RAE 1. Fisiología Renal PDF

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David Esteban Ramírez AgamezAIAS RenalAIAS 2RAE: Explicar los determinantes de filtración, reabsorción y secreción desustancias orgánicas (glucosa, proteínas y péptidos, ácidos y basesorgánicas) en la nefrona.CONTENIDO: Generalidades del transporte celular Procesos renales básicos (En el cap está ex...

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David Esteban Ramírez Agamez AIAS Renal AIAS 2 RAE: Explicar los determinantes de filtración, reabsorción y secreción de sustancias orgánicas (glucosa, proteínas y péptidos, ácidos y bases orgánicas) en la nefrona. CONTENIDO: 1. Generalidades del transporte celular 2. Procesos renales básicos (En el cap está explícito) 3. Propiedades del transporte de solutos en general 4. Na y H2O 5. Glucosa 6. Proteínas y péptidos 7. Cationes orgánicos 8. Aniones orgánicos 9. Urea GENERALIDADES DEL TRANSPORTE CELULAR. La mayoría de las células funcionales de los riñones son células epiteliales que forman las paredes de los túbulos renales, su tarea es mover una gran variedad de sustancias entre los lúmenes de los túbulos y la red cercana de vasos sanguíneos. El cruce del epitelio tubular puede ocurrir a través de las células o alrededor de estas, lo que quiere decir que pueden haber 2 tipos de transporte: ● Transporte paracelular que es cuando la sustancia pasa alrededor de las células, es decir, a través de la matriz de las uniones estrechas que enlazan cada célula epitelial a su vecino. (Alrededor de las células a través de uniones estrechas). ● Transporte transcelular que es el más común y es un proceso de dos pasos a través de las células. (A través de las células, entra por un lado y sale por otro) ○ Para la reabsorción, los dos pasos son primero, la entrada a través de la membrana apical hacia el lumen tubular, a través del citosol celular y, segundo, la salida a través de la membrana basolateral hacia el intersticio. ○ Para la secreción, el proceso se invierte. Tipos de transporte celular: 1. Transporte transepitelial: puede darse por varios medios:

● Movimiento por difusión: La difusión es el movimiento aleatorio de moléculas libres en solución. La difusión neta ocurre a través de una barrera (es decir, más moléculas que se mueven en una dirección que en la otra) si hay una fuerza impulsora (un gradiente de concentración o, para moléculas cargadas, un gradiente potencial) y si la barrera es permeable. ● Movimiento por canales: La mayoría de las sustancias de importancia biológica no pueden penetrar las membranas lipídicas lo suficientemente rápido para satisfacer las necesidades celulares. Para acelerar el proceso, su flujo transmembrana está mediado por proteínas integrales de membrana. Los canales son pequeños poros (proteínas con un “agujero” en el interior de la proteína) que permiten, según su estructura, que el agua o los solutos específicos se difundan a través de ellos. Estos normalmente se abren y cierran como los obturadores de las cámaras, de modo que la permeabilidad de una membrana es proporcional al número de canales y a la probabilidad de que estén abiertos. El movimiento a través de canales es pasivo, es decir, no se requiere energía externa. Una característica de los canales críticos para la función renal es la regulación de su permeabilidad por una serie de factores ambientales y cascadas de señalización. Las maneras de regularlos son: 1. Las proteínas de transporte se mueven de un lado a otro entre la membrana de la superficie, donde funcionan normalmente, y los sitios de secuestro que se ubican en la base de las microvellosidades o en las vesículas intracelulares. 2. La proteína de transporte se sintetiza y se inserta en la membrana, o se elimina y se degrada. 3. Las proteínas de transporte se activan o inhiben uniendo ligandos ● Movimiento por transportadores: Se da gracias a proteínas que funcionan como transportadores, estas permiten el flujo transmembrana de un soluto que es impermeable en la bicapa lipídica. La mayoría de los transportadores tienen una tasa de transporte más baja que los canales porque los solutos transportados se unen con mucha más fuerza a la proteína de transporte. Además, esta proteína debe someterse a un ciclo más elaborado de cambio conformacional para mover el soluto de un lado de la membrana al otro. Dentro de este tipo de transporte encontramos varios subtipos: ● Uniporte (Difusión facilitada): permiten el movimiento de una única especie de soluto a través de la membrana. Requiere que el soluto se una a un sitio que esté alternativamente disponible en un lado y luego en el otro lado de la membrana. Ejemplo: GLUT: se encuentra en las células epiteliales del túbulo

