Fisiología renal La función renal es más amplia que la función excretora, llevada a cabo por la unidad funcional del riñón, la nefrona. El riñón tiene muchas funciones endocrinas sus células endocrinas secretan muchas diferentes sustancias, que participan en la regulación del equilibrio hidrosalino, de la calcemia y de la eritropoyesis. Entre las sustancias secretadas por el riñón podemos nombrar: 1,25 DHCC Tromboxanos Renina Urodilatadina Endotelinas Estructura anatómica La nefrona es responsable de la filtración, reabsorción y secreción con el fin de mantener la homeostasis del organismo. La nefrona es una estructura que constituye una interfase con el medio externo. El glomérulo renal está formado por una red compleja de capilares, que filtran parte del plasma hacia la cápsula de Bowman, que es el medio exterior. El paso al medio externo es temporal. La cápsula de Bowman está conectada al túbulo contorneado proximal; éste se continúa con el asa de Henle, que se va estrechando a medida que penetra la 66
médula renal, y cuando vuelve a la corteza, se ensancha; se continúa con el túbulo contorneado distal, que desemboca en el túbulo colector. Un segmento del túbulo contorneado distal queda muy próximo a la arteriola aferente, aunque está a distancia considerable de ésta. La estructuración de la nefrona incrementa su longitud. La arteriola aferente se ramifica formando el glomérulo; se convergen las capilares formando la arteriola eferente. La arteriola eferente se ramifica para envolver a los túbulos contorneados proximales. Algunas de las capilares peritubulares darán lugar a los vasos rectos, que envuelven al asa de Henle. Los últimos confluyen al sistema venoso. El riñón ocupa alrededor del 0.5% del peso corporal; a pesar de su peso minúsculo, recibe flujo sanguíneo que se estima en el 20% del volumen minuto cardíaco. El riego del riñón se distribuye de forma no homogénea la corteza recibe el 90%, mientras que los 10% restantes se distribuyen en la médula, cuyo centro recibe 1% del riego. El flujo sanguíneo es centrípeto se distribuye de la corteza hacia la médula. La sangre circulante en la médula tiene viscosidad elevada. Filtración Entre el epitelio de la cápsula de Bowman y el endotelio glomerular se encuentra la lamina basal (acelular) que está formada como una maya de proteoglicanos y ácidos hiálicos. Ambas sustancias tienen elevada carga negativa, que determina su permeabilidad. Las células epiteliales de la cápsula tienen interdigitaciones, que se intercalan entre sí formando una estructura que sirve de otra barrera de filtración, después de la lámina basal. Las células sanguíneas no pueden atravesar la fenestración; los solutos pueden atravesar las fenestraciones pero en función de su tamaño atraviesan o no la maya de la lámina basal y las interdigitaciones entre células epiteliales. Agua, sales y glucosa son de tamaño inferior que los poros; de los componentes del plasma, todas las sales, glucosa y pequeños péptidos atraviesan los poros. Las proteínas más grandes no pueden atravesar, sea por el tamaño del poro o por el efecto electrostático de repulsión. La carga es un factor muy importante en la determinación si una proteína atraviesa la barrea de filtración o no. El límite de filtración para las proteínas es de 60Å, que es el tamaño de la albúmina. El coste de síntesis de proteínas es muy grande; el organismo no puede permitirse la pérdida de proteínas por filtración. Las membranas están especializadas en retener las proteínas, teniendo los límites alrededor del tamaño de la albúmina, que es la proteína mayoritaria del plasma. Presión efectiva de la filtración En el compartimiento sanguíneo hay presión superior que en la cápsula de Bowman; si en la cápsula de Bowman hay presión superior que en el glomérulo, no hay filtración. 67
La diferencia de presión entre el glomérulo y la cápsula de Bowman provoca la filtración de plasma y pequeños solutos, lo que incrementa la concentración de proteínas plasmáticas. Éstas tienen gran afinidad al agua, reteniéndola. A medida que la sangre avanza en las capilares glomerulares, se concentran las proteínas incrementando su presión coloide-osmótica, que impide la filtración de agua. P = P P efectiva coloide osmótica La tasa de filtración glomerular de una sustancia X es igual a su coeficiente de filtración multiplicado por la presión efectiva en este momento: TF = k P x EF La constante de filtración depende del peso molecular, carga y características físico-químicas de la molécula. La superficie de filtración también influye la filtración a más superficie, más filtración. 68
