Una volta che nel glomerulo è avvenuto il fenomeno della filtrazione, avremo una seconda fase in cui il rene riassorbe ciò che ha filtrato. Il riassorbimento attraverso l'epitelio tubulare nel liquido interstiziale include sia trasporti attivi sia trasporti passivi, secondo gli stessi meccanismi di base di trasporto attraverso le membrane dell'organismo.
Per esempio, l'acqua e i soluti possono essere trasportati sia attraverso la membrana cellulare (via transcellulare) sia attraverso gli spazi tra le giunzioni delle cellule (via paracellulare).
Successivamente, dopo l'assorbimento nel liquido interstiziale attraverso le cellule epiteliali del tubulo, l'acqua e i soluti vengono trasportati attraverso le pareti dei capillari peritubulari nel sangue per ultrafiltrazione (flusso di massa), mediata dalle forze idrostatiche e colloidoosmotiche.
I capillari peritubulari si comportano come le estremità venose di molti altri capillari, dove esiste una forza netta di riassorbimento che muove il liquido e i soluti dall'interstizio nel sangue.
Il trasporto attivo può trasportare un soluto contro un gradiente elettrochimico e richiede energia derivante dal metabolismo. Un trasporto direttamente accoppiato a una fonte di energia, come l'idrolisi dell'adenosina trifosfato (ATP) viene detto trasporto attivo primario. Un buon esempio ne è la pompa sodiopotassio, una ATPasi, attiva lungo la maggior parte del tubulo renale.
Un trasporto indirettamente accoppiato a una fonte di energia, come quello dovuto a un gradiente ionico, viene detto trasporto attivo secondario. Il riassorbimento del glucosio da parte dei tubuli renali è un esempio di trasporto attivo secondario.
Anche se i soluti possono essere riassorbiti con meccanismo attivo e/o passivo dal tubulo, l'acqua è sempre riassorbita con un meccanismo fisico passivo chiamato osmosi, il che significa che l'acqua diffonde da una regione con una minore concentrazione di soluti (con una maggiore concentrazione di acqua) a una con un'elevata concentrazione di soluti (a minore concentrazione di acqua).
I soluti possono essere trasportati attraverso le cellule epiteliali o tra le cellule Le cellule dei tubuli renali, come altre cellule epiteliali, sono tenute assieme dalle giunzioni serrate (tight junctions). Sotto le giunzioni si trovano gli spazi intercellulari laterali che separano tra loro le cellule epiteliali del tubulo. I soluti possono essere riassorbiti o secreti attraverso le cellule tramite la via transcellulare o passando tra le cellule, attraverso le giunzioni serrate e gli spazi intercellulari, tramite la via paracellulare. Il sodio è una sostanza che usa entrambe queste vie, anche se la maggior parte di esso viene trasportata per via transcellulare.
In alcuni segmenti del nefrone, soprattutto il tubulo prossimale, anche l'acqua viene riassorbita per via paracellulare e le sostanze in essa disciolte, soprattutto il potassio, il magnesio e il cloro, sono trasportate con il liquido riassorbito tra le cellule. Il trasporto attivo primario attraverso la membrana tubulare è legato all'idrolisi dell'ATP. La particolare importanza del trasporto attivo primario è legata al fatto che esso può far muovere i soluti contro un gradiente elettrochimico.
L'energia per questo trasporto attivo deriva dall'idrolisi dell'ATP dovuta all'ATPasi di membrana; anche l'ATPasi è un componente del meccanismo di trasporto che lega e muove i soluti attraverso le membrane cellulari. Nei reni, i trasporti attivi primari conosciuti sono la sodiopotassic ATPasi, Y idrogenopotassio ATPasi e la calcio ATPasi.
Un buon esempio di sistema di trasporto attivo primario è il riassorbimento di sodio attraverso la membrana del tubulo prossimale, come mostrato nella Figura 1: riassorbimento dell'acqua e dei soluti filtrati dal lume tubulare attraverso le cellule epiteliali del tubulo, attraverso l'interstizio renale indietro nel sangue.
