Omeostasi idro-elettrolitica
Riassorbimento idrico isoosmotico o obbligatorio
Riassorbimento idrico non-isoosmotico o facoltativo
Il bilancio idrico richiede l’azione integrata di molteplici sistemi
È possibile regolare l’escrezione di H2O indipendentemente da quella dei soluti
Il rene può eliminare fino (limite estremo) a
20 l / giorno di urina con una concentrazione
che può raggiungere un minimo di 50
mOsm/l.
La quantità totale di soluti escreti rimane
però relativamente costante.
Diuresi dopo ingestione di 1 l H2O.
Il volume di urine aumenta mentre l’osmolarità urinaria diminuisce  grande volume di
urine diluite.
La quantità di soluti rimane pressoché costante  i reni prevengono una significativa perdita
di osmolarità plasmatica in seguito ad assunzione di un’elevata quantità di H2O.
Volume urinario minimo “obbligatorio”
Quale volume di urina deve essere prodotto per eliminare i prodotti di scarto del
metabolismo?
600 mOsm/d = quantità di soluti (soprattutto urea) che devono essere eliminati
ogni girono
1200 mOsm/l = concentrazione urinaria massima nell’uomo
Volume urinario minimo obbligatorio =
600 mosm/d
= 0.5 l/d (nell’uomo)
1200 mosm/l
Il limite è dato dalla capacità di concentrare urine fino a 1200 mOsm. Questo limite spiega
perché bevendo H2O di mare (1200 mOsm) si va incontro a grave disidratazione.
Bere 1 l H2O mare  1200 mosm NaCl introdotte
Sfruttando la capacità massima di concentrare urina (1200 mOsm/l) si produce  1 l urina
(conc. 1200 mosm/l). Fin qui sembra “tutto bene”. Perché allora un individuo si disidrata?
Il rene deve eliminare anche altri soluti, soprattutto urea, per 600 mOsm/l. Quindi per ogni l
di H2O di mare ingerita è richiesta la produzione di 1.5 l di H2O. Il risultato netto è la
perdita di 0.5 l di H2O (disidratazione dei naufraghi).
Variazioni di osmolarità lungo il nefrone
In rosso sono evidenziati i
tratti in cui il riassorbimento di
H2O (riassorbimento idrico
facoltativo) e soluti può
essere modulato.
Il fluido che esce dal TAS dell’ansa di Henle è sempre ipoosmotico
Il riassorbimento di acqua nel TCD, nel tubulo collettore e nel dotto collettore è
regolato dalla vasopressina (ADH): urine concentrate o diluite  riassorbimento
non-isosomotico o facoltativo
Requisiti per la produzione di urina concentrata
1) Alta osmolarità del fluido interstiziale della regione
midollare renale
 gradiente osmotico necessario al riassorbimento di
H2O
2) Alta permeabilità dei tubuli distali e dotti collettori
all’H2O  alti livelli di ADH
1) Implica l’operatività del meccanismo di moltiplicazione in controcorrente
che dipende essenzialmente:
i) dalla forma anatomica dell’ansa di Henle e
ii) dei vasa recta.
Come si forma il gradiente osmotico necessario al riassorbimento
di H2O
Il meccanismo dello scambio controcorrente
Fattori che contribuiscono a creare gradiente di
concentrazione nella midollare renale
1) Trasporto attivo di Na+ e cotrasporto di
K+ e Cl– dal TAS
2) Trasporto attivo di ioni dal
collettore all’interstizio midollare
dotto
3) Diffusione facilitata di urea dalla
porzione midollare interna del dotto
collettore all’interstizio midollare
4) Diffusione di piccole quantità di H2O
dalle porzioni midollari dei tubuli
nell’interstizio midollare
Versione semplice
Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?
Rriassorbimento distinto di H2O nel TDs dell’ansa di Henle e di NaCl nel TAS  dispositivo
di moltiplicazione in controcorrente
Preurina dal TCP
(300 mOsm)
H2O
NaCl
Regione MIDOLLARE
H2O
TDs
Permeabile all’H2O
Non riassorbe Na+
NaCl
H2O
NaCl
H2O
H2O
NaCl
NaCl
TAS
riassorbe NaCl
Impermeabile all’H2O
Versione semplice
Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?
Preurina dal TCP
(300 mOsm)
H2O
300
H2O
Regione MIDOLLARE
300
H2O
300
300
H2O
300
300
300
300
300
300
300
300
NaCl
300
H2O
300
300
NaCl
300
H2O
300
NaCl
300
300
NaCl
300
NaCl
NaCl
300
300
300
300
Versione semplice
Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?
H2O
400
H2O
Regione MIDOLLARE
400
H2O
400
400
H2O
400
400
400
400
400
400
400
200
NaCl
400
H2O
400
200
NaCl
400
H2O
400
NaCl
400
200
NaCl
200
NaCl
NaCl
200
200
200
200
Versione semplice
Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?
Regione MIDOLLARE
Preurina dal TCP
(300 mOsm)
200 mOsm
300
400
200
300
400
200
300
400
200
300
400
400
200
400
400
400
400
400
400
400
400
400
400
400
Versione semplice
Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?
H2O
350
H2O
Regione MIDOLLARE
350
H2O
500
500
H2O
500
500
350
500
500
500
500
150
NaCl
350
H2O
350
150
NaCl
350
H2O
350
NaCl
350
150
NaCl
150
NaCl
NaCl
300
300
300
300
Versione semplice
Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?
Regione MIDOLLARE
Preurina dal TCP
(300 mOsm)
200 mOsm
300
350
150
300
350
150
350
350
300
350
350
350
300
500
350
300
500
500
500
500
500
300
500
500
Versione semplice
Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?
