I reni e la loro struttura
I reni sono una coppia di organi marroni a forma di fagiolo, grandi circa come un pugno, lunghi 10-12 cm. Sono coperti dalla capsula renale, che è una dura capsula di tessuto connettivo fibroso. Alla superficie di ogni rene aderiscono due strati di grasso che li ammortizzano. C’è un lato concavato del rene che ha una depressione dove entra un’arteria renale, e una vena renale e un uretere escono dal rene. I reni si trovano sulla parete posteriore della cavità addominale appena sopra la linea della vita e sono protetti dalla gabbia toracica. Sono considerati retroperitoneali, cioè si trovano dietro il peritoneo. Ci sono tre regioni principali del rene, la corteccia renale, il midollo renale e la pelvi renale. Lo strato esterno, granulato, è la corteccia renale. La corteccia si estende tra uno strato interno radialmente striato. Lo strato interno radialmente striato è il midollo renale. Questo contiene tessuto a forma di piramide chiamato piramidi renali, separate da colonne renali. Gli ureteri sono continui con la pelvi renale ed è il vero centro del rene.
Vena renale
Le vene renali sono vene che drenano il rene. Collegano il rene alla vena cava inferiore. Poiché la vena cava inferiore si trova nella metà destra del corpo, la vena renale sinistra è generalmente la più lunga delle due. A differenza della vena renale destra, la vena renale sinistra riceve spesso la vena gonadica sinistra (vena testicolare sinistra nei maschi, vena ovarica sinistra nelle femmine). Spesso riceve anche la vena surrenale sinistra.
Arteria renale
Le arterie renali nascono normalmente dall’aorta addominale e forniscono sangue ai reni. Il rifornimento arterioso dei reni è variabile e ci possono essere una o più arterie renali che riforniscono ogni rene. A causa della posizione dell’aorta, della vena cava inferiore e dei reni nel corpo, l’arteria renale destra è normalmente più lunga dell’arteria renale sinistra. L’arteria renale destra normalmente attraversa posteriormente la vena cava inferiore. Le arterie renali portano una gran parte del flusso sanguigno totale ai reni. Fino a un terzo della produzione cardiaca totale può passare attraverso le arterie renali per essere filtrata dai reni.
Ureteri
Gli ureteri sono due tubi che drenano l’urina dai reni alla vescica. Ogni uretere è un tubo muscolare lungo circa 25 cm. I muscoli nelle pareti degli ureteri inviano l’urina in piccoli spruzzi nella vescica, (un sacco pieghevole che si trova nella parte anteriore della cavità del bacino osseo e che permette lo stoccaggio temporaneo dell’urina). Dopo che l’urina entra nella vescica dagli ureteri, piccole pieghe nella mucosa vescicale agiscono come valvole che impediscono il reflusso dell’urina. L’uscita della vescica è controllata da un muscolo sfintere. Una vescica piena stimola i nervi sensoriali nella parete della vescica che rilassano lo sfintere e permettono il rilascio dell’urina. Tuttavia, il rilassamento dello sfintere è anche in parte una risposta appresa sotto controllo volontario. L’urina rilasciata entra nell’uretra.
Vescica urinaria
La vescica urinaria è un organo cavo, muscolare e distendibile o elastico che si trova sul pavimento pelvico (superiore alla prostata nei maschi). Sul suo bordo anteriore si trova la sinfisi pubica e, sul suo bordo posteriore, la vagina (nelle femmine) e il retto (nei maschi). La vescica urinaria può contenere circa da 17 a 18 once (da 500 a 530 ml) di urina, tuttavia il desiderio di minzione viene solitamente sperimentato quando contiene circa 150-200 ml. Quando la vescica si riempie di urina (circa la metà), i recettori di tensione inviano impulsi nervosi al midollo spinale, che poi invia un impulso nervoso riflesso allo sfintere (valvola muscolare) sul collo della vescica, facendolo rilassare e permettendo il flusso di urina nell’uretra. Lo sfintere uretrale interno è involontario. Gli ureteri entrano nella vescica diagonalmente dal suo pavimento dorsolaterale in una zona chiamata trigono. Il trigono è un’area di forma triangolare sulla parete postero-inferiore della vescica. L’uretra esce nel punto più basso del triangolo del trigono. L’urina nella vescica aiuta anche a regolare la temperatura del corpo. Una vescica quando funziona normalmente si svuota completamente al momento di una scarica completa, altrimenti è un segno che la sua elasticità è compromessa, quando diventa completamente vuota di liquido, può causare una sensazione di freddo a causa del rapido cambiamento della temperatura corporea.
Uretra
L’uretra è un tubo muscolare che collega la vescica con l’esterno del corpo. La funzione dell’uretra è di rimuovere l’urina dal corpo. Misura circa 1,5 pollici (3,8 cm) in una donna ma fino a 8 pollici (20 cm) in un uomo. Poiché l’uretra è molto più corta in una donna, è molto più facile per una donna ottenere batteri nocivi nella sua vescica, questo è comunemente chiamato un’infezione della vescica o un UTI. I batteri più comuni di una UTI sono E-coli dell’intestino crasso che sono stati espulsi nella materia fecale.Uretra femminile
Nella femmina umana, l’uretra è lunga circa 1-2 pollici e si apre nella vulva tra il clitoride e l’apertura vaginale.
Gli uomini hanno un’uretra più lunga delle donne. Questo significa che le donne tendono ad essere più suscettibili alle infezioni della vescica (cistite) e del tratto urinario.
Uretra maschile
Nel maschio umano, l’uretra è lunga circa 8 pollici e si apre alla fine della testa del pene.
La lunghezza dell’uretra maschile, e il fatto che contiene un certo numero di curve, rende la cateterizzazione più difficile.
Lo sfintere uretrale è un nome collettivo per i muscoli utilizzati per controllare il flusso di urina dalla vescica urinaria. Questi muscoli circondano l’uretra, in modo che quando si contraggono, l’uretra è chiusa.
- Ci sono due aree distinte di muscoli: lo sfintere interno, al collo della vescica e
- lo sfintere esterno, o distale.
I maschi umani hanno muscoli sfinteriali molto più forti delle femmine, il che significa che possono trattenere una grande quantità di urina per il doppio del tempo, fino a 800mL, cioè “trattenerla”.
Nefroni
Un nefrone è l’unità strutturale e funzionale di base del rene. Il nome nefrone deriva dalla parola greca (nephros) che significa rene. La sua funzione principale è quella di regolare l’acqua e le sostanze solubili filtrando il sangue, riassorbendo ciò che è necessario ed espellendo il resto come urina. I nefroni eliminano i rifiuti dal corpo, regolano il volume e la pressione del sangue, controllano i livelli di elettroliti e metaboliti e regolano il pH del sangue. Le sue funzioni sono vitali per la vita e sono regolate dal sistema endocrino da ormoni come l’ormone antidiuretico, l’aldosterone e l’ormone paratiroideo.
Ogni nefrone ha il proprio apporto di sangue da due capillari dell’arteria renale. Ogni nefrone è composto da un componente iniziale di filtraggio (il corpuscolo renale) e da un tubulo specializzato nel riassorbimento e nella secrezione (il tubulo renale). Il corpuscolo renale filtra i grandi soluti dal sangue, consegnando l’acqua e i piccoli soluti al tubulo renale per la modificazione.
Glomerulo
Il glomerulo è un ciuffo capillare che riceve il suo apporto di sangue da un’arteriola afferente della circolazione renale. La pressione sanguigna glomerulare fornisce la forza motrice per il fluido e i soluti da filtrare dal sangue e nello spazio formato dalla capsula di Bowman. Il resto del sangue non filtrato nel glomerulo passa nell’arteriola efferente più stretta. Poi si sposta nei vasa recta, che sono capillari di raccolta intrecciati con i tubuli convoluti attraverso lo spazio interstiziale, dove entrano anche le sostanze riassorbite. Questo poi si combina con le venule efferenti da altri nefroni nella vena renale, e si ricongiunge con il flusso sanguigno principale.
Arteriole afferenti
L’arteriola afferente fornisce sangue al glomerulo. Un gruppo di cellule specializzate conosciute come cellule juxtaglomerulari si trova intorno all’arteriola afferente dove entra nel corpuscolo renale. L’arteriola efferente drena il glomerulo. Tra le due arteriole si trovano cellule specializzate chiamate macula densa. Le cellule juxtaglomerulari e la macula densa formano collettivamente l’apparato juxtaglomerulare. È nelle cellule dell’apparato juxtaglomerulare che si forma e si conserva l’enzima renina. La renina viene rilasciata in risposta alla diminuzione della pressione sanguigna nelle arteriole afferenti, alla diminuzione del cloruro di sodio nel tubulo convoluto distale e alla stimolazione nervosa simpatica dei recettori (beta-adrenici) sulle cellule juxtaglomerulari. La renina è necessaria per formare l’angiotensina I e l’angiotensina II che stimolano la secrezione di aldosterone da parte della corteccia surrenale.
Capsula glomerulare o capsula di Bowman
La capsula di Bowman (chiamata anche capsula glomerulare) circonda il glomerulo ed è composta da strati viscerali (cellule epiteliali squamose semplici) (interni) e parietali (cellule epiteliali squamose semplici) (esterni). Lo strato viscerale si trova appena sotto la membrana glomerulare di base ispessita ed è composto da podociti che inviano processi podali per tutta la lunghezza del glomerulo. I processi plantari si interdigitano tra loro formando delle fessure di filtrazione che, a differenza di quelle dell’endotelio glomerulare, sono attraversate da diaframmi. La dimensione delle fessure di filtrazione limita il passaggio di grandi molecole (per esempio, albumina) e cellule (per esempio, globuli rossi e piastrine). Inoltre, i processi del piede hanno un mantello a carica negativa (glicocalice) che limita la filtrazione delle molecole a carica negativa, come l’albumina. Questa azione è chiamata repulsione elettrostatica.
Lo strato parietale della capsula di Bowman è rivestito da un singolo strato di epitelio squamoso. Tra lo strato viscerale e quello parietale c’è lo spazio di Bowman, in cui il filtrato entra dopo essere passato attraverso le fessure di filtrazione dei podociti. È qui che le cellule muscolari lisce e i macrofagi si trovano tra i capillari e forniscono loro supporto. A differenza dello strato viscerale, lo strato parietale non funziona nella filtrazione. Piuttosto, la barriera di filtrazione è formata da tre componenti: i diaframmi delle fessure di filtrazione, la spessa membrana di base glomerulare e il glicocalice secreto dai podociti. Il 99% del filtrato glomerulare sarà infine riassorbito.
Il processo di filtrazione del sangue nella capsula di Bowman è l’ultrafiltrazione (o filtrazione glomerulare), e il tasso normale di filtrazione è di 125 ml/min, equivalente a dieci volte il volume di sangue giornaliero. La misurazione della velocità di filtrazione glomerulare (GFR) è un test diagnostico della funzione renale. Una diminuzione del GFR può essere un segno di insufficienza renale. Le condizioni che possono influenzare il GFR includono: la pressione arteriosa, la costrizione delle arteriole afferenti, la costrizione delle arteriole efferenti, la concentrazione delle proteine plasmatiche e la pressione osmotica dei colloidi.
Tutte le proteine che sono circa 30 kilodalton o meno possono passare liberamente attraverso la membrana. Anche se c’è qualche ostacolo in più per le molecole caricate negativamente a causa della carica negativa della membrana basale e dei podociti. Tutte le piccole molecole come acqua, glucosio, sale (NaCl), aminoacidi e urea passano liberamente nello spazio di Bowman, ma le cellule, le piastrine e le grandi proteine no. Di conseguenza, il filtrato che lascia la capsula di Bowman è molto simile al plasma sanguigno nella sua composizione quando passa nel tubulo convoluto prossimale. Insieme, il glomerulo e la capsula di Bowman sono chiamati il corpuscolo renale.
Tubulo convoluto prossimale (PCT)
Il tubulo prossimale può essere anatomicamente diviso in due segmenti: il tubulo convoluto prossimale e il tubulo diritto prossimale. Il tubulo convoluto prossimale può essere ulteriormente diviso in segmenti S1 e S2 in base all’aspetto istologico delle sue cellule. Seguendo questa convenzione di denominazione, il tubulo diritto prossimale è comunemente chiamato segmento S3. Il tubulo convoluto prossimale ha uno strato di cellule cuboidali nel lume. Questo è l’unico posto nel nefrone che contiene cellule cuboidali. Queste cellule sono coperte da milioni di microvilli. I microvilli servono ad aumentare la superficie per il riassorbimento.
Il fluido nel filtrato che entra nel tubulo convoluto prossimale viene riassorbito nei capillari peritubulari, compresi circa due terzi del sale e dell’acqua filtrati e tutti i soluti organici filtrati (principalmente glucosio e aminoacidi). Questo è guidato dal trasporto di sodio dal lume nel sangue da parte della Na+/K+ ATPasi nella membrana basolaterale delle cellule epiteliali. Gran parte del movimento di massa di acqua e soluti avviene tra le cellule attraverso le giunzioni strette, che in questo caso non sono selettive.
I soluti sono assorbiti isotonicamente, nel senso che il potenziale osmotico del liquido che lascia il tubulo prossimale è lo stesso di quello del filtrato glomerulare iniziale. Tuttavia, il glucosio, gli aminoacidi, il fosfato inorganico e alcuni altri soluti sono riassorbiti tramite trasporto attivo secondario attraverso canali di cotrasporto guidati dal gradiente di sodio fuori dal nefrone.
