Escrezione urinaria

La via principale con cui il corpo elimina le sostanze è attraverso i reni. La funzione principale del rene è l’escrezione dei rifiuti del corpo e delle sostanze chimiche dannose nell’urina. L’unità funzionale del rene responsabile dell’escrezione è il nefrone. Ogni rene contiene circa un milione di nefroni. Il nefrone ha tre regioni principali che funzionano nel processo di escrezione renale: il glomerulo, il tubulo prossimale e il tubulo distale (Figura 2).

Figura 1. Componenti del sistema urinario
(Fonte dell’immagine: adattato da iStock Photos, ©)

Tre processi sono coinvolti nell’escrezione urinaria:

1. Filtrazione
2. Secrezione
3. Riassorbimento

Figura 2. Nefrone del rene
(Fonte dell’immagine: Adattato da Wikimedia Commons, ottenuto da Dominio Pubblico, Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication. Visualizza l’immagine originale.)

Filtrazione

La filtrazione avviene nel glomerulo, che è l’inizio vascolare del nefrone. Circa un quarto del flusso sanguigno della produzione cardiaca circola attraverso il rene, il più grande tasso di flusso sanguigno per qualsiasi organo. Una quantità considerevole del plasma sanguigno filtra attraverso il glomerulo nel tubulo del nefrone. Ciò è dovuto alla grande quantità di sangue che scorre attraverso il glomerulo, ai grandi pori (40 Angstrom) nei capillari glomerulari e alla pressione idrostatica del sangue. Le piccole molecole, compresa l’acqua, passano facilmente attraverso il filtro a setaccio nel tubulo del nefrone. Sia le sostanze liposolubili che quelle polari passano attraverso il glomerulo nel filtrato del tubulo. La quantità di filtrato è molto grande, circa 45 galloni al giorno in un uomo adulto. Circa il 99% del filtrato simile all’acqua, delle piccole molecole e delle sostanze solubili nei lipidi, viene riassorbito a valle nel tubulo del nefrone. Questo significa che la quantità di urina eliminata è solo circa l’uno per cento della quantità di fluido filtrato attraverso i glomeruli nei tubuli renali.

Le molecole con peso molecolare superiore a 60.000 (che includono grandi molecole proteiche e cellule del sangue) non possono passare attraverso i pori capillari e rimangono nel sangue. Se l’urina contiene albumina o cellule del sangue, indica che i glomeruli sono stati danneggiati. Il legame con le proteine plasmatiche influenzerà l’escrezione urinaria. Le sostanze polari di solito non si legano alle proteine plasmatiche e quindi possono essere filtrate dal sangue nel filtrato dei tubuli. Al contrario, le sostanze ampiamente legate alle proteine plasmatiche rimangono nel sangue.

Secrezione

La secrezione, che avviene nella sezione prossimale del tubulo del nefrone, è responsabile del trasporto di certe molecole fuori dal sangue e nell’urina. Le sostanze secrete includono ioni potassio, ioni idrogeno e alcuni xenobiotici. La secrezione avviene tramite meccanismi di trasporto attivo che sono in grado di differenziare i composti in base alla polarità. Esistono due sistemi, uno che trasporta gli acidi deboli (come molti farmaci coniugati e le penicilline) e l’altro che trasporta le sostanze basiche (come l’istamina e la colina).

Riassorbimento

Il riassorbimento avviene principalmente nel tubulo convoluto prossimale del nefrone. Quasi tutta l’acqua, il glucosio, il potassio e gli aminoacidi persi durante la filtrazione glomerulare rientrano nel sangue dai tubuli renali. Il riassorbimento avviene principalmente per trasferimento passivo basato su un gradiente di concentrazione, passando da un’alta concentrazione nel tubulo prossimale alla più bassa concentrazione nei capillari che circondano il tubulo (Figure 4-6).

Un fattore che influenza notevolmente il riassorbimento e l’escrezione urinaria è il pH dell’urina. Questo è specialmente il caso degli elettroliti deboli. Se l’urina è alcalina, gli acidi deboli sono più ionizzati e l’escrezione aumenta. Gli acidi deboli (come i coniugati glucuronide e solfato) sono meno ionizzati se l’urina è acida e subiscono il riassorbimento e l’escrezione renale è ridotta. Poiché il pH urinario varia negli esseri umani, variano anche i tassi di escrezione urinaria degli elettroliti deboli.

• Esempi sono il fenobarbital (un farmaco acido) che viene ionizzato nelle urine alcaline e l’anfetamina (un farmaco basico) che viene ionizzata nelle urine acide. Il trattamento dell’avvelenamento da barbiturici (come un’overdose di fenobarbital) può includere la modifica del pH delle urine per facilitare l’escrezione.
• La dieta può avere un’influenza sul pH urinario e quindi sull’eliminazione di alcuni tossici. Per esempio, una dieta iperproteica provoca urine acide.

Le proprietà fisiche (principalmente la dimensione molecolare) e la polarità di una sostanza nel filtrato urinario influenzano notevolmente la sua eliminazione finale da parte del rene. Piccoli tossici (sia polari che lipidi solubili) sono filtrati con facilità dal glomerulo. In alcuni casi, le grandi molecole (comprese alcune che sono legate alle proteine) possono essere secrete (per trasferimento passivo) dal sangue attraverso le cellule endoteliali dei capillari e le membrane dei tubuli dei nefroni per entrare nelle urine. La principale differenza nel destino finale è governata dalla polarità di una sostanza. Le sostanze che sono ionizzate rimangono nell’urina e lasciano il corpo. I tossici solubili nei lipidi possono essere riassorbiti e rientrare nella circolazione sanguigna, il che allunga la loro emivita nel corpo e il loro potenziale di tossicità.

I reni, che sono stati danneggiati da tossine, malattie infettive o a causa dell’età, hanno una capacità ridotta di eliminare i tossici, rendendo così gli individui più suscettibili alle tossine che entrano nel corpo. La presenza di albumina nelle urine indica che il sistema di filtraggio del glomerulo è danneggiato, lasciando passare grandi molecole. La presenza di glucosio nelle urine indica che il riassorbimento tubulare è stato compromesso.