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Regolazione del bilancio salino

Il bilancio salino dipende soprattutto dal bilancio dell’NaCl.

Il bilancio dell’NaCl è mantenuto grazie all’azione integrata di due ordini di meccanismi:

1) i meccanismi di controllo dell’osmolarità plasmatica;

2) i meccanismi di controllo del volume circolante effettivo.

Il concetto di volume circolante effettivo (1)

Il volume circolante effettivo (VCE) è definito come quella quota del volume vascolare che risulta efficace ai fini della “produzione” di pressione arteriosa e della perfusione dei tessuti.

Il VCE è influenzato da:

Volume del liquido extracellulare (LEC)

↓

Volume del letto vascolare

↓

Riempimento telediastolico delle camere cardiache

↓

Performance ventricolare

↓

Gittata cardiaca; pressione arteriosa

Il concetto di volume circolante effettivo (2)

Quale variabile risulta determinante ai fini del controllo del VCE da parte dell’organismo?

In ultima analisi la “pressione del sistema vascolare”, sia sul versante venoso che su quello arterioso. Infatti:

• una riduzione della pressione venosa riduce il riempimento telediastolico dei ventricoli e quindi la performance miocardica;

• una riduzione della pressione arteriosa riduce la perfusione dei tessuti periferici.

Il concetto di volume circolante effettivo (3)

↑ volume del liquido extracellulare (LEC)

↓

↑ volume del letto vascolare

↓

↑ riempimento telediastolico delle camere cardiache

↓

↑ performance ventricolare

↓

↑ gittata cardiaca; ↑ pressione arteriosa

Scompenso cardiaco

VCE ridotto → ulteriore aumento del LEC!

Il concetto di volume circolante effettivo (4)

↑ volume del liquido extracellulare (LEC)

↑ volume del letto vascolare

Riempimento telediastolico delle camere cardiache

Performance ventricolare

↑ gittata cardiaca; pressione arteriosa non aumentata

Cirrosi epatica

VCE non aumentato → il volume del LEC non viene corretto!

Recettori del VCE

Distretto a bassa pressione

1) Recettori nervosi atriali

2) Recettori nervosi dei vasi polmonari

3) Miociti atriali → ANP

Distretto ad alta pressione

1) Barocettori dell’arco aortico

2) Barocettori dei seni carotidei

3) Apparato juxtaglomerulare → renina

attivazione sist. ortosimpatico,secrezione ADH, sete}

attivazione sist. ortosimpaticosecrezione ADH, sete}

Aumentata stimolazione dei recettori nervosi (↑ VCE):

• Riduzione della sensibilità alle variazioni di osmolarità nella secrezione di ADH

• Riduzione della sete

• Riduzione dell’attività simpatica

Ridotta stimolazione dei recettori nervosi (↓ VCE):

• Stimolazione della secrezione di ADH (per riduzioni del VCE di almeno il 5-10%)

• Aumento della sensibilità alle variazioni di osmolarità nella secrezione di ADH

• Aumento della sete

• Aumento dell’attività simpatica

Azioni delle terminazioni ortosimpatiche renali

Un aumento dell’attività delle fibre ortosimpatiche renali ha i seguenti effetti:

1) vasocostrizione dell’arteriola afferente (recettori α) → ↓ VFG → ↓ carico filtrato di NaCl;

2) aumento della secrezione di renina dalle cellule granulari (recettori β) → ↑ AT II;

3) aumento riassorbimento tubulare di NaCl (soprattutto TCP; recettori α).

Una riduzione dell’attività delle fibre ortosimpatiche renali ha effetti opposti.

start

Il sistema RAAS

Effetti dell’attivazione del sistema RAAS

• Effetti locali (attivazione del feed-back tubulo-glomerulare): tendono a ristabilire una normale pressione di filtrazione e quindi una normale VFG. Consistono in: produzione di AT II ad opera dell’ACE dell’endotelio dei capillari locali → vasocostrizione dell’arteriola efferente → ↑ della pressione di filtrazione → ↑ VFG.

• Effetti sistemici: tendono a ristabilire una normale pressione arteriosa sistemica. Sono secondari alla produzione di AT II soprattutto ad opera dell’ACE dell’endotelio dei capillari polmonari.

