Anatomia e fisiologia II

Vascolarizzazione del rene

L’arteria renale fornisce il flusso sanguigno al rene. L’arteria renale si divide prima in arterie segmentali, seguite da ulteriori ramificazioni per formare più arterie interlobari che passano attraverso le colonne renali per raggiungere la corteccia. Le arterie interlobari, a loro volta, si diramano in arterie arcuate, arterie corticali irradiate e quindi in arteriole afferenti. Le arteriole afferenti servono circa 1,3 milioni di nefroni in ciascun rene.

Figura 4. Flusso sanguigno nel rene

È vitale che il flusso di sangue attraverso il rene sia ad una velocità adeguata per consentire la filtrazione. Questo tasso determina quanto soluto viene trattenuto o scartato, quanta acqua viene trattenuta o scartata e, in definitiva, l’osmolarità del sangue e la pressione sanguigna del corpo.

Nefroni individuali circostanti vascolari

I nefroni sono le “unità funzionali” del rene. Poiché la funzione dei nefroni è quella di pulire il sangue e bilanciare i costituenti della circolazione, ovviamente richiedono una stretta connessione con l’afflusso di sangue. L’apparato di filtrazione del nefrone, la capsula di Bowman, rimuove un grande volume di filtrato dal sangue. Lo fa circondando un letto capillare fenestrato ad alta pressione di circa 200 µm di diametro chiamato glomerulo. Il glomerulo ha una pressione insolitamente alta rispetto ad altri letti capillari. È l’unico letto capillare che ha sia un’arteriola efferente (invece della venule efferente attesa). Questa alta pressione aiuta a guidare il continuo movimento del fluido dal sangue, attraverso la membrana di filtrazione e nella capsula di Bowman. Il glomerulo e la capsula di Bowman formano insieme il corpuscolo renale.

Dopo aver attraversato il corpuscolo renale, i capillari formano una seconda arteriola, l’arteriola efferente. Queste arteriole efferenti alimenteranno le reti capillari successive attorno alle porzioni più distali del tubulo di nefrone, dei capillari peritubulari e della vasa recta, prima di tornare al sistema venoso. I capillari peritubulari e vasa recta hanno una disposizione anatomica più standard, con arteriole afferenti e venule efferenti. Per questo motivo, hanno anche una pressione sanguigna più tipica, che è sostanzialmente inferiore alla pressione nei glomeruli.

Mentre il filtrato si muove attraverso i tubuli di nefrone, queste reti capillari recuperano la maggior parte dei soluti e dell’acqua e li restituiscono alla circolazione. Poiché un letto capillare (il glomerulo) drena in un vaso che a sua volta forma un secondo letto capillare, la definizione di un sistema portale è soddisfatta. Questo è l’unico sistema portale in cui si trova un’arteriola tra il primo e il secondo letto capillare. (I sistemi portale collegano anche l’ipotalamo all’ipofisi anteriore e i vasi sanguigni dei visceri digestivi al fegato.)

Figura 3. I due letti capillari sono chiaramente mostrati in questa figura. L’arteriola efferente è il vaso di collegamento tra il glomerulo e i capillari peritubulari e vasa recta.

Regolazione della formazione del filtrato

La velocità di filtrazione è direttamente correlata alla quantità di filtrato prodotta dal corpuscolo renale in qualsiasi momento. Per aumentare la filtrazione, il flusso sanguigno al glomerulo deve essere aumentato, in quanto ciò consentirà di produrre ulteriore filtrato. Per ridurre la velocità di filtrazione, il flusso sanguigno al glomerulo viene ridotto, in quanto ciò ridurrà di conseguenza la pressione nel glomerulo, limitando così la formazione di filtrato. Il flusso sanguigno al glomerulo è regolato da diversi meccanismi.

Nervi simpatici

I reni sono innervati dai neuroni simpatici del sistema nervoso autonomo attraverso il plesso celiaco e i nervi splancnici. La riduzione della stimolazione simpatica provoca vasodilatazione e aumento del flusso sanguigno attraverso i reni durante le condizioni di riposo. Pertanto, una riduzione della stimolazione simpatica provoca un aumento della produzione di urina. Al contrario, un aumento della stimolazione simpatica ridurrebbe la formazione di filtrato e, in definitiva, la produzione di urina.

Quando la frequenza della stimolazione simpatica aumenta, la muscolatura liscia arteriolare si restringe (vasocostrizione), con conseguente diminuzione del flusso glomerulare, quindi si verifica meno filtrazione. In condizioni di stress, l’attività nervosa simpatica aumenta, con conseguente vasocostrizione diretta delle arteriole afferenti (effetto noradrenalina) e stimolazione del midollo surrenale. Il midollo surrenale, a sua volta, produce una vasocostrizione generalizzata attraverso il rilascio di epinefrina. Ciò include la vasocostrizione delle arteriole afferenti, riducendo ulteriormente il volume di sangue che scorre attraverso i reni. Questo processo reindirizza il sangue ad altri organi con bisogni più immediati.

