Il rene ha la funzione di depurare il sangue, rimovendo le sostanze non utili. Altri organi che servono a uno scopo simile, sebbene operino in maniera del tutto diversa, sono i polmoni. La procedura di filtraggio seguita dal rene è particolare: in un primo tempo esso "scarta" gran parte del plasma (urina primaria) e successivamente recupera da esso molte sostanze, preparando all'espulsione un fluido (urina secondaria) costituito solo da sostanze di scarto (oltreché acqua, ovviamente).
I reni sono funzionalmente legati al fegato: il fegato ha funzione di "demolitore" di sostanze, e il rene ha la funzione di eliminatore delle sostanze demolite ed inutili.
Cenni di anatomia
Il glomerulo renale, sistema che opera a notevole pressione, fa una ultrafiltrazione del sangue. La sua barriera filtrante è rappresentata dall'endotelio dei capillari glomerulari e dalla membrana basale dei capillari stessi e della capsula di Bowmann. Nè gli elementi corpuscolari del sangue nè le grosse proteine possono oltrepassare questa barriera. Soltanto la parte fluida e alcune piccole proteine riescono a passare il filtro del glomerulo, vanno a costituire l'ultrafiltrato primario (urina primaria), che quindi è costituito dalla parte plasmatica del sangue, privato delle proteine.
L'arterìola afferente al glomerulo arriva fino a 70 mmHg, quindi è molto maggiore della pressione che si misura normalmente nelle arterìole che, lo ricordiamo, raggiunge i 32 mmHg. Questa pressione più alta della norma, che favorisce la ultrafiltrazione, è causata dalla presenza di due distretti capillari in serie, che aumentano la pressione a monte e la diminuiscono a valle. Questi due distretti sono: la capillarizzazione glomerulare e la capillarizzazione post-glomerulare.
NB: la maggiore pressione può essere anche in parte dovuta alla vicinanza dell'aorta (che dista solo qualche centimetro dai reni): si ricordi infatti che la resistenza fa diminuire la pressione, e quindi capillari con poca resistenza, come in questo caso, hanno pressioni di scorrimento più alte. Forse anche il diametro dell'arterìola efferente del glomerulo (che è minore di quello della afferente) può provocare un aumento della pressione, ma ciò non è sicuro: si consideri che c'è una diminuzione del diametro, ma anche una diminuzione del flusso (la parte del sangue che va a formare l'urina primaria non giunge all'arterìola efferente).
Poichè la parte corpuscolare del sangue che attraversa il glomerulo non è interessata da alcuna fase della filtrazione, è utile che il sangue che arriva al glomerulo sia impoverito delle componente corpuscolare, per motivi di economia di esercizio. Si consideri che prima di arrivare al glomerulo le arterie subiscono più di una diramazione: i rami però non si staccano dall'arteria principale in maniera "normale", ma presentano un angolo retto. In questo modo la parte corpuscolare del sangue, che viaggia al centro del vaso per motivi fisici di flusso viscoso, difficilmente entra nelle diramazioni perpendicolari. Così il sangue arriva al glomerulo risulta parzialmente impoverito di componente corpuscolare: si dice che ha un valore ematocrito minore della norma. Il valore normale viene recuperato dopo il glomerulo.
Valori di filtrazione, la clearance dell'inulina
La quantità di plasma depurato dai reni si può calcolare iniettando in una vena dell'inulina, una sostanza innocua che si scioglie nella componente plasmatica del sangue. Essa non viene nè riassorbita dopo il glomerulo nè viene in alcun modo assimilata dall'organismo. Si misura la concentrazione di inulina nel sangue (Pi) e poi nelle urine (Ui). Si considera anche la quantità di urina prodotta (V). Il valore (detto clearance) Ui * V / Pi, che ha unità di misura ml/min indica quanti ml di plasma vengono depurati dall'inulina ogni minuto.
Questo valore equivale alla quantità di plasma depurato da entrambi i reni. Un valore normale è 127 ml/min (= 183 l/24h circa). Poichè il plasma costituisce circa il 50% del volume del sangue (l'atro 50% è parte corpuscolare) si deduce che i reni filtrano in totale 183 * 2 = 366 l/24h circa. Immettendo diverse quantità di inulina si ottengono gli stessi risultati, poiché aumentano sia Ui che Pi.
Poichè si hanno circa 2.5* litri di plasma (altri 2.5 l sono di parte corpuscolare) si ha che il plasma, in un giorno, viene filtrato 183/ 2.5 = 73 volte circa. (*) La quantità di sangue (parte corpuscolare + plasma) può essere considerata approssimativamente come il 7% del peso corporeo.
Valori di flusso plasmatico renale, la clearance del PAI
Immettendo nel circolo sanguigno dell'acido para-amminippurico, con calcoli concettualmente identici a quelli fatti per l'inulina, si può ottenere un valore del flusso plasmatico renale.
Il PAI non viene filtrato dal glomerulo, e passa (quasi) totalmente nella capillarizzazione post-glomerulare. Da lì però, viene espulso verso i tubuli contorti (90% al primo passaggio). La clearance dal PAI quindi è una misura approssimata del flusso plasmatico renale, vale 625 ml/min circa, e risulta mediamente cinque volte superiore alla clearance dell'inulina.
