Fisiología Renal PDF

FISIOLOGÍA RENAL PROCESOS DE FILTRACIÓN, REABSORCIÓN Y SECRECIÓN Autor: MVZ Jesús Ángel Aguirre Pineda El aparato urinario desempeña funciones sumamente importantes para el adecuado fu...

FISIOLOGÍA RENAL PROCESOS DE FILTRACIÓN, REABSORCIÓN Y SECRECIÓN Autor: MVZ Jesús Ángel Aguirre Pineda El aparato urinario desempeña funciones sumamente importantes para el adecuado funcionamiento del organismo, entre las cuales podemos citar las siguientes:  Contribuye a mantener la concentración plasmática normal de diversas sustancias (por ejemplo proteínas, + + 2+ Na , K , Ca , fosfatos y muchas más).  Participa en la regulación del volumen y la osmolaridad de los líquidos corporales, así como de la presión arterial.  Participa en el mantenimiento del pH normal de los líquidos corporales.  Elimina el exceso de agua, sodio, potasio, calcio y otras sustancias importantes. También permite la eliminación de productos de desecho como creatinina, urea, amoniaco, metabolitos de hormonas, fármacos, etc…  Produce hormonas importantes, especialmente eritropoyetina y 1,25-dihidroxicolecalciferol. Además produce la renina. La nefrona: unidad anatomo-funcional del riñón La nefrona es una estructura conformada por múltiples células y es reconocida como la unidad funcional del riñón. De manera muy general, se puede decir que la nefrona consta de dos componentes: 1) el glomérulo y 2) los túbulos. En el glomérulo se lleva a cabo el proceso de filtración, que consiste en el paso de sustancias desde la sangre en el interior de los capilares glomerulares hacia el espacio glomerular (espacio de Bowman). El espacio glomerular se continúa con la luz de los túbulos. En los túbulos se llevan a cabo los procesos de reabsorción y secreción. La reabsorción tubular es el paso de sustancias desde el interior de los túbulos hacia el espacio intersticial, y de éste a la sangre. La secreción tubular es el proceso contrario a la reabsorción, es decir, es el paso de sustancias desde la sangre hacia el interior de los túbulos. Los túbulos de múltiples nefronas desembocan en un sistema de conductos colectores que transportan el líquido intratubular a la pelvis renal. Este líquido que llega a la pelvis renal es la orina y continúa su trayecto hacia las estructuras del aparato urinario bajo, es decir, los uréteres, la vejiga y la uretra para su posterior eliminación. La excreción es la eliminación de sustancias a través de la orina. En resumen, los cuatro procesos fundamentales llevados a cabo por el riñón son la filtración, la reabsorción, la secreción y la excreción. Los glomérulos de las nefronas se localizan en la corteza del riñón. El filtrado glomerular, localizado en el espacio glomerular y conformado por agua y muchas otras sustancias que se filtraron en los glomérulos, continúa su trayecto hacia el primer segmento del túbulo de la nefrona, llamado túbulo proximal, que también se localiza en la corteza. El túbulo proximal da origen al siguiente segmento tubular: el asa de Henle. La rama descendente del asa de Henle es una estructura tubular recta de pared delgada que desciende hasta la médula del riñón, donde se convierte en la rama ascendente del asa de Henle, que regresa a la corteza renal. El siguiente segmento tubular es el túbulo distal, el cual se localiza adyacente al glomérulo de la misma nefrona. Los túbulos distales desembocan en el sistema de conductos colectores, los cuales transportan el líquido una vez más hacia la parte interna de la médula para desembocar finalmente en la pelvis renal. De acuerdo con su disposición anatómica, existen dos tipos de nefronas. Las nefronas yuxtamedulares se distinguen porque su glomérulo se localiza en la zona profunda de la corteza renal y su asa de Henle es considerablemente larga, pues alcanza la zona más interna de la médula renal. En cambio, el glomérulo de las nefronas superficiales se localiza en la zona externa de la corteza, y su asa de Henle se extiende sólo hasta la médula externa. FILTRACIÓN GLOMERULAR La filtración de la sangre en los glomérulos es el proceso por el que se forma el filtrado glomerular, lo cual constituye el primer paso en la formación de orina. El ovillo glomerular es