I soluti sono trasportati attraverso le cellule (transcellulare) per diffusione passiva o per trasporto attivo oppure tra cellule (via paracellulare) per diffusione. L'acqua viene trasportata verso e tra le cellule tubulari per osmosi. Il trasporto di acqua e soluti liquido interstiziale nei capillari peritubulari avviene per ultrafiltrazione (flusso di massa).
Sui lati basolaterali delle cellule epiteliali dei tubuli, la membrana cellulare presenta un esteso sistema di Na+K+ ATPasi che idrolizza l'ATP e usa l'energia rilasciata per trasportare gli ioni sodio al di fuori della cellula nell'interstizio. Allo stesso tempo, il potassio viene trasportato dall'interstizio all'interno della cellula. Il lavoro di questa pompa ionica mantiene bassa la concentrazione intracellulare di sodio e alta quella del potassio e mantiene una carica netta negativa di circa 70 mV all'interno della cellula.
Questa estrusione attiva del sodio dalla cellula attraverso la membrana basolaterale favorisce la diffusione passiva di sodio della cellula dal lume tubulare ella cellula attraverso la membrana luminale, per due motivi:
(1) il gradiente di concentrazione favorisce la diffusione del sodio, poichè la concentrazione intracellulare di sodio è bassa I2mEq/L) e quella nel tubulo elevata (140mEq/L);
(2) il potenziale intracellulare negativo, 70 mV, attrae
gli ioni sodio carichi positivamente dal lume tubulare nella cellula.
Il riassorbimento attivo di sodio dovuto alla Na+K+ ATPasi avviene in quasi
tutte le porzioni del tubulo. In alcune parti del nefrone vi sono anche altri
meccanismi che trasportano grosse quantità di sodio nella cellula.
Nel tubulo prossimale vi è un esteso orletto a spazzola sul lato luminale della membrana (la faccia che guarda all'interno del lume del tubulo) che moltiplica la superficie di circa venti volte. Vi sono anche proteine che trasportano gli ioni sodio, legandoli al lato luminale della membrana e rilasciandoli all'interno della cellula, e provvedendo così alla diffusione facilitata del sodio attraverso la membrana della cellula. Queste proteine trasportatrici del sodio sono anche inportanti per il trasporto attivo secondario di altre sostanze, come il glucosio e gli aminoacidi.
Il riassorbimento netto di ioni sodio dal lume tubulare nel sangue coinvolge
quindi almeno tre passaggi:
1. Il sodio diffonde attraverso la membrana luminale (chiamata anche membrana
apicale) nella cellula secondo un gradiente elettrochimico creato dalla Na+K+
ATPasi posta sulla membrana basolaterale.
2. Il sodio viene trasportato attraverso la membrana basolaterale contro il
gradiente elettrochimico dalla Na+K+ ATPasi.
3. Il sodio, l'acqua e altre sostanze vengono riassorbite dal liquido
interstiziale nei capillari peritubulari per ultrafiltrazione, processo passivo
guidato dai gradienti di pressione idrostatica e colloidoosmotica.
Nella
figura 2: Meccanismo di base per il trasporto attivo di sodio attraverso
la
cellula epiteliale tubulare. La Na*K+ ATPasi estrude il sodio attraverso la
membrana basolaterale, così che la concentrazione intracellulare di sodio
è bassa
e si crea un potenziale elettrico intracellulare negativo. La bassa
concentrazione intracellulare di sodio e il potenziale elettrico negativo fanno
sì che gli ioni sodio diffondano dal lume del tubulo nelle cellule attraverso l'orletto
a spazzola.
Nel trasporto attivo secondario, due o più sostanze interagiscono con una proteina di membrana specifica (una molecola trasportatrice) e vengono trasportate insieme attraverso la membrana. Nel momento in cui una delle sostanze (per esempio, il sodio) diffonde secondo il suo gradiente elettrochimico, l'energia liberata viene usata per trasportare un'altra sostanza (per esempio, il glucosio) contro il suo gradiente elettrochimico. Per tale ragione, il trasporto attivo secondario non richiede energia direttamente dall'ATP o da un'altra fonte di fosfato ad alto contenuto energetico. Piuttosto, la fonte diretta di energia è quella liberata dalla simultanea diffusione facilitata di un'altra sostanza trasportata secondo il suo gradiente elettrochimico.
