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Capitolo 8
Il rene

La principale funzione del rene è il mantenimento dell’omeostasi dell’organismo attraverso la filtrazione del plasma e l’eliminazione dei cataboliti terminali del metabolismo, mentre le molecole necessarie vengono riassorbite e rimesse in circolo. Tramite questa funzione di filtrazione e riassorbimento, il rene contribuisce alla regolazione dell’equilibrio idrico e salino, dell’equilibrio acido-basico e della pressione osmotica. Inoltre il rene, oltre ad essere l’organo bersaglio di numerosi ormoni, ha esso stesso importanti funzioni endocrine.

In sezione il rene presenta una parte esterna corticale e una interna midollare. L’unità anatomo-funzionale del rene è il nefrone (Fig.8.1). La porzione corticale del rene ha un metabolismo fondamentalmente ossidativo, svolto dai numerosi mitocondri. I principali substrati ossidati nella corteccia renale sono gli acidi grassi, l’acido lattico, il glicerolo, il citrato e gli aminoacidi come la glutamina, mentre il ruolo del glucoso è relativamente secondario. Tra gli acidi grassi, l’acido palmitico è il più importante e da solo fornisce il 60-80% dell’energia necessaria. Nel rene, come nel fegato, la -ossidazione in condizioni di digiuno dà origine alla formazione di corpi chetonici. Al contrario della corteccia, la porzione midollare, povera di mitocondri, ha un’attiva glicolisi con prevalente produzione di acido lattico e scarsa utilizzazione mitocondriale del piruvato. Un’importante funzione metabolica del rene è la gluconeogenesi, paragonabile a quella svolta dal tessuto epatico. I principali precursori sono l’acido lattico, il glicerolo e gli aminoacidi glucogenetici. Di particolare importanza tra gli aminoacidi è la glutamina, che viene deaminata da una glutaminasi mitocondriale ad acido glutamico, e quest’ultimo dalla glutamico deidrogenasi ad acido -chetoglutarico che può proseguire verso la gluconeogenesi (Fig.8.2).

Il rene è dotato di numerosi sistemi di trasporto di membrana (Fig.8.3), localizzati in modo strategico nella membrana luminale (o apicale) e nella membrana basolaterale delle varie porzioni del tubulo renale. Questi sistemi sono deputati ai processi di riassorbimento di numerose sostanze, nonché ad alcuni processi di secrezione, tutti adibiti all’eliminazione delle sostanze di rifiuto e alla ritenzione delle sostanze necessarie all’organismo.

Tutte le cellule, incluse quelle tubulari del rene, mantengono una concentrazione elevata di potassio intracellulare e di sodio extracellulare. Ognuno dei due ioni ha quindi un gradiente elettrochimico, dovuto alla somma di una componente chimica (concentrazione) e di una componente elettrica (potenziale di membrana). Il K+ è vicino all’equilibrio elettrochimico, cioè il suo gradiente di concentrazione è quasi esattamente bilanciato dal gradiente elettrico, a causa della elevata permeabilità della membrana a questo ione; perciò la sua concentrazione, elevata all’interno della cellula rispetto all’esterno, è bilanciata dal potenziale elettrico, negativo all’interno, che si crea per la libera uscita dello ione seguendo il suo gradiente di concentrazione (Fig.8.4).

Il gradiente elettrochimico del Na+ è mantenuto costante dalla pompa sodio-potassio o pompa del sodio (Na+-K+-ATPasi), che nel rene è situata nella membrana basolaterale delle cellule tubulari. Si tratta di un’ATPasi di tipo P (Tab.8.1), in cui è fondamentale il cambiamento di conformazione che consegue alla fosforilazione; il meccanismo d’azione presunto della pompa è schematicamente indicato nella Fig.8.5. La pompa del sodio è elettrogenica, in quanto trasporta asimmetricamente cariche positive attraverso la membrana (due K+ all’interno e 3 Na+ all’esterno).

Il gradiente elettrochimico del sodio permette vari sistemi di trasporto attivo secondario attraverso la membrana luminale delle cellule tubulari. La Tab.8.2 elenca alcuni sistemi Na+-dipendenti del tubulo prossimale.

Il carrier Na+-dipendente del glucoso (SGLT-2) è contenuto nella membrana dell’orletto a spazzola delle cellule del tubulo prossimale (Fig.8.6). La membrana luminale possiede un carrier che effettua lo scambio (o antiporto) di Na+ con H+ (Fig.8.7). La Fig.8.8 riassume i sistemi di trasporto di K+ e Cl-, mentre i sistemi di trasporto di calcio e fosfati sono descritti nella Fig.8.9.