una red de capilares glomerulares localizada en el interior de una estructura esférica formada por células epiteliales, llamada cápsula glomerular (cápsula de Bowman). El área entre el ovillo y la cápsula glomerular es el espacio glomerular (espacio de Bowman). Una parte importante de la sangre que sale del corazón por la arteria aorta es transportada por las arterias renales y llega a los glomérulos por las arteriolas aferentes. En los capilares glomerulares, una cantidad importante de agua y varios solutos (p.e. glucosa, aminoácidos e iones) se filtran, es decir, atraviesan la pared de los capilares (abandonan la sangre) y alcanzan el espacio de Bowman. Este líquido es el filtrado glomerular, el cual se desplaza hacia el túbulo proximal. Es importante señalar que las células sanguíneas y las proteínas plasmáticas no se filtran, es decir, permanecen en los capilares glomerulares y no llegan al espacio glomerular. Esto se debe a su tamaño relativamente grande, que no les permite atravesar la barrera de filtración. Por lo tanto, el filtrado glomerular tiene una composición similar a la del plasma sanguíneo, excepto que no contiene cantidades importantes de proteínas. La sangre en el interior de los capilares glomerulares abandona el glomérulo por la arteriola eferente. La arteriola eferente transporta, claro está, células sanguíneas y proteínas, así como la parte del agua y otras sustancias que no alcanzó a filtrarse. La pared de los capilares glomerulares está formada por tres capas: 1. Endotelio capilar → es una capa única de células con endoteliales con numerosas fenestraciones. 2. Membrana basal → es una capa no celular, formado por compuestos como glucoproteínas y colágeno. 3. Epitelio visceral → es una capa intricada de células llamadas podocitos, que se distinguen por presentar extensiones llamadas procesos podales. Factores determinantes del IFG El índice de filtración glomerular (IFG) es un factor muy importante en el estudio de la fisiología renal, que hace referencia al volumen (mililitros) de filtrado glomerular producido por minuto y por kilogramo de peso corporal. Expresarlo matemáticamente resulta útil para facilitar su comprensión: IFG = CF x PF en donde CF es el coeficiente de filtración y PF es la presión de filtración. Coeficiente de filtración El CF es el producto de la permeabilidad de la barrera de filtración y del área disponible para la filtración. Fisiológicamente, los cambios del CF probablemente no constituyen un mecanismo importante de regulación de la filtración glomerular. Sin embargo, en algunas patologías este factor podría alterarse significativamente y afectar de esta manera el IFG. Por ejemplo, una enfermedad que provoque destrucción de un gran número de glomérulos dará como resultado una disminución de la superficie disponible para la filtración, lo que reducirá el CF y en consecuencia el IFG. Otro ejemplo serían las enfermedades en las que el grosor de la barrera de filtración se incrementa, lo cual provocaría disminución de la permeabilidad de la barrera de filtración y en consecuencia también del CF y del IFG. Presión de filtración La regulación fisiológica de la IFG depende de manera muy importante de los cambios en la PF. La presión de filtración depende a su vez de las fuerzas de Starling, que son las mismas que se estudiaron en fisiología cardiovascular. Las fuerzas que favorecen la filtración son la presión hidrostática de los capilares glomerulares (Phc) y la presión oncótica del espacio glomerular (Pπe), aunque esta última podría no tomarse en cuenta, pues recordemos que el espacio glomerular no contiene cantidades importantes de proteínas, razón por la cual el valor de la Pπe tiene un valor prácticamente nulo. Por otro lado, las fuerzas que se oponen a la filtración son la presión hidrostática del espacio glomerular (Phe) y la presión oncótica de los capilares (Pπc). Lo anterior puede comprenderse más fácilmente si se expresa matemáticamente: PF = Phc - Phe - Pπc Esto nos lleva a una observación importante: La dilatación de la arteriola aferente provoca aumento del flujo sanguíneo hacia los capilares glomerulares, de la presión hidrostática en estos capilares y por tanto de la presión