Rene e Nefrone

Struttura microscopica dell’apparato urinario:

L’apparato urinario è deputato alla produzione di urina attraverso la filtrazione del sangue, in questo modo si eliminano le scorie metaboliche prodotte, appunto, dal metabolismo cellulare.

Il rene concorre anche nella funzione di mantenimento e regolazione del bilancio idrico del corpo, in più a livello di apparato uropoietico attua fenomeni di tipo ormonale, cioè produce o modifica sostanze ormonali.

Infine, l’apparato svolge anche un importante azione di regolazione della pressione sanguigna.

L’apparato uropoietico è formato da:

  • Rene [funzione → produrre urina]
  • Vie urinarie [funzione → condurre l’urina all’esterno] :
    • Calici renali minori
    • Calici renali maggiori
    • Pelvi o bacino renale
    • Uretere
    • Vescica
    • Uretra

Questi organi sono uguali sia nel maschio che nella femmina, ad esclusione dell’uretra.
L’uretra femminile risulta essere più corta, rispetto a quella maschile, ed è deputa esclusivamente al trasporto dell’urina dalla vescica all’esterno. Nel uomo, invece, l’uretra ha sia la funzione di trasporto dell’urina, sia dello sperma. Il doppio tipo di trasporto comporta delle modificazioni del condotto. L’uretra maschile risulta, quindi, essere condivisa sia dall’apparato urinario che da quello genitale.

 

Struttura microscopica del rene:

Il rene è rivestito da una capsula di connettivo, la capsula renale. Questa strutture avvolge tutta la superficie esterna, addentrandosi a livello del seno renale che è dato dalla cavità, a cui si accede attraverso l’ilo renale, dove si trovano i calici renali minori. I calici renali minori si addensano, convergendo tra loro, formando i calici renali maggiori, generalmente tre, i quali a loro volta confluiscono nel bacino renale, più o meno contenuto nel seno renale. All’interno della cavità del seno renale si trovano anche vasi, tessuto adiposo e nervi.

In sezione il parenchima renale si presenta con una morfologia particolare, una zona superficiale, la corticale, si distingue dalla zona più interna, la midollare, per diverso colore e struttura.

La midollare del rene è data da formazioni, di forma triangolare in sezione, dette piramidi renali la cui base è rivolta verso la corticale e l’apice guarda verso il seno renale. L’apice della piramide è anche detto papilla renale. Ogni papilla renale è avvolta da un calice minore, che ha la forma di un imbuto. Le piramidi renali presentando una fine striatura longitudinale (visibili se il rene è sezionato secondo un piano frontale).

Tra le piramidi si frappongo estroflessioni di corticale, strutture che prendono il nome di colonne renali o colonne del Bertin.

Le piramidi renali sono le uniche strutture esclusivamente midollari.

Se si osserva la zona corticale si potrà evidenziare sia una zona a striatura longitudinale che una zona priva di striatura e “arricciata.”

Il rene è suddiviso in lobi e lobuli, ma tra questi non si riscontrano setti di connettivo che li delimitano.

Per identificare un lobo renale si inizia con il considerare una piramide renale, ossia la parte midollare, ci si allarga alla parte corticale che ne incappuccia la base e si tracciano due linee virtuali passanti per le colonne renali che delimitano la piramide. In questo modo si identifica il lobulo renale.

Più semplicemente la parte di rene delimitata da due linee immaginarie passanti per il centro di colonne renali adiacenti.

Dalla zona della piramide renale partono dei raggi che si dirigono verso la capsula, sono detti raggi midollari, seppure facciano parte della corticale, insieme costituiscono la parte radiata della corticale , tra i raggi midollari sussiste la parte convoluta della corticale.

Per definire il lobulo si tracciano linee virtuali tra un raggio midollare e l’altro, quindi rappresentano l’asse della parte convoluta della corticale. Le linee si identificano come limiti periferici del lobulo renale. Il lobulo renale risulta, quindi, percorso assialmente da un raggio midollare e circondato dalla porzione di parte convoluta (una metà).