H2O
325
H2O
Regione MIDOLLARE
325
H2O
425
425
H2O
425
425
425
600
600
225
NaCl
225
NaCl
NaCl
225
225
400
600
125
NaCl
425
H2O
425
125
NaCl
325
H2O
425
NaCl
325
400
Meccanismo di moltiplicazione controcorrente nel rene
Inserire meccanismi formazione gradiente
moltiplicatore
Na+
H2O
Flusso osmotico orizzontale
È limitato dalla quantità di sodio riassorbito attivamente
Flusso osmotico verticale
È limitato dalla lunghezza dell’ansa di Henle
gradiente osmotico
verticale 1200 mOsm
Gradiente osmotico
orizzontale 200 mOsm
http://www.colorado.edu/intphys/Class/IPHY343
0-200/countercurrent_ct.html
Il contributo dell’urea è essenziale per determinare il
gradiente iperosmotico nella regione midollare
L’urea contribuisce per circa 40-50% all’osmolarità interstiziale
Impermeabilità all’urea
Versione complicata ma realistica
Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?
Preurina dal TCP
(300 mOsm)
H2O
NaCl
300
Regione MIDOLLARE
H2O
400
400
NaCl
500
H2O
500
H2O
600
H2O
700
800
TDs
Non riassorbe Na+
300
600
NaCl
700
NaCl
800
900
NaCl
1000
urea
1100
1200
Trasporto di urea nelle cellule del dotto collettore della
regione midollare interna è stimolato da ADH
In presenza di ADH più
urea sarà riassorbita
nell’interstizio midollare e
più alto sarà il gradiente
di concentrazione!
Trasporto facilitato
ADH stimola UT1 mediante fosforilazione
Il ricircolo dell’urea
Impermeabile urea
(passive)
TAs è il tratto ascendente sottile (III tratto)
Anch’esso impermeabile all’H2O come il TAS
Riassorbimento urea
Piccolo riassorbimento passivo di NaCl
Versione complicata ma realistica
Come si forma il gradiente osmotico verticale nella regione midollare del rene?
Preurina dal TCP
(300 mOsm)
H2O
NaCl
Regione MIDOLLARE
H2O
TDs
Non riassorbe Na+
NaCl
H2O
NaCl
H2O
H2O
NaCl
NaCl
Semplice rene
schematizzato
Ruolo dei vasa recta nel meccanismo dello scambiatore in
controcorrente
Due caratteristiche del flusso sanguigno che contribuiscono a mantenere alta l’osmolarità midollare:
1) Il flusso ematico midollare è basso (<5% FER) questo permette più facilmente di equilibrarsi
con il fluido interstiziale  qdi deve rimanere basso per evitare alterazioni gradiente.
2) I vasa recta costituiscono uno scambiatore in controcorrente.
I vasa recta non creano l’iperosmoarità midollare ma contribuiscono a prevenirne la dissipazione.
Per spiegazione vasa recta casella pg 683
Pur essendo lento il flusso nei vasa recta determina un certo ritardo.
Ramo discendente: la Posm sarà sempre un poco inferiore rispetto all’interstizio.
Ramo ascendente: la Posm sarà sempre un poco superiore rispetto all’interstizio.
Conclusione: il liquido che esce dai vasa recta è più ricco di soluti, elimina quindi il surplus di
soluti dalla midollare.
E l’H2O?
Tratto discendente: la π si oppone all’uscita di H2O.
Tratto ascendente: la π favorisce l’ingresso di H2O dallo spazio peritubulare.
Conclusione: il volume di sangue in uscita dai vasa recta è maggiore di quello in entrata.
Produzione urina in presenza o assenza di vasopressina (ADH)
Variazioni di osmolarità del fluido nel passaggio attraverso i vari segmenti tubulari
Assenza ADH
Il rene può:
1) produrre urine iperosmotiche che contengono poco NaCl;
2) eliminare grandi quantità di urine senza aumentare l’escrezione di Na e
3) esiste una quantità minima di volume di urine (obbligatorio)
Come si quantifica la concentrazione renale delle urine:
clearance osmolare e clearance dell’H2O libera
I reni operano una sorta di “depurazione osmotica” del plasma
La clearance totale dei soluti può essere espressa come clearance osmolare, Cosm
Cosm = Uosm* V / Posm
Uosm = osmolarità urina
Posm = osmolarità plasma
I reni possono estrarre o trattenere H2O dal plasma. L’H2O “legata” è il volume d’H2O
necessario per eliminare una quantità di soluto in condizioni isosmotiche rispetto al plasma.
La clearance dell’H2O libera (CH2O) è calcolata come la differenza tra l’escrezione di H2O (flusso
urinario) e Cosm.
CH2O = V – Cosm = V – (Uosm * V) / Posm = V * (1 – Uosm/Posm)
La clearance dell’acqua libera è la quantità di acqua osmoticamente “libera” (priva di soluto)
che il rene produce nell’unità di tempo.
Controllo integrato di osmolarità e volume
Per semplicità trattati fin qui in modo quasi indipendente.
In realtà si influenzano reciprocamente anche quando il rene è chiamato ad
ridurre al minimo l’escrezione di H2O o di sali
Fattori che regolano secrezione di ADH
ALTRI fattori:
Nausea e vomito  aumenta [ADH] 100
volte
Nicotina e morfina  ↑ [ADH]
Alcool  ↓ [ADH]
↑osmolarità
Patologie legate alla capacità renale di concentrare l’urina
1) Alterazione della secrezione di ADH.
La mancanza di secrezione di ADH  diabete insipido “centrale”
Trattamento con desmopressina analogo ADH che agisce su recettori V2
2) Diabete insipido “nefrogenico”
- alterazione meccanismo controcorrente
- alterazione recettore ADH