Regulación de los líquidos corporales - fisiología - imprescindible competidores/preparadores

Resulta llamativa la relativa constancia de los líquidos corpo­rales ya que hay un intercambio continuo de líquido y solutos con el ambiente externo, así como dentro de los diferentes compartimientos del cuerpo.

Ingestión diaria de agua

El agua ingresa en el cuerpo a través de dos fuentes principa­les:

  1. se ingiere en forma de líquidos o agua del alimento, y
  2. se sintetiza en el cuerpo como resultado de la oxi­dación de los hidratos de carbono.

La ingestión de agua es muy variable entre las diferentes personas e incluso dentro de la misma persona en diferentes días en función del clima, los hábitos e incluso el grado de actividad física.

Pérdida diaria de agua corporal

Pérdida insensible de agua

Parte de las pérdidas de agua no pueden regularse de manera precisa. Por ejemplo, hay una pérdida continua de agua por evaporación de las vías res­piratorias y difusión a través de la piel, lo que juntas son res­ponsables de alrededor de 700 ml/día de pérdida de agua en condiciones normales. A esto se le denomina pérdida insensible de agua porque no somos conscientes de ella, aunque se pro­duzca continuamente en todos los seres humanos vivos.
La pérdida insensible de agua a través de la piel es inde­pendiente de la sudoración y está presente incluso en perso­nas que nacen sin glándulas sudoríparas; la pérdida media de agua por difusión a través de la piel es de unos 300-400 ml/día. Esta pérdida la minimiza la capa cornificada llena de colesterol de la piel, que constituye una barrera contra la pérdida excesiva por difusión.
Cuando la capa cornificada se pierde, como ocurre en las quemaduras extensas, la intensidad de la evaporación puede aumentar hasta 10 veces, hasta unos 3-5 L/día. Por esta razón, las víctimas de quemaduras deben recibir grandes cantidades de líquido, habitualmente por vía intravenosa, para equilibrar su pérdida.
La pérdida insensible de agua a través de la vía respirato­ria es de unos 300-400 ml/día. A medida que el aire entra en la vía respiratoria, se satura de humedad hasta una presión de agua de unos 47 mmHg hasta que se espira. Como la presión de vapor del aire inspirado suele ser menor de 47 mmHg, el agua se pierde continuamente a través de los pulmones con la respiración.
En el clima frío, la presión de vapor atmos­férica se reduce a casi 0, lo que provoca una pérdida pul­monar de agua incluso mayor a medida que la temperatura se reduce. Esto explica la sensación de sequedad en las vías respiratorias en el clima frío.

Pérdida de líquido en el sudor

La cantidad de agua perdida por el sudor es muy variable dependiendo de la activi­dad física y de la temperatura ambiental. El volumen de sudor es normalmente de unos 100 ml/día, pero en un clima muy cálido o durante el ejercicio intenso, la pérdida de agua en el sudor aumenta en ocasiones hasta 1-2 L/h. Esto vaciaría rápi­damente los líquidos corporales si la ingestión no aumentara mediante la activación del mecanismo de la sed .

Pérdida de agua en las heces

Sólo se pierde normal­mente una pequeña cantidad de agua (100 ml/día) en las heces. Esto puede aumentar a varios litros al día en personas con dia­rrea intensa. Por esta razón la diarrea intensa puede poner en peligro la vida si no se corrige en unos días.

Pérdida de agua por los riñones

El resto del agua perdida se excreta en la orina por los riñones. Hay múltiples mecanis­mos que controlan la intensidad de la producción de orina. De hecho, el medio más importante por el que el cuerpo mantiene un equilibrio entre los ingresos y las pérdidas, así como el equili­brio entre el ingreso y la salida de la mayoría de los electrólitos en el cuerpo, es controlando la intensidad con la que los riño­nes excretan estas sustancias. Por ejemplo, el volumen de orina puede ser tan sólo de 0,5 l/día en una persona deshidratada o tan alta como de 20 l/día en una persona que ha bebido cantidades enormes de agua.
Esta variabilidad en la ingestión también es cierta para la mayoría de los electrólitos del cuerpo, como el sodio, el cloro y el potasio. En algunas personas, la ingestión de sodio puede ser tan sólo de 20mEq/día, mientras que en otros puede ser tan alta como de 300-500 mEq/día. Los riñones se enfrentan a la tarea de ajustar la intensidad de la excreción de agua y electrólitos para que se equipare de manera precisa con la ingestión de estas sustancias, así como de compensar las pérdidas excesivas de líquidos y electrólitos que se producen en ciertos estados morbosos.

