6. Mecanismo de contracorrente e formação de urina concentrada e diluída PDF

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Resumo completo da aula...

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Cezar Henrique Lorenzi Resumo de Fisiologia Médica II

Medicina UFPR 14.1

Mecanismo de contracorrente e formação de urina concentrada e diluída Como já visto, os rins apresentam a capacidade de excretar urina tanto hiposmótica quanto hiperosmótica em relação ao meio interno. O meio interno possui osmolaridade de cerca de 290-300 mOsm, enquanto a urina possui osmolaridade amplamente variável, indo de cerca de 50-60 mOsm para valores até 1200 mOsm. Perceba, então, que, enquanto a osmolaridade do meio interno deve ser mantida relativamente constante, a osmolaridade da urina varia, justamente para buscar manter a osmolaridade do meio interno. Se todos os segmentos tubulares se comportassem como o túbulo proximal, onde a reabsorção de sódio não garante mudança de osmolaridade, porque acompanha a reabsorção de água, a osmolaridade do líquido tubular seria idêntica à osmolaridade do meio interno. É evidente, assim, que existem segmentos tubulares (alça de Henle, túbulo contorcido distal, túbulo conector e ducto coletor) nos quais ocorre separação de transporte entre água e soluto, já que, até o fim do túbulo proximal, tal separação não ocorria. A osmolaridade muda quando o filtrado flui ao longo do néfron. Ao final do túbulo proximal, o fluído tubular é isosmótico (300 mOsm) com o interstício. No segmento descendente da alça de Henle, onde há ampla reabsorção de água, o fluído passa a ser hipertônico. Já no segmento ascendente e no túbulo contorcido distal, ocorre reabsorção de solutos, mas não de água. Assim, o fluido vai deixando de ser hipertônico para ser hipotônico em relação ao interstício. Ao longo do túbulo conector e ducto coletor, hormônios controlam a permeabilidade do néfron distal à água e aos solutos. Assim, a osmolaridade final da urina depende da reabsorção no túbulo conector e no ducto coletor. Exemplo: se houver altas quantias de vasopressina no sangue, o epitélio destes segmentos será bastante permeável à água, e, assim, haverá ampla reabsorção de água em tais segmentos. Assim, a urina ficará bastante concentrada. Já se o epitélio for pouco permeável à água, ou caso seja mais permeável a solutos, a urina irá ficar menos concentrada.

No túbulo coletor e ducto coletor, o que, de fato, determina a permeabilidade à água é a via transcelular (aquaporinas), já que as junções estreitas (via paracelular) possuem uma permeabilidade hídrica muito baixo (ao contrário das junções estreitas dos segmentos proximais do néfron, onde as duas vias exercem grande importância).

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Os únicos segmentos com permeabilidade à água (excluindo-se o túbulo proximal, que, como visto, não contribui para a variação da osmolaridade urinária) são: ramo descendente fino da alça de Henle (muita permeabilidade à água), córtex e medula do ducto coletor (baixapermeabilidade à água, permeabilidade esta que é modulada positivamente pela concentração de ADH). O ADH aumenta a permeabilidade à água no córtex e medula do ducto coletor, e, ainda, aumenta reabsorção de NaCl no ramo ascendente espesso da alça de Henle, além de atuar no aumento da permeabilidade à ureia na medula do ducto coletor. A tabela não menciona o túbulo conector, que possui as mesmas características do ducto coletor (tem permeabilidade à água, esta que é modulada pelo ADH). Atenção: no ramo ascendente fino e espesso da alça de Henle e no túbulo distal, diz-se que a permeabilidade à água é nula, mas, na realidade, existe um pouco de transporte de água, porém baixíssimo. No ducto coletor cortical, a mesmas concentrações de ADH, a reabsorção de água será maior que no ducto coletor medular, apesar de haver reabsorção significante em ambos os segmentos. Lembre-se que, fisiologicamente, a concentração de ADH pode diminuir bastante, mas nunca chega a 0. Logo, sempre haverá aquaporinas na membrana apical do ducto coletor e do túbulo conector. Contudo, em situações patológicas (diabete insípida, tumor hipofisário), a concentração de ADH pode cair a 0.

Maior permeabilidade à água: túbulo reto proximal (ramo descendente espesso da alça de Henle). AVP: vasopressina ou hormônio anti-diurético. Analisando o gráfico acima, vê-se que, no túbulo proximal, existe a maior permeabilidade à água (67%), mesmo comparando com o néfron distal em altas quantias de ADH. O ramo descendente fino da alça de Henle também possui permeabilidade alta à água (15-20%). Perceba, também, que nenhum segmento possui permeabilidade rigorosamente NULA, mas em vários segmentos a permeabilidade é desprezível.

