Reni

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Anatomia dei reni

Posizione

I reni sono una coppia di organi che si trovano lungo la parete muscolare posteriore della cavità addominale. Il rene sinistro è situato leggermente più in alto rispetto al rene destro a causa delle maggiori dimensioni del fegato sul lato destro del corpo. A differenza degli altri organi addominali, i reni si trovano dietro il peritoneo che riveste la cavità addominale e sono quindi considerati organi retroperitoneali. Le costole e i muscoli della schiena proteggono i reni dai danni esterni. Il tessuto adiposo noto come grasso perirenale circonda i reni e agisce come imbottitura protettiva.

Struttura

I reni sono a forma di fagiolo con il lato convesso di ogni organo situato lateralmente e il lato concavo mediale. La rientranza sul lato concavo del rene, conosciuta come ilo renale, fornisce uno spazio per l’arteria renale, la vena renale e l’uretere per entrare nel rene.

Un sottile strato di tessuto connettivo fibroso forma la capsula renale che circonda ogni rene. La capsula renale fornisce un guscio esterno rigido per mantenere la forma dei tessuti interni morbidi.

In fondo alla capsula renale si trova la corteccia renale morbida, densa e vascolare. Sette piramidi renali a forma di cono formano il midollo renale in profondità alla corteccia renale. Le piramidi renali sono allineate con le loro basi rivolte all’esterno verso la corteccia renale e i loro apici puntano all’interno verso il centro del rene.

Ogni apice si collega ad un calice minore, un piccolo tubo cavo che raccoglie l’urina. I calici minori si fondono per formare 3 calici maggiori, che si fondono ulteriormente per formare la pelvi renale cava al centro del rene. La pelvi renale esce dal rene all’ilo renale, dove l’urina drena nell’uretere.

Fornitura di sangue

1. Le arterie renali si diramano direttamente dall’aorta addominale ed entrano nei reni attraverso l’ilo renale.
2. All’interno dei nostri reni, le arterie renali divergono nelle piccole arteriole afferenti dei reni.
3. Ogni arteriola afferente porta il sangue nella corteccia renale, dove si separa in un fascio di capillari noto come glomerulo.
4. Dal glomerulo, il sangue si raccoglie in arteriole efferenti più piccole che scendono nel midollo renale.
5. Le arteriole efferenti si separano nei capillari peritubulari che circondano i tubuli renali.
6. In seguito, i capillari peritubulari si fondono per formare le vene che si fondono nuovamente per formare la grande vena renale.
7. Infine, la vena renale esce dal rene e si unisce alla vena cava inferiore, che riporta il sangue al cuore.

Il nefrone

Ogni rene contiene circa 1 milione di singoli nefroni, unità funzionali microscopiche dei reni che filtrano il sangue per produrre l’urina. Il nefrone è composto da 2 parti principali: il corpuscolo renale e il tubulo renale.

Responsabile del filtraggio del sangue, il nostro corpuscolo renale è formato dai capillari del glomerulo e dalla capsula glomerulare (conosciuta anche come capsula di Bowman). Il glomerulo è una rete fitta di capillari che aumenta la superficie del sangue a contatto con le pareti dei vasi sanguigni. Intorno al glomerulo c’è la capsula glomerulare, un doppio strato a forma di coppa di epitelio squamoso semplice con uno spazio vuoto tra gli strati. Speciali cellule epiteliali note come podociti formano lo strato della capsula glomerulare che circonda i capillari del glomerulo. I podociti lavorano con l’endotelio dei capillari per formare un sottile filtro per separare l’urina dal sangue che passa attraverso il glomerulo. Lo strato esterno della capsula glomerulare tiene l’urina separata dal sangue all’interno della capsula. All’estremità della capsula glomerulare, di fronte al glomerulo, si trova la bocca del tubulo renale.

Una serie di tubi chiamati tubuli renali concentrano l’urina e recuperano i soluti non di scarto dall’urina. Il tubulo renale trasporta l’urina dalla capsula glomerulare alla pelvi renale.

