Fisiologia cellulare 14: IL RENE, Dispense di Fisiologia

Scarica Fisiologia cellulare 14: IL RENE e più Dispense in PDF di Fisiologia solo su Docsity! 1 RIASSORBIMENTO RENALE (PARTE 2) Riassorbimento del potassio a livello del TCP Parte del riassorbimento del potassio avviene per via paracellulare, ma è da sottolineare la presenza di canali ionici sia sulla membrana luminale che sulla membrana basolaterale della cellula del TCP. I canali ionici del potassio svolgono tre funzioni: - mantengono il potenziale di riposo della cellula: a fronte dell’entrata di una massiccia quantità di sodio, nelle immediate vicinanze della membrana luminale la cellula avrà un potenziale depolarizzato. Per questo motivo è importante avere dei canali di potassio sulla membrana luminale, in modo da ottenere un pareggiamento di cariche: gli ioni Na+ rappresentano cariche positive che entrano, gli ioni K+ rappresentano cariche positive che escono. Dal punto di vista elettrogenico, il riassorbimento di sodio ha potere nullo in quanto compensato dalla fuoriuscita di potassio. - controllano il volume cellulare: considerando tutto il sodio che entra accompagnato da glucosio, aminoacidi, fosfati e lattati, dal punto di vista dei soluti osmoticamente attivi si sta richiamando tanto materiale, quindi serve una via d’uscita di altro materiale (in questo caso il potassio). La fuoriuscita di potassio va a compensare i soluti osmoticamente attivi che sono entrati in cellula, altrimenti la cellula sarebbe ipertonica rispetto all’ambiente esterno e richiamerebbe acqua. Di conseguenza si avrebbe un eccessivo rigonfiamento della cellula che potrebbe portare alla lisi. - I canali ionici di potassio sulla membrana basolaterale sono importanti per il funzionamento della Na+/K+ ATPasi. Infatti questi canali ionici si occupano di riportare fuori il potassio che è entrato, permettendo così alla Na+/K+ ATPasi di funzionare. Che tipo di canali sono i canali ionici del potassio? - Un canale è il BK (Big K o Maxi K): canale di potassio a grande conduttanza calcio-attivato; - Canali di potassio voltaggio-dipendenti; - Canali di potassio stretch attivati, per rispondere al controllo del volume cellulare. Se in cellula sono presenti tanti soluti, entra l’acqua, si ha lo stretch di membrana e si aprono i canali di potassio. Dal punto di vista del riassorbimento vero e proprio, il potassio viene in parte riassorbito per via paracellulare (anche se il suo riassorbimento non è quantitativamente elevato). Per via transcellulare, invece, il potassio si muove verso l’esterno (nel lume o nell’interstizio) attraverso i canali ionici al fine di poter raggiungere i 3 obiettivi citati in precedenza. ANSA DI HENLE Ha una caratteristica peculiare: presenta un’estrema differenza dal punto di vista dei riassorbimenti fra tratto ascendente e discendente. L’ansa di Henle genera dei gradienti osmotici nell’interstizio fondamentali per la concentrazione dell’urina. Questa funzione è condivisa con il dotto collettore. TRATTO DISCENDENTE DELL’ANSA DI HENLE: Il tratto discendente è i m perm e abile ai solu t i e permeabile all’acqua. Le cellule del tratto sono tendenzialmente piatte perché non vengono riassorbiti soluti, ma solo la componente liquida. L’acqua è assorbita a livello della membrana luminale tramite AQP1, così espressa da essere considerata un marker di queste cellule. Quindi il tratto discendente è un tratto responsabile unicamente del riassorbimento di acqua. Riassorbendo acqua dal lume, si sta concentrando l’ultrafiltrato (cioè il contenuto del lume tubulare). La parte terminale del tratto discendente dell’ansa vede la presenza di trasportatori dell’urea (UT1 e UT3, urea transporter) che secernono urea nell’ambiente luminale. Dal punto di vista anatomico, l’ansa si dirige verso la profondità della parte midollare decorrendo parallelamente al dotto collettore, con il quale condivide la funzione. 