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O máximo de osmolaridade urinária (em humanos, 1200 mOsm, mas, em alguns roedores, por exemplo, chega a 2000 mOsm ou mais) é determinado pela osmolaridade do interstício na região da papila renal, ou seja, o máximo de osmolaridade urinária ocorre quando a osmolaridade urinária consegue equivalência à osmolaridade intersticial da papila renal. Assim, a osmolaridade da nossa papila renal, em condições normais, é de cerca de 1200 mOsm. Quanto ao interstício, é importante saber que, no córtex renal, a osmolaridade é de cerca de 300 mOsm, porém, conforme vai se aproximando da medula renal, a osmolaridade vai aumentando, até atingir o máximo (1200 mOsm). Este aumento de osmolaridade cria um gradiente de concentração, que faz com que a água seja reabsorvida, na alça fina de Henle e do ducto coletor medular. Mas, afinal, o que cria esta hipertonicidade medular renal? 1. O transporte de NaCl pelo ramo fino ascendente da alça de Henle 1.1. Efeito unitário do sistema contracorrente; 1.2. Multiplicação do efeito unitário – multiplicação em contracorrente); 2. Recirculação da ureia entre os ductos coletores medulares internos e as porções profundas da alça de Henle.

Contracorrente A alça de Henle, com seus ramos ascendentes e descendentes, forma um sistema de contracorrente. Isso porque a alça de Henle é composta, na verdade, de dois ramos paralelos e próximos, mas em um o fluido desce e, noutro, o fluido sobe (por isso, diz-se que o fluido corre em contracorrente na alça de Henle). O mecanismo de contracorrente permite trocas. Por exemplo, imagine vasos sanguíneos dispostos paralelamente, com o sangue fluindo em contracorrente. Sabe-se que, no lado arterial, o sangue é mais quente. Contudo, conforme o sangue for correndo pelo vaso, ele vai esfriando. Logo, se os vasos sanguíneos não estiverem próximos um do outro, o calor é dissipado ao meio externo e o sangue do lado venoso será frio, e o interstício receberá calor do sangue arterial. Contudo, se os vasos sanguíneos estiverem próximos um do outro, o calor perdido pelo capilar arterial é dissipado, mas não para o interstício, e sim para o próprio capilar venoso, devido à proximidade. Logo, o sangue venoso será quente, também. Ocorreu, assim, uma troca de calor por contracorrente. Esta troca de sangue por contracorrente é comum, por exemplo, em aves de lugar frio.

A alça de Henle está disposta de forma similar à forma representada acima. Contudo, nela, não ocorre troca de calor, mas sim troca de solutos, garantindo a hiperosmolaridade medular. Explicando melhor:

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Primeiramente, temos aqui dois ramos da alça de Henle: o ramo ascendente e o ramo descendente. Eles são próximos e paralelos, mas o fluido tubular corre em sentidos opostos. Além disso, estes ramos possuem permeabilidades opostas a sais e à água. 1. Na situação inicial, há isosmolaridade entre o segmento descendente, segmento ascendente e o interstício (300 mOsm). 2. O ramo ascendente perde solutos para o interstício. Logo, o interstício fica hiperosmótico e os ramos ascendente e descendente ficam hiposmóticos (por mais que a osmolaridade do ramo descendente não tenha mudado). 3. O ramo descendente é permeável à água. Logo, como o interstício é hiperosmótico, o ramo descendente perde água para o interstício via osmose, até atingir a mesma osmolaridade dele (400 mOsm – a osmolaridade intersticial é assim mantida pelo contínuo bombeamento de íons proporcionado pelo ramo ascendente). Estabeleceu-se, assim, um gradiente horizontal de osmolaridade, onde o interstício é mais concentrado que o ramo ascendente da alça de Henle. Este é o efeito unitário, e ocorreria numa situação estática. 4. Numa situação dinâmica, fluido com osmolaridade 300 mOsm/L vai entrando no ramo descendente da alça de Henle e empurrando o fluido com osmolaridade de 400 mOsm/L para adiante. 5. Se a situação dinâmica continua, o líquido hiperosmótico (400 mOsm/L) chega ao segmento ascendente da alça de Henle. Sabe-se que o segmento ascendente da alça de Henle joga íons, via bomba, para o interstício, até se criar um gradiente de cerca de 200 mOsm/L, pois a difusão paracelular de íons de volta ao túbulo contrabalança o transporte de íons para fora do lúmen tubular quando o gradiente atinge este valor. Contudo, o interstício está com osmolaridade de 400 mOsm/L e o líquido que chegou também. Isso faz com que mais íons sejam bombeados ao interstício, que ficará, agora, ainda mais hiperosmótico (500 mOsm/L), enquanto o líquido voltará a ter osmolaridade de 300 mOsm/L (gradiente de concentração: 200 mOsm/L). 6. O ramo descendente continua reabsorvendo água e liberando ao interstício, novamente atingindo equilíbrio osmótico com este meio (atinge 500 mOsm/L). 7. Estes passos (4, 5 e 6) ocorrem repetidas vezes, apresentando um efeito líquido de adição de solutos à medula muito mais do que de água; com um período de tempo suficiente, este processo gradativamente retém solutos na medula e multiplica o