1. La prima sezione curvilinea del tubulo renale è nota come tubulo convoluto prossimale. Le cellule del tubulo che rivestono il tubulo convoluto prossimale riassorbono gran parte dell’acqua e delle sostanze nutritive inizialmente filtrate nell’urina.
2. L’urina passa poi attraverso l’ansa di Henle, un lungo tubulo diritto che porta l’urina nel midollo renale prima di fare un giro a spirale e tornare alla corteccia renale.
3. Seguendo l’ansa di Henle si trova il tubulo convoluto distale.
4. Infine, l’urina dai tubuli convoluti distali di diversi nefroni entra nel condotto di raccolta, che porta l’urina concentrata attraverso il midollo renale e nella pelvi renale.
5. Dalla pelvi renale l’urina di molti condotti di raccolta si combina e scorre fuori dai reni e negli ureteri.

Fisiologia dei reni

Escrezione dei rifiuti

La funzione primaria dei reni è l’escrezione dei prodotti di scarto derivanti dal metabolismo delle proteine e dalla contrazione muscolare. Il fegato metabolizza le proteine alimentari per produrre energia e produce ammoniaca tossica come prodotto di scarto. Il fegato è in grado di convertire la maggior parte di questa ammoniaca in acido urico e urea, che sono meno tossici per il corpo. Nel frattempo, i muscoli del nostro corpo usano la creatina come fonte di energia e, nel processo, producono il prodotto di scarto creatinina. L’ammoniaca, l’acido urico, l’urea e la creatinina si accumulano nel corpo nel tempo e devono essere rimossi dalla circolazione per mantenere l’omeostasi.

I glomeruli nei reni filtrano tutti e quattro questi prodotti di scarto dal flusso sanguigno, permettendoci di espellerli dal nostro corpo nelle urine. Circa il 50% dell’urea presente nel sangue viene riassorbita dalle cellule dei tubuli del nefrone e restituita al sangue. L’urea nel sangue aiuta a concentrare altri prodotti di scarto più tossici nelle urine mantenendo l’equilibrio osmotico tra urina e sangue nel midollo renale.

Filtrazione, riassorbimento e secrezione

1. I reni filtrano il sangue mentre passa attraverso i capillari che formano il glomerulo. La pressione sanguigna spinge la maggior parte del plasma sanguigno attraverso il rivestimento dei capillari e nella capsula glomerulare. Le cellule del sangue sono troppo grandi per passare attraverso il rivestimento dei capillari e quindi rimangono all’interno dei capillari insieme ad alcuni residui di plasma. Il plasma filtrato, ora noto come fluido tubulare, comincia a fluire fuori dalla capsula glomerulare e nel tubulo convoluto prossimale.
2. Al tempo stesso, il sangue concentrato che rimane all’interno dei capillari del glomerulo si sposta nelle arteriole efferenti e nei capillari peritubulari che circondano il tubulo convoluto prossimale. Le cellule epiteliali che rivestono il tubulo riassorbono attivamente le preziose molecole di glucosio, aminoacidi e ioni dal filtrato e le depositano nuovamente nel sangue. Queste cellule assorbono anche i prodotti di scarto rimasti nel sangue (come l’ammoniaca e la creatinina) e secernono queste sostanze chimiche nel filtrato. Mentre questi soluti vengono scambiati, la pressione osmotica spinge l’acqua dal filtrato diluito e ipotonico nel sangue concentrato e ipertonico.
3. Dal tubulo convoluto prossimale, il fluido tubulare entra poi nell’ansa di Henle, dove l’acqua e gli ioni vengono riassorbiti. L’arto discendente dell’ansa di Henle è permeabile all’acqua e porta il filtrato in profondità nel midollo del rene. I tessuti nel midollo che circondano il tubulo contengono un’alta concentrazione di ioni e pochissima acqua rispetto al filtrato. La pressione osmotica tra il filtrato ipotonico e le cellule midollari ipertoniche spinge l’acqua fuori dal filtrato e dentro le cellule. Le cellule del midollo restituiscono quest’acqua al sangue che scorre attraverso i capillari vicini.
4. Il filtrato passa poi attraverso l’arto ascendente dell’ansa di Henle quando esce dal midollo. I tessuti che circondano l’arto ascendente non sono permeabili all’acqua ma sono permeabili agli ioni. Il filtrato è molto concentrato dopo essere passato attraverso l’arto discendente, quindi gli ioni si diffondono facilmente fuori dal filtrato e nelle cellule che rivestono l’arto ascendente. Questi ioni sono restituiti al sangue che scorre attraverso i capillari vicini.
5. Il fluido tubulare che esce dall’ansa di Henle passa poi attraverso il tubulo convoluto distale e il dotto di raccolta del nefrone. Questi tubuli continuano a riassorbire piccole quantità di acqua e ioni che rimangono nel filtrato. I tessuti che circondano il dotto collettore assorbono attivamente gli ioni di potassio e idrogeno in eccesso dai capillari vicini e secernono questi ioni in eccesso come rifiuti nel filtrato.
6. Quando il filtrato raggiunge la fine del dotto collettore, quasi tutti i nutrienti, gli ioni e l’acqua di valore sono stati restituiti al sangue mentre i prodotti di scarto e una piccola quantità di acqua sono rimasti per formare l’urina. L’urina esce dal dotto collettore e si unisce all’urina di altri dotti collettori nella pelvi renale.