Nell'ambito del meccanismo del trasporto attivo secondario del glucosio e degli
aminoacidi nel tubulo prossimale. In entrambi i casi, una specifica proteina
trasportatrice nell'orletto a spazzola si combina contemporaneamente con uno
ione sodio e un aminoacido o una molecola di glucosio. Tali meccanismi di
trasporto sono così efficienti da rimuovere virtualmente tutto il glucosio e gli
aminoacidi dal lume del tubulo. Dopo che sono entrati nella cellula, il glucosio
e gli aminoacidi ne escono attraverso la membrana basolaterale per diffusione,
grazie alla loro elevata concentrazione intracellulare, facilitata da specifiche
proteine trasportatrici.
I cotrasportatori sodioglucosio (SGLT2 e SGLT1) sono localizzati sull'orletto
a spazzola delle cellule del tubulo prossimale e trasportano il glucosio nel
citoplasma cellulare contro un gradiente di concentrazione, come descritto in
precedenza. Circa il 90% del glucosio filtrato è riassorbito da SGLT2 nella
prima porzione del tubulo prossimale (segmento SI), mentre il restante 10% è
trasportato da SGLT1 nei segmenti finali del tubulo prossimale. Al lato basolaterale della membrana, il glucosio fuoriesce dalla cellula negli spazi
interstiziali grazie ai trasportatori del glucosio GLUT2, nel segmento SI e
GLUT1 nella porzione finale (segmento S3) del tubulo prossimale.
Anche se il trasporto di glucosio contro gradiente chimico non usa direttamente
ATP, il riassorbimento del glucosio dipende dall'energia spesa dalla Na+K+
ATPasi della membrana basolaterale. Il gradiente elettrochimico per la
diffusione facilitata del sodio attraverso la membrana luminale viene mantenuto
dall'attività di questa pompa ed è questa diffusione del sodio all'interno della
cellula secondo gradiente che fornisce l'energia per il contemporaneo trasporto
contro gradiente del glucosio attraverso la membrana luminale. Tale
riassorbimento di glucosio è quindi detto "trasporto attivo secondario", poichè
il glucosio di per sè viene riassorbito contro un gradiente chimico, ma è
"secondario" al trasporto attivo primario di sodio.
Un altro punto importante è che si dice che una sostanza va incontro a trasporto
"attivo" quando almeno uno dei passaggi del suo riassorbimento coinvolge un
trasporto attivo primario o secondario, anche se altri passaggi nel processo di
riassorbimento possono essere passivi. Per il riassorbimento del glucosio, vi è
un trasporto attivo secondario nella membrana luminale, ma in quella
basolaterale avviene una diffusione facilitata passiva e nei capillari
peritubulari il glucosio entra passivamente, trascinato dal flusso d'acqua.
Alcune sostanze vengono secrete nei tubuli per trasporto attivo secondario. Questo spesso coinvolge il controtrasporto della sostanza con ioni sodio. Nel controtrasporto, l'energia liberata dal movimento secondo gradiente di una delle sostanze (per esempio, gli ioni sodio) permette il movimento di una seconda sostanza contro gradiente nella direzione opposta. Un esempio di controtrasporto, è la secrezione attiva di ioni idrogeno accoppiata al riassorbimento di sodio nella membrana luminale del tubulo prossimale. In questo caso, l'ingresso di sodio nella cellula è accoppiato all'estrusione dell'idrogeno dalla cellula tramite il controtrasporto sodioidrogeno. Tale trasporto è mediato da una proteina specifica (lo scambiatore sodioidrogeno) nell'orletto a spazzola della membrana luminale. Come il sodio viene trasportato all'interno della cellula, gli ioni idrogeno sono costretti a uscire in direzione opposta nel lume tubulare.
Alcune porzioni del tubulo, soprattutto il tubulo prossimale, riassorbono molecole di grosse dimensioni come le proteine per pinocitosi. In questo processo, la proteina si lega all'orletto a spazzola della membrana luminale e, successivamente, questa porzione della membrana si invagina all'interno della cellula sino a staccarsi completamente, formando una vescicola che contiene la proteina. Una volta all'interno della cellula, la proteina viene digerita nei suoi costituenti aminoacidi, che sono riassorbiti attraverso la membrana basolaterale nel liquido interstiziale. Poichè richiede energia, la pinocitosi è considerata una forma attiva di trasporto.
