Fisiologia cellulare 13: IL RENE, Dispense di Fisiologia

Scarica Fisiologia cellulare 13: IL RENE e più Dispense in PDF di Fisiologia solo su Docsity! 1 Il controllo intrinseco della filtrazione glomerulare: La filtrazione glomerulare può avvenire mediante: 1. -Regolazione miogenica → agisce solo sull’arteriola afferente 2. -feedback tubulo glomerulare → agisce su entrambe le arteriole VFG: volume di plasma filtrato a livello glomerulare 1) LA REGOLAZIONE MIOGENICA La regolazione miogenica (o regolazione miogena o riflesso di Bayliss) è uno dei due meccanismi di autoregolazione del rene. È un riflesso tipico di tutti gli organi a muscolatura liscia, che si contraggono quando sono eccessivamente distesi. N.B. → E’ un meccanismo a carico SOLO dell’arteriola afferente. All’aumentare della pressione arteriosa media, la VFG aumenta. Per mantenere quest’ultima costante, si ha una contrazione della muscolatura liscia arteriolare a livello dell’arteriola afferente, che ne aumenta la resistenza facendo diminuire la pressione di filtrazione glomerulare e facendo quindi tornare normale la VFG. Questa vasocostrizione è dovuta ad un ingresso di calcio che determina appunto la contrazione muscolare: • l’aumento della pressione idrostatica a livello dell’arteriola afferente determina una distensione della parete che attiva i canali cationici stretch-attivati aspecifici TRP; a u m e n t a l a t e n s i o n e d e l l e c e l l u l e e n d o t e l i a l i , s i a p r o n o i c a n a l i , i quali depolarizzano la cellula endoteliale • la cellula endoteliale è in comunicazione con la cellula muscolare liscia grazie a delle giunzioni mioendoteliali (20-30 per cellula), attraverso cui passa la depolarizzazione • la depolarizzazione porta a soglia per i canali di calcio di tipo L • il calcio entra e l’arteriola si contrae In un esperimento su dei topi è stato dimostrato il ruolo del calcio nel signaling della risposta miogenica: nei topi cui veniva somministrata nifedipina (1-10 μmol), un bloccante dei canali di calcio voltaggio-dipendenti di tipo L responsabili della contrazione, non si aveva regolazione miogena. 2) IL FEEDBACK TUBULO GLOMERULARE Il feedback tubulo-glomerulare vede coinvolto l’apparato iuxtaglomerulare, la struttura che si forma quando il tubulo contorto distale, ripiegandosi, si trova adiacente alle due arteriole. Le cellule che rivestono la parete del tubulo in prossimità del polo vascolare sono le cellule della macula densa. All’aumentare della pressione arteriosa media, la VFG aumenta, causando un aumento del carico filtrato* di sodio a livello della macula densa. La variazione del carico filtrato di sodio determina il rilascio di segnali chimici che regolano le resistenze delle arteriole in modo che la pressione all’interno del glomerulo torni ai valori normali. N B : in basso a destra è più corretto parlare di carico filtrato di sodio che di flusso * Il ca r i c o f il t r a to è l a q u a n t i t à d i un a s o s ta n z a f i l t r a ta i n u n m i n u t o e d i p e n d e d a ll a c o n c e n t r a z i o n e p l a s m a ti c a d e ll a 2 s o s ta n z a e d a ll a v e lo c it à d i f i l t r a z i o n e . Carico filtrato (z) = Concentrazione plasmatica (z) x VFG. I segnali chimici che regolano la contrazione delle arteriole sono o l’adenosina se il carico filtrato di sodio aumenta o la renina se il carico filtrato di sodio diminuisce Questo meccanismo coinvolge sia l’arteriola afferente che efferente. M e c c a n i s m o d ’ a z i o n e d e ll ’ a d e n o s in a: A livello della membrana luminale delle cellule della macula densa è presente l’NKCC, che percepisce la variazione del carico filtrato di sodio. L’NKCC trasporta secondo gradiente sodio, potassio e cloro e necessita del lavoro della pompa sodio-potassio sulla membrana basolaterale per mantenere il giusto gradiente. La pompa sodio-potassio necessita di ATP per funzionare e produce quindi adenosina ad ogni ciclo: quando il carico filtrato di sodio è molto elevato verrà prodotta tanta adenosina. All’aumentare del carico filtrato di sodio si ha una riduzione dell’ATP (linea continua) ed un aumento dell’adenosina (linea tratteggiata). L’adenosina ha diversi tipi di recettori ; a livello delle arteriole afferente