Fisiologia del sistema renal PDF

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Fisiologia general del sistema renal...

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9.- Sistema renal El sistema renal está compuesto principalmente por los “riñones”. Estos son órganos más reguladores que excretores. Sin embargo, la función de excreción es fundamental para regular la composición y el volumen de los líquidos del cuerpo. Los riñones regulan la osmolalidad y el volumen de los líquidos corporales, el equilibrio de los electrolitos y el equilibrio acido-base. También, ellos excretan productos metabólicos, sustancias extrañas, y producen y segregan hormonas.

9.1.- Localización y anatomía externa Los riñones son órganos dobles que se ubican en la pared abdominal posterior, detrás del peritoneo y a ambos lados de la columna vertebral. Si se secciona un riñón por la mitad, se observan dos zonas principales: una “corteza” (externa) y una “medula” (interna). La medula se divide en áreas cónicas llamadas “pirámides renales”. El ápice de estas pirámides desemboca en un “cáliz menor”, los cuales recogen la orina de cada pirámide contenida en el riñón. Estos cálices menores se expanden a 2 o 3 “cálices mayores”, que terminan en la “pelvis renal”. Posteriormente, desemboca en el “uréter” y finalmente en la “vejiga”. Además, el riñón posee una hendidura medial donde pasan la arteria y vena renal, y también los nervios y pelvis renal. La mínima unidad funcional del riñón se conoce como “nefrona”. Esta nefrona es representada por el “corpúsculo renal”, “túbulo contorneado proximal” (filtra todo lo que encuentre, casi sin ninguna regulación), “asa de Henle (rama descendente delgada y rama ascendente gruesa)”, “túbulo contorneado distal” (uno de sus segmentos forma el aparato yuxtaglomerular, que permite la secreción de renina) y un sistema de “conductos colectores”. El corpúsculo renal se compone de los “capilares glomerulares” y la “capsula de Bowman” (recepciona lo que se filtra en el glomérulo).

*Las “células granulares”, en la arteriola aferente, son las responsables de secretar renina Casi al terminar el asa ascendente gruesa, la nefrona pasa entre las arteriolas aferentes y eferentes de la misma nefrona. Este corto segmento del asa ascendente gruesa se llama “macula densa”. Una parte del túbulo contorneado distal, la arteriola aferente, la arteriola eferente, unas células especializadas llamadas “células mesangiales”, y la anteriormente nombrada macula densa, forman una estructura que regula constantemente el funcionamiento de cada nefrona, y se llama “aparato yuxtaglomerular”.

El flujo sanguíneo de los riñones comienza con las ramas de la “arteria renal”, en donde las “arteriolas aferentes” formaran los capilares glomerulares (“glomérulo”). Luego, los capilares glomerulares se reúnen en la “arteriola eferente”, que conduce a la formación de una segunda red de capilares, los “capilares peritubulares”, los cuales aportan sangre a la nefrona y abarcan todos los túbulos presentes en ella, para poder generar la secreción y reabsorción. Finalmente, se llegan a las vías venosas propias del riñón.

La nefrona se puede subdividir en un “tipo superficial” (pequeñas y en relación a la zona cortical) y en un “tipo yuxtamedular” (más grandes y que se insertan en lo más profundo de la medula renal). Una característica distintiva de las nefronas yuxtamedulares es que generalmente su asa de Henle es más larga y se extiende profusamente hacia la medula. Además, la arteriola eferente no solo forma una red de capilares peritubulares, sino que también forma una serie asas vasculares denominadas “vasa recta”.

9.2.- Mecanismos de formación de la orina Todo el plasma sanguíneo se filtra unas 60 veces al día en el riñón (100 mL/min). El filtrado de la capsula tiene la misma composición química de la sangre, excepto por la presencia de algunas proteínas y células formes. La composición química final de la orina es diferente de la sangre, gracias a los procesos de reabsorción y secreción. Se reabsorbe agua, nutrientes e iones. Se secretan sustancias de desecho y toxinas. Hay 3 procesos para formar la orina y ajustar la composición química de la sangre:   

“Filtración glomerular”: Inespecífica, 20% en la sangre. “Reabsorción tubular”: Selección/retención de sustancias valiosas. “Secreción”: Eliminar más rápido las toxinas.

