3. Fisiologia-apparato urinario PDF

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IL SISTEMA URINARIO

Il sistema urinario consente il mantenimento di un’omeostasi, quindi di una condizione di stabilità fisiologia e interviene nella regolazione di numerosi sistemi all’interno del nostro organismo. Funzioni del rene  La funzione principale del rene è quella di allontanare dall’organismo i prodotti del catabolismo di tutte le vie metaboliche che si sviluppano all’interno delle cellule. Alcuni prodotti del metabolismo sono tossici per questo devono essere allontanati rapidamente. Di fondamentale importanza è l’aumento di alcune sostanze, ad esempio i protoni, che provoca l’aumento del ph fisiologico e quindi determina una condizione di pericolo per l’organismo, dunque il rene interviene nel mantenimento dell’equilibrio acido-base.  il rene interviene anche nel mantenimento di una normale stabilità del volume e della composizione del liquido extracellulare. Questo consente il mantenimento dell’osmolarità.  interviene nell’eliminazione di sostanza estranee: non sono di farmaci ma anche di tossine che possiamo assumere con l’alimentazione. (infatti nei farmaci che assumiamo c’è un paragrafo dedicato alla funzionalità renale e c’è scritto che in presenza di un’insufficienza renale il dosaggio di un determinato farmaco deve essere ridotto perché potremmo avere un accumulo del farmaco all’interno della circolazione sistemica)  ha una funzione endocrina perché produce degli ormoni come eritropoietina (ormone che stimola l’eritropoiesi presente anche come farmaco utilizzato come dopante) che agisce a distanza della sede di produzione, renina che è di fondamentale importanza nella regolazione della pressione arteriosa.  interviene nella conversione della vitamina D nella sua forma attiva D3. Esame delle urine L’esame delle urine rappresenta lo specchio di quello che sta svolgendo il rene e di quello che sta accadendo a livello sistemico. Abbiamo due aspetti fondamentali nell’esame delle urine:  la valutazione chimico fisica delle urine;  Esame del sedimento. Infine ci sono delle osservazioni che derivano dalla valutazione al microscopio ottico dell’esame delle urine: 

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Il peso specifico, insieme all’osmolarità, ci indica la quantità di soluti che sono disciolti all’interno dell’acqua di cui è composta l’urina. Il pH che indica l’equilibrio tra le cariche positive e le cariche negative. Il valore ph delle urine è più rispetto a quello del sangue che è intorno a 7,4. i globuli rossi, le proteine, il glucosio, i chetoni, la bilirubina e l’urobilinogeno, i nitriti e i leucociti. Ciascuna di queste sostanze deve essere quasi assente nelle urine perché se ad esempio: o zucchero in eccesso cioè c’è troppo glucosio che sta circolando a livello plasmatico; o Eccesso di chetoni all’interno delle urine vuol dire che l’organismo sta ossidando in eccesso gli acidi grassi;

o Eccesso di bilirubina o di urobilinogeno, ci indica un eccesso di distruzione dei globuli rossi, in quanto la bilirubina rappresenta il prodotto di degradazione del gruppo eme. o I nitriti sono presenti invece quando c’è un’infezione delle vie urinarie perché sono un prodotto di attività del metabolismo dei batteri, infatti se c’è presenza di nitriti l’operatore va a guardare al microscopio elettronico e ci segnalerà la presenza di batteri. o Aumento di leucociti vuol dire che c’è una condizione di flogosi a livello delle vie urinarie. 

Il Sedimento indica la presenza di cellule epiteliali che sono le cellule di sfaldamento del tubulo contorto prossimale, dei cilindri che sono generalmente costituiti da proteine e quando abbiamo proteine in eccesso ci ritroviamo questi aggregati sottoforma di cilindri all’interno delle urine, della flora microbica ch viene quantizzata, della presenza di cristalli e miceti che possono portare infezioni fungine. Per quanto riguarda i cristalli questi sono presenti se abbiamo un eccesso di acido urico nella circolazione sistemica, e sono facilmente riconoscibili con un microscopio ottico.