Compartimentos del líquido corporal

El líquido corporal total se distribuye sobre todo entre dos compartimientos: el líquido extracelular y el líquido intracelular.
El líquido extracelular se divide en el líquido intersticial y el plasma sanguíneo.Existe otro pequeño compartimiento de líquido que se denomina líquido transcelular. Este compartimiento com­prende el líquido de los espacios sinovial, peritoneal, pericárdico e intracelular, así como el líquido cefalorraquídeo; suele considerarse un tipo especializado de líquido extrace­lular, aunque en algunos casos su composición puede diferir de forma acentuada de la del plasma o de la del líquido intersticial. Todos los líquidos transcelulares constituyen alrede­dor de 1 a 2 L.

En el varón adulto medio de 70 kg, el agua corporal total es alrededor del 60% del peso corporal o unos 42 L. Este por­centaje puede cambiar dependiendo de la edad, el sexo y el grado de obesidad. A medida que una persona envejece, el porcentaje del agua corporal total que es líquido se reduce gradualmente. Esto se debe en parte al hecho de que el enve­jecimiento suele acompañarse de un aumento del porcentaje del peso corporal que es grasa, lo que reduce el porcentaje de agua en el cuerpo.
Debido a que las mujeres tienen normalmente más grasa corporal que los varones, sus promedios totales de agua en el organismo son aproximadamente de un 50% del peso corporal. En bebés prematuros y neonatos, el agua total en el organismo está situada en el 70-75% del peso corporal. Luego, cuando se comenten los compartimientos «medios» de líquido corporal, deberemos tener en cuenta que hay varia­ciones dependiendo de la edad, el sexo y el porcentaje de grasa corporal.

Compartimento del líquido intracelular

Alrededor de 28 a 42L de líquido corporal están dentro de los 100 billones de células y se le denomina en conjunto líquido intracelular.
Luego el líquido intracelular constituye alrede­dor del 40% del peso corporal total en una persona «media».El líquido de cada célula contiene su mezcla individual de diferentes constituyentes, pero las concentraciones de estas sustancias son similares de una célula a otra. De hecho, la composición de los líquidos celulares es muy similar incluso en animales diferentes, desde los microorganismos más pri­mitivos a los seres humanos. Por esta razón, el líquido intra­celular de todas las células juntas se considera un solo gran compartimiento de líquido.

Compartimento del líquido extracelular
Todos los líquidos del exterior de las células se denominan en conjunto líquido extracelular. Todos estos líquidos constituyen alrededor del 20% del peso corporal, o unos 14L en un varón adulto normal de 70 kg.
Los dos compartimientos más grandes del líquido extracelular son el líquido intersticial, que se supone hasta más de tres cuartas partes (11L) del líquido extracelular, y el plasma, que supone casi una cuarta parte del liquido extracelular o unos 3L. El plasma es la parte no celular de la sangre; intercambia sustancias continuamente con el líquido intersticial a través de poros de las membra­nas capilares.
Estos poros son muy permeables a casi todos solutos del líquido extracelular excepto a las proteínas. Los líquidos extracelulares se están mezclando constantemente, de manera que el plasma y el líquido intersticial tienen casi la misma composición excepto en lo referente a las proteínas, que están más concentradas en el plasma.

Regulación del intercambio de líquido y del equilibrio osmótico entre los líquidos intracelular y extracelular

Las cantidades relativas de líquido extracelular dis­tribuidas entre los espacios plasmático e intersticial están determinadas sobre todo por el equilibrio entre las fuerzas hidrostática y coloidosmótica a través de las membranas capilares.
La distribución del líquido entre los com partimen­tos intracelular y extracelular, en cambio, está determi­nada sobre todo por el efecto osmótico de los solutos más pequeños (en especial el sodio, el cloro y otros elec­trólitos) que actúan a través de la membrana celular. La razón de esto es que la membrana celular es muy permea­ble al agua pero relativamente impermeable incluso a iones pequeños, como el sodio y el cloro.

