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FLUJO SANGUÍNEO RENAL Y FILTRACIÓN GLOMERULAR FLUJO DE SANGRE RENAL La cantidad de sangre que fluye a través de los riñones es enorme en relación con su tamaño. El flujo sanguíneo renal (FBR) es de aproximadamente 1 l / min. ¡Esto constituye el 20% del gasto cardíaco en reposo a través del tejido que constituye menos del 0,5% de la masa corporal! Teniendo en cuenta que el volumen de cada riñón es inferior a 150 ml, esto significa que cada riñón se perfunde con más de 3 veces su volumen total cada minuto. Toda esta sangre se entrega a la corteza. Alrededor del 10% del flujo sanguíneo cortical se dirige a la médula. La sangre ingresa a cada riñón en el hilio a través de una arteria renal. Después de varias divisiones en arterias más pequeñas, la sangre llega a arterias arqueadas que atraviesan la parte superior de las pirámides entre la médula y la corteza. A partir de estos, las arterias radiales corticales se proyectan hacia arriba hacia la superficie del riñón y emiten una serie de arteriolas aferentes (AA), cada una de las cuales conduce a un glomérulo dentro de la cápsula de Bowman (figura 2-1). Estas arterias y glomérulos se encuentran solo en la corteza, nunca en la médula. En la mayoría de los órganos, los capilares se recombinan para formar los comienzos del sistema venoso, pero los capilares glomerulares se recombinan para formar otro conjunto de arteriolas, las arteriolas eferentes (AE). La gran mayoría de los AE pronto se subdivide en un segundo conjunto de capilares llamados capilares peritubulares. Estos capilares están distribuidos profusamente en la corteza entremezclada con los segmentos tubulares. Los capilares peritubulares se vuelven a unir para formar las venas por las cuales la sangre finalmente abandona el riñón. Los AE de glomérulos situados justo por encima del borde cortico medular (glomérulos yuxtamedulares) no se ramifican en capilares peritubulares como lo hacen la mayoría de los AE. En estas arteriolas Los riñones constituyen menos cambio, descienden hacia la médula del 1% de la masa corporal, pero externa. Una vez en la médula, reciben el 20% del gasto cardíaco. se dividen muchas veces para formar haces de vasos paralelos llamados vasos rectos (en latín, rectos para “rectos” y vasa para “vasos”). Estos haces de vasa recta penetran profundamente en la médula (figura 2-1). Los vasos rectos en el exterior de los haces vasculares se "despegan" y dan lugar a redes de capilares entre los haces que rodean el asa de Henle y los conductos colectores en la médula externa.

Solo los vasos más centrales suministran capilares en la médula interna; por lo tanto, poca sangre fluye hacia la papila. Los capilares de la médula interna se vuelven a formar en vasos rectos ascendentes que corren en estrecha asociación con los vasos rectos descendentes dentro de los haces vasculares. Las propiedades estructurales y funcionales de los vasos rectos son bastante complejas, y se explicarán más adelante en el Capítulo 6. El flujo sanguíneo a través de los vasos rectos hacia la médula es mucho menor que el flujo sanguíneo cortical, quizás 0.1 L / min. Aunque bajo en relación con el flujo sanguíneo cortical, el flujo sanguíneo medular no es bajo en un sentido absoluto y es bastante comparable al flujo sanguíneo en muchos otros tejidos. La importancia de las diferencias entre el flujo sanguíneo cortical y medular y la anatomía vascular es la siguiente: el flujo sanguíneo alto y la red peritubular en la corteza mantienen el entorno intersticial de los túbulos renales corticales muy cerca en composición al del plasma sanguíneo en todo el cuerpo. En contraste, el flujo sanguíneo más bajo y la agrupación de haces vasculares en la médula permiten un ambiente intersticial que es bastante diferente del plasma sanguíneo. Como se describe en el Capítulo 6, el entorno intersticial en la médula desempeña un papel crucial en la regulación de la excreción de agua.

Figura 2–1. La microcirculación renal. Las arterias arqueadas corren justo por encima del borde cortico medular, paralelas a la superficie y dan lugar a arterias radiales corticales (interlobulares) que se irradian hacia la superficie. Las arteriolas posteriores se originan en las arterias radiales corticales en un ángulo que varía con la ubicación cortical. La sangre se suministra a los capilares peritubulares de la corteza desde el flujo de salida de los glomérulos superficiales. Se suministra sangre a la médula desde el flujo eferente fuera de los glomérulos yuxtamedulares. Las arteriolas eferentes de los glomérulos yuxtamedulares dan lugar a haces de vasos rectos descendentes en la franja externa de la médula externa. En la franja interna de la médula externa, los vasos rectos descendentes y los vasos rectos ascendentes que regresan de la médula interna corren uno al lado del otro en los haces vasculares, permitiendo el intercambio de solutos y agua como se describe en el Capítulo 6. La vasa recta descendentes desde la periferia del haz suministran el plexo capilar entre haces de la franja interna, mientras que los del centro suministran sangre a los capilares de la médula interna. Los pericitos contráctiles en las paredes de los vasos rectos descendentes regulan el flujo. AVR, vasa recta ascendente; DVR, vasa recta descendente. (Utilizado con permiso de Pallone TL, Zhang Z, Rhinehart K. Fisiología de la microcirculación medular renal. Am J Physiol Renal Physiol. 2003; 284: F253 – F266.)

FLUJO, RESISTENCIA Y PRESIÓN ARTERIAL EN LOS RIÑONES El flujo sanguíneo en los riñones obedece a los mismos principios hemodinámicos que se encuentran en otros órganos en todo el cuerpo. La ecuación básica para el flujo sanguíneo a través de cualquier órgano es la siguiente:

Ecuación 2.1

Donde Q es el flujo sanguíneo del órgano, ΔP es la presión media en la arteria que irriga el órgano menos la presión media en la vena que drena ese órgano, y R es la resistencia vascular total en ese órgano. La resistencia de un órgano está determinada por la resistencia de los vasos individuales y sus conexiones en serie / paralelo. La resistencia de cualquier vaso es una función de la viscosidad de la sangre, la longitud del vaso y, sobre todo, el radio del vaso. Como se describe en la ley de Poiseiulle, la resistencia de un vaso cilíndrico varía inversamente con la cuarta potencia del radio del vaso. Solo se necesita una disminución o aumento del 19% en el radio del vaso para duplicar o reducir a la mitad la resistencia del vaso. Debido a que los riñones contienen tantas vías paralelas, es decir, glomérulos y vasos asociados, la resistencia vascular renal total es baja. A su vez, esto explica el alto RBF. La presencia de 2 juegos de arteriolas (aferentes y eferentes) y 2 juegos de capilares (glomerulares y peritubulares) hace que la vasculatura de la corteza sea inusual. Las resistencias de los aferentes y los AE son casi iguales en la mayoría de las circunstancias y representan la mayor parte de la resistencia vascular renal total. Las resistencias en las arterias que preceden a los AA (es decir, las arterias radiales corticales) y en los capilares juegan un papel, pero nos concentramos en las arteriolas porque estas resistencias son variables y son los sitios de regulación. Un cambio en la resistencia de un AA o AE tiene el mismo efecto sobre el flujo sanguíneo porque estos vasos están en serie. Cuando las 2 resistencias cambian en la misma dirección (el estado más común), sus efectos en RBF son aditivos. Cuando cambian en diferentes direcciones (una resistencia aumenta y la otra disminuye), los cambios se compensan entre sí. Las presiones hidrostáticas son mucho más altas en los capilares glomerulares que en los capilares peritubulares. A medida que la sangre fluye a través de cualquier resistencia vascular, la presión disminuye progresivamente. La presión al comienzo de un AA dado está cerca de la presión arterial sistémica media (∼100 mm Hg) y disminuye a aproximadamente 60 mm Hg en el punto donde alimenta un glomérulo. Debido a que cada glomérulo contiene tantos capilares en paralelo, la presión disminuye muy poco durante el flujo a través de esos capilares y la presión capilar glomerular se mantiene cerca de 60 mm Hg. Luego, la presión disminuye nuevamente durante el flujo a través de un EA, a

aproximadamente 20 mm Hg en el punto donde alimenta los capilares peritubulares (figura 2-2). La alta presión glomerular de aproximadamente 60 mm Hg es necesaria para impulsar la filtración glomerular, mientras que la baja presión capilar peritubular de 20 mm Hg es igualmente necesaria para permitir la reabsorción de líquido del intersticio renal.

