Fisiología renal

Fisiología renal (del latín rēnēs, "riñones") es el estudio de la fisiología del riñón. Esto abarca todas las funciones del riñón, incluido el mantenimiento del equilibrio ácido-base; regulación del equilibrio de líquidos; regulación de sodio, potasio y otros electrolitos; eliminación de toxinas; absorción de glucosa, aminoácidos y otras moléculas pequeñas; regulación de la presión arterial; producción de diversas hormonas, como la eritropoyetina; y activación de la vitamina D.

Gran parte de la fisiología renal se estudia a nivel de la nefrona, la unidad funcional más pequeña del riñón. Cada nefrona comienza con un componente de filtración que filtra la sangre que ingresa al riñón. Este filtrado luego fluye a lo largo de la nefrona, que es una estructura tubular revestida por una sola capa de células especializadas y rodeada de capilares. Las funciones principales de estas células de revestimiento son la reabsorción de agua y pequeñas moléculas del filtrado a la sangre y la secreción de desechos de la sangre a la orina.

El funcionamiento adecuado del riñón requiere que reciba y filtre la sangre adecuadamente. Esto se realiza a nivel microscópico mediante cientos de miles de unidades de filtración llamadas corpúsculos renales, cada uno de los cuales está compuesto por un glomérulo y una cápsula de Bowman. Una evaluación global de la función renal a menudo se determina estimando la tasa de filtración, llamada tasa de filtración glomerular (TFG).

Formación de orina

La capacidad del riñón para realizar muchas de sus funciones depende de las tres funciones fundamentales de filtración, reabsorción y secreción., cuya suma se llama aclaramiento renal o excreción renal. Eso es:

Tasa de excreción urinaria = Tasa de filtración – Tasa de reabsorción + Tasa de secreción

Aunque el sentido más estricto de la palabra excreción con respecto al sistema urinario es la micción en sí, el aclaramiento renal también se denomina convencionalmente excreción (por ejemplo, en el término establecido excreción fraccionada de sodio ).

Filtración

La sangre es filtrada por las nefronas, las unidades funcionales del riñón. Cada nefrona comienza en un corpúsculo renal, que está compuesto por un glomérulo encerrado en una cápsula de Bowman. Las células, proteínas y otras moléculas grandes se filtran fuera del glomérulo mediante un proceso de ultrafiltración, dejando un ultrafiltrado que se asemeja al plasma (excepto que el ultrafiltrado tiene proteínas plasmáticas insignificantes) para ingresar al espacio de Bowman. La filtración es impulsada por las fuerzas de Starling.

El ultrafiltrado pasa, a su vez, a través del túbulo contorneado proximal, el asa de Henle, el túbulo contorneado distal y una serie de conductos colectores para formar la orina.

Reabsorción

La reabsorción tubular es el proceso mediante el cual los solutos y el agua se eliminan del líquido tubular y se transportan a la sangre. Se llama reabsorción (y no absorción) porque estas sustancias ya han sido absorbidas una vez (particularmente en los intestinos) y porque el cuerpo las recupera de una corriente de líquido posglomerular. que está en camino de convertirse en orina (es decir, pronto se perderán en la orina a menos que se recuperen).

La reabsorción es un proceso de dos pasos que comienza con la extracción activa o pasiva de sustancias del líquido de los túbulos al intersticio renal (el tejido conectivo que rodea las nefronas) y luego el transporte de estas sustancias desde el intersticio al torrente sanguíneo.. Estos procesos de transporte están impulsados por las fuerzas de Starling, la difusión y el transporte activo.

Reabsorción indirecta

En algunos casos, la reabsorción es indirecta. Por ejemplo, el bicarbonato (HCO₃⁻) no tiene transportador, por lo que su reabsorción implica una serie de reacciones en la luz tubular y el epitelio tubular. Comienza con la secreción activa de un ion hidrógeno (H⁺) en el líquido del túbulo a través de un intercambiador Na/H:

• En el lumen
  • El H⁺ combina con HCO₃⁻ para formar ácido carbónico (H)₂CO₃)
  • Conversos de anhidrato carbónico Luminoso enzimáticamente H₂CO₃ en H₂O y CO₂
  • CO₂ difunde libremente en la celda
• En la célula epitelial
  • Anhidrato carbonoico citoplasmático convierte el CO₂ y H₂O (que es abundante en la celda) en H₂CO₃
  • H₂CO₃ se disocia fácilmente en H⁺ HCO₃⁻
  • HCO₃⁻ se facilita fuera de la membrana basolateral de la célula

Influencia de las hormonas

Algunas hormonas reguladoras clave para la reabsorción incluyen:

• aldosterona, que estimula la reabsorción activa del sodio (y el agua como resultado)
• hormona antidiurética, que estimula la reabsorción del agua pasiva

Ambas hormonas ejercen sus efectos principalmente en los conductos colectores.

La secreción tubular ocurre simultáneamente durante la reabsorción del filtrado. Sustancias, generalmente producidas por el cuerpo o como subproductos del metabolismo celular, que pueden volverse tóxicas en altas concentraciones, y algunos medicamentos (si se toman). Todos estos se secretan en la luz del túbulo renal. La secreción tubular puede ser activa, pasiva o cotransportada. Las sustancias secretadas principalmente en el túbulo renal son; H+, K+, NH3, urea, creatinina, histamina y fármacos como la penicilina. La secreción tubular ocurre en el túbulo contorneado proximal (PCT) y el túbulo contorneado distal (D.C.T); por ejemplo, en el túbulo contorneado proximal, el potasio se secreta mediante una bomba de sodio-potasio, el ion hidrógeno se secreta mediante transporte activo y cotransporte, es decir, antiportador, y el amoníaco se difunde hacia el túbulo renal.

Otras funciones

Secreción hormonal

Los riñones secretan una variedad de hormonas, incluidas la eritropoyetina, el calcitriol y la renina. La eritropoyetina se libera en respuesta a la hipoxia (niveles bajos de oxígeno a nivel de los tejidos) en la circulación renal. Estimula la eritropoyesis (producción de glóbulos rojos) en la médula ósea. El calcitriol, la forma activada de la vitamina D, favorece la absorción intestinal de calcio y la reabsorción renal de fosfato. La renina es una enzima que regula los niveles de angiotensina y aldosterona.

Mantener la homeostasis

El riñón es responsable de mantener el equilibrio de las siguientes sustancias:

El cuerpo es muy sensible a su pH. Fuera del rango de pH compatible con la vida, las proteínas se desnaturalizan y se digieren, las enzimas pierden su capacidad de funcionar y el cuerpo es incapaz de sustentarse por sí mismo. Los riñones mantienen la homeostasis ácido-base regulando el pH del plasma sanguíneo. Se deben equilibrar las ganancias y pérdidas de ácido y base. Los ácidos se dividen en "ácidos volátiles" y "ácidos no volátiles". Véase también ácido titulable.

El principal punto de control homeostático para mantener este equilibrio estable es la excreción renal. El riñón debe excretar o retener sodio mediante la acción de la aldosterona, la hormona antidiurética (ADH o vasopresina), el péptido natriurético auricular (ANP) y otras hormonas. Los rangos anormales de la excreción fraccionada de sodio pueden implicar necrosis tubular aguda o disfunción glomerular.

Acido-base

Dos sistemas de órganos, los riñones y los pulmones, mantienen la homeostasis ácido-base, que es el mantenimiento del pH en torno a un valor relativamente estable. Los pulmones contribuyen a la homeostasis ácido-base regulando la concentración de dióxido de carbono (CO₂). Los riñones desempeñan dos funciones muy importantes en el mantenimiento del equilibrio ácido-base: reabsorber y regenerar el bicarbonato de la orina y excretar iones de hidrógeno y ácidos fijos (aniones de ácidos) en la orina.

Osmolalidad

Los riñones ayudan a mantener el nivel de agua y sal del cuerpo. Cualquier aumento significativo de la osmolalidad plasmática es detectado por el hipotálamo, que se comunica directamente con la glándula pituitaria posterior. Un aumento de la osmolalidad hace que la glándula secrete hormona antidiurética (ADH), lo que provoca la reabsorción de agua por parte del riñón y un aumento de la concentración de orina. Los dos factores trabajan juntos para devolver la osmolalidad plasmática a sus niveles normales.

La ADH se une a las células principales del conducto colector que translocan las acuaporinas a la membrana, lo que permite que el agua salga de la membrana normalmente impermeable y sea reabsorbida en el cuerpo por los vasos rectos, aumentando así el volumen plasmático del cuerpo.

Existen dos sistemas que crean una médula hiperosmótica y, por tanto, aumentan el volumen de plasma corporal: el reciclaje de urea y el 'efecto único'.

La urea generalmente se excreta como producto de desecho de los riñones. Sin embargo, cuando el volumen sanguíneo plasmático es bajo y se libera ADH, las acuaporinas que se abren también son permeables a la urea. Esto permite que la urea salga del conducto colector hacia la médula, creando una solución hiperosmótica que "atrae" los nutrientes. agua. Luego, la urea puede volver a ingresar a la nefrona y excretarse o reciclarse nuevamente dependiendo de si la ADH todavía está presente o no.

El 'efecto único' describe el hecho de que la rama gruesa ascendente del asa de Henle no es permeable al agua pero sí al cloruro de sodio. Esto permite un sistema de intercambio a contracorriente mediante el cual la médula se concentra cada vez más, pero al mismo tiempo establece un gradiente osmótico para que siga el agua en caso de que la ADH abra las acuaporinas del conducto colector.

Presión arterial

Aunque el riñón no puede detectar la sangre directamente, la regulación a largo plazo de la presión arterial depende predominantemente del riñón. Esto ocurre principalmente mediante el mantenimiento del compartimento de líquido extracelular, cuyo tamaño depende de la concentración de sodio en plasma. La renina es el primero de una serie de importantes mensajeros químicos que forman el sistema renina-angiotensina. Los cambios en la renina finalmente alteran la producción de este sistema, principalmente las hormonas angiotensina II y aldosterona. Cada hormona actúa a través de múltiples mecanismos, pero ambas aumentan la absorción de cloruro de sodio por parte del riñón, expandiendo así el compartimento de líquido extracelular y elevando la presión arterial. Cuando los niveles de renina están elevados, las concentraciones de angiotensina II y aldosterona aumentan, lo que provoca un aumento de la reabsorción de cloruro de sodio, expansión del compartimento del líquido extracelular y aumento de la presión arterial. Por el contrario, cuando los niveles de renina son bajos, los niveles de angiotensina II y aldosterona disminuyen, contrayendo el compartimento del líquido extracelular y disminuyendo la presión arterial.

Formación de glucosa

El riñón humano es capaz de producir glucosa a partir de lactato, glicerol y glutamina. El riñón es responsable de aproximadamente la mitad de la gluconeogénesis total en humanos en ayunas. La regulación de la producción de glucosa en el riñón se consigue mediante la acción de la insulina, las catecolaminas y otras hormonas. La gluconeogénesis renal tiene lugar en la corteza renal. La médula renal es incapaz de producir glucosa debido a la ausencia de las enzimas necesarias.

Medición de la función renal

Una forma sencilla de estimar la función renal es medir el pH, el nitrógeno ureico en sangre, la creatinina y los electrolitos básicos (incluidos el sodio, el potasio, el cloruro y el bicarbonato). Como el riñón es el órgano más importante en el control de estos valores, cualquier alteración en estos valores podría sugerir insuficiencia renal.

Existen varias pruebas y proporciones más formales involucradas en la estimación de la función renal:

Medición	Cálculo	Detalles
Flujo de plasma renal	${displaystyle {text{RPF}={frac {text{effective RPF}{text{extraction ratio}}}}}}$	Volumen de plasma sanguíneo entregado al riñón por unidad de tiempo. PAH es un método de análisis renal utilizado para proporcionar una estimación. Aproximadamente 625 ml/min.
Flujo de sangre renal	${displaystyle {text{RBF}={frac {text{RPF}{1-{text{HCT}}}}}}}$ (HCT es hematocrito)	Volumen de sangre entregado al riñón por unidad de tiempo. En humanos, los riñones juntos reciben aproximadamente el 20% de la salida cardíaca, que asciende a 1 L/min en un macho adulto de 70-kg.
tasa de filtración glomerular	${displaystyle {text{GFR}={frac {U_{text{creatinine}}times {dot {}} {fn}}}} {f}}} {fn}}}}} {fn}}}}}}}} {f}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {f}}}}}}}}}} {f}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}} {}}}}}}}} {}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {$ (estimación mediante limpieza de creatinina)	Volumen de líquido filtrado de los capilares glomerulares renales en la cápsula del Bowman por unidad de tiempo. Estimado usando inulina. Generalmente se realiza una prueba de limpieza de creatinina, pero también se pueden utilizar otros marcadores, como la inulina de polisacáridos de planta o EDTA de radioetiquetado.
fracciones de filtración	${displaystyle {text{FF}={frac {text{GFR}{text{RPF}}}}} {f}}} {f}}}} {f}}}}} {f}}} {f}}}}}} {f}}}}}}$	Mide porción de plasma renal que se filtra.
brecha de anión	AG = [Na+[Cl]−[HCO]3−])	Cations menos aniones. Excluidos K+ (normalmente), Ca2+, H2PO4−. Ayudas en el diagnóstico diferencial de acidosis metabólica
Limpieza (excepto el agua)	${displaystyle C={frac {Utimes {dot {}} {}} {}} {}}} {}}}} {}}}}} {}}}} {}}}} {}}}}}}}} {}}}}}} {}}} {}}} {}}}}} {}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}} {}}}}}}}}}} {} {}}} {}}}}}}} {}}}}}}} {}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$ Donde U = concentración, V = volumen de orina / tiempo, ${displaystyle Utimes V}$ = excreción urinaria, y P = concentración de plasma	Tasa de eliminación
de agua libre	${displaystyle C={dot {V}-C_{osm}$ o ${displaystyle { dot {}-{frac} {fnMicrosoft} {fnMicrosoft}} {fnMicrosoft}} {fnMicrosoft}}} {f}}} {fnMicrosoft}}}}} {fnMicrosoft}}} {fn}}}}}} {f}}}}} {fnKf}}}} {f}}}}}} {f}}}}}}}}}}}}} {f}}}}}}}}} {f}}}}}}}}}} {f}}}} {f}}}}}} {f}}}}}}}} {f}}}}}}} {f}}}}}} {f}}}}}}}}}}} {f}}} {f}} {f}}}}}}}}}}}}}} {f}}}}}}} {f}}}}}}}}}}}} {}=C_{ce {cH2O}}}$	El volumen de plasma sanguíneo que se limpia de agua libre de soluto por unidad de tiempo.
Excreción de ácido neto	${fnMicrosoft Sans Serif} {fnMicrosoft Sans Serif} {NH4}} {f}}}}$	Cantidad neta de ácido excretada en la orina por hora unitaria