La quantità di sangue (plasma + parte corpuscolare) trattata dal glomerulo in 24h si ottiene in questo modo: 0.625 l/min (clearance PAI) * 60 min * 24h * 2 = 1800 l/24h. Si moltiplica per due poiché il valore di clearance del PAI si riferisce sono a 50% del sangue, (infatti si riferisce solo al plasma). Considerato che un individuo possiede 5 litri di sangue, esso in 24h verrà filtrato 1800 : 5 = 360 volte.
Di seguito ci sono alcuni valori di filtrazione, riassorbimento ed escrezione tramite l'urina.
Il riassorbimento dell'acqua
Il 60% dell'acqua ultrafiltrata dal glomerulo viene riassorbita quando si trova nel tubulo contorto prossimale, il 20% nell'ansa di Henle, il 10% nel tubulo contorto distale, il 9% nei tubuli collettori. L'urina che raggiunge il bacinetto renale quindi possiede l'1% della quantità d'acqua della urina primaria.
Cosa avviene nei tubuli - I meccanismi di riassorbimento* in entrambi i tubuli (prossimale e distale) sono passivi e dipendenti da fenomeni attivi. Questi fenomeni sono costituiti dall'attività di alcune pompe situate nei tubuli. Queste pompe, attivate (con dispendio di energia) dall'ossigeno portato dal sangue nel rene, spostano dall'interno del tubulo verso l'esterno (interstizio renale) delle sostanze, come i sali. In questo modo essi diventano più concentrati all'esterno del tubulo, e cosi l'acqua tende a "seguirli" ed esce anch'essa dal tubulo, causando una concentrazione dell'urina (riassorbimento dell'acqua).
Per questo motivo si parla di un meccanismo passivo (l'acqua esce spontaneamente senza dispendio di energia) dipendente da uno attivo (le pompe). Il meccanismo sopra descritto viene detto riassorbimento obbligatorio, poiché non è in alcun modo modificabile dall'organismo.
(*) Per riassorbimento di una sostanza si intende sempre la sua uscita dal tubulo contenente l'urina e la immissione nel tessuto o nei vasi del rene.
Cosa avviene nell'ansa di Henle - Nell'ansa di Henle si ha un altro processo di riassorbimento, questa volta basato sul principio di controcorrente. La parete della parte discendente dell'ansa è permeabile sia all'acqua che ai sali. Considerando che man mano che si scende nella zona midollare la concentrazione salina aumenta (osmolarità crescente: si passa da 300 a 1200 milliosmoli o mosm) segue che l'acqua tende a uscire dall'ansa (che all'inizio presenta una concentrazione pari a 300 milliosmoli). Per lo stesso motivo Na+ tende ad entrare nell'ansa.
Nella parte più bassa dell'ansa l'urina raggiunge una concentrazine pari a 1100 mosm (non si raggiunge un completo equilibrio poiché l'ansa non è completamente permeabile all'acqua, ma la sua permeabilità è influenzata da un ormone, l'ADH, ma questo lo vedremo più avanti).
La parte ascendente dell'ansa di Henle è impermeabile all'acqua (che tenderebbe ad entrare poiché all'interno si ha una concentrazione di 1100 mosm mentre risalendo la concentrazione all'esterno diminuisce). Essa è invece permeabile a Na+, che tende a uscire, portando l'urina alla fine della parte ascendente dell'ansa a valori di concetrazione pari a 100 milliosmoli. A rigor di logica l'equilibrio con l'interstizio renale, che qui ha valori di 300 milliosmoli, dovrebbe dare origine ad una urina anch'essa concentrata a 300 milliosmoli. Na+ però esce con tal "vigore" che fa scendere la concentrazione fino a 100 milliosmoli. Questa uscita di Na+ contro il gradiente di concentrazione è resa possibile dalla presenza di pompe specifiche, pilotate dall'aldosterone.
L'aldosterone è un ormone steroideo, appartenente al tipo dei mineralcorticoidi, prodotto dalla zona corticale della ghiandola surrenale.
Cosa avviene nel tubulo contorto distale - Nel tubulo contorto distale si verificano eventi del tutto simili a quelli che avvengno nel tubulo prossimale. Poichè l'urina proveniente dall'ansa di Henle possiede un valore di 100 milliosmoli l'acqua tende a uscire dal tubulo, poiché l'interstizio renale possiede una osmolarità pari a 300 milliosmoli. Si ricordi che la parte ascendente dell'ansa era impermeabile all'acqua, mentre il tubulo distale è presenta una parete nuovamente permeabile.
Questo evento viene detto riassorbimento facoltativo, poiché esso è variabile. Infatti l'aldosterone può portare la concentrazione nell'ansa di Henle da 100 fino a 80 o 60 milliosmoli, e più è bassa la concentrazione nell'ansa (e quindi poi nel tubulo distale) maggiore sarà il riassorbimento dell'acqua.