Fisiología Renal: Anatomía, Función y Mecanismos de Filtración

Fisiología Renal: Anatomía, Función y Mecanismos de Filtración

Anatomía Renal

Fisiología renal: Anatomía: Las mujeres tienen una uretra más corta que los hombres, siendo solo un conducto urinario. En los hombres, la uretra es más larga y funciona como conducto urinario y reproductor. Ambos sexos están protegidos por las costillas. El riñón es un órgano con forma de judía. Está formado por una parte externa, la cápsula, debajo de la cual se encuentra la corteza renal y, por último, la médula renal. Cada círculo amarillo representa las pirámides renales, por donde bajan los conductos de la orina, desembocando en los cálices. Hay cálices menores, que desembocan en cálices mayores, de ahí a la pelvis renal y finalmente al uréter. La orina se forma en la pirámide y desciende hasta el uréter.

Uréter: conducto de músculo liso. Es involuntario, se contrae produciendo motilidad para llegar a la vejiga, que está hecha de músculo liso, lo que le permite extenderse y contraerse. Diferenciamos a nivel funcional dos partes: la cúpula, que contiene el músculo detrusor, y la base, que contiene el músculo trígono (donde se encuentra la uretra). Si queremos retener la orina, el sistema nervioso simpático (SNAS) actúa, el músculo detrusor se relaja (beta adrenérgico) y el trígono se contrae cerrando la uretra (alfa adrenérgico).

Circulación Renal

Circulación renal: Al riñón le llega la sangre por la arteria renal. (La vena, arteria y uréter entran y salen por el mismo sitio, hilio renal.) La arteria renal se divide en arterias segmentarias, estas en arterias interlobulares, que pasan por los laterales de las pirámides, llegan hasta la frontera entre la corteza y la médula y luego se dividen en las arterias arcuata y arciforme. Desde este arco sube a irrigar toda la corteza, y esas se llaman interlobulillares. Se produce el filtrado, y la salida de sangre es igual, pero con vena en vez de arteria.

Nefrona: Unidad Funcional del Riñón

Nefrona: Unidad estructural y funcional del riñón: No las podemos regenerar. El 80% de las nefronas son corticales, ubicadas en la corteza renal (parte externa). El 20% restante son nefronas yuxtamedulares, situadas junto a la médula renal. Las lesiones, enfermedades o el envejecimiento producen pérdida progresiva de nefronas, a partir de los 40 años descienden un 10% cada 10 años, las que quedan aumentan su función. Insuficiencia renal con 20%. Proceso: Siempre en el mismo sentido, los iones fluyen libremente. 1. Las sustancias pasan del plasma al riñón, por la cápsula de Bowman, donde se encuentra el glomérulo. 2. Sigue su camino por el túbulo contorneado proximal. Después pasa al asa de Henle, dividida en dos secciones, asa descendente (túbulo recto) y ascendente, cada una con un asa gruesa y un asa delgada. 3. Después pasamos al túbulo contorneado distal y de ahí al conducto colector. La orina recogida se une a otros conductos colectores que desembocan en el cáliz menor, cáliz mayor… uréter.

Cada nefrona contiene partes: 1. Una red de capilares glomerulares, denominado glomérulo (dentro de la cápsula de Bowman) filtran grandes cantidades de sangre bajo presiones hidrostáticas elevadas (unos 60 mm Hg). Desde la arteria interlobulillar hay una ramificación que entra y sale del glomérulo llevando la sangre (arteriola aferente y eferente). 2. Punto 2 y 3 del anterior. Un largo túbulo (proximal y contorneado proximal) en el que el líquido filtrado se convierte en orina en su recorrido hacia la pelvis renal. 3. Cada nefrona tiene dos sets de capilares. En las corticales se llaman vasos peritubulares y en las yuxtamedulares son vasos rectos. 4. Cada nefrona tiene dos arteriolas (aferente y eferente) y dos sets de capilares asociados a ellos (glomérulo y peritubulares/vasos rectos).

Funciones del Riñón

Funciones del riñón: Principal excreción productos metabólicos de desecho y sustancias químicas extrañas, fármacos y metabolitos de hormonas. Deben eliminarse con la misma velocidad que se producen. Urea (metabolismo de aminoácidos), la creatinina, el ácido úrico (ácidos nucleicos), productos de degradación de la hemoglobina. Regulación del equilibrio hídrico y electrolítico. Para mantener la homeostasis, la excreción de agua y electrólitos debe equilibrarse con su ingesta. Regula la osmolaridad mediante la formación de la orina (filtración, reabsorción y secreción). El riñón no puede generar agua desde cero. Si concentro mucho el líquido extracelular tendería a salir, pero con el riñón somos capaces de regular la osmolaridad. Suma de estos procesos es la excreción, eliminación por la orina. El volumen de eliminación normal oscila entre 800 y 2000 mL/día. Osmolaridad normal entre 50 y 1400 mOsm/L. Regulación de la presión arterial. A largo plazo mediante la excreción de cantidades de sodio y agua. Además, secretan sustancias vasoactivas (renina), forman productos vasoactivos (angiotensina II). Regulación del equilibrio acidobásico. Los riñones junto con los pulmones y los amortiguadores de líquidos corporales, mediante la excreción de ácidos y regulando sustancias amortiguadoras. Regulación de la producción de eritrocitos. Los riñones secretan eritropoyetina (EPO) normalmente en la hipoxia, estimula la producción de hematíes. Regulación de la formación de vitamina D. Esencial para el depósito normal de calcio y fosfato en el hueso y la absorción de calcio en el tubo digestivo. Síntesis de glucosa. A partir de aminoácidos y de otros precursores en situaciones de ayuno prolongado por gluconeogénesis, junto con el hígado.

Filtración Glomerular

Filtración glomerular:La sangre llega a la nefrona por la arteriola aferente y pasa al glomérulo por difusión simple. Los capilares de los glomérulos (envueltos por la cápsula de Bowman) permiten aumentar la superficie de intercambio (filtración). A lo largo del capilar la filtración va disminuyendo hasta desaparecer. El filtrado tiene composición similar al plasma. Proceso (explicado en nefrona proceso arriba): Primera parte de la formación de orina. Paso de líquido desde la sangre hacia la nefrona. Se realiza en el corpúsculo renal (unión del glomérulo y la Cápsula). Unos 180L al día. Todo lo que se filtra se elimina por orina, excepto lo que se reabsorba. Las sustancias deben de atravesar tres barreras: 1. Endotelio capilar glomerular: Los capilares fenestrados permiten que el plasma filtre a través del endotelio, pero impide la salida de GR y proteínas grandes. Lo continuos es más complicado atravesarlos, BHE. 2. Membrana basal: Capa acelular que separa el endotelio del epitelio que recubre la cápsula de Bowman. Formada por glucoproteínas con carga negativa, lo que hace que repela proteínas. 3. Podocitos (cápsula de Bowman): Los pies de los podocitos rodean a cada capilar a través de los cuales se produce la filtración. Coeficiente de filtración: entre 0 y 1. 1 toda sustancia filtrada y 0 que no se filtra nada. Depende de las dimensiones de la molécula y su carga eléctrica. Se filtran moléculas con bajo peso molecular. Se varían las propiedades de las membranas haciendo más grueso o más fino el endotelio. Presión de filtración: La cantidad de líquido filtrado depende del equilibrio entre cuatro presiones al final del capilar: Presión hidrostática (capilar y capsular de Bowman) tiende a llevar líquido fuera de su compartimento. Presión coloidosmótica u oncótica (capilar y capsular de Bowman) tiende a introducir agua por gradiente osmótico, depende de las proteínas en suspensión con sustancias disueltas. Al salir la sangre tiene presión muy elevada.  Es la fórmula del equilibrio de Starling, en el caso de un capilar glomerular. La filtración = presión hidrostática del capilar – presión coloidosmótica capilar (atraería agua) – presión hidrostática de la cápsula de Bowman + presión coloidosmótica cápsula de Bowman. Tasa de Filtración Glomerular (TFG o GFR): volumen de líquido que se filtra hacia la cápsula de Bowman por unidad de tiempo. En nuestro caso agua con los solutos disueltos. La TFG depende de: Presión de filtración total (FSR y Presión arterial). Coeficiente de filtración (Área superficie capilares y permeabilidad). Regulación de la TFG:Cuando una arteriola se dilata por aumento de la presión arterial produce una respuesta, disminuir el vaso sanguíneo, aumentando la presión, pero así hay menos sangre para filtrar. Depende de la FSR y de Hormonas y neuronas autónomas. Una vez conocida la TFG de una persona, se puede determinar cómo el riñón maneja una sustancia midiendo la concentración plasmática de esa sustancia y la tasa de excreción. Flujo Sanguíneo Renal (FSR): volumen de sangre (correspondiente al plasma) que llega al glomérulo por unidad de tiempo. Autorregulación del FSR: Respuesta miogénica de la arteriola aferente. Similar a la autorregulación de otras arteriolas sistémicas. Retroalimentación túbuloglomerular. Aparato yuxtaglomerular.

Aparato Yuxtaglomerular

Aparato yuxtaglomerular (AY): estructura localizada entre el asa ascendente y las arteriolas aferente y eferente, controla el tono de estas con sus secreciones. En caso de un aumento del filtrado, el líquido que llega al asa ascendente (mácula densa) contiene una [Na] mayor, segrega sustancias vasoconstrictoras (renina y sustancias VC paracrinas), disminuyendo la tasa de filtración. Con una vasoconstricción de la arteriola aferente, disminuye la P hidrostática capilar, habrá menos filtración. Si hay una vasoconstricción eferente, la sangre no puede escapar del glomérulo aumentando la P hidrostática, aumentando la filtración. Si hay una disminución de la presión arterial, detectaríamos menos Na por haber un menor filtrado y secretaríamos vasodilatadores y Renina, aumentaría así la filtración. Así que una sustancia vasoconstrictora puede aumentar o disminuir la filtración, dependiendo de si actúa en la arteriola aferente o eferente. Regulación de la filtración: La presión arterial proporciona la presión hidrostática que regula la filtración glomerular. Si aumenta la Ph la TFG permanece constante mientras la PAM es de 80 y 180 mmHg gracias a los mecanismos de TFG arriba.

Reabsorción Tubular

Reabsorción tubular: Paso de sustancias presentes en el filtrado desde el túbulo al torrente sanguíneo a través de los capilares peritubulares. De toda la sangre que llega el 20% se filtra y el 80% se reabsorbe. Se excreta menos de 1% de todo lo filtrado. Se filtra varias veces toda la sangre porque la filtración no es selectiva. Proceso explicado arriba nefrona.  En el túbulo contorneado proximal se reabsorbe la mayor parte, sigue en el asa de Henle (ascendente y descendente, en la primera esta el tubulo recto) 1. Aniones por gradiente eléctrico y de concentración. El Na se reabsorbe por un transporte activo secundario con transportador Na/K (El transporte de la nefrona a la célula es transporte pasivo, a favor de gradiente). 2. El gradiente de Na y las fuerzas de equilibrio de Starling se utilizan para reabsorber con transportadores glucosa (GlUT, SGLT1 y 2) y sin ellos lactato, citrato, proteínas y aas… 3. Al cambiar la [] de solutos, el agua por osmosis irá hacia el capilar mas concentrado. 4. solutos permeables se reabsorben como los cationes K y Ca y la urea. 5. Objetivo final reabsorber bicarbonato, el protón se combina con el bicarbonato (HCO3-), teniendo ácido carbonico que se disociará en agua y CO2, que atraviesa libremente membrana y pasa a la célula. El protón se recicla para volver a captar bicarbonato. TCP y asa Henle descendente divididas en: Segmento inicial (S1): región inicial y media del TCP. Segmento medio (S2): región final del TCP e inicial del TP recto (asa descendente gruesa). Segmento final (S3): región cortical profunda y medular del asa de Henle gruesa. El resto de la reabsorción se realiza: Transporte transepitelial o transcelular: Sustancias atraviesan las membranas apical (interna) y basolateral (lisa) de las células epiteliales del túbulo. Vía paracelular: entre dos células adyacentes. El K pasarcá entre 2 células. El agua también.

Secreción Tubular

Secreción: elimina ciertas sustancias de la sangre y las añade al filtrado interior de la nefrona, permite aumentar su excreción. Proceso activo por sistemas de transporte de membrana. Acidos y bases orgánicas son secretados y eliminados casi en el primer paso de la sangre por el riñón. Manejo renal de iones: Sodio: Reabsorbe en túbulo contorneado proximal. En algunas partes de la nefrona se excreta por orina. Todas las células de la nefrona tienen bomba Na+/K+ en membrana basolateral. El Na+ bombeado fuera de la célula genera un gradiente electroquímico que sirve para reabsorber otras sustancias. La aldosterona produce la secreción de Na. Proceso: 1. El Na+ se bombea dentro de la célula por transporte pasivo. 2. Na+ /K+ ATPasa basal y lateral bombean Na fuera de la célula. Esto genera una reabsorción hacia sangre. 3. La alta concentración de proteínas tras el glomérulo genera la principal fuerza en el equilibrio de Starling. 4. La reabsorción de Na+ (cambio de C) conlleva una reabsorción de agua por osmosis.

Excreción Renal

Excreción: La producción de orina, es el resultado de todos los procesos que tienen lugar en el riñón. Filtración, reabsorción y secreción. El líquido que llega a la nefrona distal es muy diferente al filtrado de la Cápsula de Bowman. La cantidad de soluto excretado es: cantidad filtrada – cantidad reabsorbida + cantidad secretada. La tasa de excreción de una sustancia depende de: 1. tasa de filtración. 2. si la sustancia se reabsorbe, se secreta o sufre ambos cuando atraviesa el túbulo

Aclaramiento Renal

Aclaramiento: Diferenciar 2 conceptos: Para el farmacéutico es importante para la posología del medicamento según (farmacocinética..). Tasa de eliminación de una sustancia: Es la velocidad a la cual un soluto desaparece del organismo por excreción o metabolismo. El aclaramiento de cualquier molécula que filtre libremente pero no se reabsorba ni se secrete será igual a la TFG. Para calcular la TFG y valorar la función glomerular se utiliza la inulina: solo se expulsa por orina. Sustancia que solo se filtra, ni se reabsorbe ni se secreta. Carga filtrada de Inulina=[I]plasma x TFG =tasa de excreción. Tasa de excreción Inulina=[I]plasma x TFG. La creatinina se está produciendo constante endógena, pero se secreta cierta cantidad. Es útil porque la tasa de producción y eliminación son constantes, la concentración no varía mucho. Cistatina C, que también es endógena y sólo se filtra (ni se reabsorbe ni se secreta), pero es más caro. Cistatina C: inhibirá proteasa. Lo tienen todas las células nucleadas. Si el riñón deja de funcionar se acumulará la cistatina C en mi sangre, en deportistas también y cuando hay inflamación. Una vez conocida la TFG de una persona, se puede determinar cómo el riñón maneja una sustancia midiendo la concentración plasmática de esa sustancia y la tasa de excreción. Aclaramiento de Glucosa: La concentración de glucosa en plasma es 1 mg/mL y la TFG creatinina 125 mL/min. Por lo que la carga filtrada es 125 mg gluc por min. Pero no hay en orina por lo que se reabsorbe toda. Filtración y reabsorción de glucosa: proporcional a la concentración en plasma. Filtración proporcional al nivel en sangre, y la reabsorción es proporcional a la filtración hasta que se satura el transportador que se excreta por orina..

Sistema de Contracorriente y Manejo Renal de la Urea

Sistema de contracorriente y manejo renal de la urea: Reabsorción de agua obligatoria: no hay regulación que permita variaciones, por el contrario la facultativa es aquella que es regulable hormonalmente por la ADH o antidiurética, la aldosterona (reabsorbe Na y como consecuencia agua), cortisol (similar a aldosterona) y angiotensina (mueve Na en otro sitio)

Manejo renal de Urea

La urea es filtrada libremente, por lo que su TFG depende de su concentración en plasma.

Su reabsorción y secreción se realiza por difusión (simple o facilitada). Solo depende de los gradientes de concentración. Sobre la urea podemos modificar la reabsorción que se produce acelerando su absorción y secreción.

Finalmente, su excreción está regulada por hormonas que gradúan la permeabilidad a la urea en los túbulos colectores.

En el túbulo proximal se reabsorbe apróx. el 50% de la urea filtrada.

Cuanta más agua se reabsorbe, mayor gradiente y, por tanto, mayor reabsorción de urea.

En el asa descendente se produce secreción de urea, llegando hasta el 110% de la filtrada. En el asa ascendente es impermeable, no hay movimiento ni hacia adentro ni hacia fuera. La reabsorción solo aumentara la concentración salvo que haya ADH que se reabsorbera otra vez.

Es una de las partes del sistema multiplicador de corriente.

En el glomerulo la urea esta en la sangre. Desde la sangre se filtra y va a la cápsula de Bowman.

En las nefronas yuxtamedulares, la urea reabsorbida se reutiliza para generar un gradiente osmótico mayor.

Depende de la [] de urea en sangre.

En el tubulo contorneado proximal, se reabsorbe la urea: 1º se reabsorbe el Na que le sigue el Cl, y le sigue glucosa, aminoácidos… cambiando el gradiente osmotico, el agua sigue. A más reabsorción de agua, habra más gradiente de [], por lo que se produce la reabsorción de urea.

En el asa de Henle, conforme avanzo por el asa descendente la concentración extracelular va aumentando (110%), con lo cual tiende a entrar urea y se secreta hasta el momento en que se igualen las concentraciones (la de dentro del asa descendente y la [] extracelular), y abajo del todo tendrán la misma concentración. (110%)

Asa ascendente impermeable. Nada

En el se reabsorbe urea más rápido porque hay transportadores. Esta urea que reabsorbo es la que me genera la [] elevada (el 110%) que hace que en el asa descendente se produzca la reabsorción de urea. La ADH aumenta los transportadores UT1 aumentandose así la reabsorción de urea.

La rama ascendente gruesa, TCD y CC son impermeables a la urea. La reabsorción de agua aumenta su concentración (salvo si ADH).

La ure primero se reabsorbe, luego se secreta y luego se reabsorbe.

Este proceso se denomina reciclaje de la urea.

1.- En el túbulo colector cortical la ADH aumenta la permeabilidad al agua.

2.- Aumenta la concentración tubular de urea.

3.- En el túbulo colector medular, la ADH aumenta la permeabilidad de agua y urea ( UT1)

4.- La urea difunde a través de estos canales por gradiente de concentración, de modo que aumenta la osmolaridad y favorece la multiplicación por contracorriente.

Sistema Multiplicador de Contracorriente

Sistema multiplicador de contracorriente

Gracias al reciclaje de la urea y a la reabsorción de NaCl principalmente.

Para generar el gradiente la nefrona tiene partes impermeables al agua (asa ascendente delgada) e impermeables a solutos (asa descendente delgada).

La nefrona tiene parte impermeables al agua y parte impermeables a los iones. En el asa descendente reabsorbo agua y no iones (Na, Cl y K), y en la ascendendente reabsorbo iones y no agua.

Si solo reabsorbo agua, ira aumentando la concentración en el asa descendente. En el asa ascendente disminuirá la concentración por reabsorción de iones.

Con la combinación del flujo de orina de estos dos segmentos logramos un gradiente que alcanza los 1200 mOsm en la médula renal.

Este proceso, dividido en dos pasos, se llama Sistema multiplicador de contracorriente o Multiplicación por contracorriente.

Todo:

Llega el filtrado, composición similar al plasma, 300 mosm. Cuando llegamos al asa ascendente absorbemos solutos (Na, Cl, K), por el transportador NKCC (transporte activo secundario), por lo tanto la concentración de dentro del asa ascendente disminuirá, y la del exterior aumentará. Ahora tenemos un gradiente de concentración. En el asa ascendente, el agua saldrá, por lo tanto el interior será más concentrado y el exterior más diluido.

Poco a poco la diferencia de concentraciones va aumentando constantemente, y consigo llegar a un gradiente en la punta del asa de 1200 mOsm. Cada vez será mayor la reabsorción de agua.

El agua reabsorbida y los iones pasan a los vasos rectos que los llevan a los vasos sanguíneos.

Después de filtrarse el líquido del glomérulo, la arteriola eferente, el líquido, esta muy concentrado por tener muchas proteínas, este líquido pasa al lado de la nefrona y así reabsorbe iones y agua. Baja cruzado, el capilar descendente con el asa ascendente y el capilar ascendente con el asa descendente. Por lo tanto esto permite que los solutos que salen del asa ascendente, además de al líquido intersticial entran en el capilar descendente solo por un gradiente de concentración. Si va recogiendo solutos, aumenta la [] del plasma y cuando llega al capilar ascendente, esta junto al asa descendente que es donde sale agua, por lo tanto el agua vuelve a la sangre.

Podemos tener orina más concentrada o menos, dependiendo de los iones que reabsorba.

El transportador que actúa en el asa ascendente es el NKCC. La angiotensina II influye en ese transportador. Ese transportador influye en si la orina sale más o menos.

Si el transportador reabsorbe muchos iones, más diluida saldrá. Muy estimulado, más diluida.

Si el transportador no reabsorbe iones, la orina saldrá más concentrada.

La urea que sale del conducto colector contribuye al gradiente osmótico de la médula. (al 1200 mOsm) por lo tanto el 1200 mOsm es la suma del Na, K, Cl y urea. Son los que puedo variar. Puedo variar los iones por el NKCC y la urea por el UT1.

Durante el efecto único, se reabsorben solutos (NaCl gracias a NKCC) en el asa ascendente.

Estos solutos aumentan la concentración del líquido intersticial y disminuyen la de la orina.

El gradiente osmótico produce reabsorción de agua en el asa descendente.

El segundo paso es el flujo de líquido tubular.

Una vez ha fluido una parte, se vuelve a producir el efecto único.

Todo el agua y los solutos reabsorbido en cada segmento, pasan al líquido intersticial, y desde ahí a los capilares. Este proceso se denomina

Intercambio capilar en la multiplicación por contracorriente.

Es un proceso que aparece principalmente en los vasos rectos

Sistema multiplicador de contracorriente rectos.

La reabsorción de agua sigue el Equilibrio de Starling.

Junto con el agua se produce reabsorción de solutos.

A la salida de los vasos rectos la osmolaridad es ligeramente mayor, por lo que se ha producido una reabsorción de solutos a la sangre.

Esta reabsorción no evita el gradiente osmótico medular ya que se reponen NaCl y urea constantemente.

Balance Glomérulotubular

Balance glomérulotubular

El balance túbulo glomerular asegura que se reabsorba una fracción constante de la carga filtrada.

Si aumenta la carga filtrada, aumenta la fracción de filtración y con ella el agua filtrada.

Esto aumenta la presión oncótica, ya que las proteínas quedan en la sangre, mucha reabsorción.

Al haber mayor presión oncótica, los capilares peritubulares reabsorben más agua.

¿Qué sucede si aumenta la osmolaridad de la orina?

Si aumenta la osmolaridad de la orina, “atrapa” más agua y aumenta la diuresis.

¿A qué crees que puede deberse?

La ADH ayuda a retener agua en el cuerpo.

Hace que el conducto colector haya acuaporinas.

Aumenta los transportadores de urea (UT1) la urea aumenta el gradiente osmotico medular, y como aumenta el gradiente se reabsorbe más agua. Cualquier hormona que aumete el gradiente osmotico va a retener agua.