Anatomia del sistema urinario Il sistema urinario è formato da:  2 Reni, sono organi retro peritoneali con una lunghezza di circa 8cm. Il rene di destra è leggermente più in basso rispetto al sinistro, al di sopra di entrambi c’è la ghiandola surrenalica. In una visione sagittale del rene vediamo che è costituito da: - zona corticale; - zona midollare.  2 Ureteri in cui defluisce l’urina all’interno della vescica;  Vescica che elimina l’urina;  L’uretra, dalla quale fuoriesce l’urina, è molto corta nelle donne e più lunga negli uomini. L’arteria e la vena renale partono direttamente dall’aorta addominale e convogliano direttamente il sangue nella vena cava inferiore. Anatomia del rene Il rene presenta:  Zona Corticale esterna (giallastra e granulosa) è situata fra la base delle piramidi e la superficie dell’organo, si spinge anche profondamente fra le piramidi stesse separandole tra loro e costituendo le colonne renali. Nella zona corticale si distingue: o Parte radiata costituita da un complesso di prolungamenti conici sottili chiamati Raggi midollari che originano dalla base delle piramidi renali. Ogni raggio è formato da tubuli rettilinei.

o Parte convoluta occupa gli spazi fra i raggi midollari e forma, spingendosi in profondità, le colonne renali. Inoltre costituisce la fascia periferica di sostanza corticale compresa fra l’apice dei raggi midollari e la superficie del rene, denominata Cortex corticis.  Zona Midollare interna (rossastra e striata), al cui interno abbiamo: o Strutture coniche chiamate Piramidi Renali (o di Malpighi): - al vertice di queste troviamo le papille renali, - ogni papilla presenta una serie di dotti collettori che percorrono le piramidi nella direzione dell’asse e determinano il caratteristico aspetto striato della zona midollare. - Ciascuna papilla riversa il proprio contenuto all’interno dei calici minori, i quali convergono nei calici maggiori che a loro volta convergono nella pelvi renale che raccoglie la preurina e da qui convogliata all’interno dell’uretere. La disposizione della zona midollare e corticale e l’organizzazione di quest’ultima consentono di distinguere, in ciascun rene:  Lobo è una porzione di parenchima costituita da una piramide renale e dalla sostanza corticale. I limiti di ogni lobo sono dati da linee ideali che, passando per la parte centrale delle colonne renali, raggiungono la superficie dell’organo.  Lobulo è una porzione di parenchima della sola corticale ed è costituito da un raggio midollare e dalla parte convoluta che lo circonda. È delimitato, in maniera incompleta, dai vasi sanguigni che percorrono radialmente la zona corticale (arterie e vene interlobulari).

La vascolarizzazione del rene Per svolgere la loro funzione, i reni necessitano di una ricca vascolarizzazione. Circa il 20% del sangue della gittata cardiaca, cioè circolano in media 1200 ml di sangue al minuto che si distribuisce in una complessa organizzazione vascolare. Circolazione arteriosa. Ciascun rene riceve:  direttamente dall’arteria renale, arteria di grosso calibro che deriva dall’arteria addominale;  ciascuna arteria renale si dirige verso l’ilo del rispettivo rene, decorrendo dietro la vena omonima. In prossimità dell’ilo essa si divide in due rami che penetrano nel seno renale. Nel rene troviamo segmenti vascolari irrorati da un ramo arterioso chiamata arteria segmentale;  Le segmentali si dividono ulteriormente nel seno renale e penetrano nelle colonne renali con il nome di arterie interlobari;  Le interlobari biforcano e risalgono verso la base delle piramidi renali dove si ramificano fra la zona corticale e midollare, denominate arterie arcuate;  Dalle arcuate originano 2 tipi di rami collaterali: - Arterie rette vere; - Arterie interlobulari che si distaccano a intervalli regolari dalle arcuate e si dirigono verso la periferia del rene, fino a giungere nella cortex corticis. Da queste originano: o Le arteriole Afferenti che danno origine ai glomeruli dei corpuscoli renali, da questi ultimi:  Emergono le arteriole Efferenti che si risolvono nella ricca rete capillare peritubulare. La circolazione venosa del rene ripete abbastanza quella arteriosa:  Nella porzione più superficiale della corteccia si originano le vene interlobulari che discendono nella corticale, accanto alle arterie omonime, raccogliendo il sangue venoso della corticale stessa;  fino ad arrivare a livello della base delle piramidi, nelle vene arcuate;  che confluiscono nelle vene interlobari;  fino a costituire una vena renale per ciascun rene;  la vena renale esce dall’ilo e davanti all’arteria omonima, sbocca nella vena cava inferiore. I Podocit sono cellule specializzate con corpo voluminoso e rigonfio, sporgente nello spazio capsulare, dal quale si dipartono numerosi prolungamenti che si avvolgono intorno alle anse dei capillari glomerulari. Sia il corpo cellulare sia i processi, peraltro sono sempre in diretto contatto con la lamina basale dei capillari, estendendo fra le due diverse formazioni di un sottile spazio subpodocitico.