 

Vascolarizzazione del Rene:

La vascolarizzazione del rene rispecchia la divisione del rene in lobi e lobuli ed è particolarmente abbondante per via della funzione di filtrazione del sangue svolta dal organo stesso.

I reni sono vascolarizzate dalla arterie renali che dipartono dall’aorta come rami ad angolo retto e hanno un decorso piuttosto breve. In vicinanza dell’ilo dell’organo, le arterie renali si dividono in due rami, uno che si dirige posteriormente, l’altro anteriormente che subito si divide in quattro rami anteriori. Complessivamente questi cinque rami, uno posteriore e quattro anteriori, costituiscono i rami segmentali, in quanto si dividono nei vari segmenti del rene.

La segmentazione vascolare del rene si compone di cinque parti:

  • Apicale, che occupa il margine mediale e la porzione anteriore del polo superiore
  • Superiore (anteriore), che comprende le parti restanti del polo superiore e la porzione antero-superiore dell’area centrale
  • Inferiore, che comprende tutto il polo inferiore
  • Intermedio (anteriore), posto fra i segmenti superiore e inferiore
  • Posteriore, che comprende tutta la superficie posteriore del rene fra i segmenti apicale e inferiore

La circolazione nel rene è di tipo terminale, perciò un occlusione provoca un infarto a valle nel parenchima renale, di fatto non ci sono anastomosi.

Dopo aver percorso il seno renale i vasi si portano a livello delle colonne renali, e qui danno dei rami, le arterie interlobari, questi vasi costeggiano i lati delle piramidi renali dirigendosi verso la corticale, giunte alla base delle piramidi piegano, formando un arco, che circonda la base della piramide renale e a questo livello prendono il nome di arterie arciformi o arcuate, e percorrono quasi tutta la base delle piramidi.

Dalle arterie arciformi nascono in direzione della capsula delle arterie interlobulari, queste arterie giacciono tra un lobulo e l’altro (lungo le linee virtuali della parte convoluta della corticale).

Le arterie interlobari, nonostante il nome, decorrono all’interno del lobo (definito precedentemente).

Sempre dalle arterie arciformi nascono anche rami che si dirigono verso la midollare.

Dalle arterie interlobulari nascono le arteriole afferenti, cioè che portano il sangue al glomerulo renale.

Rene,arteria,vena,caliciMentre in uscita dal glomerulo abbiamo le arteriole efferenti, che a loro volta danno dei rami (nella maggioranza dei nefroni) che si portano in direzione della midollare e vanno a costituire le arteriole rette spurie, che si dirigono verso l’apice della midollare.

Alcuni rami, però, procedono verso un capillarizzazione attorno ai tubuli contorti sia prossimali che distali.

Dalle arterie arciformi nel lato verso il quale guardano (verso la midollare) nascono delle altre arteriole, le arteriole rette vere, che con il loro sangue ossigenato vanno a “nutrire” le cellule della midollare.

Otterremo quindi una rete peritubulare (che nasce dalla arteriola efferente) ed una rete capillare a livello della midollare che è interposta tra le arteriole rette spurie e delle venule rette.

 

Drenaggio venoso:

Il drenaggio venoso è dato dalle venule rette che confluiscono nelle vene arcuate. La circolazione venosa renale è non è dissimile a quella arteriosa, anche i nomi dei vasi sono uguali, mentre a livello di capsula, subito sotto ci sono delle vene stellate che raccolgo il sangue da una rete capillare lo drenano e lo portano alle vene interlobulari.

Nel complesso avremo un flusso sanguigno che sale verso la base della piramide se guardiamo le venule, ed un flusso che scende verso l’apice se si guardano le arteriole.