Per molte sostanze che sono riassorbite o secrete attivamente, esiste un limite
alla velocità a cui la sostanza può essere trasportata, spesso indicato come
trasporto massimo. Tale limite è dovuto alla saturazione del sistema di
trasporto specifico coinvolto quando la quantità di soluto liberata nel tubulo
(detta carico tubulare) eccede la capacità delle proteine trasportatrici e degli
enzimi specifici coinvolti nel processo di trasporto.
Il sistema di trasporto del glucosio nel tubulo prossimale ne è un buon esempio.
Normalmente, nelle urine non vi è traccia di glucosio perchè essenzialmente
tutto il glucosio filtrato viene riassorbito nel tubulo prossimale. Tuttavia,
quando il carico filtrato supera la capacità dei tubuli di riassorbire il
glucosio, vi è escrezione di glucosio nell'urina.
In un uomo adulto, il trasporto massimo per il glucosio (detto carico tubulare
massimo) è mediamente pari a circa 375 mg/min, mentre il carico filtrato è pari
solo a circa 125 mg/min (VFG x concentrazione plasmatica di glucosio = 125 mL/min
x 1 mg/mL). Per ampi aumenti della VFG e/o della concentrazione plasmatica del
glucosio che aumentano il carico filtrato di glucosio a oltre 375 mg/min, il
glucosio filtrato in eccesso non viene riassorbito e si ritrova nell'urina.
Si noti che quando la concentrazione
plasmatica di glucosio è pari a 100 mg/100 mL e il carico filtrato è al livello
normale, 125 mg/min, non c'è perdita di glucosio nelle urine. Quando la
concentrazione plasmatica di glucosio cresce oltre i 200 mg/100 mL, aumentando
il carico filtrato a 250 mg/min, una piccola quantità di glucosio comincia a
comparire nelle urine (fenomeno della glicosuria). Questo punto è detto
soglia renale del glucosio. Si noti
che la comparsa del glucosio nell'urina (alla soglia) avviene prima che sia
raggiunto il carico tubulare massimo. Una ragione della differenza tra la soglia
e il carico tubulare massimo è che non tutti i nefroni hanno lo stesso trasporto
massimo per il glucosio e che, di conseguenza, alcuni dei nefroni iniziano ad
eliminare il glucosio prima che altri abbiano raggiunto il loro trasporto
massimo. Il carico tubulare massimo totale dei reni, che è pari a circa 375
mg/min, viene raggiunto quando tutti i nefroni hanno raggiunto la loro capacità
massima di riassorbire il glucosio.
Il glucosio plasmatico di un soggetto sano in genere non diventa mai abbastanza
elevato da causare un'escrezione di glucosio nell'urina, anche dopo un pasto.
Invece, nel diabete mellito non controllato, il glucosio plasmatico cresce a
livelli tali da causarne l'escrezione con le urine poichè il carico filtrato
supera la quantità massima trasportata. Alcuni dei più importanti valori di
carico tubulare massimo per sostanze riassorbite divamente dai tubuli sono:
Sostanze Carico tubulare massimo
Glucosio 375 mg/min
fosfafati 0,10mmol/min
Solfati 0,06mmol/min
Aminoacidi 1,5mmol/min
Lattato 75 mg/min
Proteine plasmatiche 30 mg/min
Carico tubulare massimo per alcune sostanze secrete attivamente
Creatinina 16mg/min
Acido paraaminoippurico 80mg/min
La ragione per cui i soluti trasportati attivamente di norma mostrano un carico
tubulare massimo è che i sistemi di trasporto si saturano quando il carico
tubulare aumenta. Le sostanze che sono riassorbite passivamente non mostrano un
carico tubulare massimo perchè la loro velocità di trasporto è determinata da
altri fattori, come (1) il gradiente elettrochimico per la diffusione della
sostanza attraverso la membrana, (2) la permeabilità della membrana alla
sostanza e (3) il tempo di permanenza del liquido contenente la sostanza
all'interno del tubulo. Un trasporto di questo tipo è detto trasporto gradientetempo perchè I velocità del trasporto dipende dal gradiente
elettrochimico e dal tempo di permanenza della sostanza nel tubulo, il che a sua
volta dipende dalla velocità del flusso tubulare.