de filtración; con esto, la producción de filtrado glomerular se incrementa. Por el contrario, la contracción de la arteriola aferente provoca disminución del flujo sanguíneo a los capilares glomerulares, de la presión hidrostática en estos capilares y por tanto de la presión de filtración; con esto, la producción de filtrado glomerular disminuye. Regulación del IFG El IFG se mantiene relativamente constante gracias a que 1) la presión arterial sistémica también se mantiene relativamente constante (mediante la participación de múltiples mecanismos en el organismo) y 2) los riñones cuentan con mecanismos intrínsecos que controlan el flujo sanguíneo a los capilares glomerulares. Participación de los riñones en la regulación de la volemia y de la presión arterial sistémica El sistema renina-angiotensina-aldosterona es uno de los principales mecanismos corporales que regulan la presión arterial sistémica. La renina es una enzima liberada a la sangre por los riñones. Es producida por las células yuxtaglomerulares, que se ubican en la pared de las arteriolas aferentes. Su liberación es estimulada por la disminución de la presión de perfusión renal (generalmente cuando disminuye la presión arterial sistémica). En la sangre, la renina cataliza la transformación del angiotensinógeno (producido en el hígado) en angiotensina I. A su paso por los vasos sanguíneos pulmonares, la angiotensina I se convierte en angiotensina II por acción de la enzima convertidora de angiotensina (ECA). La angiotensina II es un péptido que aumenta la presión arterial sistémica mediante diferentes mecanismos, que incluyen los siguientes: 1. Provoca vasoconstricción de múltiples arteriolas. 2. Aumenta directamente la reabsorción tubular de sodio. 3. Estimula la secreción de aldosterona, una hormona producida en la glándula adrenal. La aldosterona a su vez actúa incrementando la reabsorción tubular de sodio y el volumen del líquido extracelular. 4. Estimula la secreción de ADH, una hormona liberada por la hipófisis que reduce la pérdida corporal de agua. Además de aumentar la presión arterial sistémica, la angiotensina II estimula la liberación intra-renal de prostaglandinas vasodilatadoras. Por tanto, el efecto neto de la angiotensina II es aumentar la presión arterial sistémica y la perfusión sanguínea del aparato yuxtaglomerular. El sistema renina-angiotensina-aldosterona constituye un sistema de retroalimentación negativa que contribuye al mantenimiento de la presión arterial sistémica dentro de un rango normal. Control intrínseco de la perfusión capilar glomerular El aumento de la presión arterial sistémica tiende a incrementar el flujo sanguíneo renal y la presión de filtración. Asimismo, la disminución de la presión arterial sistémica tiende a reducir el flujo sanguíneo renal y la presión de filtración. No obstante, el riñón cuenta con mecanismos intrínsecos que le permiten mantener un flujo sanguíneo local y un IFG relativamente constantes, a pesar de que se presenten cambios grandes de la presión arterial sistémica. Estos mecanismos intrínsecos son el reflejo miogénico y la retroalimentación túbulo- glomerular. Reflejo miogénico → Al aumentar la tensión de la pared de la arteriola aferente (como ocurre cuando aumenta la presión arterial sistémica), esta arteriola se contrae. Esta respuesta incrementa la resistencia de la arteriola al flujo sanguíneo, por lo que el flujo a través de ella se mantiene constante a pesar del incremento de la presión arterial sistémica. A la inversa, cuando disminuye la tensión en su pared, la arteriola aferente se dilata. A pesar de que este mecanismo recibe el nombre de “reflejo”, la respuesta de la arteriola aferente es provocada directamente por los cambios en la tensión de su pared, por lo que es independiente de la inervación renal. Retroalimentación túbulo-glomerular → Recordemos que el túbulo distal de una nefrona se encuentra íntimamente asociado con el glomérulo de la misma nefrona. La mácula densa está conformada por un grupo de células epiteliales especializadas localizadas en la pared del túbulo distal, pero cercanas a la arteriola aferente (de hecho es uno de los componentes del aparato yuxtaglomerular). Cuando