ed efferente sono presenti due di questi: ◦ s e l ’ a d e n o s in a s i le g a a l r ece tt o re d i t i p o A 1 si attiva la fosfolipasi C, viene inibita l’adenilatociclasi e viene liberato calcio in cellula inducendo v a s o c o s tr i z i o n e ◦ s e l ’ a d e n o s in a s i le g a a l r ece tt o re d i t i p o A 2 vengono attivate le AGS e l’adenilatocilclasi inducendo v a s o d i l a ta z i o n e. La popolazione recettoriale è quindi diversificata: troviamo una prevalenza di recettore A 1 a l i v e ll o d e ll ’ a r t e r i o l a a ff e r e n t e ed una prevalenza di recettore A 2 a li v e ll o d e ll ’ a r t e r io l a e ff e r e n t e . In questo modo, all’aumentare del carico filtrato di sodio, si avrà vasocostrizione a monte e vasodilatazione a valle, con riduzione della VFG. Ricapitolando: - quando la VFG aumenta, aumenta anche il carico filtrato di sodio - l’aumento del carico filtrato di sodio viene percepito dall’NKCC presente sulla membrana luminale della macula densa, che necessita della pompa sodio-potassio posta sulla membrana basolaterale per funzionare correttamente - la pompa sodio-potassio consuma ATP producendo adenosina - l’adenosina diffonde e si lega ai recettori A1 a livello dell’arteriola afferente inducendo vasocostrizione e ai recettori A2 a livello dell’arteriola efferente inducendo vasodilatazione - la VFG torna ai valori normali. M e c c a n i s m o d ’ a z i o n e d e ll a r e n i n a: La presenza di adenina inibisce l’attivazione di renina. La renina converte l’angiotensinogeno in angiotensina I (è già di per sé un vasocostrittore, ma emivita breve), che a sua volta si converte in angiotensina II, che è un potentissimo vasocostrittore periferico. Inoltre, stimola le cellule della surrenale a produrre aldosterone. Ruolo del reclutamento: R aumenta --> Q diminuisce --> MAP diminuisce --> Pcg diminuisce --> PF diminuisce --> VFG diminuisce 5 Nella lezione verrà affrontato il riassorbimento tubulare, processo di scambio che avviene a livello del nefrone e che riguarda appunto la sua porzione tubulare. Caratteristiche e struttura del tubulo renale Il tubulo renale si distingue in: - Tubulo contorto prossimale (TCP); - Ansa di Henle, che presenta un ramo discendente e un ramo ascendente (sottile e spesso); - Tubulo contorto distale (TCD), che confluisce nel dotto collettore. L’epitelio tubulare non è omogeneo: a seconda del tratto considerato si presentano delle caratteristiche peculiari per quanto riguarda la permeabilità all’acqua e ai soluti. Eseguendo delle sezioni a diversi livelli del tubulo, si nota che cellule di tratti diversi hanno diversa morfologia e di conseguenza diversa funzione cellulare. Ad esempio, Il TCP ha cellule epiteliali con molti microvilli sul lato luminale e molto mitocondri sulla parte baso-laterale. Nell’ansa di Henle le cellule sono più appiattite. Tuttavia, è possibile individuare degli aspetti che accomunano tutte le cellule del tubulo renale: • tutte le cellule del tubulo renale sono cellule epiteliali polarizzate, in quanto il corredo proteico presente sulla membrana luminale è diverso dal corredo proteico della membrana basolaterale. • tutte le cellule del tubulo renale presentano la pompa Na+/K+ ATPasi sulla loro membrana basolaterale, che risulta essere fondamentale per generare il gradiente che sostiene la maggior parte dei trasporti. Caratteristiche del TCP Le cellule epiteliali del TCP sono cellule di grandi dimensioni e presentano il tipico orletto a spazzola. Quest’ultimo è costituito da estroflessioni della porzione apicale della membrana plasmatica (microvilli) che determinano l’aumento della superficie di assorbimento. Già solo osservando le specializzazioni cellulari che presenta, è possibile intuire che il TCP è la sede principale del riassorbimento delle sostanze presenti nell’ultrafiltrato glomerulare (preurina). Essendo necessaria un’ampia superficie per poter alloggiare tutti i trasportatori per il riassorbimento di acqua e di soluti, si spiega la presenza dell’orletto a spazzola e delle interdigitazioni fra le cellule. Verso il lato basolaterale, sono presenti numerosi mitocondri, i quali devono produrre una quantità di ATP adeguata per sostenere il lavoro della pompa Na+/K+ ATPasi. Le giunzioni epiteliali fra le cellule del TCP sono blande: non sono né gap junctions né tight junctions, hanno un livello di resistenza molto basso proprio per permettere il passaggio di sostanze per via paracellulare. Il TCP rappresenta la prima e principale sede in termini quantitativi del riassorbimento, che risulta essere massiccio, non regolato, guidato essenzialmente dai gradienti elettrochimici. Vie di trasporto attraverso l’epitelio del TCP Il trasporto attraverso l’epitelio del TCP può avvenire mediante due vie: -Transcellulare: è la via di trasporto prevalente e permette il riassorbimento del 90-95% dell’acqua poiché il suo movimento tramite acquaporine (via transcellulare) è più veloce rispetto al movimento per via paracellulare che avviene sfruttando il gradiente osmotico. Molecole e ioni sono trasportati principalmente tramite un trasporto attivo secondario o in maniera passiva per gradiente elettrochimico. Il 99% della superficie cellulare è coinvolto nel trasporto transcellulare. E’ garantito da trasporti attivi o passivi. -Paracellulare: è la via di trasporto secondaria, vede un riassorbimento dell’acqua in minor percentuale ed è guidata essenzialmente da gradienti elettrochimici. Richiede un gradiente elettrochimico favorevole. Sia il riassorbimento per via paracellulare che quello per via transcellulare non riguardano solo l’acqua, ma anche Riassorbimento tubulare 6 diverse tipologie di ioni. T r asporti n e l pri m o t r a tto d e l T C P Si consideri una cellula del tubulo contorto prossimale (in foto). Questa presenta: -membrana basolaterale; -membrana luminale (con microvilli); -a sinistra rispetto alla membrana luminale l’ambiente luminale; -a destra rispetto alla membrana basolaterale l’ambiente interstiziale. A livello della membrana basolaterale, è presente la pompa Na+/K+ ATPasi che permette di portare fuori sodio e dentro potassio. A livello della membrana luminale, si possono individuare diversi trasporti attivi secondari, fra cui: -simporto che permette di riassorbire sodio e glucosio; -simporto che permette di riassorbire sodio e aminoacidi; -simporto che permette di riassorbire sodio e fosfati; -simporto che permette di riassorbire sodio e lattati. Il riassorbimento di sodio avviene secondo gradiente. Questi trasporti attivi secondari sono sostenuti dalla pompa Na+/K+ ATPasi e permettono, oltre al riassorbimento di sodio, anche il riassorbimento di glucosio, aminoacidi, fosfati, lattati. Sempre a livello della membrana luminale, si verifica un altro trasporto attivo secondario: un antiporto che permette di riassorbire sodio e secernere H+. Nell’antiporto viene estruso H+ mentre Na+ entra in cellula. Consente il mantenimento del pH ematico. Nel lume, H+ non va ad acidificare la preurina (non è tra gli H+ che saranno responsabili del pH urinario), ma reagisce con gli ioni bicarbonato filtrati a livello glomerulare che quindi si trovano nel lume. L’anidrasi carbonica presente a livello dell’orletto a spazzola permette la catalisi della reazione fra H+ e ione bicarbonato che ha come prodotto l’acido carbonico. L’acido carbonico (H2CO3) si scinderà in H2O e anidride carbonica. A questo punto la CO2, essendo lipofila, entra nella cellula del TCP. Qui è presente un’altra anidrasi carbonica, un’isoforma citoplasmatica (diversa dalla precedente), che catalizza la reazione fra CO2 e H2O (c’è H2O perché il citosol è acquoso) e che porta alla formazione di acido carbonico (H2CO3); questo nuovamente si scinde in HCO3- e H+. Sulla membrana basolaterale, è presente un trasportatore che permette di condurre HCO3-nell’interstizio; H+ invece torna nel lume. Circa il 70% dello ione bicarbonato filtrato è assorbito a questo livello. Come già detto l’importanza di H+ non è legata alla regolazione del pH urinario in quanto H+ viene continuamente rimesso in circolo: H+ permette di riassorbire uno ione HCO3- che, dal punto di vista chimico, non è lo stesso che è stato filtrato (a livello del glomerulo lo ione bicarbonato filtrato non subisce reazioni chimiche). Quindi questo antiporto attivo secondario è fondamentale perché l’estrusione di H+ consente di riassorbire uno ione HCO3-. Il trasporto è di fondamentale importanza perché è il primo punto in cui si vede espressa la capacità del rene di intervenire nella regolazione dell’equilibrio acido-base del sangue. Domanda: Quale fattore influisce sulla scissione di H2CO3? Il pH rispetto alla pKa. Bisogna tenere conto del fatto che si ha una diversa quota di scissione in base al pH e che *in controtrasporto con il Cl o in cotrasporto con il Na. * 7 tendenzialmente a livello della preurina il pH è più basso rispetto a quello della cellula. Nonostante questo, il pH di entrambi gli ambienti permette la scissione. Con tutti i trasporti attivi secondari elencati, a livello del primo tratto del TCP, il lume è stato privato di sodio, mentre l’interstizio è stato arricchito di sodio. L’ambiente luminale è diventato carico negativamente, mentre l’ambiente interstiziale ha acquisito tante cariche positive: è stato quindi generato un gradiente elettrico transepiteliale. Con il sodio sono stati trasportati glucosio, aminoacidi aventi cariche diverse, lattati e fosfati che sono carichi negativamente. Il gradiente risulta però essere principalmente determinato dal sodio che entra in cellula in una quantità molto più elevata rispetto ad amminoacidi, lattati e fosfati. Il fatto di aver riassorbito così tanti ioni o molecole (glucosio) ha determinato anche un importante spostamento di acqua per questioni osmotiche. L’acqua si sposta soprattutto tramite le Acquaporine AQP1 e AQP5, ma esiste anche una piccola componente che si muove per via paracellulare. Che cosa comporta lo spostamento di acqua? Lo ione cloro si trova ancora nel lume, ambiente che nel frattempo ha assunto una carica complessiva negativa (data dallo spostamento di ioni positivi) e quindi sfavorevole per il cloro stesso. Il cloro si è inoltre ulteriormente concentrato a seguito dello spostamento di acqua. Per gradiente elettrico transepiteliale e in secondo luogo per gradiente chimico, il cloro si sposta per via paracellulare. Quindi il riassorbimento di cloro a livello del TCP avviene secondariamente alla creazione del gradiente transepiteliale: prima deve spostarsi il sodio e generare lo spostamento di acqua; dopodiché viene riassorbito anche il cloro. Tendenzialmente, quando uno ione si sposta, il trasporto ionico non è elettrocarico ma è elettroneutro; quindi lo spostamento del cloro per via paracellulare determina una minor quota di trasporto paracellulare del sodio e condiziona il riassorbimento per via paracellulare dei cationi divalenti (magnesio e calcio). Il cloro, richiamato dal gradiente elettrochimico, si sposta. Affinchè si abbia un trasporto elettroneutro vengono riassorbiti per via paracellulare i cationi divalenti e in piccolissima quota anche il sodio. Vengono trasportati Mg2+ e Ca2+ per giustificare l’elettroneutralità del trasporto: per compensare le cariche negative che si stanno spostando, il cloro porta con sé Mg2+ e Ca2+ che si spostano in parte anche per gradiente di concentrazione (anche loro, a seguito dello spostamento di acqua, sono più concentrati nel lume rispetto all’ambiente interstiziale). Nelle cellule del primo tratto del TCP, si verifica anche un trasporto terziario così detto perché richiede tre diversi passaggi per raggiungere l’obiettivo finale. Il trasporto prevede la secrezione nel lume (non è un riassorbimento) di anioni organici, i quali possono essere prodotti del metabolismo, del ciclo di Krebs oppure possono essere farmaci che devono agire nel lume. Quasi tutti i diuretici, ad esempio, nel torrente circolatorio sono associati alle proteine quindi non passano nell’ultrafiltrato fisiologicamente. Per passare nell’ultrafiltrato il farmaco diuretico necessita di un trasportatore che sia inserito nella membrana apicale della cellula tubulare, e in particolare si serve di un trasportatore di anioni organici. Dando per scontata la presenza sulla membrana basolaterale della pompa Na+/K+ ATPasi (trasporto attivo primario), i tre step del trasporto prevedono che: - Sulla membrana basolaterale, si abbia un simporto di sodio che torna in cellula secondo gradiente e porta con sè l’alpha-chetoglutarato (αKG). - La concentrazione di αKG in cellula è elevata: quindi sempre a livello della membrana basolaterale, l’αKG esce dalla cellula e fa entrare l’anione che si vuole secernere nel lume.