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gradiente de concentração de íons estabelecido pelo bombeamento ativo de íons para fora do ramo ascendente espesso da alça de Henle, elevando, por fim, a osmolaridade do líquido intersticial para 1200 a 1400 mOsm/L. Assim, a reabsorção repetida de NaCl do ramo ascendente espesso da alça de Henle e o influxo contínuo de novo NaCl do túbulo proximal para o ramo descendente fino da alça de Henle recebem o nome de MULTIPLICADOR DE CONTRACORRENTE. Cada vez que o líquido do ramo ascendente espesso é substituído por um mais concentrado, advindo do ramo descendente, mais NaCl é bombeado ao interstício, de modo a se criar um gradiente de concentração de 200 mOsm/L. Perceba, agora, que, ao adicionar-se os passos 4, 5 e 6, numa situação dinâmica, deixa de haver um mero gradiente horizontal de osmolaridade – existe, aqui, um gradiente horizontal e vertical de osmolaridade, existindo um progressivo aumento de osmolaridade intersticial nas regiões mais profundas (medulares) renais. Logo, não há mais um efeito unitário de contracorrente. O limite da osmolaridade atingida no interstício depende da proporção de néfons justamedulares, que contém alças de Henle mais compridas e profundas.

Recirculação da ureia Observa-se, pelo gráfico acima, que a concentração de solutos (ureia, sódio e cloreto) no interstício vai aumentando, progressivamente, entre o córtex e a medula interna. Contudo, é apenas na medula interna que a concentração de sódio e cloreto passa a ser menor que a concentração de ureia. Mas por que isso ocorre? Existe, nas porções profundas da alça de Henle e no ducto coletor medular interno, uma reciclagem da ureia no interstício renal. Primeiramente, a ureia é livremente filtrada, no glomérulo renal. No túbulo proximal, cerca de 50% da ureia é reabsorvida. Na alça de Henle (ramos finos descendente e ascendente), há secreção de ureia, de modo que o que foi reabsorvido no túbulo proximal é, novamente, secretado, e a concentração da ureia será a mesma que a filtrada inicial. No ramo espesso ascendente da alça de Henle, no túbulo contorcido distal, túbulo conector e ducto coletor cortical, a ureia é impermeável. No túbulo conector e ducto coletor cortical, houve reabsorção de água, mas a ureia não foi transportada. Logo, no ducto coletor medular, a ureia estará mais concentrada no fluído tubular do que interstício, e, assim, ela irá até o interstício (há permeabilidade à ureia, no ducto coletor medular). No ducto coletor medular, esta permeabilidade pode aumentar, ainda, por ação do ADH. Assim, ureia é reabsorvida no ducto coletor medular. Parte dessa ureia reabsorvida, que cai na corrente sanguínea, será captada pelo epitélio dos ramos finos da alça de Henle, e secretada. Há, assim, uma recirculação da ureia. Entretanto, isso também provê um mecanismo adicional para a formação de uma medula renal hiperosmótica.

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Mesmo com a reabsorção e reciclagem de ureia no ducto coletor medular interno (segundo um desenho do Guyton, o medular externo é impermeável, em sua maioria), um indivíduo normal tende a eliminar de 15-20 a 50% da carga filtrada de ureia pela urina.

Como ocorre a reabsorção de ureia, no ducto coletor medular interno? A ureia sai do lúmen tubular por um carregador próprio (UT1) e entra na célula epitelial. Ela sai da célula epitelial e entra no interstício também por um carregador próprio (UT4). Ambos atuam a favor do gradiente de concentração. O ADH aumenta o número desses carregadores e a sua cinética, ou seja, ADH facilita a reabsorção de ureia, além de aumentar a reabsorção de água no ducto coletor, o que aumentará a concentração de ureia no lúmen tubular e, consequentemente, também facilitará a reabsorção de ureia para o interstício.

Como se conserva a hipertonicidade medular?