Principios básicos de la osmosis y la presión osmótica

La osmosis es la difusión neta de agua a través de una membrana con una permeabilidad selectiva desde una región con una concentración alta de agua a otra que tiene una concentración baja. Cuando se añade un soluto al agua pura, esto reduce la concentración de agua en la mezcla. De este modo, cuanto mayor sea la concentración de soluto en una dilución, menor será la concentración de agua.
Además, el agua difunde de una región con una con­centración baja de soluto (concentración alta de agua) a otra con una concentración alta de soluto (concentración baja de agua). Debido a que las membranas celulares son relativamente impermeables a la mayoría de los solutos pero muy permea­bles al agua (es decir, permeabilidad selectiva), donde quiera que haya una mayor concentración de soluto a un lado de la membrana celular, el agua se difundirá a través de la membrana hacia la región de mayor concentración de soluto.
Luego si se añade un soluto como el cloruro de sodio al líquido extracelular, el agua difundirá rápidamente desde las células a través de las membranas celulares hacia el líquido extracelular hasta que la concentración de agua en los dos lados se iguale.
Por el contrario, si es extrae un soluto como el cloruro de sodio del líquido extracelular, el agua difunde desde el líquido extracelular a través de las membranas celulares y hacia el interior de las células. La velocidad de la difusión del agua se denomina velocidad de la osmosis.

Relación entre moles y osmoles

Como la concen­tración de agua en una solución depende del número de partí­culas de soluto en la solución, es necesario un término referido a la concentración para describir la composición total de partí­culas de soluto, sin importar su composición exacta.
El número total de partículas en una solución se mide en osmoles. Un osmol (osm) es igual a 1 mol (mol) (6,02 x 1023) de partículas de soluto. Luego una solución que contenga 1 mol de glucosa en cada litro tiene una concentración de 1 osm/L. Si una molécula se disocia en dos iones (dando dos partículas), como el cloruro de sodio que se ioniza en iones cloro y sodio, entonces una solución que contenga 1 mol/L tendrá una concentración osmolar de 2 osm/L. Además, una solución que contenga 1 mol de una molécula que se disocia en tres iones, como el sulfato de sodio (Na2S04), contendrá 3 osm/L.
Luego el término osmol se refiere al número de partículas con actividad osmótica en una solución en lugar de la concentración molar. En general, el osmol es una unidad demasiado grande para expresar la actividad osmótica de los solutos en los líquidos corporales. En general se usa el término miliosmol (mOsm), que es igual a 1/1.000 osmoles.

Líquidos isotónicos, hipotónicos e hipertónicos

Si una célula se coloca en una solución de solutos no difusibles con una osmolaridad de 282 mOsm/L, las células no se encogerán ni hincharán porque la concen­tración de agua en los líquidos extracelular e intracelular es igual y los solutos no pueden entrar ni salir de la célula. Se dice que este tipo de solución es isotónica porque ni encoge ni hincha las células. Ejemplos de soluciones isotónicas son la solución de cloruro de sodio al 0,9% o la solución de glu­cosa al 5%. Estas soluciones son importantes en la medicina clínica porque pueden infundirse en la sangre sin poner en peligro el equilibrio osmótico entre los líquidos intracelular y extracelular.

Si se coloca una célula en una solución hipotónica que tiene una menor concentración de solutos no difusibles (menos de 282mOsm/l), el agua se difundirá al interior de la célula hinchándola; el agua continuará difundiendo al inte­rior de la célula diluyendo el líquido intracelular mientras concentra el líquido extracelular hasta que ambas soluciones tengan la misma osmolaridad.
Las soluciones de cloruro de sodio con una concentración menor de un 0,9% son hipotó­nicas e hincharán a la célula.

Si se coloca una célula en una solución hipertónica con una solución mayor de solutos no difusibles, el agua saldrá de la célula hacia el líquido extracelular concentrando el líquido intracelular y diluyendo el líquido extracelular. En este caso la célula se contraerá hasta que las dos concentraciones se igualen. Las soluciones de cloruro de sodio mayores del 0,9% son hipertónicas.

Anomlías clínicas de la regulación del volumen de líquido: hiponatremia e hipernatremia

La principal medida de que dispone el clínico para evaluar el estado hídrico de un paciente es la concentración plasmática de sodio. La osmolaridad plasmática no se mide habitual­mente, pero como el sodio y sus aniones asociados (sobre todo el cloro) son responsables de más del 90% del soluto en el líquido extracelular, la concentración plasmática de sodio es un indicador razonable de la osmolaridad plasmática en muchas condiciones. Cuando la concentración plasmática de sodio se reduce más de unos pocos miliequivalentes por debajo de la normalidad (unos 142mEq/l), se dice que una persona tiene una hiponatremia. Cuando la concentración plasmática de sodio está elevada por encima de lo normal, se dice que una persona tiene una hipernatremia.

