essenziale per determinare il gradiente iperosmotico nella regione midollare
L’urea contribuisce per circa 40-50% all’osmolarità interstiziale
Impermeabilità all’urea
Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?Re
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Preurina dal TCP(300 mOsm)
Versione complicata ma realistica
H2O
H2O
H2O
H2O
H2O
NaCl
TDsNon riassorbe Na+
NaCL
NaCl
NaCl
NaCl
urea
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
300
400
500
600
700
800
Trasporto facilitatoADH stimola UT1 mediante fosforilazione
Trasporto di urea nelle cellule del dotto collettore della regione midollare interna è stimolato da ADH
Quindi In presenza di ADH più urea sarà riassorbita nell’interstizio midollare e più alto sarà il gradiente di concentrazione!
Il ricircolo dell’urea
(passive)
Impermeabile urea
Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?Re
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Preurina dal TCP(300 mOsm)
Versione complicata ma realistica
H2O
H2O
H2O
H2O
H2O
NaCl
TDsNon riassorbe Na+
NaCL
NaCl
NaCl
NaCl
Semplice rene schematizzato
Ruolo dei vasa recta nel meccanismo dello scambiatore in controcorrente
Due caratteristiche del flusso sanguigno che contribuiscono a mantenere alta l’osmolarità midollare:1) Il flusso ematico midollare è basso (<5% FER) questo permette più facilmente di equilibrarsi
con il fluido interstiziale qdi deve rimanere basso per evitare alterazioni gradiente.2) I vasa recta costituiscono uno scambiatore in controcorrente.I vasa recta non creano l’iperosmoarità midollare ma contribuiscono a prevenirne la dissipazione.
Per spiegazione vasa recta casella pg 683
Pur essendo lento il flusso nei vasa recta determina un certo ritardo.Ramo discendente: la Posm sarà sempre un poco inferiore rispetto all’interstizio.Ramo ascendente: la Posm sarà sempre un poco superiore rispetto all’interstizio.Conclusione: il liquido che esce dai vasa recta è più ricco di soluti, elimina quindi il surplus di soluti dalla midollare.E l’H2O?Tratto discendente: la π si oppone all’uscita di H2O.Tratto ascendente: la π favorisce l’ingresso di H2O dallo spazio peritubulare.Conclusione: il volume di sangue in uscita dai vasa recta è maggiore di quello in entrata.
Ratto canguro
Hopping mouse
Produzione urina in presenza o assenza di vasopressina (ADH)
Variazioni di osmolarità del fluido nel passaggio attraverso i vari segmenti tubulari
Il rene può:
1) produrre urine iperosmotiche che contengono poco NaCl;
2) eliminare grandi quantità di urine senza aumentare l’escrezione di Na e
3) esiste una quantità minima di volume di urine (obbligatorio)
Assenza ADH
Come si quantifica la concentrazione renale delle urine: clearance osmolare e clearance dell’H2O libera
I reni operano una sorta di “depurazione osmotica” del plasmaLa clearance totale dei soluti può essere espressa come clearance osmolare, Cosm
Cosm = Uosm* V / Posm Uosm = osmolarità urina
Posm = osmolarità plasma
I reni possono estrarre o trattenere H2O dal plasma. L’H2O “legata” è il volume d’H2O necessario per eliminare una quantità di soluto in condizioni isosmotiche rispetto al plasma.La clearance dell’H2O libera (CH2O) è calcolata come la differenza tra l’escrezione di H2O (flusso urinario) e Cosm.
CH2O = V – Cosm = V – (Uosm * V) / Posm = V * (1 – Uosm/Posm)
La clearance dell’acqua libera è la quantità di acqua osmoticamente “libera” (priva di soluto) che il rene produce nell’unità di tempo.
Controllo integrato di osmolarità e volume
Per semplicità trattati fin qui in modo quasi indipendente. In realtà si influenzano reciprocamente anche quando il rene è chiamato ad ridurre al minimo l’escrezione di H2O o di sali
Fattori che regolano secrezione di ADH
ALTRI fattori:
Nausea e vomito aumenta [ADH] 100 volte
Nicotina e morfina ↑ [ADH]
Alcool ↓ [ADH]
↑osmolarità
1) Alterazione della secrezione di ADH.
La mancanza di secrezione di ADH diabete insipido “centrale”
Trattamento con desmopressina analogo ADH che agisce su recettori V2
2) Diabete insipido “nefrogenico”
- alterazione meccanismo controcorrente
- alterazione recettore ADH
Patologie legate alla capacità renale di concentrare l’urina