REGULACIÓN DE LA OSMOLARIDAD DE LOS FLUÍDOS CORPORALES: REGULACIÓN DEL BALANCE DE AGUA Miryam Romero, MSc., PhD. Profesora de Fisiología Departamento de Ciencias Fisiológicas UNIVERSIDAD DEL VALLE 1
Objetivos Después de completar este capítulo, el estudiante debe saber responder las siguientes preguntas: Por qué los cambios en el balance de agua dan como resultado alteraciones en la [Na + ] del fluido extracelular (ECF)? Cómo es que la secreción de hormona antidiurética (ADH) es controlada por cambios en la osmolaridad de los fluidos corporales y en el volumen efectivo circulante y la presión sanguínea? Cómo son los eventos celulares asociados a la acción de la ADH en túbulo colector y cómo éllos conducen a un incremento en la permeabilidad al agua en este segmento? Cuál es el papel del Asa de Henle en la producción de una orina concentrada o diluida? Cuál es la composición de l fluido del intersticio medular y cómo participa en el proceso de producir una orina concentrada? Cuál es el papel que tienen los vasos rectos en los procesos de dilución y concentración de la orina? Cómo se cuantifica la capacidad del riñón para producir una orina diluida o concentrada?
RUTAS NORMALES DE GANANCIA Y PÉRDIDA DE AGUA EN ADULTOS NORMALES A UNA TEMPERATURA DE 23ºc 3
Aunque la pérdida de agua a través de las heces, del sudor y de la evaporación por pulmones y por piel puede variar dependiendo de las condiciones ambientales o patológicas, la pérdida de agua por estas rutas no puede ser regulada. En cambio, la excreción renal de agua está estrechamente regulada para mantener el balance total del agua corporal. 4
El mantenimiento del balance de agua requiere que tanto la ingesta como la pérdida estén ajustadas en forma muy precisa. De esta manera: Si la ingesta excede la pérdida, entonces hay un balance positivo de agua. Si la ingesta es menor que la pérdida, entonces se habla de un balance negativo de agua. 5
EFECTO DE LA TEMPERATURA AMBIENTAL Y EL EJERCICIO SOBRE LA PÉRDIDA Y LA INGESTA DE AGUA EN ADULTOS (ml/día) En clima caliente y durante ejercicio prolongado, el balance de agua se mantiene solamente si la persona aumenta la ingesta de agua de manera que se ajuste la pérdida de agua por sudoración. En este caso, la disminución de la excreción urinaria de agua no es suficiente para mantener el balance de agua. 6
Cuando la ingesta de agua es baja o la pérdida de agua aumenta, el riñón conserva agua produciendo un volumen urinario que es hiperosmótico con relación al plasma. Cuando la ingesta es alta se produce un gran volumen de orina hiposmótica. En un individuo normal, la osmolalidad urinaria puede variar en un rango de 50 mosm/kg agua a 1200 mosm/kg agua y el volumen urinario correspondiente varía de 18 L/día a 0.5L/día. 7
Es importante reconocer que los desórdenes del balance de agua se manifiestan por alteraciones en la osmolalidad de los fluidos corporales y usualmente dichas alteraciones se miden por cambios en la osmolalidad plasmática (P osm ). Debido a que el mayor determinante de la osmolalidad plasmática es el Na + ( y sus aniones Cl - y HCO 3- ), estos desórdenes resultan en alteraciones en la [Na + ] plasmática. Es muy fácil caer en el error de sospechar un problema en el balance de Na + cuando se evalúa una [Na + ] plasmática anormal en un individuo. Sin embargo, el problema se relaciona con un balance de agua y no con un balance de Na +. 8
Los riñones controlan la excreción de agua independientemente de su capacidad para controlar otras sustancias importantes (ej: Na +, K +, H +, urea). Esta capacidad de regulación es indispensable para la supervivencia puesto que permite que el balance de agua se logre sin perturbar las otras funciones homeostáticas del riñón. 9
Pildorita clínica: La hipoosmolaridad (reducción en la osmolaridad plasmática) provoca un paso neto de agua hacia las células y por consiguiente éstas se hinchan. Los síntomas asociados con esta hipoosmolaridad tienen que ver primordialmente con la hinchazón de las células cerebrales. Se altera la función neurológica y produce náusea, malestar, dolor de cabeza, confusión, letargo, convulsiones y coma. Cuando la Posm aumenta (es decir, hiperosmolalidad), sale agua de las células. En este caso, los síntomas son principalmente neurológicos e incluyen letargo, debilidad, convulsiones, coma y aún muerte. 10
En este capítulo discutiremos los mecanismos por los cuales el riñón excreta una orina hipoosmótica (diluída) o una orina hiperosmótica (concentrada). En este punto hay que mirar ante todo el papel de la vasopresina u hormona antidiurética en regular la excreción de agua por los riñones. 11
HORMONA ANTIDIURÉTICA (ADH) O VASOPRESINA Actúa sobre el riñón regulando el volumen y la osmolaridad de la orina. Cuando los niveles plasmáticos de ADH son bajos, se excreta un volumen grande de orina diluida (diuresis). Cuando los niveles plasmáticos de ADH son altos, se excreta un volumen pequeño de orina concentrada (antidiuresis) 12
Detección de la osmolalidad sanguínea (en cerebro de perro) 13
Detección de la osmolaridad sanguínea (en cerebro de perro) 14
Control de la síntesis y liberación de argininavasopresina por osmorreceptores 15
RELACIÓN ENTRE LOS NIVELES PLASMÁTICOS DE ADH Y LA OSMOLARIDAD URINARIA, LA TASA DE FLUJO URINARIO Y LA EXCRECIÓN DE SOLUTO TOTAL. Efecto de la ADH sobre el flujo urinario y la osmolaridad urinaria. La excreción de soluto total (Na +,K +, H + y urea) no se altera. Este hecho resalta la acción de la ADH sobre el balance de agua sin alterar la excreción y el control homeostático de otras sustancias. 16
ANATOMÍA DEL HIPOTÁLAMO Y GLÁNDULA PITUITARIA CON LAS VÍAS DE SECRECIÓN DE LA ADH La hormona antidiurética ADH es un péptido pequeño de 9 aminoácidos de longitud. Se sintetiza en células neuroendocrinas de los núcleos supraóptico y ventricular del hipotálamo. La hormona empaquetada en gránulos se transporta a través de los axones de las células y se almacena en los terminales nerviosos situados en la neurohipófisis (pituitaria posterior). 17
La secreción de ADH por la pituitaria posterior puede ser influenciada por varios factores: Los dos reguladores fisiológicos primarios de la secreción de ADH son: La OSMOLARIDAD DE LOS FUIDOS CORPORALES (REGULADORES OSMÓTICOS) LA PRESIÓN Y EL VOLUMEN DEL SISTEMA VASCULAR (REGULADORES HEMODINÁMICOS). 18
Otros factores que pueden afectar la secreción de ADH: NÁUSEA estimula la secreción. PÉPTIDO NATRIURÉTICO ATRIAL inhibe la secreción. ANGIOTENSINA II estimula secreción. Algunas drogas también afectan la secreción de ADH: NICOTINA estimula la secreción. ETANOL inhibe la secreción. 19
CONTROL OSMÓTICO DE LA SECRECIÓN DE ADH Los cambios en la osmolalidad de los fluidos corporales juegan el papel más importante en la regulación de la secreción de ADH. De hecho, cambios tan sólo del 1% son suficientes para alterarla significativamente. Células en el hipotálamo distintas de las que sintetizan ADH son las que perciben los cambios de osmolalidad: Osmorreceptores que funcionan como osmómetros y se hinchan o se encogen según la osmolalidad plasmática. La respuesta de estos receptores es sólo a solutos osmóticamente efectivos. 20
RELACIÓN ENTRE NIVELES PLASMÁTICOS DE ADH Y OSMOLARIDAD DEL PLASMA Es un sistema de alta sensibilidad. El set point del sistema es el valor de la osmolaridad plasmática al cual comienza la secreción de ADH. Por debajo de este punto, prácticamente no hay liberación de ADH. Este «set point» varía entre individuos y está determinado genéticamente. En adultos sanos es entre 280 mosm/kgh 2 O y 295 mosm/kgh 2 O. 21
CONTROL HEMODINÁMICO DE LA SECRECIÓN DE ADH Un decremento en el volumen sanguíneo o en la presión estimulan la secreción de ADH. Los receptores responsables de esta respuesta están localizados en ambos lados del sistema circulatorio, el de baja presión (atrio izquierdo y vasos pulmonares) y el de alta presión (arco aórtico y seno carotídeo). Los receptores son barorreceptores que responden a estiramiento. Las señales desde estos receptores van por vías aferentes de los nervios vago y glosofaríngeo al tallo cerebral (núcleo del tracto solitario de la medulla oblongata). Hay luego relevo desde el tallo cerebral a las células secretoras de los núcleos supraóptico y paraventricular de los núcleos hipotalámicos. 22
Vías reguladoras de la secreción de ADH. Se muestran las fibras aferentes desde los barorreceptores que son llevadas por los nervios vago y glosofaríngeo. El centro vasomotor incluye el núcleo del tracto solitario. 23
RELACIÓN ENTRE LOS NIVELES DE ADH PLASMÁTICOS Y EL VOLUMEN SANGUÍNEO Y LA PRESIÓN ARTERIAL Normalmente, las señales desde los barorreceptores tónicamente inhiben la secreción de ADH. Sin embargo, cuando el volumen sanguíneo o la presión arterial decrecen, se suprime esta entrada inhibitoria y se estimula la secreción de ADH. La sensibilidad del sistema de los barorreceptores es menor que la de los osmorreceptores, es decir que se requiere un 5% a 10% de disminución del volumen sanguíneo o de la presión arterial para que se estimule la secreción de ADH. 24
ALTERACIONES EN EL VOLUMEN SANGUÍNEO Y EN LA PRESIÓN ARTERIAL TAMBIÉN AFECTAN LA RESPUESTA A CAMBIOS EN LA OSMOLALIDAD DE LOS FLUÍDOS CORPORALES. En la gráfica se ven las interacciones entre los estímulos osmóticos y los hemodinámicos sobre la secreción de ADH. Con un volumen sanguíneo y una presión disminuidos, el punto de quiebre de la curva se desplaza a valores de osmolaridad más bajos. Un aumento en volumen sanguíneo y en presión hacen el efecto opuesto. 25
LA SED Los cambios en la osmolaridad plasmática y en el volumen sanguíneo o en la presión arterial llevan a alteraciones en la sensación de SED. Cuando la osmolaridad de los fluidos corporales aumenta o el volumen sanguíneo o la presión arterial disminuyen, el individuo siente SED. 26
El estímulo más potente para desencadenar sed es la Hiperosmolaridad Un aumento en la osmolaridad plasmática de tan sólo el 2% ó el 3% produce un fuerte deseo de beber agua. El decremento del volumen sanguíneo ó de la presión arterial se requiere que sea de un 10% a un 15% para que produzca un efecto similar de sed del que produce el cambio de osmolaridad. 27
CENTROS NEURALES IMPLICADOS EN REGULAR LA INGESTA DE AGUA El centro de la sed está localizado en la región anterolateral del hipotálamo. Aunque su localización es en la misma región, las células del centro de la sed parecen ser distintas de los osmorreceptores involucrados en la secreción de ADH. Las células del centro de la sed también responden a osmoles efectivos, como en el caso de los osmorreceptores implicados en la secreción de ADH. 28
CENTROS NEURALES IMPLICADOS EN REGULAR LA INGESTA DE AGUA Poco se sabe sobre las vías involucradas en la respuesta de sed ante volumen sanguíneo y presión arterial disminuidos, pero se cree que sean las mismas en la secreción de ADH para estos casos. Angiotensina II actúa sobre el centro de la sed evocando la sensación de sed. Los niveles de angiotensina II aumentan cuando hay reducción del volumen sanguíneo y de la presión arterial. Este efecto contribuye a la respuesta homeostática que restablece y mantiene los fluidos corporales en su volumen normal. 29
La sensación de sed se satisface por el acto de beber, aún antes de que se haya absorbido suficiente agua que corresponda para corregir la osmolaridad plasmática. Receptores orofaríngeos y del tracto gastrointestinal alto parecen estar implicados en esta respuesta. Sin embargo el alivio es de corta duración y la sed sólo se satisface completamente cuando la osmolaridad plasmática o el volumen sanguíneo o la presión se corrigen. 30
LOS SISTEMAS DE ADH Y DE LA SED TRABAJAN EN FORMA CONCERTADA PARA MANTENER EL BALANCE DE AGUA Un aumento en la osmolaridad plasmática desencadena el mecanismo de sed y a través de la acción de la ADH sobre los riñones contribuyen a la conservación del agua. Una disminución de la osmolaridad plasmática suprime la sed y en ausencia de ADH, la excreción de agua aumenta. 31
Sistemas de retroalimentación en el control de la osmolaridad 32