FLUIDI DEL CORPO UMANO (PARTE II) METABOLISMO RENALE DI Na+,Cl-,H2O

9 Gennaio 2020 | giochi della chimica 2012 fase nazionale classi A-B | di misefari | 0 Commenti
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Un modo veloce di “circolazione interna di sali” si può osservare nel rene. Qui è filtrato ogni due ore un volume di plasma pari a tutto volume del fiuido extracellulare, ma, quasi tutto il  Na +, Cl- e l’acqua vengono riassorbiti dal filtrato. Questo processo di filtrazione produce un liquido che chiamiamo Urina.

Le urine si formano mediante tre processi:

1- Filtrazione glomerulare

2-Riassorbimento di acqua e soluti dall’ultrafiltrato

3-Secrezione selettiva di alcune sostanze che vengono trasferite dai capillari peritubulari al  liquido tubulare

Lungo i tubuli renali viene riassorbita la maggior parte dei soluti ed il 99% dell’acqua filtrata (178 l/giorno).
VFG = 125 ml/min (Filtrato Glomerulare )
Riassorbimento = 124 ml/min
Escrezione = 1 ml/min
Il 65% del carico filtrato di acqua e sodio viene riassorbito nel tubulo prossimale

I tubuli renali modificano composizione e volume dell’ultrafiltrato e lungo i tubuli renali viene riassorbita la maggior parte dei soluti ed il 99% dell’acqua filtrata (178 l/dì).

Supponiamo che un campione di 1 litro urina di 24 h contenga 100 milliequivalenti di Na + , considerando che 180 litri di plasma con un [Na +] di 142 milliequivalenti per litro siano stati filtrati dal glomeruli. Cerchiamo di calcolare le percentuali del filtrato di ioni di sodio e di acqua che vengono riassorbiti nei tubuli renali : la quantità di Na + filtrato in un giorno è stata 180  x 142=25560 meq di questi sono stati ecreti con le urine  100 meq quindi  il riassorbimento % è stato 24450/24560 x 100 = 99,6 % . La quantità di acqua filtrata al giorno è 180 litri  quasi pari al volume di plasma filtrato. Poiché solo 1 litro di urina è stato escreto, il riassorbimento di acqua è  179 /180 = 99,4%  .

In condizioni fisiologiche, in caso di variazioni di VFG, il riassorbimento può essere modificato per impedire variazioni significative dell’escrezione urinaria (Bilancio glomerulo-tubulare)

Il riassorbimento  dello ione sodio è un processo specifico che avviene nelle cellule che formano le pareti della parte prossimale e distale dei tubuli renali. Poiché l’acqua sembra migrare liberamente attraverso la parete del tubulo prossimale, il riassorbimento del Na+ avviene lì (da 30 a 80 % di quello filtrato)  e causa anche il riassorbimmento di quantità equivalenti di acqua.Cioè, indipendentemente dalla quantità di Na + che è trasmesso attraverso il tubulo prossimale, una corrispondente quantità di acqua si muove con essa.

Il riassorbimento tubulare dei soluti avviene grazie a:
• Meccanismi passivi (diffusione)
• Meccanismi attivi

La diffusione dipende dal gradiente di concentrazione e dalla differenza di potenziale elettrico (gradiente elettrico) attraverso la membrana, poiché gli ioni sono elettricamente carichi.
La diffusione di H2O (osmosi) dipende dal gradiente osmotico. L’H2O riassorbita trasporta i soluti (drenaggio del solvente)

Trasporto attivo
Primario: accoppiato direttamente ad una fonte di energia (idrolisi di ATP). Pompa ATPasi Na+/K+ attiva in quasi tutto il tubulo renale.
Secondario: l’energia deriva dal movimento di un altro soluto, accoppiato direttamente ad una fonte di energia (Meccanismi di co-trasporto e contro-trasporto).
Un meccanismo di trasporto attivo per il riassorbimento di proteine e macromolecole è la pinocitosi.
Trasporto passivo
La diffusione dipende dal gradiente di concentrazione e dalla differenza di potenziale elettrico (gradiente elettrico) attraverso la membrana, poiché gli ioni sono elettricamente carichi.
La diffusione di H2O (osmosi) dipende dal gradiente osmotico. L’H2O riassorbita trasporta i soluti (drenaggio del solvente).