Se la pressione sanguigna cade, i nervi simpatici stimoleranno anche il rilascio di renina. Ulteriore renina aumenta la produzione del potente vasocostrittore angiotensina II. L’angiotensina II, come discusso sopra, stimolerà anche la produzione di aldosterone per aumentare il volume del sangue attraverso la ritenzione di più Na+ e acqua. Solo un differenziale di pressione di 10 mm Hg attraverso il glomerulo è richiesto per una normale velocità di filtrazione glomerulare, quindi piccoli cambiamenti nella pressione arteriosa afferente aumentano o diminuiscono significativamente la velocità di filtrazione glomerulare.

Autoregolazione del flusso sanguigno ai reni

I reni sono molto efficaci nel regolare la velocità del flusso sanguigno su un’ampia gamma di pressioni del sangue. La pressione sanguigna diminuirà quando si è rilassati o dormire. Aumenterà quando si esercita. Eppure, nonostante questi cambiamenti, la velocità di filtrazione attraverso il rene cambierà molto poco. Ciò è dovuto a due meccanismi autoregolanti interni che operano senza influenza esterna: il meccanismo miogenico e il meccanismo di feedback tubuloglomerulare.

Meccanismo miogenico arteriolare

Il meccanismo miogenico che regola il flusso sanguigno all’interno del rene dipende da una caratteristica condivisa dalla maggior parte delle cellule muscolari lisce del corpo. Quando si allunga una cellula muscolare liscia, si contrae; quando ci si ferma, si rilassa, ripristinando la sua lunghezza di riposo. Questo meccanismo funziona nell’arteriola afferente che fornisce il glomerulo. Quando la pressione sanguigna aumenta, le cellule muscolari lisce nella parete dell’arteriola sono allungate e rispondono contraendosi per resistere alla pressione, con conseguente piccolo cambiamento nel flusso. Quando la pressione sanguigna scende, le stesse cellule muscolari lisce si rilassano per ridurre la resistenza, consentendo un flusso continuo e uniforme di sangue.

Feedback tubuloglomerulare

Il meccanismo di feedback tubuloglomerulare coinvolge l’apparato juxtaglomerulare (Figura 3) e un meccanismo di segnalazione paracrina che utilizza adenosina trifosfato (ATP), adenosina e ossido nitrico (NO). Questo meccanismo stimola la contrazione o il rilassamento delle cellule muscolari lisce arteriolari afferenti. Ricordiamo che il tubulo contorto distale è in contatto intimo con le arteriole afferenti ed efferenti del glomerulo. Le cellule specializzate della macula densa in questo segmento del tubulo rispondono ai cambiamenti nella portata del fluido e nella concentrazione di Na+. All’aumentare della velocità di filtrazione glomerulare, c’è meno tempo per il riassorbimento di NaCl nel tubulo contorto prossimale, con conseguente maggiore osmolarità nel filtrato. L’aumento del movimento del fluido devia più fortemente le singole ciglia non motili sulle cellule della macula densa. Questa osmolarità aumentata dell’urina di formazione e la maggior portata all’interno del tubulo contorto distale, attiva le cellule di macula densa per rispondere liberando l’ATP e l’adenosina (un metabolita di ATP). L’ATP e l’adenosina agiscono localmente come fattori paracrini per stimolare le cellule miogeniche juxtaglomerulari dell’arteriola afferente a restringersi, rallentando il flusso sanguigno e riducendo la velocità di filtrazione glomerulare. Al contrario, quando la velocità di filtrazione glomerulare diminuisce, meno Na + è nell’urina formante e la maggior parte sarà riassorbita prima di raggiungere la macula densa, che si tradurrà in una diminuzione dell’ATP e dell’adenosina, consentendo all’arteriola afferente di dilatarsi e aumentare la velocità di filtrazione glomerulare. L’ossido nitrico ha l’effetto opposto, rilassando l’arteriola afferente allo stesso tempo ATP e adenosina lo stimolano a contrarsi. Pertanto, l’ossido nitrico ottimizza gli effetti dell’adenosina e dell’ATP sulla velocità di filtrazione glomerulare.

Lying just outside Bowman’s capsule and the glomerulus is the juxtaglomerular apparatus (Figure 3). Nel momento in cui le arteriole afferenti ed efferenti entrano ed escono dalla capsula di Bowman, la parte iniziale del tubulo contorto distale entra in contatto diretto con le arteriole. La parete del tubulo contorto distale in quel punto forma una parte della JGA nota come macula densa. Questo gruppo di cellule epiteliali cuboidali controlla la composizione fluida del fluido che scorre attraverso il tubulo contorto distale. In risposta alla concentrazione di Na + nel fluido che scorre oltre di loro, queste cellule rilasciano segnali paracrini. Hanno anche un singolo ciglio non motile che risponde alla velocità del movimento del fluido nel tubulo. I segnali paracrini rilasciati in risposta ai cambiamenti nella portata e nella concentrazione di Na + sono ATP e adenosina.

