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Come funziona il rene? Uno sguardo approfondito al nefrone

Il rene è uno degli organi più importanti per il mantenimento dell’omeostasi: una piccola macchina perfetta e affascinante, ma spesso sconosciuta. Ecco tutto ciò che ti serve sapere per affrontare a cuor leggero il test di ammissione.

Due piccoli misteri

πάντα ῥεῖ, diceva Eraclito e canta oggi Gabbani. Ed è vero anche per il rene, che prende il nome proprio dal verbo greco ρεω : tutto scorre, viene filtrato, riassorbito, escreto, fino alla formazione e concentrazione dell’urina, grazie ad un intrico di meccanismi.

Meccanismi molto efficienti e specifici, capaci di destare stupore e meraviglia (quando ci si dimentica che stiamo parlando di pipì). Meccanismi che sono però anche molto complessi e difficili da ricordare.

Proviamo a capirci qualcosa di più insieme.

Cos’è il nefrone?

Così come per capire come vengono costruite le auto non basta guardare dall’alto una fabbrica, ma bisogna concentrarsi su una postazione di lavoro, per capire come funziona il rene dobbiamo fare uno zoom sul suo elemento più piccolo in grado di svolgere tutte le funzioni dell’organo.

L’unità funzionale del rene si chiama nefrone. In ogni rene ne troviamo circa 1 milione e mezzo, ed ognuno è composto da due parti fondamentali:

  • corpuscolo renale, formato da glomerulo e capsula di Bowman, il cui compito è la filtrazione del sangue; il sangue filtrato scorre poi nel
  • sistema tubulare, che origina dalla capsula di Bowman, composto da tubulo contorto prossimale, ansa di Henle, tubulo contorto distale e dotto collettore. Questi sono importanti per la formazione e la concentrazione dell’urina vera e propria, grazie alla secrezione di alcune sostanze e il riassorbimento di altre.

Studiando prima per il test di Medicina e più tardi per l’esame di Fisiologia I mi sono trovata molte volte a disegnare un nefrone per riuscire a visualizzarne e memorizzarne meglio la struttura.

Nell’immagine vediamo come appare una volta “srotolato”.

Mi ha sempre ricordato un serpente che morde una mela, forse per influenze bibliche che risalgono ai tempi della prima Comunione.

Approfondiamo queste due parti separatamente per capire come il sangue viene filtrato fino alla formazione e l’escrezione dell’urina.

Il corpuscolo renale

Eccoli, la mela e la testa del serpente, cioè rispettivamente il glomerulo renale e la capsula di Bowman, il punto in cui il processo di purificazione del sangue comincia.

Il rene ha un flusso di sangue di gran lunga superiore a quello di altri organi importantissimi per la vita, come il cervello o i polmoni: ogni giorno vengono filtrati 180 litri di sangue per produrre 1,5 litri di urina. Questo vuol dire che tutto il nostro sangue passa dai reni 40 volte ogni giorno.

E dove, precisamente? Il sangue arriva dall’aorta,  tramite le arterie renali, che penetrano nel rene nel punto detto ilo renale. Queste si dividono in arterie con un calibro via via minore: arterie interlobari, poi arcuate, poi interlobulari e arterie rette vere. Dalle interlobulari si distaccano poi le arteriole afferenti.

Proprio queste ultime, le arteriole afferenti, vanno a costituire il glomerulo renale: la mela, o meglio, dal punto di vista anatomico, un gomitolo (glomerulo deriva da glomus, cioè gomitolo) di capillari.

Il glomerulo renale

Questi capillari glomerulari formano una rete mirabile, cioè un circuito in cui non si ha la classica disposizione arteriole —> capillari —> venule, ma arteriole afferenti —> capillari —> arteriole efferenti.

Il glomerulo renale è la sede della prima tappa di formazione dell’urina: la filtrazione del sangue, un processo passivo e aspecifico.

Solo una minima parte, circa il 20%, del sangue che entra nei glomeruli renali subisce il processo di filtrazione; i rimanenti 4/5 raggiungono il sistema capillare peritubulare attraverso l’arteriola efferente.

L’arteriola afferente penetra nella capsula di Bowman e si ramifica in molti capillari che formano un gomitolo. La loro superficie funge da primo filtro per il sangue ed è particolare, in quanto è:

  • discontinua, cioè ha delle fenestrature, dei “buchi”;
  • rivestita da podociti, cellule dell’epitelio della capsula di Bowman che appaiono come dei piccoli polpi: hanno delle estroflessioni di membrana dette pedicelli che vanno ad avvolgere le fenestrature rendendone più piccolo il diametro.

Questa rete sferoidale di capillari glomerulari in cui scorre il sangue è circondato dalla bocca aperta del serpente, la capsula di Bowman, una struttura sferica cava a fondo cieco. Questa raccoglie la pre-urina, l’ultrafiltrato del sangue, e lo convoglia nel sistema tubulare.

Il sistema tubulare renale

Eccoci al corpo del serpente, un insieme di tubuli in serie con caratteristiche molto diverse tra loro.

Non sono semplicemente dei tubi in cui scorre l’urina fino all’uretere. Qui avviene il secondo insieme di tappe, molto specifiche e attive, a differenza della filtrazione: secrezione, riassorbimento ed escrezione di molte sostanze modificano la composizione della pre-urina, fino alla formazione dell’urina vera e propria.

Il sistema tubulare è formato da:

  1. Tubulo contorto prossimale
  2. Ansa di Henle: presenta un segmento discendente sottile e uno ascendente, in parte sottile e in parte spesso (in queste parti avvengono processi di tipo diverso, ecco perché è utile imparare questa distinzione)
  3. Tubulo contorto distale
  4. Tubulo collettore, diviso in corticale e midollare
  5. Dotto collettore

Dal dotto collettore l’urina finale viene convogliata nei calici renali, prima minori, poi maggiori, nella pelvi renale, nell’uretere e così via fino all’esterno del corpo.

Ora che abbiamo capito com’è fatto un nefrone, possiamo arrivare al punto focale dell’argomento: come si forma la pipì?

La filtrazione glomerulare

Nel glomerulo, la pressione idrostatica con cui il sangue arriva nei capillari glomerulari spinge il liquido attraverso il filtro formato da fenestrature e podociti.

Le molecole grandi e cariche elettricamente non riescono a passare, come le proteine, che rimangono nella porzione non filtrata e fluiscono via nell’arteriola efferente.

Oltre a questa forza che tende a spingere il liquido fuori dal capillare, ce n’è un’altra che agisce al contrario: la pressione colloidosmotica, cioè quella provocata dalle proteine plasmatiche contenute nel sangue e non nella capsula di Bowman. Questa tende a trattenere il liquido all’interno del capillare, così come anche la pressione idrostatica del liquido che si è accumulato nella capsula di Bowman si oppone alla filtrazione.

Quindi:

  1. pressione idrostatica del capillare—> spinge il liquido fuori dal capillare
  2. pressione oncotica (o colloidosmotica) del capillare –> trattiene il liquido all’interno del capillare
  3. pressione idrostatica della capsula di Bowman –> trattiene il liquido all’interno del capillare
  4. pressione oncotica della capsula di Bowman praticamente pari a 0 mmHg

Sommando le forze appena descritte emerge che la filtrazione è favorita da una pressione netta di ultrafiltrazione (Pf) pari a 10 mmHg.

Legenda immagine:

  • HPgc: pressione idrostatica capillare glomerulare
  • OPgc: pressione oncotica capillare glomerulare
  • HPcs: pressione idrostatica capsula di Bowman

Calcolo della Pf: 55 – 30 – 15 = 10 mmHg

Da ultrafiltrato a urina: le tappe fondamentali

A questo punto la pre-urina proveniente dalla filtrazione del sangue è nella capsula di Bowman e imbocca la via del sistema tubulare.

Se il processo finisse qui, ci troveremmo a fare 36 litri di pipì ogni giorno.

Il riassorbimento di acqua e di altre sostanze ci porta invece a ridurre la minzione fino a 1,5 litri al giorno. Impressionante, no?

Questa concentrazione dell’urina è dovuta al riassorbimento e alla particolare disposizione anatomica dei tubuli e dei capillari che scorrono vicino ad essi (capillari peritubulari), e soprattutto al gradiente di osmolarità da corticale a midollare del rene.

Ecco le tappe principali:

  1. Nel tubulo prossimale c’è il riassorbimento del 65% dell’acqua presente nella pre-urina; oltre all’acqua, vengono qui riassorbite molte altre sostanze, come sodio, calcio, magnesio, bicarbonato, fosfati e solfati;
  2. Nella parte discendente dell’ansa di Henle continua il riassorbimento dell’acqua, ma non degli ioni;
  3. La parte ascendente dell’ansa di Henle è invece impermeabile all’acqua, ma molto permeabile agli ioni, che vengono riassorbiti in grandissima quantità;
  4. La prima parte del tubulo distale (detto segmento di diluizione) continua l’opera di assorbimento degli ioni;
  5. La seconda parte del tubulo distale è costituita da due tipi di cellule: cellule principali e cellule intercalate. Le principali riassorbono acqua e sodio e secernono potassio. Le intercalate invece riassorbono potassio e secernono idrogeno, per regolare il pH dell’urina in base all’acidità o alla basicità del sangue;

Nel tubulo distale avviene il riassorbimento facoltativo dell’acqua, regolato dall’ormone antidiuretico ADH, a seconda delle esigenze dell’organismo.

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A presto!

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