Principio di controcorrente

Il Principio di controcorrente è un principio funzionale biologico che è coinvolto nella termoregolazione di molti animali, nella respirazione di pesci come gli squali e in processi come la concentrazione di urina umana. La maggior parte della diuresi nell'uomo avviene nella cosiddetta ansa di Henle del midollo renale ed è caratterizzata da sistemi con direzioni di flusso opposte. Una malattia correlata è la sindrome di Barrter ereditaria e correlata alla mutazione.

Qual è il principio della controcorrente?

Il principio della controcorrente biologica ha significati diversi. Per il mondo animale, il principio di funzionamento gioca un ruolo principalmente nella termoregolazione. Nel corpo umano è particolarmente rilevante per lo scambio di sostanze nel tessuto renale. Una direzione opposta del flusso nei tessuti vicini garantisce l'efficienza dello scambio di sostanze.

I sistemi controcorrente nel tessuto renale umano sono utilizzati in particolare per conservare sostanze ed energia. Nel corpo umano, l'anello di Henle all'interno del nefrone è un ottimo esempio del principio di funzionamento del flusso controcorrente nelle strutture anatomiche vicine L'urina serve.

Il ciclo di Henle e quindi uno dei più importanti principi di controcorrente negli esseri umani si svolge all'interno della zona midollare esterna. Il principio è fondamentale per la diuresi o la formazione di urina e consiste di tre diversi componenti con direzioni di flusso opposte.

Anche gli squali e altri pesci usano il principio della controcorrente per respirare. Hanno uno scambiatore in controcorrente in cui il sangue povero di ossigeno incontra un mezzo ricco di ossigeno. Durante lo scambio di gas avviene il contatto tra il sangue e il mezzo ricco di ossigeno al fine di mantenere la differenza di pressione parziale dell'ossigeno e per promuovere l'ulteriore assorbimento di O2 dal mezzo.

Funzione e compito

Il sistema controcorrente dei reni umani è costituito da tre diversi componenti. Il primo di questi è la gamba leggermente discendente del cosiddetto loop di Henle, il secondo elemento forma la spessa gamba ascendente del loop e il terzo elemento corrisponde all'interstizio che si trova tra i primi due componenti.

La parte sottile e discendente dell'anello di Henle è permeabile all'acqua. La parte spessa e ascendente non lo è. All'interno della porzione ascendente dell'ansa di Henle, gli ioni di sodio migrano dall'urina nell'interstizio adiacente. Questa migrazione avviene tramite trasporto attivo. L'acqua non migra nell'interstizio, ma rimane nelle urine. A differenza del sodio, le parti impermeabili dell'ansa di Henle impediscono all'acqua di raggiungere l'interstizio. Per questo motivo, il fluido diventa ipotonico mentre l'interstizio diventa ipertonico.

Infine, l'acqua scorre nell'interstizio ipertonico dalla parte sottile discendente dell'ansa di Henle. Perché in questa parte del ciclo il muro è permeabile all'acqua. In questo modo si concentra l'urina primaria: la concentrazione avviene all'interno della parte discendente del ciclo senza ulteriore dispendio di energia. L'acqua viene prelevata dall'urina primaria quando viene concentrata utilizzando il principio della controcorrente.

Il recupero dell'acqua nei reni è possibile grazie al principio passivo ed è accoppiato al riassorbimento del sodio. Questo approccio è estremamente efficiente dal punto di vista energetico.

L'anello Henle ha diversi piani, tutti coinvolti nel processo contemporaneamente. L'esecuzione simultanea del principio descritto in tutti i livelli del ciclo di Henle si traduce in una concentrazione frazionaria delle urine. La concentrazione di elettroliti è più alta nella parte apicale dell'ansa di Henle, perché in questa parte l'acqua è stata prelevata dall'urina primaria su tutta la lunghezza della coscia che scende sottile. Il principio della controcorrente ha contribuito alla concentrazione energeticamente efficiente di Hans attraverso la direzione opposta del flusso dei tessuti vicini nell'ansa di Henle dei reni.

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Malattie e disturbi

Se il ciclo di Henle dei reni è affetto da malattie, talvolta si verificano disturbi del principio della controcorrente e quindi della concentrazione di urina. La sindrome di Bartter è una malattia ereditaria relativamente rara del ciclo di Henle. Più precisamente, questa malattia colpisce il grosso ramo ascendente del ciclo. La causa della malattia è un difetto nel cotrasportatore Na + / K + / 2Cl−, che si dice sia sensibile alla furosemide. Altre varianti della malattia sono associate a un difetto nel canale K + apicale o risalgono a un difetto nel canale CI basolaterale. Questi canali cooperano con il trasporto fecale Na + / K + / 2Cl durante il riassorbimento di NaC1 nel segmento di diluizione e, in un rene sano, danno un contributo significativo al funzionamento del principio di controcorrente nel ramo ascendente dell'ansa.

A causa della cooperazione disturbata tra il cotrasportatore e i canali, non è possibile riassorbire abbastanza ioni sodio. A causa del ridotto riassorbimento, la pressione sanguigna del paziente diminuisce. A causa del calo allarmante della pressione sanguigna, i pressocettori nella parete dell'aorta iniziano un rilascio di catecolamine.

Inoltre, il calo della pressione sanguigna porta anche a una riduzione del flusso sanguigno ai vasi afferenti. Questo flusso sanguigno ridotto stimola il rilascio di renina. Il risultato è l'iperaldosteronismo iperreninemico. Nella malattia di tipo IV, c'è un difetto nel bartin che corrisponde alla subunità β essenziale nel canale ClC-K. Questa subunità non è coinvolta solo nella membrana basolaterale dell'ansa di Henle, ma anche nella membrana basolaterale dell'orecchio interno. Per questo motivo, questa sottoforma della malattia non è solo caratterizzata da un principio di controcorrente disturbato, ma anche da sordità.

Anche tutte le altre malattie della zona del midollo renale possono interrompere il principio della controcorrente, ad esempio il cancro del rene o la necrosi del tessuto renale ivi situato. Inoltre, i disturbi della concentrazione dell'urina e del suo principio funzionale possono essere causati da numerose mutazioni. Solo per la sindrome di Barrter sono state documentate cinque mutazioni causali.