TEMA 26. MECANISMOS DE REABSORCIÓN Y SECRECIÓN TUBULARES

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1 TEMA 26. MECANISMOS DE REABSORCIÓN Y SECRECIÓN TUBULARES REABSORCIÓN TUBULAR Diariamente se filtran 180 L de fluido desde los capilares glomerulares hacia la nefrona, sin embargo de ese volumen importante de líquido solamente se excreta 1-1,5 L y medio en la orina. Esto significa que entre el 96-99% del filtrado es de nuevo reabsorbido hacia los capilares a medida que el fluido se mueve por la nefrona. La mayor parte de la reabsorción tiene lugar en el túbulo proximal. En el resto de los segmentos de la nefrona se da una reabsorción regulada que permite a los riñones reciclar al plasma, de modo selectivo, los iones y el agua para mantener la homeostasis. La reabsorción en el túbulo de la nefrona se puede llevar a cabo por la vía transcelular y paracelular. El transporte transcelular es el que se realiza a través de las células epiteliales de la pared del túbulo mediante transportadores membranales. El transporte paracelular se refiere al movimiento de solutos a través de las uniones estrechas que existen entre las células del túbulo. Dichas uniones presentan fugas relativamente importantes responsables de un cierto grado de transporte por difusión paracelular de moléculas y de pequeños iones. Para facilitar el estudio de la reabsorción a través del túbulo de la nefrona se describe el proceso dividiendo a ésta en las distintas partes que la constituyen y describiendo las proporciones de iones, solutos y agua que se reabsorben en cada segmento de la misma. MECANISMOS DE TRANSPORTE EN LOS TÚBULOS Transporte activo primario. El Na + es transportado por la sodio-potasio ATPasa desde la célula tubular (membrana basolateral) al líquido intersticial. El gradiente electroquímico produce la reabsorción de aniones en los túbulos. Transporte activo secundario. Sustancias como la glucosa, aminoácidos, vitaminas, iones (fosfato, Cl -, K + ) y diversos metabolitos orgánicos (reabsorción y secreción) atraviesan la membrana de la célula tubular aprovechando el paso de Na +. Posteriormente, salen de la célula tubular, al líquido intersticial o a la luz tubular, por difusión facilitada o por difusión simple. 1

2 Difusión simple. La urea pasa por gradiente de concentración. Iones (Na +, K +, Ca 2+, etc.). Osmosis. El agua pasa por ósmosis siguiendo el paso de solutos. Endocitosis. Las proteínas pequeñas (hormonas, enzimas) se reabsorben en la membrana apical del túbulo proximal por endocitosis. La formación de orina requiere gasto de energía. TÚBULO PROXIMAL El túbulo proximal absorbe aproximadamente el 65-85% del agua filtrada, del Na +, Cl -, K + y otros solutos, además de prácticamente toda la glucosa y los aminoácidos. La presencia de la bomba Na + -K + -ATPasa en la membrana basolateral del túbulo proximal es fundamental para la reabsorción ya que todas las sustancias que son reabsorbidas, incluyendo el agua dependen de algún modo del funcionamiento de la bomba Na + - K + -ATPasa. La reabsorción del Na + implica dos mecanismos de transporte: uno pasivo y otro activo. El Na + se mueve a favor de su gradiente de concentración desde el lado apical del túbulo proximal hacia el interior de las células epiteliales mediante un canal iónico de Na + (transporte pasivo). Por otro lado, el Na + sale de estas células hacia el líquido intersticial mediante la bomba de Na + -K + ATPasa presente en la membrana basolateral de las mismas (transporte activo). La reabsorción de Na + y Cl - en el túbulo proximal se puede llevar a cabo por la vía transcelular y paracelular. La reabsorción de muchas sustancias como la glucosa, los aminoácidos, los iones y otros metabolitos orgánicos se realiza mediante transporte activo secundario ligado a Na +, dónde un cotransportador dependiente de Na + se encuentra en la membrana apical y en la basolateral hay una proteína transportadora que realiza difusión facilitada. La reabsorción de la glucosa implica la presencia de un cotransportador simporte en la membrana apical que cotransporta Na + y glucosa, moviendo la glucosa en contra de su gradiente de concentración. En la membrana basolateral la bomba Na + -K + -ATPasa transporta el Na + fuera de la célula epitelial, y la glucosa se mueve en el mismo sentido por difusión facilitada. 2