2 TRATTO ASCENDENTE DELL’ANSA DI HENLE: Il tratto ascendente è invece p erm e abile ai solu t i e imperm e abile al l ’ a cq ua : è un tratto in cui si va a diluire il contenuto luminale (si riassorbono i soluti mentre non si riassorbe acqua). Il tratto ascendente ha come funzione importante quella di produrre la preurina ipotonica. • TRATTO ASCENDENTE SOTTILE: E’ impermeabile all’acqua ma NON ai soluti. Ha una permeabilità elevatissima per il sodio cloruro, che viene riassorbito per una quota del 25%. Nonostante il riassorbimento di sodio a livello del TCP sia molto più abbondante, anche il suo completamento nel tratto ascendente sottile dell’ansa di Henle risulta essere rilevante. Il cloro viene riassorbito attraverso un canale ionico ClCK1, mentre il sodio si sposta per via paracellulare. Ciò è evidenziato dal fatto che la cinetica di riassorbimento del cloro va a plateau, mentre quella del sodio è la classica linea retta (si tratta di una diffusione, dove il trasporto dipende unicamente dal gradiente di concentrazione). Anche a livello del tratto ascendente sottile ci sono trasportatori dell’urea, che secernono urea nel lume. Inoltre, è assorbito Na+ e Ca2+. E’ costituito da cellule piatte con interdigitazioni tra esse. Le giunzioni sono compatibili con un elevata permeabilità elettrolitica (Na Mg Ca), totalmente impermeabile all’acqua. Permeabilità al NaCl 20 volte superiore a quella del tratto ascendente spesso. Riassumendo: è impermeabile all’acqua, sodio e cloro vengono riassorbiti, l’urea viene secreta. • TRATTO ASCENDENTE SPESSO: E’ impermeabile all’acqua e permeabile ai soluti. E’ un sito di diluizione. A livello del tratto ascendente spesso è importante il trasportatore NKCC (isoforma 2). Si tratta di un trasportatore attivo secondario che permette di riassorbire uno ione sodio, uno ione potassio e 2 ioni cloro. NKCC è molto rilevante dal punto di vista osmotico in quanto con un solo trasporto porta dal lume all’interstizio in un solo colpo 4 ioni. Il furosemide è un diuretico che ha come target NKCC. È un trasporto che, per funzionare, richiede la presenza di tutti e 3 gli ioni nel lato luminale. Privando l’ambiente di uno dei 3 ioni, il trasportatore non funziona bene. Questo comportamento è stato verificato bloccando la pompa Na+/K+ con ouabaina: andando a bloccare i trasporti che sostengono NKCC, NKCC non funziona. Si perde il gradiente di sodio generato dalla pompa, il potassio non entra e di conseguenza non viene riportato all’esterno dal canale ROMK (Renal Outer Medullary K Channel) e da BK o Maxi K (canale di potassio calcio attivato). Il potassio che esce è quello che sostiene il funzionamento di NKCC. Il riassorbimento di potassio è basso rispetto a quello del sodio. Il riassorbimento del potassio è minimo (10%). Calcio e magnesio continuano ad essere assorbiti per gradiente di concentrazione. È importante notare che le tight junctions a livello del tratto ascendente spesso presentano una resistenza epiteliale decisamente maggiore (10-50 MΩ) rispetto a quelle del TCP (giunzioni blande). La resistenza è maggiore ma non elevatissima: questo permette che ci sia comunque riassorbimento di calcio e magnesio per via paracellulare, in + + + + + + + - - - - - - - - 5 Questa patologia ha un fenotipo piuttosto grave ed è tipicamente presente in omozigosi, quindi ha incidenza maggiore tra i figli di consanguinei. - Tipo II: è dovuto ad un’ipofunzione di ROMK. ROMK è il canale regolato dall’aldosterone. Porta ioni potassio nel lume. Il canale di potassio non funziona bene e, di conseguenza, gli ioni K + non vengono espulsi nel lume. NKCC, per funzionare adeguatamente, ha bisogno che nel lume siano presenti gli ioni Cl-, Na+ e K+. L’assenza di quest’ultimo - dovuta ad una down regolazione del suo canale - renderà NKCC ipofunzionante e quindi ci si troverà nuovamente in una condizione di incapacità di riassorbi-mento dei sali. - Tipo III: viene determinata un’ipofunzione del canale del cloro (ClC-Ka) a causa della quale il riassorbimento di questo ione è ridotto o assente. - Tipo IV: si presenta una mutazione a carico