Omeostasi dell’acqua

I reni sono in grado di controllare il volume di acqua nel corpo modificando il riassorbimento di acqua da parte dei tubuli del nefrone. In condizioni normali, le cellule dei tubuli del nefrone riassorbono (tramite osmosi) quasi tutta l’acqua che viene filtrata nelle urine dal glomerulo.

Il riassorbimento dell’acqua porta a urine molto concentrate e alla conservazione dell’acqua nel corpo. Gli ormoni ormone antidiuretico (ADH) e aldosterone aumentano entrambi il riassorbimento dell’acqua fino a quando quasi il 100% dell’acqua filtrata dal nefrone viene restituita al sangue. L’ADH stimola la formazione di proteine del canale dell’acqua nei dotti di raccolta dei nefroni che permettono all’acqua di passare dall’urina alle cellule dei tubuli e al sangue. L’aldosterone funziona aumentando il riassorbimento degli ioni Na+ e Cl-, facendo passare più acqua nel sangue per osmosi.

In situazioni in cui c’è troppa acqua nel sangue, il nostro cuore secerne l’ormone peptide natriuretico atriale (ANP) per aumentare l’escrezione di ioni Na+ e Cl-. L’aumento della concentrazione di Na+ e Cl- nelle urine attira l’acqua nelle urine attraverso l’osmosi, aumentando il volume delle urine prodotte.

Omeostasi acido/base

I reni regolano il livello di pH del sangue controllando l’escrezione di ioni idrogeno (H+) e bicarbonato (HCO3-). Gli ioni idrogeno si accumulano quando le proteine sono metabolizzate nel fegato e quando l’anidride carbonica nel sangue reagisce con l’acqua per formare acido carbonico (H2CO3). L’acido carbonico è un acido debole che si dissocia parzialmente in acqua per formare ioni idrogeno e ioni bicarbonato. Entrambi gli ioni sono filtrati dal sangue nel glomerulo del rene, ma le cellule del tubulo che rivestono il nefrone riassorbono selettivamente gli ioni bicarbonato mentre lasciano gli ioni idrogeno come prodotto di scarto nelle urine. Le cellule del tubulo possono anche attivamente secernere ulteriori ioni idrogeno nelle urine quando il sangue diventa estremamente acido.