La funzione di riassorbimento del rene richiede due sistemi di trasporto, uno localizzato nella membrana che guarda il lume tubulare, l’altro rivolto alla sierosa e ai capillari sanguigni; il processo comporta spesso la completa rimozione dalla pre-urina delle sostanze filtrate. La maggior parte delle sostanze riassorbite entra dal lume tubulare nelle cellule tramite sistemi di cotrasporto con il Na+, sfruttando il suo gradiente elettrochimico favorevole creato e mantenuto dalla pompa del sodio della membrana basolaterale. Poiché i sistemi di trasporto obbediscono a una cinetica di Michaelis-Menten, sono cioè saturabili, il riassorbimento del glucoso, degli aminoacidi e di altre molecole è pure saturabile ed esiste un valore di trasporto massimo oltre il quale il sistema è saturato e le molecole in eccesso compaiono nelle urine.

In altri casi il movimento di una sostanza può essere più complesso: il potassio deve essere mantenuto a concentrazione costante di circa 4 mEq/l nel liquido extracellulare, per cui il rene contribuisce sia al suo riassorbimento sia alla sua escrezione, a seconda delle circostanze. Infatti il potassio filtrato dal glomerulo viene in parte riassorbito dal tubulo prossimale e dall’ansa di Henle, in cui coesistono il cotrasportatore Na+/K+/2Cl- nella membrana luminale e canali (uniporto) per il K+ nella membrana basolaterale che scaricano nel sangue l’eccesso di K+ immesso nelle cellule dalla pompa del sodio. Tuttavia le cellule principali del tratto terminale del tubulo distale e dei tubuli collettori sono in grado di secernere potassio nell’urina, in caso di iperkaliemia, utilizzando il canale presente nella membrana luminale.

Il riassorbimento del Na+ e la secrezione di K+ sono stimolati dall’aldosterone, che possiede un recettore specifico nel citoplasma delle cellule tubulari renali: il complesso aldosterone-recettore migra nel nucleo dove stimola la trascrizione di alcuni geni e quindi la sintesi di specifiche proteine, tra cui la stessa pompa del sodio e un canale per il Na+ presente nella membrana luminale, che facilita perciò il processo globale di riassorbimento dello ione. La secrezione di aldosterone dalla zona glomerulare della corteccia surrenale è sotto il controllo degli ioni K+ e del sistema renina/angiotensina (Fig.8.10). Quando diminuisce la pressione arteriosa, le cellule juxtaglomerulari del rene secernono la renina, un enzima idrolitico che converte l’angiotensinogeno nel decapeptide angiotensina I; da questa a sua volta vengono rimossi due aminoacidi da un enzima convertitore (angiotensin-converting enzyme, ACE) presente nell’endotelio dei vasi polmonari, formando così l’angiotensina II, che è la forma ormonale attiva. Funzione opposta ha l’ormone natriuretico atriale, peptide rilasciato dalle cellule miocardiche degli atri.

Il controllo del metabolismo del calcio e del fosfato a livello renale è esercitato dal paratormone e dalla calcitonina. Il riassorbimanto dell’acqua è in parte un fenomeno osmotico, dovuto al riassorbimento del Na+. Tuttavia una parte importante di H2O viene riassorbita con un meccanismo specifico transcellulare stimolato dall’ormone antidiuretico (ADH), un octapeptide secreto dalla post-ipofisi, che ha recettori ad alta affinità (V2) sulla membrana basolaterale delle cellule dei tubuli distali e dei dotti collettori. Tramite la stimolazione del sistema adenilato ciclasi / AMP ciclico l’ADH determina la fusione con la membrana apicale di vescicole membranose contenenti nella membrana una proteina intrinseca della famiglia delle acquaporine (acquaporina-2 e -3), che forma un canale permeabile all’H2O (Fig.8.11).

I reni controllano l’equilibrio acido-basico attraverso l’escrezione di urina acida o basica. Il meccanismo di fondo di questo controllo è rappresentato dal riassorbimento del bicarbonato filtrato attraverso i glomeruli e la secrezione di ioni idrogeno in vari tratti dei tubuli renali. Una buona parte degli H+ che viene eliminata con le urine è necessaria per il riassorbimento del bicarbonato e deriva dallo stesso bicarbonato che viene riassorbito (Fig.8.12). Normalmente rispetto agli ioni bicarbonato filtrati vi è un eccesso di idrogenioni, che derivano dai prodotti terminali acidi del metabolismo e dall’ureogenesi. Esso richiede sistemi tampone per eliminare gli H+ in forma combinata. I principali di tali sistemi tampone sono i fosfati (Fig.8.13) e l’ammoniaca (Fig.8.14).

Il rene è pure sede di produzione di composti a funzione ormonale. Le cellule juxtaglomerulari secernono la renina, enzima proteolitico che idrolizza l’angiotensinogeno in angiotensina I, che poi verrà convertita in angiotensina II .

Il calciferolo o vitamina D viene dapprima idrossilato in C-25 e poi, nel rene, in C-1 con formazione di 1,25-diidrossicolecalciferolo o calcitriolo (Fig.8.15). E’ questa una sostanza ad azione ormonale che agisce sul metabolismo del calcio soprattutto a livello intestinale, dove favorisce l’assorbimento, ed osseo, dove favorisce la mineralizzazione.

 

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