della barttina che determina l’ipofuzione dei canali del cloro, di cui la barttina è una proteina accessoria. Di conseguenza, come nel sottotipo precedente, il riassorbimento di Cl- è ridotto. - Tipo V: la proteina coinvolta è un recettore CaSR (Calcium Sensing Receptor). In questo caso si riscontra un’iperfunzione (una gain of function) della proteina mutata. In letteratura non è chiaro il funzionamento di CaSR, ma è noto che normalmente, per poter svol-gere il proprio compito, ha bisogno di una certa quantità di calcio extracellulare. Quando è presente la mutazione lo stesso recettore funziona molto bene, o addirittura meglio, con una quantità di calcio extracellulare inferiore: esso è quindi sempre attivo, inibisce NKCC e la Na+/K+ ATPasi. Ancora una volta tutto ciò causa l’incapacità di riassorbire sali. RIASSORBIMENTO DEL TCD E DOTTO COLLETTORE TUBULO CONTORTO DISTALE (TCD) LA PORZIONE PROSSIMALE forma la macula densa, un gruppo di cellule epiteliali fittamente ammassate. La porzione prossimale è impermeabile all’acqua e riassorbe sodio- cloruro grazie alla presenza di NCC (Sodium Chloride Cotransporter) che, sfruttando la presenza del sodio, riassorbe anche il cloro e rende ipotonica la pre-urina. NCC si trova sulla membrana luminale delle cellule del tubulo contorto distale. Nel momento in cui entrano sodio e cloro, il sodio viene estruso dalla pompa Na+/K+ mentre, per quanto riguarda il cloro, il trasporto (che è un simporto) avviene tramite un suo canale specifico della famiglia ClC. LA PORZIONE DISTALE, che si trova più a valle, verso il dotto collettore, è abbastanza contorta ed è simile al tratto ascendente dell’ansa di Henle; ad esempio, è molto permeabile agli ioni. E’ caratterizzata dalla presenza di due tipi cellulari: - le cellule principali, si occupano del riassorbimento di Na + e della secrezione di K + . Queste cellule sono regolate dal punto 6 di vista ormonale, in quanto l' aldosterone agisce sull’attività dei canali ENaC e ROMK (il primo permette di riassorbire sodio, il secondo di espellere o secernere potassio) Lumen Blood - le cellule intercalate hanno un’attività che prevede l'estrusione nel lume dei protoni tramite la H+-ATPasi. Ciò è importante per quanto riguarda la regolazione del pH ematico: regolando l’attività dell’ATPasi si regola il pH urinario, acidificandolo. In condizioni di acidosi estremamente grave queste cellule possono prima produrre e poi riassorbire bicarbonato (HCO3-), in questo senso l’acidosi grave viene tamponata sia tramite l’estrusione di H+ sia tramite il riassorbimento di ioni che alzano il pH ematico. Diapositiva che analizza il TCD o tubulo contorto distale, nella prima parte si nota NCC, nella seconda parte ENaC per riassorbimento di Na. Riassorbimento di ioni nel tubulo contorto distale Leak del potassio: è la perdita cellulare di potassio finalizzata al funzionamento della pompa Na+/K+, dovuta alla presenza di alcuni canali, di cui uno specifico per K+ sulla membrana basolaterale, che fa estrudere questo ione, in scambio con il cloro. Il fatto che il potassio possa uscire dalla cellula permette alla pompa Na + /K + di funzionare perché quest’ultima, per adempiere alla sua funzione, deve portare all'interno K + e affinché ciò sia possibile è necessario che K + sia presente anche a livello interstiziale. Per quanto riguarda il cloro, soprattutto nella porzione più a valle del tubulo contorto distale, dove il riassorbimento di sodio è guidato da ENaC, succede che dato che lo ione sodio riassorbito fa sì che si accumulino cariche positive sul lato interstiziale del tessuto, si determina di conseguenza un riassorbimento para- cellulare dello ione cloro. Di conseguenza è vero che Cl- può muoversi tramite trasportatore NCC, come si è detto prima, ma bisogna tener conto del fatto che esso ha anche una via para- cellulare, attraverso la quale si muove guidato dal gradiente che si genera spostando tanto Na+. Del magnesio filtrato viene riassorbito il 10%. Il suo trasporto non è ancora chiaro nella sua totalità: è certo che Mg2+ per diffusione facilitata attraverso il trasportatore TRPM6, ma in cellula non è chiaro quale sia la via attraverso cui venga portato a termine il riassorbimento per via transcellulare. Dato che non c’è una proteina che lo buffera, c’è sicuramente una proteina che lo veicola dal lato basolaterlae ma non è chiara la molecola che se ne occupa. Il calcio, che rispetto all’ambiente intracellulare è sempre più concentrato all’esterno, entra per diffusione facilitata seguendo un gradiente di concentrazione attraverso un Transemembrane Potential Receptor (TPRV5, perché appartiene alla famiglia V5) specifico per il calcio. 7 TPRV5 è sotto il controllo dell’ormone paratiroideo; stimola la trascrizione, previene la degradazione. La vitamina D3 stimola TPRV5 e la produzione di calbindina. Al fine di favorire questo continuo ingresso e di mante-nere il gradiente attivo, il calcio si lega alla calbindina e, una volta legato, “non conta più”, viene mascherato e non influenza più il gradiente dello stesso ione. La calbindina veicola il calcio a livello della membrana basolaterale, a livello della quale lo ione avrà due vie di uscita: 1) Scambiatore Na+/Ca2+: avviene un trasporto attivo secondario che funziona tramite gradiente di sodio, attraverso il quale viene espulso il calcio; 2) Trasporto attivo mediato dalla Calcio ATPasi che, essendo attivo, può funzionare anche con-tro gradiente di calcio. Quindi mentre nel primo caso il gradiente di sodio risulta essere favorevole, nel secondo è indifferente: consumando energia tramite un trasporto attivo, in ogni caso si riesce ad espellere e, successivamente, riassorbire calcio. Il trasporto viene definito attivo in quanto quello sulla membrana basolaterale si basa sull’utilizzo di ATP, sia nel trasportatore sodio-potassio, sia per quanto riguarda l’ATPasi . A questo livello si assorbe il 7-10 % del calcio filtrato. La via descritta, però, è l’unica attraverso la quale si può riassorbire calcio nel tubulo contorto distale: non ce ne sono altre in questo specifico tratto, sebbene non vada dimenticato che in precedenza il calcio è stato assorbito per via paracellulare. Ripasso: l’aldosterone L’aldosterone è un mineralcorticoide prodotto dalla corticale del surrene che favorisce un aumento del riassorbimento di Na + e della secrezione di K + . Quali sono gli stimoli che portano alla secrezione di aldosterone? - un aumento di K+ extracellulare: se a livello delle cellule della corticale del surrene si verifica un aumento del potassio extracellulare avviene la depolarizzazione del potenziale di membrana sino alla soglia dei canali del calcio. Ciò causa l’apertura degli stessi che, permettendo l’entrata di calcio, favoriscono la fusione delle vescicole di esocitosi. - la presenza di angiotensina II (vasocostrittore secreto in caso di ipotensione): il legame dell’angiotensina sui recettori a livello della corticale del surrene attiva la proteina G alphaq, quindi la fosfolipasi C, determinando un aumento di calcio intracellulare e quindi della secrezione di aldosterone. Quindi questi sono i due stimoli che possono portare ad una concentrazione intracellulare tale da favorire il processo di esocitosi: da un lato la depolarizzazione di membrana, dall'altro la mediazione dell’angiotensina II. In questo modo la concentrazione ematica di aldosterone aumenta e quando l’ormone arriva a livello delle cellule principali del dotto collettore, essendo un ormone steroideo, passa la membrana cellulare e lega il suo recettore, che si trova all'interno della cellula. Il legame ormone-recettore comporta: - effetti non genomici (latenza minore): permettono di agire su proteine già pronte determinando, ad esempio, modificazioni post-traduzionali. In questo caso l’aldosterone determina l’inserimento in membrana di vescicole contenenti ENaC e ROMK, aumentandone la concentrazione in membrana; - effetti genomici (latenza maggiore): si interviene nel processo di trascrizione, si