 

Il Nefrone

Se andiamo ad analizzare più nello specifico le funzionalità del rene, vediamo che la sua unità anatomo-funzionale è il nefrone, sono circa un milione per ogni struttura renale e sono composti essenzialmente dal corpuscolo renale e dal tubulo renale.
Il corpuscolo renale
E’ formato da un glomerulo vascolare o renale che rappresenta una rete capillare piena di anastomosi posta tra due arteriole, un’afferente ed un’efferente, con un diametro molto minore dell’arteriola efferente, e questo ha un’implicazione funzionale importante perchè comporta un aumento di pressione all’interno dei capillari (infatti possiamo considerare queste due arteriole come due tubi che si continuano l’uno con l’altro attraverso una strozzatura, che rappresenterebbero le anastomosi tra le due arteriole, e per le dimensioni stesse di questi due tubi vediamo che a livello di un ipotetica strozzatura si verrebbe a creare un aumento della pressione sanguigna), questa dunque, proprio per la sua struttura, viene definita come una rete mirabile arteriosa (rete di vasi sanguigni arteriosi (in questo caso due) che sono in grado sia di irrorare questo distretto, sia di drenare questo flusso di sangue in arrivo).
Al corpuscolo renale partecipa anche la capsula di bowmann, che riveste il glomerulo renale.

 

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Tubulo renale
E’ in continuazione con la capsula di bowmann, è formato da:

  • tubulo contorto prossimale,
  • ansa di henle, struttura in continuazione con il tubulo contorto prossimale formata da un braccio discendente, un segmento a u e un braccio ascendente
  • l’apparato juxtaglomerulare,
  • tubulo contorto distale continuazione dell’ansa di henle
  • tratto reunientecollega il tubulo contorto distale a un dotto collettore che non fa parte della struttura del tubulo renale, ed a loro volta diversi dotti collettori si aprono nei dotti papillari, che sono circa 15-20 per ogni papilla renale, e comunque rappresentano strutture esterne al nefrone.

La “cortex corticis” è una zona appena al di sotto della capsula fibrosa del rene che non presenta nefroni, inoltre possiamo distinguere i nefroni in due categorie, ovvero i nefroni iuxtamidollari, o nefroni ad ansa lunga (s’intende l’ansa di henle che può arrivare fino alle porzioni più profonde della midollare), sono localizzati per lo più vicino alla zona midollare e sono i nefroni meno numerosi nell’uomo, presenti in circa un 10-15 % dei nefroni totali umani, mentre gli altri nefroni che dobbiamo caratterizzare sono i nefroni corticali, o nefroni ad ansa corta, in quanto l’ansa di henle penetra solo per un breve tratto nella zona midollare, ed il tratto sottile si trova solo nella porzione discendente del tubulo renale.
Essi si localizzano per la maggior parte nella zona più superiore della corticale del rene e sono i più abbondanti nell’uomo. Queste categorie di nefroni sono importanti perchè la lunghezza dell’ansa è responsabile dell’assorbimento di acqua, infatti i nefroni ad ansa lunga sono maggiori negli organismi adattati ad esempio a vivere nel deserto, come i cammelli, perchè sono responsabili di un’elevata concentrazione dell’urina perchè sono in grado di disidratarla meglio, perdendo dunque un minor contenuto d’acqua nelle urine.