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Devido à disposição dos vasos retos (vasos sanguíneos da medula renal), em forma de alça, o que também permite um sistema de troca em contracorrente. Os vasos sanguíneos medulares são importantes na regulação de osmolaridade intersticial renal. O córtex renal não possui sua osmolaridade aumentada, devido à alta irrigação (solutos rapidamente caem na circulação) e a alta velocidade com que o sangue passa pelos vasos corticais, em comparação aos vasos retos. Já na medula, os solutos ficam acumulados, originando a hipertonicidade medular. Isso é possível por dois motivos: 1. O fluxo sanguíneo medular é baixo (apenas 5% do fluxo sanguíneo renal total). Este fluxo sanguíneo lento é suficiente para suprir as necessidades metabólicas do tecido e auxilia na minimização da perda de solutos do interstício medular. 2. Os vasa recta servem como trocadores por contracorrente, minimizando a exaustão de solutos do interstício medular. Este mecanismo de contracorrente é explicado a seguir: Os vasos retos estão situados no limite entre o córtex e a medula renal e são altamente permeáveis a solutos, com exceção das proteínas grandes. Como o interstício medular é hipertônico em relação ao sangue, conforme o sangue vai descendendo, pelos vasa recta, até a papila renal, os capilares vão perdendo água e ganhando solutos. Quando o sangue chega à porção mais interna da medula, sua osmolaridade é similar à do interstício medular (1200 mOsm/L). Contudo, como os vasa recta estão organizados em alça, conforme o sangue ascende, em direção ao córtex renal, ele vai perdendo solutos e ganhando água. Assim, por mais que ocorra grandes trocas de soluto e de solvente, por meio dos vasa recta, a concentração do líquido intersticial em cada nível da medula renal sofre apenas uma pequena diluição. Desta forma, os vasa recta não geram a hipertonicidade medular, mas evitam sua dissipação. O formato em U dos vasos minimiza a perda de solutos intersticiais medulares, mas não impede a ultrafiltração de líquidos e solutos para o sangue através das pressões coloidosmóticas e hidrostáticas, que operam em capilares normais. Nesse caso, sob condições estáveis, os vasos retos retiram do interstício apenas a quantidade de água e de solutos reabsorvidas dos túbulos medulares, mas a alta concentração de solutos estabelecida pelo mecanismo de contracorrente é mantida.

Se os vasos fossem retos, e não tivessem a forma de U, a hipertonicidade medular tenderia a diminuir, porque, na porção descendente dos vasos, solvente sairia e soluto entraria para o capilar, mas não haveria reabsorção de água e secreção de solutos na porção ascendente, justamente porque tal porção não existiria.

Excreção renal de urina concentrada ou diluída

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Mecanismo de excreção de urina concentrada (antidiurese): os níveis sanguíneos de ADH estão máximos. Logo, a permeabilidade das células do túbulo conector e ducto coletor à água também é máxima (e a reabsorção de água também, devido ao maior número de AQP2. Assim, haverá um volume urinário baixo (500 a 600 mL/dia), com osmolaridade máxima (1200 mOsm). Esta é uma situação que pode ocorrer fisiologicamente.

Abundância de vasopressina. Curiosidade: Volume mínimo obrigatório de urina: um ser humano normal, pesando 70 quilos, deve excretar em torno de 600 miliosmols de soluto diariamente. Sabendo que a concentração máxima de urina é de 1200 miliosmols, fica fácil perceber que o volume mínimo obrigatório de urina que deverá ser excretado é de 0,5 L/dia. Mecanismo de excreção de urina diluída (diurese aquosa): situação em que há níveis plasmáticos de ADH aproximados de 0. Logo, existem poucas AQP2 nas células principais do túbulo conector e ducto coletor, não havendo significativa reabsorção de água nestes segmentos. Assim, o volume urinário será máximo (18 L/dia) e a osmolaridade urinária será mínima (60 mOsm/L). Atenção: tal situação não é atingida fisiologicamente, mas pode ocorrer em casos de diabete insípida.

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Ausência de vasopressina. Resumo de osmolaridade do fluído tubular, nos diferentes segmentos tubulares: 1. Túbulo contorcido proximal e túbulo reto proximal (segmento espesso descendente da alça de Henle): osmolaridade igual à do interstício. 2. Segmento fino descendente da alça de Henle: osmolaridade aumenta (reabsorção de água). 3. Segmento fino ascendente da alça de Henle: osmolaridade diminui (reabsorção de ions). 4. Segmento espesso ascendente da alça de Henle (túbulo reto distal): osmolaridade diminui (reabsorção de íons). 5. Túbulo contorcido distal: osmolaridade diminui (reabsorção de íons). 6. Túbulo conector e ducto coletor: osmolaridade aumenta, na presença de ADH/osmolaridade diminui, na falta de ADH.

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