Reabsorption

c Riassorbimento tubulare dell’acqua e meccanismo di concentrazione urinaria

Il riassorbimento tubulare dell’acqua negli uccelli può variare da meno del 70% a più del 99% del volume filtrato. Di conseguenza, la concentrazione finale dell’urina aviaria può variare da diluita (circa 40 mmol/kg) a iperosmotica (2-3 volte l’osmolalità del plasma).

Sia studi di micropuntura dei tubuli prossimali superficiali (RT) (Laverty e Dantzler, 1982) che studi di tubuli prossimali isolati e perfusi da nefroni più profondi (transitori) (Brokl et al, 1994) suggeriscono che, come nei mammiferi, il tubulo prossimale aviario assorbe circa il 70% del volume d’acqua filtrato. Il riassorbimento dipende dal riassorbimento attivo del sodio, ma non dalla presenza o dal riassorbimento del bicarbonato (Brokl et al., 1994).

La regolazione del riassorbimento dell’acqua non avviene però nel tubulo prossimale, ma in segmenti più distali del nefrone. Come notato sopra, gli uccelli, come i mammiferi, sono in grado di produrre un’urina più concentrata del plasma. Si pensa che il meccanismo fondamentale che guida questa capacità sia lo stesso negli uccelli e nei mammiferi, cioè un sistema moltiplicatore in controcorrente che produce un gradiente di osmolarità nel midollo renale.

Studi precedenti del midollo renale aviario hanno rivelato una serie di caratteristiche di base associate a un meccanismo moltiplicatore in controcorrente di concentrazione dell’urina. I nefroni MT possiedono anelli di Henle che si estendono nel midollo renale in parallelo con i dotti collettori. L’autoradiografia a 22Na suggeriva un riassorbimento attivo di Na+ all’interno del cono midollare (Emery et al., 1972), e questo era coerente con un gradiente osmotico composto principalmente da NaCl lungo la lunghezza del midollo (Skadhauge e Schmidt-Nielsen, 1967b; Emery et al., 1972). Tuttavia, affinché gli arti discendenti e ascendenti di Henle agiscano come moltiplicatori di controcorrente a singolo effetto (cioè, moltiplicatori di controcorrente la cui fonte di energia è un singolo processo di trasporto attivo, come proposto per il rene dei mammiferi (vedi ad esempio Jamison e Kriz, 1982)), essi devono possedere tre caratteristiche: (1) capacità di generare energia sufficiente a sviluppare una differenza trasversale di pressione osmotica, (2) differenze di permeabilità e (3) flusso in controcorrente. L’ultimo di questi requisiti è presunto dall’anatomia. Così, studi recenti si sono concentrati sulla valutazione delle proprietà di trasporto e di permeabilità del nefrone.

i. Il passaggio dalla pars recta (arto discendente diritto del tubulo prossimale) al DTL avviene con una brusca transizione nella morfologia cellulare vicino alla base del cono midollare (Braun e Reimer, 1988). Le proprietà fisiologiche del DTL aviario sono state studiate solo per il segmento superiore di una singola specie (Coturnix coturnix; Nishimura et al., 1989). I segmenti DTL di Coturnix non riescono a generare un potenziale elettrico sia quando sono immersi in mezzi isosmotici che quando sono esposti a un gradiente ionico transepiteliale; questi risultati derivano da un’assenza di trasporto ionico elettrogenico, combinato con permeabilità elevate ma quasi uguali a Na+ e Cl- (Nishimura et al., 1989). In contrasto con le alte permeabilità ioniche, il DTL di Coturnix ha una bassa permeabilità all’acqua (Nishimura et al., 1989).

ii. Thick Ascending Limb (TAL) L’ansa aviaria di Henle fa sempre la transizione da DTL a TAL prima del tornante (figure 1 e 7). Nella morfologia cellulare il TAL aviario assomiglia ad altri segmenti dilatatori dei vertebrati (Nishimura, 1993; Braun e Reimer, 1988). Le proprietà funzionali di questo segmento includono una tensione lume-positiva che richiede Na+ e Cl- ed è inibita dai diuretici dell’ansa bumetanide e furosemide, la capacità di trasportare NaCl contro i gradienti elettrochimici transepiteliali, e una bassa permeabilità all’acqua e un trasporto netto di acqua (Miwa e Nishimura, 1986; Nishimura et al., 1986). Il riassorbimento degli ioni da parte del TAL è sensibile all’apporto di soluti (potenziato da un aumento del flusso o della concentrazione; Osono e Nishimura, 1994), ma non è influenzato da AVT (Miwa e Nishimura, 1986), forskolina o isoproterenolo (Osono e Nishimura, 1994). La combinazione di riassorbimento attivo di sale e bassa permeabilità all’acqua implica che l’urina viene diluita mentre passa attraverso il TAL.

FIGURA 7. Un modello proposto per il meccanismo di concentrazione dell’urina aviaria. I segmenti di tubuli illustrati con linee pesanti hanno una bassa permeabilità all’acqua. I possibili siti di regolazione includono la riduzione indotta dall’AVT del carico filtrato (mostrato), la sensibilità al flusso dell’arto ascendente spesso e i cambiamenti mediati dal cAMP nella permeabilità all’acqua del dotto collettore. A destra è raffigurato l’ipotetico effetto a cascata del meccanismo di concentrazione che risulta dalla presenza di anelli di Henle di lunghezza variabile.