9.3.- Filtración La filtración propiamente tal requiere de una serie de fuerzas (fuerzas de Starling): la “hidrostática” y la “oncótica”. La presión hidrostática busca que el agua salga del vaso sanguíneo (los cambios en la presión hidrostática dentro del vaso están dados por el funcionamiento del corazón). La presión oncótica se define por las proteínas en el plasma o en el intersticio; en el caso de un vaso sanguíneo, la sangre al tener proteínas, se tienden a captar agua hacia el vaso. Es la fuerza contraria a la presión hidrostática. Cuando se genera la filtración, primero se debe vencer la “barrera de filtración”, la cual está constituida por varios elementos. De adentro hacia afuera (del glomérulo a la capsula de Bowman), nos vamos a encontrar con que los capilares glomerulares presentan estructuras especializadas en sus paredes, las “fenestraciones”. Estas son poros grandes que se encuentran en la pared del capilar y permite que las sustancias pasen de forma libre por esta (primera fase de filtración). Posteriormente, existe un elemento que evita que sustancias de cargas negativas (proteínas plasmáticas) pasen esta barrera de filtración, la “lamina basal”. Enseguida, tenemos elementos que evitan que sustancias grandes puedan atravesar la barrera, estos serían los “podocitos”.

Ya generada la filtración, se genera el proceso de “reabsorción”. Este proceso es realizado principalmente por el túbulo contorneado proximal, el cual posee una gran cantidad de mitocondrias y de vellosidades (ubicados en la superficie apical para aumentar la superficie de contacto) que hacen más fácil este proceso.

9.4.- Importancia de las cargas negativas en la barrera de filtración glomerular En el gráfico se aprecia cuanto se filtra, por parte del glomérulo, una sustancia dependiendo del radio molecular de ella. Se utilizaron 3 tipos de moléculas. Una con gran cantidad de cargas negativas (“polianiónicas”), otra con igual cantidad de cargas negativas y positivas (“neutra”), y finalmente, una con gran cantidad de cargas positivas (“policatiónica”). Se observó que en las sustancias polianiónicas, la tasa de filtración comenzaba en un 0,4-0,6 aprox., y a medida que se aumentaba su radio, disminuía su tasa de filtración (hasta los 34 Ǻ, donde ya no se puede filtrar mas). Cuando se analizaba la sustancia de cargas neutras, la tasa de filtración comienza en 1 y, a medida que aumenta su radio llegando a los 42-46 Ǻ, la sustancia ya no podía ser filtrada. Finalmente, la sustancia policatiónica presentaba una tasa de filtración un poco mayor a la anterior, pero siempre limitada por el tamaño de la sustancia (máximo de 42-46 Ǻ). En conclusión, la lámina basal, como presenta gran cantidad de cargas negativas, evita que se filtren sustancias con su misma carga. Pero los podocitos, evitaran la filtración de moléculas grandes. Esto hace a la barrera de filtración glomerular una malla muy efectiva.

9.5.- Aplicación de las fuerzas en la filtración glomerular (fuerzas de Starling) La presión oncótica de la capsula de Bowman será lo más cercana a 0, es decir, favorece la filtración. Como tenemos fuerzas que van a favorecer la filtración, y otras que estarán en contra de ella, las que están a favor van a ser las que tienden a sacar un líquido fuera del vaso sanguíneo (presión hidrostática del capilar glomerular). La presión oncótica del capilar glomerular está en contra de la filtración (retiene liquido), y la presión hidrostática de la capsula de Bowman, también está en contra de la filtración. En este tema es necesario hacerse la siguiente pregunta, ¿cómo se modifican las fuerzas de Starling? Para modificar la presión hidrostática del capilar glomerular se debe aumentar el flujo sanguíneo, aumentar la filtración, activar una vasoconstricción de la arteriola eferente y activar la vasodilatación de la arteriola aferente. Para modificar la presión oncótica del glomérulo se debe disminuir la presión oncótica del capilar glomerular, lo que permite aumentar la filtración. Para modificar la presión hidrostática de la capsula de Bowman se debe aumentar la presión hidrostática de la capsula de Bowman, por ende, disminuir el filtrado. Un ejemplo del aumento de la presión hidrostática es cuando hay presencia de litiasis renal (cálculos renales) o de problemas a la próstata.