Se andiamo a caratterizzare meglio il glomerulo vascolare, vediamo come esso sia un insieme di capillari che si va ad invaginare nell’estremità a fondo cieco del tubulo renale, che a sua volta va a raccogliere le anse capillari, portando alla formazione di un foglietto che riveste in maniera intima proprio le anse capillari, e si parla di cellule che costituiscono il foglietto viscerale della capsula di bowmann, ed il punto d’ingresso e d’uscita di queste arteriole è chiamato polo vascolare del corpuscolo di bowmann.
In particolare questo foglietto viscerale tappezza l’endotelio, poi a livello del polo vascolare si riflette su sé stesso andando a formare il foglietto parietale della capsula di bowmann (è formato da cellule appiattite con corti microvilli sulla superficie apicale ed una struttura ciliare centrale che non ha ancora una funzione chiara), mentre tra i due foglietti si individua lo spazio capsulare che diventa poi a monte il polo urinifero, con a questo livello la continuazione del foglietto parietale della capsula di bowmann nel tubulo contorto prossimale.
Il foglietto viscerale della capsula di bowmann è costutito dai podociti, cellule dendritiche i cui prolungamenti sono sono divisi in processi maggiori, che decorrono parallelamente all’asse maggiore dell’endotelio, dai quali si dipartono ad angolo retto dei processi minori, che s’interdigitano a livello della superficie endoteliale, dove si slargano a zampa di elefante in numerosi pedicelli tra cui però si vengono a formare delle fessure di filtrazione.
Non c’è dunque un epitelio continuo che tappezza dall’interno o dall’esterno questa struttura endoteliale, l’unica struttura continua che divide l’ambiente del lume endoteliale dall’ambiente cellulare è la lamina basale, che possiamo considerare il vero filtro a livello del corpuscolo renale, dove passano acqua, ioni, amminoacidi e proteine fino a 70 kd, ma anche glucosio e vitamine, e tutte queste strutture vedremo poi come faranno ad essere recuperate.
In particolare vediamo che il sangue, essendo nel glomerulo renale con un’alta pressione, attraversa lo spazio del lume endoteliale raggiungendo lo spazio tra i pedicelli, arrivando come urina provvisoria nello spazio capsulare di bowmann. Questa lamina ha una zona centrale più densa, mentre la zona più esterna e la zona più interna sono più chiare, per questo si dice che la lamina basale ha una struttura trilaminare, in particolare si parla delle due zone chiare come di lamina rara esterna e di lamina rara interna, mentre al centro abbiamo una lamina densa, che deriva dalla fusione delle due lamine basali, ed è il vero filtro presente a livello di questa lamina basale.

Bisogna sottolineare però che a volte ci sono delle membranelle poste a livello dei pori delimitati dai pedicelli dei podociti, che sono zone un po’ più dense e variano il grado di permeabilità di queste strutture, hanno uno spessore di circa 6 nanometri (contro lo spessore di tutto l’endotelio che si aggira attorno ai 40 nanometri) e al centro presentano una struttura un pò più spessa che è chiamata nodulo, inoltre possono essere presenti o meno a seconda del momento funzionale.
A comporre questa lamina basale abbiamo un’alta concentrazione di fibre reticolari e di proteoglicani (in particolare di eparansolfato), e la maggiore o minore polimerizzazione di queste molecole determina il grado di filtratura della lamina basale, inoltre questa filtratura è accompagnata anche da un rivestimento superficiale polianionico dei pedicelli dei podociti, che contribuisce a respingere molecole cariche dello stesso segno, ovvero cariche negative.

Esistono in particolare anche altri tipi di cellule a questo livello, che sono le cellule del mesangio, le quali sono poste all’esterno delle cellule endoteliali, nelle adiacenze dei nuclei delle cellule endoteliali, perchè sono cellule che non devono impedire che avvenga la filtrazione del sangue, e possiamo vedere come esse vadano a svolgere diverse funzioni, ad esempio sono molto impegnate nel turnover della lamina basale, nell’eliminazione delle sostanze vecchie o di scarto e nella formazione di nuove strutture a questo livello, inoltre possono proliferare e produrre molto collagene in caso d’infiammazione, causando una situazione patologica che porta ad una fibrosi del glomerulo renale, il quale non svolge più correttamente la sua funzione di filtraggio, inoltre le cellule del mesangio sono impegnate nella rimozione degli immuno-complessi (complessi formati dall’unione di un antigene con un anticorpo) che possono andare ad intasare la membrana di filtrazione.

Andiamo ad analizzare le caratteristiche del tubulo contorto prossimale: è caratterizzato da un epitelio di tipo cubico che va a delimitare un lume di tipo “festonato”, le cui cellule hanno un orletto a spazzola molto sviluppato verso il lume, mentre sul versante basale queste cellule hanno delle invaginazioni di membrana che accolgono diversi mitcondri, in quanto a questo livello c’è un’elevata produzione di atp per il lavoro che devono andare a svolgere le pompe na+/k+, perchè proprio nel tubulo contorto prossimale abbiamo un elevato trasporto attivo che mi permette di svolgere il processo di riassorbimento dell’ultrafiltrato.