Anche per alcune sostanze trasportate attivamente il trasporto ha
caratteristiche gradientetempo dipendenti. Un esempio è il riassorbimento di
sodio nel tubulo prossimale. Il motivo principale per cui non c'è un carico
tubulare massimo per il trasporto di sodio nel tubulo prossimale è che altri
fattori limitano la velocità di riassorbimento impedendo che venga raggiunta la
velocità massima di trasporto attivo. Per esempio, nei tubuli prossimali, la capacità massima di trasporto della
Na+K+ ATPasi basolaterale è di solito molto
più grande della reale velocità netta di riassorbimento di sodio. Una delle
ragioni è che una quantità significativa di sodio trasportata fuori dalla
cellula torna nel lume tubulare attraverso le giunzioni epiteliali. La velocità
a cui il sodio torna nel lume del tubulo dipende da diversi fattori, tra cui (1)
la permeabilità delle giunzioni e (2) le forze fisiche che determinano la velocità di riassorbimento per flusso di massa dal liquido interstiziale nei
capillari peritubulari. Perciò il trasporto di sodio nei tubuli prossimali
obbedisce soprattutto ai principi del trasporto gradientetempo piuttosto che
alle caratteristiche di un trasporto massimo tubulare. Questo significa che più
grande è la concentrazione di sodio nei tubuli prossimali, più grande è la sua
velocità di riassorbimento. Inoltre, minore è la velocità di flusso del liquido tubulare, più grande è la
percentuale di sodio che può essere riassorbita dai tubuli prossimali.
Nelle porzioni più distali del nefrone, le cellule epiteliali hanno giunzioni
molto più strette e trasportano quantità di sodio molto più piccole. In questi
segmenti, il riassorbimento di sodio mostra un carico tubulare massimo simile a
quello di altre sostanze trasportate attivamente. Inoltre, tale carico tubulare
massimo può essere aumentato da alcuni ormoni, come l'aldosterone.
Quando i soluti sono trasportati fuori dal tubulo per trasporto attivo primario o secondario, la loro concentrazione all'interno del tubulo tende a diminuire, mentre cresce nello spazio interstiziale del rene. Questo crea una differenza di concentrazione che causa il passaggio osmotico di acqua nella stessa direzione in cui sono trasportati i soluti, dal lume tubulare all'interstizio renale. Alcune porzioni del tubulo renale, specialmente il tubulo prossimale, sono molto permeabili all'acqua, e il riassorbimento di acqua avviene così rapidamente che vi è solo un piccolo gradiente di concentrazione per i soluti a cavallo della membrana tubulare. Gran parte del flusso osmotico di acqua nei tubuli prossimali avviene sia attraverso le cosiddette giunzioni serrate tra le cellule epiteliali sia attraverso le cellule stesse. La ragione, come già discusso, è che le giunzioni tra le cellule non sono così serrate come indicherebbe il loro nome, ma permettono un passaggio significativo di acqua e piccoli ioni. Ciò si verifica soprattutto nei tubuli prossimali, che hanno un'elevata permeabilità all'acqua e una più bassa ma significativa permeabilità alla maggior parte degli ioni come il sodio, il cloro, il potassio, il calcio e il magnesio. Mentre l'acqua si muove attraverso le giunzioni serrate per osmosi, può anche portare con sè alcuni soluti, in un processo detto trascinamento da solvente. Poichè il riassorbimento di acqua, soluti organici e ioni è accoppiato al riassorbimento di sodio, i cambiamenti nel riassorbimento di sodio influenzano significativamente il riassorbimento di acqua e di molti altri soluti. Nelle porzioni più distali del nefrone, a partire dall'ansa di Henle fino al tubulo collettore, le giunzioni serrate diventano molto meno permeabili all'acqua e ai soluti e, inoltre, l'area della superficie della membrana delle cellule epiteliali è notevolmente ridotta. Perciò, l'acqua non può facilmente attraversare le giunzioni serrate della membrana per osmosi. Tuttavia, l'ormone antidiuretico (ADH) aumenta notevolmente la permeabilità all'acqua nei tubuli distali e collettori, come si vedrà successivamente. Pertanto, il passaggio di acqua attraverso l'epitelio tubulare può avvenire solo se la membrana è permeabile all'acqua, indipendentemente dalla grandezza del gradiente osmotico. Nel tubulo prossimale, la permeabilità all'acqua è sempre elevata e l'acqua viene riassorbita alla stessa velocità dei soluti. Nel segmento ascendente dell'ansa di Henle, la permeabilità all'acqua è sempre bassa, così che l'acqua non viene praticamente mai riassorbita, nonostante un ampio gradiente osmotico. La permeabilità all'acqua nell'ultimo tratto del nefrone tubuli distali, tubuli e dotti collettori può essere elevata o bassa a seconda della presenza o meno dell'ADH.. La creatinina, altro prodotto di rifiuto del metabolismo, è una molecola di maggiori dimensioni rispetto all'urea e non può attraversare la membrana tubulare. Perciò la creatinina filtrata non è riassorbita, e viene tutta escreta con l'urina.
