Biotecnologie Applicate ai Trapianti - Anatomia del Rene PDF

BIOTECNOLOGIE APPLICATE AI TRAPIANTI Lezione 1 10/10/2024 ANATOMIA MACROSCOPICA DEL RENE I reni sono organi pari, localizzati in sede retroperitoneale nella parte posteriore dell’addome, ai lati della colonna verteb...

BIOTECNOLOGIE APPLICATE AI TRAPIANTI Lezione 1 10/10/2024 ANATOMIA MACROSCOPICA DEL RENE I reni sono organi pari, localizzati in sede retroperitoneale nella parte posteriore dell’addome, ai lati della colonna vertebrale. Il polo superiore del rene è a livello della XII vertebra toracica, mentre quello inferiore raggiunge la III vertebra lombare. La forma del rene ricorda molto quella di un fagiolo. Questa struttura è altamente conservata tra i mammiferi e ciò apre la possibilità di effettuare degli xeno-trapianti sfruttando le attuali conoscenze di Ingegneria Genetica per impedirne il rigetto. Ovviamente, ad oggi questa possibilità è solo in fase di studio, e non è stata ancora applicata. Nell’uomo il peso oscilla tra 125-170 g, mentre nella donna 115-155 g. Hanno un diametro longitudinale di circa 12 cm e trasversale di 6 cm. Ciò che effettivamente è importante ricordare è che, durante un’analisi ecografica, i reni appaiono sempre più grandi di quelle che sono le loro dimensioni effettive. Il rene fondamentalmente si compone di 3 strutture: 1. CAPSULA FIBROSA, è una struttura di rivestimento estremamente sottile. È costituita principalmente da collagene e fibre elastiche e fibre muscolari, e svolge una funzione essenzialmente protettiva. È stato osservato che normalmente è facile rimuovere chirurgicamente la capsula fibrosa da un rene sano. In uno stato patologico, invece, si osserva una estensione del danno fibrotico che rende estremamente difficoltosa la rimozione della capsula. 2. STROMA, è quella struttura principalmente occupata dalla rete vascolare. È importante tener conto che il rene è uno degli organi più vascolarizzati, e la funzionalità renale dipende anche dalla funzionalità del sistema cardiocircolatorio. 3. PARENCHIMA RENALE, potremmo considerarla come la regione funzionale del rene. Esso si divide in due parti: una parte esterna detta “zona corticale”; ed una zona interna chiamata “zona midollare”. La regione corticale, spessa solo 1 cm, è la regione funzionalmente più importante poiché è la regione con più unità funzionali in assoluto: i nefroni. Questa regione è talmente tanto importante  che, quando bisogna diagnosticare una situazione di insufficienza renale, si procede con una biopsia finalizzata a valutare lo stato di funzionalità di tale regione. Con una biopsia non soltanto valutiamo in che modo è stata compromessa la funzionalità renale, ma possiamo anche valutare lo stadio di progressione della patologia. La zona midollare, invece, è quella regione che viene più precocemente interessata da un danno in una condizione patologica. Quando il danno raggiunge la zona corticale, infatti, significa che l'organo è fortemente compromesso. L'unità funzionale del rene è il NEFRONE. Ciascun rene contiene dai 700.000 ai 1.200.000 nefroni. Ogni nefrone è costituito da un corpuscolo del Malpighi (a sua volta costituito da Glomerulo e Capsula d Bowman) e dal tubulo renale (a sua volta distinto in tubulo prossimale, ansa di Henle, tubulo distale e dotto collettore). Fa parte del nefrone anche l’apparato iuxtaglomerulare. FUNZIONI DEL RENE Le funzioni del rene possono essere così sintetizzate: Funzione di filtro: eliminazione dal sangue ed escrezione con le urine di cataboliti (urea (prodotto del metabolismo proteico), creatinina (prodotto dell’attività muscolare), acido urico, prodotti finali degradazione emoglobina, metaboliti, ormoni) e sostanze esogene (farmaci, additivi alimentari) Funzione omeostatica: o regolazione equilibrio idrico o regolazione bilancio elettrolitico o regolazione equilibrio acido-base (a tal proposito, i reni cooperano con altri apparati alla regolazione dell’equilibrio acido base: infatti, in seguito ad insufficienza renale cronica si sviluppa acidosi metabolica che dev’essere compensata dall’attività di altri apparati – soprattutto quello respiratorio. Ecco perché uno dei primi sintomi di insufficienza renale cronica è il respiro affannoso del paziente: l’organismo tende a compensare l’insufficienza renale con l’attività respiratoria al fine di regolare l’equilibrio acido-base) o regolazione pressione arteriosa Funzione ormonale (produzione ormoni coinvolti) in: o Eritropoiesi (eritropoietina): pazienti con insufficienza renale cronica, infatti, possono soffrire di anemia o Metabolismo Ca2+ (forma attiva vitD = 1,25 - diidrossicolicalciferolo): pazienti con insufficienza renale cronica spesso manifestano alcune complicazioni come l’osteoporosi  Regolazione pressione arteriosa e flusso ematico (renina). Questa viene prodotta dall’apparato iuxaglomerulare e svolge un ruolo fondamentale nella regolazione della pressione arteriosa. NEFRONE Facendo riferimento all’immagine: ogni nefrone è costituito da due regioni principali: il corpuscolo del Malpighi ed il Tubulo Renale. Il corpuscolo del Malpighi si compone della matassa glomerulare avvolta dalla capsula di Bowman. Dalla capsula di Bowman prende origine il tubulo renale che si compone di diverse regioni: tubulo prossimale (distinto in circonvoluto e retto); ansa di Henle e tubulo distale. I tubuli distali defluiranno, poi, nei dotti collettori. A seconda della posizione occupata dal glomerulo nella corticale, i nefroni vengono distinti in: Nefroni ad ansa corta: l’intera struttura è presente nella corticale. Questa rappresenta la popolazione più numerosa di nefroni nel rene. Nefroni ad ansa lunga: nonostante il glomerulo si trovi comunque nella zona corticale, il tubulo renale può penetrare nella zona midollare. Pertanto, nonostante il nome possa suggerire che cambiano le dimensioni dell’ansa, in realtà quello che cambia è la posizione del nefrone. FUNZIONI DEL NEFRONE Nel nefrone si realizzano 3 processi, che portano alla Formazione dell’urina: Ultrafiltrazione: avviene tra i capillari glomerulari e la capsula di Bowman  Riassorbimento di acqua e piccole molecole: avviene maggiormente a livello dei tubuli prossimali (tendenzialmente secondo gradiente); ma può interessare anche il tubulo distale (pricipalmente grazie a meccanismi di trasporto attivo primario e co-trasporto) Secrezione: avviene a livello dei tubuli distali Mentre il corpuscolo del Malpighi è localizzato nella zona corticale, nella zona midollare possono trovarsi delle porzioni dei tubuli renali. In questa regione si concentra l’urina. Inoltre, è nella midollare che avviene la secrezione da parte dei tubuli distali. Inoltre, come è stato detto in precedenza, in condizioni patologiche la regione midollare è la prima a risentirne: questo accade poiché l’arteria renale sfocia direttamente nella regione midollare; pertanto, questa risentirà per prima degli effetti patologici legati alla perfusione di sangue, situazione infiammatoria, effetto dei farmaci ecc... ANATOMIA MICROSCOPICA DEL NEFRONE Il Nefrone anatomicamente può essere distinto in 4 regioni: 1. Corpuscolo del Malpighi 2. Apparato iuxtaglomerulare 3. Tubulo renale 4. Tubi collettori CORPUSCOLO DEL MALPIGHI Esso si compone di ulteriori 4 regioni: A. Il GLOMERULO: è costituito da un complesso di capillari forniti dall’arteriola afferente e drenati dall’arteriola efferente. Tra le due arterie il sangue scorre ad elevata pressione. Questa elevata pressione è necessaria affinché si compia l'ultrafiltrazione. Il glomerulo è costituito da 2 tipologie di epitelio: Epitelio viscerale: è costituito dai podociti, cellule “ramificate” che con le loro estroflessioni di membrana (dette “pedicelli”) svolgono sia un ruolo di sostegno che un ruolo regolatorio nel processo di ultrafiltrazione. Epitelio parietale: costituito da un singolo strato di cellule epiteliali che convergono nella formazione del tubulo prossimale. Questo epitelio va a costituire quello che viene definita "Capsula di Bowman". Tra l’epitelio viscerale e l’epitelio parietale della capsula di Bowman c’è lo SPAZIO DI BOWMAN in cui si accumula l’ultrafiltrato (chiamato anche pre-urina). Quando questo spazio si allarga significa che vi è una compromissione della funzionalità glomerulare. Pertanto, lo spessore dello  spazio di Bowman può essere considerato un indicatore della funzionalità del nefrone. Anche una riduzione dei capillari