Fiziologia aparatului renal

FIZIOLOGIA APARATULUI RENAL

Rinichiul este organul excretor pentru produsii de metabolism nevolatili, tip uree, acid uric, creatinina si pentru substantele endogene eliminate ca atare sau dupa prelucrarea hepatica.

Prin functia de excretie, rinichiul este unul dintre cele mai importante organe care participa la mentinerea in limite normale, constante a compozitiei si volumului lichidelor extracelulare, deci la mentinerea constantei mediului intern (homeostazia mediului intern).

Morfologia functionala a rinichiului

Rinichiul este un organ extraperitoneal, pereche, situat de o parte si de alta a coloanei vertebrale lombare; are o lungime de 11-13 cm si o greutate de aprox. 150g (la adult).

In zona mediana se afla hilul renal care contine artera renala, vena renala, limfatice, nervi si pelvisul renal (vezi figura). In sectiune longitudinala rinichiul prezinta doua zone distincte:

- cortexul sau corticala la exterior, de culoare rosie-bruna, formata din glomeruli si tubi uriniferi;

- medulara, care contine piramidele Malpighi inconjurate de substanta corticala. Coloanele de
substanta corticala dintre piramidele Malpighi poarta numele de coloane Bertin.

Piramidele renale au forma triunghiulara cu striatiuni longitudinale date de vasele si tubii uriniferi colectori care le strabat. Ele se deschid in papilele renale, care se unesc formand calicele mici, acestea conflueaza formand calicele mari, iar acestea formeaza pelvisul sau bazinetul renal, care se continua cu ureterul. Cele 2 uretere se deschid in vezica urinara care depozitaeza urina pana cind aceasta este eliminata prin mictiune

Sistematizarea rinichiului:

- lobul renal - este format dintr-o piramida Malpighi impreuna cu corticala adiacenta - sunt
delimitati de arterele interlobare care trec prin mijlocul coloanelor Bertin;

- lobulul renal - alcatuit dintr-un grup de nefroni care dreneaza in acelasi tub colector; se
gaseste numai in corticala.

Unitatea morfologica si functionala a rinichiului este nefronul. Exista un numar de aprox. 1-2 milioane de nefroni pentru fiecare rinichi. Numarul acestora incepe sa scada cu varsta; dupa 40 de ani, numarul nefronilor functionali scade cu cea. 10% la fiecare 10 ani. Rinichiul nu poate regenera nefronii.

Un nefron are doua componente: glomerulara si tubulara.

1. Portiunea glomerulara este reprezentata de capsula Bowman si un ghem de capilare rezultate din arteriola aferenta, impreuna formand corpusculul renal Malpighi.

Capsula Bowman are un pol vascular (prin care inta arteriola aferenta si iese arteriola eferenta) si un pol urinar care se continua cu tubul contort proximal. De fapt, capsula Bowman reprezinta o continuare a tubului renal, care imbraca in deget de manusa ghemul capilar glomerular. Capsula renala Bowman are pereti dubli, foita interna sau viscerala a capsulei fiind formata din celule epiteliale numite podocite prevazute cu 'picioruse' care se aplica pe membrana bazala a capilarului. Intre piciorusele podocitelor iau nastere 'fante de filtrare' (fig. 2).

Epiteliul visceral al capsulei Bowman, impreuna cu membrana bazala si endoteliul capilar constituie membrana de filtrare !!!

2. Portiunea tubulara.

. Tubul contort proximal (TCP) este format din celule cuboidale, care la polul luminal (apical) prezinta microvili bine dezvoltati = marginea in perie, care cresc suprafata de reabsorbtie. La polul bazal si pe partile laterale prezinta prelungiri care se interdigiteaza si maresc suprafata membranei bazo-laterale. Ca rezultat al interdigitarii apar spatiile laterale intercelulare care sunt cai de rezistenta minima pentru transportul apei si elctrolitilor cu greutate moleculara mica.

Deci, reabsorbtia se poate face pe doua cai: celulara - cu rezistenta mare, care presupune trecerea electrolitilor prin membrana bazo-laterala si paracelulara - prin spatiile laterale intercelulare, cu rezistenta scazuta.

TCP este situat in cortex, dar partea dreapta coboara in medulara si se transforma in ansa Henle.

. Ansa Henle, are aspect de 'ac de par', prezinta un segment descendent, o bucla si un
segment ascendent. Celulele ansei Henle au microvili rudimentari si putine prelungiri laterale care se interdigiteaza, ceea ce sugereaza o activitate de reabsorbtie a apei si sarurilor mai redusa. Segmentele ascendent si descendent ale ansei Henle joaca un rol foarte important in concentrarea urinii, deoarece actioneaza ca un sistem de contracurent, fie multiplicator, fie prin schimb.

La nivelul ramului ascendent gros se gasesc celule cu multe mitocondrii, microvili si
prelungiri laterale, ceea ce sugereaza o activitate intensa la acest nivel.

Ramura ascendenta groasa a ansei Henle ajunge in portiunea glomerulului si se pozitioneaza intre arteriola aferenta si cea eferenta; portiunea de la acest nivel se numeste macula densa. De la acest nivel devine tub contort distal si ia parte la formarea aparatului juxtaglomerular, unde se secreta renina si eritropoietina.

. Tubul contort distal (TCD), conventional incepe de la aparatul juxtaglomerular si se deschide in tubii colectori. Au mai putini microvili, interdigitari laterale si mitocondrii, avand functie modificata.

Exista 2 tipuri de nefroni (fig. 3): nefroni cu glomerulii situati in cortex = nefroni corticali, care au o ansa Henle scurta, care penetreaza pe o distanta foarte mica zona medulara; nefroni juxtamedulari: glomerulii sunt situati in corticala din apropierea medularei, iar ansa H este lunga si coboara adanc in medulara. Arteriola eferenta este si ea lunga si coboara in medulara externa unde se divide in capilare peritubulare, care coboara apoi (in medulara interna) in paralel cu ansa, formand vasa recta. Acestea joaca un rol important in concentrarea urinii.

Circulatia renala

Este asigurata de artera renala din care rezulta ramuri interlobare care se extind pana la limita dintre corticala si medulara si dau artere arcuate, din care se desprind ramificatii perpendiculare - arterele interlobulare, din care pornesc arteriolele aferente care, la nivelul glomerulului se capilarizeaza, apoi prin confluare formeaza arteriola eferenta. Din arteriola eferenta se formeaza o retea capilara, peritubulara, in jurul tubului contort distal.

Rinichiul are un sistem port care cuprinde doua paturi capilare plasate in serie, unite prin arteriola eferenta. Primul pat vascular = capilarul; al doilea = capilarele peritubulare rezultate din arteriola eferenta. La nivelul nefronilor juxtamedulari, arteriola eferenta formeaza vasa recta ascendente si descendente, care formeaza paturi capilare, cu rol important in concentrarea urinii.

Sistemul cortical si medular dreneaza in sistemul venos alcatuit din vene interlobulare, arcuate, interlobare si in final in vena renala.

Referat: Vitaminele - surse alimentare de vitamine Referat: 41 de sfaturi pentru viata lunga recomandate de doctor

Hemodinamica renala. Circulatia renala este foarte intensa, debitul sanguin renal variind intre 1000-1300ml/minut in ambii rinichi (aproximativ 25% din debitul cardiac).

Debitul sanguin renal prezinta o independenta accentuata fata de presiunea arteriala sistemica, ceea ce inseamna ca fluxul sanguin intrarenal ramane nemodificat la oscilatii presionale mari, cuprinse intre 60-200mmHg), explicatia acestui fenomen fiind autoreglarea circulatiei renale. Limita critica a tensiunii arteriale sub care pot aparea modificari ale circulatiei intrarenale si implicit a filtrarii glomerulare este 60-70 mmHg.

Factorii care contribuie la mentinerea constanta a debitului renal si a filtratului glomerular (FG) sunt incomplet elucidati, explicatia fenomenului de autoreglare ramanand in domeniul ipotezelor:

- teoria miogena: cand presiunea sangelui creste, fibrele musculare netede din peretii vaselor
se destind si raspund la distensie prin contractie;

- un rol important l-ar avea reabsorbtia de Na la nivelul TCD. Na+ modifica compozitia osmotica
a lichidului la acest nivel, determinand cresterea sau scaderea tonusului arteriolei eferente,
consecinta fiind variatiile de flux sanguin la nivelul capilarelor glomerulare;

- la aceasta se adauga sistemul renina-angiotensina, NO, prostaglandinele si kininele
plasmatice ca factori importanti ai autoreglarii locale.

