Fisiologia cellulare 11: IL RENE, Dispense di Fisiologia

Scarica Fisiologia cellulare 11: IL RENE e più Dispense in PDF di Fisiologia solo su Docsity! 1 Omeostasi dell’acqua e degli elettroliti 1. Introduzione La lezione tratta della regolazione in termini quantitativi e qualitativi dei fluidi corporei. Questo argomento, che riguarda lo studio dell’omeostasi idrica e salina, non concerne un solo apparato, bensì è un classico esempio di funzionalità integrata, dunque è una conoscenza trasversale a diversi aspetti fisiologici e a diversi apparati. Infatti, per farne una trattazione completa bisogna tener conto di molti aspetti, quali le funzioni dell’apparato cardiovascolare, di alcuni ormoni, del rene e anche abitudini di carattere alimentare. Dunque l’omeostasi dei fluidi corporei è un processo estremamente critico in molti stati fisiologici e patologici, ad esempio è molto importante per il controllo della pressione. 2. Quantità d’acqua presente nell’organismo La quantità d’acqua presente nell’organismo presenta delle differenze nei due sessi: o Maschio adulto: per il 60% costituito d’acqua o Femmina adulta: per il 50% costituita di acqua La differenza rispetto al genere maschile è causata dal fatto che nelle donne tende ad accumularsi più facilmente il tessuto adiposo, che è costituito solo dal 10% di acqua, mentre nel tessuto muscolare (che prevale nell’uomo) la quantità d’acqua è pari al 75%. Nel feto costituisce circa 90% del peso corporeo; negli anziani diminuisce. Verrà considerato l’esempio tipico dove il nostro organismo contiene il 60 % d’acqua 3. Compartimenti fluidi L’acqua nel nostro organismo è presente nei seguenti compartimenti fluidi:  Comparto liquido intracellulare (LIC): contenuto acquoso del citosol; è più abbondante del LEC.  Comparto liquido extracellulare (LEC): comprende tutta l’acqua che sta al di fuori delle cellule. Può essere distinto in diversi sotto ambienti: o Plasma circa 3 L o Liquido interstiziale: non si trova né nelle cellule né nel torrente circolatorio, sta nell’interstizio ed è prevalente rispetto al plasma. E’ circa 11 L. o “altro” o volume transcellulare: liquidi contenuti in comparti separati e comprende:  liquido cefalorachidiano  liquido del sistema linfatico  liquido pleurico  liquido pericardico  liquido peritoneale  liquido sinoviale  umor acqueo La quota di volume transcellulare è molto piccola e viene tendenzialmente trascurata perché ha un volume ridotto e molto spesso questi comparti son o isolati perché hanno una finalità protettiva e non comunicano con il resto, mentre per l’omeostasi idrico-salina è fondamentale che ci siano degli scambi. 3.1 Distribuzione dell’acqua nei compartimenti fluidi Il 60% del volume di acqua presente nell’organismo è suddiviso in:  40% nell’ambiente intracellulare 2  20% nell’ambiente extracellulare. A sua volta suddiviso in: o Plasma:4% o Liquido interstiziale: 14% o Volume transcellulare: 2% I comparti comunicano tra di loro, ma sono separati da membrane biologiche che individuano degli ambienti differenti con una composizione elettrolitica diversa. Infatti le diverse caratteristiche di permeabilità delle membrane e la presenza di diversi sistemi di trasporto permettono la separazione degli ambienti. 3.2 Composizione dei principali compartimenti liquidi L’ambiente intracellulare ha una composizione sempre diversa dall’ambiente extracellulare; invece plasma e interstizio sono molto simili tra loro per quanto concerne la distribuzione degli ioni.  Na+: è molto più concentrato all’esterno della cellula, infatti nel plasma ha un’ osmolarità di 142, molto simile a quella dell’interstizio, che è pari a 139. È molto più bassa invece all’interno della cellula (14milli osmolare).  Cl-: si comporta in modo analogo al Na, ha quindi un’osmolarità più alta nel plasma e nell’interstizio e bassa in cellula.  K+: si comporta in modo opposto, infatti ha un’osmolarità molto alta all’interno delle cellule, mentre ha un’ osmolarità più bassa, più o meno equivalente nel plasma e nell’interstizio, nell’ambiente extracellulare.  Mg2+: si comporta in modo analogo al K, ha un’ osmolarità di 20 mOsM/l nella cellula e di 0,7-0,8 mOsM/l nell’ ambiente extracellulare.  