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CAPÍTULO 24 Homeostasis del agua y los electrolitosMarek H. Dominiczak y Miroslawa Szczepañska-Konkel OBJETIVOS DE APRENDIZAJE Tras leer este capítulo, el lector debe ser capaz de: ■ Describir los compartimentos de agua en el organismo del adulto y la composición de los principales líquidos corporales. ■ Explicar el papel de la albúmina en el movimiento del agua entre el plasma y el espacio intersticial, incluidas las consecuencias de la proteinuria. ■ Describir el modo en que el sodio influye en el movimiento del agua entre el espacio intracelular y extracelular. ■ Explicar por qué es esencial la Na+/K+-ATPasa para una hidratación celular normal y comentar las consecuencias de su inhibición. ■ Describir los factores que afectan a la concentración plasmática de potasio. ■ Comentar las relaciones entre la homeostasis del sodio y del agua. ■ Describir la valoración clínica del estado hidroelectrolítico. INTRODUCCIÓN El agua y los electrolitos están constantemente intercambiándose con el entorno y su contenido en el cuerpo depende del equilibrio entre la ingesta y las pérdidas El agua es esencial para la supervivencia y supone aproxima damente el 60% del peso corporal en una persona adulta. Este porcentaje cambia con la edad: en el recién nacido es aproxima damente del 75% y disminuye a menos del 50% en los individuos de edad avanzada. El contenido de agua es máximo en el tejido cerebral (~90%) y mínimo en el tejido adiposo (10%). La estabilidad de las estructuras subcelulares y la actividad de numerosas enzimas dependen de una hidratación celular ade cuada. El mantenimiento de los gradientes iónicos y del potencial eléctrico a través de las membranas también es esencial para la supervivencia y es la base de la contracción muscular, la conduc ción nerviosa y los procesos secretores (cap. 8). Tanto la deficiencia como el exceso de agua afectan a la fun ción de los tejidos y los órganos. El equilibrio del agua (ingesta y pérdidas diarias) y su distribución entre las células y el líquido de alrededor están sujetos a una regulación compleja. Relevancia clínica Los trastornos hidroelectrolíticos son habituales en la práctica clínica. Históricamente, los libros de texto de bioquímica (y fun damentalmente los cursos de bioquímica) han tratado el equilibrio hidroelectrolítico superficialmente, sin fijarse en su cometido fundamental para mantener el metabolismo y como base de nu merosos procedimientos terapéuticos esenciales. COM PARTIM ENTOS DEL A G U A EN EL CUERPO Aproximadamente, dos tercios del agua total del cuerpo se hallan en el líquido intracelular (LIC) y el tercio restante permanece en el líquido extracelular (LEC). El LEC consta de líquido intersticial y líquido linfático (15% del peso corporal), plasma (3% del peso corporal) y los denominados líquidos transcelulares, entre los que se incluyen el líquido gastrointestinal, la orina y el líquido cefalorraquídeo (LCR) (fig. 24.1). Hay dos barreras importantes para comprender los intercambios que tienen lugar entre los di ferentes compartimentos: la membrana celular y la pared de un vaso capilar. La pared del vaso capilar separa el plasma del líquido intersticial de alrededor La pared capilar separa el plasma del líquido intersticial y es li bremente permeable al agua y los electrolitos, pero no a las pro teínas. Los iones y las moléculas de bajo peso molecular están presentes en concentraciones similares en el LEC y el plasma, pero la concentración de proteínas es 4-5 veces mayor en el plasma que en el líquido intersticial. La concentración total de cationes en el plasma es de ~ 150 mmol/1, de los cuales el sodio participa con aproximadamente 140 mmol/1 y el potasio con 4 mmol/1. Los CONCEPTOS CLÍNICOS CONCENTRACIÓN DE IONES EN PLASMA Y SUERO Todos los fenómenos fisiológicos tienen lugar en el plasma y, por tan to, la evaluación sobre los cuadros fisiológicos y patológicos guarda relación con las concentraciones plasmáticas de iones. Sin embargo, en la práctica, la concentración de la mayoría de los iones se mide después de permitir que coagule la muestra de sangre (es decir, usando suero). Por tanto, en la evaluación de los resultados de laboratorio solemos mencionar los valores séricos (cap. 4). Membrana celular Pared capilar Sodio = ¡ 140 mmol/l Potasio = ¡ 4 mmol/l mmol/l 140 -i 120 100 80 60 40 20 0 Plasma n Na+ K+ Ca2* Mg2+ C r HCOr Otros" Fig. 1 Distribución corporal de agua, sodio y potasio. Los princi pales compartimentos corporales de agua son el líquido intracelular (LIC) y el líquido extracelular (LEC). El LEC se compone del líquido intersticial y el plasma. El gradiente de concentración de sodio y potasio a través de las membranas celulares es mantenido por la Na7K+-ATPasa. El sodio es un contribuyente importante de la osmolalidad del LEC y un determinante de la distribución del agua entre el LEC y el LIC. La distribución de agua entre el plasma y el líquido intersticial está determinada por la presión oncótica ejercida por las proteínas plasmáticas. aniones más abundantes en plasma son el cloruro y el bicarbonato, que tienen unas concentraciones promedio de 10 0 mmol/1 y 2 5 mmol/1, respectivamente (fig. 24.2). En la práctica clínica, y en lo relativo al equilibrio electrolítico, el resto de aniones se consideran en conjunto como constituyentes de la denominada diferencia aniónica (anion gap), que se calcula del siguiente modo: Diferencia aniónica= (Na++ K+ )-(C l"+ HCOj) La diferencia aniónica (en una persona sana, aproximadamente 10 mmol/1) incluye el fosfato, el sulfato, las proteínas y aniones orgánicos como el lactato, el citrato, el piruvato, el acetoacetato y el p-hidroxibutirato. Sin embargo, puede aumentar varias veces en condiciones en las que los aniones inorgánicos y orgánicos se acumulan, como en la insuficiencia renal o en la cetoacidosis diabética. Por este motivo, es importante clínicamente. La m embrana plasmática separa el líquido intracelular y el líquido extracelular En el LIC, el principal catión es el potasio, presente en una concen tración de ~ 110 mmol/1. Esta concentración es casi 30 veces mayor que su concentración en el LEC y en el plasma (4 mmol/1). Los principales aniones del LIC son las proteínas y el fosfato. En el LEC, la situación es la opuesta: el principal catión es el sodio, presente en una concentración de ~ 1 4 5 mmol/1. En el LIC, la concentración de sodio (y de cloruro) es sólo de 10 mmol/1. El agua difunde libremente a través de la mayoría de las membranas celulares, pero el movimiento de los iones y de las moléculas neutras está restringido Las moléculas pequeñas son transportadas a través de la membra na celular por proteínas transportadoras específicas, las bombas mmol/l 140 120 100 Líquido intracelular 1 Pi Proteínas Aniones r n n n orgánicos Na* K* Ca2* Mg2* C r HCO3- Otros" Fig. 2 Iones presentes en el plasma y en el líquido intracelular. Los iones más importantes en el plasma son sodio, potasio, calcio, cloruro, fosfato y bicarbonato. El cloruro sódico, en una concentración próxima al 0,9% (por tanto, «suero salino fisiológico»), es el principal componente iónico del líquido extracelular. El potasio es el principal catión intracelular. La glucosa y la urea también contribuyen a la osmolalidad plasmática. Normalmente, su contribución es pequeña, porque se encuentran en el plasma a concentraciones molares relativamente bajas (alrededor de 5 mmol/l cada una de ellas). Sin embargo, cuando la concentración de la glucosa aumenta en la diabetes, su contribución a la osmolalidad se vuelve importante. La urea en plasma aumenta en la insuficiencia renal, pero no contribuye al movimiento del agua entre el LEC y el LIC, porque atraviesa libremente las membranas celulares. El principal catión intracelular es el potasio y los principales aniones son los fosfatos y las proteínas. En las células también se encuentra una cantidad importantede magnesio. iónicas. La más importante es la sodio/potasio ATPasa (Na+/K+- ATPasa), también denominada bomba de sodio-potasio. La Na+/K+-ATPasa mantiene los gradientes de sodio y de potasio a través de la membrana celular La Na+/K+-ATPasa se puede considerar como un transportador iónico (bomba de sodio) o como una enzima (ATPasa). Mantiene los gradientes químico y de potencial eléctrico (es electrogénica) a través de la membrana celular (fig. 24 .3 ) . Hidroliza una molécula de ATP y la energía liberada impulsa la transferencia de tres io nes de sodio desde la célula hasta el exterior y dos iones de potasio desde el exterior al interior de la célula (fig. 24 .4 ) . La Na+/K+-ATPasa es el principal determinante de la concentra ción citoplasmática de sodio (cap. 8). Además, tiene una importante función en la regulación del volumen celular, el pH citoplasmático y la concentración de calcio a través de los intercambiadores Na+/H+ y Na+/Ca2+. Uno de los requerimientos principales de la continua adaptación dirigida por la bomba de sodio-potasio procede de los cambios en el sodio y el potasio de la dieta. Las hormonas que con trolan el volumen y la composición iónica del LEC suelen actuar directamente sobre la bomba de sodio en el riñón y el intestino. 3 Na+ Fig. 3 La Na+/K+-ATPasa (la bomba de sodio-potasio) genera un potencial de membrana y gradientes de concentraciones iónicas a través de la membrana celular. La diferencia de concentración de sodio transmembrana (ANa+) y la diferencia de voltaje transmembrana (AV) se muestran a la derecha. Por cada molécula de ATP hídrolizada, se mueven 2 iones de potasio al interior de la célula y 3 iones de sodio al exterior de la célula. La Na+/K+-ATPasa consta de 2 subunidades principales: la subunidad catalítica (a) y la subunidad estructural (0). Membrana celular Citoplasma ( A [Nal 130 mM ) ( AV 60-90 mV ) Fig. 4 Función catalítica de la Na+/K+-ATPasa. La subunidad catalítica de la Na+/K+-ATPasa puede estar fosforilada (E,-P y E2-P) o desfosforila- da (E, y E2) y esto cambia su conformación y su afinidad por los sustratos. La forma E, muestra gran afinidad por el ATP, el magnesio y el sodio y una baja afinidad por el potasio, mientras que la forma E2 muestra gran afinidad por el potasio y una baja afinidad por el sodio. Después de liberar ADP, hay un cambio conformacional de Er P a E2-P. Esto favorece la liberación extracelular de sodio y la unión del potasio extracelular. Este último proceso induce la desfosforilación de E2-P y la liberación de potasio dentro del compartimento intracelular. La actividad de la Na+/K+-ATPasa está sometida a regulación a corto y largo plazo por una serie de hormonas La Na+/K+-ATPasa es activada por el sodio y el ATP en lugares citoplasmáticos. En la figura 24.5 se muestran las estructuras de la subunidad catalítica de la enzima y sus lugares de fosforilación. La mitad de la activación máxima de la enzima por el sodio in tracelular tiene lugar a una concentración de sodio de 10-40 mM, que a menudo está por encima de la concentración del estado estacionario. Según esto, pequeños cambios en el sodio citoplasmá- tico pueden tener efectos notorios sobre la actividad de la Na+/K+- ATPasa. Algunas hormonas parecen alterarla a través del cam bio de su aparente afinidad por el sodio (p. ej., la angiotensina II y la insulina aumentan dicha afinidad). La Na+/K+-ATPasa está sometida a regulación por una serie de hormonas, como la aldosterona. La regulación a corto plazo abarca tanto a los efectos directos en las propiedades cinéticas de la enzima como a su translocación entre la membrana plas mática y las reservas intracelulares. Los mecanismos reguladores a largo plazo afectan a la síntesis o la degradación de la enzima. La actividad de la bomba también se ve afectada por hor monas peptídicas, como la vasopresina y la PTH, que actúan a través de receptores acoplados a proteínas G. Las proteínas G activan la adenilil ciclasa, que genera AMPc, que a su vez activa la proteína cinasa A (PKA). La PTH, la angiotensina II, la noradrenalina y la dopamina también disparan la activación mediada por proteína G de la fosfolipasa C, la cual activa la pro teína cinasa C (PKC). Tanto la PKA como la PKC afectan a la Na+/K+-ATPasa mediante la fosforilación de la serina de su sub unidad a (fig. 24 .5). La insulina aumenta la afinidad aparente por el sodio de la Na+/K+-ATPasa mediante la activación del Fig. 5 Estructura de la subunidad a de la Na+/K+-ATPasa. La subunidad a consta de 10 dominios que atraviesan la membrana (M1-M10) con dominios amino-terminales y carboxi-terminales intracelulares. El dominio de unión de ATP y el lugar de fosforilación están localizados en el loop citoplasmático largo M4-M5 (donde el residuo Asp experimenta la fosforilación). Otros lugares de fosforilación en los residuos serina y tirosina están mediados por la proteína cinasa A (PKA), la proteína cinasa C (PKC) y la tirosina cinasa (TK). receptor de la tirosina cinasa y la fosforilación de la subunidad a de la enzima. El movimiento pasivo de electrolitos a través de los canales iónicos está impulsado por el gradiente electroquímico En la mayoría de las células, el potencial de membrana varía entre 50 y 90 mV y es negativo en el interior de la célula. El gradiente electroquímico es una fuente de energía para el transporte de numerosas sustancias, como el cotransporte de iones de sodio con glucosa (el transportador SGLT; cap. 10), aminoácidos y fosfato. La despolarización de la membrana favorece un incremento en el calcio intracelular al activar los canales de Ca2+ dependientes del voltaje (cap. 8). El papel de los gradientes de iones en la transmisión nerviosa se describe en el capítulo 41. Como el transporte del agua y el sodio en el lado luminal de las células epiteliales (en el intestino y en los riñones) está ligado al gradiente iónico generado por la Na+/K+-ATPasa, esta enzima es fundamental para la absorción del agua en el intestino y su reabsorción en los riñones. El deterioro de la función de la bomba de sodio en el riñón y en el intestino delgado está ligado a la fisio- patología de la hipertensión y la diarrea crónica, respectivamente. O SM O LALIDAD: PRESIONES O SM Ó TICA Y O N CÓ TICA Las moléculas disueltas en el agua corporal contribuyen a la presión osmótica La osmolalidad depende de la concentración de moléculas en el agua y la presión osmótica es proporcional a la concentración mo- lal de una disolución. Un milimol de una sustancia disuelta en 1 kg de H20 a 38°C ejerce una presión osmótica de aproximadamente 19 mmHg. En condiciones fisiológicas, la concentración prome dio de todas las sustancias osmóticamente activas en el LEC es de 290 mmol/kg H20. Normalmente, la osmolalidad del LIC es idén tica. El movimiento del agua entre el líquido intracelular y el líquido extracelular está causado por las diferencias en la osmolalidad Un cambio en la concentración de iones osmóticamente activos en cualquiera de los compartimentos crea un gradiente de presión osmótica y, en consecuencia, origina movimiento de agua. El agua siempre difunde desde la osmolalidad más baja hasta la más elevada para igualar las presiones osmóticas (ñg. 24.6). El sodio es el ion más abundante en el LEC, por lo que es el deter minante más importante de su osmolalidad. La glucosa normal mente está presente en el plasma a una concentración demasiado baja (5 mmol/1; 90 mg/dl) para contribuir de forma significativa a la osmolalidad, pero puede convertirse en un determinante princi pal cuando su concentración aumenta en la diabetes (recuérdense los «síntomas osmóticos» en la diabetes mal controlada; cap. 2 1 ). El equilibrio entre la presión oncótica y la presión hidrostática cambia a través del lecho vascular y es fundam ental para la circulación de sustratos y nutrientes El movimiento del agua entre el plasma y el líquido intersticial depende de la concentración plasmáticade proteínas. Las proteí nas, especialmente la albúmina, ejercen una presión osmótica en el plasma (~ 3 ,3 2 kPa; 25 mmHg). Ésta se conoce como presión oncótica y retiene agua en el lecho vascular. Está en equilibrio con la presión hidrostática, que fuerza al líquido del riñón al sentido opuesto, es decir, a salir de los capilares. CONCEPTOS CLÍNICOS EL EDEMA SE DEBE A LA PÉRDIDA DE PROTEINAS Una niña de 8 años de edad fue remitida al nefrólogo después de haber observado que tenía la cara hinchada y los tobillos habían es tado tumefactos durante un período de unas 2 semanas. Una prueba con tira reactiva para detección de proteinuria dio un resultado muy positivo (++++) y la determinación en una muestra de orina de 24 ho ras mostró una excreción de proteínas de 7 g/día. El valor de referen cia para la excreción de proteínas por orina es inferior a 0,15 g/día. Comentario. La causa de la proteinuria era el daño de la barrera de filtración renal. La biopsia renal mostró la denominada enfermedad con cambios mínimos, con pérdida de proteínas por la orina, que, a su vez, provoca hipoalbuminemia y disminución de la presión oncótica del plasma. Esto dio lugar a edema. La afección remitió después del tratamiento con un glucocorticoide. En la parte arterial de los capilares, la presión hidrostática prevalece sobre la presión oncótica y el agua y los compuestos de bajo peso molecular son filtrados al espacio extravascular. Por el contrario, en la parte venosa de los capilares, la presión oncótica prevalece sobre la presión hidrostática y el líquido es arrastrado a la luz vascular (fig. 24 .7 ). Una disminución en la presión oncótica del plasma, que se produce, por ejemplo, como consecuencia de una disminución de la concentración plasmática de albúmina, da lugar al movimiento de líquido al espacio extravascular y a edema. Las células se protegen a sí mismas frente a los cambios de osmolalidad y de volumen Un aumento de la concentración intracelular de sodio estimula a la Na+/K+-ATPasa, que saca el sodio de la célula. Esto va seguido de la salida de agua y protege a la célula de los cambios de volu men. Otro mecanismo protector es la generación intracelular de sustancias osmóticamente activas. Por ejemplo, las células cere brales se adaptan a la mayor osmolalidad del LEC aumentando su concentración de aminoácidos, y las células de la médula renal expuestas a un ambiente hiperosmótico producen un alcohol osmóticamente activo, el sorbitol, y aumentan la concentración del aminoácido taurina. El cuerpo intercambia constantemente agua con el entorno En una situación de equilibrio, la ingesta de agua es igual a sus pérdidas. La principal fuente de agua es la ingesta oral y la principal fuente de pérdida es la excreción de orina. También perdemos agua a través de los pulmones, el sudor y las heces: éstas se denominan pérdidas «insensibles» y su cantidad es aproxima damente de 500 mi al día en circunstancias normales (fig. 24.8). Las pérdidas insensibles pueden aumentar de forma importante en caso de temperaturas elevadas, durante el ejercicio intenso y también como resultado de diarrea o fiebre. La comprobación del equilibrio hídrico del paciente es una de las rutinas diarias esenciales en las plantas de medicina y cirugía. Fig. 6 Redistribución del agua causada por los cambios de os molalidad. La presión osmótica controla el movimiento de agua entre los compartimentos. Un aumento en la osmolalidad del LEC arrastra agua desde las células y da lugar a la deshidratación celular. Por otro lado, cuando disminuye la osmolalidad del LEC, el agua se mueve al interior de las células, y esto puede causar edema celular. Las flechas indican la dirección del movimiento del agua. LEC, líquido extracelular; LIC, líquido intracelular. mmHg Presión oncótica °0a. Presión oncótica superior a la presión hidrostática Presión hidrostática superior a la presión oncótica Longitud del vaso sanguíneo Filtración Reabsorción Capilar Fig. 7 Las presiones oncótica e hidrostática determinan el movimiento de líquido entre el plasma y el líquido intersticial. Disminución de la osmolalidad del LEC Aumento de la osmolalidad del LEC [ Osmolalidad normal] CONCEPTOS CLÍNICOS LOS LÍQUIDOS CORPORALES SE DIFERENCIAN EN SU COMPOSICIÓN IÓNICA Ingesta de agua de 2 l/dia Las alteraciones clínicas que pueden ocurrir después de la pérdida de líquido dependen de la composición de dicho líquido. Por ejemplo, el sudor contiene menos sodio que el líquido extracelular: por tanto, una sudoración excesiva da lugar a una pérdida preferentemente de agua y «concentra» el sodio en el líquido extracelular, dando lugar a hipernatremia. Por otro lado, el contenido de sodio del líquido intes tinal es similar al del plasma, pero contiene cantidades considerables de potasio. Por tanto, su pérdida (p. ej., en la diarrea grave) da lugar a deshidratación e hipopotasemia, pero puede no cambiar la concen tración plasmática de sodio (tabla 24.1). Tabla 1 Composición iónica de los líquidos corporales Sodio (mmol/l) Potasio Bicarbonato Cloruro (mmol/l) (mmol/l) (mmol/l) Plasma 140 4 25 100 Jugo gástrico 50 15 0-15 140 Líquido del intestino delgado 140 10 Variable 70 Heces en caso de diarrea 50-140 30-70 20-80 Variable Bilis, líquidos pleural y peritoneal 140 5 40 100 Sudor 12 10 12 La pérdida de un líquido que tiene un contenido electrolítico similar al del plasma da lugar a deshidratación, con concentraciones plasmáticas de electrolitos normales. Por otro lado, cuando el contenido de sodio del líquido perdido es inferior al del plasma (p. ej., sudor), la deshidratación se puede acompañar por hipernatremia. La hiperhidratación suele acompañarse de hiponatremia. (Adaptado con autorización de Dominiczak MH, editor: Seminars in Clinical biochemistry, 2.a ed. Glasgow: Glasgow University, 1997.) POTASIO Bebidas 1.200 Alimentos 500 Metabolismo 300 fuel Tracto gastrointestinal 7 l/día Pérdidas de agua de 2 /día MI Orina 1 200 Aire espirado 500 Sudor 200 Heces 100 La monitorización de la concentración sérica de potasio es sumamente importante La concentración sérica de potasio normal es de 3,5-5 mmol/1. Dado que su concentración intracelular es mucho mayor que la concentración en el plasma, un desplazamiento relativamente menor de potasio entre el LEC y el LIC puede dar lugar a grandes cambios en su concentración sérica. Tanto los valores elevados de potasio como los bajos (hiperpotasemia e hipopotasemia, res pectivamente) pueden afectar al músculo cardíaco y suponer un peligro para la vida. En un ECG, la hiperpotasemia puede dar lugar a la pérdida de las ondas P, la aparición de ondas T picudas características y Fig. 8 Equilibrio hídrico diario en una persona adulta. El agua se obtiene de la alimentación y del metabolismo oxidativo, y se pierde por los riñones, la piel, los pulmones y el intestino. Obsérvese la cantidad de agua que entra y sale del tracto gastrointestinal diariamente, lo que explica por qué la diarrea intensa lleva rápidamente a deshidratación. Véase también el capítulo 10. ensanchamiento del complejo QRS. La hipopotasemia, por otro lado, puede prolongar el intervalo PR y dar lugar a la aparición de ondas P picudas, aplanamiento de la onda T y aparición de ondas U notorias. Una concentración de potasio por debajo de 2,5 mmol/1 o por encima de 6,0 mmol/1 es peligrosa (fig. 24.9). La causa más fre cuente de hiperpotasemia grave es la insuficiencia renal: en este cuadro, el potasio no puede ser excretado de forma adecuada en la orina. Por otro lado, el potasio sérico bajo suele deberse a pérdidas excesivas, ya sea en la orina o a través del tracto gas trointestinal. Los riñones son responsables de más del 90% de la pérdida corporal de potasio y la terapia diurética puede inducir tanto hiperpotasemia como hipopotasemia. Los cambios de la concentración sérica de potasio también se asocian con trastornos del equilibrioacidobásico (cap. 25). SISTEM A REN IN A-A NGIO TEN SIN A El sistema renina-angiotensina controla la presión arterial y el tono vascular La renina es una enzima producida principalmente en el aparato yuxtaglomerular del riñón; se almacena en gránulos secretores y es liberada en respuesta a una disminución de la presión de Ingesta de potasio: [Dieta LIC K+= 110 mmol/l Intervalo de referencia = 3,5-5,0 mmol/l Pérdida de potasio: Concentración go sérica de potasio 5,0 (mmol/l) Orina Liquido intestinal (en la diarrea) Drenaje quirúrgico postoperatorio ¡Peligro! (hiperpotasemia) Intervalo de referencia ¡Peligro! (hipopotasemia) Fig. 9 Equilibrio de potasio. La concentración plasmática de potasio se mantiene en límites estrechos. Tanto las concentraciones bajas de potasio (hipopotasemia) como las altas (hiperpotasemia) pueden ser peligrosas, ya que el potasio afecta a la contractilidad del músculo cardíaco. Generalmente, las concentraciones séricas de potasio por encima de 6 mmol/l y por debajo de 2,5 mmol/l se consideran urgencias clínicas. El panel superior muestra las principales fuentes de pérdida de potasio. perfusión renal (disminución del aporte de Na+ a la mácula den sa) y a un aumento del tono simpático. La renina es una proteasa que emplea el angiotensinógeno circulante como su sustrato. La secreción de renina está regulada por vías que implican a receptores acoplados a proteínas G y a la vía de la adenilato cielasa-PKA, que activa la proteína de unión sensible al AMPc (cAMP-responsive binding protein, CREB). CREB es un factor de transcripción que posteriormente recluta a sus coactivadores y se une al elemento de respuesta al AMPc en el promotor génico de la renina, iniciando la transcripción. La secreción de renina también está estimulada por la noradrenalina y la prostaglan- dinaE2 (PGE2). Otra vía de señalización que implica a proteínas G y un aumento del calcio del citosol disminuye la actividad de la adenilato ci clasa e inhibe la secreción de renina (esta vía está activada por la angiotensina I I y las endotelinas I y II) . El angiotensinógeno es una glucoproteína de más de 4 0 0 aminoácidos, se sintetiza en el hígado y sus diferentes formas tienen una estructura y un peso molecular variables. La renina escinde la angiotensina I, un péptido de 10 aminoácidos, a partir del angiotensinógeno. La angiotensina I se convierte entonces en un sustrato para la peptidil-dipeptidasa A (enzima convertidora de la angiotensina, ECA). La ECA elimina dos aminoácidos de la angiotensina I, produciendo angiotensina II. Esta reacción también puede ser catalizada por enzimas como la quimasa y la catepsina. Otra forma de la angiotensina, la angiotensina 1-9, está formada por una isoforma de la ECA (ECA2) y posteriormente es degradada a angiotensina 1-7. Esta última también se puede formar a partir de la angiotensina I I por endopeptidasas. En el riñón se forman cantidades importantes de angiotensina II. Las células yuxtaglomerulares contienen ECA, angiotensina I y an giotensina II. La angiotensina I I se sintetiza además en las células glomerulares y tubulares y se segrega al interior del líquido tubular y del espacio intersticial. Los receptores de la angiotensina I I están presentes en las células vasculares renales y tubulares: por tanto, la angiotensina I I producida localmente influye probablemente en la reabsorción tubular y el tono vascular renal a través de una acción autocrina y paracrina. En la figura 24 .10 se ilustra el sis tema renina-angiotensina. Los receptores de angiotensina son importantes en la patogenia de la enfermedad cardiovascular La angiotensina I I contrae el músculo liso vascular, aumentando de esta forma la presión arterial y reduciendo el flujo sanguíneo renal y la tasa de filtrado glomerular. También favorece la libera ción de aldosterona y la proliferación del músculo liso vascular a través de la activación de los receptores ATI, que señalizan mediante proteínas G y fosfolipasa C (fig. 2 3 -1 7). Generalmen te, la activación del receptor ATI tiene efectos que favorecen la enfermedad cardiovascular: estimulación de fenómenos in flamatorios, depósito de matriz extracelular y generación de especies de oxígeno reactivas (ROS). También es protrombótica. Estas acciones son contrarrestadas por la estimulación de los receptores AT2, lo cual da lugar a vasodilatación mediante la estimulación de la producción de NO, favorece la pérdida de sodio e inhibe la proliferación de células musculares lisas vas culares. Las acciones de la angiotensina (1-7), que actúa a través del denominado receptor MAS (puede unirse además a ATI y AT2), también parecen ser cardioprotectoras. Los fármacos que CONCEPTOS CLÍNICOS SISTEMA RENINA-ANGIOTENSINA- ALDOSTERONA E INSUFICIENCIA CARDÍACA Un varón de 65 años de edad con infarto de miocardio anterior previo acude a consulta con fatiga creciente, dificultad para respirar y edema en los tobillos. La exploración física mostró taquicardia leve y elevación de la presión venosa yugular. Un ecocardiograma reveló que la función del ventrículo izquierdo durante la sístole era deficiente. Las determinaciones en suero del paciente revelaron lo siguiente: sodio, 140 mmol/l; potasio, 3,5 mmol/l; proteínas, 34 (intervalo de referencia, 35-45 g/dl); creatinina, 80 mmol/l (0,90 mg/dl), y urea, 7,5 mmol/l (45 mg/dl). Comentario. Este varón presenta síntomas y signos de insuficiencia cardíaca. El deterioro de la función cardíaca da lugar a una disminu ción del flujo sanguíneo a través del riñón, activación del sistema renina-angiotensina y estimulación de la secreción de aldosterona. La aldosterona causa un incremento de la reabsorción renal de sodio y retención de agua, aumentando de esta forma el volumen del líquido extracelular y el edema. \ Receptor de angiotensina II Receptor de angiotensina II p° 1 AT1> . . tipo 2 (AT2) ( Receptor MAS Suprarrenales 0 > Riñón < * Músculo liso vascular t Reabsorción renal de sodio \ FG t Contracción t Excreción urinaria de potasio I Flujo sanguíneo renal t Proliferación t Contractilidad t Liberación de adrenalina t Liberación de noradrenalina t Producción de ROS t Depósito de matriz en la íntima Fig. 10 Sistema renina-angiotensina. La renina convierte el angiotensinógeno en angiotensina I. La angiotensina I se convierte después en angiotensina II por la acción de la enzima convertidora de la angiotensina (ECA). También da lugar a otros péptidos de la angiotensina. Las acciones celulares de las angiotensinas están mediadas por los receptores de la angiotensina de tipo 1 (AT1), de tipo 2 (AT2) y MAS que se unen con la angiotensina (1-7). El sistema renina-angiotensina es una diana para dos clases principales de fármacos hipotensores: inhibidores de la ECA (p. ej., ramiprilo, enalaprilo) y antagonistas del receptor AT1 (p. ej., losartán). Los inhibidores de la ECA se emplean además de forma general en el tratamiento de la insuficiencia cardíaca. CMLV, células musculares lisas vasculares; ROS, especies de oxígeno reactivas; SNC, sistema nervioso central. CONCEPTOS CLINICOS LA HIPERTENSIÓN ARTERIAL ES UNA ENFERMEDAD FRECUENTE La hipertensión es un aumento excesivo de la presión arterial. El nivel deseable de la presión sistólica es inferior a 140 mmHg y de la presión diastólica, de 90 mmHg (los valores óptimos son todavía más bajos, inferiores a 120/80 mmHg). Según la Organización Mundial de la Salud, hasta el 20% de la población de los países desarrollados puede sufrir esta afección. La hipertensión arterial se ha clasificado como hipertensión arterial «esencial» (primaria) o «secundaria». Aún no se ha identificado una causa de la hipertensión esencial, aunque se sabe que está relacionada con múltiples factores genéticos y ambientales, como componentes nerviosos, endocrinos y metabólicos. Una dieta rica en sodio es un factor conocido para la aparición de hipertensión. La hipertensión se asocia conaumento del riesgo de accidente cerebrovascular y de infarto de miocardio. Es, además, la causa de 1 de cada 8 muertes en todo el mundo. En el tratamiento actual de la hipertensión se emplean una serie de fármacos. Entre éstos fi guran los diuréticos, como la bendrofluazida, fármacos bloqueantes de los adrenorreceptores, los inhibidores de la enzima convertido ra de la angiotensina y antagonistas de los receptores de angio tensina tipo 1 (v. cuadros de Conceptos clínicos: "Los diuréticos se usan e tc ." , pág. 315; "Tratamiento de la hipertensión con un IECA", pág. 61; "Mujer de 56 años con hipertensión grave: feo- cromocitoma", pág. 558). Complejo del receptor de la angiotensina II Membrana XXXDOCCO Citoplasma DAG + (Calmodulina) (MLCK activa MLCK inactiva ) CMLV Fig. 11 Mecanismo celular de la vasoconstricción inducida por la angiotensina II. El receptor de angiotensina tipo 1 (AT1) está acoplado a las proteínas G. La unión de la angiotensina II lleva a la formación, mediada por la fosfolipasa C, de inositol 1,4,5-trisfosfato (IP3) y de 1,2-diacilglicerol. Esto moviliza Ca2+ del retículo sarcoplásmico (RS) y causa la entrada en la célula del Ca2+ extracelular a través de canales de calcio activados. Un aumento en el Ca2+ citosólico inicia la respuesta contráctil de las células musculares lisas vasculares. El Ca2+ se une pos teriormente a la calmodulina (Cal). El complejo Ca2+-calmodulina activa la cinasa de las cadenas ligeras de la miosina. La cinasa fosforila las cadenas ligeras de la miosina y produce tensión muscular. Este efecto termina por la desfosforilación de la miosina (cap. 20). Los antagonistas del receptor de AT1, como el losartán, inhiben los efectos vasoconstrictores de la angiotensina II y se emplean en el tratamiento de la hipertensión. AT1R, receptor de angiotensina tipo 1; Cal, calmodulina; CMLV, célula muscular lisa vascular; DAG, 1,2-diacetilglicerol; MLCK, miosina cinasa de cadena ligera. inhiben la ECA se emplean con frecuencia actualmente para el tratamiento de la hipertensión y la insuficiencia cardíaca (v. fig. 24 .1 1 y cuadro “Conceptos clínicos: Tratamiento de la hipertensión con un IECA”, pág. 61). Aldosterona La aldosterona regula la homeostasis del sodio y el potasio La aldosterona es una hormona mineralocorticoide fundamental en el ser humano (cap. 1 7) que se produce en la corteza suprarre nal. Regula el volumen extracelular y el tono vascular y controla el transporte renal de sodio y de potasio. Se une al receptor mine ralocorticoide del citosol en las células epiteliales, principalmente en el tubo colector renal. El receptor se mueve hacia el núcleo y se fija a dominios específicos en genes diana, alterando su expresión génica. La aldosterona regula la Na+/K+-ATPasa tanto a corto como a largo plazo y también regula transportadores como el intercambia- dor de Na+/H+ de tipo 3 en el túbulo proximal, el cotransportador de Na+/Cl_ en el túbulo distal y el canal de sodio epitelial en el tubo colector renal. El resultado global es un incremento de la reabsorción de sodio y un aumento de la secreción de potasio y de iones hidrógeno. El hiperaldosteronismo es un hallazgo frecuente en la hipertensión El hiperaldosteronismo primario es resultado de una actividad suprarrenal anormal y es infrecuente. Puede ser consecuencia de un tumor suprarrenal único, un adenoma (síndrom e de Conn). El hiperaldosteronismo secundario es más frecuente y se debe a un aumento de la secreción de renina. Los feo- crom ocitom as son tumores secretores de catecolaminas que causan hipertensión en ~ 0 , 1 % de los pacientes hipertensos. Es importante diagnosticar correctamente el feocromocitoma porque se puede extirpar quirúrgicamente (v. cap. 43 y cuadro “Conceptos clínicos: Mujer de 56 años con hipertensión grave: feocromocitoma”, pág. 558). Péptidos natriuréticos Los péptidos natriuréticos son marcadores importantes de insuficiencia cardíaca Una familia de péptidos, conocidos como péptidos natriuréticos, interviene en la regulación del volumen de líquido. Los dos péptidos principales son el péptido natriurético atrial (ANP) y el péptido natriurético cerebral (BNP). El ANP se sintetiza principalmente en la aurícula cardíaca como un propéptido de 126 aminoácidos (pro-ANP). Después se escinde en un péptido más pequeño de 98 aminoácidos que contiene el N-terminal y el ANP de 2 8 aminoácidos biológicamente activo. El BNP se sintetiza en los ventrículos cardíacos como un propéptido de 108 aminoácidos y se escinde en un péptido de 76 aminoá cidos que contiene el N-terminal y el BNP de 32 aminoácidos biológicamente activo. El BNP 32 y otro péptido, el CNP (de 23 aminoácidos de largo), se aislaron a partir de cerebro porcino, de ahí el nombre. Todos los péptidos natriuréticos poseen una estructura de tipo anillo debido a la presencia de un puente disulfuro. Los péptidos natriuréticos favorecen la excreción de sodio y disminuyen la presión arterial. El ANP y el BNP se segregan en respuesta al estiramiento auricular y a la sobrecarga de volumen ventricular. Se unen a receptores acoplados a proteínas G: los receptores de tipo A están localizados principalmente en las cé lulas endoteliales y los receptores de tipo B, en el cerebro. Existe reactividad cruzada entre diferentes receptores natriuréticos con respecto a estos péptidos. La vía de señalización comprende la guanil ciclasa de la membrana y la guanil ciclasa soluble; la última es estimulada por el NO. El GMPc generado actúa sobre la proteína cinasa C y la fosfodiesterasa 2 y 3, regulando de este modo la síntesis de AMPc. APLICACIONES CLÍNICAS USO DIAGNÓSTICO DE LOS PROPÉPTIDOS DEL PÉPTIDO NATRIURÉTICO CEREBRAL (BNP) En lugar de determinar las formas activas de péptidos natriuréticos en el plasma, es más conveniente determinar los propéptidos presentes en el plasma en cantidades equimolares con las especies activas. De esta forma, el proBNP (1-76) alcanza valores más elevados en la insuficiencia cardíaca que el BNP 32. De forma similar, el proANP (1-98) tiene una vida media más prolongada en el plasma que el ANP 1-28 biológicamente activo y, por tanto, está presente en la circulación a concentraciones más altas. APLICACIONES CLÍNICAS EL ANP Y EL BNP COMO MARCADORES DE INSUFICIENCIA CARDÍACA Merece la pena señalar que tanto el ANP como el BNP están ele vados en la insuficiencia cardíaca y, por tanto, sus determinaciones se usan como marcadores bioquímicos precoces de este cuadro. Estas determinaciones resultan particularmente útiles para descartar insuficiencia cardíaca en pacientes que presentan síntomas ines- pecíficos, como disnea. Vasopresina y acuaporinas La reabsorción de agua en los tubos colectores del riñón está con trolada por la hormona vasopresina de la hipófisis posterior, que controla la actividad de los canales de agua de la membrana, las acuaporinas. La vasopresina determina el volumen y la concentración finales de la orina La vasopresina (también llamada horm ona antidiurética, ADH) controla la reabsorción de agua en los tubos colectores del riñón. La vasopresina se sintetiza en los núcleos supraóptico y paraventricular del hipotálamo y se transporta a lo largo de los axones hasta la hipófisis posterior, donde se almacena antes de ser procesada y liberada posteriormente. Se une a un receptor localizado en las membranas de las células tubulares en los tubos colectores (fig. 24 .12). El receptor se acopla a proteínas G y activa la proteína cinasa A (PKA). La PKA fosforila la acuaporina 2 (AQP2), lo que estimula su translocación a la membrana celular, aumentando la reabsorción de agua en el tubo colector. Por otra parte, la secreción de vasopresina debe inhibirse para permitir la dilución de la orina. El fallo en la supresión máxima de la ADH da lugar a incapacidad para diluir la orina por debajo de la os molalidad del plasma. Los glucocorticoides estimulan la secreción de vasopresina principalmentea través de sus efectos hemodinámicos, que dis minuyen la presión arterial. En este sentido, la vasopresina tam bién es estimulada por la nicotina. Complejo Fig. 12 La vasopresina regula la reabsorción de agua en elCtubo colector. LaCvasopresinaCcontrolaCelCcanalCdeCaguaCacuaporinaC2C (AQP2).CLaCvasopresinaCseCfijaCaCsuCreceptorC(VR)Cy,CaCtravésCdeC lasC proteínasC G,C estimulaClaC producciónC deC AMPC cíclicoC (AMPc),C queCaCsuCvezCactivaClaCproteínaCcinasaCAC(PKA).CLaCPKACfosforilaC laCAQP2CcitoplasmáticaCeCinduceCsuCtranslocaciónCaClaCmembranaC celular,C aumentandoC suC capacidadC paraC transportarC agua.C LaC vasopresinaCtambiénCregulaClaCexpresiónCdelCgenCAQP2. Las acuaporinas son proteínas de canalL de membrana que transportan agua EnLlaLfiguraL24.13LseLilustraLelLcanalLdeLaguaLdeLlaLacuaporina.L LaLAQP2LyLlaLAQP3LestánLpresentesLenLelLtuboLcolectorLyLsonLre guladasLporLlaLvasopresinaLLaLacuaporinaL1L(AQP1)LseLexpresaL enLlasLmembranasLapicalLyLbasolateralLdeLlosLtúbulosLproximalesL yLenLelLasaLdeLHenleLdescendenteLyLnoLestáLbajoLelLcontrolLdeLlaL vasopresina.LTambiénLestáLpresenteLenLlosLeritrocitos,LlasLcélulasL tubularesLproximalesLrenalesLyLelLendotelioLcapilar. Los defectos en la secreción de vasopresina y las mutaciones de los genes que codifican las acuaporinas causan cuadros clínicos La deficiencia de vasopresina provoca una afección conocida como diabetes insípida, en la que se excretan grandes cantidades de orina diluida. Por otro lado, un traumatismo o una cirugía importantes pueden causar una secreción excesiva de vasopresina. Esto se conoce como síndrome de secreción inapropiada de horm ona antidiurética (SIADH) y lleva a retención de agua. Las mutaciones en el gen del receptor de la vasopresina y también en el gen de la AQP2 dan lugar a diferentes tipos de la denominada diabetes insípida nefrogénica, una enfermedad asociada con la eliminación de grandes cantidades de orina y con deshidratación. INTEGRACIÓN DE LA HOM EOSTASIS DEL A G U A Y EL SODIO La aldosterona y la vasopresina juntas controlan la gestión del sodio y el agua Normalmente, a pesar de las variaciones en la ingesta de agua, la osmolalidad plasmática se mantiene dentro de unos límites estrictos (280-295 mmol/kg). La vasopresina contribuye al con trol de la osmolalidad plasmática mediante la regulación del metabolismo del agua. Responde tanto a señales osmóticas como ® & O O O O O O O O O Í¡M>1 1 Fig. 13 Canal de agua de la acuaporina. (A) La acuaporina 1 es un canal de agua constituido por múltiples subunidades con un glucano unido a una de las subunidades. (B) Cada uno de los dos monómeros tiene dos estructuras repetidas en tándem; cada una de ellas consta de tres regiones que atraviesan la membrana y asas conectoras incrustadas en la membrana. de volumen. Por un lado, su secreción y la sed son estimuladas por señales procedentes de los osmorreceptores, que responden a incrementos muy pequeños (aproximadamente del 1 %) de la os molalidad del plasma. Por otro lado, la liberación de vasopresina es estimulada por una disminución (superior al 10 %) del volumen circulante. El exceso de agua aumenta el volumen del plasma, el flu jo sanguíneo renal y el FG Cuando hay un exceso de agua, la producción de renina se inhibe. La concentración baja de aldosterona permite la pérdida urinaria de sodio. El exceso de agua «diluye» el plasma, por lo que la os molalidad plasmática disminuye. Este descenso de la osmolalidad, detectado por los osmorreceptores hipotalámicos, inhibe la sed y la secreción de vasopresina. La supresión de la vasopresina da lugar a la pérdida urinaria de agua. De esta forma, la respuesta global al exceso de agua es el aumento de la excreción de sodio y agua en la orina. La deficiencia de agua (deshidratación) disminuye el volumen plasmático, el flu jo sanguíneo renal y el FG Cuando existe déficit de agua (deshidratación), la disminución del flujo sanguíneo renal estimula el sistema renina-angiotensina- aldosterona. La aldosterona inhibe la excreción urinaria de sodio. Además, debido a la pérdida de agua, la osmolalidad plasmática aumenta. Esto estimula la secreción de vasopresina, con la con siguiente disminución del volumen de orina. De esta forma, la respuesta a la deficiencia de agua es la retención de sodio y agua (fig. 14). Fig. 14 Relaciones entre el metabolismo del agua y del sodio. Los metabolismos del agua y del sodio se hallan estrechamente inter- relacionados. Un aumento en la osmolalidad del LEC estimula la secreción de vasopresina y da lugar a un incremento de la reabsorción renal de agua. Esto «diluye» el LEC y la osmolalidad disminuye. Esta res puesta se ve reforzada por la estimulación de la sed. Una disminución del volumen plasmático también estimula la retención de agua por la estimulación de los receptores sensibles a la presión (barorreceptores) en el aparato yuxtaglomerular del riñón. *La osmolalidad disminuye si el grado de retención de agua es relativamente mayor que el de retención de sodio. CONCEPTOS CLÍNICOS UNA INGESTA DE LÍQUIDOS ESCASA LLEVA A DESHIDRATACIÓN Un varón de 80 años de edad había sido ingresado en el hospital después de un accidente cerebrovascular agudo que le había hecho permanecer tumbado en el suelo de su casa durante un período pro longado. Presentaba escasa turgencia hística, boca seca, taquicardia e hipotensión. Las determinaciones séricas revelaron lo siguiente: sodio, 150 mmol/l; potasio, 5,2 mmol/l; bicarbonato, 35 mmol/l; creatinina, 110 mmol/l (1,13 mg/dl), y urea, 19 mmol/l (90,3 mg/dl). Los valores de referencia son: Sodio: 135-145 mmol/l. Potasio: 3,5-5,0 mmol/l. Bicarbonato: 20-25 mmol/l. Creatinina: 20-80 |xmol/l (0,28-0,90 mg/dl). Urea: 2,5-6,5 mmol/l (16,2-39 mg/dl). Comentario. El paciente presenta deshidratación, indicada por los valores elevados de sodio y urea, y elevación leve de la creatinina. Se le trató con líquidos intravenosos, fundamentalmente con glucosado al 5%, para recuperar la pérdida de agua. La concentración sérica de sodio es un marcador de trastornos hidroelectrolíticos Las alteraciones hidroelectrolíticas se deben a un desequilibrio entre la ingesta de líquidos y electrolitos y sus pérdidas, y del movimiento del agua y los electrolitos entre los compartimentos corporales. Una disminución de la concentración de sodio (hipo- natrem ia) suele indicar que el líquido extracelular está «diluido» (existe un exceso de agua), mientras que un incremento de la concentración de sodio (hipernatremia) significa que el líquido extracelular está «concentrado» (se ha perdido agua). La hipona- tremia también puede ser consecuencia de la pérdida de sodio, aunque esto es infrecuente. La valoración del estado hidroelectrolítico es una parte importante de la práctica clínica La valoración del equilibrio hidroelectrolítico es una parte impor tante de la exploración clínica. Además de la exploración física y la anamnesis, se requieren las siguientes determinaciones: ■ Concentraciones séricas de electrolitos: el perfil solicitado habitualmente por el médico incluye las concentraciones de sodio, potasio, cloruro y bicarbonato. ■ Urea (blood urea nitrogen, BUN) y creatinina séricas. ■ Volumen de orina, osmolalidad y concentración de sodio. ■ Osmolalidad sérica. ■ Gráñca de equilibrio hídrico: los pacientes que tienen o que están en riesgo de desarrollar anomalías del equilibrio hidroelectrolítico necesitan un registro de la ingesta y las pérdidas de líquidos. RESUMEN ■ Tanto la deficiencia de agua corporal (deshidratación) como su exceso (hidratación excesiva) causan problemas clínicos potencialmente graves. Por tanto, la valoración del equilibrio hidroelectrolítico es una parte importante de la exploración clínica. ■ El equilibrio hídrico corporal está estrechamente ligado al equilibrio de los iones disueltos (electrolitos), de los que los más importantes son el sodio y el potasio. ■ El movimiento de agua entre el LECy el LIC está controlado por gradientes osmóticos. ■ El movimiento de agua entre la luz de un vaso sanguíneo y el líquido intersticial está controlado por las presiones osmótica e hidrostática. ■ Los principales reguladores del equilibrio hidroelectrolítico son la vasopresina (agua) y la aldosterona (sodio y potasio). ■ El sistema renina-angiotensina-aldosterona es el principal regulador de la tensión arterial y del tono vascular. ■ Las determinaciones de los péptidos natriuréticos ayudan a diagnosticar la insuficiencia cardíaca.
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