Regulación de la presión glomerular Si la arteriola aferente se contrae, la constricción reduce la presión hidrostática en el glomérulo. Se reduce la cantidad de líquido filtrado hacia la cápsula de Bowman; la sangre cede menos líquido y las proteínas no se concentran tanto la presión efectiva se reduce mucho. Cuando la arteriola eferente se contrae, se acumula el líquido y se incrementa la presión glomerular, incrementando la filtración de agua y solutos hacia la cápsula de Bowman, lo que aumenta la presión hidrostática en la cápsula. Al filtrar mucho plasma, las proteínas se concentran incrementando la presión coloide-osmótica, frenando la filtración. En total, se incrementa la presión efectiva, pero poco. La regulación de la filtración es por modificación de la presión glomerular, mediante vasoconstricción y vasodilatación de las arteriolas aferente y eferente. La modificación de la filtración en función de la presión arterial también se observa en el riñón aislado y desnervado. La capacidad de regulación del riñón es intrínseca. La regulación del medio interno se mantiene aun en presión arterial baja. Hay varios mecanismos para asegurar el funcionamiento del riñón a baja presión arterial. Mecanismo miogénico El músculo liso responde a distensión contrayéndose. Se contrae porque las fibras musculares tienen canales de cationes que se activan por deformación mecánica, dejando el paso a iones de calcio. Si el músculo se contrae, la arteria, aunque la presión es alta, mantiene la presión en el glomérulo constante. Feedback túbulo-glomerular La proximidad entre el túbulo distal y la arteriola aferente permite la comunicación entre ambos. Cuando la filtración es escasa, por poca sangre o poca presión, el líquido filtrado avanza a poca velocidad, lo que incrementa la reabsorción de solutos. La baja concentración del sodio en el líquido tubular es apreciable por las células de la mácula densa (células epiteliales modificadas en quimiorreceptores) activan un sistema de vasodilatación de la arteriola aferente, liberando un mediador relajante. No se conoce todavía el vasodilatador, pero se piensa que es el NO. 69
Cuando la presión arterial es elevada, se incrementa la velocidad de filtración y el líquido se avanza rápidamente en la nefrona, lo que permite poca reabsorción. Tiene elevada concentración de sodio, percibida por las células de la mácula densa, que responden liberando un vasoconstrictor que provoca la vasoconstricción de la arteriola aferente. Tampoco se conoce la sustancia implicada en este proceso, pero se piensa que es la adenosina. Regulación de la superficie de filtración Entre las capilares se encuentran células mesangiales, que son sincitios derivados de las fibras musculares lisas. Son sensibles a sustancias que regulan los vasos, como la endotelina, angiotensina (contracción), FNA y urodilatina (dilatación) en función de su contracción se modifica la superficie de filtración en el glomérulo, lo que modifica el ritmo de la filtración. Reabsorción La filtración transcurre entre 15 y 25% del plasma. Hace falta de muchos mecanismos de reabsorción. En los túbulos ha de haber un gradiente para permitir la reabsorción. En las capilares peritubulares hay elevada concentración de proteínas, porque derivan de las arteriola eferente. Su elevada presión coloide-osmótica implica una tendencia a captar agua. Aunque la presión hidrostática capilar es superior a la tubular, se produce la reabsorción porque la presión coloideosmótica de la sangre es muy elevada. ( ) ( ) P = PH PH + PCO PCO efectiva T C C T En el túbulo proximal, el epitelio es alto y con muchas vellosidades y abundantes mitocondrias. La mayor parte de la reabsorción se produce a este nivel 60-70% del agua, 60-70% del sodio y 100% de la glucosa, aminoácidos y péptidos. Se incorporan sustratos energéticos por un proceso muy eficiente, que se produce en la mitad proximal del túbulo. En la porción descendiente del asa de Henle, el epitelio es plano no es muy activo. Va penetrando la médula renal (que tiene presión osmótica elevada), lo que favorece la reabsorción de agua. El líquido tubular se hace hipertónico a consecuencia de esta concentración. En la porción ascendiente del asa de Henle, el epitelio es alto e impermeable a agua. Tiene elevada actividad metabólica, que sirve para la reabsorción de iones. El túbulo contorneado distal contiene líquido del cual se ha absorbido el 90% de agua y solutos. Ha de reabsorber poca cantidad, pero será muy difícil porque el líquido es hipotónico. La reabsorción contra el gradiente de concentraciones implica un gasto energético elevado. En el túbulo colector se ajusta la cantidad de agua en función de la concentración plasmática de ADH, y también se absorbe sodio, en respuesta a aldosterona. Túbulo contorneado proximal 70
