L’urina è il prodotto finale una volta che il filtrato è stato completamente manipolato dai nefroni. Fino a quando il filtrato passa attraverso la papilla renale nel calice minore, può essere influenzato dai processi di nefrone. Questo è il modo in cui i reni producono ovunque .4 L di urina / giorno fino a 20 l di urina / giorno, il tutto bilanciando la composizione del plasma e espellendo potenziali tossine nelle urine.Per essere in grado di regolare la concentrazione e il volume delle urine, il rene deve avere la capacità di spostare l’acqua fuori dal tubulo e di nuovo nel sangue. Ricordiamo che il ciclo di Henle è permeabile all’acqua lungo la porzione discendente e impermeabile all’acqua sulla porzione ascendente, ma anche pompando ulteriormente Na+ e Cl– nello spazio interstiziale del midollo renale. Vedremo come funziona il ciclo di Henle per creare un gradiente di concentrazione nel midollo renale e come funziona il vasa recta per preservare quel gradiente di concentrazione.

Sistema moltiplicatore controcorrente

La struttura del ciclo di Henle e il capillare peritubulare associato creano un sistema moltiplicatore controcorrente (Figura 25.6.1). Il termine controcorrente deriva dal fatto che i cicli discendente e ascendente sono uno accanto all’altro e il loro fluido scorre in direzioni opposte (controcorrente). Il termine moltiplicatore è dovuto all’azione delle pompe a soluto che aumentano (moltiplicano) le concentrazioni di urea e Na+ in profondità nel midollo, come descritto di seguito.

NOTA DELL’EDITOR: Aggiungi l’apporto di sangue qui alla figura come si vede nella figura 26-16 in Martini Fundamentals of A&P 10th ed

La presenza di canali aquaporin nel ciclo discendente consente a quantità prodigiose di acqua di uscire dal ciclo ed entrare nell’interstizio iperosmolare della piramide, dove viene restituita alla circolazione dal vasa recta. Man mano che il ciclo diventa il ciclo ascendente, c’è un’assenza di canali aquaporin, quindi l’acqua non può lasciare il ciclo. Tuttavia, nella membrana basale delle cellule del ciclo ascendente spesso, le pompe ATPasi rimuovono attivamente Na+ dalla cellula nello spazio interstiziale. Un Na+/K + / 2CL– symporter nella membrana apicale consente passivamente a questi ioni di entrare nel citoplasma cellulare dal lume del ciclo lungo un gradiente di concentrazione creato dalla pompa. Questo meccanismo funziona per diluire il fluido del ciclo ascendente in definitiva a circa 50-100 mOsmol / L.

Allo stesso tempo che l’acqua si diffonde liberamente dal ciclo discendente attraverso i canali di aquaporin negli spazi interstiziali del midollo, l’urea si diffonde liberamente nel lume del ciclo discendente mentre scende più in profondità nel midollo, in gran parte da riassorbire dal filtrato quando raggiunge il condotto di raccolta. Inoltre, i condotti di raccolta hanno pompe di urea che pompano attivamente l’urea negli spazi interstiziali. Ciò si traduce nel recupero di Na + alla circolazione attraverso il vasa recta e crea un alto ambiente osmolare nelle profondità del midollo. Pertanto, il movimento di Na+ e urea negli spazi interstiziali da questi meccanismi crea l’ambiente iperosmotico nelle profondità del midollo. Il risultato netto di questo sistema moltiplicatore controcorrente è quello di recuperare sia l’acqua che Na+ nella circolazione.

Al passaggio dal DCT al condotto di raccolta, circa il 20% dell’acqua originale è ancora presente e circa il 10% del sodio. Se non esistesse nessun altro meccanismo per il riassorbimento dell’acqua, si produrrebbero circa 20-25 litri di urina. Ora considera cosa sta succedendo nei capillari adiacenti, il vasa recta. Stanno recuperando sia i soluti che l’acqua ad una velocità che preserva il sistema moltiplicatore controcorrente. In generale, il sangue scorre lentamente nei capillari per consentire il tempo per lo scambio di sostanze nutritive e rifiuti. In particolare nel vasa recta, questa velocità di flusso è importante per due ulteriori motivi. Il flusso deve essere lento per consentire alle cellule del sangue di perdere e riguadagnare acqua senza crenare o scoppiare. In secondo luogo, un flusso rapido rimuoverebbe troppo Na+ e urea, distruggendo il gradiente osmolare necessario per il recupero di soluti e acqua. Quindi, scorrendo lentamente per preservare il meccanismo controcorrente, mentre il vasa recta scende, Na+ e urea sono liberamente in grado di entrare nel capillare, mentre l’acqua lascia liberamente; mentre salgono, Na+ e urea vengono secrete nel midollo circostante, mentre l’acqua rientra e viene rimossa.

Il midollo renale ha un gradiente di concentrazione con una bassa osmolarità superficiale e un’alta osmolarità nel suo punto più profondo. I reni hanno speso una grande quantità di energia cellulare per creare questo gradiente, ma cosa fanno i nefroni con questo gradiente? In presenza di ormoni, il rene è in grado di concentrare il filtrato per essere 20 volte più concentrato del plasma glomerulare e del filtrato PCT.

Il processo di concentrazione del filtrato avviene nel DCT e nei condotti di raccolta. Ricordiamo che il DCT e i condotti di raccolta sono rivestiti con epitelio cuboidale semplice con recettori per aldosterone e ADH, rispettivamente. I soluti si muovono attraverso le membrane delle cellule del DCT e dei condotti di raccolta, che contengono due tipi di cellule distinte, cellule principali e cellule intercalate. Una cellula principale possiede canali per il recupero o la perdita di sodio e potassio. Una cellula intercalata secerne o assorbe acido o bicarbonato. Come in altre parti del nefrone, c’è una matrice di micromacchine (pompe e canali) in mostra nelle membrane di queste cellule.

La regolazione del volume delle urine e l’osmolarità sono funzioni principali dei condotti di raccolta. Variando la quantità di acqua che viene recuperata, i condotti di raccolta svolgono un ruolo importante nel mantenere l’osmolarità normale del corpo. Se il sangue diventa iperosmotico, i condotti di raccolta recuperano più acqua per diluire il sangue; se il sangue diventa iposmotico, i condotti di raccolta recuperano meno acqua, portando alla concentrazione del sangue. Un altro modo di dire questo è: se l’osmolarità del plasma aumenta, più acqua viene recuperata e il volume delle urine diminuisce; se l’osmolarità del plasma diminuisce, meno acqua viene recuperata e il volume delle urine aumenta. Questa funzione è regolata dall’ormone pituitario posteriore ADH (vasopressina). Con lieve disidratazione, l’osmolarità plasmatica aumenta leggermente. Questo aumento viene rilevato dagli osmorecettori nell’ipotalamo, che stimola il rilascio di ADH dall’ipofisi posteriore. Se l’osmolarità del plasma diminuisce leggermente, si verifica il contrario.

**NOTA DEL REDATTORE: Aggiungi figura come 25.19 dalla 10a edizione di Marieb per mostrare la produzione di urina concentrata e diluita * *

Quando stimolata dall’ADH, le cellule principali del condotto di raccolta inseriranno le proteine dei canali acquaporinici nelle loro membrane apicali. Ricordiamo che le aquaporine consentono all’acqua di passare dal lume del dotto attraverso le membrane cellulari idrofobiche ricche di lipidi per viaggiare attraverso le cellule e negli spazi interstiziali dove l’acqua verrà recuperata dal vasa recta. Mentre i dotti scendono attraverso il midollo, l’osmolarità che li circonda aumenta (a causa dei meccanismi controcorrente descritti sopra). Se i canali dell’acqua aquaporin sono presenti, l’acqua sarà estratta osmoticamente dal condotto di raccolta nello spazio interstiziale circostante e nei capillari peritubulari. Questo processo consente il recupero di grandi quantità di acqua dal filtrato nel sangue, che produce un’urina più concentrata. Se viene secreto meno ADH, vengono inseriti meno canali di aquaporin e viene recuperata meno acqua, con conseguente urina diluita. Alterando il numero di canali aquaporin, il volume di acqua recuperata o persa viene alterato. Questo, a sua volta, regola l’osmolarità del sangue, la pressione sanguigna e l’osmolarità delle urine.

**NOTA DEL REDATTORE: Aggiungere figura come 24.18 C e 24.19 per mostrare aquaporin, Na + canali, e Na+/K+ Atpase pompa aggiunte a DCT e CD. Queste cifre sono da McKinley 2nd ed.**

Quando Na+ viene pompato dal filtrato, l’acqua viene ricatturata passivamente per la circolazione; questa conservazione del volume vascolare è di fondamentale importanza per il mantenimento di una pressione sanguigna normale. L’aldosterone è secreto dalla corteccia surrenale in risposta alla stimolazione dell’angiotensina II. Come vasocostrittore estremamente potente, l’angiotensina II funziona immediatamente per aumentare la pressione sanguigna. Stimolando anche la produzione di aldosterone, fornisce un meccanismo più duraturo per sostenere la pressione sanguigna mantenendo il volume vascolare (recupero dell’acqua).

Oltre ai recettori per l’ADH, le cellule principali hanno recettori per l’ormone steroideo aldosterone. Mentre l’ADH è principalmente coinvolto nella regolazione del recupero dell’acqua, l’aldosterone regola il recupero di Na+. L’aldosterone stimola le cellule principali per fabbricare i canali luminal di K+ e di Na + così come le pompe dell’ATPasi di K+/di Na sulla membrana basale delle cellule del DCT e del condotto di raccolta. Quando l’uscita dell’aldosterone aumenta, più Na + è recuperata dal filtrato e l’acqua segue passivamente il Na+. Il movimento di Na + fuori dal lume del condotto di raccolta crea una carica negativa che promuove il movimento di Cl-fuori dal lume nello spazio interstiziale da un percorso paracellulare attraverso giunzioni strette. I capillari peritubulari (o vasa recta) ricevono i soluti e l’acqua, restituendoli alla circolazione. Quando la pompa recupera Na + per il corpo, sta anche pompando K+ nel filtrato, poiché la pompa muove K + nella direzione opposta.