Gli ioni bicarbonato riassorbiti entrano nel flusso sanguigno dove possono neutralizzare gli ioni idrogeno formando nuove molecole di acido carbonico. L’acido carbonico passando attraverso i capillari dei polmoni si dissocia in anidride carbonica e acqua, permettendoci di espirare l’anidride carbonica.

Omeostasi degli elettroliti

I reni mantengono l’omeostasi di importanti elettroliti controllando la loro escrezione nelle urine.

• Sodio (Na+): Il sodio è un elettrolita vitale per la funzione muscolare, la funzione dei neuroni, la regolazione della pressione sanguigna e la regolazione del volume del sangue. Più del 99% degli ioni di sodio che passano attraverso i reni sono riassorbiti nel sangue dal filtrato tubulare. La maggior parte del riassorbimento del sodio avviene nel tubulo convoluto prossimale e nell’ansa ascendente di Henle.
• Potassio (K+): Proprio come il sodio, il potassio è un elettrolita vitale per la funzione muscolare, la funzione dei neuroni e la regolazione del volume del sangue. A differenza del sodio, tuttavia, solo circa il 60-80% degli ioni di potassio che passano attraverso i reni vengono riassorbiti. La maggior parte del riassorbimento del potassio avviene nel tubulo convoluto prossimale e nell’ansa ascendente di Henle.
• Cloruro (Cl-): Il cloruro è il più importante anione (ione caricato negativamente) nel corpo. Il cloruro è vitale per la regolazione di fattori come il pH e l’equilibrio dei fluidi cellulari e aiuta a stabilire il potenziale elettrico dei neuroni e delle cellule muscolari. Il tubulo convoluto prossimale e l’ansa ascendente di Henle riassorbono circa il 90% degli ioni cloruro filtrati dai reni.
• Calcio (Ca2+): Il calcio non è solo uno dei minerali più importanti del corpo che compone le ossa e i denti, ma è anche un elettrolita vitale. Funzionando come un elettrolita, il calcio è essenziale per la contrazione del tessuto muscolare, il rilascio di neurotrasmettitori da parte dei neuroni e la stimolazione del tessuto muscolare cardiaco nel cuore. Il tubulo convoluto prossimale e l’ansa ascendente di Henle riassorbono la maggior parte del calcio nel filtrato tubulare nel sangue. L’ormone paratiroideo aumenta il riassorbimento del calcio nei reni quando i livelli di calcio nel sangue diventano troppo bassi.
• Magnesio (Mg2+): Lo ione magnesio è un elettrolita essenziale per il corretto funzionamento degli enzimi che lavorano con i composti di fosfato come ATP, DNA e RNA. Il tubulo convoluto prossimale e l’ansa di Henle riassorbono la maggior parte del magnesio che passa attraverso il rene.

Omeostasi della pressione sanguigna

I reni aiutano a controllare la pressione sanguigna nel corpo regolando l’escrezione di ioni sodio e acqua e producendo l’enzima renina. Poiché il sangue è fatto principalmente di acqua, un aumento del volume di acqua nel corpo si traduce in un aumento del volume del sangue nei vasi sanguigni. L’aumento del volume del sangue significa che il cuore deve pompare più forte del solito per spingere il sangue nei vasi che sono affollati dal sangue in eccesso. Quindi, l’aumento del volume del sangue porta ad un aumento della pressione sanguigna. D’altra parte, quando il corpo è disidratato, il volume del sangue e la pressione sanguigna diminuiscono.

I reni sono in grado di controllare la pressione sanguigna riassorbendo l’acqua per mantenere la pressione sanguigna o permettendo di espellere più acqua del solito nelle urine e quindi ridurre il volume del sangue e la pressione. Gli ioni di sodio nel corpo aiutano a gestire la pressione osmotica del corpo attirando l’acqua verso le zone ad alta concentrazione di sodio. Per abbassare la pressione sanguigna, i reni possono espellere ioni di sodio extra che attirano l’acqua fuori dal corpo con loro. Al contrario, i reni possono riassorbire ioni di sodio supplementari per aiutare a trattenere l’acqua nel corpo.