Inervatia rinichiului. Rinichiul are o bogata inervatia simpatica care provine din plexul solar si mai putin din nervii splanhnici. S-au evidentiat receptori adrenergigi α si β, predominand eferentele α . Arteriolele aferenta si eferenta sunt bogat inervate simpatic. S-au evidentiat ramuri simpatice si la nivelul tubului contort proximal.

Formarea urinii presupune existenta a 3 mecanisme: filtrarea glomerulara, reabsorbtia si secretia tubulara.

. Filtrarea glomerulara. Rata filtrarii glomerulare (RFG) = volumul de plasma filtrat pe unitatea de timp este de 125 ml/minut, 7,5 l/h, 180 l/24h, cu 10% mai mica la femeie, in timp ce volumul urinar final este de 1-1,5 l/zi. Aceasta inseamna ca 99% sau mai mult din filtrat este in mod normal reabsorbit. Rata de 125 l/min inseamna ca intr-o zi se filtreaza o cantitate de lichid egala cu de 4 ori volumul apei din intreg organismul si de 60 de ori volumul plasmatic.

Ultrafiltratul, numit si urina primara este o plasma deproteinizata, avand celelalte componente in concentratie aproape identica cu plasma. Factorii care guverneaza filtarea glomerulara sunt aceeasi care guverneaza filtrarea si la nivelul altor capilare din organism: marimea patului vascular, permeabilitatea capilarelor si gradientul de presiunea hidrostatica si coloid-osmotica de la nivelul capilarelor.

▪ Suprafata membranei filtrante este egala cu 1,2-1,5 m² la adult si variaza in functie de
numarul de glomeruli activi si de numarul de capilare functionale din fiecare glomerul.

▪ Permeabilitatea capilarelor - considerata pana nu demult invariabila, joaca un rol
important in filtrare, deoarece porii membranei filtrante au anumite dimensiuni care
conditioneaza filtrarea doar a moleculelor cu dimensiuni apropiate.

Cercetarile cu substante neutre si dimensiuni diferite au demonstrat ca moleculele cu diametrul mai mic de 4 nm filtreaza liber, cele cu Φ mai mare de 8 nm nu filtreaza aproape deloc, iar intre aceste limite, filtrarea este invers proportionala cu diametrul moleculei.

Albuminele se filtreaza foarte putin, aproximativ 0,2-0,3% din concentratia plasmatica, Hb se filtreaza in procent de aprox. 5%.

Faptul ca in ultrafiltratul glomerular s-au gasit globuline in concentratie mai mare decat a albuminelor, desi ele au GM mai mare si concentratie plasmatica mai mica sugereaza ca filtrarea este conditionata nu numai de relatia dintre marimea porilor si greutatea moleculara, ci si de alti factori. S-a concluzionat ca este importanta si incarcatura electrica a moleculelor care filtreaza, deoarece la suprafata celulelor glomerulare si a membranelor bazale exista un strat de sialoglicoproteine incarcate puternic negativ, care se opune filtrarii macromoleculelor cu aceeasi incarcatura electrica. Din acest motiv, albuminele care sunt electronegative trec greu. In patologie, sarcinile negative ale proteinelor cu molecula mica pot fi mascate si ele apar in urina, fenomen numit proteinurie.

▪ Presiunea hidrostatica si coloid-osmotica din capilarul glomerular.

Presiunea hidrostatica din capilar este forta majora care favorizeaza filtrarea. Ea are valori reduse, 40-45 mmHg (5,32-5,98 KPa) si putin variabile de-a lungul capilarului. Este determinata de: presiunea arteriala, de rezistenta arteriolei aferente si de rezistenta arteriolei eferente.

Presiunea coloid-osmotica din capilar este realizata de proteinele plasmatice (care nu trec filtrul renal) si se opune filtrarii. Are o valoare de 25 mmHg la capatul aferent si creste catre capatul eferent, ca urmare a filtrarii de lichide electrolitice si concentrarii proteinelor la 35mmHg. In urma cresterii presiunii coloid-osmotice, aceasta va echilibra presiune hidrostatica intr-un punct situat inainte de capatul distal al capilarului, moment in care ultrafiltrarea inceteaza - s-a atins punctul de echilibru.

Presiunea hidrostatica din capsula Bowman se opune filtrarii; are o valoare de 10 -12mmHg si a fost masurata prin micropunctii.

Presiunea coloid-osmotica din capsula este considerata practic ca fiind 0.

Din suma presiunilor care intervin in filtrare se va calcula presiunea eficienta de filtrare (sau neta). Se aduna fortele favorabile, iar din fortele favorabile se scad cele nefavorabile, adica:

Phc + Pc-o Bowman - Ph Bowman + Pc-o cap = P eficienta, care are valoarea de 10-12mmHg la capatul aferent si 0 la capatul eferent.

Cand presiunea eficienta este 0, filtrarea inceteaza, deoarece s-a atins punctul de echilibru. Pozitia acestui punct nu este obligatorie catre capatul distal (eferent) al capilarului, ea depinzand de presiunea din arteriola aferenta si eferenta. Prin apropierea punctului de echilibru de inceputul capilarului se micsoreaza suprafata de filtrare. Pozitia spre sfarsitul capilarului creste suprafata de filtrare, de unde rezulta ca suprafata de filtrare nu este constanta, fixa, ci variaza in functie de necesitati.

La capatul afferent, P eficienta de filtrare = 10 - 12 mmHg

Calcul: din suma presiunilor favorabile se scad presiunile nefavorabile:

P _{h capilar} (45mmHg) + P _{c-o capsula} (o) - P _{h capsula} (10mmHg) - P _{c-o capilar} (25mmHg) = 10mmHg

La capatul eferent:

P _{h capilar} (45mmHg) + P _{c-o capsula} (0) - P _{h capsula} (10mmHg)+ P _{c-o capilar} (35mmHg) = 0

Rata de filtrare glomerulara (RFG) variaza in functie de: suprafata corporala, sex (la barbati este mai intensa decat la femei), perioadele ciclului ovarian, in sarcina poate fi crescuta cu 50-100%.

Raportul RFG / flux plasmatic renal (FPR) = FF (fractia filtrata), reprezinta procentul de plasma ultrafiltrat din totalul de plasma care a strabatut rinichiul. La om are valoarea de 20%; la capatul eferent al capilarului FF creste la 25%.

Rata filtrarii glomerulare poate fi modificata prin contractia arteriolei aferente si eferente:

▪ Contractia arteriolei aferente determina scaderea fluxului plasmatic, scaderea presiunii in
capilar si deci scaderea RFG;

▪ Contractia arteriolei eferente are efecte variabile, de scadere sau crestere a RFG;

▪ Stimularea nervilor simpatici renali determina contractia arteriolei aferente, scade fluxul
sanguin, scade presiunea de filtrare, scazand deci RFG;

▪ Stimularea fibrelor dopaminergice - poate avea efect de crestere a RFG;

▪ Modificarea presiunii arteriale sistemice nu modifica semnificativ RFG, datorita fenomenului
de autoreglare;

▪ Sistemul renina-angiotensina - cresterea productiei de angotensina II, ca urmare a
cresterii reabsorbtiei de NaCI la nivelul tubului contort distal produce contractia arteriolei
aferente si scade filtrarea.

Determinarea RFG - nu se poate determina direct, ci numai indirect prin metoda clearance, care exprima volumul de plasma epurat in fiecare minut la nivelul glomerulilor celor doi rinichi. Substantele folosite trebuie sa indeplineasca anumite conditii: sa nu fie fixate de proteinele plasmatice, sa treaca liber prin membrana plasmatica, sa nu se reabsoarba si sa nu se excrete la nivelul tubilor renali, sa nu fie toxice, sa poata fi dozate in sange si urina. Substanta care indeplineste cel mai bine aceste conditii este inulina - un polimer al glucozei, extras din bulbii de dalie. Clearence-ul unei substante se calculeaza dupa formula de mai jos si pentru inulina are valoarea de 125 ml/min., adica valoarea filtratului glomerular.

C = Cu x Vu / Cp = 125 ml/min

Cu = concentratia substantei in urina;

Vu = volumul urinii in ml/min;

Cp = concentratia plasmatica a substantei

Determinarea clearence-ului de inulina este o metoda laborioasa, de aceea in clinica se prefera clearence-ul de creatinina endogena, cu toate ca acest catabolit al metabolismului proteic se reabsoarbe partial si se secreta. Valorile acestui clearance sunt foarte apropiate de cele ale clearance-lui la inulina, 135 ml/min.

Functia tubulara. La nivelul celulelor tubulare au loc procese bidirectionale: de reabsorbtie a unor substante necesare organismului sau de eliminare prin secretie a unor substante care fie sunt in exces, fie nu sunt necesare.

Cele doua procese de reabsorbtie - secretie pot fi prezente pentru aceeasi substanta sau pentru substante diferite. Informatii despre functia celulelor tubulare se obtin prin micropunctii.

Transportul diferitilor constituenti din lumenul tubular in celulele tubulare sau invers se poate face prin:

- endocitoza - pentru proteinele mici si unii hormoni;

- mecanisme pasive sau de difuziune facilitata care se fac conform unor gradiente chimice
sau electrice;

- mecanisme active - impotriva gradientelor, cu consum energetic.

Caile prin care substantele trec din lumen in celula tubulara si apoi in interstitiu sau invers sunt
reprezentate de: canalele ionice, cotransportori, schimbatori (exchangers) si pompele
ionice. S-au evidentiat pompe ATP-azice de Na-K, de H-K, de H+, de Ca++.

Sistemul de transport activ al unei substante are o capacitate maxima de transport: Tm/unitatea de timp, transportul fiind conditionat de cantitatea disponibila de transportor si de activitatea sistemelor enzimatice care asigura incarcarea si descarcarea substantelor transportate. Tm este de 2-3 ori mai mare decat cantitatea filtrata; asa se explicade de ce unele substante lipsesc din urina finala, de ex. glucoza; cand apar inseamna ca a fost depasita capacitatea maxima de reabsorbtie tubulara, numita prag renal.

O substansa care se reabsoarbe trebuie sa fie transportata mai intai din lumenul tubului in celulele tubulare (fie prin membrana, fie prin spatiile dintre celule ), apoi in lichidul interstitial, iar de aici in capilare. Pentru secretie, pasii sunt parcursi invers.

Reabsorbtia Na+ . Reabsorbtia Na+ , CI- si a apei reprezinta un factor important pentru mentinerea homeostaziei hidro-electrolitice. Transportul Na+-ului este cuplat cu transportul glucozei, H+, aminoacizilor, anionului bicarbonic, Ca2+, CI-, acizilor organici, fosfatilor, motiv pentru care joaca un rol important si in homeostazia acestor constituenti. Na+ se reabsoarbe in tubul contort proximal, ramura ascendenta groasa a ansei Henle, tubul contort distal si in tubul colector.

La nivelul TCP - din lumenul tubular, Na+este transportat prin cotransportori sau schimbatori, conform gradientelor electrice si chimice in celula tubulara, iar de aici, prin mecanisme active este transportat in interstitiu prin ATP-aza Na+-K+ dependenta prezenta in membrana bazolaterala. Aceasta pompa expulzeaza in interstitiu 3 ioni de Na+ si introduce in celula tubulara 2 ioni de K+.

In ansa Henle, in ramura ascendenta, transportul depinde de un transportor care transporta un ion de Na-, un ion de K+ si 2 ioni de Cl. Na+ este pompat activ (ATP-aza Na+-K+), K+ difuzeaza, se reintoarce pasiv in lumenul tubular, un ion de CI- difuzeaza pasiv in interstitiu, iar unul este cotransportat cu K+.

In tubul distal reabsorbtia Na+este variabila si dependenta de aldosteron.

Reabsorbtia glucozei alaturi de cea a aminoacizilor si anionului bicarbonic, are loc in portiunea initiala a tubului contort proximal. Se realizeaza prin mecanism activ secundar, folosind gradientul de Na+.

Glucoza este filtrata cu o rata de 100mg/min, dar toata este reabsorbita. Aparitia glucozei in urina inseamna ca a fost depasit transportul maxim al glucozei care are o valoare prestabilita (teoretica) de 375 mg/min la barbat si 300 mg/min la femeie. Practic insa, valoarea lui este de 200 mg/dl plasma arteriala care corespunde unui nivel venos de 180mg/dl.

Pragul teoretic este apreciat in conditiile in care toata glucoza este indepartata din toti tubii renali si toti tubii au acelasi transport maxim.

Transportul se face ca si la celula intestinala - glucoza se cupleaza cu Na+, se leaga de un transportor comun prezent in membrana luminata, numit SGLT 2 si patrunde in celula tubulara datorita gradientului favorabil al Na+. Apoi Na+ este pompat activ in spatiile laterale, iar glucoza este transportata prin alt caraus - GLUT 2 in lichidul interstitial.

Reabsorbtia si excretia apei - se filtreaza 125 ml/min, adica 180 l/24h, din care se reabsorb 99%, urina finala fiind in cantitate de 1-1,5 l/24h. Cantitatea de apa reabsorbita in tubul contort proximal este obligatorie. In tubul contort proximal, filtratul glomerular are aceeasi presiune osmotica cu plasma (izoosmotic), deci apa se va misca pasiv, conform gradientului osmotic obtinut prin deplasarea sarurilor, in special de Na+ (mediu hiperton in spatiile laterale si interstitiu). Deplasarea apei este favorizata si de prezenta canalelor de apa din membrana luminala a celulelor tubulare. Migrarea apei din lumenul TCP in interstitiu favorizeaza mentinerea mediului izoosmotic la acest nivel.

In tubul contort proximal se reabsoarbe aproximativ 85% din filtratul glomerular. In ansa Henle se reabsoarbe aproximativ 15% - ramura descendenta este permeabila, in timp ce ramura ascendenta are o permeabilitate relativa.

In tubii distali si colectori se ajusteaza volumul si osmolaritatea urinii, in functie de starea de hidratare a organismului prin interventia hormonului antidiuretic (ADH), care faciliteaza activitatea canalelor de H₂O. Cand ADH este absent, tubul colector este impermeabil pentru H₂O, iar fluidul este hipoton, cu o osmolaritate de 30 mosm/l. In aceasta situatie se elimina 20-23 l urina/24h, iar boala se numeste diabet insipid.

Densitatea ultrafiltratului este de 1010, iar densitatea urinii definitive de 1035.

Osmolaritatea urinii finale (concentratia in saruri) este de 1200-1400 mosm/l, de 4 ori mai mare decat a plasmei (aprox. 310 mosm/l).

Concentrarea urinii fata de plasma (mecanism prin care se conserva apa in organism) depinde de mentinerea unui gradient de osmolaritate in crestere de la baza spre varful piramidei medulare. Acest gradient este produs de ansa Henle, care actioneaza ca un multiplicator de concentratie contracurent si este mentinut de vasa recta care actioneaza ca schimbatori contracurent.

Contracurentul multiplicator depinde de: transportul activ de Na+ si CI- din ramura ascendenta groasa, de permeabilitatea la apa a ramului descendent, de cantitatea de lichid care intra prin tubul contort proximal si iese prin tubul distal. Echilibrul acestui sistem nu poate fi mentinut in lipsa gradientului de osmolaritate.

Rolurile rinichiului:

▪  asigura homeostazia apei si electrolitilor;

▪  elimina produsii de metabolism nevolatili;

▪  mentine echilibrul acido-bazic prin sistemele tampon;

▪  functie endocrina: secreta o serie de substante cu rol de hormoni: eritropoietina, renina,
prostaglandine, kinine;

▪  mentinerea TA prin sistemul renina-angiotensina, dar si prin eliminarea de apa si sodiu.

▪  reglarea eritropoiezei, prin eritropoietina;

▪  in metabolismul fosfo-calcic:

- prin reabsorbtia de Ca2+ de la acest nivel;

- la nivelul rinichiului se hidroxileaza un compus sintetizat de ficat - 25 OH cholecalciferol, pe care rinichiul il transforma in 1,25 (OH)2 colecalciferol sau 1,25 (OH)₂ - D3, care stimuleaza absorbtia Ca2+ in intestin si activitatea osteoclastelor. In acest fel, rinichiul (prin vit. D3) devine foarte important pentru un depozit normal de calciu in oase.

▪ rinichiul sintetizeaza glucoza, prin procese de gluconeogeneza din substraturi diverse, dar
mai ales din aminoacizi. Aceasta functie este maxima in perioadele de inanitie.