Possiamo notare (a destra) uno spaccato del lobo renale che è composto da diversi lobuli renali costituti da una zona corticale all’interno della quale sono costituiti i nefroni e una zona midollare nella quale sono presenti le anse di Henle, una porzione dei tubuli contorti distali e il dotto collettore. L’arteria renale che deriva dall’aorta addominale si suddivide nella zona dell’ilo nelle arterie segmentali che procedono a delimitare il lobulo e per questo viene anche definita arteria lobulare. Questa arteria lobulare circonda completamente il lobulo e nella parte specifica della piramide e dunque della zona midollare prende il nome di arteria arcuata. Dall’arteria arcuata partono tante piccole arterie che prendono il nome di arterie interlobulari che rappresentano le porzioni più terminali e sono anche quelle più importanti in quanto vanno ad avvolgere i singoli nefroni. Da qui il sangue refluo viene convogliato nelle vene interlobulari e successivamente nella vena arcuata (i nomi delle arterie sono gli stessi di quelli delle vene), poi nella vena interlobare fino ad arrivare nella vena segmentale e infine nella vena renale. Il nefrone (vascolarizzazione) il nefrone è l’unita funzionale del rene. Si trova nella zona corticale del rene e ogni rene contiene circa 1 milione di nefroni. Dalle arterie interlobulari partono le arteriole afferenti che vanno ad avvolgere completamente il nefrone. L’arteriola afferente porta il sangue all’interno del glomerulo, una parte del sangue (il 20%) viene filtrata a livello glomerulare e la rimanente parte passa direttamente nell’arteriola efferente. Da qui si dipartono tutta una mirabile rete capillare che va ad avvolgere tutti i tubuli che originano dal glomerulo (tubulo contorto prossimale, l’ansa di Henle, tubulo contorto distale) fino a fermarsi al tubulo collettore. Da questa rete capillare originano le vene che poi convogliano a ritroso nelle vene interlobulari il sangue venoso per poi convogliarlo a sua volta nelle vene arcuate e poi in quelle lobari fino ad arrivare alla vena renale. Quindi dall’arteriola efferente si dirama tutta questa fitta rete capillare che scambia continuamente con il sistema tubulare e il sangue refluo viene convogliato nella vena renale. Autoregolazione del flusso ematico-renale I reni ricevono una quantità enorme di sangue: circa 1200ml al minuto (25% della portata cardiaca). Proprio per questo il rene è come se fosse un organo nobile e non può soffrire anche in presenza di alterazioni di quei meccanismo che sostengono la pressione arteriosa. Infatti il flusso ematico renale rimane fortunatamente costante tra 65 e 190mm di mercurio, ne aumenta e ne si riduce in quanto deve

garantire un’adeguata filtrazione glomerulare ma soprattutto non si deve danneggiare. Il che significa che se si va al di sotto o al di sopra di questo valore di pressione arteriosa sistolica il rene viene danneggiato e si può avere un quadro di insufficienza renale gravemente dannoso per l’organismo. Il rene riesce a proteggere sé stesso sia da un punto di vista funzionale che da un punto di vista meccanico grazie alla presenza di meccanismi di autoregolazione del flusso ematico renale che sono: - la risposta miogena: se ho un vaso arterioso e aumento la pressione all’interno del vaso quest’ultimo risponderà contraendosi perché per l’appunto aumenta la tensione della muscolatura del vaso cioè la tendenza alla vasocostrizione - feed back tubulo-glomerulare: meccanismo che prevede la descrizione dell’apparato iuxtaglomerulare che produce delle sostanze vasocostrittrici. Innervazione del rene Il rene è innervato esclusivamente da fibre del sistema nervoso simpatico che si organizzano lateralmente alla colonna vertebrale che contiene il midollo spinale nei cosiddetti gangli paravertebrali e da uno di questi gangli partono le fibre che conducono direttamente al livello del rene. Questo ganglio viene definito “plesso ganglio renale”. L’innervazione è dunque regolata soprattutto dall’attività di sostanze simpatico mimetiche quali l’adrenalina e la noradrenalina che agiscono modificando e modulando il flusso ematico renale. I nervi seguono il decorso dell’arteria renale e si distribuiscono ai singoli nefroni. Esistono dei plessi nervosi terminali per i tubulari, per i capsulari e per i vascolari, infatti il sistema nevoso simpatico non regola solo l’attività tubulare e capsulare ma anche il funzionamento del compartimento vascolare. Il rene non è innervato da fibre del parasimpatico, alcune fibre simpatiche innervato anche l’ansa di Henle e il tubulo contorto prossimale, distale e il collettore. Il rene è in grado di produrre anche da solo delle sostanze che sono in grado di regolare il flusso ematico renale, tra queste l’ossido nitrico che è un potente vaso dilatatore (scoperta recentemente e protagonista di un premio nobel) ha un’emivita molto breve, e prostaglandine che possono avere sia attività vaso costrittrice che vaso dilatatrice.

Il nefrone: componente tubulare La componente tubulare (rappresentata in giallo) inizia intorno al glomerulo che prende il nome di “capsula del Bowman” che è un’invaginazione del tubulo contorto prossimale che va a rivestire e proteggere il glomerulo renale. Il tubulo contorto prossimale è abbastanza convoluto e gira su sé stesso in quanto lo spazio è minimo. Esso si organizza nell’ansa di Henle che scende nella piramide renale e che è costituita da una branca discendente e una ascendente che continua nel tubulo contorto distale che anch’esso si avvolge su sé stesso e che emerge nel dotto collettore che rappresenta gli ultimi tratti che poi convogliano la preurina nel calice minore.

Rappresentazione schematica del nefrone Il nefrone è l’unità funzionale all’interno della quale si attivano tutti i meccanismi fondamentali della filtrazione glomerulare (FG). Possiamo notare come la capsula di Bowman avvolge in maniera molto stretta il glomerulo renale e come già detto il 20% del flusso ematico renale è filtrato a livello glomerulare ma l’80% passa direttamente nell’arteriola efferente. Ogni minuto i glomeruli producono 125ml di filtrato quindi in totale ogni giorno ne vengono filtrati 180 litri. Non tutti i glomeruli renali funzionano allo stesso modo, ce ne sono alcuni che funzionano di più e altri di meno. Quindi alcuni possono essere reclutati nel momento in cui altri funzionano di meno compensandoli. La gran parte del filtrato (178 litri) viene riassorbito totalmente dal sistema vascolare e tubulare mentre soltanto 2 litri vengono eliminati sottoforma di urina (la quantità di quelli eliminati sottoforma di urina cambia in base a quanta acqua beve il soggetto, per mantenere un buon grado di idratazione si dovrebbe bere circa 2 litri di acqua al giorno).