Figura 2-2. La presión arterial disminuye a medida que la sangre fluye a través de la red vascular renal. Las gotas más grandes ocurren en los sitios de mayor resistencia: las arteriolas aferentes y eferentes. La ubicación de los capilares glomerulares, entre los sitios de alta resistencia, hace que tengan una presión mucho más alta que los capilares peritubulares. (Reproducido con permiso de Kibble J, Halsey CR. The Big Picture: Medical Physiology. Nueva York: McGrawHill; 2009.)

FILTRACION GLOMERULAR El filtrado glomerular contiene la mayoría de los iones inorgánicos y solutos orgánicos de bajo peso molecular en prácticamente las mismas concentraciones que en el plasma. También contiene pequeños péptidos plasmáticos y una cantidad muy limitada de albúmina. El fluido filtrado debe pasar a través de una barrera de filtración glomerular de 3 capas. La primera capa, las células endoteliales de los capilares, está perforada por muchas fenestras grandes ("ventanas"), como una rodaja de queso suizo, que ocupan aproximadamente el 10% de la superficie endotelial. Son libremente permeables a todo lo que hay en la sangre, excepto las células y las plaquetas. La capa intermedia, la membrana basal capilar, es una malla acelular a modo de gel de glicoproteínas y proteoglicanos, con una estructura como una esponja de cocina. La tercera capa consiste en células

epiteliales (podocitos) que rodean los capilares y descansan sobre la membrana basal capilar. Los podocitos tienen una estructura inusual similar a un pulpo. Pequeños "dedos", llamados pedicelos (o procesos del pie), se extienden desde cada brazo del podocito y están incrustados en la membrana basal (figura 1– 5D). Los pedicelos de un podocito dado se interdigitan con los pedicelos de los podocitos adyacentes. Los pedicelos están recubiertos por una gruesa capa de material extracelular, que ocluye parcialmente las hendiduras. Procesos extremadamente delgados llamados diafragmas de hendidura unen las hendiduras entre los pedicelos. Los diafragmas de hendidura son versiones ensanchadas de las uniones estrechas y unidas que unen todas las células epiteliales contiguas y son como escaleras en miniatura. Los pedicelos forman los lados de la escalera, y los diafragmas cortados son los peldaños. Los espacios entre los diafragmas ranurados constituyen el camino a través del cual el filtrado, una vez que ha pasado a través de las células endoteliales y la membrana basal, viaja para ingresar al espacio de Bowman. Tanto los diafragmas de hendidura como la membrana basal están compuestos por una serie de proteínas, y aunque la membrana basal puede contribuir a la selectividad de la barrera de filtración, la integridad de los diafragmas de hendidura es esencial para evitar la fuga excesiva de proteína plasmática (albúmina). Algunas enfermedades que desperdician proteínas están asociadas con una estructura de diafragma de hendidura anormal. La selectividad de la barrera de filtración es crucial para la función renal. La barrera tiene que tener fugas suficientes para permitir el paso libre de todo lo que se debe filtrar, como los desechos orgánicos, pero restrictivo para las proteínas plasmáticas que no se deben filtrar. La selectividad de la barrera se basa tanto en el tamaño molecular como en la carga eléctrica. Veamos primero el tamaño. La barrera de filtración del corpúsculo renal no obstaculiza el movimiento de moléculas con pesos moleculares inferiores a 7000 Da (es decir, los solutos tan pequeños se filtran libremente). Esto incluye todos los iones pequeños, glucosa, urea, aminoácidos y muchas hormonas. La barrera de filtración excluye casi totalmente la albúmina plasmática (peso molecular de aproximadamente 66,000 Da). (Para simplificar, usamos el peso molecular como referencia para el tamaño; en realidad, es el radio molecular y la forma lo que es crítico.) Sin embargo, el obstáculo para la albúmina plasmática no es del 100%, y el filtrado glomerular contiene cantidades extremadamente pequeñas de albúmina., del orden de 10 mg / L o menos. Esto es solo alrededor del 0.02% de la concentración de albúmina en plasma y es la razón del uso de la frase "casi libre de proteínas" anteriormente. Algunas sustancias pequeñas se unen parcial o principalmente a proteínas plasmáticas grandes y, por lo tanto, no pueden filtrarse libremente, aunque las fracciones no unidas pueden moverse fácilmente a través de la barrera de filtración. Esto incluye las hormonas hidrófobas de las categorías de esteroides y tiroides y aproximadamente el 40% del calcio en la sangre.

