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CAPITULO 23 Papel de los riñones en el metabolismoMarek H. Dominiczak y Mirostawa Szczepañska-Konkel OBJETIVOS DE APRENDIZAJE Tras leer este capítulo, el lector debe ser capaz de: ■ Describir la gestión del sodio y el agua en la nefrona. ■ Describir los nexos entre el consumo de oxígeno renal y la reabsorción de sodio. ■ Explicar el papel de la Na7K+-ATPasa en la nefrona. ■ Explicar por qué el análisis de orina puede aportar información importante desde el punto de vista clínico. ■ Describir la valoración clínica de la velocidad de filtración glomerular. ■ Comentar los mecanismos posibles de la proteinuria. INTRODUCCIÓN Los riñones humanos pesan alrededor de 300 gramos. Poseen una vascularización abundante; reciben cerca del 25% del gasto cardíaco. Aproximadamente el 80% de la sangre se distribuye en la corteza renal y el 20% en la médula. La práctica totalidad de la sangre discurre a través de los capilares glomerulares, que actúan como filtros de alta presión. Cada día, cerca de 180 litros de plasma, que contiene varios kilogramos de proteínas plasmáticas, cloruro sódico y otros electrolitos, son filtrados a través del área de filtración glomerular, que abarca 0 ,5-2 m2. Más del 99,9% de las proteínas plasmáticas son retenidas por el filtro, mientras que la práctica totalidad del agua, del cloruro sódico y de otros solutos filtrados queda retenida por los sistemas de transporte en los túbulos renales. En condiciones normales, los riñones fabrican entre 1 y 2 litros de orina al día. La composición de la orina se resume en la tabla 23.1. Las funciones más importantes del riñón son la filtración del plasma y la excreción y reabsorción tubular subsiguiente de iones, sustancias de bajo peso molecular y agua La función excretora de los riñones implica la filtración del plasma en los glomérulos, el transporte de agua y solutos desde la luz tubular de vuelta a la sangre (reabsorción tubular) y la secreción de diferentes sustancias desde las células tubulares a la luz. Los riñones eliminan en la orina productos del metabolis mo, como urea, ácido úrico y creatinina, y retienen sustancias como glucosa, aminoácidos y proteínas. También metabolizan y eliminan fármacos y toxinas. Desempeñan un cometido funda mental en la regulación del volumen y la composición del líquido extracelular y en el mantenimiento del equilibrio acidobásico (caps. 24 y 25). Estas funciones están reguladas hormonalmente por la vasopresina (hormona antidiurética, ADH), producida en la hipófisis posterior, y por el sistema renina-angiotensina. La función del riñón también está controlada por la noradrenalina y la dopamina liberadas desde las terminaciones nerviosas en el propio riñón. Los riñones también producen calcitriol (1,2 5-dihidroxi-colecal- ciferol, l,25(OH)2D3), una vitamina implicada en la homeostasis del calcio (cap. 26), y eritropoyetina, que controla la producción de eritrocitos. La nefrona es la unidad funcional del riñón Cada riñón consta aproximadamente de 1 millón de nefronas, cada una de las cuales está compuesta de glomérulo y un túbulo ex cretor (fig. 23.1). Los glomérulos, localizados en la corteza renal, son filtros biológicos que ponen en contacto el plasma con los túbulos que reabsorben y excretan las sustancias. Los segmentos de cada túbulo (comenzando desde el extremo del glomérulo) se conocen como túbulo proximal, asa de Henle, túbulo distal y conducto colector. La barrera de filtración glom erular El plasma procedente de los capilares glomerulares se filtra al interior del glomérulo en el denominado espacio de Bowman. La barrera de filtración consta de una capa de células endoteliales que reviste a los vasos sanguíneos glomerulares, conocida como membrana basal, y células epiteliales (podocitos) con pedicelos característicos (fig. 23.2). La filtración glomerular depende de la superficie de filtración y de la permeabilidad de la barrera. El componente fundamental de la membrana basal glomerular es el colágeno de tipo IV, que forma un entramado de filamentos que proporcionan elasticidad y resistencia a la presión hidros- tática. La membrana contiene además laminina, fibronectina y proteoglucanos, con grupos heparán sulfato cargados negativa mente, que forman una barrera electrostática para las proteínas filtradas desde el plasma. Los podocitos y las células mesangiales poseen receptores para una amplia gama de sustancias vasoactivas, como angiotensi na II, vasopresina, bradicinina, ATP, endotelina, prostaglandinas, dopamina, péptidos natriuréticos y nucleótidos de adenina. Las fenestraciones en la capa endotelial y los espacios entre los pedicelos de los podocitos forman un tamiz que filtra agua y moléculas pequeñas. La filtración de moléculas más grandes está limitada por su tamaño, estructura y carga eléctrica. Por ejem plo, a pH 7,4 la mayor parte de las proteínas plasmáticas están cargadas negativamente, y también la barrera de filtración, lo que impide que se filtren proteínas, incluso las más pequeñas, como la Tabla 1 Excreción diaria de compuestos nitrogenadosCy principales iones en la orina (mmol/24h) Urea Ácido úrico Creatinina Amoníaco 250-500 1-5 7-15 30-50 Sodio Potasio Cloro Fosfato 100-250 30-100 150-250 15-40 La urea es uno de los contribuyentes principales de la excreción de nitrógeno en la orina. Es el producto final del catabolismo proteico en los seres humanos. La excreción de urea diaria refleja también el estado nutricional y depende en gran medida de la ingesta de proteínas. La excreción de ácido úrico depende fundamentalmente de la degradación de purina endógena, pero podría elevarse con una dieta rica en purinas. La creatinina procede de la fosfocreatina del músculo esquelético. En un estado de equilibrio estacionario, la excreción de los compuestos de nitrógeno depende estrictamente de la función renal. En la