Equilibrio Hídrico: Concentración y Dilución de Orina PDF

Equilibrio hídrico: concentración y dilución de orina La osmolaridad de los líquidos corporales se mantiene en un valor de alrededor de 290 mOsm/l (para simplificar, 300 mOsm/l) mediante procesos conocidos como osmorregulación. Incluso pequeñas desviaciones de la osmolaridad de los líquidos corporal...

Equilibrio hídrico: concentración y dilución de orina La osmolaridad de los líquidos corporales se mantiene en un valor de alrededor de 290 mOsm/l (para simplificar, 300 mOsm/l) mediante procesos conocidos como osmorregulación. Incluso pequeñas desviaciones de la osmolaridad de los líquidos corporales producen un conjunto de respuestas hormonales que alteran la reabsorción de agua por los riñones, intentando normalizar la osmolaridad. Estos mecanismos renales de reabsorción de agua son los responsables de mantener constante la osmolaridad de los líquidos corporales. Igual que otros mecanismos reguladores renales, el control del equilibrio hídrico se ejerce a la altura del túbulo distal final y del túbulo colector. Las variaciones en la reabsorción del agua alteran la osmolaridad de la orina. Esta puede oscilar entre solo 50 mOsm/l y alcanzar hasta 1.200 mOsm/l. Para describir la osmolaridad de la orina se utilizan los siguientes términos: si la osmolaridad de la orina es igual a la osmolaridad de la sangre, se llama orina isosmótica. Si la osmolaridad de la orina es mayor que la osmolaridad de la sangre, se llama orina hiperosmótica. Si la osmolaridad de la orina es menor que la osmolaridad de la sangre, se llama orina hiposmótica. Regulación de la osmolaridad de los líquidos corporales La regulación de la osmolaridad de los líquidos corporales se ilustra mejor con dos ejemplos corrientes. El primero es la respuesta del cuerpo a la restricción hídrica; el segundo es la respuesta del cuerpo a la ingesta de agua. Respuesta a la restricción hídrica La figura 6.37 muestra los fenómenos que suceden cuando se priva de beber agua a una persona (p. ej., cuando alguien se pierde en el desierto durante 12 h sin poder beber agua). Los números en un círculo de la figura se relacionan con los siguientes pasos: ​ 1. El cuerpo pierde agua continuamente a través del sudor y del vapor de agua de la boca y la nariz (es la llamada pérdida insensible de agua). Si esta pérdida no se repone bebiendo agua, la osmolaridad plasmática aumenta. ​ 2. El aumento de osmolaridad estimula los osmorreceptores en el hipotálamo anterior, que son sumamente sensibles y se estimulan por aumentos de la osmolaridad menores de 1 mOsm/l.  ​ 3. La estimulación de los osmorreceptores hipotalámicos tiene dos efectos: estimula la sed, impulsando a ingerir agua, y estimula la secreción de ADH de la hipófisis posterior. ​ 4. La hipófisis posterior segrega ADH. Esta circula por la sangre hacia los riñones, donde aumenta la permeabilidad al agua de las células principales del túbulo distal final y el túbulo colector. ​ 5. El aumento de la permeabilidad al agua aumenta la reabsorción del agua (5a) en el túbulo distal final y los túbulos colectores. A medida que se reabsorbe agua en estos segmentos, la osmolaridad de la orina aumenta y el volumen de orina disminuye (5b). ​ 6. El aumento de la reabsorción de agua significa que vuelve más agua a los líquidos corporales. Junto con el aumento de la sed y el impulso de beber, la osmolaridad plasmática disminuye y se recupera el valor normal. Este es un elegante ejemplo de retroalimentación negativa, en el que la alteración original (aumento de la osmolaridad plasmática) provoca respuestas de retroalimentación (secreción de ADH y aumento de la reabsorción de agua) que restablecen el valor normal de la osmolaridad plasmática. Figura 6.37: Respuesta a la ingesta de agua La figura 6.38 muestra la serie de fenómenos que se suceden cuando una persona bebe agua. Es fácil entender estas respuestas porque son exactamente opuestas a las descritas para la restricción hídrica. De nuevo, los números en círculos de la figura se corresponden con los pasos siguientes: ​ 1. Cuando una persona bebe agua, el agua ingerida se distribuye por los líquidos corporales. Debido a que la cantidad de soluto en el cuerpo no cambia, el agua añadida diluirá los líquidos corporales y provocará un descenso de la osmolaridad plasmática. ​ 2. El descenso de la osmolaridad plasmática inhibe los osmorreceptores en el hipotálamo anterior. ​ 3. La inhibición de los osmorreceptores tiene dos efectos: reduce la sed y suprime el impulso de beber agua. También inhibe la secreción de ADH de la hipófisis posterior. ​ 4. Cuando se inhibe la secreción de ADH, las concentraciones circulantes de ADH se reducen y se libera menos ADH a los riñones. Como resultado de las menores concentraciones de ADH, desciende la permeabilidad al agua de las células principales del túbulo distal final y los túbulos colectores. ​ 5. El descenso de la permeabilidad al agua reduce la reabsorción del agua en el túbulo distal final y los túbulos colectores (5a). El agua que no es reabsorbida por estos segmentos se excreta, disminuye la osmolaridad de la orina y aumentan su volumen (5b). ​ 6. Al reabsorberse menos agua, vuelve menos agua a la circulación. Junto con la inhibición de la sed y la supresión de la ingesta de agua, la osmolaridad plasmática aumenta hasta el valor normal. Figura 6.38: Gradiente osmótico corticopapilar Para entender cómo participan los riñones en la osmorregulación, primero hay que conocer la formación y la función del gradiente osmótico corticopapilar. Descriptivamente, es un gradiente de osmolaridad en el líquido intersticial del riñón, desde la corteza a la papila. La osmolaridad de la corteza es de unos 300 mOsm/l, similar a la osmolaridad de otros líquidos corporales. Desplazándose desde la corteza a la médula externa, la médula interna y la papila, la osmolaridad del líquido intersticial aumenta progresivamente. En el extremo de la papila, la osmolaridad puede ser de hasta 1.200 mOsm/l. En cuanto al origen del gradiente osmótico corticopapilar, surge una pregunta. ¿Qué solutos contribuyen al gradiente osmótico y qué mecanismos depositan estos solutos en el líquido intersticial?La respuesta puede encontrarse en dos procesos: la multiplicación por contracorriente, una función del asa de Henle, que deposita NaCl en las regiones más profundas del riñón, y el reciclaje de urea,una función de los túbulos colectores medulares internos, que depositan urea. Multiplicación por contracorriente La multiplicación por contracorriente la efectúa el asa de Henle. Su función en la formación del gradiente osmótico corticopapilar es depositar NaCl en el líquido intersticial de las regiones más profundas del riñón. La figura 6.39 muestra una única asa de Henle y el proceso de multiplicación por contracorriente, que se explica después de forma gradual. Con fines didácticos, el asa de Henle se muestra inicialmente sin ningún gradiente corticopapilar; la osmolaridad es de 300 mOsm/l en el asa y en el líquido intersticial circundante. La multiplicación por contracorriente creará un gradiente de osmolaridad en el líquido intersticial a base de repetir un proceso de dos pasos. El primer paso se llama el efecto único y el segundo es el flujo de líquido tubular. Efecto único El efecto único se refiere a la función de la rama ascendente gruesa del asa de Henle. En la rama ascendente gruesa, el NaCl es reabsorbido por el cotransportador de Na + -K + -2Cl −. Como la rama ascendente gruesa es impermeable al agua, esta no se reabsorbe con el NaCl, diluyendo, por tanto, el líquido tubular en la rama ascendente. Transportado fuera de la rama ascendente gruesa, el NaCl entra en el líquido intersticial, aumentando su osmolaridad. Dado que la rama descendente es permeable al agua, esta sale de la rama descendente hasta que la osmolaridad aumenta hasta el nivel del líquido intersticial adyacente. Por tanto, como resultado del efecto único, la osmolaridad de la rama ascendente disminuye y las osmolaridades del líquido intersticial y de la rama descendente aumentan. La ADH incrementa la actividad del cotransportador de Na+ -K+ -2Cl− y, por tanto, aumenta el efecto único. Por ejemplo, en condiciones de concentraciones circulantes elevadas de ADH (p. ej., deshidratación), el gradiente osmótico corticopapilar aumenta; en condiciones de concentraciones circulantes bajas de ADH (p. ej., diabetes insípida central), el gradiente osmótico corticopapilar disminuye. Flujo de líquido tubular Dado que la filtración glomerular es un proceso continuo, el líquido fluye continuamente por la nefrona. A medida que nuevo líquido entra en la rama descendente del túbulo proximal, un volumen igual de líquido sale de la misma y entra en el túbulo distal. El nuevo líquido que entra en la rama descendente tendrá una osmolaridad de 300 mOsm/l porque procede del túbulo proximal. Al mismo tiempo, el líquido de alta osmolaridad en la rama descendente (creado por el efecto único) es empujado hacia la curva del asa de Henle. El proceso de dos pasos para crear el gradiente osmótico corticopapilar se ilustra en la figura 6.39. De nuevo, en el estado inicial, el asa de Henle y el líquido intersticial circundante no tienen ningún gradiente osmótico corticopapilar. Los números en un círculo de la figura corresponden a los siguientes pasos de la creación del gradiente: ​ 1. El paso 1 es el efecto único. A medida que el NaCl es reabsorbido fuera de la rama ascendente y depositado en el líquido intersticial circundante, el agua se queda en la rama ascendente. En consecuencia, la osmolaridad del líquido intersticial aumenta hasta 400 mOsm/l y el líquido en la rama ascendente se diluye a 200 mOsm/l. El líquido en la rama descendente se equilibra con el líquido intersticial y su osmolaridad también es de 400 mOsm/l. ​ 2. El paso 2 es el flujo de líquido. Nuevo líquido con una osmolaridad de 300 mOsm/l entra en la rama descendente del túbulo proximal y un volumen igual de líquido se desplaza desde la rama ascendente. Como resultado de este desplazamiento, el líquido de alta osmolaridad en la rama descendente (400 mOsm/l) es «empujado» hacia la curva del asa de Henle. Incluso en esta fase inicial puede verse que se está empezando a desarrollarse el gradiente osmótico corticopapilar. ​ 3. El paso 3 es de nuevo el efecto único. El NaCl es reabsorbido fuera de la rama ascendente y depositado en el líquido intersticial y el agua se queda en la rama ascendente. La osmolaridad del líquido intersticial y del líquido de la rama descendente aumenta, añadiéndose al gradiente creado en los pasos anteriores. La osmolaridad del líquido en la rama ascendente sigue disminuyendo (está diluido). ​ 4. El paso 4 es de nuevo el flujo de líquido. Nuevo líquido con una osmolaridad de 300 mOsm/l entra en la rama descendente del túbulo proximal, que desplaza líquido de la rama ascendente. Como resultado de  este desplazamiento, el líquido de alta osmolaridad en la rama descendente es empujado hacia la curva del asa de Henle. El gradiente de osmolaridad es ahora mayor que el del paso 2. Estos dos pasos básicos se repiten hasta que se establece todo el gradiente corticopapilar. Como se muestra en la figura 6.39 , cada repetición de los dos pasos aumenta, o multiplica, el gradiente. La magnitud del gradiente osmótico corticopapilar depende de la longitud del asa de Henle. En los humanos, la osmolaridad del líquido intersticial en la curva del asa de Henle es de 1.200 mOsm/l, pero en especies con asas de Henle más largas (p. ej., roedores del desierto), la osmolaridad en la curva puede ser de hasta 3.000 mOsm/l. Reciclaje de urea El reciclaje de urea desde los túbulos colectores medulares internos es el segundo proceso que contribuye a crear el gradiente osmótico corticopapilar. El mecanismo del reciclaje de urea se explica en la figura 6.40. Los números dentro de círculos de la figura se correlacionan con los pasos siguientes: ​ 1. En los túbulos colectores corticales y medulares externos, la ADH aumenta la permeabilidad al agua, pero no a la urea. En consecuencia, el agua es reabsorbida de los túbulos colectores corticales y medulares externos, mientras que la urea se queda en el líquido tubular. ​ 2. Este efecto diferencial de la ADH sobre la permeabilidad al agua y a la urea en los túbulos colectores corticales y medulares externos provoca el aumento de la concentración de urea en el líquido tubular. ​ 3. En los túbulos colectores medulares internos, la ADH aumenta la permeabilidad al agua y también aumenta el transportador para la difusión facilitada de la urea, UT1 (a diferencia de su efecto en los túbulos colectores corticales y medulares externos, donde solo aumenta la permeabilidad al agua). ​ 4. Debido a que la concentración de urea del líquido tubular ha aumentado por la reabsorción de agua en los túbulos colectores corticales y medulares externos, se ha creado un gran gradiente de concentración para la urea. En presencia de ADH, los túbulos colectores medulares internos pueden transportar urea que se difunde a favor de su gradiente de concentración en el líquido intersticial. La urea, que de lo contrario hubiera sido excretada, se recicla en la médula interna, donde se añade al gradiente osmótico corticopapilar. Como denota el mecanismo, el reciclaje de urea también depende de la ADH. Cuando las concentraciones de ADH son elevadas, como en la restricción hídrica, se producen efectos de permeabilidad diferencial y la urea se recicla en la médula interna, añadiéndose al gradiente osmótico corticopapilar. Cuando las concentraciones de ADH son bajas, como en la ingesta de agua o en la diabetes insípida central, no se producen los efectos de permeabilidad diferencial y la urea no se recicla. El efecto positivo de la ADH sobre el reciclaje de urea es el segundo mecanismo por el que la ADH aumenta el gradiente osmótico corticopapilar (el primero es la estimulación del cotransporte de Na+ -K+ -2Cl− y el efecto único de la multiplicación por contracorriente). Por tanto, el gradiente osmótico corticopapilar es mayor cuando las concentraciones de ADH son elevadas (p. ej., restricción hídrica; SIADH) que cuando son bajas (p. ej., ingesta de agua, diabetes insípida central). Vasos rectos Los vasos rectos son capilares que irrigan la médula y la papila del riñón. Su recorrido es el mismo que el del asa de Henle y tienen la misma forma de horquilla (U). Solo el 5% del FSR irriga la médula, y el flujo sanguíneo por los vasos rectos es especialmente bajo. Los vasos rectos participan en el intercambio por contracorriente, que se diferencia de la multiplicación por contracorriente en los términos siguientes: como ya se ha explicado, la multiplicación por contracorriente es un proceso activo que crea el gradiente osmótico corticopapilar. El intercambio por contracorriente es simplemente un proceso pasivo que ayuda a mantener el gradiente. Las propiedades pasivas de los vasos rectos son las mismas que las de otros capilares: son libremente permeables a solutos pequeños y al agua. El flujo sanguíneo por los vasos rectos es lento y los solutos y el agua pueden entrar y salir, permitiendo un intercambio por contracorriente eficiente. En la figura 6.41 se muestra un esquema del intercambio por contracorriente. La figura muestra un único vaso recto, con la rama descendente y la rama ascendente. La sangre que entra en la rama descendente tiene una osmolaridad de 300 mOsm/l. A medida que fluye por la rama descendente, la sangre se expone al líquido intersticial con una osmolaridad cada vez mayor (el gradiente osmótico corticopapilar). Como los vasos rectos son capilares, solutos pequeños, como NaCl y urea, se difunden hacia el interior de la rama descendente y el agua se difunde hacia fuera, permitiendo que la sangre de la rama descendente de los vasos rectos se equilibre osmóticamente con el líquido intersticial circundante. En la curva de los vasos rectos, la sangre tiene una osmolaridad igual a la del líquido intersticial en el extremo de la papila, 1.200 mOsm/l. En la rama ascendente ocurren fenómenos opuestos. Cuando la sangre fluye por la rama ascendente, está expuesta al líquido intersticial con una osmolaridad decreciente. Los solutos pequeños se difunden fuera de la rama ascendente y el agua fluye hacia dentro, y la sangre en la rama ascendente de los vasos rectos se equilibra con el líquido intersticial circundante. Figura 6.41: En la figura 6.41 se observa que la sangre que sale de los vasos rectos tiene una osmolaridad de 325 mOsm/l, que es ligeramente superior a la osmolaridad de la sangre original que entró. Se ha recogido parte del soluto del gradiente osmótico corticopapilar que volverá a la circulación sistémica. Con el tiempo, este proceso podría disipar el gradiente osmótico corticopapilar. Sin embargo, el gradiente normalmente no se disipa porque los mecanismos de multiplicación por contracorriente y de reciclaje de urea reponen continuamente cualquier soluto transportado por el flujo sanguíneo. Hormona antidiurética Como se ha descrito en el apartado anterior, la ADH realiza tres acciones en el túbulo renal: 1) aumenta la permeabilidad al agua de las células principales del túbulo distal final y los túbulos colectores; 2) aumenta la actividad del cotransportador de Na+ -K+ -2Cl− de la rama ascendente gruesa, potenciando, por tanto, la multiplicación por contracorriente y el tamaño del gradiente osmótico corticopapilar, y 3) aumenta la permeabilidad a la urea en los túbulos colectores medulares internos (pero no en los túbulos colectores corticales o medulares externos), potenciando el reciclaje de urea y el tamaño del gradiente osmótico corticopapilar. De estas acciones, el efecto sobre la permeabilidad al agua de las células principales es el más conocido y el más importante fisiológicamente. En ausencia de ADH, las células principales son impermeables al agua. En presencia de ADH, los canales de agua o acuaporinas se insertan en la membrana luminal de las células principales, haciéndolas permeables al agua. La acción de la ADH sobre las células principales ( fig. 6.42) consta de los siguientes pasos, que se corresponden con los números dentro de círculos de la figura: ​ 1. Cuando los niveles circulantes de ADH son altos, se libera ADH a las células principales por la sangre capilar peritubular. Los receptores V2 de la ADH (presentes en la membrana basolateral) se acoplan a la adenilil ciclasa mediante una proteína G estimuladora (Gs ). ​ 2. Cuando la ADH se fija a los receptores, se activa la adenilil ciclasa y cataliza la conversión de ATP en AMPc. ​ 3 y 4. El AMPc activa la proteína cinasa A. Después, la proteína cinasa A activada produce la fosforilación de estructuras intracelulares. Se desconoce la identidad de estas estructuras, aunque las posibilidades incluyen microtúbulos y microfilamentos, que intervienen en mecanismos de lanzadera intracelulares. ​ 5 y 6. Después del paso de la fosforilación, las vesículas que contienen canales de agua son transportadas e insertadas en la membrana luminal de la célula principal, aumentando, por tanto, su permeabilidad al agua. El canal específico del agua que está controlado por la ADH es la AQP2. Utilizando el microscopio electrónico de criofractura, pueden visualizarse los canales de agua en la membrana luminal en grupos llamados partículas intramembranosas. La presencia y el número de grupos de partículas intramembranosas se relacionan con la presencia y la magnitud de la permeabilidad al agua de las células principales, indicando que los grupos de partículas son una representación anatómica de los canales de agua. Figura 6.42: