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Dr. Fernando D. Saraví La función de los túbulos renales es producir, a partir de un gran caudal ultrafiltrado, un volumen mucho menor de orina con una composición cuantitativamente distinta que la del ultrafiltrado original. En la Tabla 1 se indica la composición del plasma y la composición de la orina. La composición relativamente constante del plasma contrasta con la composición mucho más variable de la orina. Desde luego, la principal razón de la constancia de la composición del plasma es que los riñones pueden ajustar la excreción de agua e, independientemente, la excreción de solutos. La materia prima para la formación de orina es un ultrafiltrado que tiene básicamente igual composición que el plasma, excepto por la virtual ausencia de proteínas. Por otra parte, en el humano la composición de la orina que drena por las papilas no sufre modificaciones en el tracto urinario. Por tanto, los cambios en la composición deben de producirse durante la circulación del filtrado por los túbulos renales. En la Tabla 2 se presenta la magnitud de la filtración, reabsorción y excreción de los principales componentes de la orina. Los diferentes segmentos de la nefrona poseen mecanismos de transporte específicos que producen modificaciones características en la composición del ultrafiltrado. En la mayoría de los segmentos, sin embargo, la Na,K-ATPasa de la membrana basolateral tiene un papel destacado en los procesos de transporte. Un hecho muy importante, ya que permite la variabilidad de la composición de la orina, es que solamente en el túbulo proximal la reabsorción de agua y solutos está estrechamente acoplada. En los restantes segmentos la reabsorción está desacoplada. En la rama descendente del asa de Henle se reabsorbe agua, pero no solutos. En la rama ascendente y el túbulo distal se reabsorben solutos, pero no agua. En el túbulo colector, puede haber reabsorción de agua y solutos, pero regulada de manera independiente. Los diversos agentes neurohumorales que influencian la reabsorción de Na+ (e indirectamente de Cl- y agua) se presentan al final del capítulo y se tratan en detalle en REGULACIÓN DEL VOLUMEN EXTRACELULAR. La reabsorción fraccional de Na+ es también modificada por cambios en la fracción de filtración (véase Equilibrio glomérulo- tubular más abajo). La única hormona que regula la reabsorción de agua en forma directa es la vasopresina u hormona antidiurética (ADH; ver REGULACIÓN DE LA OSMOLARIDAD DE LOS LÍQUIDOS CORPORALES). Función tubular renal Tabla 1: Comparación entre la composición del plasma y de la orina Componente Plasma (valores medios) Orina (rangos medios) Na+ K+ Ca 2+ Mg 2+ NH4+ Cl- HCO3- PO42- H+ Urea Creatinina Proteínas Osmolalidad 140 mEq/L 4 mEq/L 5 mEq/L 2 mEq/L - 102 mEq/L 24 mEq/L 2 mEq/L 40 nmol/L (pH 7.40) 5 mmol/L 0.03 mmol/L (1 mg/dL) 70 g/L 280 mOsm/kg H2O 50 a 130 mEq/L 20 a 70 mEq/L 5 a 12 mEq/L 2 a 18 mEq/L 30 a 50 mEq/L 50 a 130 mEq/L 1,0 a 1,6 mEq/L 20 a 40 mEq/L 100 a 10 000 nmol/L (pH 7 a 5) 200 a 400 mmol/L 6 a 20 mmol/L (200 a 670 mg/dL) - 500 a 800 mOsm/kg H2O Tabla 2: Filtración, excreción y reabsorción renal en 24 h Sustancia Filtrado Reabsorbido Excretado Excreción fraccional H2O (L) Na+ (mEq) K+ (mEq) Ca2+ (mEq) Cl- (mEq) HCO3- (mEq) Urea (mmol) Glucosa (mmol) 180 25 200 720 540 18 000 4 320 1 000 800 178.5 25 050 620 530 17 850 4 318 500 800 1.5 150 100 10 150 2 500 0 0.8 % 0.6 % 14 % 1.8 % 0.8 % <0.01 % 50 % 0 % Posgrado-00 Sello Función tubular renal Dr. Fernando D. Saraví 2 La cantidad de la mayoría de las sustancias que permanece en el fluido tubular tiende a decrecer a lo largo de la nefrona con respecto a la cantidad filtrada (Fig. 1). No obstante, la concentración de diversas sustancias aumentará en la luz tubular con respecto a la concentración plasmática si la reabsorción fraccional de ellas es inferior a la reabsorción de agua. Esto se indica en la Fig. 2, donde debe subrayarse que la escala de la ordenada es logarítmica para abarcar los grandes cambios de concentración de los solutos tubulares con respecto a las concentraciones plasmáticas. TÚBULO CONTORNEADO PROXIMAL El túbulo proximal es responsable por la reabsorción de la mayor parte del plasma ultrafiltrado, y el sitio donde se reabsorben algunos solutos orgánicos y se secretan otros. Está formado por un epitelio cúbico simple, con abundantes mitocondrias que proporcionan la energía para los procesos de transporte. La porción apical posee un borde en cepillo que aumenta mucho la superficie de membrana en contacto con el ultrafiltrado. Del lado basolateral existen numerosas prolongaciones citoplásmicas que se interdigitan entre células adyacentes y determinan un espacio intercelular tortuoso. Uniones adherentes y estrechas entre células adyacentes establecen el límite entre la membrana apical y la basolateral. Las uniones estrechas entre las células del túbulo proximal son considerablemente más permeables que en otros segmentos, hecho que tiene consecuencias funcionales importantes. Aproximadamente dos tercios del ultrafiltrado (120 L/día) se reabsorben en el túbulo proximal. La reabsorción de volumen (agua) está estrechamente vinculada con la reabsorción de Na+. A su vez, la reabsorción de Na+ por la vía transcelular se debe a sistemas de transporte activo secundario de la membrana apical, aunque en la membrana basolateral es invariablemente responsable la Na,K-ATPasa, que es un transporte activo primario. Cerca de un tercio del Na+ que se reabsorbe en el túbulo proximal se mueve pasivamente por vía paracelular. Los mecanismos precisos de reabsorción son diferentes en la primera mitad (inicial) del túbulo proximal que en la segunda mitad (final). Reabsorción de Na+ en la porción inicial del túbulo proximal La luz tubular es aquí levemente negativa con respecto al intersticio (–2 a –4 mV) pero la célula tubular tiene un potencial de – 70 mV, de modo que hay una diferencia de potencial de 66 mV a favor del ingreso de Na+. Además, la concentración de Na+ en el líquido tubular es Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Función tubular renal Dr. Fernando D. Saraví 3 mucho mayor que en el citosol de las células. En consecuencia, hay un gradiente electroquímico muy favorable al ingreso de Na+. Sin embargo, no existen canales epiteliales de Na+ en el túbulo proximal. El Na+ ingresa a las células por dos tipos de mecanismos: Intercambio con protones (antiporte Na+/H+) y cotransporte (simporte) con compuestos orgánicos como glucosa, aminoácidos y lactato e inorgánicos como fosfato y sulfato (Fig. 3). La energía potencial que pierde el Na+ al ingresar a la célula es utilizada para extraer H+ e incorporar solutos en contra de sus respectivos gradientes. El antiporte Na+/H+, mediado por el intercambiador NHE3, es el responsable principal de la conservación del bicarbonato filtrado. Los H+ que se intercambian provienen de la formación de bicarbonato y H+ a partir de CO2 y H2O, catalizada por la anhidrasa carbónica del citosol las células del túbulo proximal. El H+ secretado reacciona con HCO3- del fluido tubular, formando CO2 y H2O. Esta reacción es catalizada por una anhidrasa carbónica extracelular, presente en el ribete en cepillo. El CO2 producido puede difundir a la célula y ser empleado para regenerar bicarbonato. El Na+ incorporado por la membrana apical y el bicarbonato formado en la célula salen por la membrana basolateral mediante otro sistema de cotransporte, llamadokNCB1 (la “k” corresponde al isotipo propio del riñón). Si bien el HCO3- que difunde al intersticio no es el mismo que estaba en el filtrado, el proceso es funcionalmente equivalente a la reabsorción de bicarbonato luminar (Fig. 4). Los procesos de simporte Na+-solutos son mediados por cotransportadores específicos y saturables. Existen varios simportes que permiten la absorción de glucosa, lactato y aminoácidos básicos, neutros y acídicos. Algunos de ellos son electrogénicos. En la Fig. 5 se esquematizan los principales transportadores apicales de aminoácidos, de los cuales dos emplean cotransporte con Na+. Los transportadores responsables de la salida de los aminoácidos por la membrana basolateral no han sido aún adecuadamente caracterizados. Por su importancia, el transporte de glucosa se describe con mayor detalle más abajo. Reabsorción de Na+ en la porción final del túbulo proximal En esta porción de la nefrona, el HCO3- y la mayor parte de los solutos cotransportados con Na+ han alcanzado una concentración baja o nula. Una fracción del cloruro filtrado puede reabsorberse en la porción inicial, probablemente por vía paracelular, movilizado por la diferencia de potencial entre la luz tubular y el intersticio (potencial transepitelial). No obstante, la Fig. 4 Fig. 5 Función tubular renal Dr. Fernando D. Saraví 4 reabsorción de Cl- es mucho menor que la de Na+ y agua, por lo cual el Cl- se concentra en el túbulo proximal: su concentración aumenta desde 105 mmol/L en la cápsula de Bowman hasta 120 ó 130 mmol/L en la parte final del túbulo proximal (Fig. 6). Esto incrementa el egreso de Cl- hacia el intersticio por vía paracelular y crea un potencial positivo (+ 2 a + 4 mV) en el túbulo que favorece el egreso de Na+ por la misma vía. El resto de la absorción de NaCl en esta porción del túbulo proximal se debe a dos antiportes acoplados, uno Na+/H+ y otro que incorpora Cl- en intercambio con otros aniones (Fig. 7). Reabsorción de agua en el túbulo proximal Como se dijo, en toda la extensión del túbulo proximal la reabsorción de agua está acoplada estrechamente con la reabsorción de solutos (sodio, cloruro, bicarbonato, glucosa, etc). Los solutos transportados a través del epitelio aumentan la osmolaridad del intersticio por encima de la del líquido tubular. La diferencia es pequeña (~ 6 mOsm/L) pero suficiente debido a la elevada permeabilidad de los túbulos proximales. Parte del agua puede ingresar por vía transcelular, pero probablemente la mayor parte lo hace por la vía paracelular. El flujo osmótico de agua favorece, por convección, la reabsorción de iones como K+ y Ca2+ en este segmento. Aprox. 80 % del Ca2+ filtrado se reabsorbe por esta vía. Reabsorción de glucosa La glucosa ingresa a la célula del túbulo proximal mediante dos simportes llamados SGLUT1 y SGLUT2 (Fig. 8). El simporte Na+-glucosa es un transporte activo secundario electrogénico y es el responsable por la negatividad de la luz tubular en la primera parte del túbulo proximal. SGLUT2 predomina en la primera porción del túbulo, es exclusivo del riñón, y acopla el ingreso de un Na+ con una molécula de glucosa. Tiene una afinidad relativamente baja pero posee gran capacidad de transporte, características adecuadas para un líquido tubular con alta concentración de glucosa. En la última parte del túbulo predomina SGLUT 1 (también presente en el intestino delgado). Este simporte acopla el ingreso de 2 iones Na+ con una molécula de glucosa. Tiene menor capacidad de transporte que SGLUT2 pero una afinidad por la glucosa 20 veces mayor, lo que le permite recuperar eficazmente la pequeña cantidad de glucosa no reabsorbida por SGLUT2. La glucosa que ingresa a la célula sale hacia el intersticio mediante difusión facilitada por los transportadores GLUT1 y GLUT2 (que no deben confundirse con SGLUT1 y SGLUT2). Fig. 8 Fig. 6 Fig. 7 Función tubular renal Dr. Fernando D. Saraví 5 La capacidad máxima de transporte (Tm) de la glucosa es de aprox. 375 mg/min (2.1 mmol/min). Con glucemia y TFG normales, la carga filtrada de glucosa es considerablemente menor. Por ej., si la glucemia es de 90 mg/dL y la TFG de 120 mL/min, la carga filtrada es de 108 mg/min. Con esa TFG el Tm se alcanzaría con una glucemia de 312.5 mg/dL (Fig. 9). Por tanto, normalmente el clearance de glucosa es cero. La reabsorción tubular no contribuye a la regulación de la glucemia, sino que es un mecanismo destinado a la conservación de la glucosa plasmática. No obstante lo dicho, con una TFG normal comienza a aparecer glucosa en la orina (glucosuria) con glucemias del orden de 180 mg/dL. La mínima glucemia a la cual comienza la glucosuria se denomina umbral renal para la glucosa. En la Fig. 9 puede observarse que el Tm no se alcanza en forma abrupta, sino que sigue una trayectoria curva, llamada dispersión o splay. El umbral renal para la glucosa y la dispersión se explica por dos razones. La primera es un desequilibrio glomérulo- tubular. En diferentes nefronas la tasa de filtración individual (llamada snTFG, por single nephron) puede variar por un factor de ocho, mientras que la extensión del túbulo proximal no varía más que dos o tres veces. Por tanto, la carga tubular supera el Tm en algunas nefronas antes que en otras. En segundo lugar, para que los transportadores funcionen con una tasa máxima, deben estar expuestos a concentraciones saturantes de glucosa. En estas condiciones es de esperar que parte de la glucosa filtrada no se reabsorba. El riñón es un órgano afectado a menudo en la diabetes mellitus (nefropatía diabética). Una alteración precoz en la diabetes es el aumento de la TFG, llamado hiperfiltración. Esto se debe a que la mayor carga tubular de glucosa causa un aumento de la reabsorción de glucosa junto con Na+ (y secundariamente con Cl-). Esto hace que se reduzca la carga de NaCl en la mácula densa, que por retroalimentación túbulo-glomerular causa una relajación de la arteriola aferente y aumenta la snTFG. Equilibrio glomérulo-tubular En el túbulo proximal la reabsorción es sensible a las variaciones en las fuerzas de Starling de los capilares peritubulares. La presión oncótica del plasma capilar y la presión hidrostática del intersticio favorecen la transferencia de agua y solutos hacia los vasos, mientras que la presión hidrostática capilar y la presión oncótica intersticial tienen el efecto opuesto. La reabsorción es el fenómeno predominante, pero su magnitud puede ser reducida por el retorno de parte del agua y solutos reabsorbidos de vuelta a la luz tubular (retrodifusión). Si se produce dilatación de la arteriola eferente su resistencia disminuye y en consecuencia aumenta la presión hidrostática en los capilares peritubulares, lo cual reduce la reabsorción neta. La constricción de la arteriola eferente tiene el efecto opuesto. Los cambios en la fracción de filtración modifican la magnitud de la reabsorción por su efecto sobre la presión oncótica del plasma. Cuando aumenta la fracción de filtración, las proteínas plasmáticas se concentran y aumenta la presión oncótica en los capilares peritubulares, lo cual favorece la reabsorción. Una disminución de la fracción de filtración tiene el efecto contrario. Además, cuando aumenta la fracción de filtración también crece la cantidad de glucosa y aminoácidos filtrados, solutos que promueven la absorción de Na+ por cotransporte y de agua por ósmosis. Finalmente, cuando aumenta la TFG, y con ella el flujo dentro del túbulo proximal, crece Fig. 9 Función tubular renal Dr. Fernando D. Saraví 6 el esfuerzo de corte sobre el borde en cepillo. Por un efecto que involucra el borde en cepillo y el citoesqueleto de actina, el esfuerzo de corte aumenta la inserción de unidades de antiporte Na+/H+ y de H+-ATPasa en la membrana apical. Esto favorece la resorción de Na+ y HCO3- e indirectamentede agua y otros solutos. La importancia de estos efectos radica en sus consecuencias para el llamado equilibrio glomérulo-tubular. Junto con la retroalimentación túbulo-glomerular tratada antes, el equilibrio glomérulo- tubular explica por qué cambios transitorios en la TFG no ocasionan modificaciones proporcionales en la excreción de agua y electrolitos, en particular de Na+. Estos cambios en la TFG pueden ocurrir, por ejemplo, por cambio de la posición de pie al decúbito, o por ejercicio físico de baja intensidad. Por ejemplo, un aumento de 10 % en la TFG significa aprox. 18 L de agua y 2400 mEq de Na+ adicionales filtrados por día. Si la magnitud de la reabsorción proximal permaneciera fija, esto resultaría en un gran aumento de la carga tubular de Na+ y agua a la nefrona distal, que incrementaría la excreción Tabla 3: Algunos iones orgánicos secretados en el túbulo proximal. Aniones Cationes Endógenos Urato cAMP, cGMP Oxalato Sales biliares Prostaglandinas Vitaminas: ascorbato, folato, pantotenato, riboflavina Metabolitos de hormonas esteroides: glucurónidos de aldosterona y estrógenos Exógenos Antibióticos: Penicilinas, sulfamidas Antihipertensores: Enalapril Antiinflamatorios no esteroides: Salicilatos, indometacina, ibuprofeno, naproxeno Antivirales: Adefovir, cidovir Citostático: Metotrexate Diuréticos: Acetazolamida, bumetanida, furosemida, hidroclorotiazida Para-aminohipurato (PAH) Probenecid Endógenos Acetilcolina Colina Dopamina Adrenalina Noradrenalina Histamina Serotonina Tiamina Creatinina Exógenos Adrenérgicos: Efedrina, isoproterenol Antiarrítmicos: procainamida, quinidina Antibióticos: Trimetoprima, ciclosporina Antihipertensivos: Guanfancina, verapamilo Antihelmíntico: Levamisole Antihistamínicos H2: cimetidina, ranitidina Antimuscarínico: Atropina Antipalúdico: Quinina Cardiotónicos: digoxina, uabaína Citostáticos: Cisplatino, Diuréticos: Amilorida, triamtireno Hipnoanalgésicos: morfina, meperidina Fig. 10 Función tubular renal Dr. Fernando D. Saraví 7 renal de Na+ en 22 %. Sin embargo, cuando aumenta la TFG sin que aumente el flujo plasmático renal, una mayor filtración se acompaña de una mayor reabsorción, de manera que el porcentaje de Na+ y agua reabsorbidos en el túbulo proximal permanece relativamente constante. En conjunto, el equilibrio glomérulo- tubular y la retroalimentación túbulo-glomerular atenúan aprox. 66 % (dos tercios) del cambio en la excreción de Na+ frente a un aumento de la TFG. En el ejemplo anterior, un estímulo externo que aumentaría 10 % la TFG y 22 % la excreción renal de Na+ en ausencia de los mencionados mecanismos intrínsecos, en realidad causa un aumento de 3 % en la TFG y de 7 % en la excreción de Na+. Secreción de iones orgánicos El túbulo proximal excreta diversas sustancias orgánicas endógenas y exógenas (principalmente fármacos) ionizadas al pH del líquido extracelular (Tabla 3). El ingreso de cationes orgánicos a la célula desde el intersticio es favorecido por el potencial de reposo negativo. No obstante, la excreción hacia la luz tubular ocurre contra la diferencia de potencial. Con los aniones se da la situación opuesta: ingresan a la célula contra el potencial transmembrana, y egresan hacia el túbulo a favor del potencial. Cationes. Los cationes orgánicos ingresan a la célula tubular por transportadores llamados OCT (Organic Cation Transporter), que tienen una especificidad relativamente baja para sus sustratos. Su función es facilitada por el potencial transmembrana negativo de la célula con respecto al intersticio. De los tres OCT identificados en el ser humano, el más importante parece ser OCT2 . La salida de los cationes orgánicos depende de mecanismos de intercambio con protones de la luz tubular por un transportador no identificado (Fig. 9, A). Otros transportadores involucrados factores de resistencia a múltiples fármacos como MDR1, también llamado glicoproteína P (P-GP) y otras, inicialmente identificadas en bacterias, llamadas MATE (Multidrug And Toxin Extrusion). Aniones. Existen tres familias de transportadores que participan en la secreción de aniones orgánicos (Fig. 9, B). Como en el caso de los cationes, los transportadores de aniones son relativamente inespecíficos. En el ser humano hay cinco OAT (Organic Anion Transporter, también llamada SLLC22A). OAT1 y OAT3 se localizan en la membrana basolateral mientras que OAT-K1 y OAT-K2 se insertan en la membrana apical. Los primeros median el ingreso de diversos aniones orgánicos a la célula tubular. OAT1 es el principal responsable de incorporar para- aminohipurato en intercambio con α- cetoglutarato, en un proceso dependiente de Na+. El gradiente electroquímico propicia la salida de α-cetoglutarato, ya que este anión es producido en el riñón a partir de glutamato y también incorporado a la célula (contra gradiente) en simporte con 3 Na+. Otra molécula que participa en la incorporación basolateral de aniones orgánicos es un transportador de sulfato dependiente de Na+ llamado SAT-1. La salida de aniones orgánicos hacia la luz tubular es mediada por varios transportadores, en particular la familia de transportadores llamada MRP (Multidrug Resistance-associated Protein), en particular MRP2 y MRP4. Los transportadores MRP son transportes activos primarios, que excretan aniones orgánicos con consumo de ATP. La saturabilidad de los mecanismos de transporte de iones orgánicos y su relativa inespecificidad son de importancia médica, en particular por las posibles interacciones farmacocinéticas. Por ej., para los cationes, el antagonista de receptores histaminérgicos H2 ranitidina interfiere con la eliminación de procainamida, un antiarrítmico relativamente tóxico. Un ejemplo importante entre los aniones orgánicos es la interferencia que causan los antiinflamatorios no esteroides con la eliminación del citotóxico y antirreumático metotrexate. La regulación de los transportadores de cationes y aniones orgánicos es compleja. En general, las hormonas, neurotransmisores y fármacos que activan la fosfolipasa C y, a través del diacilglicerol, activan la proteína kinasa C, inhiben el transporte de ambas clases de compuestos. Las hormonas esteroides pueden modificar la transcripción de las moléculas transportadoras. Finalmente, algunas de estas moléculas pueden afectar directamente la expresión génica de sus transportadores. Eliminación de urato En la mayoría de los mamíferos el producto final del metabolismo de las purinas es la alantoína, producto de la acción de la uricasa sobre el ácido úrico (masa 168 Da). El ser humano carece de esta enzima, por lo cual el ácido úrico debe excretarse como tal: 30 % se elimina por el tubo digestivo, y 70 % por los riñones. El ácido úrico tiene pKa = 5.75, y por tanto se encuentra 98 % ionizado como urato a pH 7.40. La concentración plasmática normal de urato es de 3 a 7 mg/dL (aprox. 200 a 420 μmol/L). El Función tubular renal Dr. Fernando D. Saraví 8 urato es el principal antioxidante del plasma, pero el exceso en su concentración (hiperuricemia) predispone a la gota, que es una artritis causada por la precipitación de cristales de ácido úrico en la sinovial que inicia una intensa respuesta inflamatoria. Teóricamente, la hiperuricemia puede deberse a exceso de producción, a déficit en la eliminación de urato o a una combinación de ambos. En la práctica, 90 % de los casos se debe a déficit de la eliminación renal. El urato filtra libremente y su concentración en la cápsula de Bowman es esencialmente igual a la plasmática. No obstante, solamente 10 % del urato filtrado se elimina por orina (Fig. 11). La reabsorción neta de urato tiene lugar en el túbulo proximal. Se propuso clásicamente un modelo de “cuatro pasos” para explicar el manejo renal del urato (filtración, reabsorción, secrecióny nueva reabsorción parcial). Varios de los antiportes de aniones orgánicos pueden transportar urato, pero en el humano los más importantes mediadores de la reabsorción en la membrana apical son SLC2A9 y URAT1. , que normalmente incorpora urato en intercambio con aniones como lactato o nicotinato. Los fármacos uricosúricos, como el probenecid, compiten con el urato tubular por URAT1 y por tanto elevan la excreción fraccional desde 10 % hasta 25 a 30 % del urato filtrado. El SLC2A9, conocido también como GLUT 9, ya que transporta fructosa y glucosa, tiene dos variantes según el largo de su dominio citoplásmico. La variante corta (SLC2A9v2) es la que introduce ácido úrico en la membrana apical. No es inhibido por probenecid pero sí por otro uricosúrico, la benzbromarona (que también inhibe URAT1). Cuando se emplea terapéuticamente un uricosúrico es necesario mantener un alto volumen de orina y a veces alcalinizarla, para reducir el riesgo de litiasis por urato. El transportador de fosfato inorgánico NPT1 y la proteína de resistencia a múltiples fármacos 4 (MRP4) median una pequeña parte de la secreción. No obstante, el principal transportador de urato hacia la luz tubular es ABCG2 (human ATP-Binding Cassette, subfamily G, 2). Una variante genética común de ABCG2 reduce la excreción de ácido úrico en más de 50 %. Fig. 11 Función tubular renal Dr. Fernando D. Saraví 9 En la membrana basolateral OAT1 y OAT3 transportan urato, pero al parecer su función no es introducir urato a la célula sino extraer al intersticio el urato reabsorbido. Probablemente el principal responsable de la transferencia de ácido úrico desde la célula al intersticio sea la variante larga de SLC2A9 (v1). Destino de las proteínas Debido a la eficaz barrera de filtración glomerular, la concentración de proteínas plasmáticas del ultrafiltrado es más de mil veces menor que en el plasma: aprox. 40 mg/L, la mayor parte albúmina. Pese a que la concentración en el ultrafiltrado es muy baja, con una TFG normal (180 L/día) se filtran 7200 mg/día. No obstante, la pérdida de proteínas plasmáticas por orina es casi nula. Por ej., la albuminuria normal es inferior a 30 mg/día. Esto se debe a que en el borde en cepillo del túbulo proximal hay proteasas que degradan las proteínas filtradas y sistemas transportadores para los péptidos resultantes, además de fenómenos de endocitosis. Se conocen dos sistemas transportadores de péptidos (PEPT1 y PEPT2), que funcionan como simportes de péptidos y H+. En el interior de las células, las proteínas y péptidos incorporados son degradados a aminoácidos y transportados hacia el intersticio. No obstante, los sistemas para el procesamiento de proteínas trabajan normalmente cerca de su saturación, de modo que si la carga filtrada aumenta un poco, comienzan a aparecer proteínas plasmáticas en la orina. La proteinuria es un signo importante de enfermedad renal. La microalbuminuria (30 a 300 mg/día) es un signo precoz de la nefropatía diabética. ASA DE HENLE El asa de Henle es funcionalmente diversa. En la rama descendente se reabsorbe pasivamente, por diferencia de osmolaridad entre la luz y el intersticio, aprox. 15 % del agua filtrada. En ella no hay una reabsorción proporcional de solutos, por lo cual la osmolaridad del fluido tubular aumenta hasta alcanzar un máximo en el extremo (codo). El ingreso de urea desde el intersticio a través de un transportador específico contribuye a incrementar la osmolaridad luminal. Por el contrario, la rama ascendente es impermeable al agua pero reabsorbe solutos. Cerca de 25 % del Na+, K+ y Cl- filtrados se reabsorbe en la rama ascendente, junto con 10 a 15 % del Ca2+ filtrado, Mg2+ y bicarbonato. La porción delgada de la rama ascendente tiene una escasa capacidad de reabsorción, y los mecanismos involucrados no están bien caracterizados. La mayor parte de los solutos se reabsorben en la porción gruesa o TALH (Thick Ascending Loop of Henle). El transportador más importante de la membrana apical de la TALH es el simporte Na,K, 2Cl conocido como NKCC2 (Fig. 12). El epitelio de la TALH también expresa en su membrana apical un intercambiador Na+/H+, que contribuye a la reabsorción de Na+ y la excreción de H+ en este segmento. El NKCC2 pertenece a una familia de transportadores de cationes con cloruro y es codificado por el gen SLC12a1 en 15q15-21.1. El NKCC2 es una glicoproteína integral de membrana cuya masa es de 150 a 160 kDa (25 a 30 % glúcidos) con 12 dominios transmembrana y extremos N- y C-terminales en el citosol. En la TALH existen variantes del NKCC2 que difieren en su afinidad por los iones que transportan y su tasa de transporte máximo. Los llamados diuréticos del asa, como la furosemida, son Fig. 12 Función tubular renal Dr. Fernando D. Saraví 10 inhibidores específicos y selectivos del simporte Na, K, 2Cl. Los iones se unen al NKCC2 desde el fluido tubular en una secuencia precisa: Primero Na+, luego un Cl-, en tercer lugar K+ y por último otro Cl-. Los iones son translocados y en el medio intracelular son liberados en la misma secuencia en que se ligaron (Na+, Cl-, K+, Cl-). La energía para el transporte es proporcionada por el gradiente electroquímico para el Na+. La concentración intracelular de Na+ se mantiene baja por acción de la Na, K- ATPasa de la membrana basolateral. El Cl- sale al intersticio por canales de la membrana basolateral. Por su estequiometría, el NKCC2 es electroneutro, ya que cotransporta 2 cationes (Na+, K+) y 2 aniones (Cl-) monovalentes. Sin embargo, su activación en la TALH origina indirectamente un potencial positivo en la luz tubular. Esto se debe a que el K+ cotransportado retorna al túbulo por canales iónicos llamados ROMK a favor de su gradiente electroquímico. Los canales ROMK son codificados por el gen KCNJ1 en 11q24-25. El amonio (NH4+) puede reemplazar al K+ en el NKCC2 y también puede ingresar por los canales ROMK. La positividad de la luz tubular con respecto al intersticio generada por la acción combinada de NKCC2 y ROMK permite el egreso pasivo hacia este último de diversos cationes, como Na+, K+, Ca2+ y Mg2+ por vía paracelular. La tasa de reabsorción pasiva crece paralelamente a la actividad del NKCC2 debido a esta diferencia de potencial. Se estima que la mitad del transporte iónico en la TALH es transcelular (activo) y la otra mitad paracelular (pasivo). El NKCC2 no solamente está presente en la membrana apical, sino también en vesículas intracelulares. Se cree que estas vesículas constituyen un reservorio de transportador disponible para su rápida inserción en la membrana apical frente a diversos estímulos. La expresión del NKCC2 es regulada por la vasopresina y por la prostaglandina E2. El receptor para vasopresina esta acoplado a la adenilato ciclasa mediante una proteína Gs, y por tanto su activación aumenta la síntesis de cAMP. Éste a su vez actúa a nivel nuclear sobre su elemento de respuesta (CREB) e incrementa la transcripción del ADN correspondiente. Además la vasopresina activa una serina-treonina kinasa llamada WNK3 (WNK = With No K; K = lisina) que fosforila a NKCC2 y estimula su función. La salida del Na+ por la membrana basolateral se produce por la actividad de la Na,K- ATPasa. La salida de Cl- se realiza de manera pasiva, a favor del gradiente electroquímico, mediante canales epiteliales de cloruro llamados ClC-Ka y ClC-Kb. Estos canales tienen una subunidad reguladora (β) que se denomina barttina, pues su mutación causa una de las formas del síndrome de Bartter (ver más abajo). La mayor expresión del NKCC2 aumenta directamente la reabsorción de Na+, Cl- y K+ e indirectamente la de Ca2+ y Mg2+. La mayor absorción de solutos resulta en una mayor hipotonía del líquido endotubular y en una mayor osmolaridad del intersticio. Ambas cosas favorecen la reabsorción de aguaen los túbulos colectores en presencia de vasopresina. Por su parte, el receptor para prostaglandina E2, llamado EP3, está acoplado a una proteína Gi que inhibe la adenilato ciclasa y reduce la concentración de cAMP y en definitiva, la expresión del NKCC2. El síndrome de Bartter se debe a disfunción de la TALH. Se caracteriza por poliuria, hipotensión arterial, hipopotasemia, hipercalciuria y baseosis metabólica. Su forma clásica (tipo 3) se debe a mutación del canal ClC- Kb, cuyo gen (CLCNKB) está en 1p36. La forma 4 se debe a mutación de la barttina (gen BSND en 1p31) y se asocia con sordera neurosensorial. Las formas 1 y 2, llamadas neonatales, se deben a mutaciones de los genes de NKCC2 y ROMK, respectivamente. El tipo 5 del síndrome se asocia con mutaciones que causan una activación constitutiva de un receptor de Ca2+ extracelular (CaSR) presente en la membrana basolateral. Este CaSR es un receptor acoplado a proteínas G, similar al que existe en las células paratiroideas, donde su activación inhibe la secreción hormonal. En la TALH, el aumento de Ca2+ en el intersticio inhibe la reabsorción de NaCl y de Ca2+ y Mg2+. El mecanismo es una inhibición de los canales ROMK, que reduce el reciclado de K+ y por tanto causa la abolición de la diferencia de potencial que favorece la reabsorción de Ca2+ y Mg2+. Además, la activación del CaSR causa degradación de la claudina 16, proteína que forma parte de las uniones estrechas de este epitelio cuyas mutaciones causan hipomagnesemia e hipercalciuria. Finalmente, la activación del CaSR antagoniza el efecto estimulante de la reabsorción de Ca2+ que tiene la hormona paratiroidea a este nivel. Glicoproteína de Tamm-Horsfall El epitelio de la TALH secreta a la luz tubular la glicoproteína de Tamm-Horsfall, también llamada uromodulina. La uromodulina tiene una masa de aprox. 85 kDa y se caracteriza por poseer abundante cisteína y numerosos puentes disulfuros, además de poseer la mayor variedad de glicanos conocida. Se produce exclusivamente en Función tubular renal Dr. Fernando D. Saraví 11 la TALH y se excreta en la orina a razón de 50 mg/día en término medio, aunque la tasa de excreción puede modificarse por la dieta, la magnitud de la diuresis y el ejercicio físico, entre otros factores. Los residuos glicosilados le permiten interactuar in vitro con diversas células del sistema inmune, como linfocitos, neutrófilos y células dendríticas. También se une a moléculas diversas como inmunoglobulinas, cristales, iones y citokinas. La uromodulina inhibe la unión de Escherichia coli al urotelio, por lo cual disminuye la probabilidad de infección. También puede prevenir cálculos de oxalato de calcio, pues inhibe la cristalización de esta sal. En condiciones anormales, la uromodulina forma los llamados cilindros hialinos, moldes de los túbulos renales que aparecen en la orina. También puede integrar otros cilindros que aparecen anormalmente en el sedimento urinario (hemáticos, céreos, etc). TÚBULO DISTAL INICIAL Como consecuencia de la absorción de solutos y la impermeabilidad al agua de la rama ascendente del asa de Henle, el fluido tubular que llega al túbulo distal es hipotónico (150 mOsm/L). En el túbulo distal inicial, el principal transportador de la membrana apical es un simporte que puede reabsorber hasta 5 % del NaCl filtrado, llamado cotransporte de NaCl sensible a las tiazidas o TSC (Thiazide-Sensitive [NaCl] Cotransporter). Es una proteína algo mayor de 110 kDa codificada por el gen SLC12A3 en el cromosoma 16q13, y pertenece a la misma familia que el NKCC2, aunque no es inhibida por furosemida. En cambio, como su nombre lo indica, es inhibido específicamente por diuréticos de la clase de las tiazidas, como hidroclorotiazida (Fig. 12). El TSC incorpora NaCl con la energía del gradiente electroquímico favorable a la entrada de Na+. Este ión abandona la célula por la membrana basolateral por acción de la Na,K-ATPasa. El Cl- sale al intersticio a favor de su gradiente electroquímico, mediante canales específicos. En el túbulo contorneado distal y conector se reabsorbe aprox. 15 % del Ca2+ filtrado. La tasa de reabsorción de Ca2+ en este nivel es inversamente proporcional a la reabsorción neta de NaCl. A diferencia de lo que ocurre en la TALH, el transporte de Ca2+ en el túbulo distal es principalmente transcelular. El Ca2+ ingresa a la célula por canales iónicos llamados TRPV5 (Transient Receptor Potential Vanilloid 5), son conducidos a la membrana basolateral por calbindina, y extraídos hacia el intersticio principalmente por el intercambiador de Na+ y Ca2+, NCX1 (Fig. 13) y en menor medida por una Ca2+-ATPasa. El túbulo distal posee CaSR en la membrana basolateral pero también en la membrana apical, donde se colocaliza con los canales TRPV5. La activación de los receptores CaSR apicales aumenta el ingreso de Ca2+ a través de los citados canales, lo cual evita una pérdida excesiva del ión cuando su reabsorción está inhibida a nivel del TALH. Probablemente el Fig. 13 Fig. 14 Función tubular renal Dr. Fernando D. Saraví 12 CaSR también influye en la reabsorción de Mg2+. Solamente 20 % del Mg2+ filtrado se reabsorbe en el túbulo proximal. En la TALH se reabsorbe por vía paracelular 50 a 70 % del Mg2+ filtrado. La mayor parte del resto se reabsorbe en el túbulo distal por vía transcelular, por canales apicales llamados TRPM6. Se desconoce el mecanismo de transporte intracelular y de salida del Mg 2+ hacia el intersticio. El epitelio del túbulo distal inicial es impermeable al agua, de modo que en su trayecto la osmolaridad del fluido tubular continúa disminuyendo hasta alcanzar aprox. 50 mOsm/L. TÚBULO DISTAL FINAL, TÚBULO CONECTOR Y TÚBULO COLECTOR En estos segmentos tienen lugar los ajustes finales de la composición de la orina. En ellos existen dos tipos de células epiteliales, llamadas principales e intercaladas. Las células principales pueden reabsorber Na+ y agua, y reabsorber o secretar K+. Las células intercaladas participan en la regulación ácido-básica, pues pueden secretar H+ y amoníaco (células alfa) o bicarbonato (células beta), de modo que determinan la acidez final de la orina producida. En la nefrona distal también se determina la osmolaridad final de la orina, según el grado de reabsorción de agua (véase REGULACIÓN DE LA OSMOLARIDAD URINARIA). La porción final del túbulo distal, el túbulo conector y el túbulo colector constituyen la porción distal de la nefrona sensible a la aldosterona ó ASDN (Aldosterone-Sensitive Distal Nephron). Las células principales de esta porción poseen canales epiteliales de Na+ (ENaC, Epithelial Na Channels). La porción final del túbulo distal también expresa el ya citado TSC. Canales epiteliales de sodio Los ENaC constan de tres subunidades llamadas α , β y γ, codificadas respectivamente por los genes SCNN1A (12p13), SCNN1B y SNCC1G (ambos en 16p13-p12). Cada canal individual parece formado por subunidades α, β y γ (Fig. 14). El ENaC tiene una permeabilidad más de 100 veces mayor para Na+ que para K+ y su conductancia individual es de 4 a 5 pS. Como se verá a propósito del RECAMBIO DE SODIO, la concentración de estos canales en la membrana apical y su actividad es inversamente proporcional al Na+ dietario, principalmente por la Fig. 15 Fig. 16 Función tubular renal Dr. Fernando D. Saraví 13 aldosterona. Los ENaC son electrogénicos y la diferencia de potencial generada por la transferencia de Na+ (negativo en la luz con respecto al intersticio) favorece la secreción de K+ por las células principales y de H+ por las células intercaladas. Estos canales son bloqueados por amilorida y fármacos similares (Fig. 15). La concentración de ENaC en la nefrona distal se vincula con la capacidad de retener Na+(y secundariamente agua). El síndrome de Liddle (pseudoaldosteronismo) es una formagenética de hipertensión arterial de comienzo precoz que se transmite de manera autosómica dominante. Se debe a mutaciones que afectan las subunidades beta ó gamma del ENaC e impiden su remoción de la membrana y posterior ubiquitinación. La consecuencia es retención de Na+ y agua, aumento del volumen circulante e hipertensión arterial, que remedan lo causado por un exceso de aldosterona. Células intercaladas Las células alfa y beta constituyen una fracción pequeña del total de células tubulares, pero son importantes por su contribución a la regulación ácido-básica (Fig. 16). Las células alfa son cuboides, poseen microvellosidades y prolongaciones apicales con activa endocitosis. Estas características están ausentes en las células beta, que son aplanadas. Ambas células poseen alta actividad de anhidrasa carbónica tipo II y pueden, por tanto, pueden generar H+ y bicarbonato a partir de agua y dióxido de carbono. Las células alfa secretan los H+ hacia la luz tubular mediante una H+-ATPasa apical y transportan el bicarbonato hacia el intersticio mediante un intercambiador aniónico llamado AE1 (Anion Exchanger 1, también presente en la membrana de los eritrocitos). Las células alfa también secretan amoníaco, que forma amonio al ligar H+ en la luz tubular. Las células beta poseen la H+-ATPasa en su membrana basolateral, por lo cual secretan H+ hacia el intersticio. En su membrana apical poseen un intercambiador aniónico llamado pendrina que secreta bicarbonato hacia la luz tubular y pertenece a una subfamilia de intercambiadores aniónicos diferentes que AE1. La pendrina se describe brevemente en FISIOLOGÍA DE LA GLÁNDULA TIROIDES. Un hecho importante es que las células beta pueden diferenciarse a células alfa, cambiando drásticamente su fenotipo. El estímulo es la acidez del medio extracelular. Un medio ácido induce la síntesis y secreción al medio extracelular de una proteína denominada hensina, que se polimeriza con otras proteínas y modifica la matriz extracelular. Este fenómeno induce la transformación de células beta en células alfa, que tienden a contrarrestar la acidosis intersticial. TÚBULO COLECTOR MEDULAR Es la región en donde se determina la osmolaridad y el volumen final de la orina. El intersticio medular posee normalmente una osmolaridad mayor que la del plasma, que aumenta de la corteza a la papila, y se debe a la presencia de altas concentraciones de NaCl y urea. La diferencia de osmolaridad entre el líquido tubular promueve la reabsorción de agua siempre que los túbulos sean permeables a ésta. Fig. 17 Fig. 18 Función tubular renal Dr. Fernando D. Saraví 14 El epitelio tubular de esta porción posee en su membrana basolateral receptores para la hormona antidiurética (vasopresina). Estos receptores llamados V2 están acoplados por proteína Gs a la adenilato ciclasa. La activación del receptor de vasopresina aumenta la síntesis de cAMP, que activa a la proteína kinasa A y resulta en un aumento del número de canales permeables al agua, llamados acuaporinas (AQP). El subtipo sensible a la proteína kinasa A es la AQP2. En la membrana basolateral de estas células hay otras AQP (3 y 4) que no están reguladas por vasopresina, sino que se expresan constitutivamente y permiten la salida del agua que ingresa por la membrana apical (Fig. 17). En ausencia de vasopresina (diabetes insípida), si la persona se mantiene hidratada la producción de orina puede alcanzar aprox. 20 litros diarios. Los mecanismos de concentración y dilución de la orina se tratan en el próximo capítulo. REGULACIÓN NEUROHUMORAL DE LA FUNCIÓN TUBULAR Las catecolaminas y diversas hormonas regulan el transporte tubular de agua y diversos solutos en diferentes segmentos de la neurona. Las principales hormonas reguladoras en la neurona distal son la aldosterona y la vasopresina (Fig. 18). En la Tabla 4 se presentan los efectos más importantes. En los capítulos dedicados a recambio de Na+, K+, Mg2+ y Cl- , regulación de la osmolaridad urinaria y regulación del estado ácido básico se detallarán dichos efectos y su papel fisiológico. Tabla 4: Agentes neurohumorales que regulan la reabsorción de Na+ y agua en la nefrona. Agente neurohumoral Principal estímulo para su liberación Sitio de acción Efectos Angiotensina II Secreción de renina TCP ↑ reabsorción de NaCl y agua Dopamina ↑ volumen extracelular TCP ↓ reabsorción de NaCl y agua Noradrenalina (simpático) ↓ Presión arterial, ↓ volumen extracelular TCP, TALH, TCD conector y colector ↑ reabsorción de NaCl y agua Aldosterona Angiotensina II, ↑ [K+] extracelular TALH, TCD, conector y colector ↑ reabsorción de NaCl y agua Atriopeptina Distensión auricular Túbulo colector ↓ reabsorción de NaCl y agua Urodilatina ↑ volumen extracelular Túbulo colector ↓ reabsorción de NaCl y agua Vasopresina (ADH) ↑ Osmolaridad plasma ↓ volumen extracelular TCD y colector ↑ reabsorción de agua (y NaCl) TCP, túbulo contorneado proximal; TCD, túbulo contorneado distal; TALH, porción gruesa de la rama ascendente del asa de Henle; ↑, aumento; ↓ disminución)
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