En el túbulo contorneado proximal se absorben sustancias importantes metabolicamente por mecanismo acoplado al sodio reabsorción más eficaz del sodio. Hay un canal de sodio y mecanismos que intercambian el sodio por iones H + e iones cloro por aniones orgánicos que son rechazados. También hay mecanismo de intercambio de protones por cationes como aminas y aminoácidos protonados, que son rechazados. Para mantener la concentración citoplasmática de sodio y el estado fisiológico de la célula, hay que bombear el sodio hacia el líquido extracelular, mediante la bomba de sodio-potasio, que gasta energía. Las proteínas pequeñas (péptidos) filtrados se incorporan a la célula por endocitosis mediada por receptores presentes en la membrana apical del epitelio tubular. La proteína se digiere en la célula. Se recuperan los aminoácidos, pero se pierde su valor fisiológico. Todos los mecanismos descritos anteriormente son mecanismos transcelulares (los solutos han de atravesar la célula). También hay reabsorción por vía paracelular los sustratos no penetran la célula, y atraviesan las uniones estrechas entre células hacia el líquido extracelular. El hecho que el líquido extracelular tiene presión osmótica más elevada que el filtrado tubular permite la osmosis y la reabsorción por este mecanismo. Asa de Henle La porción descendiente no es especializada la reabsorción se hace por presión osmótica del líquido intersticial de la médula renal. En la porción ascendente se reduce la concentración del líquido tubular por mecanismos de transporte pasivo al absorber los iones. La concentración iónica va bajando a medida que el líquido avanza en el asa. A este nivel, los iones se absorben por transporte acoplado a sodio. Los iones pasan al líquido extracelular por canales. Pueden volver a ser extremados a la luz. Por la vía paracelular hay paso de iones como sodio, potasio, calcio y magnesio. Túbulo contorneado distal El líquido que llega al túbulo contorneado distal es hipotónico a consecuencia de la reabsorción de iones en el asa de Henle. Hay que reabsorber a contra del gradiente de concentraciones. Aquí se puede regular la reabsorción de sodio, por la aldosterona. Cuando la concentración plasmática de aldosterona es elevada, se activa intensamente la bomba de sodio-potasio, que conlleva la reabsorción de sodio del líquido tubular. Cuando la concentración de aldosterona es baja, no hay mucha actividad bomba sodio-potasio y disminuye la reabsorción. También se puede controlar la concentración de potasio en el líquido extracelular por la regulación del potasio eliminado hacia el exterior. Túbulo colector En el túbulo colector cortical hay canales de sodio controlados por la aldosterona. A elevada concentración de aldosterona, se activan los canales luminales y la bomba sodio-potasio, lo que implica reabsorción neta de sodio. 71
Las células del túbulo colector también son sensibles a ADH, que induce la reabsorción de agua libre de electrolitos, induciendo la expresión de aquaporinas. El riñón no elimina la urea de forma activa, sino de forma pasiva; en el túbulo contorneado proximal se produce la reabsorción del 50% de la urea. Ciertas zonas de la nefrona son permeables a la urea, como la porción descendiente del asa de Henle y el túbulo colector, donde se puede reabsorber urea de forma pasiva (se arrastra con el agua). El porcentaje de reabsorción depende de la reabsorción de agua. Urea y concentración de la orina La urea que se reabsorbe en el túbulo colector llega al intersticio renal, generando el gradiente de concentraciones en la médula, lo que favorece la reabsorción de agua en el asa de Henle. En dietas pobres en proteínas, se reduce la concentración plasmática de urea, y se reduce la capacidad de concentración de la orina. La circulación centrípeta y la irrigación distribuida de forma desigual reduce la circulación en la médula el torrente sanguíneo no elimina la urea, que se concentra y queda encerrada en la médula. En los vasos rectos hay elevada osmolaridad, por su equilibrio con el intersticio, pero al ser vasos pequeños y pocos, no arrastran la urea porque el flujo es