TEMA 7 fisiología - Apuntes detallados de clase. PDF

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Apuntes Fisiología de Sistemas – Adrián Sánchez

TEMA 7: FISIOLOGÍA RENAL Introducción fisiología renal La función principal de los riñones es la regulación homeostática del contenido de agua e iones. Como función secundaria destaca la eliminación de desechos, que es importante pero menos urgente que el mantenimiento de la osmolaridad ya que las alteraciones del volumen de la sangre o de los niveles iónicos pueden causar problemas graves antes de que la acumulación de desechos metabólicos alcance niveles tóxicos. La unidad funcional es la nefrona. Dentro de la nefrona destacan dos funciones: -

Función glomerular: filtración Función tubular: reabsorción y secreción.

Funciones de los riñones 1. Regulación del volumen del líquido extracelular y de la presión arterial. Para ello es importante el trabajo conjunto de los riñones (respuesta lenta) y el sistema cardiovascular (respuesta rápida a través de la vasodilatación/vasoconstricción y la regulación del gasto cardíaco) para lograr que la presión arterial y la perfusión tisular se mantengan dentro de unos niveles aceptables. a. Cuando aumenta la volemia, aumenta la presión arterial, por lo que para disminuir la presión, los riñones excretan líquido en forma de orina, es decir, disminuye la reabsorción (de agua). b. En cambio, cuando disminuye la volemia disminuye la presión arterial (lo cual es especialmente peligroso porque no se consigue la suficiente irrigación para los tejidos y órganos), los riñones reabsorben mayor cantidad de líquido para evitar su pérdida y compensar esta caída de la presión. Estos cambios son detectados por volorreceptores en aurícula, células endocrinas en aurículas y barorreceptores aórticos y carotídeos. 2. Regulación de la osmolaridad: la osmolaridad de la sangre está entre 290-300 mOsm/L. a. La deshidratación provoca un aumento de la osmolaridad. Se desencadenan reflejos conductuales (sed) para aumentar la ingesta de líquido. b. La sobrehidratación provoca una disminución de la osmolaridad y un aumento de la excreción de líquidos. 3. Mantenimiento del equilibrio iónico: los riñones son capaces de regular la concentración de los iones clave en la circulación sistémica, equilibrando la

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ingesta en la dieta con la pérdida por orina (diuresis) para mantener estas concentraciones en un rango de normalidad. Estos iones clave son: a. Sodio: determina entre el 90-95% de la osmolaridad. Es el principal ión que participa en la regulación de la osmolaridad y volumen del líquido extracelular (e indirectamente de la presión arterial). b. Potasio c. Calcio 4. Regulación del pH: el pH de la sangre está entre 7,35 y 7,45. Es fundamental el mantenimiento del pH en este rango ya que: a. Si disminuye el pH hablaríamos de un caso de acidosis. En este caso el riñón aumenta la excreción de hidrogeniones (es decir, libera protones) y la reabsorción de bicarbonato que actúa como buffer. b. Si aumenta el pH se produce una situación de alcalosis. En este caso el riñón aumenta la reabsorción de protones y la excreción de bicarbonato para conservar el pH. El riñón tiene un papel importante en la homestosasis del pH pero no corrigen sus alteraciones de manera rápida como lo hacen los pulmones. Por ello, además del riñón, el pH de la sangre también está controlado a través de la respiración (por la ventilación) y por el buffer disuelto. Estos dos últimos mecanismos son más rápidos. 5. Excreción de desechos: los riñones eliminan los productos de desecho y sustancias extrañas como fármacos y toxinas ambientales. Los desechos metabólicos que se eliminan en la orina incluyen: a. Creatinina: procedente del metabolismo muscular b. Desechos nitrogenados: urea y ácido úrico c. Uribilinógeno: metabolito de la degradación de la bilirrubina y de la hemoglobina. Otorga a la orina su color amarillo. d. Hormonas: se excretan aquellas libres en la sangre, pero no las que están unidas a transportadores en el plasma (testosterona, cortisol…) que no pueden ser filtradas en el riñón. e. Toxinas no metabolizables como la sacarina, el anión benzoato (parte de un conservante)… 6. Producción de hormonas: los riñones no son glándulas endocrinas pero desempeñan un papel fundamental en tres procesos endocrinos: a. Las células renales sintetizan eritropoyetina (EPO) en la corteza renal, que regula la síntesis de glóbulos rojos. b. Renina: fundamental en el sistema renina-angiotensina-aldosterona para el equilibrio hidroelectrolítico. c. Hidroxilasa: cataboliza la reacción de transformación de la vitamina D3 al calcitriol la hormona realmente activa que regula la calcemia (homeostasis del calcio). Como la gran mayoría de los órganos, tiene una importante capacidad de reserva, es decir, pueden mantener la homeostasis incluso perdiendo casi las ¾ partes de su función.

