Fisiología de los Riñones P1.6 PDF

Terminología asociada a la nefrona El Na+ es filtrado libremente a través de los capilares glomerulares, es reabsorbido casi completamente y solo una pequeña fracción de la carga filtrada es excretada. Sin embargo, ¿cuáles son los detalles del proceso de reabsorción? ¿Se reabsorbe el Na + a través d...

Terminología asociada a la nefrona El Na+ es filtrado libremente a través de los capilares glomerulares, es reabsorbido casi completamente y solo una pequeña fracción de la carga filtrada es excretada. Sin embargo, ¿cuáles son los detalles del proceso de reabsorción? ¿Se reabsorbe el Na + a través de la nefrona o solo en ciertos segmentos, y qué mecanismos de transporte celular intervienen? Para responder a estas preguntas más complejas se han desarrollado técnicas para estudiar la función de la nefrona. En la técnica de micropunción se obtienen muestras de líquido directamente de nefronas individuales y se analizan. En la técnica de la nefrona aislada perfundida se disecan segmentos de nefronas del riñón y se perfunden con soluciones artificiales in vitro. En la técnica de la membrana aislada se preparan vesículas de membranas luminales o basolaterales de células epiteliales renales para estudiar sus propiedades bioquímicas y de transporte. Los términos asociados a la función de la nefrona son paralelos a los usados para describir la función de todo el riñón. Por ejemplo, «O» es orina en la terminología de todo el riñón y el mismo término paralelo para la nefrona; «LT» es líquido tubular. «TFG» es la TFG de todo el riñón y «TFGUF» es la tasa de filtración en una nefrona. Cociente [LT/P]x El cociente [LT/P]x compara la concentración de una sustancia en el líquido tubular con su concentración en el plasma sistémico. Mediante la técnica de micropunción, el cociente [LT/P]x puede medirse en varios puntos de la nefrona, empezando en el espacio de Bowman. Se supone que las concentraciones plasmáticas son constantes y, por tanto, cualquier cambio en la [LT/P]x refleja cambios en la concentración en el líquido tubular. Para entender cómo se aplica el cociente [LT/P]x , considérese un simple ejemplo. Supongamos que el cociente (LT / P)Na + se mide en el espacio de Bowman y es de 1,0. Un valor de 1,0 significa que la concentración de Na+ en el líquido tubular es igual a la concentración plasmática de Na+. Este valor tiene sentido, basado en el conocimiento de la filtración glomerular: el Na+ es filtrado libremente por los capilares glomerulares hacia el espacio de Bowman y la concentración de Na+ del filtrado debería ser idéntica a la concentración plasmática (con una pequeña corrección de Gibbs-Donnan). Aún no se ha producido reabsorción ni secreción. La generalización que puede hacerse es que, por cada sustancia filtrada libremente, el cociente [LT/P] x es de 1,0 en el espacio de Bowman (antes de que se haya producido la reabsorción o la secreción para modificarlo). Pueden hacerse las siguientes interpretaciones para valores de [LT/P]x , donde x es cualquier soluto. De nuevo, se supone que la concentración plasmática de x es constante. ​ ♦ [LT/P]x = 1,0. Un valor de 1,0 puede tener dos significados. El primero se muestra en el ejemplo anterior: en el espacio de Bowman, la [LT/P]x de una sustancia filtrada libremente es de 1,0 porque aún no se ha producido reabsorción ni secreción. El segundo es más complicado. Supongamos que la muestra de líquido tubular se obtiene al final del túbulo proximal y la [LT/P]x es de 1,0. ¿Significa esto que no se ha producido reabsorción ni secreción del soluto en el túbulo proximal? No necesariamente. También es posible que se haya producido la reabsorción del soluto, pero se haya producido la reabsorción de agua en la misma proporción exactamente. Si el soluto y el agua se reabsorben proporcionalmente, la concentración del soluto en el líquido tubular no cambia. De hecho, esto es precisamente lo que sucede en el caso del Na+ en el túbulo proximal: el Na+ es reabsorbido, pero la (LT / P)Na + sigue siendo de 1,0 en todo el túbulo proximal por la proporcionalidad de la reabsorción de Na+ y agua. ​ ♦ [LT/P]x 1,0. Un valor mayor de 1,0 tiene dos posibles significados. El primero es que ha habido una reabsorción neta del soluto, pero inferior a la reabsorción de agua. Cuando la reabsorción de soluto va por detrás de la reabsorción de agua, la concentración de soluto en el líquido tubular aumenta. El segundo es que ha habido una secreción neta del soluto en el líquido tubular, haciendo que su concentración aumente por encima de la plasmática. [LT/P] inulina La explicación anterior sobre los valores de la [LT/P]x pone de manifiesto que su interpretación requiere un conocimiento simultáneo de la reabsorción de agua. Recuérdese una de las preguntas planteadas: ¿Es la [LT/P] x igual a 1,0 porque ha habido filtración, pero no reabsorción ni secreción? ¿O es la [LT/P] x igual a 1 porque ha habido una reabsorción proporcional de soluto y agua? Estas dos posibilidades, muy diferentes, pueden distinguirse solo si se mide simultáneamente la reabsorción del agua. La inulina, la sustancia utilizada para medir la TFG, también puede utilizarse para medir la reabsorción de agua en la nefrona. Recuérdese que, una vez filtrada la inulina por los capilares glomerulares, es inerte, es decir, no se reabsorbe ni se segrega. Por tanto, la concentración de inulina en el líquido tubular no se ve afectada por su propia reabsorción o secreción, solo se ve afectada por el volumen de agua presente. Por ejemplo, en el espacio de Bowman, la concentración de inulina en el líquido tubular es idéntica a su concentración plasmática (porque la inulina se filtra libremente). A medida que se reabsorbe agua por la nefrona, la concentración de inulina en el líquido tubular aumenta de manera constante y acaba siendo superior a la concentración plasmática. La reabsorción de agua puede calcularse a partir del valor de la [LT/P]inulina. Considérese un ejemplo en el que se obtiene una muestra de líquido tubular y [LT/P] inulina = 2,0. Dicho de otro modo, esto significa que la concentración de inulina en el líquido tubular es dos veces mayor que su concentración plasmática. El agua debe haberse reabsorbido en porciones más iniciales de la nefrona para que la concentración de inulina en el líquido tubular se duplique. ¿Cuánta agua se reabsorbió para lograr este valor de [LT/P] inulina ? Este simple ejemplo puede analizarse intuitivamente: si se duplica la concentración de inulina en el líquido tubular, entonces debe haberse eliminado el 50% del agua (es decir, reabsorbido). Pueden utilizarse otros valores de la [LT/P]inulina para medir la reabsorción de agua con la siguiente ecuación: Fracción De Agua Filtrada Reabsorbida= 1 − 1/[LT/P]inulina La ecuación puede entenderse al compararla con la solución intuitiva para [LT/P] inulina = 2,0. En ese ejemplo, la fracción del agua filtrada reabsorbida = 1 − 1/2 = 0,5 o 50%. La solución matemática da exactamente la misma respuesta que el método intuitivo, en el que también se concluyó que se había reabsorbido el 50% del agua. No es tan fácil determinar de forma intuitiva otros valores de [LT/P]inulina y puede ser necesario utilizar la ecuación. Por ejemplo, si [LT/P] inulina = 100, la fracción del agua filtrada reabsorbida = 1 − 1/100 = 1 − 0,01 = 0,99 o 99%. Casualmente, este es el valor de la [LT/P]inulina que podría obtenerse al final de los túbulos colectores, lugar donde el 99% del agua filtrada se ha reabsorbido hacia la sangre. [LT/P]x / [LT/P]inulina El cociente [LT/P] inulina es una herramienta para corregir la [LT/P]x para la reabsorción de agua. Con esta corrección puede saberse con certeza si una sustancia se ha reabsorbido, segregado o no transportado. El [LT/P]x / [LT/P]inulina es un doble cociente que hace esta corrección. Este es el significado exacto del doble cociente: fracción de la carga filtrada de sustancia x restante en cualquier punto de la nefrona. Por ejemplo, si [LT/P]x / [LT/P]inulina = 0,3, entonces el 30% de la carga filtrada del soluto permanece en el líquido tubular en ese punto de la nefrona, o se ha reabsorbido un 70%. Esta es, aproximadamente, la situación del Na+ al final del túbulo proximal: [LT/P]Na+ / [LT/P]inulina = 0,3, lo que significa que el 30% del Na+ filtrado permanece en ese punto y que se ha reabsorbido el 70%. A partir de la discusión anterior, recuérdese que al final del túbulo proximal [LT/P]Na+ = 1,0 , lo que llevó a una confusión sobre si el Na+ se reabsorbía en el túbulo proximal. Ahora, utilizando el doble cociente para corregir la reabsorción de agua, la respuesta está clara: una gran fracción del Na+ filtrado se ha reabsorbido, pero, dado que el agua se reabsorbe con el Na+ , la [LT/P]Na+ no varía respecto a su valor en el espacio de Bowman. Equilibrio del sodio De todas las funciones del riñón, la reabsorción de sodio (Na+) es la más importante. Considérese que el Na+ es el principal catión del compartimento de LEC, que consta de plasma y líquido intersticial. La cantidad de Na+ del LEC determina el volumen de LEC que, a su vez, determina el volumen plasmático, el volumen sanguíneo y la presión arterial. Por tanto, los mecanismos renales que intervienen en la reabsorción de Na + (es decir, devolver el Na+ al LEC después de la filtración) son muy importantes para mantener normales el volumen de LEC, el volumen sanguíneo y la presión arterial. Los riñones son responsables de mantener el contenido normal de Na+ en el cuerpo. Los riñones deben asegurar a diario que la excreción de Na+ es exactamente igual a la ingesta de Na+ , un proceso de ajuste llamado equilibrio del Na +. Por ejemplo, para que el equilibrio de Na + no se altere, una persona que ingiere 150 mEq de Na+ al día debe excretar exactamente 150 mEq de Na +al día. Si la excreción de Na+ es inferior a su ingesta, la persona tiene un equilibrio positivo de Na +. En este caso, el Na+ extra se retiene en el cuerpo, principalmente en el LEC. Cuando el contenido de Na+ del LEC aumenta, se produce un aumento del volumen de LEC o expansión del volumen de LEC; el volumen sanguíneo y la presión arterial también pueden aumentar y puede haber edema. Por el contrario, si la excreción de Na+ es mayor que la ingesta, la persona tiene un equilibrio negativo de Na +. Cuando se elimina del cuerpo el Na+ en exceso, el contenido de Na+ del LEC disminuye, se produce un descenso del volumen de LEC, o contracción del volumen de LEC, y el volumen sanguíneo y la presión arterial disminuyen. Debe hacerse una importante distinción entre el contenido de Na + del organismo (que determina el volumen de LEC) y la concentración de Na +. La concentración de Na+ se determina no solo por la cantidad de Na+ presente, sino también por el volumen de agua. Por ejemplo, una persona puede sufrir un aumento del contenido de Na+ , pero con una concentración de Na+ normal (si el contenido de agua aumenta proporcionalmente). O una persona puede tener un aumento de la concentración de Na+ con un contenido de Na+ normal (si ha disminuido el contenido de agua). En casi todos los casos, los cambios en la concentración de Na+ están causados por cambios en el contenido corporal de agua más que en el contenido de Na+. El riñón tiene mecanismos independientes para regular la reabsorción de Na+ y agua. Control global del Na+ El Na+ es filtrado libremente a través de los capilares glomerulares y después es reabsorbido por la nefrona. Las flechas muestran la reabsorción en varios segmentos de la nefrona y los números dan el porcentaje aproximado de la carga filtrada reabsorbida en cada segmento. La excreción de Na+ es inferior al 1% de la carga filtrada, que se corresponde con la reabsorción neta de más del 99% de la carga filtrada. Con diferencia, el grueso de la reabsorción de Na+ se produce en el túbulo contorneado proximal, donde se reabsorben dos terceras partes (o el 67%) de la carga filtrada reabsorbida. En el túbulo proximal, la reabsorción de agua siempre está relacionada con la reabsorción de Na+ , un mecanismo descrito como isosmótico. La rama ascendente gruesa del asa de Henle reabsorbe el 25% de la carga filtrada de Na+. A diferencia del túbulo proximal, donde la reabsorción de agua va ligada a la de Na+ , la rama ascendente gruesa es impermeable al agua. Las porciones terminales de la nefrona (el túbulo distal y los túbulos colectores) reabsorben aproximadamente el 8% de la carga filtrada. El túbulo contorneado distal inicial reabsorbe aproximadamente el 5% de la carga filtrada y, de igual modo que la rama ascendente gruesa, es impermeable al agua. El túbulo contorneado distal final y los túbulos colectores reabsorben el 3% final de la carga filtrada y se encargan de ajustar la reabsorción de Na+ , que al final asegura el equilibrio de Na+. No resulta sorprendente que el túbulo contorneado distal final y el túbulo colector sean los lugares de acción de la aldosterona, la hormona reguladora de Na+. Como ya se ha indicado, para que una persona mantenga el equilibrio de Na + , la cantidad de Na+ excretada por la orina (p. ej., mEq/día) debe ser exactamente igual a la ingesta diaria de Na+. Con una ingesta promedio de Na+ de 150 mEq/día, para mantener el equilibrio de Na+ deberían excretarse 150 mEq/día, menos del 1% de la carga filtrada. (Si la TFG es de 180 l/día y la concentración plasmática de Na+ es de 140 mEq/l, entonces la carga filtrada de Na+ es de 25.200 mEq/día; por tanto, la excreción de 150 mEq/día es el 0,6% de la carga filtrada [150 mEq/día dividido por 25.200 mEq/día].) En cuanto a mantener el equilibrio global de Na+ , cada segmento de nefrona desempeña una función diferente. Por tanto, los segmentos se explicarán por separado, en lo que se refiere a la cantidad de Na + filtrado reabsorbido y los mecanismos de transporte celular. Para un resumen de las funciones de cada segmento de la nefrona, véase la tabla 6.7. Túbulo contorneado proximal El túbulo contorneado proximal consta de un túbulo contorneado proximal inicial y otro final. Los mecanismos de reabsorción del Na+ en los túbulos proximales inicial y final son diferentes, como reflejan los aniones y otros solutos que acompañan al Na+. En el túbulo proximal inicial, el Na+ se reabsorbe principalmente con HCO3− y solutos orgánicos como glucosa y aminoácidos. En el túbulo proximal final, el Na+ se reabsorbe principalmente con Cl− , pero sin solutos orgánicos. A pesar de estas diferencias, pueden hacerse varias afirmaciones que describen el túbulo proximal como un todo. 1) Todo el túbulo proximal reabsorbe el 67% del Na+ filtrado. 2) Todo el túbulo proximal también reabsorbe el 67% del agua filtrada. El estrecho acoplamiento entre la reabsorción de Na+ y agua se denomina reabsorción isosmótica. 3) Esta gran reabsorción de Na+ y agua (los principales componentes del LEC) es sumamente importante para mantener el volumen de LEC. 4) El túbulo proximal es el lugar donde se produce el equilibrio glomerulotubular, un mecanismo para acoplar la reabsorción y la TFG. Túbulo contorneado proximal inicial La primera mitad del túbulo contorneado proximal se denomina túbulo proximal inicial. En este segmento, los solutos más esenciales se reabsorben junto con el Na+ : glucosa, aminoácidos y HCO3−. Debido a los papeles metabólicos básicos de la glucosa y de los aminoácidos y a la función de tamponador crítico del HCO3− , puede pensarse que el túbulo proximal inicial realiza el trabajo reabsortivo de «mayor prioridad». La membrana luminal contiene múltiples mecanismos de transporte activo secundario, que obtienen su energía del gradiente transmembrana de Na +. Recuérdese que el transporte activo secundario puede ser un cotransporte, donde todos los solutos se mueven en la misma dirección a través de la membrana celular, o un contratransporte o intercambio, donde los solutos circulan en direcciones opuestas a través de la membrana celular. Los mecanismos de cotransporte en la membrana luminal del túbulo proximal inicial son de Na+ -glucosa (SGLT2), Na+ -aminoácido, Na+ -fosfato, Na+ -lactato y Na+ -citrato. En cada caso, el Na+ se mueve hacia el interior de la célula y a favor de su gradiente electroquímico acoplado a glucosa, aminoácido, fosfato, lactato o citrato, que se mueven hacia el interior de la célula contra sus gradientes electroquímicos. Después, el Na+ es eliminado de la célula y transportado a la sangre por la Na+ -K+ ATPasa; la glucosa y otros solutos son eliminados por difusión facilitada. Existe un mecanismo de contratransporte o intercambio en la membrana luminal del túbulo proximal inicial, el intercambio de Na+ -H+. Brevemente, el hidrógeno (H+) es transportado al lumen a cambio de Na +. El H + se combina con el HCO 3 − filtrado, convirtiéndolo en dióxido de carbono (CO2 ) y agua, que luego pasa del lumen al interior de la célula. Dentro de la célula, el CO2 y el agua se reconvierten en H+ y HCO3 −. El H+ es transportado de nuevo por el intercambiador de Na+ -H+ y el HCO3− es reabsorbido en la sangre por difusión facilitada. El resultado neto del ciclo es la reabsorción del HCO3− filtrado. Por tanto, en el túbulo proximal inicial, el HCO3− , no el Cl− , es el anión que se reabsorbe con Na+. Existe una diferencia de potencial negativo en el lumen a través de las células del túbulo proximal inicial, debida al cotransporte de Na+ -glucosa y Na+ -aminoácido. Estos transportadores aportan una carga positiva neta a la célula y dejan una carga negativa en el lumen. Los otros transportadores son electroneutros (p. ej., intercambio de Na+ -H+ ) y, por tanto, no contribuyen a la diferencia de potencial transepitelial. Como consecuencia de estos procesos de transporte activo secundario, se producen las siguientes modificaciones en el filtrado glomerular cuando llega al punto medio del túbulo proximal: 1) el 100% de la glucosa y los aminoácidos filtrados se han reabsorbido; 2) el 85% del HCO3− filtrado se ha reabsorbido; 3) la mayor parte del fosfato, el lactato y el citrato filtrados se ha reabsorbido, y 4) dado que la reabsorción de Na+ se acopla a cada uno de estos procesos de transporte, también se ha reabsorbido extensamente. Túbulo contorneado proximal final Como se ha observado, el líquido tubular que sale del túbulo proximal inicial difiere significativamente del filtrado glomerular original. Toda la glucosa y los aminoácidos filtrados y la mayor parte del HCO3− filtrado se han reabsorbido. Por tanto, el líquido que entra en el túbulo proximal final no tiene glucosa ni aminoácidos, y tiene poco HCO3−. Además, este líquido tiene una alta concentración de Cl − , aunque quizá el porqué no se evidencie de manera inmediata. La concentración de Cl− es elevada porque el HCO3− se ha reabsorbido con preferencia en el túbulo proximal inicial, dejando el Cl− en el líquido tubular. Dado que el agua se reabsorbe isosmóticamente con el soluto, la concentración de Cl− en el líquido tubular aumenta y es mayor que la concentración de Cl− en el filtrado glomerular y la sangre. A diferencia del túbulo proximal inicial, el túbulo proximal final reabsorbe principalmente NaCl. La alta concentración de Cl− en el líquido tubular es la fuerza impulsora de esta reabsorción, para la que hay componentes celulares y paracelulares (entre células). A continuación, se explica el componente celular de la reabsorción de NaCl: la membrana luminal de las células proximales finales contiene dos mecanismos de intercambio, incluido el conocido intercambiador de Na+ -H+ y un intercambiador de aniones Cl− -formiato, guiado por la alta concentración de Cl− en el líquido tubular. La función combinada de los dos intercambiadores es transportar NaCl del lumen al interior de la célula. El Na+ es eliminado después hacia la sangre por la Na+ -K+ ATPasa y el Cl− pasa a la sangre por difusión. El componente paracelular también depende de la elevada concentración de Cl− en el líquido tubular. Las uniones herméticas entre las células del túbulo proximal no son en realidad herméticas: de hecho, son bastante permeables a solutos pequeños como el NaCl y al agua. Por tanto, el gradiente de concentración de Cl− dirige la difusión de Cl− entre las células, del lumen a la sangre. Esta difusión de Cl− crea un potencial de difusión de Cl − , haciendo el lumen positivo respecto a la sangre. Después se produce la reabsorción de Na+ , guiada por la diferencia de potencial positivo en el lumen. Igual que la vía celular, el resultado neto de la vía paracelular es la reabsorción de NaCl. Reabsorción isosmótica La reabsorción isosmótica es la característica distintiva de la función tubular proximal: las reabsorciones de soluto y agua están acopladas y son proporcionales entre sí. Por tanto, si se reabsorbe un 67% del soluto filtrado en el túbulo proximal, también se reabsorberá un 67% del agua filtrada. ¿Qué solutos incluyen el término general « soluto » ? El principal catión es el Na+ , con sus aniones acompañantes HCO3− (túbulo proximal inicial) y Cl− (túbulo proximal final). Los aniones menores son el fosfato, el lactato y el citrato. Otros solutos son la glucosa y los aminoácidos. Sin embargo, cuantitativamente, la mayor parte del soluto reabsorbido por el túbulo proximal es NaCl y NaHCO3. Una de las consecuencias de la reabsorción isosmótica ya se ha mencionado: los valores de [LT/P]Na+ y LT/P osmolaridad = 1,0 a lo largo de todo el túbulo proximal. Esto resulta sorprendente porque hay una reabsorción extensa de Na+ y soluto (osmoles) a lo largo del túbulo proximal. El motivo de que estos cocientes se mantengan en un valor de 1,0 es que la reabsorción de agua se acopla directamente con la reabsorción de Na+ y la reabsorción total de soluto. La figura 6.23 muestra un diagrama del mecanismo de la reabsorción isosmótica. Una pregunta fundamental que hay que plantear es: ¿Sigue la reabsorción de soluto a la de agua o sigue la reabsorción de agua a la de soluto? La respuesta es que la reabsorción de soluto es el primer fenómeno y el agua sigue pasivamente, como se explica en la figura 6.23. Las vías de reabsorción de soluto y agua se muestran con las líneas entrecortadas y los números en círculo de la figura se relacionan con los siguientes pasos: ​ 1. El Na + entra en la célula por la membrana luminal mediante cualquiera de los mecanismos descritos en las secciones anteriores. Dado que la membrana luminal es permeable al agua, el agua sigue al soluto para mantener la isosmolaridad. ​ 2. El Na + es bombeado fuera de célula por la Na + -K + ATPasa, localizada en las membranas peritubular o basolateral. («Basal» se refiere a las membranas celulares que están de cara al capilar peritubular [2a] y «lateral» se refiere a las membranas celulares que están de cara a los espacios laterales entre las células [2b].) A medida que se bombea Na + fuera de la célula, el agua vuelve a seguir pasivamente. ​ 3. El espacio intercelular lateral es una vía importante en la reabsorción de soluto y agua. El líquido isosmótico se acumula en estos espacios entre las células del túbulo proximal, como se ha descrito en el paso 2. (Las microfotografías electrónicas muestran los espacios que realmente se ensanchan cuando aumenta la reabsorción en el túbulo proximal.) Sobre este  líquido isosmótico en los espacios actúan después las fuerzas de Starling en el capilar peritubular. Figura 6.23: La principal fuerza de Starling que dirige la reabsorción es la alta presión oncótica (π c ) de la sangre capilar peritubular. Recuérdese que la filtración glomerular eleva la concentración de proteínas (y la π c ) en la sangre capilar glomerular; esta sangre sale de los capilares glomerulares para convertirse en sangre capilar peritubular. La π c alta es una presión que favorece la reabsorción de líquido isosmótico.