9.6.- Relación entre los cambios selectivos en la resistencia de las arteriolas aferentes y eferentes Cuando se presenta una vasoconstricción de la arteriola aferente (A), disminuye la tasa de filtración glomerular (GFR), disminuye la presión hidrostática (PCG) y disminuye el flujo sanguíneo renal (FSR). Cuando se presenta una vasoconstricción de la arteriola eferente (B), aumenta la tasa de filtración glomerular, aumenta la presión hidrostática y disminuye el flujo sanguíneo renal. Cuando se presenta una vasodilatación de la arteriola eferente (C), disminuye la tasa de filtración glomerular, disminuye la presión hidrostática y aumenta el flujo sanguíneo renal. Cuando se presenta una vasoconstricción de la arteriola eferente (D), aumenta la tasa de filtración glomerular, aumenta la presión hidrostática y aumenta el flujo sanguíneo renal.

9.7.- Regulación de la filtración glomerular

*El sistema nervioso autónomo parasimpático no aporta en la regulación de la filtración renal.

9.8.- Efectos de sustancias vasodilatadoras y vasoconstrictoras en el flujo sanguíneo renal (FSR) y la tasa de filtración glomerular (GFR)

9.9.- Sistema de transporte a través de los túbulos renales (reabsorción tubular) El proceso de producción de orina depende de tres funciones: filtración, reabsorción y secreción. Como ya vimos lo referente a filtración, nos correspondería analizar la reabsorción (principalmente) y la secreción. Cuando se hable de reabsorción, se debe tomar en cuenta que existen dos formas de reabsorción a nivel de los túbulos. Una reabsorción de tipo “transcelular” (la sustancia a reabsorber debe pasar a través de la célula tubular; se necesitaran proteínas de membrana), y la reabsorción “paracelular” (ocurre entre las células de los túbulos, es mayoritaria e importante). El proceso de reabsorción transcelular responde a dos formas de movilización a través de las membranas plasmáticas, es decir, depende del transporte activo y pasivo.

9.10.- Transporte de sodio

El Na+ debe estar en alta concentración en el plasma sanguíneo (espacio extracelular) para poder generar la excitabilidad de algunos tejidos. Por lo tanto, el riñón, en base a este paradigma, absorbe todo el Na+ que le sea posible. Primero, hay que tener en cuenta que al inicio del túbulo contorneado proximal hay un 100% de remanente de Na+. El túbulo contorneado proximal va a ser el responsable de generar la reabsorción mayoritaria, aprox. un 67% de lo que se filtró (lo que se filtra a nivel del glomérulo, es igual en relación al plasma en su composición química, salvo por la presencia de células formes y proteínas). Ya al pasar por este túbulo, nos quedaría un 33% de remanente. En la rama ascendente gruesa del asa de Henle se reabsorbe un 25% de lo que se filtró, esto nos deja cerca de un 8% de remanente en el comienzo del túbulo contorneado distal o cercano al aparato yuxtaglomerular (macula densa, arteriola aferente, eferente y las células mesangiales). *La macula densa censa cuanto Na+ está pasando a este nivel del túbulo. Si hay mucho Na+, se estimula la liberación de “renina” para que se reabsorba más cantidad de este ion. La arteriola aferente está midiendo la presión arterial. Si la presión es muy baja, hay disminución de la volemia, es decir, se relaciona con una disminución del Na+. Por lo tanto, también se secreta renina. En el túbulo contorneado distal y la zona cortical del túbulo colector, se reabsorbe un 5% de lo que se filtró, quedando un 3% de remanente. Posteriormente, el túbulo colector, en su área medular, reabsorbe cerca de un 3%. Por último, el remanente obtenido al final de este proceso es un 0,4% aprox., es decir, este es el porcentaje que se pierde de Na+ a través de la orina (valor insignificante). *Una persona con hipertensión arterial debe consumir la “biosal”, ya que esta contiene grandes cantidades de K+ en vez de Na+, lo cual permite que el individuo no se llene con Na+ y si lo haga con K+, porque este último es más fácil eliminarlo del organismo por la micción.

9.11.- Mecanismo de reabsorción de sodio En el túbulo contorneado proximal se genera la reabsorción de Na+ mediante un cotransporte con glucosa (principalmente). También, hay reabsorción mediante un antiporter de Na+/H+. El Na+ se acumula dentro de la célula y sale mediante un cotransporte con bicarbonato y por la bomba Na+/K+.

En la rama ascendente gruesa del asa de Henle aparece un transportador múltiple, que está transportando al interior de la célula, un ion de Na+, uno de K+ y 2 de Cl(su carga neta es cero). También hay un antiporter de Na+/H+. Hay medicamentos que se utilizan como diuréticos, uno de ellos es la “furosemida”, la cual inhibe el transportador múltiple antes visto. Esto hace que no haya paso de los tres iones mencionados, o sea, se queden en el túbulo. Esto permite que haya un menor arrastre de agua y se contenga en el túbulo, lo que permite que la persona orine con más frecuencia. Se utiliza también como medicamento para la presión arterial. El Na+ sale de la célula principalmente por la bomba Na+/K+. En el túbulo contorneado distal tenemos principalmente un cotransporte de Na+/Cl-, el cual es inhibido por “tiazida” (medicamento diurético). Sale al intersticio gracias a la bomba Na+/K+. En el túbulo colector, a nivel cortical, la entrada de Na+ es mediante canales de Na+ simples (“canales ENaCs”), que utilizan a la bomba Na+/K+ como la generadora del gradiente, la cual moviliza el Na+ hacia el intersticio (se genera un gradiente de concentración desde el túbulo hacia la célula). Junto con esto existen canales de K+ que favorecen o permiten el intercambio de Na+ y K+. Los canales de Na+ pueden ser inhibidos por la “amilorida” (también es un medicamento diurético).

*A nivel cortical del túbulo colector y en el túbulo contorneado distal se puede secretar K+ si hay un excedente de su concentración en la sangre.

9.12.- Efecto de la aldosterona

La aldosterona ejercerá su efecto en dos puntos, uno en el túbulo contorneado distal y el otro en el túbulo colector. La aldosterona al ser derivada del colesterol (hormona esteroidal), ejerce su efecto haciendo una modificación de la expresión génica, modificando la transcripción. Cuando la aldosterona pasa de la sangre al interior de la célula tubular, esta toma contacto con su receptor, y el complejo hormona-receptor se activa para estimular la expresión del “gen canal de Na+ ENaCs”, generando muchos canales de este ion en la membrana apical. Esto favorece la reabsorción de Na+, el cual ingresa a la célula y rápidamente es importado al intersticio por la bomba Na+/K+. Además, en la membrana apical hay canales de K+, los cuales permiten salir al K+ que está acumulándose dentro de la célula. Una persona con un tratamiento de corticoides (aumento de cortisol en sangre), estimula la aldosterona. Esto favorece el proceso de reabsorción de Na+, por lo tanto, hay una retención de líquido por el aumento de absorción de agua. Por esta razón, la persona que abusa de corticoides se aprecia más “hinchada”. Una persona normal presenta una enzima llamada “11b-hidroxyesteroide dehidrogenasa 2”, la cual toma el cortisol y lo transforma en “cortisona”. La cortisona no es capaz de interaccionar con el receptor de aldosterona, por lo tanto, en una persona que está muy estresada (alto concentración de cortisol), pero es sana, el riñón va a permitir que no se genere una respuesta cruzada para no alterar el proceso hídrico del cuerpo.

9.13.- Transporte de glucosa

El proceso de reabsorción de glucosa es extremadamente eficiente. Esta reabsorción ocurre en un 98% en el túbulo contorneado proximal, por lo tanto en teoría, no debe pasar de este túbulo. La ubicación de las proteínas transportadoras está dada al principio y al final del túbulo contorneado proximal. Al principio de este tenemos principalmente SGLT2, el cual es un transportador poco eficiente (concentra solo 70 veces la glucosa en el interior de la célula respecto al túbulo). Si tengo mucha carga de glucosa, esta no podrá ser reabsorbida al inicio de este túbulo, por lo tanto se reabsorberá al final del túbulo contorneado proximal, y lo hará mediante un SGLT1. Este puede concentrar hasta 4900 veces la glucosa dentro de la célula tubular con respecto al túbulo (es muy eficiente). Este transporte activo con SGLT, permitirá también el ingreso de Na+ a la célula. En la membrana basolateral, solo se necesita de un transporte pasivo (GLUTs) para transportar la glucosa al intersticio.

Si se tiene demasiada glucosa en el filtrado, se saturara el transporte. En el siguiente gráfico, la línea amarilla aparece representando la filtración de glucosa a medida que se aumenta la glicemia. Por lo tanto, la glucosa en el glomérulo se filtra libremente, es decir, a medida que aumenta la glicemia, el filtrado es proporcional. En la reabsorcion (línea roja), a medida que aumenta la glicemia en el punto aproximado de los 400 mg/dL, comienza a ocurrir la saturación del transporte. Se comienza a llegar al transporte máximo (Tm). Si no se puede reabsorber más, y se tiene mucha glucosa, esta pasara de largo y se formara la curva de excreción (línea verde). En conclusión, pasado los 400 mg/dL se va a poder encontrar “glucosuria” (glucosa en la orina). Junto con esto, el balance hídrico en una glucosuria elevada permite atraer agua al túbulo, lo que representa una “poliuria” (necesidad constante de orinar). Si se tiene poliuria, el balance hídrico esta con déficit de agua, por lo que se genera la “polidipsia” (sed constante); y si se genera la polidipsia, el riñón tratara de hacer que se pierda agua reabsorbiendo Na+ a través de la aldosterona y la vasopresina (ADH). Todos estos casos vistos anteriormente hacen alusión a una persona con una patología diabética.

9.14.- Transporte de potasio El K+ va a ser manejado por parte de los túbulos dependiendo de la ingesta de este ion. Si se ingiere mucho K+, se tiene que eliminar del cuerpo; y si se ingiere lo normal, se debe tratar de absorber para ser utilizado en cualquier caso necesario. Si se tiene una ingesta baja de K+, el grado de reabsorción principal va a ocurrir en el túbulo contorneado proximal (80%). Posteriormente, se vuelve a reabsorber un 10% en el comienzo del túbulo contorneado distal o el término de la rama ascendente gruesa del asa de Henle. Después, en el túbulo contorneado distal, llegando al túbulo colector, se reabsorbe un 2%; y finalmente, en el túbulo colector (a nivel medular) un 6%. Cerca de un 2% del filtrado original se elimina por la orina.

Si tenemos un exceso de K+ en la sangre, se va a producir una serie de cambios negativos en nuestro cuerpo, e incluso la muerte. En una célula excitable, normalmente se encontrara K+ en mayor cantidad en el espacio intracelular, por lo que, los canales de fuga le permitirán su salida en forma normal. Ahora, como se aumenta el K+ fuera de la célula, el K+ dentro de ella no podrá salir y el potencial de membrana se comienza a despolarizar, se llegara al umbral y se produce el potencial de acción normalmente. Pero, en la fase de repolarización, este K+ no podrá salir de la célula. En síntesis, si a una persona se le inyecta una alta dosis de K+, le ocurrirá una serie de eventos que terminaran en su muerte. La función neuronal se pierde, ya que se generaran potenciales de acción espontáneos y se demorara mucho en repolarizarse cualquier célula neuronal (SNC paralizado). En la musculatura esquelética habrá una contracción constante (tetania), lo que a nivel del diafragma es letal, ya que no permite la función respiratoria normal. En la musculatura cardiaca, también habrá potenc...