(Da H. Nishimura (1993) New Insights in Vertebrate Kidney Function, pp. 189-208, © Cambridge University Press 1993. Ristampato con il permesso della Cambridge University Press.)

iii. Dotto collettore Il dotto collettore aviario riceve urina diluita sia dal TAL che dai nefroni RT, e quindi la concentrazione finale dell’urina (estrazione di acqua nell’interstizio iperosmotico) richiede che questo segmento nefronale sia, o possa diventare, permeabile all’acqua. Una varietà di esperimenti su animali interi suggerisce che, come nei mammiferi, un aumento della permeabilità del nefrone distale all’acqua può essere indotto dall’AVT. Per esempio, l’infusione di AVT nel sistema portale renale ha aumentato l’osmolarità delle urine (anche se il flusso portale non avrebbe dovuto perfondere gli elementi midollari del nefrone e l’osmolarità delle urine non è mai salita oltre i livelli plasmatici; Skadhauge 1964). Inoltre, l’infusione di AVT nella circolazione sistemica, almeno a basse dosi, può aumentare l’osmolarità delle urine e ridurre il flusso di urina con poco o nessun cambiamento nel GFR (Ames et al., 1971; Stallone e Braun, 1985; Figura 6).

Nonostante questi risultati, la valutazione diretta delle azioni di AVT sui dotti collettori aviari isolati e perfusi non ha rivelato un effetto significativo dell’ormone (Nishimura, 1993). Il dotto collettore della quaglia Coturnix aveva una moderata permeabilità di base all’acqua anche in assenza di AVT. Anche se la forskolina (10-4 M), che attiva la produzione di AMP ciclico, induceva un aumento sostanziale di questa permeabilità, l’AVT lo faceva solo leggermente.

iv. Meccanismo di concentrazione urinaria Nishimura (Nishimura, 1993; Osono e Nishimura, 1994) ha proposto un modello del meccanismo di concentrazione urinaria aviaria che incorpora le prove descritte sopra (Figura 7). Il singolo effetto che guida la concentrazione dell’urina è il riassorbimento attivo degli ioni da parte del TAL. Questi ioni riassorbiti entrano nella DTL per diffusione passiva senza flusso d’acqua di accompagnamento. La bassa permeabilità all’acqua del DTL mantiene il flusso di volume attraverso l’ansa, che dovrebbe favorire il riassorbimento degli ioni da parte del TAL sensibile al flusso. Il risultato è che l’urina è concentrata mentre scende attraverso il DTL, poi diluita mentre risale il TAL. Contemporaneamente, l’interstizio che circonda l’ansa accumula ioni e si concentra. La sensibilità del TAL al rilascio di soluti significa che la punta dell’ansa (all’inizio dell’epitelio del TAL) dovrebbe essere il sito di maggior riassorbimento di ioni, e questo dovrebbe contribuire a generare un gradiente di concentrazione nel midollo. Questi effetti sono amplificati dal flusso controcorrente e possono essere ulteriormente potenziati dall’interazione tra le anse di Henle che girano a diverse profondità nel cono midollare (Layton, 1986). Quando l’urina scende successivamente attraverso il dotto collettore, può equilibrarsi osmoticamente con l’interstizio attraverso la permeabilità di base all’acqua di questo segmento del nefrone. Il ruolo esatto dell’AVT in questo meccanismo rimane da chiarire. Tuttavia, anche se AVT agisce principalmente riducendo i tassi di fitrazione dei nefroni RT, non per un effetto tubulare, allora la diminuzione del flusso attraverso i dotti collettori permetterebbe un maggiore equilibrio di acqua tra il tubulo e il fluido interstiziale. Resta anche da armonizzare il modello con i dettagli emergenti dell’anatomia renale aviaria. Per esempio, in almeno alcuni gruppi di uccelli gli arti discendenti e ascendenti di Henle sono separati l’uno dall’altro da un anello di dotti collettori per tutta la profondità del cono midollare (Cassoti e Richardson, 1993). Infine, è da notare che il NaCl può rappresentare solo una piccola parte dell’osmolalità totale delle urine (Skadhauge, 1977; Hughes et al., 1992; Goldstein 1993b); il ruolo degli ioni diversi dal NaCl nella concentrazione delle urine merita di essere esaminato.

v. Effetto netto: Capacità di concentrazione urinaria aviaria L’effetto netto del meccanismo di concentrazione midollare è che gli uccelli sono tipicamente in grado di concentrare l’urina ad un’osmolarità 2-3 volte quella del plasma. (Un’eccezione a questo è un rapporto che i passeri della savana, Passerculus sandwichensis beldingi, quando bevevano acqua di mare, escretavano fluido cloacale con un’osmolarità 4,5 volte quella del plasma (Poulson e Bartholomew, 1962). La capacità di concentrazione urinaria generalmente varia inversamente con la massa corporea, così che gli uccelli piccoli (10-25 g) tipicamente si concentrano a circa 1000 mmol/kg, gli uccelli più grandi (>500-1000 g) principalmente a circa 600-700 mmol/kg (Goldstein e Braun, 1989). Questo modello può derivare dalla dipendenza della concentrazione di urina dai processi metabolicamente attivi (riassorbimento di ioni attivi), insieme alla diminuzione del tasso di metabolismo cellulare che accompagna l’aumento della massa corporea (Greenwald, 1989). Rimane poco chiara la misura in cui altre caratteristiche dell’anatomia renale, come le proporzioni dei nefroni RT e MT, le lunghezze dei coni midollari o le proporzioni della massa renale composta da tessuto midollare, si riferiscono alla capacità di concentrazione urinaria indipendentemente dall’effetto della massa corporea (Johnson, 1974; Goldstein e Braun, 1989; Warui, 1989). Almeno all’interno di specie strettamente correlate, la concentrazione di urina sembra essere correlata alla proporzione di tessuto midollare nei reni (Skadhauge, 1981).

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *