Fisiología II Fisiología renal
Fisiología II
Alberto Gómez Esteban
2º Medicina
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Fisiología II Fisiología renal
Bloque II Fisiología renal
Tema 7. Líquidos corporales Tema 8. Morfología funcional del riñón Tema 9. Funciones tubulares de la nefrona Tema 10. Mecanismos de dilución y concentración de la orina Tema 11. El riñón en la composición y el volumen del medio interno Tema 12. Fisiología de los uréteres y la vejiga urinaria. Micción Tema 13. Equilibrio ácido-base
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Tema 7. Líquidos corporales Introducción El sistema renal sirve para la excreción y forma la orina que es un líquido formado por un laborioso proceso encaminado a eliminar sustancias del organismo. Esto implica que la formación de orina debe estar muy regulada para no eliminar metabolitos necesarios. Eliminar lo sobrante implica que nos quedamos con todo lo necesario. La excreción de elementos de desecho no es exclusiva del riñón, ya que hay otros sistemas que están implicados en esta tarea: - Sistema tegumentario. Excreción de compuestos nitrogenados y sudor (agua y electrolitos) - Sistema respiratorio. Excreción de CO2 y H2O - Sistema digestivo. Excreción de deshechos digestivos y pigmentos biliares - Sistema urinario. Excreción de la mayoría de sustancias, es decir, compuestos nitrogenados, toxinas, agua y electrolitos. En los sistemas de excreción extraurinarios no existe una regulación muy rigurosa, que en cambio sí que existe en el sistema renal. El sistema renal no es el único sistema excretor, pero si va a ser el principal. La excreción renal es el fundamento de la regulación del volumen y composición iónica de los líquidos corporales.
Variación del agua (ACT) El agua corporal es el elemento mayoritario del organismo (50-60% es decir, un volumen en relación al peso corporal). El agua corporal disminuye con la edad, aunque en cortos periodos de tiempo (días, meses...) permanece relativamente estable dentro de un mismo individuo ya que sus valores decaen muy lentamente. El porcentaje de agua va asociado al sexo fundamentalmente en cuanto a los caracteres sexuales secundarios estimulados por hormonas que se producen durante la pubertad: 60% en hombres sanos
50% en mujeres sanas
El porcentaje de agua depende fundamentalmente por las proporciones de grasa (disminuye el porcentaje) y músculo corporal (aumenta el porcentaje). El agua es la principal responsable de las fluctuaciones del peso corporal en plazos breves, tras los cuales se excretaría.
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Fisiología II Fisiología renal Como ya sabemos, los líquidos del cuerpo podríamos dividirlos en dos compartimentos:
Liquido intracelular (LIC). 40%
Liquido extracelular (LEC). 20%
Intersticio (15%)
Plasma (5%)
Además de lo dicho, en el LEC o medio interno podemos encontrar el líquido transcelular (2%), poco regulado por lo que no podríamos considerarlo tanto formando parte del LEC como los anteriores: - Liquido cefalorraquídeo
- Pleural
- Sinovial
- Peritoneal
- Intraocular Hablamos de derrame o ascitis cuando se acumula líquido en la cavidad torácica (derrame) o abdominal (ascitis). El compartimento intravascular es el responsable del mantenimiento del medio interno. La pared capilar separa el plasma del intersticio, ya que es muy permeable y permite el libre intercambio de agua y solutos que se filtran con el agua (ultrafiltrado). En condiciones normales no permite el paso de proteínas plasmáticas. Con respecto a la separación entre el líquido intra y extracelular, observamos las siguientes concentraciones iónicas:
La composición iónica del plasma es similar a la del intersticio, a pesar de tener más proteínas (el plasma) con funciones de transporte y generación de osmolaridad. 4 Alberto Gómez Esteban
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Medición de volúmenes La medición de volúmenes sirve para cuantificar el volumen de los compartimentos líquidos. El más frecuente se realiza mediante un indicador: Tendremos un volumen de líquido conocido que contiene en disolución un marcador en concentración también conocida. Se basa en que cualquier sustancia que introduzcamos se va a diluir en el organismo. Por sus características físicas se va a diluir en uno de los compartimentos corporales. Es preciso esperar a que se equilibre para extraer los resultados. Si hay pérdidas renales se deben corregir. También es importante que no se metabolice durante ese tiempo. Tras esperar el equilibrado extraemos una alícuota en la que medimos la concentración, con la cual utilizamos la siguiente fórmula:
Es fundamental saber su distribución y el compartimento al cual se dirige. Es mejor que sea inerte pero que se elimine tras un tiempo prudencial. La determinación de concentración debe realizarse con sustancias coloreadas (método colorimétrico) o indicadores radiactivos. - Agua corporal total (ACT): Óxido de deuterio (D2O), Óxido de tritio, Antipirina - Volumen extracelular (LEC): Tiosulfato, inulina (sustancias que no atraviesen membranas). - Volumen intracelular (LIC): Cálculo (ACT - LEC). - Plasma (VP): Albúmina radioyodada (RISA), Azul de Evans. - Intersticio: Cálculo (LEC - Plasma) El volumen de sangre se obtiene tras la lectura del volumen de plasma dividiéndolo por el tanto por uno del índice hematocrito:
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Medio interno En condiciones de salud nuestro medio interno es muy estable con las cantidades apropiadas de electrolitos y agua, las cuales estarán rigurosamente controladas por el riñón. El agua es muy permeable en general en las barreras, por lo que en seguida hay un equilibrio de concentración, ya que el agua se mueve con rapidez y libertad (difusión pasiva) por gradientes de presión hidrostática y osmótica. En una situación de equilibrio en el organismo, cada unidad de volumen tiene cuantitativamente (NO CUALITATIVAMENTE) el mismo número de partículas, es isoosmótica.
*Aclaración* El hecho de que cada unidad de volumen tenga cuantitativamente el mismo número de partículas quiere decir que tenemos el mismo número de partículas osmóticamente activas (osmoles) a un lado y al otro de una membrana semipermeable Ejemplo: [Intersticio = 2 Na+ + 2 HCO3-] / [Citosol = 2 K+ + 2 H3PO4] Solución isoosmótica Si hablamos de que tenga cualitativamente los mismos iones significa que tenga las mismas especies iónicas (sodio, cloro, etc…)
El líquido intracelular y extracelular tendrán por tanto la misma osmolaridad. La entrada y salida de sustancias se produce en primer lugar al líquido extracelular. Ambos medios están en equilibrio osmótico y el agua se desplaza entre ellos solo si hay un gradiente de presión osmótica. Las células se ven afectadas por disturbios en la osmolaridad del LEC y disturbios en el aporte de metabolitos energéticos. Este afectaría a las bombas iónicas (falta de ATP, etc...).
Balance del agua Para mantener constante la concentración de una molécula (el agua también) es preciso que exista un equilibrio entre aporte y excreción. Si los ingresos de agua son mayores que los egresos hablamos de balance positivo. Si los egresos sobrepasan a los ingresos, hablamos de balance negativo.
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Fisiología II Fisiología renal Lo ideal es el equilibrio. Los valores fisiológicos de ingreso suelen rondar los 1500-3500 mL en 24 horas. En situación fisiológica los egresos son idénticos.
Ingresos: Ingesta oral (2100 mL) Reacciones metabólicas (200 mL)
Egresos: Orina (1400 mL) Heces (100 mL) Sudor (100 mL) Evaporación (700 mL)
La evaporación es pulmonar y por difusión desde la piel, y se denomina pérdida insensible de agua (700 mL). Hay cambios en el balance de agua en determinadas situaciones como el ejercicio (+ pérdida de liquido por sudor y por respiración – 6600 mL). Asimismo un aumento de temperatura disminuye la diuresis (aumenta la secreción de ADH), y además estimula el mecanismo de la sed. Hay alteraciones patológicas que cambian gravemente el balance del agua:
Quemaduras en la piel. Destruyen el estrato córneo que nos protege de la deshidratación. Por una piel quemada se pueden perder hasta 5 L/día.
Pérdidas digestivas
Vómito profuso. Se produce entre otras cosas la deshidratación con pérdidas de HCl y K+
Diarrea. Se produce bastante deshidratación además de la pérdida de iones cólicos como el bicarbonato y K+
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Fisiología II Fisiología renal *Caso clínico* Paciente varón de 73 kg (24 horas antes, 75 kg) con una FR de 25 resp/min y temperatura de 39º C. Vómitos y diarrea. La pérdida de peso mayoritaria viene dada por la pérdida de agua. La perdida mayoritaria procede del LEC en el cual pasa de tener 15L a 13L, y si suponemos que se pierde de ambos compartimentos por igual vemos reducido el intersticio y la volemia. El individuo presentara un caso de taquicardia hipovolémica agravado por la fiebre. El proceso febril también produce un aumento de la FR lo que a su vez aumenta la pérdida de agua por vapor.
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Tema 8. Morfología funcional del riñón Introducción El riñón es el órgano excretor por excelencia además de un importante órgano encargado de regular la composición del plasma. Las funciones del riñón serán por tanto la depuración del plasma y la formación de orina, y con estas funciones lleva a cabo el proceso de regular la composición y el volumen de los líquidos orgánicos. El riñón tiene asimismo una serie de funciones secundarias que serán las siguientes: 1. Colabora con el sistema respiratorio en el control del pH 2. Tiene una función metabólica ya que es uno de los órganos capaces de realizar la gluconeogénesis. 3. Al verse sometido a hipoxia segrega EPO que estimula la eritropoyesis 4. Colabora en la activación de la vitamina D 5. Es un importante regulador de la presión arterial: a. A largo plazo mediante el filtrado glomerular b. A corto plazo mediante el eje renina-angiotensina-aldosterona
Anatomía macroscópica Los riñones se localizan en el retroperitoneo a nivel de las costillas inferiores. El riñón derecho será más bajo debido a la posición del hígado. Dividimos el aparato excretor en conductos conductores, y riñón propiamente dicho:
Conductos colectores Cálices menores y mayores Uréteres (2) Vejiga. Almacenaje de orina Uretra (1)
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Anatomía microscópica La unidad funcional del riñón es el túbulo urinífero, y dentro de éste, la nefrona. Cada riñón contiene aproximadamente 1,3 millones de nefronas aunque se sabe que comienza a descender su número a partir de los 40 años de edad, momento a partir del cual las nefronas restantes se sobrecargan realizando el trabajo adicional de las destruidas. Dentro de la nefrona distinguimos dos porciones:
Porción tubular. Contiene el líquido filtrado del plasma que se va modificando en esta porción hasta llegar a ser la orina. Podemos dividir la porción tubular en una serie de tramos: Glomérulo (ovillo capilar + cápsula de Bowman) Túbulo contorneado proximal (TCP) Asa de Henle Túbulo contorneado distal (TCD) Conductos colectores (corticales y medulares) Conducto de Bellini
Porción vascular. Muy implicada en las tareas de formación de orina
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Fisiología II Fisiología renal El filtrado proviene del plasma de forma que la porción vascular tendrá gran importancia. Dentro de la porción vascular tendremos una arteriola aferente que transporta sangre sistémica, y sale una arteriola eferente del glomérulo. Entre arteriola y arteriola tendremos un lecho capilar glomerular.
La presión vascular hidrostática de la porción vascular es relativamente elevada lo que aumenta la filtración con respecto a otros lechos capilares del organismo. Después de la arteriola eferente tendremos los capilares peritubulares cuyas funciones son más convencionales aunque también participarán en la formación de orina. Estos capilares se situaran próximos a los túbulos de la nefrona. Habrá vasos rectos que profundizan en la medula renal acompañando a las asas de Henle más largas. Tendremos dos tipos de nefronas según su estructura y su función diferencial:
Nefronas corticales. Son aquellas nefronas con asas de Henle cortas que apenas penetran en la medula renal, y suelen carecer de porción fina ascendente. Suelen tener glomérulos situados en la corteza externa del riñón.
Nefronas yuxtamedulares. Avanzan hacia la medula interna (acercándose a la pelvis renal). Tienen asas de Henle muy largas. En cantidad son menos del 20% pero su función se relaciona con la concentración de la orina (nos ayudan a formar una orina hiperosmolar).
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Fisiología II Fisiología renal Las nefronas yuxtamedulares presentan vasos rectos que acompañan en su recorrido al asa de Henle descendiendo y luego ascendiendo. Las funciones de estos vasos rectos son en general similares a las de todos los capilares peritubulares (aporte de oxigeno y nutrientes). También tienen funciones adicionales: 1. Aporte de sustancias externas para la secreción, para que pasen a la orina y sean expulsadas. 2. Sirven para captar sustancias de reabsorción, ya que en ocasiones en el glomérulo se filtran sustancias útiles al organismo, que deben ser reabsorbidas para su devolución a la circulación sistémica. 3. Regulan la concentración de orina, debido a la longitud del asa de Henle a la que acompañan
Excreción renal. Significado funcional de la orina El objetivo básico se sitúa en la nefrona y es el aclaramiento del plasma, es decir, la depuración de la sangre rica en deshechos. El paso de la sangre por la nefrona lleva a cabo una serie de funciones: 1. Regula el volumen sanguíneo 2. Regula la concentración de electrolitos 3. Regula la concentración de deshechos (metabólicos o exógenos) 4. Regula el pH sanguíneo. Para ese aclaramiento la nefrona debe formar la orina que contenga todas estas sustancias para su eliminación.
Eliminación de deshechos La nefrona en la orina elimina: Productos terminales del metabolismo. Como la urea, creatinina, ácido úrico, bilirrubina, hormonas… Son productos metabólicos que no son convenientes para la sangre ya que cambian el pH, etc.… Sustancias químicas exógenas. Entran del exterior y son pesticidas, aditivos, fármacos, excipientes… Muchas veces llegan hasta a colorear la orina. Lo que elimina el riñón depende también de nuestra actividad y metabolismo.
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Mantenimiento del equilibrio hidroelectrolítico Consiste en regular el balance de agua y de electrolitos (iones). Es posible regular finamente la composición de la orina con ayuda del sistema endocrino. El balance de agua debe estar muy regulado, ya que se debe perder toda el agua que se ingiere para estar en equilibrio: Balance de H2O → Ingerida + Producida = Consumida + Excretada Si tomamos una cantidad de agua normal se excretara un volumen diferente a si ingerimos más o menos. Los iones también deben llevar un balance ya que ni se producen ni se consumen. Es necesario mantener una concentración iónica estable, sobre todo de los iones más importantes (Na+, K+…). Debido a la participación del riñón en la excreción de electrolitos, es posible adaptarse a dietas más ricas o pobres en sodio ya que la excreción es regulable.
El volumen de LEC depende del balance de sal (sodio) y como parte del volumen extracelular, el aumento de volumen determina la presión arterial. La volemia es directamente proporcional a la tensión arterial. En principio el agua difunde libremente tanto por osmosis como por filtración entre las células y el intersticio, por esto, para no producir anomalías fisiológicas en la célula, la osmolaridad debe ser casi igual en todos los compartimentos corporales. La osmolaridad efectiva es aquella que se da a través de membrana solo si hay diferencias en la concentración de solutos que NO la atraviesan (proteínas, etc.…). En relación al líquido extracelular, este se equilibra con el plasma es decir, anomalías electrolíticas del plasma (hiponatremia, hipernatremia) afectarían al intersticio dando lugar a alteraciones en la osmolaridad lo que afectaría negativamente a las células. Dado que se compensa con agua, en el plasma puede dar lugar a hipovolemia o hipervolemia: Hipernatremia Aumenta la osmolaridad Aumenta la retención de agua para compensar Hipervolemia y edema Hiponatremia Disminución de la osmolaridad Aumenta la excreción de agua para compensar Hipovolemia 14 Alberto Gómez Esteban
Fisiología II Fisiología renal Para el cálculo de la osmolaridad será de vital importancia el dato de la concentración de sodio. En el medio interno el sodio se combina con aniones y se tiende a la electroneutralidad, por lo que la osmolaridad será el doble de la concentración de sodio. También es importante contar con sustancias osmóticamente activas aunque de menor importancia que las sales de sodio (p.e. urea, glucosa). [Na+] + [HCO3-] + [Cl-] + [Urea] + [Glucosa] = 2,1 · [Na+] = 298 mOsm
Funciones de la nefrona La orina o excreción renal es el resultado de tres procesos que son:
Filtración
Reabsorción
Secreción
Lo que excretamos, es decir, las cantidades que aparecen en la orina definitiva es aquello que filtramos sumado a lo que secretamos, y le restamos la reabsorción: VOrina = Filtrado + Secretado – Reabsorción La formación de orina comienza con la filtración glomerular. La filtración es el acontecimiento inicial en la formación de orina por el cual una sustancia similar al plasma (filtrado), abandona la sangre en el glomérulo en dirección al túbulo renal. Es un proceso poco selectivo. La reabsorción tubular se da en todos los túbulos renales de forma diferencial. El filtrado a su paso por los túbulos disminuye su volumen y varía su composición según se devuelven sustancias y agua al plasma. Si se reabsorbe mucha agua, la orina estará muy concentrada. La secreción tubular es la tercera función que indica que a lo largo del túbulo se incorporan sustancias al filtrado por eliminación directa al intersticio desde los capilares peritubulares y células del epitelio tubular. Cuanto más tarde se incorporen, más fácil es eliminarlas.
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Fisiología II Fisiología renal En el túbulo habrá por tanto un trasiego de sustancias bidireccional; la secreción irá en dirección al túbulo, mientras que la reabsorción se realizara desde el túbulo a los capilares peritubulares. Una sustancia que aparezca en la orina puede ser el resultado de haberse filtrado en el glomérulo o de haber sido secretada en los túbulos. Casi todos los productos plasmáticos son filtrados y después reabsorbidos en gran medida, debido a la poca especificidad de la filtración. Hay sustancias de desecho que se reabsorben en gran medida (urea
50%)
Las sustancias de filtrado se clasifican en 4 grupos según lo que ocurra en el glomérulo y las porciones tubulares de la nefrona:
Sustancias A. Hay sustancias que se excreta todo lo que se filtra, por tanto lo filtrado (mg/mL) es igual a lo excretado, por ejemplo la inulina (polímero de fructosa). Se utiliza en investigación para medir la velocidad de filtrado. Tampoco se reabsorbe la creatinina.
Sustancias B. Son sustancias que sufren filtración pero que son parcialmente reabsorbidas en las porciones tubulares de la nefrona. La cantidad excretada por tanto será inferior a la filtrada. Por ejemplo, la urea… Fisiológicamente es lo más frecuente.
Sustancias C. Son sustancias que al filtrarse y pasar por el túbulo, se reabsorben COMPLETAMENTE debido a que son útiles fisiológicamente. Encontrarlas en la orina es anormal e indicador de patologías. Es el caso de la glucosa.
Sustancias D. Son sustancias que sufren tanto filtración como secreción, por tanto la cantidad excretada es mayor a la filtrada. Es el caso de algunos ácidos orgánicos como el ácido paraaminobipúrico (PAMHA) que se utiliza para medir el flujo sanguíneo renal.
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Fisiología II Fisiología renal Estos procesos se encuentran regulados según las necesidades del organismo
Filtración glomerular Es un proceso importante a nivel orgánico a pesar de su relativa inespecificidad. Anatómicamente ocurre en el ovillo capilar glomerular y se produce en dirección al espacio de Bowman, que delimita la cápsula de Bowman en torno al glomérulo. La cápsula de Bowman tendrá dos porciones:
Capa parietal. Delimita el espacio de Bowman y está formado por células planas.
Capa visceral. Está formada por los podocitos en contacto íntimo con el endotelio del glomérulo.
El filtrado se realiza por una triple capa que se denomina membrana glomerular y está formada por la membrana del endotelio capilar, la lámina basal (fenestrada con amplios poros) y la membrana de los podocitos.
A través de la membrana glomerular se produce el filtrado por el que no caben los elementos formes de la sangre, pero si casi todas las moléculas presentes en la sangre, a excepción de proteínas grandes. Los podocitos son las células de la capa visceral de la cápsula de Bowman, y están en contacto íntimo con los capilares. Tienen prolongaciones digitiformes (pedicelos) con 17 Alberto Gómez Esteban
Fisiología II Fisiología renal las que abrazan a los capilares, delimitando entre dos pedicelos los orificios o hendiduras de filtración. La membrana glomerular delimitara orificios de filtración que son responsables en la selectividad al paso de macromoléculas proteicas. La membrana basal tiene moléculas con carga predominantemente negativa lo que crea una doble selectividad que dificulta enormemente el paso de proteínas, que tiende a 0. La selectividad del filtrado será por tanto regulada por tamaño (<4 nm se filtra) y por carga eléctrica (los aniones verán dificultado su paso por repulsión de la membrana basal).
La proteína más pequeña de la sangre (seroalbúmina) se filtra en menos de un 2 por 1000 (2%0). Por la barrera de filtrado tendrán preferencia a la hora de pasar, las moléculas pequeñas y de cargas positivas. Las moléculas de carga neutra tendrán mayor dificultad, y la mayor dificultad la presentarán las moléculas grandes y aniónicas. La composición del filtrado será muy semejante al plasma pero sin proteínas, ya que las sustancias disueltas de bajo peso molecular y el plasma pasan a través de la barrera de filtración por gradiente de presión hidrostática. La filtración glomerular se estudia por la técnica de la micropunción. La concentración en el filtrado de las sustancias difusibles (sodio, cloro, bicarbonato, glucosa…) son semejantes a la del plasma.
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Fisiología II Fisiología renal El hecho de que las proteínas no se filtren tiene importancia funcional debido a que hay muchas sustancias en el organismo que viajan en sangre unidas a proteínas por lo que su composición en el filtrado es inferior a la del plasma (solo se filtra la porción libre). El calcio por ejemplo suele ir unido mayoritariamente a proteínas pero una porción circula en plasma en su forma libre. Es esta porción libre la que se filtra, y la fracción unida a proteínas permanece en el circuito vascular, es por eso que la concentración de calcio en el filtrado va a ser mucho menor a la circulante en plasma.
*Clínica* Algunas patologías renales cursan con pérdida de cargas negativas en la membrana glomerular, por tanto se filtrará más fácilmente la seroalbúmina y uno de los principales síntomas será la proteinuria, es decir, encontraremos esta seroalbúmina en la orina. Además de la proteinuria recordemos que la albúmina era la proteína que mayor presión oncótica generaba, por lo que su pérdida derivaría en una menor osmolaridad del plasma lo que dificultaría la reabsorción de líquido en la porción venosa de los lechos capilares de todo el organismo, y causaría edemas. El riñón recibe aproximadamente el 25% de la sangre del gasto cardiaco lo cual no corresponde en absoluto con su masa, estando mucho más perfundido de lo que corresponde (0,4% del peso corporal). El riñón tiene el doble de metabolismo que el cerebro, pero esto no causa por si solo un valor tan amplio de perfusión. El flujo cortical es mayor que el medular y se debe a la misión fundamental del riñón, que es ajustar la composición del plasma. También parte del flujo se destina a la nutrición y excreción del propio riñón. Con las sustancias de clase C (como el PAMHA) se puede medir la irrigación renal. Los parámetros en la circulación renal son el flujo sanguíneo renal (FSR) determina la filtración, al ser el sustrato de la misma.
lo que
Otro parámetro importante es la fracción de filtración, que es la parte del flujo plasmático que se convierte en filtrado (20%), el resto se dirige a la circulación sistémica vía arteriola eferente. Gran parte de ese 20% filtrado se reincorpora a la sangre de nuevo debido a la reabsorción. El parámetro principal de medida es la velocidad de filtración glomerular (VFG), y se trata de la cantidad de filtrado por minuto. Viene a ser 125 mL/min en hombres, y algo más baja en las mujeres (115 mL/min). Cada 8 minutos se filtra 1L de plasma sanguíneo, lo cual no guarda relación directa con el flujo urinario debido de nuevo a la reabsorción. La velocidad de filtración glomerular depende enormemente de la presión hidrostática que encontramos en la arteriola aferente.
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Fisiología II Fisiología renal Hay una serie de leyes que determinan la filtración glomerular. Este es un proceso pasivo que sigue una serie de leyes naturales:
Ley de Fick. El flujo de filtración a través de la membrana glomerular depende de:
La variación de presión se realiza entre las presiones hidrostáticas presentes en el capilar glomerular y la del espacio de Bowman.
Ley de Starling. “La presión de filtración neta resulta de la suma de todas las presiones hidrostáticas y osmóticas”. Las proteínas en el compartimento vascular ejercen una presión osmótica en su dirección.
La presión de filtrado se realizará restándole a la presión hidrostática del capilar glomerular, la presión hidrostática del espacio de Bowman y la presión oncótica que tiende a la entrada de agua en el propio capilar: = 60 mm Hg – 18 mm Hg – 32 mm Hg = +10 mm Hg
Con 60 mm Hg de presión hidrostática en el glomérulo se conseguirá filtrar 1/5 del plasma aferente. Esta presión puede variar y depende de la presión en la arteria renal (que a su vez dependerá de la circulación sistémica). El resto de parámetros se alteran únicamente en situaciones patológicas. En una obstrucción de la vía urinaria (litiasis renal) se modificará la presión hidrostática en el espacio de Bowman, lo cual modifica la filtración disminuyéndola. 20 Alberto Gómez Esteban
Fisiología II Fisiología renal En estado de salud, suponiendo que el hígado produzca proteínas plasmáticas normalmente, es normal que se produzcan cambios en la presión capilar del glomérulo cuando varía la presión sistémica por las causas que sean. Esto condicionaría la filtración. La presión glomerular está asociada al flujo sanguíneo renal, evidentemente, ya que mayor volumen dentro de un vaso implica mayor presión dentro del mismo. La filtración glomerular dependerá como hemos dicho de la presión hidrostática del glomérulo, y también de la resistencia periférica arteriolar: Resistencia de la arteriola aferente Resistencia de la arteriola eferente Es posible modificar el radio del vaso para modificar la presión intraglomerular, actuando sobre el musculo liso de la pared arteriolar. Si relacionamos la presión arterial con el filtrado glomerular, nos permite observar que un aumento directo de la presión arterial no produce el aumento esperado de la filtración glomerular, es decir, que en un rango de presiones arteriales amplio se debe mantener una filtración constante. Si en cambio relacionamos el flujo sanguíneo renal con el filtrado glomerular sí que observamos una relación directa, lo cual parece lógico si pensamos que una de las principales funciones del riñón es la de mantener estable la volemia.
A más de 170 mm Hg de presión arterial se produce diuresis por presión a consecuencia de una mayor filtración. En cualquier porción del árbol vascular el flujo vendrá principalmente determinado por la diferencia de presión entre sus dos extremos, dividido por la resistencia vascular:
21 Alberto Gómez Esteban
Fisiología II Fisiología renal La resistencia normalmente vendrá determinada por el radio del vaso. Para mantener valores de flujo renal constantes, es preciso que a un aumento de presión, se produzca un aumento compensatorio de la resistencia vascular, lo que se realiza graduando la constricción en las arteriolas del glomérulo. El filtrado glomerular se mantiene constante en un rango de tensiones entre 80-170 mm Hg debido a que también se aumenta la resistencia, y por tanto no varía el flujo sanguíneo renal del cual SI depende directamente el filtrado glomerular. La resistencia aumenta al modificar vasoconstricción y vasodilatación:
el
diámetro
de
la
arteriola
mediante
Si reducimos el diámetro de la arteriola aferente disminuirá la presión glomerular → Disminuye el filtrado glomerular. Si aumentamos el diámetro de la arteriola aferente aumentará la presión glomerular → Aumenta el filtrado glomerular. Si reducimos el diámetro de la arteriola eferente, aumentará la presión glomerular → Aumenta el filtrado glomerular. Si aumentamos el diámetro de la arteriola eferente disminuirá la presión glomerular → Disminuye el filtrado glomerular.
*Resumen* El radio de la arteriola glomerular aferente es directamente proporcional al filtrado glomerular; si aumenta, también aumentará el filtrado y viceversa. Al contrario, el radio de la arteriola glomerular eferente es inversamente proporcional al filtrado glomerular.
Se producirá vasodilatación de la arteriola aferente al producirse cambios posturales que disminuyan la presión infracardiaca, y por tanto renal (decúbitos) en los que deseemos mantener igual la filtración glomerular. Estos son mecanismos compensatorios para evitar que haya un cambio en la velocidad de filtrado glomerular ante acontecimientos triviales.
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Fisiología II Fisiología renal
Regulación de la velocidad de filtrado glomerular Contamos con dos tipos de regulación:
Regulación intrínseca. Realizada por el propio riñón, también se conoce como autorregulación
Regulación extrínseca. Llevada a cabo por el sistema nervioso autónomo y el sistema endocrino.
Regulación intrínseca Permite mantener la velocidad de filtrado en rangos muy amplios de presión sistémica (80-170 mm Hg). Hay dos mecanismos intrínsecos principales: Regulación miogénica. No es un proceso exclusivo de las arteriolas ni del riñón. Es un proceso corriente en el musculo liso que responde a la distensión (estiramiento) con una constricción. Se da en muchas arteriolas tanto en el riñón como en otros órganos. Parece ser que la distensión provoca un aumento en la concentración intracelular de calcio lo que promueve la contracción muscular por los mecanismos conocidos. Un aumento de la presión arterial aumenta la tensión de forma que la arteriola se distiende y sus paredes musculares se contraen. Si disminuye la presión arterial se da la vasodilatación de la arteriola aferente. Aparato yuxtaglomerular. Se da por la actuación de la mácula densa y las arteriolas del glomérulo por un mecanismo de retroalimentación negativa.
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Fisiología II Fisiología renal Es una estructura funcional que se produce en la corteza renal al aproximarse el túbulo contorneado distal, con la zona de convergencia de las dos arteriolas en el glomérulo. Este conjunto anatómica se denomina aparato yuxtaglomerular. Las células de la macula densa tienen el Golgi (secretor) orientado hacia la periferia y mirando a las arteriolas, para realizar algún tipo de secreción endocrina. Las arteriolas cuentan con células yuxtaglomerulares, que son miocitos lisos modificados, mas hinchados con núcleos redondeados y gránulos de secreción que contendrán renina. Actúa ante variaciones en la presión arterial que modifiquen el flujo sanguíneo renal. En el caso de un aumento de la presión arterial: 1. Aumento del filtrado glomerular. Hasta que se dé el reajuste se da el siguiente paso. 2. Aumento del líquido presente en el túbulo distal, lo que se detecta en la mácula densa en forma de concentraciones crecientes de iones como sodio, calcio o cloruro. 3. Las concentraciones iónicas son reabsorbidas por la mácula densa lo que causa liberación de un vasoconstrictor (adenosina?). 4. El vasoconstrictor liberado por la macula densa provoca contracción de la arteriola aferente, lo que disminuye el flujo y por tanto el filtrado. En este proceso queda inhibida la secreción de renina. En el caso contrario, es decir, el descenso de la presión arterial sistémica podremos observar los siguientes pasos: 1. Disminuye el filtrado glomerular y por tanto el flujo por las porciones tubulares de la nefrona. 2. La mácula densa detecta el descenso en la concentración de electrolitos estimulantes. 3. La mácula densa libera una sustancia de acción paracrina (NO?). 4. Las células yuxtaglomerulares ante la sustancia paracrina liberan renina. 5. La renina actúa sobre el angiotensinógeno para dar lugar a angiotensina I 6. La angiotensina I es convertida por la ECA pulmonar en angiotensina II 7. La angiotensina II tiene efecto vasoconstrictor sobre la arteriola eferente lo que aumenta la presión glomerular y el filtrado glomerular. 24 Alberto Gómez Esteban
Fisiología II Fisiología renal Fuera de cierto rango, los mecanismos intrínsecos son ineficaces por lo que se da la diuresis por presión, a la que suele acompañar una natriuresis por presión, lo que aumenta el volumen urinario.
Regulación extrínseca Sobre las células musculares se ejercerá sinapsis nerviosa del sistema nervioso simpático y será una sinapsis α-noradrenérgica. Esta sinapsis causará excitación muscular y vasoconstricción. Regula el flujo sanguíneo renal y la filtración glomerular en el sentido en el que deseemos, no obstante sobre lo que más influye realmente es sobre el flujo sanguíneo renal, ya que hay receptores mayoritariamente en la arteriola aferente, y algún receptor en la eferente. El sistema nervioso simpático tendrá un efecto mayoritariamente de reducir el flujo sanguíneo renal, desviando parte de ese caudal sanguíneo hacia otros órganos ante una situación de estrés orgánico. La acción endocrina aunque sean hormonas circulantes como la adrenalina (médula suprarrenal) que tiene un efecto muy similar al del sistema nervioso simpático. Es una molécula que actúa sobre adrenorreceptores de tipo α con una acción simpaticomimética. La angiotensina II actúa sobre receptores en la arteriola eferente produciendo un mayor flujo renal y por tanto aumento en la filtración glomerular. El riñón en una situación de estrés cede el flujo sanguíneo solo temporalmente momento a partir del cual comienza a liberar vasodilatadores propios del tejido renal con acción paracrina que contrarrestará el efecto del SNS para recuperar la perfusión normal. Óxido nítrico (NO)
Bradiquinina
Prostaglandinas
Aclaramiento renal En la práctica clínica el término “función renal” se equipara con filtrado glomerular, y se mide frecuentemente como aclaramiento de creatinina. El aclaramiento renal de cualquier sustancia (X) nos da una idea de la efectividad del riñón para eliminar una sustancia concreta del plasma. Se obtiene mediante una fórmula:
La depuración o aclaramiento plasmático de una sustancia es el volumen del plasma del cual se elimina esa sustancia a su paso con el riñón, es decir, la concentración de esa sustancia determinada en el plasma tras su paso por el riñón. Se expresa en volumen. 25 Alberto Gómez Esteban
Fisiología II Fisiología renal El aclaramiento renal se mide cuando una sustancia se filtra pero no se reabsorbe como era el caso de la inulina (polímero de fructosa). En condiciones normales en vez de inyectar una sustancia exógena se observa el aclaramiento renal mediante el análisis de los niveles de creatinina. La creatinina que aparece en el túbulo es filtrada en un 90% pero también es secretada en un 10% por lo que no es la sustancia perfecta para medir el aclaramiento (el volumen final de la creatinina es mayor que el filtrado). Se observa un aumento de la creatinina en sangre con la edad, asociado a la destrucción de nefronas ya mencionada a partir de los 40 años.
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Tema 9. Funciones tubulares Reabsorción y secreción tubular
de
la
nefrona.
Introducción La reabsorción es el proceso de devolver al torrente sanguíneo sustancias necesarias que se habían filtrado inespecíficamente en el glomérulo. La secreción quiere decir que en el proceso de filtración no se ha excretado todo aquello que es preciso depurar, y sirve para concentrar más los desechos de la orina que aquellos que circulan en el plasma. La elaboración de la orina es un proceso muy laborioso regulado por transportadores que se encargan de aumentar por secreción sustancias que se desea desechar y eliminar rápidamente. Es muy importante la eliminación de potasio y H+ para evitar la tendencia a la acidosis. La reabsorción sirve para reincorporar sustancias que no es preciso eliminar, por ejemplo 125 ml/min de agua que se reduce finalmente a 1-2 ml/min de agua en el volumen de orina final.
Excreción = Filtración – Reabsorción + Secreción
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Anatomía microscópica Para que se produzca la reabsorción, la sustancia provendría de la luz del túbulo donde se encuentra el filtrado, y debería atravesar las células del epitelio tubular. Las células epiteliales del túbulo contorneado tienen dominios apicales distintos de los basolaterales.
En el dominio basal de la célula epitelial se encontrará el intersticio de poco grosor y el capilar peritubular. Para que se produzca la secreción, el camino que deberían recorrer las sustancias es lógicamente el inverso que para la reabsorción. Una sustancia que se mueva a través de un epitelio lo puede hacer de dos formas:
Vía paracelular. A través de las uniones estrechas entre dos células epiteliales. Es una vía rápida para el movimiento de sustancias por difusión hacia el medio interno, como agua e iones. A partir de cierta porción tubular hablamos de que en el no hay permeabilidad al agua por difusión (no existe reabsorción de agua). Hacia el interior de la médula, desde el asa de Henle ascendente, no hay permeabilidad al agua a través de la vía paracelular. 28
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Fisiología II Fisiología renal Vía transcelular. Se produce del dominio apical al domino basolateral pasando por el interior de la célula. Muchas sustancias se transportan por este medio. Se lleva a cabo por medio de transportadores. El epitelio tubular es muy similar al epitelio del intestino delgado en cuanto a la reabsorción, que se equipara a la absorción de nutrientes intestinal. Un parámetro interesante relacionado es el transporte tubular máximo (Tm) que es la capacidad máxima para transportar una sustancia mediante un transportador proteico de membrana. La carga tubular es la cantidad de una sustancia que se incorpora al túbulo por filtración. La glucosa es una molécula orgánica moderadamente grande, hidrosoluble y se transporta por la vía transcelular para reabsorberse (en condiciones normales se reabsorbe en un 100%). Es una molécula que se filtra fácilmente en el glomérulo y se reabsorbe de inmediato en el túbulo proximal. Al usar transportadores depende de la concentración de estos en las membranas celulares, es decir, que cuanta más glucosa se filtra, más reabsorbe, pero con el límite de llegar a saturar los transportadores de glucosa, es decir, es un proceso saturable, por lo que si se supera el transporte máximo para la glucosa, esta aparecerá en orina.
Los transportadores de glucosa son activos (SGLT) de cotransporte con sodio. 29 Alberto Gómez Esteban
Fisiología II Fisiología renal La glucosuria es anormal, por tanto lo tomaremos como parámetro diagnostico de ciertas patologías como la diabetes que indiquen una glucemia muy elevada ya que observamos en la gráfica que comenzamos a tener glucosuria a partir de una glucemia de 600 mg/dL, (parámetros normales 60-120 mg/dL). La membrana de filtración es un tamiz de selección de sustancias catiónicas y de pequeño tamaño que también depende directamente de la presión intraglomerular. El transporte tubular es más selectivo que la filtración. Los tipos celulares del epitelio tubular varían según la región en la que nos encontremos, y tendrán distinta capacidad de reabsorción. Según vamos avanzando por el túbulo la permeabilidad al agua disminuye gradualmente, hasta llegar al comienzo de la porción ascendente del asa de Henle en la que no existe permeabilidad al agua. Las sustancias que se reabsorban por la vía transcelular dependen de la existencia de transportadores para dichas sustancias, mientras que las sustancias que se reabsorban pasivamente mediante la vía paracelular dependerán de los gradientes electroquímicos que encontremos a lo largo del túbulo.
Túbulo contorneado proximal El túbulo proximal se encuentra inmediatamente tras el glomérulo y se da la una reabsorción masiva de agua de toda la que se filtra en el glomérulo (125 mL/min → 44 mL/min) es decir, se reabsorbe el 65% de agua. También se reabsorberá sodio por ósmosis. El agua siempre se reabsorberá junto con otros solutos. Activamente se reabsorbe la glucosa, aminoácidos, lípidos, etc… Los aminoácidos se reabsorben de forma muy similar a la glucosa (cotransporte asociado al sodio). Las proteínas se filtran muy mal, pero aquellas proteínas plasmáticas pequeñas que se filtran, también se reabsorben totalmente en el TCP por pinocitosis. Dentro de la célula epitelial son degradadas y pasan en forma de aminoácidos a la sangre. Es un túbulo muy contorneado lo que aumenta mucho su superficie de absorción.
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*Resumen* La reabsorción será de las siguientes sustancias: Na+. Por transporte activo junto con otra sustancia Aniones. Por gradiente electroquímico Agua. Por ósmosis junto con otros solutos reabsorbidos
En el túbulo proximal también se secretan sustancias que no se habían filtrado en el glomérulo: Metabolitos (sales biliares, creatinina, urato) Tóxicos y aditivos Fármacos (penicilina) Estas sustancias secretadas comienzan a estar más concentradas de lo que estaban en el plasma.
Asa de Henle Las porciones finas tienen menos ATP en su citoplasma que el túbulo proximal, por lo que el transporte activo estará más limitado.
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Fisiología II Fisiología renal La permeabilidad al agua disminuye, dándose una reabsorción de agua del 15% e igualándose por tanto la osmolaridad del “filtrado” y del intersticio. A partir de esta porción vemos aproximadamente un flujo de 20 mL/min de los 125 mL/min originales. En la porción ascendente no se reabsorbe agua, y a partir del mismo, en principio si se produce reabsorción de electrolitos, el producto de excreción va quedando progresivamente diluido (orina hipoosmolar). En el asa gruesa de Henle y la primera mitad del túbulo distal observamos el transporte activo de sales (Na+, Cl-, Mg2+, Ca2+) por lo que el líquido se vuelve hipoosmótico. Existe un transporte electroneutro de 2Cl- → Na+ + K+.
La rama ascendente genera un gradiente de concentración salina en la que el intersticio tendrá mayor concentración (osmolaridad) que el líquido del interior del túbulo.
Túbulo contorneado distal y túbulo colector En el túbulo colector corticomedular observamos secreción de cationes mediada por los dos principales tipos celulares: Células principales. Secretan K+ Células intercalares. Secretan H+ 32 Alberto Gómez Esteban
Fisiología II Fisiología renal En este segmento tubular observamos la concentración osmolar de la orina.
*Resumen* Reabsorción de agua El agua se reabsorbe por difusión simple (transporte pasivo) por la vía paracelular en distintas proporciones según los segmentos del túbulo renal y la osmolaridad del líquido: Túbulo proximal. Reabsorción del 65% del agua sin regulación. Se da la reabsorción osmótica obligada siguiendo al Na+ Asa de Henle. Reabsorción del 15% sin regulación. Reabsorción obligada en la rama descendente siguiendo al Na+ que sale de la rama ascendente por transporte activo. Túbulo distal y túbulo colector. Reabsorción del 20% del agua regulada por ADH (vasopresina). Esto regula la osmolaridad extracelular. En la porción ascendente del asa de Henle tenemos un transporte activo de sales lo que disminuye la osmolaridad del túbulo y aumenta la del intersticio. 33 Alberto Gómez Esteban
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Tema 10. Mecanismos de concentración y dilución de orina Introducción En la orina se reabsorbe el 80% del agua debido a que a lo largo de un día se filtra varias veces el total del volumen plasmático. En condiciones no extremas por tanto el flujo de orina creada es de aproximadamente 1 mL/min. A partir de la porción ascendente del asa de Henle existe impermeabilidad a la reabsorción de agua, pero en el túbulo colector tenemos reabsorción dependiente de ADH. El humano puede formar una orina muy diluida (50 mOsm) más incluso que el plasma, en situaciones en las que existe excedente de agua. Este es el máximo de dilución alcanzable en condiciones de normalidad.
En el otro extremo, el humano es capaz de concentrar la orina 4 veces a 1200 mOsm (es el límite fisiológico). Esta orina se producirá en situaciones en las que sea inadecuado excretar agua. Normalmente la concentración de la orina será intermedia. La formación de orina definitiva se basa en 4 pasos: 1. Filtración glomerular en la que se produce una reabsorción y una secreción obligatoria de deshechos en el túbulo proximal. 2. Generación de un gradiente osmótico en el asa de Henle 3. Reabsorción y secreción reguladas en el asa gruesa ascendente y en el túbulo distal. 35 Alberto Gómez Esteban
Fisiología II Fisiología renal En el asa ascendente tenemos la reabsorción regulada de iones que se bombean al intersticio. 4. Reabsorción de agua en el túbulo colector regulada por ADH. Se regula el pH y la concentración de sustancias en el colector. Este líquido es la orina.
Dilución de orina Se basa en la reabsorción de sales en el asa ascendente, pero no de agua. Esto se necesita cuando se da un consumo excesivo de líquido el cual se debe eliminar.
La osmolaridad urinaria se reducirá constantemente desde la porción ascendente del asa de Henle. Estos mecanismos de dilución se producen en ausencia de ADH.
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Concentración de orina Se da en situaciones en las que perder agua es un fallo homeostático. La antidiuresis total es imposible fisiológicamente debido al aumento de la osmolaridad plasmática, por esto, lo que debe ocurrir es una disminución de la diuresis. Requiere una serie de características:
Intersticio medular muy hipertónico (1200 mOsm). La corteza renal en cambio es muy isotónica debido entre otras cosas a su gran flujo sanguíneo.
Actuación del mecanismo multiplicador de contracorriente (MMCC) que se da en el asa de Henle, lo que requiere asas de Henle muy largas que solo encontramos en nefronas yuxtamedulares.
Actuación de hormona antidiurética (ADH). Aumenta la permeabilidad al agua del túbulo colector, lo que permite que se iguale la osmolaridad de la orina y del intersticio.
La concentración de la orina se va a dar en una serie de pasos: 1. Filtración del plasma y generación de una osmolaridad dentro del túbulo 2. Hipertonicidad en el asa descendente debido al gradiente creado en el asa de Henle ascendente. 3. Sucesivos pasos hacen que la tonicidad del intersticio aumente debido al bombeo de sales desde el asa ascendente de Henle.
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Fisiología II Fisiología renal Todo esto va encaminado a elevar la tonicidad del intersticio. Las asas largas son capaces de reabsorber sodio al intersticio para multiplicar la tonicidad del intersticio. El tercer requisito era disponer de ADH que permitía la reabsorción de agua en el túbulo colector, permite que se iguale la osmolaridad del líquido tubular con la del intersticio concentrado.
Los 1200 mOsm no se consiguen solo con sales, sino que también se necesita urea en el intersticio. La urea proviene del metabolismo de proteínas, y se ha observado que una persona con hipoproteinemia produce poca urea, y tiene poca capacidad para concentrar la orina. Aunque se reabsorba la urea que es un metabolito de desecho, esto sirve para conseguir que se concentre en la orina normal. La osmolaridad de la orina saliente se estabiliza al final del túbulo colector medular. La concentración de la orina es imposible que sea mayor que en el intersticio, como es lógico. El mecanismo multiplicador tenía como objetivo el depósito salino para que si el túbulo colector es máximamente permeable al agua, tenga la misma osmolaridad. En presencia de ADH en el túbulo colector medular se activan canales de difusión de la urea que hacen que ésta se deposite en el intersticio, concentrándolo. La urea también se secreta en el asa ascendente de Henle en su porción fina, mediante el transportador UTA2. Esto produce la recirculación del 50% de la urea a lo largo de los túbulos a partir del asa de Henle. 38 Alberto Gómez Esteban
Fisiología II Fisiología renal El efecto del intersticio hipertónico no serviría de nada si tuviéramos capilares transversales que lavaran el intersticio, por eso en la médula existe una irrigación especial que evita la remoción de osmoles del intersticio por sus características. Estas serán las siguientes: 1. La cantidad de flujo sanguíneo medular es muy pequeña, del orden de 1-2% del flujo sanguíneo total del riñón. 2. Los capilares de los vasos rectos funcionan como sistemas intercambiadores de contracorriente, es decir, siguen al asa de Henle imitando su forma de “U” en su recorrido dándose dos sucesos: I.
Capilar descendente. Aumentan las concentraciones salinas en el intersticio por lo que el plasma exuda agua y capta sales. La concentración alcanza un máximo en la parte intermedia del capilar.
II.
Capilar ascendente. Disminuyen las concentraciones salinas en el intersticio por lo que el capilar capta agua y expulsa sales pasivamente hacia el intersticio
Como resultado tenemos que al final la tonicidad del capilar es muy parecida al entrar que al salir del asa de Henle, manteniéndose así la osmolaridad del intersticio medular renal.
Los sistemas de contracorriente de la medula serán los responsables por tanto del mantenimiento del intersticio hipertónico. Las asas de Henle largas de las nefronas yuxtamedulares son las que establecen esa concentración. Esto requiere un transporte activo de sales por parte de las células tubulares en dirección al intersticio 39 Alberto Gómez Esteban
Fisiología II Fisiología renal El intercambiador de contracorriente de los vasos rectos mantiene la osmolaridad del intersticio pero no la crea. El capilar realiza sus intercambios por difusión y no por transporte activo. Los túbulos colectores de todas las nefronas usan ese gradiente para crear una orina de concentración variable dependiendo de la cantidad de poros que tenga el túbulo colector para el agua. La osmolaridad en los túbulos renales variara de la siguiente forma:
Mecanismo de acción de la ADH La vasopresina u hormona antidiurética (ADH) se secreta a la sangre desde la neurohipófisis. Es un péptido de acción hormonal que se sintetiza en el núcleo supraóptico del hipotálamo y se traslada mediante transporte axonal a la neurohipófisis donde se almacena hasta que es secretada. El papel biológico de la hormona antidiurética es conservar el agua en el cuerpo. La secreción de ADH provocara una retroalimentación negativa con este fin. Se secreta en cantidad directamente proporcional a la osmolaridad del plasma.
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El mecanismo de acción de la ADH se activa cuando ésta llega al receptor V2 del túbulo colector, lo que motiva la traslocacion de aquaporinas 2 por las que entra agua que sale al intersticio por aquaporinas 3. Una persona que no sintetice ADH o que no tenga receptores V 2 en los túbulos produce un gran volumen urinario y tienen una afectación conocida como diabetes insípida. El tratamiento es sencillo con vasopresina.
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Tema 11. El riñón en la composición y el volumen y el medio interno Introducción El riñón a la hora de filtrar el plasma puede regular las concentraciones liberadas en orina según las necesidades fisiológicas del organismo. A lo largo del túbulo existe una reabsorción obligada de agua en el túbulo proximal y la mitad proximal del asa de Henle y una reabsorción facultativa en el túbulo colector, regulada por ADH, la cual se secreta según las necesidades de agua del organismo. Hay enfermedades que cursan con diuresis osmótica, y aunque se produzca suficiente ADH, la presencia de solutos osmóticamente activos promueve la diuresis masiva. En resumidas cuentas el agua (disolvente) y la osmolaridad corporal ligada al sodio se regulan principalmente de dos formas: 1. Sistema de osmorreceptores-ADH 2. Mecanismo de la sed En general los animales beben el agua precisa para devolver la normalidad a sus valores homeostáticos. Ambos sistemas funcionan coordinadamente para mantener la osmolaridad y la volemia en estado de salud.
Sistema de osmorreceptores y ADH El principal regulador de la osmolaridad se encuentra en el hipotálamo y responde a la osmolaridad plasmática. El primer sistema osmorreceptor se debe a que en el hipotálamo anterior existen unas neuronas que actúan como osmorreceptores (estimulo osmótico de bajo umbral) que cuando se activan sinaptan con neuronas magnocelulares que tienen axones que llegan a la neurohipófisis desde donde liberan sus hormonas. El cuerpo celular de las hormonas magnocelulares se encuentra en el hipotálamo pero la secreción a sangre se realiza dese la neurohipófisis. La ADH actúa sobre los receptores V2 de los túbulos colectores de la nefrona, lo que causaba la traslocacion de aquaporinas 2 desde el Citosol a la membrana del túbulo, y asi se producía el transporte transcelular de agua hacia el intersticio medular.
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La pérdida de líquido por nauseas o la presencia de nicotina o morfina en sangre estimulan también la secreción de ADH. La ingesta de alcohol inhibe la ADH.
Mecanismo de la sed El mecanismo de la sed se activa por regiones subcorticales que van a actuar de forma instintiva en la regulación del agua corporal. La sed responde también a un aumento de osmolaridad, y es más sensible a la hipovolemia y a los niveles de líquido plasmático debido a que el centro de la sed recibe aferencias de barorreceptores (senos carotideos y aórticos). En situación de hipovolemia se estimulan los centros de la sed debido a: Aumento de osmolaridad o natremia Disminución de la volemia (p.e. en hemorragia) Sequedad de boca o esófago Presencia en sangre de angiotensina II
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Fisiología II Fisiología renal La sed es el deseo consciente de beber agua. El ser humano tiende a beber de forma preventiva, y su ingesta de agua también responde a convenciones sociales. La sed se alivia cuando la boca y el esófago están hidratados, aunque el agua no haya llegado aún al medio interno. Entre los dos mecanismos se mantiene la osmolaridad y la natremia en valores normales. Aunque se ingiera mucha mayor concentración de sodio diaria, se mantienen los niveles en relativa normalidad debido a la actuación de estos sistemas.
Regulación de la composición del plasma Cuando hablamos de osmolaridad, aunque las más influyentes en este parámetro son las sales sódicas, también existen muchos otros tipos de iones que a la hora de realizar la reabsorción tubular deben ser tenidas en cuenta. Es necesario regular cada ion de forma independiente debido a que realizan funciones vitales y muy diferentes. El control especifico se realiza muchas veces de forma hormonal (acelerando o disminuyendo la velocidad de transporte, etc…). En todo momento vamos a tener una importante reabsorción iónica en el túbulo proximal, la cual puede regularse ligeramente. La regulación fina se lleva a cabo en las porciones distales de forma similar a como hacíamos con el agua. La mayor parte del sodio se reabsorbe, y está regulado por las concentraciones de angiotensina II, de adrenalina, y por la noradrenalina del sistema nervioso simpático. Siempre que difunde sodio en una región permeable, el agua siempre va a seguir al sodio.
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Fisiología II Fisiología renal Es importante la actuación de adrenalina y la noradrenalina en situaciones como la hemorragia. Si aumentamos la natremia plasmática en estos casos, éste atraerá osmóticamente al agua y de este modo se mantendrá la volemia lo mejor posible. En la porción ascendente del asa de Henle tenemos un transporte activo de sales con canales que regulan el sodio, cloruro y potasio. El cloruro suele ir muy ligado al sodio para electroneutralizarlo. En el túbulo distal y colector que es donde la reabsorción es más variable y regulada, la reabsorción de sodio es aumentada por la aldosterona. La aldosterona también deriva del mecanismo renina-angiotensina, aumenta la reabsorción de sodio y por tanto regula la presión arterial a largo plazo al aumentar la reabsorción de agua y sodio hacia el torrente sanguíneo. En varias regiones a la vez que se produce la reabsorción de sodio, se produce una secreción de potasio para regular la natremia. Esto ocurre en secreciones sensibles a la aldosterona. La aldosterona es un mineralocorticoide que se produce en la zona más externa de la corteza suprarrenal (zona glomerular). Esta hormona entre otros agentes reguladores tiene el potasio en el LEC. Es una hormona que forma un par de retroalimentación negativa.
El potasio se filtra igualmente con mucha facilidad y gran parte se reabsorbe en el túbulo proximal, y de forma menos marcada en el asa ascendente de Henle (bombas). La regulación fina se da en regiones terminales y se intercambia en dirección contraria al sodio.
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Fisiología II Fisiología renal Una de las zonas de eliminación de potasio es la orina, y en zonas donde se forme orina se aumentara la excreción de potasio y la reabsorción de sodio. Este trasiego se realiza en las células principales que observamos en las zonas distales del TCD y en el túbulo colector.
En esta gráfica observamos que los niveles de sodio no son tan regulados por la secreción de aldosterona, sino que principalmente se realiza por otros mecanismos. El péptido natriurético auricular (PNA) realiza la acción contraria al estimular la natriuresis o excreción de sodio. Si aumentamos la excreción de sodio también aumenta la excreción de agua lo que causa un descenso de la presión arterial. Esto se realiza inhibiendo la reabsorción de Na+ y con esto inhiben también la reabsorción de H2O. El PNA responde ante un aumento de presión arterial (distensión cardiaca a nivel de las aurículas) debido a la volemia. Esta hormona también inhibe la secreción hipofisaria de ADH. También se conoce el péptido natriurético cerebral (PNB) que se produce principalmente en los ventrículos cardiacos, y es semejante al PNA. Una molécula de producción local en el túbulo distal y colector es la urodilatina con efectos similares a las anteriores. El calcio se reabsorbe por niveles altos de parathormona (PTH) a nivel del asa gruesa de Henle y primera mitad del TCD. La PTH es una hormona hipercalcemiante. Esto mantiene los niveles de calcio EN SANGRE para realizar acciones fundamentales en el organismo (liberación de neurotransmisor, contracción cardiaca…). En el túbulo proximal la reabsorción de calcio se lleva a cabo por difusión paracelular.
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Fisiología II Fisiología renal La reabsorción de fosfato es inhibida por niveles altos de PTH. En caso de que tengamos baja calcemia, se inhibe la reabsorción de fosfato para evitar la cristalización de calcio y fosfato en el hueso.
Sistema renina-angiotensina-aldosterona Lo normal es que la liberación de angiotensina también actué a nivel de la corteza suprarrenal y causa la liberación de aldosterona. Cuando este sistema se activa aumenta la presión arterial a muchos niveles. La angiotensina II es un potente vasoconstrictor que regula la antidiurética y el mecanismo de la sed. El sistema renina-angiotensina actúa principalmente a nivel del riñón, como producto de las células yuxtaglomerulares. La angiotensina II se forma gracias a la ECA del endotelio pulmonar. Una bajada de tensión arterial es grave a nivel sistémico ya que causa una falta de riego cerebral y provoca isquemia que puede resultar en sincope. Las células yuxtaglomerulares actúan como barorreceptores (NO LO SON), ante la escasez de líquido en la mácula densa del TCD, produciendo renina (actividad enzimática). Muchos de los mecanismos de la regulación de la presión a la hora de bajarla va a ser actuando a nivel de distintas porciones de la nefrona.
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Tema 12. Fisiología de los uréteres y de la vejiga urinaria. Micción Introducción La micción es el proceso que hace que la vejiga se vacíe cuando está llena y se produce por la contracción del musculo detrusor de la vejiga, aumentando la presión y disminuyendo el volumen intravesical para causar la salida de orina por la uretra. La micción consta de dos partes: 1. Llenado de la vejiga urinaria 2. Reflejo de la micción y actuación del musculo detrusor.
Llenado vesical Dentro del riñón existen regiones con tejido muscular que responden a la distensión provocando el movimiento de la orina. En los cálices y en la pelvis renal cuando se produce una acumulación de líquido, se da la respuesta por estiramiento con una contracción que impulsa la orina en dirección al uréter. La posición de entrada de los uréteres en la vejiga urinaria impide la regurgitación de orina, es decir, hace que la orina sea unidireccional en sentido a la vejiga. Esto se debe a la entrada oblicua de los uréteres, y a que el musculo circular de la vejiga formará una especie de esfínter. El musculo del uréter se encuentra inervado por el sistema nervioso autónomo. Cuando se debe producir el llenado de la vejiga se activan las fibras del SNPS que estimulan el peristaltismo del uréter en dirección a la vejiga.
Reflejo de la micción El reflejo de la micción se da por parte de la vejiga urinaria que se contrae lo que causa la salida al exterior de la orina. Es un reflejo medular (L1-S4) aunque hay un componente voluntario que se produce a partir del momento en el que una persona puede regular sus esfínteres y se genera en la corteza cerebral. El reflejo de la micción y el de la defecación son muy similares y su control se adquiere un tiempo tras el nacimiento.
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Fisiología II Fisiología renal La salida de orina al exterior se encuentra regulada por un doble esfínter: Esfínter uretral interno. Involuntario (SNA) Esfínter uretral externo. Voluntario (SN Somático) El musculo voluntario viene regulado desde el bulbo raquídeo, pero también cuenta con eferencias que parten de la corteza para dar lugar a una regulación consciente. La inervación simpática estará activada durante el proceso de llenado y va a existir en la unión neuromuscular el neurotransmisor simpático que es la noradrenalina. Sobre el músculo detrusor va a tener receptores β-adrenérgicos inhibitorios permitiendo el llenado, y en el músculo interno tendrá receptores α-adrenérgicos estimulantes, permitiendo un cierto tono esfinteriano que evita la micción. El sistema nervioso neurotransmisores:
parasimpático
favorecerá
la
micción
liberando
dos
Acetilcolina (receptores muscarínicos). Contraen el musculo detrusor para que salga la orina
NO. Relaja el esfínter interno.
Cuando el individuo detecta el deseo de micción en la corteza voluntaria, manda la orden de contracción hacia el esfínter externo lo que condiciona el proceso a las decisiones voluntarias procedentes de la corteza cerebral. Las fibras somáticas del nervio pudendo son las responsables de la contracción del esfínter externo.
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Fisiología II Fisiología renal La micción se debe a la activación parasimpática y a que la corteza decida liberar el esfínter uretral externo. El grado de tensión del musculo detrusor se puede medir mediante un cistometrograma que consiste en producir en el individuo un vaciamiento completo de la vejiga y posteriormente ir introduciendo volúmenes de agua conocidos para medir las presiones en cm H2O según producimos este llenado.
El aumento de presión final será el que provoque el deseo de micción (a partir de las contracciones miccionales). La vejiga es un tejido elástico con una pared de musculo liso que aumenta de volumen si se da un aumento de contenido. Esto sigue la ley de Laplace, que enuncia que si la tensión aumenta también lo hace el radio, por lo que la presión no aumenta realmente hasta que el radio del órgano es relativamente estable. En mujeres el vaciado total de la vejiga se ve favorecido por la gravedad, mientras que en hombres el vaciamiento total de la vejiga se da por contracciones del musculo bulbouretral.
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Tema 13. Equilibrio ácido-base Introducción La concentración fisiológica de hidrogeniones en sangre es muy baja en comparación con la de otros metabolitos, y esto se debe a que está muy regulada por su importancia funcional. Diariamente por el metabolismo se producen grandes cantidades de protones, que pueden deberse a:
Dieta
Metabolismo
Pérdida de bases (HCO3-) por las heces
La fuente principal de ácido es el ácido carbónico que se produce al reaccionar CO2 con el agua gracias a la enzima anhidrasa carbónica que encontramos en muchas células y epitelios de nuestro organismo. El H2CO3 se considera un ácido volátil que es poco estable y se descompone en bicarbonato (HCO3-) y protones (H+).
El metabolismo de los aminoácidos puede dar lugar a ácidos inorgánicos como el ácido sulfúrico (H2SO4) o ácido fosfórico (H3PO4). Por último el metabolismo de las grasas da lugar a ácidos orgánicos que son los ácidos grasos. También al darse un metabolismo incompleto de hidratos de carbono en anaerobiosis que dé lugar a ión lactato y protones a partir del ácido láctico. Esta situación es propia de ejercicio anaerobio e isquemias tisulares. La oxidación incompleta de grasas de lugar a cuerpos cetónicos (ácido acetoacético y βhidroxibutirato). Esto se puede dar en caso de ayuno, diabetes mellitus y alcohólicos. Las células producen protones en el metabolismo que se combinan con el bicarbonato del plasma (principal tampón extracelular) que los neutraliza. En los pulmones el bicarbonato se convierte en CO2 + H2O que es eliminado en la ventilación (¿en presencia de anhidrasa?). No todo el ácido es convertible en CO2 por lo que los riñones deben excretar tanto ácido como el ácido no volátil que ingresa a lo largo de un día. Los riñones también deben compensar la pérdida de bicarbonato filtrado. Es preciso compensar la excreción diaria de ácido neta (EAN) que es la excreción de protones en forma de ion amonio y la acidez titulable en forma de ácido fosfórico y también es considerado como que aumenta la acidez la pérdida urinaria de bicarbonato. 54 Alberto Gómez Esteban
Fisiología II Fisiología renal EAN = Excreción (NH4+) + Excreción (H3PO4) – Pérdida (HCO3-)
Regulación del equilibrio ácido-base El equilibrio ácido-básico debe estar muy compensado igualando las entradas y las salidas. El medio interno debe tener un pH muy constante ya que desajustes pueden producir cambios en la concentración extracelular de potasio (se intercambian protones por potasio en la nefrona). El potasio es un importante agente a la hora de la transmisión nerviosa. El pH también es importante que se mantenga en límites fisiológicos ya que altera la conformación de proteínas lo que a su vez puede inutilizarlas. Estas proteínas a las que altera son enzimas, canales, etc… El pH del plasma es de 7,4: pH < 7,37 → Acidemia pH > 7,42 → Alcalemia 6,8 > pH < 8 → No es viable para la vida Para regular el pH el organismo actúa a tres niveles:
Sistemas tampón. Son sustancias amortiguadoras que son ubicuas y mantienen el pH en rangos fisiológicos. Actúa en segundos sobre desajustes pequeños y locales de pH.
Centros respiratorios. Modifican la ventilación y la frecuencia respiratoria cuando detectan variaciones de pH. Actúa en rangos de tiempo de minutos a horas.
Riñón. Se encarga de eliminar hacia fuera el exceso de ácido o de base. Muchas veces es el mecanismo definitivo pero es muy lento, y dependiendo del grado de desorden en la acidez va de horas a días.
El pH de la orina sí que tiene un rango muy amplio dependiendo de lo que se debe eliminar. Este pH va de 4,5 8. Puede ser un poco alcalina o bastante ácida, lo que se debe a que la tendencia metabólica tiende a producir más ácidos que bases, y por ello se deben eliminar más protones que radicales hidroxilo. El pH más frecuente de la orina ronda el 6.
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Sistemas tampón Amortiguan la acidez y la alcalinidad neutralizando esas sustancias mediante otras que pueden aceptar-ceder protones según si la perturbación a la que se enfrentan es ácida o básica. No eliminan el protón del organismo, pero lo captan y por ello lo “retiran” de la circulación. Los principales tampones son:
Intracelulares Fosfato (Na2HPO4 Na2H2PO4) Proteínas (hemoglobina)
Urinario Fosfato Amoniaco (NH3 / NH4+). Es el más importante en orina
Plasma Proteínas plasmáticas Bicarbonato
El bicarbonato es el principal tampón extracelular:
Los dos componentes están regulados. El bicarbonato esta principalmente regulado en el riñón y el ácido carbónico por el pulmón en forma de CO2.
Mecanismo respiratorio El ácido carbónico se considera un ácido volátil dada su fácil conversión en CO2. El centro respiratorio bulbar estará regulado por la presencia de acidez, pero no directamente, sino que el CO2 pasa la barrera hematoencefálica como si ésta no existiera y una vez en el liquido cefalorraquídeo se convierte en ácido carbónico. Este aumento de hidrogeniones estimula la respiración para eliminar el CO2 sobrante.
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Fisiología II Fisiología renal Diariamente se elimina respiratoriamente más ácido potencial que el que elimina el riñón, debido a que el CO2 es el metabolito que más se produce y elimina en el organismo. Cuantitativamente la eliminación del ácido volátil es muy importante diariamente. El mecanismo respiratorio sí elimina protones pero no corrige la acidez tanto como lo hace el riñón. Es un mecanismo a medio plazo.
Mecanismo renal La eliminación urinaria se adapta finamente al pH sanguíneo. El riñón es el mecanismo de normalización de pH más lento pero también más potente y eficaz. Si la perturbación de pH finaliza el riñón es el responsable último de la regulación de pH. El riñón regula el pH mediante la reabsorción variable de bicarbonato y la secreción activa de hidrogeniones, cosa que hará a la vez en sus regiones tubulares distales. Las células intercaladas del túbulo colector se encargan de secretar protones al interior del túbulo, y de reabsorber bicarbonato hacia el intersticio. La reabsorción del bicarbonato es variable, y dependiendo del pH se absorbe más, menos, o directamente no existe reabsorción (en caso de alcalosis). En condiciones normales la célula intercalada reabsorbe bicarbonato.
En caso de alcalosis las células intercaladas no solo no reabsorben bicarbonato, sino que lo excretan. Esta excreción va acompañada por un intercambio de protones por potasio, que se excreta en forma de bicarbonato potásico (KHCO3). Los protones lógicamente se reabsorberán.
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Fisiología II Fisiología renal Si el pH baja, las células intercaladas de las porciones finales secretan protones en contra de gradientes muy potentes (1:1000) para eliminar la acidez del medio interno. Por cada protón excretado se forma una nueva molécula de bicarbonato por efecto de la anhidrasa carbónica de los túbulos. El bicarbonato se intercambia por cloruro para ingresar en sangre.
En el túbulo se secretan protones de dos formas: Contratransporte junto al sodio (Na+H+) Bomba H+ (con gasto energético) Los protones una vez excretados, en la orina los podemos encontrar a su vez de varias formas: Protones libres (en escasa medida) Unidos a fosfato (H2PO4-). El tampón fosfato se encuentra en el líquido tubular como resultado del proceso de excreción y reabsorción. Este fosfato es aquel que se filtra y no se reabsorbe como resultado al ajuste de las necesidades corporales, y de paso puede tamponar protones (no es su función principal). Unidos a tampón amonio (NH4+). El amoniaco que encontramos en el túbulo suele ser producto de las propias células tubulares de la nefrona a partir de glutamina. Este metabolismo es regulable y puede aumentar en acidosis. El NH3 si que difunde de las células tubulares hacia el túbulo, pero el ion amonio no es difusible y no puede revertir hacia el interior de la célula.
*Recordatorio* Como vimos en el tema anterior, el fosfato era excretado por efecto de la PTH ante niveles bajos de calcemia, para evitar que ambos compuestos cristalizaran en el hueso, y no hubiera suficiente calcio para que cumpliera el resto de funciones necesarias. El fosfato que se excretaba en estas circunstancias es el que se utiliza para neutralizar protones como función secundaria. 58 Alberto Gómez Esteban
Fisiología II Fisiología renal La restauración del pH sanguíneo en última medida siempre requiere la corrección de los procesos que produjeron dicha alteración. La principal compensación respiratoria se da en desajustes metabólicos y la principal compensación renal se da ante desajustes respiratorios. La orina es el liquido de excreción con todos sus componentes perfectamente regulados. En clínica es preferible utilizar orina que lleve mucho tiempo retenida en la vejiga ya que contiene sedimentos que ayudaran a evaluar la normalidad del riñón, y que contendrá más información sobre el desempeño normal del riñón y además más elementos anormales de haberlos.
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