determina un aumento della trascrizione dei geni di ENaC, di ROMK e della Na + /K + ATPasi, necessaria per poter garantire e favorire il gradiente necessario al riassorbimento di Na + . Perché un aumento di potassio extracellulare depolarizza la membrana? Perché ciò riduce la differenza di cariche tra l’interno e l’esterno della membrana, rendendo insta-bile il potenziale di riposo. L’interno risulta essere più negativo, ma si avvicinano tutti i canali alla soglia: in questo caso i canali cationici fanno entrare i cationi. In questo modo aumentando il K + esterno si riduce il gradiente del potassio. 10 La pendrina è iper espressa nei casi di alcalosi metabolica. 3. NON A E NON B: hanno sulla membrana luminare sia l’H + ATPasi sia la pendrina ed estrudono H + e HCO3 - . Dotto collettore vero e proprio: E’ impermeabile all’acqua. La permeabilità è controllata dall’ADH che permette l’inserimento della AQP2 in membrana. A questo livello si trovano inoltre trasportatori dell’urea, che viene qui riassorbita. Richiamo dell’effetto dell’ADH: il rilascio dell’ormone è soprattutto regolato da osmorecet-tori, ma hanno un ruolo anche i recettori di volume. Per quanto riguarda l’azione, esso fa in modo che il dotto collettore possa essere variamente permeabile all’acqua, tramite l’inserimento di AQP2 sulla membrana. Riassumendo: - La parte prossimale tubulare del nefrone è deputata al riassorbimento intenso e obbligato (non regolabile) , ovvero guidato unicamente dal gradiente di concentrazione; - Nella parte distale del nefrone il riassorbimento è fine e modulato, regolato da ormoni e, quindi, presente solo se necessario. Riassorb i m e nto del so d io (e p er tanto di acqua) l un go il nefrone: Asse x : tutti i segmenti tubulari (tubulo contorto prossimale, ansa di Henle, tubulo contorto distale, dotto collettore) Asse y : percentuale di sodio che è stato filtrato - uscita della capsula di Bowman: il 100% di Na+ è filtrato e inizia il processo di riassorbi- mento. - tubulo contorto prossimale: riassorbimento massiccio e obbligato; ne viene riassorbito il 60- 70% e, pertanto, nel lume del tubulo ne rimane circa il 30-40% - tratto discendente dell'ansa di Henle (permeabile all'acqua e non ai soluti): non fuoriesce il sodio che qui resta costante - tratto ascendente sottile dell'ansa di Henle: viene riassorbito circa il 20% di sodio - tratto ascendente spesso dell'ansa di Henle: viene riassorbita un'ulteriore quota di sodio per via della presenza dell'NKCC, cosicché, alla fuoriuscita dall'ansa di Henle, il lume contiene circa il 10% di Na + - tubulo contorto distale: il riassorbimento avviene prima tramite NCC (assenza di regolazione ormonale), poi da ENaC (regolato da ormoni); giunti a tale livello si ha la possibilità di rias-sorbire ancora il 5% di Na + in maniera regolata Alla fine del processo quasi tutto il sodio è stato riassorbito. 11 Os m olari t à del c on t en u to lu m i n are l u ngo il ne f rone: Tale grafico permette di osservare il funzionamento renale in maniera completa, considerando tutti i soluti tramite l'osmolarità. Asse x : tutti i segmenti tubulari Asse y : andamento dell’osmolarità del contenuto luminare lungo il ne-frone • inizio del tubulo contorto prossimale: il fluido tubulare (ultrafiltrato) è isosmotico con il pla-sma (circa 300mOsm); • lungo il tubulo contorto prossimale: a fronte del massiccio riassorbimento di ioni e quindi del massiccio spostamento d’acqua, l’osmolarità dell'ultrafiltrato non varia • inizio dell'ansa di Henle: osmolarità di 300 mOsm; • tratto discendente dell'ansa di Henle: l'osmolarità dell'ultrafiltrato subisce una brusca salita fino al valore massimo di 1200-1400 mOsm. Quindi scendendo lungo il tratto discendente dell'ansa di Henle viene riassorbita l'acqua e viene concentrato il fluido tubulare, fino alla mas-sima possibilità di osmolarità del sistema corrispondente a 1200-1400 mOsm; • ramo ascendente dell'ansa di Henle : riassorbimento di sali e quindi diluizione del contenuto tubulare con