Infine, i reni producono l’enzima renina per evitare che la pressione sanguigna del corpo diventi troppo bassa. I reni contano su una certa pressione sanguigna per forzare il plasma sanguigno attraverso i capillari nel glomerulo. Se la pressione sanguigna diventa troppo bassa, le cellule dei reni rilasciano la renina nel sangue. La renina avvia un processo complesso che porta al rilascio dell’ormone aldosterone da parte delle ghiandole surrenali. L’aldosterone stimola le cellule del rene ad aumentare il loro riassorbimento di sodio e acqua per mantenere il volume e la pressione sanguigna.

Ormoni

I reni mantengono una piccola ma importante funzione endocrina producendo gli ormoni calcitriolo ed eritropoietina.

• Il calcitriolo è la forma attiva della vitamina D nel corpo. Le cellule del tubulo convoluto prossimale producono il calcitriolo dalle molecole di vitamina D inattive. A quel punto, il calcitriolo viaggia dai reni attraverso il flusso sanguigno fino all’intestino, dove aumenta l’assorbimento del calcio dal cibo nel lume intestinale.
• L’eritropoietina (EPO) è un ormone prodotto dalle cellule dei capillari peritubulari in risposta all’ipossia (un basso livello di ossigeno nel sangue). L’EPO stimola le cellule del midollo osseo rosso ad aumentare la loro produzione di globuli rossi. I livelli di ossigeno nel sangue aumentano quando più globuli rossi maturano ed entrano nel flusso sanguigno. Una volta che i livelli di ossigeno tornano alla normalità, le cellule dei capillari peritubulari smettono di produrre EPO.

Alcuni ormoni prodotti altrove nel corpo aiutano a controllare la funzione dei reni.

• L’ormone antidiuretico (ADH), noto anche come vasopressina, è un ormone prodotto da cellule neurosecretrici nell’ipotalamo del cervello. Queste cellule si estendono nell’ipofisi posteriore, che immagazzina e rilascia l’ADH. La produzione di ADH è stimolata da una diminuzione del volume del sangue e da un aumento dell’osmolarità del sangue. L’ADH aiuta il corpo a trattenere l’acqua aumentando il numero di canali d’acqua nelle cellule dei dotti collettori dei reni. Questi canali d’acqua permettono all’acqua rimanente nelle urine di essere riassorbita nel sangue, con conseguente urina estremamente concentrata.
• L’angiotensina II è un ormone prodotto nel fegato e attivato dagli enzimi renina e enzima di conversione dell’angiotensina. Una volta attivata, l’angiotensina II aumenta il riassorbimento degli ioni sodio e cloruro nel tubulo convoluto prossimale, portando ad un aumento del riassorbimento anche dell’acqua.
• L’aldosterone è un ormone prodotto nella corteccia surrenale in risposta all’angiotensina II. L’aldosterone si lega alle cellule bersaglio nelle pareti dei dotti collettori del nefrone. Queste cellule riassorbono ulteriori ioni di sodio e cloruro che sarebbero stati escreti come urina. Le cellule bersaglio rimuovono anche gli ioni di potassio dal sangue e li espellono nelle urine.
• Il peptide natriuretico atriale (ANP) è un ormone prodotto dalle cellule del muscolo cardiaco negli atri del cuore. Queste cellule producono ANP in risposta ad alti livelli di sodio nel sangue o all’aumento della pressione sanguigna. Nei reni, l’ANP aumenta la velocità di filtrazione glomerulare in modo che più plasma sanguigno sia forzato nella capsula glomerulare e nei tubuli renali. L’ANP rimuove anche alcuni soluti dalle cellule del midollo renale, rendendo l’ansa di Henle meno efficiente nel riassorbire acqua e ioni dal filtrato. Il risultato netto di ANP è che più sodio e acqua finiscono per essere escreti nelle urine, il volume del sangue diminuisce e anche la pressione sanguigna diminuisce.