insuficiencia renal disminuye la diuresis y esto da lugar a un aumento de las concentraciones plasmáticas de urea y creatinina. La excreción urinaria de sodio, potasio y cloro refleja su ingesta. Una ingesta excesiva de sodio o un deterioro de su eliminación puede dar lugar a hipertensión. El amoníaco se genera en los riñones por desaminación de la glutamina y el glutamato, y se excreta en forma de ion amonio. La excreción diaria de amoníaco y de fosfato depende de la excreción de hidrógeno en la orina (cap. 25). Valores aproximados en una persona adulta corriente. Túbulo contorneado distal Sodio, potasio e hidrógeno; Glomérulo intercambio iónico Fig. 1 La nefrona y sus lugares de transporte principales. mioglobina (masa molecular, 17 kDa), y casi impide por completo la filtración de la albúmina, de mayor tamaño (69 kDa). La filtración glomerular está impulsada por la presión hidros- tática en los capilares glomerulares, que es aproximadamente de 50 mmHg. La presión hidrostática es contrarrestada por la presión oncótica del plasma y la presión de retorno (de aproximadamente 10 mmHg) del filtrado en la cápsula glomerular. Los cambios en la velocidad de filtración glomerular modifican la cantidad de agua y solutos filtrada, pero no la composición del filtrado. Una disminución de la presión arterial en la arteriola aferente del glomérulo es percibida por un grupo de células conocido como aparato yuxtaglomerular. Esto estimula la secreción de renina y activa el sistema renina-angiotensina. Un aumento en la presión arterial intracapilar y/o la hiperfiltración pueden inducir lesiones en las células glomerulares y provocar el desarrollo de una ne- fropatía grave. Filtrado glomerular: formación de orina Los riñones consumen grandes cantidades de oxígeno, principalmente para apoyar el transporte activo de sodio La mayoría de los procesos metabólicos en los riñones son aerobios, y consecuentemente su consumo de oxígeno es alto: es casi igual al consumo de oxígeno del músculo cardíaco y tres veces mayor que el del cerebro. Esta elevada actividad metabólicaes imprescindible Filtración endotelial basal Fig. 2 Barrera de filtración glomerular. LaCbarreraCconstaCdeC célulasCendoteliales,ClaCmembranaCbasalCyClosCpodocitos.CLasCcélulasCdeC laCmáculaCdensaCformanCparteCdelCaparatoCyuxtaglomerular:CpercibenClaC concentraciónCdeCcloruroCenCelCtúbuloCdistalCyCajustanCelCdiámetroCdeClasC arteriolasCaferentes,CregulandoCelCflujoCsanguíneoCglomerular. CONCEPTOS AVANZADOS LA HIPERGLUCEMIA Y EL ESTRÉS MECÁNICO SECUNDARIO A HIPERTENSIÓN GLOMERULAR CONTRIBUYEN AL DESARROLLO DE NEFROPATÍA DIABÉTICA El estrés mecánico y una concentración de glucosa alta disparan numerosas vías de señalización que pueden acelerar el daño de las células glomerulares. Los podocitos, células que recubren la cara externa de la membrana basal, no sólo se ven sometidos a la carga de la glucosa filtrada, sino también a diversas fuerzas mecánicas. Tanto la hiperglucemia como el estrés mecánico pueden alterar los sistemas proteicos anclando a los pedicelos del podocito en la membrana basal glomerular (integrina, agrina), entorpeciendo de este modo la resistencia de estas células a las fuerzas mecánicas y condicionando su desprendimiento de la membrana (y su aparición en la orina). La modulación de la expresión y la actividad de numerosas proteínas estructurales y funcionales, como actina, nefrina, podocina y otros compuestos, como fosfolipasa C, factores de crecimiento, citocinas y quimiocinas, da lugar a respuestas inflamatorias, disfunción y apoptosis o necrosis de los podocitos. La pérdida de podocitos es irreversible debido a su incapacidad para proliferar y reponer las células dañadas. Los podocitos se lesionan pronto en el transcurso de una nefropatía diabética. para mantener la reabsorción tubular; aproximadamente el 70% del oxígeno consumido por el riñón se usa para apoyar el trans porte activo de sodio, el cual, a su vez, determina la reabsorción de glucosa y aminoácidos. Reabsorción de sodio. Aproximadamente el 80% del sodio filtrado es reabsorbido en el túbulo proximal. El sodio se reabsorbe por varios mecanismos: a través de canales iónicos específicos, intercambiándose por iones de hidrógeno y transportándose conjuntamente con glucosa, aminoácidos, fosfato y otros aniones. El movimiento del sodio provoca reabsorción del agua (fig. 23.3). La entrada de sodio en las células del túbulo proximal es pasiva. Esto es posible gracias a que la Na+/K+-ATPasa mantiene una concentración baja de sodio en el citoplasma de las células tubulares. Se absorbe más sodio en el túbulo distal y en el conducto colector intercambiándose por potasio o hidrógeno. Este proceso está controlado por la aldosterona (figs. 23.3 y 23.4). Reabsorción de agua. El líquido que abandona el túbulo proximal es isotónico. La diferente permeabilidad de las ramas ascendente y descendente del asa de Henle mantiene una osmolalidad alta en la médula. Esto es esencial para la reabsorción posterior de agua en el conducto colector (fig. 23.5). El líquido que abandona el asa de Henle está diluido (hipotónico). La reabsorción de agua en el conducto colector está controlada por la vasopresina (fig. 23.3). Papel de los riñones en la homeostasis de la glucosa Los riñones contribuyen a la homeostasis de la glucosa a través de tres mecanismos distintos: liberación de glucosa a la circulación a través de la gluconeogénesis, captación de glucosa desde la circulación para satisfacer sus propias necesidades energéticas y reabsorción de glucosa desde el filtrado glomerular. Gluconeogénesis renal En los seres humanos, solamente el hígado y el riñón son ca paces de realizar la gluconeogénesis (cap. 13). Después de una noche de ayuno, el 75-80% de la glucosa liberada a la circulación procede del hígado, mientras que el 20-25% restante procede del riñón. Sorprendentemente, después de una comida, la gluconeogé nesis renal casi se duplica y supone cerca del 60% de la liberación de glucosa endógena en el período posprandial (la gluconeogénesis hepática disminuye aproximadamente un 80% en dicho momen to). La glutamina y el lactato son los precursores preferenciales de la gluconeogénesis en el riñón. Las enzimas clave de la gluconeogénesis, piruvato carboxila sa, fosfoenol piruvato carboxicinasa, fructosa- 1 ,6-bisfosfatasa y glucosa-6-fosfatasa, se encuentran principalmente en las células corticales renales. La velocidad de la gluconeogénesis depende de la concentración de glucosa, la disponibilidad de sustratos y el control hormonal. La insulina suprime la libera ción de glucosa desde el riñón, mientras que la adrenalina la aumenta. El glucagón carece de efecto sobre la liberación de glucosa renal. La glucosa producida proporciona el sustrato energético que necesita el cerebro y otros órganos, particular mente cuando se deteriora la gluconeogénesis hepática: por ejemplo, después de un trasplante hepático, en la insuficiencia hepática y durante el ayuno prolongado, la hipoglucemia y la acidosis. Utilización renal de la glucosa El destino metabólico de la glucosa es diferente en las distintas regiones del riñón. La glucosa es un sustrato energético esencial para la médula renal, debido a la baja tensión de oxígeno y a los niveles bajos de enzimas oxidativas en dicha región. Consecuen temente, en la médula, el lactato es el producto metabólico final más importante del metabolismo de la glucosa. Por el contrario, la corteza renal contiene niveles elevados de enzimas oxidativas. Los sustratos energéticos más importantes en la corteza renal son los ácidos grasos, el lactato, el glutamato, el citrato y los cuerpos cetónicos. De ellos, los ácidos grasos cons tituyen la principal fuente de energía. Las células tubulares renales con gran actividad Na+/K+- ATPasa poseen numerosas mitocondrias situadas cerca de la membrana plasmática, de manera que el ATP liberado está fácil mente accesible. Control neuronal de la función renal Los riñones se comunican con el sistema nervioso central a través de nervios sensitivos (aferentes). Un aumento en la acti vidad aferente renal influye directamente sobre el flujo de salida simpático hasta los riñones a través de los nervios eferentes. La Rama descendente del asa de Henle | Eliminación osmótica |£ de agua Adición de Na+ mediante transporte pasivo j Fig. 3 Intercambio y multiplicación de contracorriente en los túbulos renales. ElC mecanismoC deC contracorrienteC esC esencialC paraC laC formaciónCdeCorinaCyCparaClaCreabsorciónCdeCaguaCenCelCtúbuloCdistal.CEnClaCrama ascendente del asa de Henle, elCsodioCyCelCcloruroC sonC bombeadosC alC líquidoC intersticial.CPosteriormenteC difundenC librementeC haciaC laC luzC deC laC rama descendente, creandoC unC asaC funcionalC queC perpetúaC elC incrementoC enC laC osmolalidadC delC filtradoC alcanzandoC laC ramaC ascendente.C EstoC seC conoceC comoC multiplicación de contracorriente. ComoCresultado,CmientrasCqueClaCosmolalidadCdeClaCcortezaCrenalCesCsimilarCaClaCdelCplasmaC(300C mmol/l),CenClaCmédulaCpuedeCserCdeCinclusoC1.300Cmmol/l.CLaCelevadaCosmolalidadCdeClaCmédulaCfacilitaClaCreabsorciónCdeCaguaCenC losCconductosCcolectores.CEstoCseCconoceCcomoCintercambio de contracorriente. LaCcantidadCdeCaguaCreabsorbidaCestáCcontroladaCporC laCvasopresina. noradrenalina liberada desde las terminaciones nerviosas, junto con cotransmisores (como ATP, otros mononucleótidos y dinu- cleótidos de adenina, y el neuropéptido Y) modifican la función renal (fig. 23.6). La noradrenalina aumenta la reabsorción de sodio directamente a través de la activación de la Na+/K+-ATPasa e indirectamente a través de la estimulación del sistema renina- angiotensina (fig. 23.7). El incremento de la actividad simpática renal ha sido señalado como uno de los contribuyentes más importantes de la compleja fisiopatología de la hipertensión. Por otra parte, la denervación renal provoca un descenso de la presión arterial. Sistemas de transporte de membrana en el riñón Na*/K*-ATPasaLa actividad de la Na+/K+-ATPasa en el riñón es varios miles de veces mayor que en otros tejidos. Su función principal en el riñón es reabsorber sodio, catalizando la salida de sodio al líqui do intersticial. Hay una estrecha relación entre la cantidad de Na+/K+-ATPasa y la capacidad de reabsorción del sodio de los diferentes segmentos de la nefrona. En las células tubulares renales, tubular al agua controlada por vasopresina Fig. 4 Reabsorción de sodio en los túbulos renales. MásCdelC80%delC sodioCfiltradoCseCreabsorbeCactivamenteCenCelCtúbuloCproximal.CElC sodioCyCelCcloroCseCreabsorbenCenClaCramaCascendenteCdelCasaC deCHenle.CEnCelCtúbuloCdistalCactúaCunCmecanismoCdiferente,CenC elCqueClaCreabsorciónCdeCsodioCesCestimuladaCporClaCaldosterona yC seC combinaC conC laC secreciónC deC hidrógenoC yC potasio.C LaC aldosteronaC provocaC retenciónC deC sodioC yC aumentoC deC laC excreciónCdeCpotasio. al igual que en las células epiteliales que reabsorben sodio, la Na +/K+-ATPasa está presente en la membrana basolateral. Su actividad en la nefrona está controlada por una serie de hormo nas, y en particular por la aldosterona, la angiotensina II y los neurotransmisores noradrenalina y dopamina (cap. 24). En los seres humanos, los riñones absorben cerca de 18 moles de sodio al día y utilizan unos 6 moles de ATP para este proceso. De este modo, la Na+/K+-ATPasa es un transductor de energía que convierte la energía metabólica en gradientes iónicos. Sistema de transporte de sodio en los túbulos renales La reabsorción de sodio se produce a lo largo de la nefrona, salvo en la rama descendente del asa de Henle. La fuerza impulsora para la reabsorción de sodio y otros solutos es el gradiente electroquímico generado por la Na+/K+-ATPasa en la membrana basolateral