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Anatomía del aparato urinario El aparato urinario está formado por: Dos riñones, uno a cada lado de la columna vertebral, con una forma cóncava orientada hacia la columna. Están situados a nivel de la 11-12 costilla, justo por encima de la cintura, donde se encuentra la primera vértebra lumbar. El riñón derecho está ligeramente por debajo porque por encima tiene el hígado, y el riñón izquierdo está a la altura del bazo. Los riñones tienen una situación retroperitoneal (detrás de la cavidad peritoneal), es decir, están fuera de la cavidad abdominal, situados entre el peritoneo y la musculatura dorsal. El riñón se encuentra muy cerca del cuadro lumbar, por lo que en ocasiones cólicos nefríticos pueden confundirse con dolor a nivel de los músculos lumbares. En los riñones se distingue la zona cóncava, denominada pelvis renal o íleon y de donde emergen: -

Vasos sanguíneos: irrigados por las arterias renales (procedentes de la aorta abdominal) y las venas renales (de la vena cava inferior). Nervios: por el nervio vago y el nervio esplácnico. Vasos linfáticos Uréteres.

Lo riñones tienen unos 12 cm de largo, 6 cm de ancho y 4 de profundidad. Para ser un órgano tan pequeño, recibe entre un 20 y un 25% del gasto cardíaco, lo que supone en torno a 180L por día, ya que la sangre no solo aporta oxígeno a las células renales, sino que además el riñón lleva a cabo la filtración de la misma regulando el equilibrio hidroelectrolítico y eliminando productos de desecho. De esos 180L de líquido que le llegan al día, se excretan aproximadamente 1,5L, dependiendo del estado de hidratación. Esto indica que la gran mayoría de líquido que llega al riñón es reabsorbido hacia la sangre de nuevo. El líquido a excretar realiza el siguiente recorrido: 1. En la sangre, desciende por la arteria descendente aorta, llega a la arteria abdominal y de ahí pasa a la renal, que lo conduce al riñón. 2. En el riñón, los solutos pasan del plasma a los túbulos huecos (nefronas) que conforman la masa de los riñones. Estos túbulos modifican la composición del líquido a medida que pasa a través de ellos. 3. Tras pasar la nefrona, el líquido modificado llega al uréter, donde ya se considera orina. 4. De cada riñón sale un uréter que se dirige a la vejiga, donde se almacena la orina, puesto que tiene capacidad de expandirse, hasta que el mecanismo de micción reflejo lo expulsa. 5. Uretra: permite la conducción de la orina hacia el exterior. Los componentes por lo tanto son los riñones¸ uréteres, vejiga y uretra.

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ESTRUCTURA DEL RIÑÓN En una sección transversal se observa que el riñón se divide en: -

Corteza: parte exterior. Médula: parte interna en la que se distinguen unas estructuras denominadas pirámides de Malpighi.

La corteza se extiende hacia la pelvis renal entre las pirámides de Malpighi, formando las columnas renales. El riñón en sí está formado por un conjunto organizado de túbulos microscópicos que son las nefronas. El 80% de ellas se encuentran en la corteza, y el 20% penetran parcialmente en la médula (yuxtamedulares). Por lo tanto, la base de las pirámides es lo que limita la corteza de la médula, y el ápice se denomina cáliz renal y es la estructura donde pasa la orina que se ha recolectado en las nefronas y se transfiere a los uréteres. La conexión en la pelvis renal también es a nivel de los vasos, nervios… Con respecto a la vascularización, el flujo de sangre entra a través de la arteria renal, y se ramifica hacia arterias más pequeñas que reciben el nombre de arterias arcuatas. Estas arterias se ramifican en arteriolas que llevan sangre hacia las nefronas. Las arteriolas aferentes y los glomérulos se encuentran en la corteza que bordea las pirámides de Malpighi. Se encuentra entonces un sistema porta: la sangre pasa a través de una red de capilares con forma de ovillo, el glomérulo. Al salir, ingresa en la arteriola eferente, y luego pasa a un conjunto de capilares peritubulares, que rodean los túbulos. Por ello, cada nefrona tiene dos arteriolas (aferente y eferente) y dos grupos de capilares asociados (glomérulo y peritubulares). En las nefronas yuxtamedulares, los largos capilares peritubulares que llegan hasta el fondo de la médula se denominan vasos rectos. Finalmente, los capilares renales se unen para formar vénulas y venas de pequeño calibre que transportan la sangre hasta la vena renal para que abandone el riñón.

NEFRONA Es la unidad funcional del riñón. En ella se distingue: -

Cápsula de Bowman y tubo proximal (a la cápsula de Bowman). Asa de Henle con su rama ascendente y descendente. Túbulo distal (a la cápsula de Bowman) y túbulo colector.

Hay aproximadamente 1 millón de nefronas por cada riñón, por lo que la capacidad de reserva es muy elevada. A la vez que filtran, estas estructuras se nutren. Es donde ocurren todos los procesos de reabsorción secreción y excreción.

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Elementos vasculares: la irrigación de las nefronas procede de las arteriolas aferentes que llegan a la cápsula de Bowman. La sangre pasa hacia el glomérulo, una ramificación de capilares que forman una bola (cúmulo de capilares fruto de la ramificación de la arteriola aferente). La sangre sale del glomérulo por otra arteriola porque se trata de un sistema porta. Esto se debe a que se filtra parte de la sangre hacia el interior de la nefrona, pero el resto de sangre sigue teniendo oxígeno y sale a través de la arteriola eferente, que se ramifica en un lecho capilar, la red de capilares peritubulares. Esta segunda capilarización permite el intercambio de oxígeno en la segunda parte de la nefrona, es decir, en el asa de Henle ascendente y descendente. También se van a encontrar capilares peritubulares en la tercera parte de la nefrona, en el túbulo distal principalmente. La red de capilares peritubulares en las nefronas yuxtamedulares se hacen más alargadas y se denominan vasos rectos (vasa recta). Los capilares vuelven a fusionarse para formar vénulas que a su vez forman las venas que van hacia la vena renal, que desemboca en la vena cava inferior, enviando la sangre de nuevo hacia el corazón. Asociados a los elementos vasculares están los elementos tubulares del riñón: -

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Cápsula de Bowman: es una estructura hueca con forma de balón que rodea al glomérulo. El endotelio del glomérulo se fusiona con el de la cápsula de Bowman (formando el corpúsculo renal o de Malpighi) de tal manera que el líquido que se filtra de los capilares pasa directamente a la luz del túbulo. Aunque es un filtro selectivo, no es muy especializado, y la selección está determinada principalmente por el tamaño de las partículas. Túbulo proximal: se denomina túbulo contorneado proximal porque tiene un recorrido tortuoso. Asa de Henle: segmento con forma de horquilla formado por una rama descendente (delgada) y ascendente (con un segmento grueso y otro delgado). Dependiendo del tipo de nefrona, penetrará en la médula renal o se quedará en una zona más superficial. Túbulo contorneado distal: este túbulo distal conecta con el túbulo colector. Túbulo colector: conecta hasta 8 nefronas distintas. El conjunto, el túbulo distal y el túbulo colector forman la nefrona distal. Los túbulos colectores pasan desde la corteza a través de la médula y drenan en la pelvis renal. Uréter: desde el túbulo colector se llega a los cálices de la pelvis renal y de ahí a los uréteres, donde el líquido filtrado ya se considera orina.

La disposición de la nefrona es bastante peculiar ya que se pliega sobre sí misma de tal manera que el final de la rama ascendente del asa de Henle pasa entre las arteriolas aferente y eferente. Esto es lo que se denomina aparato yuxtaglomerular. La proximidad de la rama ascendente y las arteriolas esto permite una comunicación paracrina entre las dos estructuras, fundamental para la autorregulación del riñón. Es decir, permite la comunicación paracrina entre el glomérulo y los elementos tubulares. Por ejemplo, permite controlar el flujo de sangre que va hacia el glomérulo o los niveles de reabsorción.

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Visión general de la función renal La nefrona realiza tres procesos básicos: 1. Filtración: se produce paso de líquido desde el glomérulo (sangre) hacia la cápsula de Bowman (luz de la nefrona). No es un filtro muy especializado ya que las paredes de los capilares glomerulares y de la cápsula de Bowman están modificadas para permitir el flujo de grandes volúmenes de líquido. Una vez filtrado, se considera parte del medio externo. 2. Reabsorción: modifica el filtrado glomerular. Es el paso de sustancias desde la luz del túbulo al torrente sanguíneo (a los capilares peritubulares). Puede ocurrir en el túbulo proximal, en el asa de Henle, en el túbulo distal o en el conducto colector. Son necesarios estos procesos de reabsorción para evitar eliminar sustancias que realmente se necesitan, como por ejemplo la glucosa. En personas diabéticas se puede detectar glucosa en la orina ya que la glucosa se filtra y no puede reabsorberse porque la concentración de glucosa en sangre es demasiado alta. En personas sanas la glucosa puede filtrarse pero se vuelve a reabsorber. 3. Secreción: elimina de la sangre ciertas moléculas seleccionadas, adicionándolas al filtrado, concretamente desde los capilares peritubulares hacia los tubos. La secreción suele ser selectiva (más selectiva que la filtración), mediada por transportadores, y además es un proceso activo que consume ATP. Del flujo sanguíneo renal que es de 1200 mL/min (20-25% de Q), no todo el volumen es filtrado ya que solamente se filtra el plasma, flujo plasmático renal (diferencia entre el flujo sanguíneo renal y el hematocrito) a no ser que aparezca un problema de filtración. No obstante, tampoco se filtrar todo el plasma, porque es necesario vehiculizar los elementos formes. Por ello, se considera que se filtra un 16%-20% del flujo sanguíneo renal y es lo que se denomina filtrado glomerular (FG). Es un buen indicador de cómo funciona el riñón: -

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Si el filtrado glomerular es menor del 16% del flujo sanguíneo renal se produce una acumulación de líquido. Esto puede ser debido a que está fallando la presión, es decir, la volemia, y por lo tanto se trate de una situación de hemorragia. Es decir, en una situación de hemorragia se disminuye el filtrado (porque baja la presión hidrostática) para intentar mantener la presión arterial y seguir irrigando los órganos vitales. También puede ser debido a un daño renal, un daño específico del corpúsculo (glomérulo+cápsula de Bowman). Si el filtrado fuera muy superior se excreta más líquido.

Se define la fracción de filtración (FF) como el filtrado glomerular partido del flujo plasmático renal y está entre 0,16 y 0,2.