proximal del riñón, y permite que la glucosa se mueva desde el citosol a través de la membrana basolateral hacia el intersticio. UT: transporta urea.

● Multiporte: mueven dos o más especies de solutos a través de una membrana simultáneamente. Aquí también encontramos dos tipos: ○ Simporte: mueve los solutos juntos y en la misma dirección. Ejemplos: SGLT: Es importante para el manejo de glucosa ya que mueve el sodio y la glucosa juntos hacia las células, Na/K/2Cl: encargado de mover el sodio, el potasio y el cloruro todos juntos a una célula ○ Antiporte: mueve los solutos en direcciones opuestas. Intercambiadores Na/H (Miembros de la familia NHE): mueven el sodio hacia una célula y los protones fuera de esta. Cl/HCO3: mueve el cloruro en una dirección y el bicarbonato en la dirección opuesta.

● Transportadores activos primarios: son proteínas de membrana que mueven uno o más solutos hacia arriba en sus gradientes electroquímicos, utilizando la energía obtenida de la hidrólisis del ATP. Todos los transportadores que mueven solutos de esta manera son ATPasas, es decir, su estructura es tanto la de una enzima que divide el ATP como la de un transportador que tiene sitios de unión que alternativamente están abiertos a un lado y luego al otro lado de la membrana. Uno clave en el riñón es la Na/K/ATPasa, que mueve simultáneamente el sodio contra su gradiente electroquímico fuera de una celda y el potasio contra su gradiente hacia la celda. (3 Na por 2 K en cada ATP). Otros sistemas de transporte activo primario cruciales son las H/ATPasas, que sacan los protones de las células, y las Ca/ATPasas, que sacan el calcio de las células. 2. Endocitosis: es un proceso de transporte mediado por receptores. En este caso, un soluto (Que generalmente es una proteína), se une a un sitio en la superficie apical de una célula epitelial, y luego un parche de membrana con el soluto unido a él se internaliza como una vesícula en el citoplasma. Los procesos posteriores degradan la proteína en sus aminoácidos constituyentes, que se transportan a través de la membrana basolateral hacia la sangre.

3. Ósmosis: Es importante saber que los solutos disueltos en agua desplazan parte de esta y reducen su concentración. Por lo tanto, las soluciones que difieren en la concentración de soluto también difieren en la concentración de agua. Como sabemos el agua se difunde desde donde su concentración es mayor (Diluidas) hacia soluciones donde su concentración es menor (concentradas), Este proceso se llama ósmosis. Por definición, la presión osmótica es la presión que teóricamente debería aplicarse a una solución para evitar el movimiento del agua por ósmosis a través de una barrera semipermeable hacia la solución más concentrada. Los riñones hacen uso de este concepto reabsorbiendo solutos a través de los túbulos renales. En las barreras endoteliales fenestradas de los capilares glomerulares y capilares peritubulares, la mayoría de los solutos son tan permeables a través de los poros como el agua y, por tanto, no influyen en el movimiento de esta. Sin embargo, las proteínas plasmáticas grandes no son permeables y por eso si influyen en el movimiento del agua. La presión osmótica resultante de las proteínas únicamente (ignorando todo lo demás) se llama presión oncótica, esta es un componente de las fuerzas de Starling que gobiernan la filtración y la absorción a través de las capas endoteliales. En otras barreras, específicamente en el revestimiento epitelial de los túbulos renales, las permeabilidades de todos los solutos son generalmente más bajas que la permeabilidad al agua, por lo tanto, todos los solutos contribuyen a impulsar un flujo de agua. PROCESOS RENALES BÁSICOS. Las estructuras funcionales del riñón son las nefronas y los túbulos colectores en los que estas drenan. La imagen explica los elementos fundamentales de la función renal: ● Filtración glomerular ● Secreción tubular ● Reabsorción tubular.

● Filtración: en este proceso el agua y los solutos en la sangre salen del sistema vascular a través de la barrera de filtración y entran al espacio de Bowman. ● Secreción: es el proceso de transporte de sustancias a la luz tubular desde el citosol de las células epiteliales que forman las paredes de la nefrona. ● Reabsorción: es el proceso de mover sustancias desde la luz

tubular a través de la capa epitelial hacia el intersticio circundante y luego hacia la sangre. ● Excreción: Salida de sustancias del cuerpo, generalmente hablamos de este proceso al hacer referencia a la orina. ● Síntesis: significa que una sustancia se construye a partir de precursores moleculares. Filtración glomerular. La formación de orina comienza con la filtración glomerular que corresponde al flujo masivo de filtrado desde los capilares glomerulares hacia la cápsula de Bowman. Este filtrado es muy parecido al plasma sanguíneo, pero este contiene muy pocas proteínas totales porque las proteínas plasmáticas grandes como la albúmina y las globulinas quedan virtualmente excluidas de moverse a través de la barrera de filtración por su tamaño y su carga (-). Sin embargo, en el filtrado podemos encontrar proteínas más pequeñas, como muchas de las hormonas peptídicas, pero su masa en total es minúscula en comparación con la masa de proteínas plasmáticas grandes en la sangre por eso muchas veces su apreciación es despreciable. El filtrado glomerular contiene la mayoría de los iones inorgánicos y solutos orgánicos de bajo peso molecular, porque muchos componentes de la sangre como los que se mencionaron se filtran libremente. Entre las sustancias más comunes incluidas en el filtrado se encuentran: los iones sodio, potasio, cloruro y bicarbonato; las moléculas orgánicas no cargadas como glucosa y urea; los aminoácidos; y los péptidos como la insulina y la hormona antidiurética. El volumen de filtrado formado por unidad de tiempo se conoce como tasa de filtración glomerular (TFG). Se afirma que los riñones filtran el volumen total de plasma unas 60 veces al día, lo que les permite excretar grandes cantidades de productos de desecho y regular los componentes del medio interno con mucha precisión Reabsorción y secreción tubular. El volumen y la composición de la orina final son bastante diferentes a los del filtrado glomerular, ya que casi la totalidad del volumen filtrado debe reabsorberse; porque de lo contrario, llegaríamos hasta la deshidratación muy rápidamente solo por orinar (180 L/día). A medida que el filtrado fluye desde la cápsula de Bowman a través de las diversas porciones del túbulo, su composición se altera, principalmente al eliminar material (reabsorción tubular) pero también al agregar material (secreción tubular). Como se describió anteriormente, el túbulo está íntimamente asociado con la vasculatura, esta relación permite una rápida transferencia de materiales entre el plasma capilar y la luz del túbulo a través del espacio intersticial.

NOTA: La mayor parte del transporte tubular consiste en reabsorción más que en secreción tubular. Para destacar: ● Las cantidades filtradas por día son enormes, generalmente mayores que las cantidades de sustancias en el cuerpo. ● La reabsorción de productos de desecho, como la urea, es parcial, por lo que grandes fracciones de sus cantidades filtradas se excretan en la orina ● La reabsorción de la mayoría de los componentes plasmáticos "útiles" es completa (Glucosa) o casi completa (Agua y la mayoría de los electrolitos), de modo que muy pocas cantidades filtradas se excretan en la orina. Para cada sustancia plasmática la combinación de filtración, reabsorción y secreción determina la cantidad excretada, a la vez estos procesos están sujetos a control fisiológico. Al desencadenar cambios en las tasas de filtración, reabsorción o secreción cuando el contenido corporal de una sustancia es superior o inferior a lo normal, estos mecanismos regulan la excreción para mantener el equilibrio del organismo.