1) AT II → vasocostrizione arteriolare sistemica

2) AT II ad alte concentrazioni → vasocostrizione dell’arteriola afferente → ↓ VFG

3) AT II → ↑ riassorbimento di NaCl dal TCP → ↑ riassorbimento H2O

4) AT II → ↑ produzione di aldosterone → ↑ riassorbimento NaCl dal TCD e DC

5) AT II → ↑ secrezione ADH → ↑ riassorbimento H2O dal TCD e DC

6) AT II → stimolazione centro ipotalamico della sete → ↑ assunzione di H2O

La via dell’angiotensina e l’escrezione di Na+

Effetto della diminuzione della P arteriosa

Arteriola afferente

↓ VFG

amiloride

-50 mV

Cellule principali

PNA

cGMPinibizione

Effetti dell’ANP

• Rene:

1) Vasodilatazione dell’arteriola afferente e vasocostrizione dell’arteriola efferente → aumento VFG con FPR circa stabile,

aumento FF

2) Inibizione della secrezione di renina dalle cellule granulari dall’apparato juxtaglomerulare

3) Inibizione del riassorbimento del Na+ nel dotto collettore (inibizione canali ENaC; meccanismo cGMP-dipendente)

• Ipotalamo: Inibizione della secrezione di ADH

• Corticale del surrene: Inibizione diretta della secrezione di aldosterone

Riassorbimento renale del Na+

Carico filtrato di Na+: 180 l/die × 140 mmol/l = 25200 mmol/die

Riassorbimento renale:

1) 67% dal TCP;

2) 25% dal TAS dell’ansa di Henle;

3) 4% dal TCD;

4) > 3% dal dotto collettore.

Quota escreta: < 1% del carico filtrato (normalmente 140 mEq/die in media)

Controllo dell’escrezione di NaCl in condizioni di euvolemia (piccole variazioni del VCE)

1) Il riassorbimento del Na+ dal TCP, dal TAS dell’ansa di Henle e dal TCD

viene regolato in modo da mantenere costante il carico di Na+ che

perviene al DC;

2) il riassorbimento del Na+ dal DC viene aggiustato in modo che

l’escrezione di Na+ ne bilanci l’assunzione.

1) Controllo del carico di Na+ che pervieneal dotto collettore

a) Autoregolazione della VFG

a1) Meccanismo miogeno

a2) Feed-back tubulo-glomerulare

b) Compensazione delle piccole variazioni della VFG:

equilibrio glomerulo-tubulare

b1) Dipendenza del riassorbimento di Na+ nel TCP dal carico filtrato

di glucosio e AA

b2) Dipendenza dalla FF del riassorbimento di soluti e acqua

dall’inter- stizio (meccanismo osmotico)

2) Regolazione del riassorbimento di Na+ dal dotto collettore

a) Aldosterone → ↑ riassorbimento

b) ANP → ↓ riassorbimento

Controllo dell’escrezione di NaCl e H2O in condizionidi espansione del VCE (1)

Segnali convergenti al rene:

1) attivaz. recettori di volume e pressione → riduzione dell’attivazione delle

fibre ortosimpatiche;

2) attivaz. recettori di volume e pressione → riduzione della secrezione di

ADH;

3) aumento del rilascio di ANP dai miociti atriali;

4) riduzione della secrezione di renina e della produzione di AT II;

5) ↓ AT II e ↑ ANP → riduzione della secrezione di aldosterone.

Controllo dell’escrezione di NaCl e H2O in condizionidi espansione del VCE (2a)

Meccanismi attivati:

1) Aumento della VFG. Dovuto a:

a) ↓ attività ortosimpatica → vasodilatazione arteriola afferente

b) ↑ ANP → vasodilatazione arteriola afferente e vasocostrizione

arteriola efferente

2) Riduzione del riassorbimento di Na+ nel TCP. Dovuta a:

a) ↓ attività ortosimpatica

b) ↓ AT II

c) ↑ pressione idrostatica nei capillari peritubulari

Controllo dell’escrezione di NaCl e H2O in condizionidi espansione del VCE (2b)

Meccanismi attivati:

3) Riduzione del riassorbimento di Na+ nel DC. Dovuta a:

a) ↓ aldosterone

b) ↑ ANP

4) Riduzione della secrezione di ADH. Dovuta a:

a) ↓ attivazione recettori di volume e pressione

b) ↓ AT II

c) ↑ ANP

d) ↑ escrezione NaCl → ↓ osmolarità

Relazioni fra pressione arteriosa, VFG e riassorbimento in condizioni di espansione del VCE

↑ pressione arteriosa ma VFG aumentata:autoregolazione non attiva

1) Meccanismo miogenico non attivo

2) Feed-back tubulo-glomerulare non attivo

↑ VFG ma riassorbimento del Na+ dal TCP diminuito:equilibrio glomerulo-tubulare non attivo

1) ↑ del carico di glucosio e AA non efficace

2) Riassorbimento di soluti e acqua dall’interstizio non aumentato

sovrastati da alti livelli di ANP}

inibizione del trasporto (↓ att. ortosimp., ↓ AT II) }

FF non aumentata }

Controllo dell’escrezione di NaCl e H2O in condizionidi riduzione del VCE (1)

Segnali convergenti al rene:

1) ↓ attivaz. recettori di volume e pressione → aumento dell’attivazione

delle fibre ortosimpatiche;

2) ↓ attivaz. recettori di volume e pressione → aumento della secrezione di

ADH;

3) riduzione del rilascio di ANP dai miociti atriali;

4) aumento della secrezione di renina e della produzione di AT II;

5) ↑ AT II e ↓ ANP → aumento della secrezione di aldosterone.

Controllo dell’escrezione di NaCl e H2O in condizionidi riduzione del VCE (2a)

Meccanismi attivati:

1) Riduzione della VFG. Dovuta a:

a) ↑ attività ortosimpatica → vasocostrizione arteriola afferente

b) ↓ ANP → vasocostrizione arteriola afferente e vasodilatazione

arteriola efferente

2) Aumento del riassorbimento di Na+ nel TCP. Dovuto a:

a) ↑ attività ortosimpatica

b) ↑ AT II

c) ↓ pressione idrostatica nei capillari peritubulari

Controllo dell’escrezione di NaCl e H2O in condizionidi riduzione del VCE (2b)

Meccanismi attivati:

3) Aumento del riassorbimento di Na+ nel DC. Dovuto a:

a) ↑ aldosterone

b) ↓ ANP

4) Aumento della secrezione di ADH. Dovuto a:

a) ↑ attivazione recettori di volume e pressione

b) ↑ AT II

c) ↓ ANP

d) ↓ escrezione NaCl → ↑ osmolarità

Relazioni fra pressione arteriosa, VFG e riassorbimento in condizioni di riduzione del VCE

↓ pressione arteriosa ma VFG diminuita:autoregolazione non attiva

1) Meccanismo miogenico non attivo

2) Feed-back tubulo-glomerulare non attivo

↓ VFG ma riassorbimento del Na+ dal TCP aumentato:equilibrio glomerulo-tubulare non attivo

1) ↓ del carico di glucosio e AA non efficace

2) Riassorbimento di soluti e acqua dall’interstizio non diminuito

sovrastati da alti livelli di AT II e attività ortosimp.}

potenziamento del trasporto (↑ att. ortosimp., ↑ AT II) }

FF non diminuita }

La via dell’angiotensina e l’escrezione di Na+

Effetto della diminuzione della P arteriosa

CCCV = centro di controllo

cardiovascolare

Bilancio del potassio

[K+] extracellulare: 4.2 mEq/l [K+] intracellulare: 140 mEq/l

Aumenti di 3-4 mEq causano aritmie o anche arresto cardiaco, ipereccitabilità neuronale etc.

In un uomo di 70 kg:

3920 mEq intracellulari

59 mEq extracellulari

50-200 mEq vengono introdotti

giornalmente (50 mEq per pasto)

È quindi necessario:

1) mantenere il bilancio del K+;

2) controllare la distribuzione del K+ nei compartimenti corporei.

Omeostasi del K+

L’omeostasi del K+ è mantenuta grazie a due ordini di meccanismi:

1) meccanismi di regolazione della distribuzione del K+ fra LEC e LIC

2) meccanismi di regolazione dell’escrezione del K+

Fattori che modificano la distribuzione intra-extra del K+

↑ [H+] inibisce ATPasi Na/K

Fattori che muovono il K+ all’interno della cellula

(↓ [K+]extra)

• Insulina• Stimolazione β-adrenergica• Aldosterone• Alcalosi

Fattori che muovono il K+ fuori dalla cellula (↑ [K+]extra)

• Deficit di insulina• Blocco β-adrenergico• Deficit di aldosterone• Acidosi• Lisi cellulare• Strenuo esercizio fisico• ↑ osmolarità del liquido extracellulare

Riassorbimento e secrezione tubulare di potassio

Assunzione di K+ ridotta Assunzione di K+ normale o aumentata

L’escrezione di potassio viene controllata nei tubuli distali e collettori ad opera delle cellule principali

Riassorbimento del K+ nel TCP

K+

K+

Kir

Riassorbimento del K+ nel TAS dell’ansa di Henle

Cellule principali

Secrezione del K+ nel TCD (tratto distale) e nel DC

amiloride

-50 mV

- -

L’acidosi aumenta il riassorbimento di K+

L’alcalosi aumenta la secrezione di K+

alcalosi

Riassorbimento del K+ nel TCD (tratto distale) e nel DC:

cellule intercalate

Fattori determinanti nella secrezione del K+

nelle cellule principali del TCD e del DC

1) Attività della Na+/K+ ATPasi

• Densità della Na+/K+ ATPasi sulla membrana basolaterale

• Velocità del trasporto: concentrazione del K+ nell’interstizio

2) Gradiente elettrochimico del K+ sulla membrana apicale

• Potenziale elettrico transepiteliale: canali ENaC; concentrazione del

Na+ nel liquido tubulare

• Concentrazione del K+ nel liquido tubulare

3) Permeabilità al K+ sulla membrana apicale

Regolazione della secrezione del K+

nelle cellule principali del TCD e del DC

Fattori omeostatici

1) Concentrazione extracellulare del K+

2) Aldosterone

Un ↑ [K+]extra stimola la secrezione di aldosterone

Effect of extracellular fluid potassium ion concentration on plasma aldosterone concentration. Note that small changes in potassium concentration cause large changes in aldosterone concentration.

Effect of plasma aldosterone concentration (red line) and extracellular potassium ion concentration (black line) on the rate of urinary potassium excretion. These factors stimulate potassium secretion by the principal cells of the cortical collecting tubules.

Un ↑ [K+]extra o aldosterone stimola la escrezione urinaria di potassio

Azione dell’aldosterone Aumento della secrezione di K+

amiloride

-50 mV

Cellule principali

PNA

cGMPinibizione

Il blocco del sistema a feedback dell’aldosterone compromette il controllo del bilancio di K+

Effetto diretto

Effetto indiretto

Regolazione della secrezione del K+

nelle cellule principali del TCD e del DC

Fattori omeostatici

1) Concentrazione extracellulare del K+

2) Aldosterone

Fattori omeostatici

1) Concentrazione extracellulare del K+

2) Aldosterone

AT II

Riduzione volume extracellulare

+

+

↑ [K+]extra

+

Riduzione del volume del LEC

Riduzione del volume del LEC, ipovolemia

Efflusso di K+ dalle cellule

Tendenza all’aumento della [K+]extra

↑ aldosterone

–

Aumento del volume del LEC

Espansione del LEC, ipervolemia

Normale efflusso di K+ dalle cellule

Tendenza alla diminuzione della [K+]extra

↓ aldosterone

–

Regolazione della secrezione del K+

nelle cellule principali del TCD e del DC

Fattori omeostatici

1) Concentrazione extracellulare del K+

2) Aldosterone

3) ADH: ↑ [Na+] nel liquido tubulare → ↑ potenziale elettrochimico del Na+

sulla membrana apicale → ↑ potenziale transepiteliale

Fattori omeostatici

1) Concentrazione extracellulare del K+

2) Aldosterone

3) ADH: ↑ [Na+] nel liquido tubulare → ↑ potenziale elettrochimico del Na+

sulla membrana apicale → ↑ potenziale transepiteliale

Fattori non omeostatici

1) Velocità del flusso del liquido tubulare

Effetto della velocità di flusso del liquido tubulare sulla secrezione del K+: meccanismi

1) ↑ velocità di ricambio del K+ nel liquido tubulare → il potenziale

elettrochimico del K+ sulla membrana apicale viene preservato.

2) ↑ quantità di Na+ che perviene al TCD e al DC nell’unità di tempo → il

potenziale elettrochimico del Na+ sulla membrana apicale viene

preservato.

Effetto della velocità di flusso del liquido tubulare sulla secrezione del K+: conseguenze fisiologiche

1) L’effetto dell’aldosterone sull’escrezione netta di K+ richiede tempo!

2) L’effetto dell’ADH sul potenziale elettrochimico del Na+ permette di

disaccoppiare l’escrezione di K+ dalle variazioni nell’escrezione di acqua.

Aumentano la velocità dI produzione delle urine.Molti diuretici aumentano anche l’escrezione urinaria di soluti (soprattutto Na+).