Bicarbonato: è il principale tampone del sistema circolatorio, quindi, come tale, è molto concentrato nel liquido extracellulare e presente in basse quantità nell’ambiente intracellulare perché quest’ultimo ha come tampone preferenziale lo ione fosfato.  Ione fosfato: molto presente in cellula, dove svolge la funzione di tampone fisiologico, e poco presente nell’ambiente extracellulare. Le proteine esulano dal discorso secondo cui plasma e liquido interstiziale hanno composizione analoga. Esse infatti hanno concentrazioni tipiche diverse in tutti gli ambienti.  Ambiente intracellulare: è quello con la concentrazione più elevata di proteine (si pensi a tutti gli enzimi responsabili delle reazioni che avvengono nelle cellule).  Ambiente extracellulare: per quanto riguarda le proteine non vale più il discorso fatto per gli ioni, per cui il plasma e il liquido interstiziale avevano una composizione simile, infatti i due ambienti presentano caratteristiche differenti: o Plasma: contiene più proteine rispetto all’interstizio. Troviamo ad esempio albumine, globuline, fattori di coagulazione.. Queste proteine sono importanti anche perché danno origine alla componente colloidale della pressione colloido-osmotica. o Ambiente interstiziale: molto povero di proteine libere perché tendenzialmente, in un sistema che funziona in maniera corretta, le proteine non permeano. 3.3 Volume di acqua contenuta nei compartimenti fluidi Per poter misurare il volume di questi ambienti esiste il metodo della diluizione di un indicatore. Esso si basa sull’utilizzo di una sostanza indicatrice con determinate caratteristiche che viene immessa nell’ambiente che si vuole indagare e le si dà il tempo di diffondere in maniera omogenea nell’ambiente. Successivamente la si dosa e si valuta il suo grado di diluizione. La sostanza indicatrice deve avere le seguenti caratteristiche:  Non deve essere tossica  Deve distribuirsi uniformemente solo nel comparto d’interesse (perché voglio avere la misura di quel comparto, non di un altro).  Deve restare nel comparto un tempo sufficientemente lungo, dunque non deve essere metabolizzata né escreta, altrimenti se ne perderebbe una certa quantità 5 attenzione e della capacità decisionale. Per mantenere un buono stato d’idratazione, è necessario bere comunque, non solo quando si ha sete. Nota 2: la necessità di introdurre elettroliti. La nostra dieta tipicamente ci permette di introdurre al giorno 150 mEq/l di Na + e con il sudore, anche in presenza di un’attività fisica estrema, ne perdiamo al massimo 70mEq/l, quindi al nostro organismo non serve recuperare Na+, di conseguenza non sono necessarie altre bevande per reintegrare gli elettroliti. L’utilizzo di bevande costituite anche da una componente elettrolitica ci aiuta solo a trattenere acqua e quindi a idratarci, perché introducendo elettroliti per gradiente osmotico introduciamo anche acqua (dove vanno i sali va anche l’acqua). 4.1 Spostamenti dell’acqua per bilanciare variazioni osmotiche L’ambiente intracellulare è quello che contiene più acqua; può fungere da riserva. Tuttavia, questo non significa che l’acqua in condizioni di necessità non possa passare nell’ambiente extracellulare, in quanto è fondamentale che ci sia uno scambio tra i vari ambienti. Infatti nel nostro organismo è preferibile non avere mai grosse variazioni osmotiche in un comparto, quindi tendenzialmente se ci sono variazioni osmotiche in un comparto l’acqua si bilancia spostandosi dal comparto dove ce n’è di più a quello dove ce n’è di meno, poiché è meglio avere variazioni minime nei comparti in generale piuttosto che una grande variazione in un solo comparto. 4.2 Conseguenze dell’alterazione del bilancio idrico Se il bilancio idrico non viene mantenuto si verificano due condizioni: 1. Disidratazione: si presenta quando le perdite superano le assunzioni, quindi perdiamo più acqua di quanta ne introduciamo. Se questo evento non è controllato e bloccato subito si avrà una perdita di volemia e di conseguenza un calo pressorio. Le cause sono: o Eccessiva traspirazione (ad esempio in caso di svolgimento di attività fisica in luoghi estremamente caldi senza bere). o Vomito ripetuto e diarrea (causano una perdita di liquidi importante) Il nostro organismo mette in atto una serie di riposte omeostatiche per ripristinare la condizione: o Reazioni comportamentali(aumenta la sete) o Meccanismi fisiologici(l’organismo produce una serie di ormoni per trattenere il più possibile acqua, quali aldosterone e vasopressina) Se queste strategie non sono sufficienti bisogna aiutare soggetto con interventi terapeutici, ovvero bisogna somministrare dei fluidi, tendenzialmente contenenti sali, in modo che si possa trattenere acqua. 2. Iper idratazione: si presenta quando le assunzioni di liquidi sono superiori alle perdite. Questa condizione, estremamente rara, causa incapacità cognitive (allucinazioni, convulsioni, eventuale coma). Quindi se non controllata si hanno dei problemi cellulari, il volume plasmatico aumenta e anche la pressione sanguigna Le cause sono: o Eccessiva ingestione di liquido: s’introduce così tanta acqua che viene indotta una diluizione degli elettroliti. Questa era una tortura che veniva fatta nelle carceri, chiamata “cura dell’acqua” che portava il soggetto a morte per iper idratazione (solitamente veniva usata acqua iposmotica, quindi l’individuo diluiva eccessivamente gli elettroliti provocando una serie di conseguenze sulla contrazione muscolare, aritmie cardiache, crisi epilettiche..) o Incapacità di eliminare acqua in eccesso: questa è una condizione patologica causata ad esempio da insufficienza renale (se non si riesce a mantenere una condizione fisiologica adeguatadifiltrazione e riassorbimento e si trattiene più acqua che soluti si va incontro aiperidratazione) o Assunzione di MDMA(ecstasy): questa molecola fa aumentare il metabolismo, quindi l’individuo aumenta la sua tempera tura corporea e di conseguenza inizia a s u d a r e mol to . Dunque è consig l ia to bere, ma questo, non accompagnato dall’assunzione di cibo (che invece potrebbe compensare grazie alla presenza di sali), causa un’eccessiva diluizione degli elettroliti. Le conseguenze dell’ iperidratazione si riflettono molto sul SNC e consistono in confusione, allucinazioni, convulsioni, coma, eventualmente morte, aritmie cardiache in quanto sballando le concentrazioni elettrolitiche, tutti i processi, ad esempio i potenziali d’azione, non possono più essere mantenuti fisiologicamente 6 L’intervento terapeutico consiste nel somministrare diuretici per via endovenosa per favorire l’eliminazione d’acqua Esempio di come varia il volume plasmatico se una persona beve acqua normale o acqua contenente glicerolo, che permette di trattenere più acqua (linea più in alto). I maratoneti prima di iniziare la gara, temendo di andare in disidratazione, bevono molto. Nel tempo, chi beve acqua “normale”, non ha grosse alterazioni nella volemia. Chi beve acqua con fattori osmoticamente attivi, trattiene più acqua e la volemia sale anche di 200 ml (è un effetto che grava sulla pressione; si rischia di andare in iper – idratazione). 4.3 Carenza o eccesso di elettroliti Gli elettroliti da controllare maggiormente in caso di disidratazione o iperidratazione sono il sodio e il potassio Natremia: quantità di Na nel sangue. In condizioni patologiche avremo:  Ipernatremia: eccesso di sodio, se Na > 145mEq/L Comporta sete e aumento della pressione sanguigna perché si ha un aumento della volemia  Iponatremia: carenza di sodio, se Na <136mEq/L Comporta un’alterata funzionalità del SNC, morte e le conseguenze prima citate Caliemia: quantità di K nel sangue. In condizioni patologiche avremo:  Ipercaliemia: eccesso di potassio, se K > 5,5mEq/L Comporta gravi aritmie cardiache e spasmi muscolari perché se c’è tanto K nell’ambiente extracellulare il potenziale di membrana è depolarizzato, nel senso che si ha una minore separazione di cariche, e la cellula depolarizzata è molto più suscettibile all’insorgenza di potenziali d’azione, sia essa una cellula del miocardio, nervosa o muscolare scheletrica  Ipocaliemia: carenza di potassio, se K < 3,5mEq/L Comporta debolezza muscolare e paralisi perché la cellula muscolare è in un certo senso inibita ma, per quanto riguarda il cuore, può causare aritme. Le alterazioni del Na vanno di pari passo con l’ipertensione. E’ più facile accorgersi della problematica (bilancio alterato del NA). Il bilancio alterato di K causa problematiche meno percepibili : aritmie cardiache, spasmi muscolari. Inoltre, causa aritmie sia in ipo che ipercaliemia. Com’è possibile che due condizioni opposte (ipercaliemia e ipocaliemia) portino entrambe al rischio di aritmie cardiache? Ci sono canali di K, come Kir (responsabile del mantenimento del potenziale di resting) che funzionano in modo dipendente dal potassio esterno. Quindi se c’è poco potassio fuori (ipocaliemia) funzionano poco, causando uno squilibrio delle correnti ioniche e destabilizzando così il potenziale di membrana, aumentando quindi rischio di aritmie. In caso di ipercaliemia, invece, si depolarizza la membrana causando, anche in questo caso, una destabilizzazione del potenziale di membrana che può portare a aritmie. 7 4.4 Riduzione del volume plasmatico come obiettivo terapeutico A volte il voler ridurre la volemia tramite l’eliminazione di acqua è un obiettivo terapeutico voluto, perché ci sono situazioni in cui l’organismo ne beneficia:  Se ho un soggetto iperteso: riducendo la volemia (tramite dei diuretici), riduco anche la pressione.  Se ho dei problemi a livello coronarico, che implicano uno scarso apporto di ossigeno al cuore: più è elevato il volume circolante, maggiore è la forza necessaria al cuore per contrarsi ed espellere il volume adeguato per non andare poi in insufficienza cardiaca. Tuttavia, più il ventricolo si contrae e sviluppa forza, più consuma ossigeno, ma se ho un problema alle coronarie che causa uno scarso apporto di ossigeno sarebbe meglio che il cuore si contraesse meno per consumare meno ossigeno. Dunque l’idea è di ridurre la volemia per non affaticare un cuore che ha già un apporto di ossigeno compromesso.  Se ho insufficienza cardiaca: se ho un cuore che fatica a contrarsi è preferibile fare in modo che la camera non si dilati tantissimo e possa avere una contrazione sufficiente per espellere un volume di eiezione adeguato 4.5 Mantenimento del bilancio idrico Il bilancio idrico viene mantenuto da sistemi omeostatici che bilanciano la volemia tramite vasocostrizione e vasodilatazione: 1. Sistema renina-angiotensina-aldosterone: in caso di ipovolemia, favorisce vasocostrizione e ritenzione di sodio. La sua azione ormonale è svolta da aldosterone e vasopressina (ormone antidiuretico). 2. Sistema che si basa sull’azione dei peptidi natriuretici: favorisce la vasodilatazione. La sua azione ormonale è svolta dai peptidi natriuretici. Aldosterone: ormone che fa parte della classe dei mineralcorticoidi, prodotto dalla porzione corticale del surrene, è di natura steroidea (ha il recettore a livello citoplasmatico e come tale ha un duplice comportamento). Esso provoca essenzialmente il riassorbimento di Na e l’escrezione di K a livello del tubulo contorto distale. Può avere:  Effetto non genomico: favorisce l’inserimento in membrana delle vescicole contenenti i canali EnaC (permettono il riassorbimento di Na) e ROMK (renal outer medullary Kchannel)  Effetto genomico: stimola la sintesi, la trascrizione e traduzione di EnaC e ROMK. A questo livello stimola anche la produzione della pompa Na/K ATPasi, in quanto se questa lavora si genera il gradiente per riassorbire Na dal lume.. Riassumendo l’aldosterone aumenta il numero di canali per il Na e K nella membrana apicale e aumenta la sintesi della pompa Na/K. Esso agisce ovunque, ma il suo effetto è evidente soprattutto a livello del tubulo contorto distale del rene. Vasopressina o ormone antidiuretico: viene prodotto dall’ipofisi posteriore in un luogo situato vicino agli osmocettori, ovvero recettori in grado di percepire l’ osmolarità plasmatica, la quale va a regolare la produzione dell’ormone stesso. Questo ormone ha moltissime azioni, la più evidente delle quali si esplica a livello del dotto collettore, che normalmente, in assenza di ADH, è impermeabile all’acqua. In presenza di ADH, invece, sulla membrana luminale delle cellule del dotto collettore, vengono inserite acquaporine2 (AQP2), che permettono il riassorbimento dal lume del tubulo di acqua, che passerà poi nell’ambiente interstiziale. Quindi, nei vasi, attraverso le AQP3 e AQP4, presenti costitutivamente, ovvero anche in assenza ADH, sulla membrana basolaterale delle cellule dei dotti. N.B. → AQP2 è presente solo se c’è ADH.