Figura 3. (a) L’apparato juxtaglomerulare consente alle cellule specializzate di monitorare la composizione del fluido nel tubulo contorto distale e regolare la velocità di filtrazione glomerulare. (b) Questo micrografo mostra il glomerulo e le strutture circostanti. LM × 1540. (Micrografo fornito dai Reggenti della University of Michigan Medical School © 2012)

Un secondo tipo di cellula in questo apparato è la cellula juxtaglomerulare. Questa è una cellula muscolare modificata e liscia che riveste l’arteriola afferente che può contrarsi o rilassarsi in risposta all’ATP o all’adenosina rilasciata dalla macula densa. Tale contrazione e rilassamento regolano il flusso sanguigno al glomerulo. Se l’osmolarità del filtrato è troppo alta (iperosmotica), le cellule juxtaglomerulari si contraggono, diminuendo la velocità di filtrazione glomerulare (GFR) in modo da filtrare meno plasma, portando a meno formazione di urina e maggiore ritenzione di liquidi. Questo alla fine diminuirà l’osmolarità del sangue verso la norma fisiologica. Se l’osmolarità del filtrato è troppo bassa, le cellule juxtaglomerulari si rilassano, aumentando la velocità di filtrazione glomerulare e migliorando la perdita di acqua nelle urine, causando l’aumento dell’osmolarità del sangue. In altre parole, quando l’osmolarità aumenta, la filtrazione e la formazione di urina diminuiscono e l’acqua viene trattenuta. Quando l’osmolarità scende, la filtrazione e la formazione di urina aumentano e l’acqua viene persa attraverso l’urina. Il risultato netto di queste azioni opposte è quello di mantenere la velocità di filtrazione relativamente costante. Una seconda funzione delle cellule della macula densa è quella di regolare il rilascio di renina dalle cellule juxtaglomerulari dell’arteriola afferente (Figura 4). La renina attiva è una proteina composta da 304 aminoacidi che scinde diversi aminoacidi dall’angiotensinogeno per produrre angiotensina I. L ‘angiotensina I non è biologicamente attiva fino alla conversione in angiotensina II da parte dell’ enzima di conversione dell ‘ angiotensina (ACE) proveniente dai polmoni. L’angiotensina II è un vasocostrittore sistemico che aiuta a regolare la pressione sanguigna aumentandola. L’angiotensina II stimola anche il rilascio dell’ormone steroideo aldosterone dalla corteccia surrenale. L’aldosterone stimola il riassorbimento di Na+ da parte del rene, che si traduce anche in ritenzione idrica e aumento della pressione sanguigna.

Figura 4. L’enzima renina converte il pro-enzima angiotensina I; l’enzima derivato dal polmone ACE converte l’angiotensina I in angiotensina II attiva.

Capitolo Recensione

I reni sono innervati dai nervi simpatici del sistema nervoso autonomo. L’attività nervosa simpatica diminuisce il flusso di sangue al rene, rendendo più sangue disponibile ad altre aree del corpo durante i periodi di stress. Il meccanismo miogenico arteriolare mantiene un flusso sanguigno costante causando la contrazione della muscolatura liscia arteriolare quando la pressione sanguigna aumenta e facendola rilassare quando la pressione sanguigna diminuisce. Il feedback tubuloglomerulare comporta la segnalazione paracrina all’apparato juxtaglomerulare per causare vasocostrizione o vasodilatazione per mantenere un tasso costante di flusso sanguigno.Le cellule mesangiali contrattili svolgono ulteriormente un ruolo nella regolazione della velocità con cui il sangue viene filtrato. Cellule specializzate nell’apparato juxtaglomerulare producono segnali paracrini per regolare il flusso sanguigno e le velocità di filtrazione del glomerulo. Altre cellule dell’apparato juxtaglomerulare producono l’enzima renina, che svolge un ruolo centrale nella regolazione della pressione sanguigna

Self Check

Rispondi alle domande qui sotto per vedere quanto bene comprendi gli argomenti trattati nella sezione precedente.

Glossario

meccanismo miogenico: meccanismo con cui la muscolatura liscia risponde all’allungamento contraendosi; un aumento della pressione sanguigna causa vasocostrizione e una diminuzione della pressione sanguigna causa vasodilatazione in modo che il flusso sanguigno a valle rimanga costante

feedback tubuloglomerulare: meccanismo di feedback che coinvolge la JGA; le cellule della macula densa monitorano la concentrazione di Na+ nella porzione terminale del ciclo ascendente di Henle e agiscono per causare vasocostrizione o vasodilatazione delle arteriole afferenti ed efferenti per alterare il GFR