Regulación de la función renal. Señales neuronales

Señales hormonales

Mensajeros químicos

Se originan en el plexo celíaco simpático, ejercen un control importante sobre el flujo sanguíneo renal, la filtración glomerular y la liberación de sustancias vasoactivas que afectan tanto a los riñones como a la vasculatura periférica

La corteza suprarrenal secreta las hormonas esteroides aldosterona (Regula la secreción de Na y K) y cortisol.

Las hormonas extrarrenales, los mensajeros químicos intra renales (es decir, los mensajeros que se originan en una parte del riñón y actúan en otra parte, Ej. Óxido nítrico, agonistas purinérgicos, superóxido, eicosanoides) influyen en los procesos renales básicos.

La médula suprarrenal secreta las catecolaminas (Epinefrina y norepinefrina). La glándula pituitaria posterior secreta la hormona arginina vasopresina (también llamada ADH), que es un importante regulador de la excreción de agua y urea, y también contribuye a la regulación de la excreción de sodio El corazón secreta hormonas, péptidos natriuréticos, que aumentan la excreción de sodio por los riñones.

Es muy importante destacar que los sistemas de control se adaptan a las condiciones crónicas y su efectividad puede cambiar con el tiempo. Funciones regionales: El glomérulo

Túbulos proximales

Es el sitio de filtración, donde la mayor masa de sustancias excretadas ingresa a la nefrona. (Paso a la cápsula de Bowman

(Las porciones contorneadas y rectas juntas) Reabsorben aproximadamente dos tercios del agua filtrada, el sodio y el cloruro, además de todas las moléculas orgánicas útiles que el cuerpo conserva (glucosa, aminoácidos), fracciones significativas, de muchos iones importantes, como potasio, fosfato, calcio y bicarbonato. Es el sitio de secreción de una serie de sustancias orgánicas que son productos de desecho metabólicos (Ácido úrico, creatinina) y fármacos (Penicilina). Se reabsorbe agua, glucosa, aminoácidos, Na, Cl; HCO3, K, se tienen que secretar los ácidos y las bases orgánicas con los protones.

Asa de Henle

Contiene diferentes segmentos que realizan varias funciones (Ascendente: reabsorbe Na, Cl, K, Ca, HCO3, Mg, secreta protones, Descendente: reabsorbe agua), pero las funciones clave ocurren en la rama ascendente gruesa. En conjunto, el asa de Henle reabsorbe aproximadamente el 20% del sodio y el cloruro filtrados y el 10% del agua filtrada. Una consecuencia crucial de estas diferentes proporciones es que, al reabsorber relativamente más sal que

agua, el líquido luminal se diluye en relación con el plasma normal y el intersticio circundante. El final del asa de Henle contiene células de la mácula densa, que detectan el contenido de sodio y cloruro de la luz y generan señales que influyen en otros aspectos de la función renal, específicamente en el sistema RAA. Túbulo distal y conector

Reabsorben algo de sal y agua adicional, quizás un 5% de cada uno. Además de: Na, CL, Mg, Ca.

Túbulo Colector

Cortical: es donde varios túbulos de conexión se unen para formar un solo túbulo, sus células responden fuertemente y están reguladas por las hormonas ADH, angiotensina II y aldosterona. Las últimas dos hormonas aumentan la reabsorción de sodio, mientras que la ADH aumenta la reabsorción de agua en los conductos colectores. Medular: continúa con las funciones del anterior en la reabsorción de sal y agua. Además, juega un papel importante en la excreción de ácidos y bases. La acumulación medular interna es importante para regular la excreción de urea.

Los riñones llevan a cabo la excreción de desechos orgánicos, sustancias químicas extrañas y sus metabolitos. A medida que los riñones excretan estas sustancias, también filtran grandes cantidades de sustancias orgánicas que no excretan, como glucosa y

aminoácidos. Por lo tanto, los riñones deben discriminar entre qué conservar y qué desechar. Dado que la mayoría de estos solutos están predominantemente unidos a proteínas, la secreción representa la ruta principal por la que ingresan al túbulo. Al tratar con solutos orgánicos, los riñones realizan una especie de clasificación. Ellos reabsorben metabolitos que deben retenerse, como la glucosa, eliminan productos de desecho, toxinas urémicas y sustancias extrañas, y reabsorben parcialmente algunos solutos especiales

PROPIEDADES GENERALES DEL TRANSPORTE DE SOLUTOS ORGÁNICOS. 1. Si bien existen muchas especies de solutos orgánicos, hay un número menor de especies de proteínas de transporte, lo que significa que muchos transportadores son promiscuos y aceptan múltiples solutos. Esto permite que los riñones funcionen sin expresar un transportador separado para todos y cada uno de los solutos. 2. La mayoría de los solutos orgánicos se transportan solo en el túbulo proximal. Aquellos que se secretan o escapan a la reabsorción en el túbulo proximal terminan siendo excretados. 3. Los solutos orgánicos se transportan solo en el túbulo proximal (la urea es una excepción). SODIO Y AGUA La mayor parte de la reabsorción de estas moléculas ocurre en el túbulo proximal (Aproximadamente 2/3). Casi todos los solutos (excepto las proteínas plasmáticas grandes) se filtran del plasma al espacio de Bowman en la misma proporción que el agua; por tanto, sus concentraciones en el filtrado glomerular son las mismas que en el plasma. Las tasas de reabsorción, y por tanto las concentraciones en la luz al final del túbulo proximal, varían de un soluto a otro, pero la suma total de solutos reabsorbidos es proporcional al agua reabsorbida. A esto se le llama reabsorción isoosmótica. En las porciones posteriores de la nefrona, más allá del túbulo proximal, la reabsorción generalmente no es isoosmótica. El sodio representa casi la mitad de la carga total de solutos que aparece en el filtrado glomerular y la mayor parte del resto consiste en los aniones (cloruro y bicarbonato) que deben acompañar al sodio para mantener la electroneutralidad. La gran cantidad de sodio y aniones transferidos de la luz al intersticio configura un gradiente osmótico que favorece el movimiento paralelo del agua, además el epitelio del túbulo proximal es muy permeable al agua, que sigue a los osmoles en proporciones iguales. Una vez en el intersticio, los solutos y el agua se mueven hacia los capilares peritubulares y regresan a la circulación sistémica.

Paso a paso: 1. Paso activo de sodio de la célula epitelial al intersticio a través de la membrana basolateral, que se da gracias a la bomba Na/K/ATPasa 2. Entrada pasiva de sodio desde el lumen tubular a través de la membrana apical hacia la celda para reemplazar el sodio eliminado en el paso 1, esto se realiza a través de múltiples vías, pero cuantitativamente, la mayor parte del sodio entra a través del antiportador sodio-protón (isoforma NHE3). 3. Movimiento paralelo de aniones desde el lumen al intersticio para preservar la electroneutralidad. Involucra el movimiento de dos iones que coincide con el del Na: cloruro y bicarbonato. 4. Flujo osmótico de agua desde la luz tubular hasta el intersticio, gracias a que las células tubulares poseen un complemento de acuaporinas en las membranas apical y basolateral. 5. Flujo masivo de agua y sal desde el intersticio hacia el capilar peritubular, que es impulsado por las fuerzas de Starling. GLUCOSA En la mayoría de las circunstancias es perjudicial perder glucosa en la orina, particularmente en condiciones de ayuno prolongado. Por tanto, los riñones normalmente reabsorben en el túbulo proximal toda la glucosa que se filtra. Esto implica tomar glucosa del lumen tubular a través de la membrana apical gracias a simportadores de sodio-glucosa (SGLT1 - SGLT2), para luego promover su salida a través de la membrana basolateral hacia el intersticio por medio de un uniportador GLUT. A diferencia del caso del sodio y muchos otros solutos, las uniones estrechas no son significativamente permeables a la glucosa. P...