Se andiamo ad analizzare il tratto discendente dell’ansa di henle, vediamo come sia presente un epitelio simile a quello presente nel tubulo contorto prossimale, anche se è un poco più basso, nel tratto a u dell’ansa di henle abbiamo un epitelio molto più sottile (che può essere presente in parte anche a livello dell’ultima porzione del tratto discendente dell’ansa di henle), dove ci sono cellule molto appiattite che vanno a rivestire un lume piuttosto ampio, e questo tratto ha una funzione passiva di riassorbimento dell’ultrafiltrato, mentre nel tratto ascendente dell’ansa di henle abbiamo una parete sia di tipo sottile nel primo tratto (microscopicamente uguale all’epitelio che caratterizza il tratto sottile a u dell’ansa di henle), che piuttosto spessa nel secondo tratto (microscopicamente uguale all’epitelio presente nel tratto spesso e discendente dell’ansa di Henle, anche se a questo livello ci sono pochi e corti microvilli sulla superficie apicale di queste cellule, questo infatti è molto importante se dobbiamo distinguere nel preparato a quale porzione dell’ansa di Henle ci stiamo riferendo).

Nel tubulo contorto distale troviamo un epitelio praticamente identico a quello presente nel tratto ascendente dell’ansa di Henle, inoltre anche a questo livello sono presenti sul lato basale della membrana diverse invaginazioni che accolgono i mitocondri, per supportare l’elevato dispendio di energia sempre da parte delle pompe na+/k+ che lavorano sempre per supportare il riassorbimento dell’ultrafiltrato, ma possiamo notare come a questo livello il lume sia diverso da quello presente nel tubulo contorto prossimale, infatti ora è più circolare, senza frastagliature interne, ed un pochettino più ampio.

Nel tratto reuniente invece vediamo che l’epitelio del tubulo contorto distale inzia a subire delle modificazioni (possiamo definirlo come un epitelio di tipo cubico monostratificato), in quanto le invaginazioni basali ed i mitocondri iniziano a diminuire drasticamente, mentre in generale questo epitelio inizia a rassomigliare all’epitelio che caratterizzerà il dotto collettore, anche se i due tipi di epiteli hanno un origine diversa, infatti il tratto reuniente origina da materiale nefrogeno.

Nel dotto collettore possiamo vedere un epitelio formato da cellule cubiche piuttosto grandi, caratterizzate da limiti cellulari precisi, il citoplasma è molto chiaro perchè è quasi privo di organuli, addirittura sembra quasi trasparente, mentre i nuclei sono grossi e rotondeggianti, in posizione centrale a livello della cellula. In queste cellule mancano i mitocondri a livello basale, in quanto queste cellule hanno un ruolo passivo nell’andare a concentrare l’urina, inoltre vanno a delimitare un lume abbastanza ampio e ben definito.

Abbiamo dunque analizzato tutte le porzioni del tubulo renale, dunque se in un preparato andiamo ad osservare la porzione corticale di un rene, dove sono contenuti i glomeruli renali, vediamo come nella parte convoluta possiamo vedere i corpuscoli renali, i tubuli contorti prossimali che appaiono con il lume non ben definito, mentre sempre a questo livello il tubulo contorto distale appare con un lume più rettilineo, possiamo vedere alcune arterie interlobulari mentre nella porzione della midollare più a fianco, ovvero nella parte radiata, possiamo vedere in particolare il decorso piuttosto netto e rettilineo dei dotti collettori, assieme a qualche porzione ascendente dell’ansa di Henle.

 

Da un punto di vista fisiologico possiamo vedere però che il tubulo contorto prossimale e il tratto discendente dell’ansa di henle che è a parete spessa vengono chiamati assieme come tubulo prossimale, proprio per accomunare la funzione che andranno a svolgere, la porzione sottile dell’ansa di henle è definita come segmento accessorio, mentre lo strato spesso ascendente dell’ansa di henle assieme al tubulo contorto distale vanno a formare il cosiddetto tubulo distale, sempre per cercare di mettere assieme le strutture che vanno a svolgere una stessa funzione.