In clinica sono usati per ridurre edema e ipertensione.

Diuretici

Caffeina, teofillina e teobromina sono diuretici vasodilatazione arteriole renali ↑ VFG.

I diuretici dell’ansa sono tra i più potenti.

Regolazione della secrezione del K+

nelle cellule principali del TCD e del DC

Fattori omeostatici

1) Concentrazione extracellulare del K+

2) Aldosterone

3) ADH: ↑ [Na+] nel liquido tubulare → ↑ potenziale elettrochimico del Na+

sulla membrana apicale → ↑ potenziale transepiteliale

Fattori non omeostatici

1) Velocità del flusso del liquido tubulare

Fattori omeostatici

1) Concentrazione extracellulare del K+

2) Aldosterone

3) ADH: ↑ [Na+] nel liquido tubulare → ↑ potenziale elettrochimico del Na+

sulla membrana apicale → ↑ potenziale transepiteliale

Fattori non omeostatici

1) Velocità del flusso del liquido tubulare

2) Equilibrio acido-base

Alcalosi

1) Aumenta la secrezione del K+ nelle cellule principali del TCD/DC

• Potenzia l’attività della Na+/K+ ATPasi sulla membrana basolaterale

• Aumenta la permeabilità al K+ sulla membrana apicale

2) Aumenta la secrezione del K+ nelle cellule intercalate di tipo B e ne

diminuisce il riassorbimento nelle cellule intercalate di tipo A

Acidosi

1) Diminuisce la secrezione del K+ nelle cellule principali del TCD/DC

• Deprime l’attività della Na+/K+ ATPasi sulla membrana basolaterale

• Riduce la permeabilità al K+ sulla membrana apicale

2) Diminuisce la secrezione del K+ nelle cellule intercalate di tipo B e ne

aumenta il riassorbimento nelle cellule intercalate di tipo A

Acidosi acuta → ↓ escrezione K+ → iperkaliemia

Acidosi

1) Diminuisce la secrezione del K+ nelle cellule principali del TCD/DC

• Deprime l’attività della Na+/K+ ATPasi sulla membrana basolaterale

• Riduce la permeabilità al K+ sulla membrana apicale

2) Diminuisce la secrezione del K+ nelle cellule intercalate di tipo B e ne

aumenta il riassorbimento nelle cellule intercalate di tipo A

3) Riduce il riassorbimento di NaCl e H2O dal TCP deprimendo l’attività

della Na+/K+ ATPasi

• → ↑ flusso tubulare → ↑ escrezione K+

• → riduzione LEC → ↑ secrezione aldosterone → ↑ secrezione K+

4) Aumenta la [K+]extra deprimendo l’attività della Na+/K+ ATPasi cellulare →

↑ secrezione aldosterone → ↑ secrezione K+

Acidosi

3) Riduce il riassorbimento di NaCl e H2O dal TCP deprimendo l’attività

della Na+/K+ ATPasi

• → ↑ flusso tubulare → ↑ escrezione K+

• → riduzione LEC → ↑ secrezione aldosterone → ↑ secrezione K+

4) Aumenta la [K+]extra deprimendo l’attività della Na+/K+ ATPasi cellulare →

↑ secrezione aldosterone → ↑ secrezione K+

Acidosi cronica → ↑ escrezione K+ → ipokaliemia

Bilancio del Ca2+

[Ca2+]extra = 2.4 mMPresente in forma libera (50%) o legata a proteine (50%) (legame diminuisce quando ↑ pH) pazienti con alcalosi più suscettibili di ipocalcemia e quindi tetano ipocalcemico99% nell’osso - 0.9 % intracellulare - 0.1% extracellulare

Riassorbimento del Ca2+ nel TCP

Ca2+

Ca2+

Kir

Riassorbimento del Ca2+ nel TAS dell’ansa di Henle

Cellule principali

Secrezione del Ca2+ nel TCD (tratto distale) e nel DC:meccanismo attivo (contro potenziale transtubulare)

amiloride

-50 mV

- -

Il riassorbimento renale si verifica nel TCP, TAS e nel TCD

Ipocalcemia aumenta l’eccitabilità di nervi e muscoli (tetano ipocalcemico - seizures)

calcitriolo

Bilancio del fosfato

Il riassorbimento dl Ca2+ è regolato dall’ormone paratiroideo (aumenta il riass.).Il riassorbimento di Ca2+ e Mg2+ è inversamente proporzionale a quello dei fosfati.