aumenta la concentración de sodio en el líquido intra-tubular al nivel de la mácula densa, se producen sustancias que actúan localmente aumentando la resistencia de la arteriola aferente, con lo que también se reduce la producción de filtrado. Este mecanismo permite que la velocidad del flujo tubular no exceda la capacidad de reabsorción tubular, evitando así la pérdida de agua y solutos. REABSORCIÓN Y SECRECIÓN TUBULARES La mayor parte del filtrado glomerular es reabsorbida en los túbulos de la nefrona. Para comprender la importancia de la reabsorción tubular se puede considerar el siguiente ejemplo: en los riñones de un ser humano adulto normal se forman unos 180 litros de filtrado cada día, de los cuales 179 son recuperados a la sangre (es decir reabsorbidos), por lo que la persona produce únicamente un litro de orina cada día. Si no hubiera reabsorción tubular, el animal produciría enormes volúmenes de orina y tendría que ingerir cantidades igualmente enormes de agua y solutos para reponer los líquidos perdidos. Así pues, en un animal normal cerca del 99% del agua y sodio que se filtraron en los glomérulos son regresados a la sangre mediante el proceso de reabsorción tubular. En el caso de la glucosa, el 100% de la cantidad filtrada es reabsorbida (en el túbulo proximal), por lo que la glucosa normalmente está ausente en la orina. Cada segmento de la nefrona cumple funciones particulares, por lo que no sorprende que las células epiteliales de los distintos segmentos presenten características estructurales diferentes. Por ejemplo, en el túbulo proximal se reabsorbe la mayor parte del filtrado y sus células epiteliales se caracterizan por presentar un “borde de cepillo” en su membrana apical (la que está en contacto con la luz del túbulo). Este borde de cepillo consiste en pliegues de la membrana celular que aumentan la superficie disponible para la reabsorción. Incluso la membrana basal de estas células (la que está en contacto con el líquido intersticial) presenta pliegues que incrementan la superficie. Estas características histológicas del túbulo proximal no se observan en el asa de Henle ni el túbulo colector. La reabsorción tubular de algunas sustancias ocurre por la vía transcelular. Esto es, las sustancias son transportadas primero desde la luz del túbulo al interior de las células epiteliales (atravesando la membrana apical de esas células) y luego del interior de las células al espacio intersticial (atravesando la membrana basal), Otras sustancias se reabsorben por la vía paracelular es decir, se desplazan por los espacios que se encuentran entre las células epiteliales adyacentes. Las sustancias reabsorbidas se incorporan a la sangre de los capilares peritubulares, los cuales son vasos sanguíneos que se originan de la arteriola eferente y están en contacto íntimo con la cara basal del túbulo. Túbulo proximal En el túbulo proximal se reabsorbe la mayor parte del filtrado glomerular. Por ejemplo, más del 60% del agua filtrada es reabsorbida en este segmento. Reabsorción de glucosa La reabsorción de múltiples sustancias en el túbulo proximal depende directa o indirectamente de la actividad + + de la bomba sodio-potasio (ATPasa de Na -K ), localizada en la membrana basal de las células epiteliales del túbulo. La actividad continua de esta bomba requiere cantidades importantes de ATP, pero permite mantener + + una concentración intracelular de Na considerablemente baja, al expulsar activamente iones Na hacia el líquido extracelular. Debido a la actividad de esta bomba, la concentración de sodio en la luz tubular es mayor que en el líquido intracelular, por lo tanto existe un gradiente que favorece el movimiento de sodio de la luz del túbulo al interior de las células epiteliales. Esta “tendencia” de los iones sodio a entrar es una fuerza que puede ser aprovechada para incorporar sustancias que se encuentran en la luz del túbulo (como glucosa o aminoácidos) al interior de las células epiteliales. Por ejemplo, un cotransportador de glucosa y sodio, localizado en la membrana apical, transporta simultáneamente glucosa y sodio al interior de las células. El consiguiente aumento de la concentración intracelular de glucosa favorece su paso a través de la membrana basal mediante difusión facilitada. Se dice entonces que la glucosa es reabsorbida por un mecanismo de transporte activo secundario, ya que la energía necesaria para esta función proviene indirectamente de la + + actividad de la ATPasa de Na -K. Otras sustancias que se reabsorben por transporte activo secundario incluyen aminoácidos, fosfatos, sulfatos y aniones orgánicos. La glucosa se filtra libremente en los glomérulos debido a su tamaño relativamente pequeño. No obstante, en un animal sano, TODA la glucosa filtrada es reabsorbida por el túbulo proximal, razón por la cual esta sustancia no está presente en los siguientes segmentos tubulares de la nefrona y tampoco en la orina. En animales con diabetes mellitus, la concentración sanguínea de glucosa es tan elevada, que en los glomérulos se filtra una cantidad mayor que la que los túbulos proximales son capaces de reabsorber. En consecuencia, aparece glucosa en la orina. Además, el efecto osmótico de esta glucosa provoca que una cantidad de agua mayor de la normal también sea excretada. Por esta razón los pacientes diabéticos producen grandes volúmenes de orina (poliuria) y, de manera compensatoria, ingieren grandes cantidades de agua (polidipsia). - + Reabsorción de bicarbonato (HCO3 ) y secreción de H - El túbulo proximal reabsorbe la mayor parte del HCO3 filtrado mediante un mecanismo que también depende + de la activad de la bomba de Na+-K+. Este mecanismo además permite la secreción de iones H. Reabsorción de otras sustancias 2+ + Muchas otras sustancias también se reabsorben en el túbulo proximal. Los iones Ca y K se reabsorben de manera pasiva por vía paracelular. Las pocas proteínas que alcanzaron a filtrarse pueden ser recuperadas por las células tubulares mediante endocitosis. Secreción de sustancias Muchas sustancias exógenas y productos endógenos de desecho son escasamente filtrados en los glomérulos, debido a sus características fisicoquímicas. Sin embrago, el túbulo proximal es capaz secretar muchas de estas sustancias para su posterior excreción urinaria. Algunas sustancias secretadas en los túbulos incluyen productos endógenos como sales biliares, oxalato, urato, creatinina, prostaglandinas, adrenalina, así como drogas y toxinas (antibióticos, diuréticos, morfina, etc…) Rama descendente y rama ascendente delgada del asa de Henle En estos segmentos delgados del asa de Henle se lleva a cabo la reabsorción pasiva de agua (rama descendente) y solutos (rama ascendente). A su paso por la rama descendente, (que reabsorbe agua, pero no solutos), el líquido intratubular se concentra; es decir, su osmolaridad aumenta considerablemente. Posteriormente, en la rama ascendente (que reabsorbe solutos, pero no agua), el líquido intratubular se diluye. Segmentos tubulares distales En la rama ascendente gruesa del asa de Henle y el túbulo contorneado distal se reabsorben solutos mediante transporte activo. Sin embrago, estos segmentos distales son impermeables al agua. Por lo tanto, durante su trayecto por estos segmentos, el líquido intratubular pierde solutos, pero no agua. En otras palabras, la actividad de estos segmentos distales de la nefrona (“segmentos diluyentes”) disminuye la osmolaridad del líquido intratubular (lo diluye). De esta manera, independientemente del estado fisiológico del animal, el líquido intratubular que llega a la parte final del túbulo distal tiene una osmolaridad cercana a 100 mOsm/L. Conducto colector Los conductos colectores descienden por la corteza y la médula hasta desembocar en la pelvis renal. Entre otras funciones, en estos conductos se reabsorbe agua (en mayor o menor cantidad, según las condiciones del organismo). La reabsorción de agua en los conductos colectores es regulada por una hormona hipotalámica llamada vasopresina u hormona antidiurética (ADH) y es uno de los factores que permiten al riñón concentrar la orina, es decir producir orina con mayor osmolaridad como consecuencia de un aumento en la reabsorción de agua. Además de provocar cambios en la concentración de la orina, esta actividad es sumamente importante para la regulación del volumen y la osmolaridad de los líquidos corporales.