Para moléculas con un peso molecular que varía de 7000 a 70,000 Da, la cantidad filtrada se vuelve progresivamente más pequeña Las cargas negativas fijas en la matriz a medida que la molécula se extracelular de la barrera de filtración hace más grande (figura 2-3). restringen el paso de proteínas Por lo tanto, muchos péptidos y plasmáticas cargadas negativamente. proteínas plasmáticos pequeños y medianos de tamaño normal se filtran en un grado significativo. Además, cuando ciertas proteínas pequeñas aparecen en el plasma debido a una enfermedad (p. Ej., Hemoglobina liberada de los eritrocitos dañados o mioglobina liberada de los músculos dañados), también puede ocurrir una filtración considerable de estas.

Figura 2–3. A, a medida que aumenta el peso molecular (y, por lo tanto, el tamaño), la capacidad de filtración disminuye, por lo que las proteínas con un peso molecular superior a 70,000 Da apenas se filtran. B, para cualquier tamaño molecular dado, las moléculas cargadas negativamente están restringidas mucho más que las moléculas neutras, mientras que las moléculas cargadas positivamente están restringidas menos. (Reproducido con permiso de Kibble J, Halsey CR. The Big Picture: Medical Physiology. Nueva York: McGraw-Hill; 2009.)

La carga eléctrica es la segunda variable que determina la capacidad de fijación de las macromoléculas. Para cualquier tamaño dado, las macromoléculas cargadas negativamente se filtran en menor medida, y las macromoléculas cargadas positivamente en mayor medida, que las moléculas neutras. Esto se debe a que las superficies de todos los componentes de la barrera de filtración (las capas celulares del endotelio, la membrana basal y las capas celulares de los diafragmas de hendidura) contienen polianiones fijos, que repelen las macromoléculas cargadas negativamente durante la filtración. Debido a que casi todas las proteínas plasmáticas tienen una carga negativa neta, esta repulsión eléctrica desempeña un papel restrictivo muy importante, mejorando el de impedimento de tamaño puro. En otras palabras, si la albúmina o la barrera de filtración no estuvieran cargadas, incluso la albúmina se filtraría en un grado considerable (ver Figura 23B). Ciertas enfermedades que causan que los capilares glomerulares se vuelvan "permeables" a las proteínas porque se pierden las cargas negativas en las membranas. Debe enfatizarse que las cargas negativas en las membranas de filtración actúan como un obstáculo solo para las macromoléculas, no para los aniones minerales o los aniones orgánicos de bajo peso molecular. Así, los iones cloruro y bicarbonato, a pesar de su carga negativa, se filtran libremente. Determinantes directos de la tasa de filtración glomerular El valor de la tasa de filtración glomerular (TFG) es un determinante crucial de la función renal. Afecta la excreción de productos de desecho, y debido a que su valor normal es tan grande, afecta la excreción de todas las sustancias que son manejadas por elementos tubulares aguas abajo, particularmente la sal y el agua. La regulación de la TFG es sencilla en términos de principios físicos, pero funcionalmente muy compleja porque hay muchas señales que afectan a los elementos controlables. La velocidad de filtración en cualquier lecho capilar, incluidos los glomérulos, está determinada por la permeabilidad hidráulica de los capilares (incluidos en este caso, todos los elementos de la barrera de filtración), su área de superficie y la presión de filtración neta (PFN) que actúa a través de ellos.

VELOCIDAD DE FILTRACIÓN = Permeabilidad hidráulica × Superficie × PFN Ecuación 2.2

Debido a que es difícil estimar el área de superficie de un lecho capilar, se usa un parámetro llamado coeficiente de filtración (Kf) para denotar el producto de la permeabilidad hidráulica y el área de superficie. La PFN es la suma algebraica de las presiones hidrostáticas y las presiones osmóticas resultantes de la proteína (las presiones osmótica oncótica o coloidal) en los 2 lados de la pared capilar. Hay 4 presiones a considerar: 2 presiones

hidrostáticas y 2 presiones oncóticas. Estos se conocen como fuerzas de Starling. En los capilares glomerulares

PFN = (PGC - PBC) - (πGC - πBC)

Ecuación 2.3

donde PGC es la presión hidrostática capilar glomerular, πBC es la presión oncótica del líquido en la cápsula de Bowman, PBC es la presión hidrostática en la cápsula de Bowman y πGC es la presión oncótica en el plasma capilar glomerular, que se muestra esquemáticamente en la Figura 2-4, junto con los valores promedio. Debido a que normalmente hay poca proteína total en la cápsula de Bowman, πBC se puede tomar como cero y no se considera en nuestro análisis. En consecuencia, la ecuación general para FG se convierte en

G = Kf • (PGC - PBC - πGC).

Ecuación 2.4

Favorecen la filtración: Presión sanguínea capilar glomerular (PGC) Oponen la filtración: Presión de fluido en el espacio de Bowman (PBS) Fuerza osmótica debido a la proteína en plasma (πGC) Presión de filtración glomerular neta = PGC - PBS - πGC

Figura 2–4. Fuerzas involucradas en la filtración glomerular como se describe en el texto. (Reproducido con autorización de Widmaier EP, Raff H, Strang KT. Vander’s Human Physiology. 11 ed. McGraw-Hill; 2008.)

La figura 2-5 muestra que la presión hidrostática es casi constante dentro de los glomérulos. Esto se debe a que hay tantos capilares en paralelos, y colectivamente proporcionan solo una pequeña resistencia al flujo, pero la presión oncótica en los capilares glomerulares cambia sustancialmente a lo largo de los glomérulos. A medida que el agua se filtra fuera

del espacio vascular, deja atrás la mayor parte de la proteína, lo que aumenta la concentración de proteína y, por lo tanto, la presión oncótica del plasma no filtrado que queda en los capilares glomerulares. Principalmente debido a este gran aumento en la presión oncótica, la PFN disminuye desde el comienzo de los capilares glomerulares hasta el final (cuadro 2-1). La PFN cuando se promedia en toda la longitud del glomérulo es de aproximadamente 16 mm Hg. Esta PFN promedio es más alta que la encontrada en la mayoría de los lechos capilares no renales. En conjunto con un valor muy alto para Kf, explica la enorme filtración de 180 L de fluido / día (en comparación con 3 L / día más o menos en todos los otros lechos capilares combinados). La TFG no es constante, pero muestra fluctuaciones en diferentes estados fisiológicos y en la enfermedad. Su valor debe ser estrictamente controlado. Para comprender el control de la TFG, es esencial ver cómo un cambio en cualquier factor afecta la TFG bajo el supuesto de que todos los demás factores se mantienen constantes.

Figura 2-5. Fuerzas que afectan la filtración glomerular a lo largo de los capilares glomerulares. Tenga en cuenta que la presión oncótica dentro de los capilares (πGC) aumenta debido a la pérdida de agua y que la presión de filtración neta (región sombreada) disminuye como re...