 

il trasporto attivo è mostrato in figura

il sodio Na+ è pompato attivamente attraverso la membrana baso-laterale dalla pompa Na+/K+ che funziona utilizzando l’energia sotto forma di ATP.

Na+ diffonde dal lume tubulare dentro la cellula lungo il suo gradiente elettrochimico -3 mv mentr il K+ ha un gradiente elettrochimico di -70 mv.

Il riassorbimento attivo del Na+, è assicurato dalla pompa Na+/K+,lungo la maggior parte del nefrone.Nel tubulo prossimale il trasporto di elevate quantità di Na+, dipende anche:
• dall’estensione della superficie della membrana luminale, aumentata dalla presenza di orletto a spazzola
• dalla presenza di carrier per il Na+ che assicurano la diffusione facilitata. Il potenziale  elettrochimico generato dalla pompa Na+/K+ è utilizzato per guidare diversi sistemi di co-trasporto: ingresso Na+ accoppiato a ingresso Glucosio (GLUT1-2), Aminoacidi, Fosfato
e Lattati) e di contro-trasporto: ingresso Na+ accoppiato ad uscita H+.

 

Nella prima metà del tubulo prossimale, ilriassorbimento di Na+ avviene in co-trasporto con
Glucosio (GLUT2), Aminoacidi ed altri soluti. Nella seconda metà del tubulo, il Na+, viene
riassorbito prevalentemente insieme al Cl-.xGli step sono i seguenti

Riassorbimento Na+

negativizzazione potenziale elettrico lume tubulare

riassorbimento anioni (Cl-) nella seconda parte del tubulo prossimale.

Riassorbimento Na+
gradiente osmotico
riassorbimento H2O
riassorbimento passivo soluti.

Riassorbimento di Na+

↓                                                  ↓

↑Potenziale negativo lume                 Riassorbimento H2O

↓                                                   ↓                                ↓

             ↓                                         ↑ [Cl-] lume            ↑ [Urea] lume
↓                                         ↓                                          ↓

                                      Riassorbimento passivo Cl-                          Riassorbimento passivo Urea

Il cloro viene riassorbito di meno del Na perché Na si accompagna con altri ioni negativi per cui il cloro concentrato nel lume rientra: ciò consente un ulteriore recupero di Na+.

acidoformico

Per le sostanze riassorbite con meccanismo attivo, esiste un limite alla velocità di trasporto (trasporto massimo) dovuto alla saturazione dei sistemi di trasporto.
Si ha saturazione quando il carico tubulare supera la disponibilità del trasportatore.

AO: Ingresso nella cellula, a livello della membrana basale, dipende dallo scambio con a-ketoglutarato (a-KG2- , derivato dal metabolismo del glutammato) guidato dall’azione di un co-trasporto con il Na+ . Iltrasferimento dalla cellula al liquido tubulare avviene in gran parte per
diffusione facilitata e contro-trasporto con il Cl-.

CO: Ingresso nella cellula, a livello della  membrana basale, avviene per diffusione facilitata (carrier) favorita dalla negatività intracellulare. Il trasporto attraverso membrana luminale è mediato da un controtrasporto H+. Sia gli anioni che i cationi organici competono tutti per lo stesso trasportatore. Quindi, l’elevata concentrazione plasmatica di uno, inibisce la secrezione degli altri, aumentandone il tempo di permanenza nell’organismo.

Le sostanze riassorbite con meccanismo passivo non presentano valori limite di trasporto massimo. La velocità di trasporto per queste sostanze dipende da:
• Gradiente elettrochimico attraverso la membrana cellulare
• Permeabilità selettiva della membrana
• Durata della permanenza nel tubulo del liquido contenente il soluto (dipendente dalla velocità del flusso tubulare)
Anche il riassorbimento del Na+ è tempo-gradiente dipendente (massima capacità di trasporto della pompa Na+/ K+ ATP dipendente supera la velocità di rientro del Na+).
La velocità di riassorbimento del Na+ aumenta con l’aumentare della concentrazione del Na+ nel tubulo prossimale e con la diminuzione della velocità di flusso del liquido tubulare.

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