3 La reabsorción de agua se lleva a cabo debido a un gradiente osmótico que se establece por la reabsorción de solutos. La reabsorción en el túbulo distal permite un ajuste fino de la excreción de los iones y agua, de acuerdo con lo necesario para mantener la homeostasis corporal. ASA DE HENLE En esta parte de la nefrona se reabsorbe el 25% del NaCI filtrado, y los iones K +, Cl - y HCO3 -. La mayor parte de esta reabsorción se lleva a cabo en el segmento grueso ascendente. El segmento delgado descendente tiene menor capacidad de reabsorción y no se reabsorbe una cantidad significativa de solutos, sin embargo en el segmento delgado descendente se reabsorbe el 15% del agua filtrada, hecho que solamente tiene lugar en esta parte del asa de Henle puesto que el segmento ascendente es impermeable al agua. Para la reabsorción de solutos en la rama ascendente gruesa es clave la presencia en la membrana basolateral de una bomba Na + -K + -ATPasa. La bomba mantiene la concentración baja intracelular de Na +, lo que establece un gradiente químico que favorece el movimiento del ion desde el líquido tubular hasta el interior de la célula. El movimiento de Na + a través de la membrana apical se lleva a cabo por una proteína simporte 1Na + -1K + -2Cl -, que mueve el Na + y el Cl - a favor de su gradiente y el K + en contra del suyo. NEFRONA DISTAL. TÚBULO DISTAL (TD) Y COLECTOR (TC) La nefrona distal reabsorbe aproximadamente el 7% de NaCI filtrado y una cantidad variable de agua. La reabsorción de agua a través de canales llamados acuoporinas está regulado por la ADH. Una cantidad muy pequeña de la urea que llega al túbulo contorneado distal se reabsorbe en ese sitio o en el siguiente segmento, el conducto colector cortical, ya que ambos son relativamente impermeables a la urea. Por tanto la mayor parte de la urea que alcanza el túbulo distal, alcanza los conductos colectores papilares, dónde de nuevo, como en el túbulo proximal, la reabsorción pasiva de urea es grande. En el conducto colector pueden distinguirse dos tipos de células: las células principales y las células intercaladas. Las células principales reabsorben Na + y agua dependiendo de la ADH y secretan K +. Las células intercaladas secretan o H + o iones HCO3 - ; y son muy importantes en la regulación del equilibrio ácido-base SECRECIÓN La secreción es el proceso por el que se transfieren moléculas desde el plasma al líquido intersticial y desde éste hacia el lumen de la nefrona. 3

4 TÚBULO PROXIMAL Además de los solutos y el agua que se reabsorbe en el túbulo proximal se secretan cationes y aniones orgánicos (AMPc, sales biliares, PGs, ácido úrico, urea, etc.). Muchas de estas sustancias son productos de procedencia endógena resultantes del metabolismo que circulan por el plasma. Otras sustancias que se secretan son compuestos de procedencia exógena como la fármacos, tóxicos, PAH, etc. ASA DE HENLE En este segmento de la nefrona prácticamente no existe secreción de sustancias, sin embargo conviene destacar el caso de la urea ya que es particular. En el túbulo recto proximal y la rama delgada descendente de Henle la urea se secreta. El origen de la secreción de urea no es, como es habitual, el plasma peritubular sino la urea que ha sido reabsorbida por los conductos colectores papilares. NEFRONA DISTAL. En las células principales de la se produce secreción de K TRANSPORTE TUBULAR MÁXIMO Es la capacidad máxima (mg/min) que tiene el túbulo para reabsorber una sustancia. La reabsorción de glucosa es proporcional a su concentración plasmática hasta que se alcanza el transporte máximo (375 mg/min). Por encima del límite, la glucosa aparece en orina (glucosuria). El umbral renal: es la concentración plasmática ( mg/ml) a la que se produce la saturación del transporte tubular de una sustancia que se reabsorbe un 100 %, entonces aparece en orina. La carga tubular renal o carga filtrada = filtración glomerular (125 ml/min) x [glucosa] (100 mg/dl) = 125 mg/min La carga tubular renal o carga filtrada = filtración glomerular (125 ml/min) x [glucosa] (200 mg/dl) = 250 mg/min La carga tubular renal o carga filtrada = filtración glomerular (125 ml/min) x [glucosa] (300 mg/dl) = 375 mg/min La carga tubular renal o carga filtrada = filtración glomerular (125 ml/min) x [glucosa] (400 mg/dl) = 475 mg/min En este último caso aparecerá glucosuria: = 100 mg/min El transporte tubular máximo para la glucosa es de 375 mg/min, que corresponde a una concentración plasmática de 300 mg/dl. A esta concentración plasmática se la llama umbral renal, que es a la que se produce la saturación de los transportadores de glucosa. 4

5 26.3. REGULACIÓN HORMONAL DEL TRANSPORTE DE SODIO Y AGUA. OTRAS HORMONAS RENALES El NaCI es el principal soluto del LEC, luego cualquier cambio de la concentración de Na + en el LEC determina cambios en la regulación del equilibrio hídrico. El control renal del sodio está estrechamente regulado por ser esencial en la homeostasis del volumen de líquido extracelular. La regulación de Na + está mediada por un sistema complejo conocido como el sistema reninaangiotensina-aldosterona. Los estímulos que activan este sistema están relacionados con el volumen sanguíneo, con la presión sanguínea y con la osmolaridad y no directamente con el ion Na + por sí mismo. FACTORES QUE AFECTAN A LA REGULACIÓN HORMONAL DEL TRANSPORTE DE SODIO Y AGUA Presión arterial (barorreceptores) Osmolaridad (osmorreceptores) Volumen sanguíneo (mecanorreceptores) 1) P. A. (-) SNS (-) RENINA ANG II ALDOSTERONA P. A. (+) SNS (+) RENINA ANG II ALDOSTERONA 2) OSMOLARIDAD (+) OSMORRECEPTORES (+) ADH, (+) SED, (-) Aldosterona OSMOLARIDAD (lo contrario) 3) VOLUMEN SANGUÍNEO distensión auricular (+) FNA VOLUMEN SANGUÍNEO PA (-) PNA, (+) SED, (+) ADH Los mecanismos de regulación no de dan aislados. Se revisan a continuación los mecanismos que regulan el equilibrio de Na + y como consecuencia la regulación del volumen extracelular: El equilibrio de sodio depende de la aldosterona La reabsorción de Na + en el túbulo distal y colector y conducto colector se lleva a cabo por una hormona esteroidea conocida como aldosterona, (a mayor secreción de aldosterona, mayor reabsorción de Na + ). La aldosterona es una hormona que se sintetiza en la corteza adrenal y que actúa sobre las células principales de la nefrona distal. 5

6 Con relación a la regulación del Na + es importante destacar que la aldosterona juega un papel fundamental en la nefrona distal, donde la reabsorción de Na + y de agua son procesos independientes controlados por esta hormona y por la ADH respectivamente. En el túbulo proximal, en cambio, producto de su alta permeabilidad al agua, la regulación de Na + está determinada por la absorción directa del agua no interviniendo en esta caso ningún mecanismo hormonal. La secreción de aldosterona se controla de dos maneras; una es directamente desde la corteza adrenal y otra es indirectamente a través de la angiotensina II. Los estímulos que actúan sobre la corteza adrenal para la secreción de la aldosterona son un aumento de la concentración extracelular de K + que estimula su secreción y un aumento de la osmolaridad del LEC que la inhibe. Sistema renina-angiotensina-aldosterona Las célulass yuxtaglomerulares se encargan de sintetizar renina. La renina es una enzima proteolítica que se libera a sangre, y en el interior de los vasos actúa sobre el angiotensinógeno, una proteína plasmática inactiva. El angiotensinógeno se produce en el hígado y es convertido en angiotensina I por la renina. La angiotensina I se transforma en angiotensina II por la enzima convertidora de angiotensina (ECA). La ECA se encuentra principalmente en la superficie del endotelio vascular de las células pulmonares y renales. Aunque la renina constituye la enzima que modula la producción de la aldosterona necesaria para regular la reabsorción de Na +, los estímulos que participan en su secreción están relacionados directa o indirectamente con la presión sanguínea y no con el nivel de Na +. Estos estímulos son: Angiotennsina II La angiotensina II estimula la reabsorción de Na + y agua en el túbulo proximal. Además de estimular la secreción de la aldosterona tiene diferentes acciones como son la estimulación de la sed, etc. Péptido natriurético atrial Las células miocárdicas auriculares producen una hormona péptidica que se conoce como péptido natriurético auricular y que se secreta cuando dichas células se distienden a causa de un aumento en el volumen sanguíneo. El péptido natriurético auricular incrementa la excreción de Na + y de agua en la orina, y aumenta la velocidad de filtración glomerular. Además este péptido disminuye la reabsorción de Na + y de agua por el conducto colector. Esto ocurre fundamentalmente en el conducto colector medular. Además de los efectos descritos, el PNA tiene numerosos efectos indirectos, como son que inhibe la secreción de renina, aldosterona y ADH. La ADH es una hormona peptídica sintetizada en el hipotálamo. Cuando la osmolaridad se incrementa, los osmorreceptores envían señales a las células secretoras de ADH y se estimula su síntesis y secreción. La función más importante de la ADH en los riñones consiste en aumentar la permeabilidad del conducto colector al agua, aumentando los canales de agua o acuoporinas (reabsorción). 6

7 OTRAS HORMONAS RENALES PRODUCCIÓN DE ORINA CONCENTRADA Y DILUIDA La concentración de orina se produce en el túbulo colector, en presencia de ADH y gracias a la hiperosmolaridad de la médula. Sistema de intercambio por contracorriente (asa de Henle). Los sistemas de intercambio por contracorriente requieren vasos sanguíneos arteriales y venosos que pasen muy próximos unos de otros y que sus flujos de líquido se muevan en direcciones opuestas. Esta disposición anatómica permite la transferencia de moléculas de un vaso a otro. Como el riñón forma un sistema cerrado, los solutos no se pierden hacia el medioambiente externo. En cambio, los solutos se concentran en el intersticio. Este proceso es ayudado por el transporte activo de solutos fuera de la rama ascendente, lo que aumenta más la osmolaridad del líquido extracelular. Por esta razón, el asa de Henle se conoce como multiplicador por contracorriente. Multiplicador por contracorriente renal. El filtrado proveniente del túbulo proximal fluye en la rama ascendente del asa de Henle. La rama descendente es permeable al agua pero no transporta iones. A 7

8 medida que el asa se hunde en la médula, el agua se mueve por ósmosis desde la rama descendente hacia el líquido intersticial progresivamente más concentrado y deja los solutos detrás en la luz tubular. El filtrado se vuelve progresivamente más concentrado a medida que se mueve más profundo en la médula. Cuando el flujo de líquido invierte la dirección y entra en la rama ascendente del asa, las propiedades del epitelio tubular cambian. El epitelio tubular de este segmento de la nefrona es impermeable al agua cuando transporta Na +, K +, Cl - fuera del túbulo en el líquido intersticial. La pérdida de soluto desde la luz hace que la osmolaridad del filtrado disminuye constantemente hasta el punto donde la rama ascendente abandona la médula y entra en la corteza. El resultado neto del multiplicador por contracorriente en el riñón es producir líquido intersticial hiperosmótico en la médula y filtrado hipoosmótico que abandona el asa de Henle. PAPEL DE LA ADH EN LA CONCENTRACIÓN DE LA ORINA 8

9 VOLUMEN DE ORINA OBLIGATORIO Una persona necesita eliminar alrededor de 600 miliosmoles de soluto cada día (600 mosm) de productos derivados del metabolismo. La capacidad de concentración del riñón dicta qué volumen de orina debe excretarse para eliminar esos solutos. Como la máxima capacidad de concentración renal es de 1200 mosm/l, la cantidad mínima de volumen de orina puede calcularse: Si la capacidad de concentrar la orina cambia el volumen de orina lo hará en consecuencia. Esto ocurre en enfermedades como la diabetes insípida en la que hay una cantidad o función inadecuadas de la ADH. Si no hay agua disponible esta cantidad de orina eliminada contribuiría a la deshidratación de una persona junto a otras pérdidas por la piel, respiración y aparato digestivo TRANSPORTE, ALMACENAMIENTO Y ELIMINACIÓN DE ORINA Una vez la orina ha alcanzado el conducto colector, fluye hacia la pelvis renal de los riñones y desde ahí vía los uréteres hacia la vejiga urinaria. Los uréteres tienen musculatura lisa que se contrae de forma peristáltica. En la vejiga la orina se almacena, hasta que es eliminada mediante un proceso conocido como micción. La vejiga es un órgano hueco, distensible y de musculatura lisa (músculo detrusor), que almacena la orina. El cuello de la vejiga se comunica con el exterior mediante la uretra. La vejiga y la uretra están unidas mediante unos anillos musculares llamados esfínteres. Existen dos esfínteres: el interno que es una continuación de la vejiga urinaria, consiste en musculatura lisa y está tónicamente contraído. El esfínter externo está formado por musculatura esquelética, y por lo tanto se controla por las motoneuronas somáticas. Desde el sistema nervioso central se mantiene una estimulación sostenida de las motoneuronas que inervan el esfinter externo para mantener su contracción excepto en el momento de producirse la micción. La orina sale a la uretra y de ahí drena al exterior por el orificio uretral. Volumen de orina: ml/día REFLEJO DE MICCIÓN La micción es un reflejo espinal simple, que está sujeto a un control voluntario e involuntario desde los centros superiores del sistema nervioso central. Cuando la vejiga urinaria se llena, sus paredes se expanden y los receptores de estiramiento se excitan, enviando señales mediante las neuronas sensoriales hacia la médula espinal. En la médula espinal la información se transfiere a dos grupos diferentes de neuronas. Por una parte se excitan las neuronas parasimpáticas que contactan con el músculo liso de la vejiga urinaria. La respuesta del músculo liso es contraerse aumentando la presión de la vejiga urinaria y forzando la salida del líquido que contiene. El segundo grupo neuronal sobre el que actúan las neuronas sensoriales está constituido por un grupo de neuronas espinales con capacidad inhibidora (interneuronas). Estas interneuronas al 9

10 activarse inhiben a las motoneuronas que inervan el esfínter externo. Al quedar inhibidas las motoneuronas, dejan de disparar con la consecuente relajación del esfínter externo. El resultado de la contracción de la vejiga es un aumento de la presión que ejerce la orina sobre el esfínter interno y que provoca que éste se abra mientras que el esfínter externo ha quedado relajado. La orina sale por la uretra ayudada por la fuerza de la gravedad. Este sería el reflejo simple, lo que les ocurre a los niños de temprana edad que aún no han aprendido a controlar la micción. El reflejo aprendido implica otras vías sensoriales que detectan el nivel de llenado de la vejiga urinaria. El llenado de la vesícula aumenta la presión intravesical y los receptores de la pared inician el reflejo de estiramiento. Cuanto más se llena la vejiga mayor es la presión intravesical y con mayor frecuencia y más fuerza se contrae su pared. Centros nerviosos del tronco encefálico y de la corteza cerebral reciben esta información y evitan el reflejo de la micción inhibiendo la actividad de las neuronas parasimpáticas y reforzando la contracción del esfínter externo. 10