de las células tubulares. El transporte de sodio a través de la membrana celular, al igual que sucede para otras moléculas polares, exige la implicación de proteínas de membrana específicas. El conocimiento de los sistemas de transporte renal explica la acción de los diuréticos En el túbulo proximal, el sodio entra en la célula desde el lado luminal a través del intercambiador de sodio e hidrógeno (NHE3), Fig. 5 Gestión renal del agua. LaCpermeabilidadCdeC lasC paredesC tubularesCalCaguaCesCdiferenteCaCloClargoCdeClaCnefrona.CCercaCdelC80%C delCaguaCfiltradaCseCreabsorbeCenCelCtúbuloCproximalCmedianteCreabsorciónC isoosmótica.CLaCramaCascendenteCdelCasaCdeCHenleCesCimpermeableCalC agua.CEnCelCconductoCcolector,ClaCvasopresina controlaClaCreabsorciónC deCaguaCmedianteClosCcanalesCdeCacuaporinasC(cap.C24). a través de canales iónicos y mediante cotransportadores con glu cosa, fosfatos y aminoácidos. El cotransportador de sodio y bicar bonato (conocido como NBC1) está en la membrana basolateral. En la ram a ascendente delgada del asa de Henle, el sodio se desplaza hacia el interior celular a través del cotransportador de sodio-potasio-cloro (conocido como NKCC2), que es inhibido por furosemida. En este segmento, los iones de potasio son se gregados hacia la luz a través del canal rectificador de potasio sensible al ATP. En el túbulo distal, la reabsorción de sodio implica al cotrans portador de sodio-cloro (NCC), sensible a tiazida. En el conducto colector, los iones de sodio se reabsorben a través del canal epitelial de sodio sensible a amilorida (ENaC). La aldosterona, a través del receptor mineralocorticoide, estimula la expresión del ENaC y la actividad de la Na+/K+-ATPasa. El diurético espironolactona es el antagonista farmacológico de la aldos terona. La reabsorción de sodio impulsa a su vez el movimiento del agua. Los inhibidores de la reabsorción del sodio, como los diuréticos tia- zídicos (hidroclorotiazida), los diuréticos de asa (p. ej., furosemida, torasemida), amilorida y espironolactona, se utilizan ampliamente en la práctica clínica para inducir natriuresis y diuresis. [ n a] Vaso sanguíneo I Estimulación de la Na+/K+-ATPasa ̂VasocOTstricción j ̂Liberadó^de renina j Disminución del flujo sanguíneo cortical Âctivación del SRAAj Aumento de la reabsorción de sodio t : Âumento de la presión arteriaP aiR PLCpjGq^ Fig. 23.6 Efectos renales de la noradrenalina. Los riñones tienen una densa inervación simpática, que finaliza en los vasos sanguíneos, el aparato yuxtaglomerular y los túbulos renales. La estimulación de los nervios simpáticos renales provoca la liberación de noradrenalina, con lo cual aumenta la secreción de renina por la activación de los receptores adrenérgicos 0 , y aumenta la reabsorción renal de sodio por la activación de los receptores a 1B y la Na7K+-ATPasa tubular, y disminuye el flujo sanguíneo renal por la activación de los receptores adrenérgicos a 1A. En conjunto, la activación de los receptores adrenérgicos renales conduce a un aumento de la presión arterial. NA, noradrenalina; SRAA, sistema renina-angiotensina-aldosterona. Reabsorción de glucosa Normalmente, el promedio de la concentración plasmática de glu cosa ronda los 5 mmol/1 (~ 100 mg/dl), y cada día se filtran aproxi madamente 200 gramos de glucosa por el riñón. En los individuos sanos, toda la glucosa filtrada se reabsorbe hacia la circulación y la orina está libre de glucosa. La reabsorción de la glucosa desde el filtrado en los túbulos contorneados proximales sucede gracias a la colaboración de los cotransportadores de sodio y glucosa (SGLT). Hay dos proteínas cotransportadoras de glucosa dependientes del sodio: el SGLT2 es un transportador de gran capacidad y baja afinidad que reabsorbe el 90% de la glucosa filtrada, y el SGLT1 es un cotransportador de baja capacidad y gran afinidad. El trans porte de glucosa mediado por los SGLT es un proceso activo en el que se utiliza energía procedente del gradiente electroquímico de sodio mantenido por la Na+/K+-ATPasa. La glucosa reabsorbida hacia las células epiteliales tubulares a través de los SGLT se libera a la circulación mediante transportadores de glucosa específicos (GLUT-1 y GLUT-2) localizados en las membranas basolaterales. La reabsorción de la glucosa filtrada aumenta linealmente hasta que se supera la capacidad máxima de los túbulos (TmáJ El punto de saturación del sistema de transporte, conocido como umbral renal, se alcanza cuando la concentración plasmática o- c DAG + IP3 X Ca2+ II-Na+/K+- ATPasa >LC jG fP DiR Fig. 23.7 La noradrenalina y la dopamina regulan la reabsorción de sodio en el túbulo renal proximal. La noradrenalina y la dopamina controlan la Na+/K+-ATPasa. La noradrenalina estimula la Na+/K+-ATPasa a través de los receptores adrenérgicos a 1B y, a través de las proteínas G, estimula la fosfolipasa Cp y la proteína cinasa Cp, dando lugar a fos forilación enzimática y a su translocación hasta la membrana celular. Por otra parte, la dopamina inhibe la Na+/K+-ATPasa. La dopamina se une a sus receptores y, a través de las proteínas G, estimula la fosfolipasa C, la cual activa a su vez la proteína cinasa C{. La PKQ fosforila la Na7 K+-ATPasa de membrana e induce su translocación hasta el citoplasma. otíR, receptores adrenérgicos a 1B; DA, dopamina; D,R, receptor 1 de la dopamina; NA, noradrenalina; PKCp, proteína cinasa Cp; PKCÍ( proteína cinasa G . de glucosa es de 11,0 mmol/1 (198 mg/dl) en adultos sanos. Por encima de dicha concentración, disminuye el porcentaje de glu cosa filtrada que se reabsorbe y aparece glucosuria. Este umbral disminuye en pacientes con un cuadro infrecuente conocido como glucosuria renal familiar, causado por una serie de mutaciones del gen SLC5A2, que codifica al SGLT2. Dependiendo de la natura leza de las mutaciones, los individuos afectados muestran grados de glucosuria variables. En las formas más graves pueden perder más de 10 0 gramos de glucosa al día por la orina. Gestión renal de los aminoácidos La concentración plasmática total de aminoácidos en los seres humanos es aproximadamente de 2,5 mmol/1 (~ 25 mg/dl). Los aminoácidosplasmáticos libres se filtran en los glomérulos renales (aproximadamente 50 gramos al día). Paralelamente, los aminoá cidos son transportados hacia el interior de las células renales, donde se metabolizan. Por ejemplo, la glutamina, transportada a través de las membranas luminal y basolateral, se desamina por la glutaminasa. El producto de esta reacción, el amoníaco, se secre ta a la luz tubular, donde amortigua al ion de hidrógeno (cap. 25). En el riñón, la glutamina es un sustrato para la gluconeogénesis. La reabsorción casi completa de los aminoácidos filtrados es una función de transporte fundamental del túbulo proximal. Su transporte transepitelial desde la luz tubular, a través de la célula y hacia la circulación, está impulsado por el gradiente electroquí mico de sodio. En la membrana luminal de las células tubulares hay tres tipos de cotransportadores de aminoácidos dependientes CONCEPTOS CLÍNICOS LOS DIURÉTICOS SE USAN PARA TRATAR EL EDEMA, LA INSUFICIENCIA CARDÍACA Y LA HIPERTENSIÓN Los diuréticos son fármacos que estimulan la excreción de agua y sodio. Los diuréticos tiazídicos, como la bendrofluazida, disminuyen la reabsorción de sodio en los túbulos distales al bloquear el cotrans- porte de sodio y cloruro. Los diuréticos de asa, como la furosemida, inhiben la reabsorción de sodio en la rama ascendente del asa de Henle. La espironolactona, un diurético ahorrador de potasio, es un inhibidor competitivo de la aldosterona: inhibe el intercambio de sodio y potasio en los túbulos distales y disminuye la excreción de potasio. Puede inducirse diuresis osmótica administrando un azúcar alcohol, como el manitol. El efecto neto del tratamiento con diuréticos es incrementar el volumen de orina y la eliminación de sodio y agua. Los diuréticos son importantes en el tratamiento del edema asociado a problemas circulatorios como la insuficiencia cardíaca, en la que el deterioro de la función cardíaca puede conducir a disnea intensa secundaria a edema pulmonar. También son fármacos importantes para el tratamiento de la hipertensión. de sodio (pertenecientes a la familia de transportadores de solu tos; SLC): uno para am inoácidos neu tros (glicina, alanina, prolina), uno para aminoácidos ácidos (glutamato, aspartato) y uno para am inoácidos básicos (cistina, arginina, ornitina, lisina). El transporte hacia el exterior de las células implica la actuación tanto de transportadores como de antiportadores (estos últimos pertenecientes también a la familia SLC). Un aminoácido concreto puede ser transportado por más de un transportador, proporcionando capacidad de respaldo si el transportador está parcialmente deteriorado. El aumento de la excreción urinaria de aminoácidos puede deberse a mutaciones en genes que codifican un transportador de aminoácidos concreto, como sucede en la cistinosis. En condiciones normales, en la orina sólo hay pequeñas can tidades de aminoácidos (0,7 g/24 h). Cada sustancia, que se re absorbe en los túbulos renales, tiene su transporte renal máximo (Tmáx) propio. El Tmáx puede superarse cuando la cantidad de sus tancia filtrada aumenta tanto que no puede gestionarse, o cuando las células tubulares no funcionan correctamente. De este modo, la aminoaciduria puede deberse a la acumulación de aminoácidos como fenilalanina, leucina, isoleucina, y valina en el plasma, o a alteración de la función tubular. La aminoaciduria también puede ser un síntoma de afectación del túbulo proximal (síndrome de Fanconi). Gestión renal del fosfato La homeostasis del fosfato inorgánico (Pi) depende fundamen talmente del equilibrio entre la absorción intestinal de Pi y su excreción urinaria. La adaptación de la gestión renal del Pi en función del contenido cambiante de Pi en la dieta también está de sobra documentada. La gestión renal del Pi está regulada por factores hormonales y no hormonales. Los cambios en la excreción urinaria del Pi suelen deberse a cambios en la actividad del sistema de transporte tubular renal. Aproximadamente el 90% de los fosfatos plasmáticos son ultrafiltrables en los glomérulos (el 10% del Pi está unido a la albúmina plasmática). La reabsorción del Pi filtrado sucede en los túbulos proximales, y en parte en los distales. El transporte de Pi a través de las células tubulares depende de la magnitud del gradiente de sodio formado por la Na+/K+-ATPasa en la membrana basolateral. Sin embargo, el factor limitante para el transporte de Pi es la abundancia de proteínas de transporte de membrana específicas. El transporte de Pi a través de la membrana del borde en cepillo de los túbulos proximales renales está mediado por dos proteínas de cotransporte de Pi dependientes del Na+, la NaPi-IIa y la NaPi-üc (la NaPi-üb también es muy abundante en la membrana del borde en cepillo del intestino delgado). La Na-Pi lia es electrogénica, porque el transporte de un ion de Pi divalente se asocia a tres iones de sodio (3Na+:HP042_). La NaPi-üc, por el contrario, es elec- troneutra y combina dos iones de sodio con un ion de Pi divalente (2Na+:HP042_). La expresión de la NaPi-IIa y la NaPi-üc ajusta la reabsorción renal del Pi a las necesidades del organismo. Por ejem plo, la restricción de la ingesta dietética de Pi aumenta la cantidad de proteínas NaPi-IIa y NaPi-IIc en la membrana luminal. Por el contrario, una dieta rica en Pi conduce a una disminución de la expresión del transportador. La expresión de membrana de la NaPi-IIa está regulada por la hormona paratiroidea (PTH). Los receptores de la PTH se localizan tanto en la membrana basolateral como en la luminal de las células tubulares. La PTH activa la adenilato ciclasa a través de receptores localizados en la membrana basolateral y aumenta la cantidad de AMP cíclico intracelular. El AMPc, a su vez, activa la proteína cinasa A, que fosforila al transportador NaPi-IIa, dando lugar a internalización (cambio hacia el citosol). Además, la PTH fosforila la NaPi-IIa por la fos- folipasa C y la proteína cinasa C a través de la unión a receptores luminales, y, de nuevo, conlleva a la internalización posterior del transportador NaPi-IIa. Todo esto da lugar a una disminución de la disponibilidad de transportadores para el Pi filtrado, con lo que aumenta su excreción urinaria. Transporte de fármacos mediante transportadores de aniones orgánicos El riñón elimina productos de desecho mediante filtración y se creción hacia el líquido tubular. También elimina xenobióticos hi drosolubles, como fármacos y sus metabolitos. El transporte tiene lugar en los túbulos proximales y está facilitado por transportado res tubulares específicos de cada sustrato. Los más importantes son los transportadores de aniones orgánicos (OAT), que pertenecen a las familias de los transportadores del tipo ATP-binding cassette (ABC) o de los transportadores de solutos (SLC). Los transp ortadores ABC son proteínas transmembrana que utilizan la energía de la hidrólisis del ATP para transportar diferentes sustratos a través de las membranas, como metabo litos, iones inorgánicos, lípidos, esteróles, péptidos y fármacos. La clasificación de los transportadores ABC se basa en su se cuencia de aminoácidos y en la organización del dominio ABC CONCEPTOS CLÍNICOS TRASTORNOS HEREDITARIOS DEL TRANSPORTE EN LA NEFRONA El síndrome de Gitelman es el resultado de mutaciones inactivado- ras en el gen que codifica el cotransportador de sodio-cloruro sensible a tiazidas (gen SLC12A3). Es un trastorno autosómico recesivo. Los individuos homocigóticos suelen estar normotensos. Las anomalías bioquímicas observadas son similares a los efectos secundarios in ducidos por las tiazidas (p. ej., alcalosis metabólica hipoclorémica, hipopotasemia, hipocalciuria y, a veces, hipomagnesemia). El síndrome de Bartter es un grupo de defectos hereditarios en el transporte iónico a lo largo de la rama ascendente gruesa del asa de Henle. El síndrome de Bartter neonatal está ligado a lamutación en el gen del cotransportador de sodio-potasio-cloro sensible a la furosemida (SLC12A2) o el gen del canal de potasio de la rama ascendente gruesa del asa de Henle (ROMK/KCNJ1). El síndrome de Bartter clásico se debe a una mutación en el gen del canal para el cloruro (CLCNKB). Los síntomas clínicos consisten en poliuria y polidipsia; también hay hipopotasemia y alcalosis. La cistinosis es resultado de mutaciones inactivadoras autosó- micas recesivas en los genes SLC3A1 o SLC79A relacionados con el transporte de aminoácidos dibásicos. El SLC3A1 codifica el transpor tador de aminoácidos dibásicos (rBAT), que forma un heterodímero con el producto génico del SLC7A9 (BO, +AT1). En efecto, hay un almacenamiento liposómico de cistina, que, junto con el deterioro de la función del túbulo proximal, conduce a una disminución de la reabsorción de glucosa y fosfato. Los transportadores ABC se expresan en diversos órganos, como riñones, hígado e intestino, y desempeñan un papel en la resistencia tumoral, la fibrosis quística (cap. 1 0 ) y otras enfermedades hereditarias, así como en el desarrollo de la resistencia a numerosos fármacos (como colchicina). La competición de los fármacos por los transportadores puede dar lugar a efectos tóxicos. La superfamilia SLC comprende más de 300 proteínas con la capacidad para intercambiar iones orgánicos extracelulares por iones intracelulares. Los transportadores SLC se subdividen en transportadores de iones orgánicos (OCT, como nicotina, quinina), transportadores de aniones orgánicos (OAT, como lactato y succinato) y transportadores de zwitteriones/cationes orgánicos (OCTN). Estas proteínas se expresan en las membranas basolateral y luminal de varios tejidos epiteliales, como el hígado y el riñón. Orina Los riñones excretan de 0,5 1 a más de 101 de orina al día; el vo lumen promedio diario es de 1-21. El volumen mínimo necesario para eliminar los productos del metabolismo (principalmente nitrógeno excretado como urea) es de unos 0 ,5 1/24 h. La os- molalidad del filtrado glomerular es de cerca de 300 mmol/1 y la osmolalidad de la orina varía entre ~ 80 y 1 .200 mmol/1. De esta forma, la concentración máxima de orina es aproximadamente cuatro veces mayor. Inversamente, para excretar el exceso de agua, la orina se puede diluir por debajo de la osmolalidad del plasma. El análisis de la orina puede proporcionar una gran cantidad de información importante desde el punto de vista clínico El análisis de orina realizado en los laboratorios clínicos incluye la determinación de proteínas, glucosa, cuerpos cetónicos, bili rrubina y urobilinógeno e indicios de sangre. La determinación de la osmolalidad urinaria valora la capacidad concentradora del riñón. La orina también se analiza para comprobar la presencia de leucocitos y de diversos cristales y depósitos. Las investigaciones especializadas incluyen el análisis de aminoácidos, hormonas y otros metabolitos en orina. Normalmente sólo se detectan trazas de proteínas en la ori na. Éstas aumentan cuando los glomérulos están lesionados; la presencia de cantidades significativas de proteína en orina es un signo importante de nefropatía. Incluso una cantidad mínima de albúmina en orina (microalbuminuria) predice el desarrollo de nefropatía diabética (cap. 21). Las proteínas de mayor tamaño, como las inmunoglobulinas, aparecen en la orina cuando el daño es más extenso: las cadenas ligeras de inmunoglobulina (proteína de Bence-Jones) se hallan presentes en la orina en el mieloma múltiple (cap. 4). En la anem ia hem olítica, la orina puede contener hemoglobina libre y urobilinógeno. La presencia de mioglobina es un marcador de lesión muscular (rabdomiólisis). La determinación de glucosa y cuerpos cetónicos en la orina es importante en la valoración del control glucémico en los pacientes diabéticos (cap. 21). Las determinaciones de urobilinógeno y bilirrubina en la orina ayudan a valorar la función hepática (cap. 29). VA LO RACIÓN DE LA FUNCIÓN RENAL La tasa de filtrado glom erular es la característica más importante que describe la función del riñón El aclaramiento renal es el volumen de plasma (en mi) que el riñón depura de una sustancia concreta cada minuto. La tasa de filtrado glomerular (TFG) es la característica más importante que describe la función renal. La TFG puede determinarse mi diendo el aclaramiento de una sustancia, como el polisacárido inulina, que ni se secreta ni se reabsorbe en los túbulos renales. La cantidad de inulina filtrada a partir del plasma (es decir, su concentración plasmática, P¡n, multiplicada por la TFG) es igual a la cantidad recuperada en orina (es decir, su concentración urinaria, Um, multiplicada por la velocidad de la formación de orina, V). PinxTFG=Uinx F ( !) A partir de esto, calculamos la TFG: TFG=l7inxV7Pin (2 ) La TFG promedio es de 120 ml/min en los varones y de 100 ml/min en las mujeres. El aclaramiento renal de inulina es igual a la TFG. La urea y la creatinina séricas son pruebas de primera línea en el diagnóstico de la enfermedad renal Administrar inulina por vía intravenosa cada vez que se desea valorar la TFG no resulta práctico. En la práctica clínica, en su lugar se emplea el aclaramiento de creatinina. La creatinina deriva de la fosfocreatina del músculo esquelético Su aclaramiento es similar al de la inulina. Aunque se reabsorbe algo de creatinina en los túbulos renales, esto se ve compensado por una secreción tubular equivalente. Para calcular el aclara miento de creatinina se requieren una muestra de sangre y una muestra de orina recogida durante 24 horas. Primero se determi nan las concentraciones de creatinina en el plasma (Pcre) y en la orina (Uo-e). La tasa de excreción urinaria se calcula dividiendo el volumen de orina entre el tiempo de recogida (v. antes). Des pués se calcula el aclaramiento de creatinina de acuerdo con la siguiente fórmula: Aclaramiento de creatinina= UGe x V / PCre La concentración sérica de creatinina es de 20-80 mmol/1 (0,28- 0 ,90 mg/dl). El aumento en la concentración sérica de creatinina refleja la disminución de la TFG: la concentración de creatinina en plasma se duplica cuando la TFG disminuye un 50%. Otra prueba empleada para valorar la función renal es la determinación de la urea en suero. Sin embargo, y dado que la urea es un producto fi nal del catabolismo proteico, su concentración en plasma depende 0 Reacción no enzimática en el músculo -0 —P—0 HN. ^NH > C r ° C 0 0 “ C reatina fosfato Creatinina 500- sérica (jimol/l) 400- 300 - 200 - 100- Fig. 8 Las concentraciones séricas de urea y creatinina sonC marcadores importantes de la función renal. ElCpanelCsuperiorCmues traClaCconversiónCdeClaCfosfocreatinaCmuscularCenCcreatinina.CLaCpérdidaC deCunC50%CdeClasCnefronasCprácticamenteCduplicaClaCconcentraciónC séricaCdeCcreatinina. también de factores como la ingesta dietética de proteínas y la velocidad del catabolismo tisular. En la práctica clínica, la urea y la creatinina séricas son prue bas de primera línea en el diagnóstico de la insuficiencia renal (fig. 23 .8). La insuficiencia renal da lugar a una disminución del volumen de orina y del aclaramiento de creatinina, y a un aumento de la urea y la creatinina séricas. Recientes refinamien tos en las pruebas de laboratorio incluyen la estandarización de las determinaciones de creatinina mediante métodos empleados en laboratorios clínicos que se pueden comparar con el méto do de referencia, que es la espectrometría de masas con dilución de isótopos. La concentración de cistatina C es otro marcador de la TFG La cistatina C es una proteína de 122 aminoácidos y 13 kDa que pertenece a la familia de los inhibidores de la cisterna proteinasa. Es producto de un gen de control estructural que se expresa en todas las células nucleadas, y se produce a un ritmo constante. Debido a su pequeño tamaño y a su punto isoeléctrico básico, la cistatinaC se filtra libremente a través del glomérulo. No se secreta por los túbulos y, aunque se reabsorbe, posteriormente es catabo- lizada y, por tanto, no regresa al plasma. Su concentración no se altera significativamente con la edad y, por tanto, es un marcador preferencial de la TFG en los niños. Otros factores independientes de la TFG, como los fenómenos inflamatorios, pueden afectar a la concentración sérica de cistatina C. La lipocaína de los neutrófilos asociada a la gelatinasa es un biomarcador novedoso de lesión renal aguda La lipocaína de los neutrófilos asociada a la gelatinasa (NGAL) es una proteína de 25 kDa y 178 aminoácidos que pertenece a la familia de la lipocaína (del griego lipos, ‘grasa, sebo’, y de calyx, ‘copa’). Esta proteína es producida en varias células epiteliales (riñón, hígado, pulmón, intestino) y en los mielocitos, y es un componente de la inmunidad innata. También desempeña un pa pel en la remodelación tisular, especialmente después de la hetero- dimerización con la metaloproteinasa 9 (MMP-9, colagenasa IV). La síntesis y la secreción de NGAL hacia el torrente sanguíneo aumen tan inmediatamente después de una lesión tisular. La NGAL sérica se filtra libremente a través de los glomérulos y se reabsorbe en los túbulos proximales. El valor sérico creciente de NGAL durante una lesión renal aguda puede reflejar una dis minución de la TFG. Aunque la fuente principal de NGAL urinaria es la nefrona distal, una pequeña fracción puede proceder de la reserva filtrada, escapando de la reabsorción tubular, debido a una lesión proximal. En estudios recientes se ha demostrado un nexo cuantitativo entre el estrés celular, la expresión de NGAL en el riñón y la ex creción de NGAL en la orina. Las células en la nefrona distal se activan para expresar la NGAL a las pocas horas de una lesión (p. ej., por isquemia, hipoxia o toxicidad farmacológica) antes de que se afecte otro segmento de la nefrona. La NGAL urinaria también está siendo estudiada como signo del estadio inicial de la lesión renal aguda, antes de que sean evidentes las anomalías clínicas. Las limitaciones de las determinaciones de NGAL urinaria como biomarcador de una lesión renal aguda son la posibilidad de verse afectado por una nefropatía crónica simultánea, por inflamación renal y por infecciones del tracto urinario. CONCEPTOS CLÍNICOS VARÓN DE 25 AÑOS INGRESADO DESPUÉS DE UN ACCIDENTE DE MOTOCICLETA: INSUFICIENCIA RENAL AGUDA Un varón de 25 años ingresó en el hospital inconsciente después de un accidente de motocicleta. Mostraba signos de shock con hipo tensión y taquicardia, una fractura del cráneo y múltiples lesiones en las extremidades. A pesar del tratamiento con coloides intravenosos y sangre, mostraba una oliguria persistente (diuresis de 5-10 ml/h; la oliguria es <20 ml/h). Al tercer día, su concentración de creatinina sérica había aumen tado hasta 300 |xmol/l (3,9 mg/dl) y su concentración de urea hasta 21,9 mmol/l (132 mg/dl). La TFGe era de 22 ml/m¡n/1,73m2. Los valores de referencia son: Creatinina sérica: 20-80 p,mol/l (0,23-0,90 mg/dl). Urea sérica: 2,5-6,5 mmol/l (16,2-39 mg/dl). Tasa de filtrado glomerular estimada (TFGe): véase la tabla 23.2. Comentario. Este joven había desarrollado insuficiencia renal aguda secundaria a necrosis tubular aguda como consecuencia del shock hipovolémico. Posteriormente se sometió a hemofiltración de urgen cia. La función renal empezó a recuperarse al cabo de 2 semanas con un incremento inicial del volumen de orina, en la denomina «fase diurética». TFG e stim ad a (TFGe) El aclaramiento de creatinina cambia con la edad, la superficie corporal y el sexo, y también varía con la raza. Además, la relación entre la TFG y la concentración de creatinina puede diferir entre la población sana y los pacientes con nefropatía. En la práctica actual, los valores de TFG están ajustándose mediante fórmulas que incluyen, aparte de la concentración de creatinina, factores como edad, sexo, peso y raza. Ecuaciones diferentes proporcionan estimaciones útiles de la TFG: en los adultos, las ecuaciones utilizadas son las elaboradas por el Modification of Diet in Renal Disease Study Group (MDRD) y la ecuación de Cockcroft-Gault; en los niños se usan las ecuaciones de Schwartz y Counahan-Barratt. La denominada «ecuación MDRD abreviada» consta de cuatro variables: creatinina sérica, edad, sexo y raza. La ecuación MDRD original de seis variables constaba de albúmina sérica y urea sérica, aparte de las otras cuatro citadas. Una descripción detallada de estas ecuaciones se escapa del objetivo de este capítulo; se remite al lector a la sección de Lecturas recomendadas. Las ecuaciones de la TFGe son útiles para la detección del de terioro renal. Se recomienda calcular la TFGe con fines de identi ficación y clasificación, así como cribado y monitorización de la nefropatía crónica. La gravedad de la nefropatía crónica se clasifica en cinco estadios (tabla 23.2). No obstante, hay que señalar que en los individuos con una ingesta dietética excepcional (veganos, vegetarianos, suplementos de creatinina) o con una masa muscular anormal (secundaria a amputación, malnutrición, atrofia muscular) debería seguir valo rándose la función renal midiendo el aclaramiento de creatinina. CONCEPTOS CLÍNICOS LA DIABETES CONDUCE A MENUDO A DETERIORO DE LA FUNCIÓN RENAL UnaCmujerCdeC37CañosCconCunChistorialCdeC12CañosCdeCdiabetesCtipoC1C acudióCaCunaCconsultaCdeCrutinaCaCsuCclínicaCdeCdiabetes.C ElCcontrolC deCsuCglucemiaCeraCdeficienteCyClaChemoglobinaCglucosiladaC(HbA1c)C eraCdelC8 %C (64C mmol/mol).C LaCpresiónCarterialCestabaC ligeramenteC elevada,CconCcifrasCdeC145/88CmmHg.C UnaCdeterminaciónCcuantita tivaCdeCalbúminaCenCorinaCrevelóCunaCconcentraciónCdeCproteínasCdeC 5Cmg/mmolCdeCcreatinina,C loCqueC indicabaC microalbuminuria.C LosC valoresCdeCreferenciaCson: HbA1c: valorCdeseableCporCdebajoCdelC7%C (53Cmmol/mol).C Microalbúmina en orina: menosCdeC3,5C mg/mmolCdeCcreatinina. Comentario. EstaCpacienteCpadecíaCunaCdisfunciónCrenalCleveCyC elevaciónCdeClaCpresiónCarterialCcomoCconsecuenciaCdelCdañoCglome rularCprovocadoCporClaCdiabetes.CLaCpresenciaCdeCmicroalbuminuriaC pronosticaCunaCnefropatíaCdiabéticaCfrancaCenCelCfuturo. Tabla 2 Estadificación de la nefropatía crónica Estadio Descripción TFGe (ml/min/1,73 m2) 1 Función renal normal, pero datos de la orina o anomalías estructurales del riñón* >90 2 TFG ligeramente disminuida 60-89 3 Descenso moderado de la TFG 30-59 4 Descenso intenso de la TFG 15-29 5 Insuficiencia renal terminal o diálisis <15 La gravedad de la nefropatía se clasifica en cinco estadios. Los valores de TFGe en esta clasificación se han obtenido de la ecuación MDRD abreviada. *Proteinuria, albuminuria, hematuria de al menos 3 meses y/o anomalías estructurales. Referencia: KDOQI Normas de práctica clínica para la nefropatía crónica: evaluación, clasificación y estratificación (v. detalles en Lecturas recomendadas). Kidney Disease Outcome Quality Initiative, Am J Kidney Dis 39(suppl. 1):S1-S266, 2002. RESUMEN ■ Los riñones mantienen la homeostasis hidroelectrolítica y, por tanto, desempeñan un papel crucial en la regulación de la composición y el volumen del líquido extracelular. La gestión del sodio por parte del riñón es también uno de los determinantes fundamentales de la presión arterial. ■ Los riñones están expuestos a estrés mecánico inducido por la hipertensión, la hipoglucemia y diversas
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