L’ansa del nefrone o ansa di Henle
L’ansa di Henle (talvolta nota come ansa del nefrone) è un tubo a forma di U che consiste in un arto discendente e un arto ascendente. Inizia nella corteccia, ricevendo il filtrato dal tubulo convoluto prossimale, si estende nel midollo, e poi ritorna alla corteccia per svuotarsi nel tubulo convoluto distale. Il suo ruolo principale è quello di concentrare il sale nell’interstizio, il tessuto che circonda l’ansa.
Arto discendente Il suo arto discendente è permeabile all’acqua ma completamente impermeabile al sale, e quindi contribuisce solo indirettamente alla concentrazione dell’interstizio. Man mano che il filtrato scende più in profondità nell’interstizio ipertonico del midollo renale, l’acqua fluisce liberamente dall’arto discendente per osmosi fino a quando la tonicità del filtrato e dell’interstizio si equilibrano. Gli arti discendenti più lunghi permettono all’acqua di fluire fuori dal filtrato per più tempo, quindi gli arti più lunghi rendono il filtrato più ipertonico degli arti più corti. L’arto ascendente A differenza dell’arto discendente, l’arto ascendente dell’ansa di Henle è impermeabile all’acqua, una caratteristica critica del meccanismo di scambio controcorrente impiegato dall’ansa. L’arto ascendente pompa attivamente il sodio dal filtrato, generando l’interstizio ipertonico che guida lo scambio controcorrente. Passando attraverso l’arto ascendente, il filtrato diventa ipotonico poiché ha perso molto del suo contenuto di sodio. Questo filtrato ipotonico viene passato al tubulo convoluto distale nella corteccia renale.
Tubulo convoluto distale (DCT)
Il tubulo convoluto distale è simile al tubulo convoluto prossimale per struttura e funzione. Le cellule che rivestono il tubulo hanno numerosi mitocondri, che permettono il trasporto attivo grazie all’energia fornita dall’ATP. Gran parte del trasporto di ioni che avviene nel tubulo convoluto distale è regolato dal sistema endocrino. In presenza di ormone paratiroideo, il tubulo convoluto distale riassorbe più calcio ed espelle più fosfato. Quando è presente l’aldosterone, viene riassorbito più sodio ed escreto più potassio. Il peptide natriuretico atriale fa sì che il tubulo convoluto distale espella più sodio. Inoltre, il tubulo secerne anche idrogeno e ammonio per regolare il pH. Dopo aver percorso la lunghezza del tubulo convoluto distale, rimane solo il 3% di acqua, e il contenuto di sale rimanente è trascurabile. Il 97,9% dell’acqua nel filtrato glomerulare entra nei tubuli convoluti e nei dotti collettori per osmosi.
Dotti collettori
Ogni tubulo convoluto distale consegna il suo filtrato a un sistema di dotti collettori, il cui primo segmento è il tubulo di collegamento. Il sistema di dotti collettori inizia nella corteccia renale e si estende in profondità nel midollo. Mentre l’urina viaggia lungo il sistema dei dotti collettori, passa per l’interstizio midollare che ha un’alta concentrazione di sodio come risultato del sistema moltiplicatore in controcorrente dell’ansa di Henle. Anche se il dotto collettore è normalmente impermeabile all’acqua, diventa permeabile in presenza dell’ormone antidiuretico (ADH). Fino a tre quarti dell’acqua dell’urina può essere riassorbita quando lascia il dotto collettore per osmosi. Quindi i livelli di ADH determinano se l’urina sarà concentrata o diluita. La disidratazione provoca un aumento dell’ADH, mentre la sufficienza idrica provoca un basso livello di ADH che permette un’urina diluita. Le porzioni inferiori del dotto collettore sono anche permeabili all’urea, permettendo ad una parte di essa di entrare nel midollo del rene, mantenendo così la sua alta concentrazione di ioni (che è molto importante per il nefrone).
L’urina lascia i dotti collettori midollari attraverso la papilla renale, svuotandosi nei calici renali, nella pelvi renale e infine nella vescica attraverso l’uretere.Poiché ha un’origine embrionale diversa dal resto del nefrone (il dotto collettore proviene dall’endoderma mentre il nefrone proviene dal mesoderma), il dotto collettore non è solitamente considerato parte del nefrone vero e proprio.
Ormoni renali
1. Vitamina D – Diventa metabolicamente attiva nel rene. I pazienti con malattia renale hanno sintomi di equilibrio disturbato di calcio e fosfato.
2. Eritropoietina- Rilasciata dai reni in risposta alla diminuzione dei livelli di ossigeno nei tessuti (ipossia).
3. Ormone natriuretico- Rilasciato dai granuli dei cardiociti situati negli atri destri del cuore in risposta all’aumento della tensione atriale. Inibisce le secrezioni di ADH che possono contribuire alla perdita di sodio e acqua.
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