glomerulari può essere un utile indicatore patologico. B. La CAPSULA DI BOWMAN: essenzialmente costituito da cellule epiteliali parietali, avvolge la matassa glomerulare. C. FILTRO GLOMERULARE: questo filtro è costituito da un endotelio fenestrato che poggia su una lamina basale (detta lamina densa) costituita da collagene, eparan solfati e sialoglicoproteine). Esistono dei marcatori (ad esempio CD31 che vengono utilizzati per la marcatura selettiva dei capillari glomerulari. Questi capillari sono sostenuti meccanicamente dai podociti che, tramite dei prolungamenti, determinano la dimensione dei fori di filtrazione. Le dimensioni delle fenestrature dell’endotelio e le ramificazioni dei podociti costituiscono un filtro molecolare che impedisce a molecole molto grandi di oltrepassare i capillari (in questo modo solo amminoacidi e piccoli peptidi – come l’Inulina- saranno in grado di oltrepassare questo filtro).Questo spiega infatti come mai, nonostante la proteina plasmatica più abbondante sia l’albumina, in condizioni fisiologiche essa non si ritrova nelle urine: le sue dimensioni sono tali da non riuscire ad oltrepassare il filtro glomerulare. Tuttavia, in alcune nefropatie (soprattutto nella nefropatia diabetica) un sintomo comune è la proteinuria (presenza abbondante di proteine nelle urine). Questa situazione è determinata da una perdita dell’integrità del filtro glomerulare e conseguente “perdita” di proteine nell’ultrafiltrato. Inoltre, la presenza di cariche anioniche sulla lamina densa e sulla superficie dei pedicelli (determinati dalla presenza della proteina carica negativamente “podocalicina”) permettono di effettuare una selezione di molecole da filtrare non solo in base alle dimensioni, ma anche in  base alla carica. In questo modo, solo alcune piccole molecole potranno finire nell’ultrafiltrato che si accumulerà nello spazio di Bowman. D. CELLULE DEL MESANGIO: localizzate tra le circonvoluzioni delle anse glomerulari, si occupano di rimodellare la matrice cellulare (in particolare la lamina densa). In particolare, queste cellule svolgono il ruolo di fagociti; pertanto, degradano la matrice extracellulare. Al contrario, i podociti rilasciano collagene (funzione che, se de-regolata, può sfociare in un meccanismo di fibrosi patologica – come accade nella nefropatia diabetica). È facile riconoscerle istologicamente mediante specifiche colorazioni poiché il loro citoplasma appare ricco di lisosomi. Le cellule del mesangio intervengono anche nel sostegno meccanico dei capillari glomerulari. L'attività delle cellule del mesangio è regolata da recettori per sostanze vasocostrittrici (in particolare l'angiotensina II) regolando l’afflusso di sangue al glomerulo. In questo modo le cellule mesangiali possono intervenire attivamente nella regolazione della velocità di filtrazione. Pertanto, in uno stato di ipotensione, viene rilasciata l'angiotensina 2 che svolge 2 funzioni: funzione vasocostrittrice aumentando la velocità di filtrazione; attivazione delle cellule mesangiali che degraderanno la matrice extracellulare incrementando la velocità di ultrafiltrazione. È importante ricordare che esistono anche altri fattori che intervengono nella regolazione del flusso sanguigno: fattori ormonali, fattori mediati da prostaglandine ecc... Particolarmente importante è quest’ultimo meccanismo: esistono, infatti, delle nefropatie determinate dall'assunzione esacerbata di farmaci (in particolare FANS) che agiscono proprio sull’attività delle prostaglandine. Le prostaglandine svolgono un ruolo importante nell’aumento del flusso ematico renale. Le prostaglandine derivano dall’acido arachidonico, i cui metaboliti regolano (tra le altre cose) anche la velocità del flusso ematico a livello renale. L'acido arachidonico può essere assunto sia tramite l’alimentazione, che ricavato dalle membrane cellulari mediante l’azione delle fosfolipasi. Quindi, in condizioni di stress o in condizioni infiammatorie, le cellule endoteliali attivano le fosfolipasi che determinano la produzione di acido arachidonico. Una volta prodotto, l’acido arachidonico andrà a costituire 2 cicli principali: lipoossigenazione o cicloossigenazione. Particolarmente importante è quest’ultima via: le cicloossigenasi andranno a stimolare la produzione di prostaglandine e trombossani. L'utilizzo dei FANS (inibitori delle ciclo-ossigenasi) va ad inibire la produzione di prostaglandine con conseguenti effetti tossici a livello renale. In particolare: Le prostaglandine agiscono sulle cellule endoteliali determinando vasodilatazione e quindi incremento della portata del flusso ematico renale. I trombossani agiscono a livello delle cellule mesangiali che, al contrario, determinano vasocostrizione aumentando la motilità del flusso ematico. Farmaci che inibiscono questa via possono avere effetti tossici a livello renale con conseguente compromissione della normale funzione cardiocircolatoria. Maggiori produttori di renina e angiotensina II. IMMAGINE PRESA DA INTERNET 1. APPARATO IUXAGLOMERULARE: l’apparato iuxtaglomerulare, esterno alla zona glomerulare, è composto da: cellule della macula densa, ossia le cellule dell’epitelio del tubulo contorto distale; cellule del mesangio extra- glomerulari; cellule iuxtaglomerulari, comprendenti cellule granulari che hanno il ruolo principale di essere i… 2. TUBULO RENALE: mentre la capsula del Malpighi si occupa di effettuare l’ultrafiltrazione, il tubulo renale è responsabile dei processi di riassorbimento e secrezione. Svolge, quindi, la funzione di modificare la pre- urina (che deriva dall’ultrafiltrazione) attraverso i processi di riassorbimento e secrezione trasformandola nell’urina definitiva. Esso si compone di diverse parti: Tubulo prossimale; Ansa di Henle; Tubulo distale; Dotto collettore. Nel dettaglio: TUBULO PROSSIMALE: il tubulo prossimale inizia in corrispondenza del glomerulo, ed è costituito dalla parte convoluta (zona corticale) e dalla parte retta (solitamente localizzata nella zona midollare). Il tubulo renale prossimale viene normalmente suddiviso in tre segmenti: s1, che rappresenta la parte iniziale del tubulo ed è costituito da quasi tutta la parte convoluta; s2, costituita dall’ultimo terzo della parte convoluta e dall’inizio della parte retta; s3, che rappresenta la parte più profonda midollare. La lunghezza della parte retta può variare in base alla posizione del glomerulo, corticale o a livello della giunzione tra la zona corticale e midollare. La parte convoluta di distingue dalla parte retta grazie alla presenza di microvilli che, aumentando l’area superficiale, aumentano notevolmente la capacità di riassorbimento. Inoltre, le cellule epiteliali cuboidi che costituiscono questa regione risultano essere particolarmente ricche di lisosomi. Questa regione, pertanto, è deputata al riassorbimento di acqua e degradazione di proteine e metaboliti che, per essere riemessi in circolo, necessitano di essere prima degradati. Qual è, quindi, la funzione svolta dal tubulo prossimale? È il RIASSORBIMENTO. In particolare, avviene il riassorbimento attivo di Sali (Cl, Na) cui segue quello dell’acqua (per gradiente osmotico), glucosio (avviene tramite un meccanismo di co- trasporto che sfrutta l’energia ricavata dall’idrolisi dell’ATP mediata dalla pompa Na+/K+), aa e peptidi. L’assorbimento delle proteine, invece, avviene per mezzo di un processamento di selettività che è basato sulla carica elettrica, la dimensione e la forma delle proteine. Nel complesso, a livello del tubulo prossimale si ottiene una riduzione del 70-80% del volume dell’ultrafiltrato. ANSA DI HENLE: l’ansa di Henle è costituita da: una porzione discendente sottile, molto permeabile all’acqua e per questo è la sede del più elevato riassorbimento della stessa; una porzione ascendente, meno permeabile all’acqua, che porta ad un riassorbimento di tipo attivo, per cui si presuppone un sistema di pompe come la Na+/K+, accoppiata al consumo di ATP. È un tipo di epitelio pavimentoso semplice con meno estroflessioni rispetto a quello del tubulo prossimale e riassorbe solo un 15%. TUBULO DISTALE: il tubulo distale è costituito da cellule che hanno un aspetto cuboidale con un orletto a spazzola meno spiccato rispetto a quelle del tubulo prossimale; e prive dell’apparato endocitico delle cellule del tubulo prossimale. Sono cellule comunque in grado di riassorbire i sali e piccoli peptidi, attraverso un sistema di trasporto attivo governato dall’attività idrolitica della pompa Na+/K+, utile nel sangue per la regolazione della pressione sanguigna. Nel tubulo distale, tuttavia, la funzione più importante non è il riassorbimento, bensì la secrezione: essa consiste nella secrezione di ioni e prodotti tossici che non avevano attraversato la membrana di filtrazione (farmaci e tossine). È costituito da un epitelio cubico semplice (ovvero privo di microvilli) ma ricco di mitocondri perché per attivare i meccanismi di trasporto attivo necessita di energia e ATP. Quindi ciò che ci permette di caratterizzare zone del tubulo prossimale da quello  distale è che il primo ha un apparato lisosomiale molto esteso per l’azione di degradazione mentre il secondo ha un apparato ricco di mitocondri. TUBULI COLLETTORI: essi riassorbono l’acqua solo in presenza di ADH (ORMONE ANTIDIURETICO) prodotto dall’ipotalamo (ULTIMO riassorbimento di acqua indipendente dal sodio) (molto attivo in condizioni di disidratazione). Avviene anche qui, come nel tubulo distale, il riassorbimento attivo di sali (solo sotto lo stimolo dell'aldosterone) e soprattutto la secrezione di ioni (Na, K, H e bicarbonato). Tramite i tratti collettori, i tubuli renali confluiscono nei dotti collettori che a loro volta a livello dell’apice delle piramidi confluiscono nei dotti papillari i quali si aprono nei calici minori e poi calici maggiori. Nel complesso: il 99% dell'acqua dell’ultrafiltrato (preurina) è riassorbita; mentre solo 1% viene escreta nell’urina (che risulterà essere ipertonica rispetto al plasma). VASCOLARIZZAZIONE DEL RENE I reni sono organi estremamente vascolarizzati, se si tiene presente che attraverso questi organi passa 1L di sangue al minuto. Oggi le tecniche moderne hanno dimostrato che la circolazione sanguigna a livello renale non è unica, ma si compone di 3 microcircoli localizzati a livello: Glomerulare: a partire dall'arteria renale si diramano le arterie interlobulari (il rene, infatti, è distinto anche in lobi). a partire da queste arterie, si diramano le arteriole afferenti che daranno origine alla matassa dei capillari glomerulari. Al termine di questa matassa si sussegue l’arteriola efferente. Cortico-peritubulare: tra i tubuli sono presenti i capillari peritubulari che sono importanti per le funzioni trofiche che essi svolgono. In condizioni patologiche, questi svolgono un ruolo importante nei processi di fibrosi che si verificano sia in acuto che in cronico. Midollare: è la zona prima vascolarizzata e quindi prima interessata da un danno. Questa circolazione deriva dalle arteriole efferenti dei glomeruli iuxtamidollari. Non comprende il glomerulo. CIRCOLAZIONE MAGGIORE I tre microcircoli partono dall’arteria renale che prima di entrare nel parenchima dell’organo si divide in 2 rami: anteriore e posteriore. Il ramo anteriore: si suddivide in 4 arterie segmentarie che  irrorano rispettivamente l’apice, la aorta superiore, mediana e inferiore del rene. Il ramo posteriore: irrora il restante parenchima: apicale-posteriore e inferiore. Il ramo anteriore: si suddivide in 4 arterie segmentarie che irrorano rispettivamente l’apice, la parte superiore, mediana e inferiore del rene. Il ramo posteriore: irrora il restante parenchima: apicale-posteriore e inferiore. Tutte le arterie segmentarie sono TERMINALI pertanto un’ostruzione causa ISCHEMIA Tutte le arterie segmentarie sono TERMINALI, pertanto, un'ostruzione causa ISCHEMIA. Di questa slide è interessante osservare solo come ci sia una forte interazione tra l’apparato cardio-circolatorio ed il rene. Questo asse è particolarmente studiato anche nei confronti della Covid-19: quando vi è una compromissione respiratoria o cardiocircolatoria, vi è anche (indirettamente) una compromissione renale. Inoltre, diversi studi vedono una infezione diretta del virus anche a livello renale, con un effetto citopatico importante. Microcircolo glomerulare: matassa glomerulare+arteriole afferenti ed efferenti: RUOLO DEL MESANGIO Microcircolo corticale e post-glomerulare Microcircolo midollare: deriva dalle arteriole efferenti dei glomeruli iuxtamidollari Nozioni da sapere : i reni ricevono il 25% totale del volume del sangue , organo altamente vascolarizzato ; dall’arteria renale dipartono i due rami fino ad arrivare a livello glomerulare nell’arteriola afferente ed efferente ,fondamentali nella regolazione dei processi di filtrazione a livello glomerulare. I microcircoli ,strutture a livello glomerulare con vasi ,hanno funzione di mediare la filtrazione ; nella zona del parenchima renale ,corticale sono importanti i capillari tubulari per la loro funzione e poi, è presente un microcircolo midollare che è quello più a diretto contatto con le arteriole afferenti ed efferenti in quanto la midollare è in comunicazione con i vasi principali mentre quella corticale è più esterna ; per cui il danno che raggiunge la zona corticale sarà già un danno esteso. L’urina arriva agli ureteri ,vescica e uretra : disposizione anatomica. dopo il passaggio dell’ultrafiltrato dal glomerulo? il 99% di acqua dell’ultrafiltrato viene riassorbito e solo l’1% viene secreto proprio(ipertonica rispetto al plasma),perché c’è necessita di recupero di acqua dall’organismo. importanti funzioni: – REGOLAZIONE DEGLI EQUILIBRI IDROELETTRICI – REGOLAZIONE EQUILIBRIO ACIDO-BASE – ELIMINAZIONE PRODOTTI DEL METABOLISMO – PRODUZIONE ORMONI FUNZIONALITA’ RENALE È interessante notare come, con l’aumentare dell’età diminuisce la funzionalità renale. Si parla di ”senescenza fisiologica” e si esprime come una progressiva riduzione dei nefroni funzionanti. Questa informazione presenta un significato applicativo importante: nel momento in cui si effettuano degli esami di laboratorio, bisogna valutare tutti i parametri, tra cui anche l’età del paziente: è proprio sulla base dell’età del paziente che si identifica un indice di funzionalità renale. Il rene, pertanto, svolge 4 La funzione più evidente del rene è quella di formare l’urina. Per la sua formazione il sangue viene filtrato attraverso i capillari dei glomeruli che trattengono i globuli rossi e le proteine del sangue (secondo criteri dimensionali e di carica) e lasciano passare un liquido acquoso (ultrafiltrato plasmatico) con le sostanze in esso disciolte (PREURINA). I liquidi vengono riassorbiti dai tubuli in una percentuale pari al 99%. Si recuperano in tal modo acqua, sali minerali, vitamine e tutte le sostanze che possono essere nuovamente utili all’organismo. Se alcune di queste sostanze sono in eccesso vengono eliminate nelle urine. A COSA SERVE IL RENE: La funzione più evidente del rene è quella di formare l’urina. Per la sua formazione il sangue viene filtrato attraverso i capillari dei glomeruli che trattengono i globuli rossi e le proteine del sangue e lasciano passare un liquido acquoso (ultrafiltrato plasmatico) con le sostanze in esso disciolte (I liquidi vengono riassorbiti dai tubuli in una percentuale pari al 99 Si recuperano in tal modo acqua, sali minerali, vitamine e tutte le sostanze che possono essere nuovamente utili all’organismo. Se alcune di queste sostanze sono in eccesso vengono eliminate nelle urine La funzione è quella di fornire l’urina ma allo stesso modo vediamo l’importanza associata alla funzionalità dei glomeruli che formano la barriera del filtro che quando è integra trattiene i globuli rossi ,eritrociti ,globuli bianchi e linfociti per cui la presenza di eritrociti, leucociti a livello dell’urina è indice di danno a livello del filtro glomerulare e ciò porta alla comprensione di una disfunzione a livello del glomerulo. Importante è la funzione di riassorbimento e la valutazione delle urine in peso molecolare perché deve essere compreso in un certo range; qualora se ne verifica un aumento del peso molecolare, siamo di fronte ad una condizione di proteinuria, se si riduce, c’è un mal riassorbimento legato ad un problema a livello del tubulo. LE FUNZIONI DEL RENE SI ESPLICANO A LIVELLO DEI NEFRONI Nel nefrone si realizzano 3 processi, che portano alla formazione dell’urina: Ultrafiltrazione (glomerulo) Riassorbimento (tubuli) Secrezione (tubuli) Vediamole nel dettaglio: 1) ULTRAFILTRAZIONE: PROCESSO PASSIVO: dipende da un gradiente di pressione (pressione filtrazione) che spinge il plasma nello spazio di Bowman. Qui il filtrato si accumulo e poi verrà coinvogliato nel tubulo prossimale. Questo processo non è solo mediato dalla pressione osmotica, ma anche dalla natura dei soluti: essi, infatti, potranno superare l’endotelio fenestrato solo se soddisfano determinati criteri dimensionali e di carica. Questa selezione viene esplicata in maniera significativa dalla lamina densa. La filtrazione delle proteine è limitata perché caricate negativamente. Se l’albumina (raggio 35Å) fosse neutra filtrerebbe significativamente con conseguente ipoalbuminemia. Perdita della carica negativa sulla barriera di filtrazione (glomerulonefriti) provoca aumento di filtrazione delle proteine polianioniche con raggio fino a 42Å e comparsa nelle urine (proteinuria). La lamina basale, inoltre, viene continuamente riassorbita dalle cellule del mesangio e ricostruita dai podociti e dalle cellule endoteliali. La lamina densa viene regolata dalle cellule mesangiali e dai podociti: le cellule mesangiali hanno funzione fagocitica e i podociti rilasciano diversi elementi quale collagene ,fibronectina che servono per la composizione della matrice stessa. Il FILTRATO GLOMERULARE RENALE (FGR): 1200 ml/min (~21% gittata cardiaca) è dipendente dal flusso ematico renale (FER), essendo il rene l’organo più perfuso dalla gittata cardiaca. Il flusso ematico, inoltre, interessa per il 90% la regione corticale, e solo per il 10% dell’intera portata la regione midollare. L’ultrafiltrazione impone però riassorbimento per recuperare le sostanze utili all’organismo e quindi un lavoro metabolico per le cellule tubulari. Ultrafiltrazione permette il passaggio di un elevato volume di plasma privo di proteine dai capillari glomerulari alla capsula di Bowman. Normalmente viene filtrato ~20% del plasma che fluisce attraverso il rene L’ultrafiltrazione è garantita dalle seguenti 2 condizioni: – Presenza di una struttura capace di trattenere le proteine e far passare solvente e cristalloidi (Barriera di ultrafiltrazione). – Presenza di una pressione glomerulare (Pressione di filtrazione) risultante da una pressione ematica capace di superare la pressione colloido-osmotica del plasma e la pressione della capsula di Bowman. Da cosa dipende la velocità di filtrazione? La Velocità di filtrazione glomerulare (VFG) dipende da: Pressione netta di ultrafiltrazione (Pf) risultante delle forze di Starling (idrostatiche e colloido-osmotiche). Coefficiente di ultrafiltrazione (Kf = permeabilità x superficie filtrante), che nel rene è 400 volte superiore a quello degli altri distretti vascolari. Ovviamente esistono dei software che permettono di calcolare la velocità di filtrazione tenendo conto sia di alcuni parametri costanti, che di altri parametri variabili come il volume di urina prodotta nelle 24h. Inoltre, questi dati vengono normalizzati valutando la velocità di filtrazione della creatinina. Cosa controlla la filtrazione glomerulare? La filtrazione glomerulare è regolata dall’interazione di ormoni e sostanze vasoattive sia circolanti nel plasma che localmente prodotti dal rene. Tra queste sostanze vasoattive ricordiamo: l’angiotensina II, l’endotelina (uno dei maggiori marcatori utilizzati per valutare i processi di fibrosi glomerulare e patologie croniche), l’istamina, le prostaglandine, il trobossano, il paratormone e la renina. Oltre a questi fattori, sappiamo che esiste anche una regolazione esercitata direttamente da alcuni tipi cellulari a livello glomerulare: le cellule mesangiali ed i podociti controllano il flusso ematico. Il controllo della filtrazione viene regolata da ormoni e sostanze vasoattive: angiotensina II che agisce a livello delle cellule mesangiali con funzione vasocostrittrice, il rilascio del trombossano e prostaglandine con azione di legame a recettori sulle cellule mesangiali per dare vasocostrizione e, anche i podociti vanno a controllare il flusso ematico grazie alle loro strutture che avvolgono i capillari glomerulari, adoperando ad funzione di sostegno, per il passaggio di sostanze diverse. (elenco di sostanze vasoattive sopra) l’ endotelina= uno dei fattori più analizzato nelle patologie renali ,probabilmente rientrerà come marcatore da monitorare perché a parte la creatinina sierica, e a parte un sistema di marcatori di rilevazioni nuovo detto nefrocet(?non si capisce) vengono usati altri marcatori di danno che sono metalloproteasi rilasciate nel sangue e siero e sono indice di danno che è stato correlato alla funzionalità renale; tra questi fattori c’è l’endotelina ,in realta rilasciata nelle patologie renale croniche in quanto è fattore profibrotico che attiva dei meccanismi profibrotici a livello renale e la presenza della fibrosi, normalmente meccanismo di riparazione post infiammazione,se è eccessiva è patologica dal momento che toglie tessuto funzionante; quindi nel momento c’è aumento di endotelina ,si ha aumento fibrotico con compromissione maggiore a livello renale. Meccanismi dell'autoregolazione renale nell’ultrafiltrazione: Sono essenzialmente 2 i meccanismi di autoregolazione: – Feedback tubulo-glomerulare: ad esempio, in caso di ostruzione delle vie urinarie, si ha un aumento di pressione captato dal tubulo renale che stimola il glomerulo ad aumentare l’ultrafiltrazione agendo sulla pressione osmotica: il glomerulo rilascia sostanze vasocostrittrici con conseguente aumento della pressione di ultrafiltrazione. – Meccanismo miogeno o di Bayliss (scarso): riguarda il rilascio di altri fattori che stimolano altre risposte: un tipico esempio è la via delle cicloossigenasi (di cui abbiamo parlato in precedenza). Infatti, in particolari condizioni questa via viene attivata a livello delle cellule endoteliali, le quali rilasciano le prostaglandine. Il meccanismo miogeno, pertanto, è un meccanismo di autoregolazione della velocità di filtrazione glomerulare basato sulla produzione di fattori prodotti dal rene stesso. - RIASSORBIMENTO TUBULARE: Il riassorbimento tubulare dei soluti avviene grazie a Meccanismi passivi (diffusione) e Meccanismi attivi. Le Arteriole afferenti sono collegate ai capillari peritubulari i quali si localizzano in posizione tra un tubulo e l’altro e avviene un interscambio tra i capillari peritubulari e i tubuli perché, se il tubulo prossimale andrà a riassorbire determinate sostanze , deve rilasciarli nei capillari peritubulari perché tutto quello che di buono deve essere riassorbito, come l’albumina che erroneamente può attraversare la barriera, una volta riassorbita verrà rilasciata nei capillari peritubulari con meccanismo attivo che prevede uso di canali che ne mediano trasporto e idrolisi di ATP. - Meccanismi passivi: La diffusione dipende dal gradiente di concentrazione e dalla differenza di potenziale elettrico (gradiente elettrico) attraverso la membrana, poiché gli ioni sono carichi. La diffusione di H2O (osmosi) dipende dal gradiente osmotico. L’H2O riassorbita trasporta i soluti (drenaggio del solvente). - Meccanismi attivi: possono essere primari e secondari. 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). 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 all’uscita di H+. Il meccanismo di riassorbimento del Na+ avviene in maniera diversa nelle due porzioni del tubulo prossimale: Nella prima metà del tubulo prossimale, il riassorbimento 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-. Riassorbimento tubulo prossimale: 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. 2) SECREZIONE: presenta le seguenti caratteristiche: Aggiunge sostanze al liquido tubulare. Accelera l’eliminazione di queste sostanze dall’organismo. Avviene con meccanismo passivo o attivo (caratterizzato da Tm). Avviene a livello del tubulo distale Le sostanze che possono essere secrete, si distinguono in 2 macrocategorie: esogene ed endogene: Dato che il processo di secrezione avviene proprio a livello del tubulo distale, è qui che si osserveranno i peggiori effetti tossici di farmaci e sostanze esogene. Ricordiamo che è possibile distinguere il tubulo prossimale da quello distale già attraverso una semplice osservazione istologica, dato che il tubulo prossimale presenta un orletto a spazzola necessario ad aumentare la superficie di riassorbimento (mentre il tubulo distale no); ed il tubulo prossimale è ricco in lisosomi (al contrario il tubulo distale è ricco in mitocondri). FUNZIONI DEL RENE (ANCORA) Equilibrio idrico (il rapporto tra acqua ingerita per bocca ed acqua eliminata con il respiro, il sudore, l’intestino e l’urina) Riassorbimento ed eliminazione di molti sali minerali (Sodio, Potassio, Cloro, Calcio) Eliminazione delle scorie proteiche Equilibrio acido-base Produzione di ormoni: – Eritropoietina, il principale fattore di crescita per i globuli rossi – Vitamina D, necessaria al trofismo delle ossa LABORATORIO Come si studiano in laboratorio le malattie renali? Principalmente si effettuano 3 tipologie di analisi: - Esame delle urine - Esame delle urine nelle 24h: importante perché valuta anche il volume urinario, ovvero il volume di urine prodotte durante 24h. In questo modo viene stabilito un indice di produzione urinaria (dato dal rapporto del Volume totale/24 ore). Se questo indice è inferiore a 500ml si parla di Oliguria; mentre al di sotto di 30-50ml si parla di Anuria). - Clearance della Creatinina L’esame più semplice e più immediato è l’esame delle urine, viene effettuato poi un esame delle urine delle 24 ore perché questo è necessario per andare a vedere la clearance della creatinina. La creatinina è un prodotto metabolico a livello dell’attività muscolare, viene molto utilizzata nella pratica clinica per misurare l’attività renale. Però questo parametro è abbastanza altalenante, non copre tutti quelli che sono gli indici di disfunzione renale, per questo si sta sempre di più cercando di associare la creatinina ad altri marcatori un po' più specifici, perché il cambiamento di creatinina avviene già quando l’organo renale è già un bel po' compromesso. L’obiettivo che ci si deve porre è quello di individuare dei biomarcatori precoci, che possano indicare che probabilmente l’organo andrà incontro ad uno stato di disfunzione. Quando abbiamo già una creatinina elevata, vuol dire che già molti nefroni non sono funzionanti, quindi c’è già un meccanismo importante di danno. Ci sono diversi studi che cercano di individuare dei biomarcatori precoci a livello ematico, alla ricerca di microvescicole plasmatiche che ci permettono, attraverso l’impiego di biomarcatori o di biomarcatori circolanti come miRNA, di andare a vedere se effettivamente c’è un minimo indice di danno per cui si possa immediatamente intervenire e non aspettare una notevole compromissione. FLUSSO PLASMATICO RENALE E’ LA QUANTITA’ DI PLASMA CHE PASSA OGNI MINUTO DAI RENI E’ circa 600-700 ml/min (un quinto di esso viene filtrato a livello glomerulare) Il flusso ematico, il flusso plasmatico renale quindi la sua attività di filtrazione rappresenta la quantità di plasma che passa attraverso i reni. Di questo quantitativo di flusso plasmatico (600-700 ml/min), 1/5 passa a livello glomerulare quindi parliamo di una funzione importante a livello del glomerulo. COME VIENE VALUTATO IL FILTRATO GLOMERULARE? La valutazione del FGR si può effettuare con sostanze che presentano i seguenti requisiti: 1. Devono essere sostanze non ionizzate che filtrano liberamente. In altre parole, non devono legarsi alle proteine plasmatiche e il loro passaggio attraverso la membrana filtrante non deve essere impedito da ragioni di carica elettrica o di dimensioni molecolari. 2. Non devono essere riassorbite o secrete dai tubuli. 3. Non devono essere sintetizzate né metabolizzate dal rene. 4. Non devono essere tossiche Per valutare il filtrato glomerulare, possono essere utilizzate delle sostanze che devono avere dei requisiti specifici, cioè devono poter attraversare la barriera glomerulare senza alcun problema né per carica né per dimensione, perché, dovendo monitorarle, abbiamo necessità che queste sostanze passino attraverso il filtro. Quindi non devono neanche andarsi a legare alle proteine plasmatiche presenti in circolo, per esempio l’albumina è un carrier per moltissime proteine plasmatiche, quindi nella selezione va presa anche una proteina che non vada ad associarsi all’albumina, ad esempio. Poi non devono né essere riassorbite né secrete nei tubuli quindi queste sostanze devono passare liberamente, rapidamente, arrivare in urina per monitorarne il passaggio. Non devono essere né sintetizzate né metabolizzate dal rene perché, se sono prodotti che vengono sintetizzati dal rene stesso (quel quantitativo che abbiamo somministrato e vogliamo sapere se quello che stiamo dando corrisponde al quantitativo finale e quindi il quantitativo finale deve corrispondere al quantitativo iniziale), non ci ritroviamo. Non devono essere tossiche. All’inizio si usava una sostanza esogena che si chiama Inulina: sostanza che presenta tutte le caratteristiche richieste: un polifruttoside di 5200 d di peso molecolare sostanza estranea all’organismo umano, e quindi deve essere somministrata per infusione al fine di determinare il FGR: procedura alquanto scomoda e non utilizzabile di routine. Vediamo nel dettaglio: 1) CLEARANCE DELLA CREATININA: L’emodinamica renale può essere studiata nella pratica clinica con la tecnica della Clearance, basata sull’applicazione del principio di Fick che si riferisce alla scomparsa di una sostanza "marker" dal sangue dopo il suo passaggio attraverso il rene; e la successiva comparsa nelle urine. La clearance renale di una sostanza corrisponde concettualmente alla quantità di plasma che viene depurata dai reni da quella sostanza nell'unità di tempo. Per comprendere meglio questo concetto, è necessario introdurre il concetto di FLUSSO PLASMATICO RENALE: esso rappresenta la quantità totale di plasma che attraversa il parenchima renale. Corrisponde ad un valore di circa 600- 700 ml/min (un quinto di esso viene filtrato a livello glomerulare). La valutazione del FGR si può effettuare con sostanze che presentano i seguenti requisiti: 1. Devono essere sostanze non ionizzate che filtrano liberamente. In altre parole, non devono legarsi alle proteine plasmatiche e il loro passaggio attraverso la membrana filtrante non deve essere impedito da ragioni di carica elettrica o di dimensioni molecolari. 2. Non devono essere riassorbite o secrete dai tubuli. 3. Non devono essere sintetizzate né metabolizzate dal rene. 4. Non devono essere tossiche. Una delle sostanze che soddisfa questi requisiti era l’INULINA, utilizzata in passato per la valutazione della FGR. L'Inulina è una sostanza esogena che veniva somministrata per infusione. Essendo una procedura non utilizzabile di routine, l’utilizzo dell’inulina è andato scemando nel corso del tempo. Ad oggi, infatti, si utilizza la Creatinina. Il calcolo della clearance di una determinata sostanza permette di determinare il volume di plasma che viene “depurato” della stessa sostanza in un determinato intervallo di tempo. La formula è la seguente: C = U x V/ P In cui: U = concentrazione creatinina nell’urina P = concentrazione creatinina nel plasma V = volume dell’urina delle 24 h La clearance di una sostanza come l’inulina, che viene escreta esclusivamente tramite la filtrazione (non viene riassorbita né secreta), è identica al FGR. Quella di sostanze che, filtrate liberamente, vengono anche riassorbite dai tubuli (es. glucosio) è minore di quella dell’inulina. Quella di sostanze che filtrate liberamente, sono anche attivamente secrete nei tubuli è maggiore di quella dell’inulina (es. acido paramminoippurico). La creatinina (p.m. 113 d) è una sostanza endogena che deriva dal metabolismo muscolare (conversione non enzimatica della creatina a fosfocreatina) la cui produzione è proporzionale con lo sviluppo delle masse muscolari. Essa è: liberamente filtrata a livello glomerulare Non è riassorbita dal tubulo Una piccola quota è secreta a livello del tubulo prossimale Nell’insufficienza renale i valori di creatininemia (che normalmente oscillano tra 80 e 120 ml/min), si elevano progressivamente con il deteriorarsi della funzione renale. Il valore può essere corretto rapportandolo alla superficie corporea – (Clearance stimata x 1.73 m) / superficie corporea. Inoltre, bisogna tener conto anche di ulteriori 2 parametri quando si valuta la clearance della creatinina: - Sesso del paziente: infatti la clearance è fortemente influenzata anche dal controllo ormonale sesso-specifico - Età del paziente: perché si riduce la funzionalità renale Una delle possibili fonti di errore nel calcolo della clearance della creatinina è l’errata raccolta delle urine da parte del paziente. E’ possibile ricavare dalla creatininemia il valore della clearance utilizzando la formula di Cockcroft e Gault: CCr = [140-età (anni)x peso (kg)/ creatininemia (mg/dl) x 72 Nella donna occorre moltiplicare il risultato per 0.85 Essendo un metabolita endogeno, numerosi sono i fattori che possono contribuire a far variare i normali valori di creatininemia (come banalmente l’esercizio fisico). Per questo, la misura della clearance va effettuata al mattino a digiuno. Nella seguente immagine sono sintetizzati alcuni fattori che potrebbero alterare notevolmente la clearance della creatinina: L’esercizio fisico va ad influenzare i livelli di creatinina, anche la gravidanza e anche le condizioni di diabete perché spesso il diabete risulterà associato ad una condizione di nefropatia che è associata al diabete, molti pazienti che hanno diabete possono sviluppare complicanze a livello renale. Quindi è chiaro che il valore della clearance della creatinina, deve tener conto anche delle condizioni di analisi del paziente, se abbiamo una paziente gravida, non possiamo pensare di utilizzare gli stessi parametri di indici che utilizziamo per un soggetto che non sia in gravidanza, quindi va tutto comparato così come magari questo tipo di analisi va evitato su un soggetto che ha effettuato sport tutta la giornata, quindi quel giorno ci immaginiamo dei livelli di creatinina elevata, quindi è chiaro e poi paradossale, anche quando andremo a vedere sull’insufficienza renale acuta correlata alla sepsi o lo shock settico, vedremo che un individuo che fa una cosa in maniera molto estesa, se teniamo in considerazione i parametri che si usavano una volta legati alla temperatura corporea, legati anche ad altri parametri di equilibrio acido-base, in pratica un soggetto normale non può avere gli stessi parametri di un soggetto settico. Deve essere contestualizzata l’anamnesi del paziente. CLASSIFICAZIONE IRC STADI K-DOQI: Dato che in caso di insufficienza renale i valori della clearance della creatinina (che normalmente oscillano tra 0,8-1,2 mg/dl) aumentano notevolmente, sulla base di questo incremento è possibile effettuare una stadiazione dello stato di insufficienza renale (importante anche per definire il trattamento migliore per il paziente): STADIO 1- Nefropatica cronica (VGF>90 ml/min) STADIO 2-IRC lieve (VGF tra 89 e 60 ml/min) STADIO 3-IRC moderata (VGF tra 59 e 30 ml/min) STADIO 4- IRC grave (VGF tra 29 e 15 ml/min) STADIO 5- IRC terminale (VGF50% prevedono in anzitutto una terapia dietetica, poi terapia farmacologica e infine terapia delle alterazioni metaboliche. La terapia prevede in un primo luogo l'attuazione delle MISURE CONSERVATIVE della funzionalità renale residua, fino a quando la velocità del filtrato glomerulare è sufficiente per mantenere un’omeostasi dell'organismo. La terapia conservativa deve mirare a ridurre l’apporto proteico perché deve limitare la produzione dei cataboliti azotati perché il rene ha il compito di rimuovere questi cataboliti azotati dal circolo che sono tossici per organismo però è chiaro che attraverso una riduzione dell’apporto proteico noi andiamo anche a ridurre il lavoro di depurazione che viene mediato da parte del rene. TERAPIA DIETETICA: - dieta normale: circa 1 g proteine/ kg p.c. - dieta ipoproteica standard: 0.6 g/kg/die - dieta ipoproteica ristretta (vegetariano): 0.2/0.3 g/kg/die Quindi si preferisce iniziare una DIETA IPOPROTEICA in un certo senso IPOAZOTATA in maniera molto precoce quando già la velocità del filtrato glomerulare scende al di sotto dei 50 ml; quindi, quando la velocità del filtrato glomerulare scende al di sotto di questo parametro bisogna intervenire con una dieta mirata per cercare di ritardare il peggioramento progressivo del rene. Questo perché il sovraccarico proteico fa sì che ci sia un iperfiltrazione a livello glomerulare che sebbene da un lato è un meccanismo di compensazione per cercare di eliminare le scorie azotate, dall’altro va chiaramente a determinare un’ipertrofia glomerulare che a lungo andare va ad accelerare la perdita della funzionalità dei nefroni residui che stanno cercando di compensare la perdita invece degli altri nefroni. Indicativamente si consiglia un apporto proteico giornaliero di 0,6 grammi/chilogrammi/al giorno, quindi normalmente i nutrizionisti quando sono di fronte a soggetti che stanno manifestando una condizione di insufficienza renale cronica data da una riduzione della velocità del filtrato glomerulare inferiore 50 ml al minuto, intervengono con un' efficace terapia dietetica e con consigli nutrizionali che mirino ad assumere la quantità più ridotta di proteine per cercare di ridurre la quantità di scorie azotate perché comunque bisogna assicurare un minimo apporto calorico adeguato perché è vero che riduciamo l’apporto proteico ma non dobbiamo andare di fronte a uno stato di malnutrizione in cui il soggetto perda la propria massa muscolare, ma bisogna cercare di tamponare. La dieta per esempio ipoproteica vegetariana risulta molto spinta e di conseguenza bisogna andare ad integrare con l'impiego di aminoacidi essenziali attraverso vitamine e quindi per quei soggetti che hanno insufficienza renale ma hanno anche un’alimentazione 14 di tipo vegetariano a quel punto poiché l'apporto proteico è ridotto bisogna cercare di intervenire impiegando anche sistemi esterni. L'altro cardine della terapia conservativa consiste anche nel controllare l'introduzione del potassio o del sodio. Ci deve essere una riduzione dell’apporto di sodio e di potassio. Bisogna ridurre l'apporto di sodio in maniera moderata perché se ad esempio il paziente oltre ad avere una riduzione del filtrato glomerulare ha anche uno stato di ipertensione arteriosa, questa va ad indurre una progressione della malattia renale cronica e quindi il nutrizionista deve consigliare un apporto sodico ridotto (dovremmo essere intorno a 2 3 grammi al giorno quando siamo di fronte ad un ipertensione arteriosa). Bisogna anche regolarizzare l’apporto di acqua, e si prevede anche l’impiego di diuretici nel caso in cui il paziente manifesti edema o ipertensione arteriosa. Poi è importante anche andare a ridurre l'apporto di potassio perché uno stato di iperpotassiemia non è la condizione ottimale in quanto andiamo di fronte ad aritmie cardiache e anche arrestocardiaco. L'assunzione di acqua deve essere fatta con un normale apporto e i diuretici vanno solo ed esclusivamente introdotti solo se siamo di fronte ad uno stato di edema o di ipertensione. Per le alterazioni del bilancio calcio fosforo è opportuno limitare l'introduzione dietetica dei fosfati, principalmente contenuti all'interno del latte e dei latticini, quindi, non bisogna mai superare la dose massima di 500-600 mg al giorno. Quando siamo di fronte a delle iperfosfatemia marcate si usano per esempio dei chelanti intestinali dei fosfati, quindi laddove la restrizione alimentare non basta bisogna intervenire attraverso l'utilizzo dei farmaci come chelanti del fosforo come, per esempio, il carbonato di calcio che è un sistema attraverso il quale è possibile ridurre l’assorbimento dei fosfati a livello intestinale. Nella condizione di ipocalcemia è utile associare la vitamina D, perché la vitamina D ha un duplice scopo cioè da un lato quello di andare ad aumentare l’assorbimento di calcio a livello intestinale dall'altro va a bloccare la sintesi del 15 paratormone da parte delle paratiroidi. Il meccanismo di rilascio del paratormone da parte delle paratiroidi avviene attraverso un meccanismo di feedback controllo, che strettamente interagisce con la vitamina D e il calcitriolo, quindi nel momento in cui al soggetto io vado a somministrare la vitamina D da un lato io vado ad aumentare l'assorbimento di calcio da parte dell'intestino e dall'altra parte vado anche a bloccare la secrezione di paratormone da parte delle paratiroidi, che quindi in presenza di vitamina D ridurranno il rilascio del paratormone (quindi vado a intervenire su due meccanismi). Qui vediamo altri esempi. Si impiegano, ad esempio nello stato di dislipidemia, le statine per la condizione di ipercolesterolemia e ipertrigliceridemia perché è chiaro che bisogna andare ad intervenire anche nel caso delle alterazioni del metabolismo lipidico. L'elemento più importante è quello della TERAPIA SOSTITUTIVA, a cui il soggetto deve andare in contro nel caso di uno stadio 3 o 4 di avanzamento della patologia. Le indicazioni che ci permettono di dire che un soggetto deve andare in corso alla terapia dialitica sostitutiva sono: - se la velocità del filtrato glomerulare è inferiore a 10 ml al minuto. Le tecniche dialitiche che oggi vengono utilizzate sono: l’emodialisi e la dialisi peritoneale. Nell’EMODIALISI si vanno ad effettuare delle sedute periodiche e depurative nel quale il sangue del paziente circola attraverso un circuito extracorporeo con una serie di tubicini all'interno del quale passerà il sangue del paziente. In una prima fase il sangue del paziente incontrerà un primo filtro di dialisi (EMOFILTRO) per adsorbire le scorie azotate, e poi viene infuso il liquido di dialisi, che è una soluzione tamponata che serve per mantenere in equilibrio i livelli di Na e K per recuperare il sistema tampone che è fisiologicamente mantenuto dal rene. Ci sono delle complicanze legate a questi trattamenti, tra cui l’amiloidosi che si manifesta dopo un certo numero di anni dal trattamento dialitico. L’amiloidosi è dovuta al rilascio della B2- microglobulina prodotta dalle cellule come 16 componente dell’antigene di istocompatibilità, e viene metabolizzata a livello renale e in questi pazienti si va ad accumulare, soprattutto quelli che vengono sottoposti a dialisi, e i filtri non sono così efficaci per la rimozione di questa proteina. L’accumulo di quest’ultima porterà a livello dei tendini, e dei tessuti peri articolari, al deposito e alla formazione di cisti multiple. Le diete spinte possono andare a danneggiare il sistema muscolare, perché l’apporto proteico è fortemente ridotto. Complicanze a lungo termine dell’emodialisi Amiloidosi: deposizione di fibrille composte da b2-microglobulina nei tessuti periarticolari Patologia da accumulo di alluminio (osteomalacia, encefalopatia, anemia) Malnutrizione proteico-energetica (bioincompatibilità delle membrane dialitiche, stato infiammatorio cronico) IRC - Stadi Clinici I Stadio 1 - IRC iniziale [ FGR 100-60 ml/min] – Compenso biochimico-metabolico Stadio 2 - IRC moderata [FGR 60-30 ml/min] – Iniziali segni di scompenso funzionale (↑ azotemia, ↑ creatininemia) Stadio 3 - IRC grave [FGR 30-15 ml/min] – Ritenzione azotata accompagnata da altre alterazioni biochimo-metaboliche Stadio 4 - IRC avanzata [FGR 15-10 ml/min] – Sintomatologia clinica multiorganica (intossicazione azotata) Stadio 5 - IRC terminale [FGR 1,5 prelevati da questi ultimi sarà assai mg/dl) maggiore rispetto a quelli prelevati -death due to stroke or aneurysm da soggetti con morte celebrale o ECD are estimated to last an average of 5,1 years, deceduti. LD, Living donor, DBD donation after brain death, DCD donation after compared to standard criteria donors (10 years) Per i soggetti donatori con morte cardiac death, ECD expanded criteria donors cardiaca si ha un importante danno ischemico e per tale motivo la qualità dell’organo è intermedia e ciò viene risolto mediante l’utilizzo delle macchine di perfusione. Quindi tra le strategie utilizzate, è chiaro che di fronte a una carenza di organi bisogna andare incontro al trapianto perché esso ha di per se grandi benefici per quei pazienti in dialisi in liste di attesa, con scarsa sopravvivenza, soprattutto se diabetici, questo da’ ragione dell’utilizzo di organi renali da donatori marginali. Solo da poco in Italia è stato approvato l’utilizzo From organ shortage to DCD (Donation after Cardiac Death) degli organi renali da donatori con morte cardiaca, in particolare in puglia è stato approvato, solo quest’anno, il protocollo per l’utilizzo di organi renali da donatori con morte cardiaca. Sono state acquisite le macchine di perfusione al fine di usare tali organi. La qualità di questi organi è intermedia il cui danno principale è quello ischemico. Improving renal graft quality Mediante studi effettuati in altri paesi europei Standard cold storage (SCS) and dynamic l’utilizzo delle macchine preservation technologies. Hypothermic machine normotermiche ha perfusion preservation has a limited access for quality assessment. Change in concept of organ mostrato um preservation by supporting a close physiologic environment promotes more accurate metabolic miglioramento della and functional assessment and also an opportunity of ex-vivo graft treatment. qualità degli organi soprattutto dai donatori con morte cardiaca. Si migliora la qualità COR, controlled oxygenated rewarming; hypothermic machine perfusion; HOPE, hypothermic HMP, dell’organo nonché si oxygenated machine perfusion; NMP, normothermic machine perfusion; SCS, static cold storage. riduce la probabilità di rigetto cronico. Hamar M, Current Opinion, 2018  Innovative treatments Chiaramente durante la fase at the donor, graft preservation or recipient levels can improve kidney recovery da quando viene fatto il Graft preservation represents a vital prelievo alla fase in cui aspect: it bridges the gap between organ removal in the donor and l’organo si deve preservare, reperfusion of the transplanted kidney essa è una finestra in the recipient. importante in cui si può Preservation period has been viewed as a window of opportunity for decidere il destino treatment and repair of grafts. Over the past decade we observed the the dell’organo. shift from static cold storage to dynamic preservation by machine In questa fase mediante le perfusion, which resulted worldwide in the development of the first Organ macchine di perfusione, Preservation and Resuscitation units. l’utilizzo di farmaci supplementari al liquido di Bon, D. et al. Nat. Rev. Nephrol. 8, 339−347 (2012); perfusione inserito nelle N.M. Jager et al. Molecular Immunology 2017 macchine, è possibile migliorare qualità dell’organo. Questa è una importante finestra a livello della quale intervenire. Le macchine normotermiche utilizzano il sangue del donatore, depleto di leucociti con solo eritrociti, una T uguale a quella corporea e al liquido di perfusione è possibile aggiungere elementi di perfusione. Perfusate Composition In questo modo è strutturata la macchina di perfusione: The perfusate solutions used for kidneys are typically crystalloids with several additives, such as antioxidants, electrolytes, antibiotics, nutrients, vasodilators, and corticosteroids. Una vaschetta in cui è posto The perfusion temperatures are typically kept at 4°C to 8°C to l’organo collegato con help minimize cell metabolism and hence, have a better preserved organ. l’arteria renale e viene However, the significant drawback of this hypothermic collegato con un cavo diretto, perfusion technique is its inherent inability to allow any cellular repair. viene rilasciato l’uretere, perché quando si lavora in normotermia è come se il rene funzionasse normalmente quindi nell’arco delle ore in cui è riperfuso è in grado di produrre urina. All’organo è agganciato anche un ossigenatore e in tale sistema si assicurano alcune resistenze vascolari al fine di garantire la corretta perfusione dell’organo. Nel corso del tempo si è NMP to repair kidney before transplantation passato da macchine che lavorano a macchine che Hosgood et al. reported that two kidneys from the same donor that were lavorano in ipotermia declined by all transplant centers and preserved with NMP for 60 minutes cleared up significant areas of ischemia ossigenata a macchine in cui si In the largest series, Nicholson and Hosgood compared 18 marginal kidneys that received 1 hour of preimplantation NMP with 47 matched utilizza il sangue del donatore, hypothermic perfusion controls depleto di leucociti associato a Remarkably, low delayed graft function rates were seen with preimplantation NMP (5.6% versus 36.2%). uno ossigenatore. Queste nuove The benefits of NMP are significant, because hypothetically, organ quality improves with time as opposed to a gradual decline with macchine lavorano in conventional hypothermic perfusion. Therefore, NMP offers improved organ utilization rate, minimized normotermia. Si è visto che tali ischemia-reperfusion injury, reduced delayed graft function, and stabilized endothelial cells. However, the costs and labor of this modality macchine permettono un are also exceedingly high at present, not to mention the logistic complexities. notevole recupero degli organi marginali. Hosgood SA, et al. Am J Transplant 2016 Nicholson and Hosgood, Am J Transplant 2013)  Gli studi confermano che la qualità dell’organo è migliorata dall’utilizzo di sistemi normotermici in cui si è osservata una riduzione della ritardata ripresa funzionale dell’organo e quindi essi rappresentano segni di miglioramento. Mostra i lavori del gruppo di Hosgood , scorrendo le slide (da 24 a 26), non dice niente. Pharmacologic Complement Inhibition in Clinical Transplantation Le macchine possono vedere l’utilizzo al lor interno di farmaci come inibitori del complemento. Ricklin, Nat Rev Nephrol 2018 ECULIZUMAB ECULIZUMAB and Kidney Transplantation Eculizumab is the only complement-specific drug on the market; Introduced to prevent intravascular haemolysis in PNH (Paroxysmal Nocturnal Hemoglobinuria) Used to treat aHUS and antibody-mediated rejection (AMR) post-transplant, and also as Currently approved for the treatment of aHUS. prophylaxis in transplants at high risk for these conditions. Eculizumab is a human hybrid Eculizumab appears to be effective in protecting renal allografts when post-transplant aHUS IgG2/IgG4 monoclonal antibody that or AMR occur, although the published cases report short follow-up. binds C5 and prevents its cleavage by C5 convertases, inhibiting release of eculizumab did not reach its primary end point in multi-center phase II trial with the drug both the proinflammatory metabolite for preventing ABMR in living-donor kidney transplant recipients requiring desensitization C5a and formation of the membrane despite promising initial results ; attack complex via C5b. Eculizumab it is not a universal panacea: some highly sensitized patients do develop AMR despite complement C5 inhibition. This may reflect the complexity of the processes. underlying AMR. Stegall, M. D. et al. Terminal complement inhibition decreases antibody-mediated rejection in sensitized renal transplant recipients. Am. J. Transplant. 2011. In clinical trials, eculizumab was well-tolerated and Cornell, L. D…Stegall, M., Positive crossm atch kidney transplant recipients treated with improved GFR for most patients with aHUS; in one trial, 19 eculizumab: outcomes beyond 1 year. Am. J. Transplant. (2015). of 20 patients achieved TMA-free status in the second Cofiell, R. et al. Blood 2015. year of treatment. Licht, C. et al.KI 2015 Other clinical trials with eculizumab in transplantation and kidney graft IRI are ongoing. Janus Asbjørn Schatz-Jakobsen, Journal of Immunology 2016 All patients should receive vaccination against Neisseria meningitis prior to receiving eculizumab. Limitation atLimitation the useatof theECULIZUMAB use of ECULIZUMAB 1) High treatment cost (open discussion about anti-C5 therapy duration in patients with aHUS) The British National Formulary lists the price of a 300-mg vial of eculizumab as £3150.00. Therefore, for a single 1200-mg dose, the cost would be £12 900 2) Residual C5 activity: Incomplete inhibition by eculizumab: mechanistic evidence for residual C5 activity during strong complement activation. 3) Anti-C5 therapy does not prevent upstream activation by recognition complexes, opsonization with C4 and C3-derived fragments, or the resulting amplification of the response. These considerations are most obvious in the case of C3-driven disorders such as C3 glomerulopathy, in which only a subset of patients seem to benefit from C5-targeted therapy. Daniel Ricklin, Edimara S. Reis and John D. Lambris Nat Rev Nephrology 2016 L’eculizumab è uno degli inibitori di C5convertasi che inibisce il rilascio di C5a e complesso MAC. Si è visto che è ben tollerato in alcune forme patologiche di natura genetica però è stato utilizzato in diversi trial clinici nel trapianto. Nonostante sia costoso, la sua inibizione del sistema del complemento riduce la comparsa di forme di rigetto acuto. Tale farmaco presenta comunque delle negativita come: il costo elevato, vi è un’attività residua del C5, i frammenti di attivazione del C3 portano al rilascio dell’anafilotossina C3a, tale trattamento non assicura l’attività dannosa mediata dal complemento stesso. Questo ha portato a concentrarsi su altre classi di farmaci. C1-INHIBITOR C1 Inhibitor C1-INH is a serine protease inhibitor that prevents activation of all three complement pathways, on coagulation and the contact systems (C1r, C1s, MASP1, MASP2, Plasmin, C3b, Kallikrein, XIa, XIIa) Positive effects were shown in animal models of heart, brain, liver and skeletal muscle IRI; Currently a clinical trials using C1-INH in the prevention of Delayed Graft Function (DGF) and IRI is on the way (NCT02134314) Jiang et al., 2001; Nielsen et al., 2007; Poppelaars et al., 2016, Zeerleder S. C1-inhibitor: more than a serine protease inhibitor. Seminars in thrombosis and hemostasis 2011; Il suo gruppo ha utilizzato inibitori di C1 su modelli renale da ischemia di perfusione e si è visto che la sua funzione è esplicata a livello di inibizione per il sistema del complemento, cascata coagulativa e sistema del contatto. Ha avuto effetti positivi in diversi studi su modelli animali e attualmente è testato per prevenire la ritardata ripresa dell’organo nel danno renala da ischemia di perfusione. Lo studio è ancora in corso, il quale registra una serie di risultati positivi. Testato nel modello animale il C1inibitore se viene somm nel ricevente prima che venga riperfuso potrebbe agire a livello dell’organo. Sarebbe interessare usare questo nelle macchine di perfusione così da prepare l’organo prima del trapianto. GRAFT PRESERVATION: WHAT ARE THE EXPECTATIONS? 1. Better utilization of increasingly sub-optimal donor organs 2. Improved outcomes of transplantated organs 3. Logistic advantages TO TRANSPLANT HIGHER NUMBER OF GREAT RISK ORGANS WITHOUT COMPROMISING THE OUTCOME BY IMPROVING THEIR QUALITY Il gold standard per assicurare la qualità dell’organo consiste in:  Utilizzo delle macchine di perfusione in forma ossigenata, migliorando la qualità dell'organo e riducendo chiaramente i livelli di lesione;   cercare di andare a individuare dei biomarker così da poter seguire quanto accade sia all'interno della macchina di perfusione sia all'interno del ricevente, così da non ricorrere a biopsie renali e poter;  monitorare questo parametro per poter andare anche in maniera più mirata ad intervenire anche attraverso trattamenti. STATIC COLD STORAGE (SCS) VS MACHINE PERFUSION È chiaro che lo static cold storage purtroppo ancora viene utilizzata ed è un sistema che però IMMEDIATE GRAFT RESUSCITATION -deliver oxygen, nutrition; causa diversi danni a livello del l'organo o -repair strategies (drug, cell, genes) VIABILITY ASSESSMENT diversamente invece le macchine di perfusione -real time funtional testing LOGISTICS hanno per la più affrontato sicuramente un -remove time constraints -Organ allocation -Operatig room planning grande miglioramento. La letteratura è molto ricca, è possibile osservare quelli che sono gli effetti delle macchine di perfusione, partendo dall’ ipotermica sino alla normatermica. Diverse sono le strumentazioni che vengono portate avanti, le più KIDNEY MACHINE PERFUSION importanti sono la LifePort Kidney Transporter o la kidney assist, quindi sono diverse. Devices for kidney machine perfusion: (a) LifePort Kidney Transporter (Organ Recovery Systems, Des Plaines, Illinois, USA , source: www.organ-recovery.com; (b) RM3 (Waters Medical Systems, Birmingham, Alabama, USA), source: www.wtrs.com; (c) Kidney Assist (Organ Assist, Groningen, The Netherlands), source: www.organ-assist.nl. Dirk Van Raemdonck, Curr Opin 2013 Quello che vi interessa appendere è che intervenire nella fase del trapianto quindi intervenire nella fase pre-trapianto, quindi nella preservazione dell'organo, rappresenta un fattore estremamente importante per assicurare una migliore funzionalità dell’organo stesso. KIDNEY –LIVER PERFUSION Questo tipo di strumentazione non è indirizzato solo per il rene, ma anche per altri organi, come per esempio per il fegato: infatti, esiste anche una macchina The multiorgan ex vivo perfused liver−kidney model allows studying the hepatic pathophysiology and purifying waste che permette di riperfondere insieme, sia products. The addition of the kidney first followed by the liver (KL circuit) il fegato che il rene. Oppure esistono produces better results compared to the classic liver- first approach (LK). Intact livers and kidneys were obtained post mortem from ten female domestic white pigs. macchine che permettono anche di Bile, urine production, arterial blood gases, glucose, renal and liver tests were collected hourly during the perfusions. riperfondere i polmoni o il cuore. The KL circuit had values more close to physiological ranges, more stable over time and showed less variability compared to the LK circuit for urine production, glucose, PH, anion gap, Quindi diciamo che un sistema che lactate, urea, sodium, potassium and Alanine Transami