muy lento. Habitualmente el individuo aprovecha el 95-99% del filtrado; si el organismo consume más agua de la necesaria, puede eliminar orina diluida (hipotónica). En ausencia de ADH, la pared del túbulo colector se hace impermeable a agua, y la orina queda diluida. Equilibrio ácido-base El metabolismo oxidativo produce muchos iones H + (protones). Para contrarrestar el efecto nocivo de los protones, el organismo dispone de varios mecanismos de tampones endógenos, como el bicarbonato (HCO3 ), fosfato (HPO4 2 ) y la albúmina, que amortiguan el efecto de la acidez producida. Para mantener el ph alrededor de 7.2-7.4, hay que eliminar los protones producidos. Una manera fácil de eliminar los protones es vía respiratoria, pero no es tan eficaz como la vía renal. En el túbulo proximal se elimina la mayor parte de los protones, a cambio de iones sodio. El protón se conjuga con bicarbonato procedente del filtrado dando agua y dióxido de carbono. El último, al ser un gas, difunde fácilmente a través de la membrana celular. Dentro de la célula sirve de sustrato para la anhidrasa carbónica, que regenera el bicarbonato y lo libera a la sangre. El protón generado se elimina a la luz del túbulo proximal. En el túbulo contorneado distal ya no hay bicarbonato (se absorbe todo en el túbulo proximal), por tanto la secreción de protones reduce el ph. Las células del túbulo disponen de una ATPasa que bombea protones contra del gradiente a la luz tubular. CO2 del plasma penetra la célula y se combina con el agua para dar bicarbonato (reacción catalizada por la anhidrasa carbónica), regenerando 72
capacidad tampón. Estos mecanismo se dan en células intercaladas de tipo α. En células intercaladas de tipo β se bombea bicarbonato en situaciones de alcalosis. Para prevenir la disminución del ph, el riñón elimina HPO4 2 y amonio que sirven como aceptores de protones. El amonio se produce en la propia célula tubular por la desaminación de aminoácidos. El amonio atraviesa la membrana fácilmente (gas) y se combina con un protón para formar amoniaco (con carga positiva) por tanto no puede penetrar la membrana (sustancia polar). El fosfato eliminado al líquido tubular actúa como aceptor de protones. Estos dos mecanismos aseguran que la secreción de protones no modifique el ph, lo que dañaría a las células epiteliales. Si no hubieran aceptores de protones, el ph de la orina sería de 1 y perjudicaría el epitelio. Vejiga urinaria La orina se fluye constantemente, y se acumula en la vejiga urinaria. Los túbulos colectores convergen a la pelvis renal. La orina llega a la pelvis y de allí se transporta a la vejiga de forma activa. Las células más proximales sirven de marcapasos y presentan 2-3 ondas por minuto. La velocidad de progresión depende del número de contracciones peristálticas. Las contracciones peristálticas son bastante fuertes, y pueden resistir una presión de hasta 100 mmhg (~presión arterial). La unión uretro-vesical no es perpendicular sino que oblicua, formando un pliegue que cierra la entrada del uréter y previene el reflujo de orina hacia los riñones. Cunado llega un bolo de orina, la presión provoca la relajación del músculo, la abertura de la papila y la entrada del bolo a la vejiga. Este mecanismo sirve para asegurar que infecciones de la vejiga no suban hacia los riñones. Micción La micción es un reflejo espinal que se puede controlar por mecanismos superiores. La innervación de la vejiga es por el nervio hipogástrico, los nervios pélvicos y el nervio pudendo, el último controla el esfínter voluntario. La vejiga de la orina tiene músculo liso el músculo detrusor., que responde al volumen de la vejiga. Hasta cierto umbral, un incremento de volumen no provoca incremento de presión; sobrepasando este umbral, cada incremento de volumen conllevará un incremento de presión, y la sensación de necesidad de vaciar la vejiga. La presión oscila por cada incremento de volumen, cada bajada de presión provocada por la relajación del músculo que no se da instantáneamente. Innervación de la vejiga En el cuerpo de la vejiga, hay receptores β-adrenérgicos, que inducen la relajación de la musculatura lisa durante la adaptación. En el esfínter, el mismo estímulo provoca la contracción, porque presenta receptores α-adrenérgicos. Durante la micción se inhibe la contracción del esfínter interno; terminaciones parasimpáticas liberan acetilcolina hacia receptores muscarínicos, que provocan la contracción de la vejiga. 73
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