Quando il sodio viene riassorbito attraverso la cellula epiteliale del
tubulo, gli ioni negativi come il cloro seguono il sodio a causa del potenziale
elettrico. In altre parole, il trasporto degli ioni sodio, carichi
positivamente, fuori dal lume lascia l'interno del lume negativo, in confronto
al liquido interstiziale. Ciò determina la diffusione passiva degli ioni cloro
attraverso la via paracellulare. Un riassorbimento addizionale di ioni cloro
avviene a causa di un gradiente di concentrazione degli ioni cloro che si
sviluppa quando l'acqua viene riassorbita per osmosi dal tubulo, concentrando
così gli ioni cloro nel lume tubulare. Pertanto il riassorbimento
attivo di sodio è strettamente accoppiato al riassorbimento passivo di cloro
per il gradiente elettrico e per il gradiente di concentrazione degli ioni
cloro.
Riassorbimento e secrezione lungo i diversi tratti del nefrone Si è già discusso in precedenza dei principi di base secondo cui l'acqua e i soluti vengono trasportati attraverso la membrana tubulare. Tenendo presenti queste considerazioni di carattere generale, ora si può discutere delle diverse caratteristiche dei singoli segmenti tubulari che permettono loro di svolgere specifiche funzioni. Verranno discusse solo le funzioni di trasporto tubulare quantitativamente più importanti, soprattutto quelle correlate al riassorbimento di sodio, cloro e acqua. Nei capitoli seguenti si illustrerà il riassorbimento e la secrezione di altre sostanze specifiche in diverse porzioni del sistema tubulare.
Normalmente, circa il 65% del carico filtrato di sodio e di acqua e una percentuale lievemente inferiore di cloro sono riassorbiti dal tubulo prossimale prima che il filtrato raggiunga l'ansa di Henle. Queste percentuali possono essere aumentate o diminuite in diverse condizioni fisiologiche, come si vedrà in seguito. I tubuli prossimali hanno capacità di trasporto attivo e passivo molto elevate. L'elevata capacità di riassorbimento del tubulo prossimale dipende dalle caratteristiche peculiari delle sue cellule. Le cellule epiteliali del tubulo prossimale hanno un elevato metabolismo e un elevato numero di mitocondri per sostenere gli intensi processi di trasporto attivo. Inoltre, le cellule del tubulo prossimale hanno un abbondante orletto a spazzola sul lato luminale (apicale) della membrana e un esteso labirinto di spazi intercellulari e basali, i quali nel loro complesso fanno sì che la superficie delle membrane luminale e basolaterale sia molto estesa, favorendo il rapido trasporto di sodio e di altre sostanze. L'ampia superficie della membrana dell'orletto a spazzola presenta inoltre proteine trasportatrici che assorbono una grande quantità di ioni sodio insieme a diverse molecole di nutrienti organici come aminoacidi e glucosio per mezzo di meccanismi di cotrasporto. Ulteriore sodio è trasportato dal lume tubulare nella cellula per controtrasporto; questo meccanismo riassorbe sodio in scambio con la secrezione nel lume tubulare di altre sostanze, in modo particolare di ioni idrogeno. La secrezione di ioni idrogeno nel lume tubulare è un passaggio importante nel rimuovere gli ioni bicarbonato dal lume del tubulo (l'H+ si combina con l'HCO3 per formare H2C03, che poi si dissocia in H20 e C02). Anche se la Na+K+ ATPasi è la principale forza motrice per il riassorbimento del sodio, del cloro e dell'acqua lungo tutto il tubulo prossimale, ci sono alcune differenze nei meccanismi grazie ai quali il sodio e il cloro attraversano