Función renal: cambios de volumen y osmolaridad a lo largo de la nefrona A la cápsula de Bowman llegan unos 180L al día, y la osmolaridad es la misma que en la sangre (300 mOsM). Al final del túbulo proximal el volumen de fluido es de uno 54L/día, es decir, se reabsorbe alrededor de un 70% de fluido. En este caso es

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reabsorción de líquido isoosmótico (igual proporción de líquido y soluto) por lo que se mantiene la osmolaridad. Continuando con el recorrido, el filtrado pasa al asa de Henle, el principal sitio de formación de orina diluida. Al final del asa de Henle hay un volumen de fluido de 18L/día, lo que constituye ya el 10% de la cantidad filtrada inicial (se ha reabsorbido un 90%). En este caso la osmolaridad ha disminuido, lo que indica que se ha reabsorbido mayor cantidad de solutos que de agua de tal manera que el filtrado se convierte en hiposmótico en relación con el plasma (a unos 100 mOsm). Al final del túbulo colector pasa alrededor de 1,5 por día. Es decir, el 99% del líquido que se ha filtrado (filtrado glomerular) ya ha sido reabsorbido a la altura de los túbulos colectores (depende del estado de hidratación). En el túbulo distal y en el colector es donde se lleva a cabo la regulación del equilibrio hidrosalino bajo el control hormonal. Este fluido tiene un rango de osmolaridad de entre 50 y 1200 mOsM, determinado principalmente por el sodio. A mayor hidratación, menos reabsorción y más excreción de líquido en forma de orina.

PREGUNTA: ¿Qué sucedería con el volumen plasmático si la filtración continuase a una tasa normal pero la reabsorción disminuyese a la mitad de lo normal? FG = 125 mL/min

(calcular el 99% de FG)

123,75/2 = 62 mL/min

Reabsorción 50% Volemia = 5L  3L plasma Se estarían excretando 62 mL/min, lo que en una hora son aproximadamente 3,7L. En menos de una hora se perdería todo el plasma, concretamente en 48 mins. CANTIDAD ELIMINADA = CANTIDAD REABSORBIDA + CANTIDAD SECRETADA

FILTRADA

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CANTIDAD

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Valoración de la función renal: concepto de aclaramiento El aclaramiento es un parámetro a través del cual se evalúa la eficacia con la que los riñones excretan diversas sustancias. El aclaramiento se refiere a cualquier sustancia X y se define como el volumen de plasma que queda completamente liberado de la sustancia X (si se filtra al 100%) por unidad de tiempo (mL/min). La sustancia X puede ser urea, glucosa, creatinina… Permite saber si predomina la reabsorción o la secreción de una sustancia que ha sido filtrada en el corpúsculo renal (o si no se ha dado ninguna de las dos). Solo se puede analizar la predominancia, pero no de forma exacta. Por ejemplo, para una sustancia S hay una entrada (arteria renal) y dos salidas (a través de la vena renal y a través del uréter). La concentración de la sustancia S arterial multiplicado por la FPR arterial (flujo plasmático renal) es igual a la concentración de la sustancia S en la vena por el FPR de la vena + la concentración en la orina por el flujo de la orina. No obstante, la salida de la vena renal se desprecia a la hora de calcular el aclaramiento ya que es muy difícil determinarla (habría que pinchar en la vena). De la ecuación que queda, el flujo plasmático renal arterial es el aclaramiento de S. Por ello, el aclaramiento de S es [S orina]/[S plasma] · Flujo orina. Teniendo esto en cuenta: -

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Si el aclaramiento es igual a 0 mL/min hay una reabsorción neta, es decir, todo lo que se ha filtrado se ha reabsorbido, por lo que la concentración en la orina es 0. Si el aclaramiento es igual al filtrado glomerular, como E = F – R + S, implica que ni se ha reabsorbido ni se ha secretado (la otra opción sería que R = S, pero es muy poco probable, de hecho suele reabsorberse siempre más volumen que el que se secreta). No obstante, no ocurre a nivel fisiológico, es el caso de la inulina (sólo se ha visto con nefronas artificiales). Si los valores están entre 0 y 125 predomina la reabsorción porque el denominador (concentración del plasma) es mayor. Si los valores están entre 125 y 660 ml/min predomina la secreción. El aclaramiento no puede superar el flujo plasmático renal porque es la máxima cantidad de flujo plasmático que se va a recibir...