una nuova discesa dell’osmolarità; • ingresso del tubulo contorto distale: osmolarità di 100 mOsm (la preurina è iposmotica ri-spetto al plasma); • dotto collettore: l’osmolarità del fluido tubulare dipende dalla presenza dell’ormone antidiure-tico, poiché se l'ormone antidiuretico fosse assente (considerando una situazione estrema) il dotto collettore sarebbe permeabile e verrebbe prodotta urina iposmotica con un'osmolarità identica a quella della preurina (100 mOsm), in alternativa, a seconda di quanto ADH è presente, si ha una maggior concentrazione dell'urina per via del maggior suo riassorbimento fino a raggiungere, al massimo delle possibilità, un'osmolarità di 1200-1400 mOsm, valore corrispondente alla concentrazione liquido dell'ambiente midollare. Q u indi: 1. Iperidratazione —> diminuzione della secrezione di ADH (sebbene ne rimanga sempre una quota plasmatica) —> produzione di urina diluita con osmolarità inferiore a 50 mOsm 2. disidratazione —> aumento della secrezione di ADH —> produzione di urina concentrata fino a 1200- 1400 mOsm. Vol u m e Urinario O bb ligatorio: Tenendo conto della necessità di eliminare prodotti catabolici che, quotidianamente, danno un’osmolarità di 600 mOsm, si può ricavare il Volume Urinario Obbligatorio, ovvero la quantità minima di urina da produrre per eliminare i suddetti prodotti catabolici. Esso è definito come il rapporto tra l’osmolarità dei prodotti catabolici e quella urinaria massima: volume urinario obbligatorio = (osmolarità dei prodotti catabolici) / (osmolarità urinaria massima) 0,5 L/die = 600mOsm / 1200 mOsm/L F a t to r i che in f lu en z ano la capacità m ass i ma d i con ce nt r azione urinaria: im 12 - Lunghezza dell’ansa di Henle: considerando un generico nefrone, non necessariamente umano, più è lunga l’ansa di Henle, più l'organismo ha possibilità di concentrare l'urina. Il rene del cammello ha molte più anse midollari dell’uomo ed è on grado di produrre con osmolarità di 2800 mOsm, quindi di conservare molta acqua, quindi di bere ogni 2 mesi. Il topo canuro del deserto australiano può concentrare urine fino a 9800 mOsm. Gli uccelli migratori sono in grado di trattenere molta acqua. - Diversa distribuzione in percentuale tra i nefroni corticali e i nefroni iuxtamidollari: più nu-merosi sono i nefroni iuxtamidollari più è possibile concentrare l’urina. L'essere vivente capace della massima concentrazione urinaria (9000 mOsm) è il topo canguro del deserto, capace di concentrare l’urina, potendo così permettersi di bere una volta ogni sei mesi, ri-ducendo al minimo la perdita. I reni trattengono acqua e quindi eliminano urina concentrata in due modi: 1. Elevata osmolarità del liquido interstiziale della midollare renale grazie all'abbondanza di soluti → elevata concentrazione urinaria -Garantita dal trasporto di ioni sodio e il co-trasporto di potassio, cloro ed altri ioni dal segmento spesso ascendente dell’ansa di Henle nell’interstizio midollare -Il trasporto attivo di ioni dai tubuli collettori nell’interstizio midollare -La diffusione facilitata di grosse quantità di urea dai dotti collettori della midollare piu interna nell interstizio della midollare -La limitata diffusione di acqua dai tubuli della midollare all’interstizio midollare di molto inferiore al riassorbimento di soluti nell interstizio midollare 2. Elevati livelli ADH → elevata permeabilità del dotto collettore Tali modalità sono collegati tra di loro poiché l'ADH agisce anche sull’attività dell'NKCC (e di conseguenza, sulla capacità di concentrare soluti) e sulla possibilità di trascrivere e quindi di pro-durre i trasportatori dell’urea , agendo anche a tale livello sul riassorbimento d'acqua (vedi "ricir-colo dell’urea”). N.B. → la filtrazione consiste nel passaggio dal sangue al glomerulo. Il riassorbimento è il passaggio di sostanze che sono recuperate dal tubulo al sangue La secrezione è il passaggio di sostanze da sangue a tubulo L’escrezione è il prodotto che fuoriesce dal dotto collettore. gur