la membrana luminale delle cellule nelle porzioni iniziali e terminali del tubulo prossimale. Nella prima metà del tubulo prossimale, il sodio viene riassorbito per cotrasporto con glucosio, aminoacidi e altri soluti. Nella seconda parte del tubulo prossimale, solo una piccola quota di glucosio e di aminoacidi deve essere ancora riassorbita e il sodio viene, quindi, riassorbito principalmente con gli ioni cloro. La seconda metà del tubulo prossimale presenta una concentrazione di ioni cloro relativamente elevata (circa 140mEq/L) se paragonata a quella nella porzione iniziale (circa 105mEq/L) perchè, quando il sodio viene riassorbito in questo tratto, preferenzialmente trasporta con sè glucosio, bicarbonato e ioni organici, lasciando quindi nel lume tubulare una soluzione a maggior concentrazione di cloro. Nella seconda metà del tubulo prossimale, la più alta concentrazione di cloro favorisce la diffusione di questo ione dal lume del tubulo attraverso le giunzioni intercellulari nel liquido interstiziale renale. Minori quantità di cloro possono essere riassorbite anche attraverso canali specifici per il cloro presenti nelle membrane delle cellule dei tubuli prossimali.
Anche se la quantità di sodio nel liquido tubulare diminuisce in modo marcato lungo il tubulo prossimale, la concentrazione di sodio (e l'osmolarità totale) resta relativamente costante perchè la permeabilità all'acqua del tubulo prossimale è così grande che il riassorbimento di acqua segue di pari passo il riassorbimento del sodio. Alcuni soluti organici, come glucosio, aminoacidi e bicarbonato, sono riassorbiti molto più rapidamente dell'acqua, così che la loro concentrazione diminuisce in modo significativo lungo tutta la lunghezza del tubulo prossimale. La concentrazione di altri soluti organici, che sono meno permeanti e non sono riassorbiti attivamente, come la creatinina, aumenta lungo il tubulo prossimale. La concentrazione totale dei soluti, come evidenzia la costanza dall'osmolarità, resta essenzialmente la stessa lungo tutto il tubulo prossimale essendo la permeabilità all'acqua di questa porzione del nefrone estremamente elevata.
Il tubulo prossimale è anche un'importante sede di secrezione di acidi e di basi organiche come sali biliari, ossalati, urati e catecolamine. Molte di queste sostanze sono prodotti finali del metabolismo e devono essere rapidamente eliminate dall'organismo.
La secrezione di queste sostanze, la loro filtrazione nel tubulo prossimale da parte dei capillari glomerulari e la quasi completa mancanza di loro riassorbimento dai tubuli, contribuiscono alla loro rapida escrezione nell'urina. Oltre ai prodotti di rifiuto del metabolismo, i reni secernono direttamente nei tubuli attraverso le cellule tubulari molti farmaci o tossine potenzialmente nocivi e ripuliscono rapidamente il sangue da queste sostanze.
Nel caso di
alcuni farmaci, come la penicillina e i salicilati, la capacità dei reni di
ripulire rapidamente il sangue da queste sostanze è di ostacolo
per il mantenimento dell'effettiva concentrazione terapeutica del farmaco.
Un altro composto che viene rapidamente secreto dal tubulo prossimale è l'acido paraaminoippurico (PAI). Il PAI viene secreto così rapidamente che un soggetto
sano può allontanare circa il 90% del PAI dal sangue che passa attraverso il
rene eliminandolo con le urine. Per questo motivo, il valore della clearance del
PAI può essere usato per stimare il flusso plasmatico renale, come si vedrà
successivamente.