La filtrazione glomerulare Ritorniamo in questo punto in cui possiamo notare uno spaccato dell’arteriola afferente ed efferente e della capsula di Bowman. La parte che ricopre il capillare è definita podocita (parte marrone) che è una cellula molto importante che da una parte protegge l’endotelio e dall’altra regola la filtrazione delle sostanze dall’endotelio dei capillari glomerulari. L’endotelio che riveste i capillari fenestrato nel senso che non ci sono delle giunzioni strette tra una cellula epiteliale e un’altra ma c’è uno spazio, ed è grazie a questo spazio che avviene la filtrazione attraverso la membrana capillare glomerulare di tutte le sostanze che sono all’interno del nostro sangue verso la capsula del bowman. È di fondamentale importanza il fatto che molte sostanze non devono essere perse come ad esempio le proteine che hanno un grosso peso molecolare. La membrana capillare glomerulare basale viene detta anche barriera glomerulare in quanto sono presenti dei podociti che regolano la filtrazione glomerulare impedendo il passaggio di troppe sostanze. Il podocita è importante in quanto delle loro possibili alterazioni possono rappresentare il primo momento di una patologia come ad esempio la nefropatia diabetica: il danno renale indotto dal diabete interessa la modulazione della filtrazione grazie a queste estroflessione delle cellule podocitali. Processo di filtrazione glomerulare Il 20% che passa dall’arteriola afferente all’interno del glomerulo deve essere completamente filtrato. Quali sono le forze che ci consentono di avere il passaggio il sangue attraverso il glomerulo? Da una parte vengono dalla pressione capillare nei vasi sanguigni, infatti il flusso ematico renale è determinato dalla pressione sistolica. La pressione sanguigna nei capillari glomerulari è intorno ai 55mm di mercurio. L’arteriola afferente ha un diametro maggiore rispetto a quella efferente e grazie a questo diametro il sangue entra più velocemente all’interno del glomerulo rispetto a quando esce. Grazie a questa differenza si può garantire il 20% del filtrato glomerulare. Poi abbiamo un'altra forza che è una pressione che non favorisce la filtrazione glomerulare ma si contrappone ad essa, e questa è la pressione colloido-osmotica del plasma. L’osmolarità del plasma è determinata soprattutto dalla quantità di sostanze che sono disciolte all’interno del plasma stesso. Le sostanze più importanti sono le proteine plasmatiche in particolare una che è l’albumina. Questa pressione si contrappone a quella idrostatica perché è una pressione che tende a far trattenere la componente liquida all’interno del compartimento vascolare intraglomerulare. Se ricordiamo quello detto precedentemente, la presenza dei podociti non permette alle proteine di passare all’interno dello spazio della capsula del Bowman e quindi queste proteine all’interno della rete capillare glomerulare possono svolgere la loro funzione che è per l’appunto quella di mantenimento della pressione colloido-osmotica plasmatica. Tuttavia tra

55mm di mercurio e 30mm di mercurio c’è una grande differenza il che significa che grazie a questi iniziali 25mm di mercurio di differenza possiamo iniziare ad avere un passaggio comunque di liquidi dal compartimento intravascolare glomerulare a quello nello spazio della capsula del Bowman. A questo punto si inizia ad accumulare del liquido all’interno dello spazio della capsula del Bowman e porta a creare una propria pressione idrostatica che spinge nella direzione opposta della pressione dei capillari sanguigni del glomerulo e quindi va nella stessa direzione della pressione colloiodo-osmotica del plasma. Tuttavia, poiché non è una grande quantità di liquido che si va a creare all’interno della capsula, abbiamo soltanto 15mm di mercurio. Dunque, schematicamente possiamo dire che ad un certo punto avremo: 30 mm + 15mm in totale 45mm di mercurio che si contrappongono ai 55mm di mercurio di pressione sanguigna dei capillari glomerulari, per cui alla fine la pressione netta che garantisce un continuo mantenimento di una filtrazione è di 10mm di mercurio. La filtrazione glomerulare è la prima tappa più importante nel processo della formazione delle urine ed è quella che poi permette di filtrare completamente il sangue. Alcune sostanze passano molto liberamente attraverso il filtro glomerulare come l’acqua e altre piccole molecole ma come sappiamo quelle più grandi come la proteina non riescono a passare. Altre piccole molecole con cariche negative non riescono a pas...