Causas de hiponatremia: exceso de agua o pérdida de sodio

La reducción de la concentración plasmática de sodio puede deberse a una pérdida de cloruro de sodio en el líquido ex­tracelular o a una adición de un exceso de agua al líquido extracelular. Una pérdida primaria de cloruro de sodio suele dar lugar a una hiponatremia-deshidratación y se acompaña de una reducción del volumen de líquido extracelu­lar. Los trastornos que pueden causar una hiponatremia debida a la pérdida de cloruro de sodio son la diarrea y los vómi­tos. El consumo excesivo de diuréticos que inhiben la capacidad de los riñones de conservar el sodio y ciertos tipos de nefropatías que cursan con pérdida de sodio pueden provo­car también grados modestos de hiponatremia.
Finalmente, la enfermedad de Addison, que se debe a una menor secre­ción de la hormona aldosterona, reduce la capacidad de los riñones de reabsorber el sodio y provoca un grado modesto de hiponatremia. La hiponatremia también puede acompañarse de una retención excesiva de agua, lo que diluye el sodio en el liquido extracelular, un estado que se denomina hiponatremia-sobrehidratación. Por ejemplo, la secreción excesiva de hormona antidiurética, que hace que el túbulo renal reab­sorba más agua, puede provocar una hiponatremia y una sobrehidratación.

Consecuencias de hiponatremia: inflamación celular

Los rápidos cambios en el volumen celular como conse­cuencia de hiponatremia pueden tener efectos profundos en la función de los tejidos y los órganos, especialmente el encéfalo. Por ejemplo, una rápida reducción en la concen­tración de sodio en plasma puede provocar un edema de las células encefálicas y síntomas neurológicos, como cefa­lea, náuseas, letargo y desorientación. Si la concentración de sodio en plasma disminuye rápidamente por debajo de 115-120 mmol/l, la inflamación encefálica puede conducir a convulsiones, coma, daño cerebral permanente y muerte. Como el cráneo es rígido, el encéfalo no puede aumentar de volumen más de un 10%, aproximadamente, sin verse for­zado a extenderse hacia el cuello (hernia), lo que puede pro­ducir una lesión cerebral permanente y la muerte. Cuando la hiponatremia evoluciona más lentamente durante varios días, el encéfalo y otros tejidos responden mediante el transporte de sodio, cloruro, potasio y solutos orgánicos, como glutamato, desde las células al compartimiento extracelular. Así se atenúa el flujo osmótico de agua a las células y la inflamación de los tejidos.No obstante, el transporte de solutos desde las células durante una hiponatremia de desarrollo lento puede hacer que el encéfalo sea vulnerable a lesiones si la hiponatre­mia se corrige con demasiada rapidez.
Cuando se añaden soluciones hipertónicas demasiado rápido para corregir la hiponatremia, tal vez se supere la capacidad del encéfalo de reabsorber los solutos perdidos de las células, lo cual puede conducir a una lesión osmótica de las neuronas que se aso­cia con desmielinización, una pérdida de la vaina de mielina de los nervios. Esta desmielinización de neuronas mediada osmóticamente puede evitarse si se limita la corrección de la hiponatremia crónica a menos de 10-12mmol/l en 24h y a menos de 18 mmol/l en 48 h. Esta lenta velocidad de co­rrección permite que el encéfalo se recupere de la pérdida de osmoles que ha tenido lugar como consecuencia de la adapta­ción a la hiponatremia crónica.La hiponatremia es el trastorno de electrólitos más común que se encuentra en la práctica clínica y puede producirse en hasta el 15-25% de los pacientes hospitalizados.

Causas de hipernatremia: pérdida de agua o exceso de sodio

El aumento de la concentración plasmática de sodio, que también aumenta la osmolaridad, puede deberse a una pér­dida de agua del líquido extracelular, lo que concentra los iones sodio, o a un exceso de sodio en el líquido extracelular.
Cuando hay una pérdida primaria de agua del líquido extracelular, esto da lugar a una hipernatremia-deshidratación. Este trastorno puede deberse a una incapacidad para secretar hormona antidiurética, que es necesaria para que los riñones conserven el agua. Como resultado de la pérdida de hormona antidiurética, los riñones excretan grandes cantidades de orina (una enfermedad denominada diabetes insípida) y dan lugar a una deshidratación y un aumento de la con­centración de cloruro de sodio en el líquido extracelular. En ciertos tipos de nefropatías, los riñones no pueden responder a la hormona antidiurética y provocan también un tipo de diabetes insípida nefrógena.
Una causa más común de hi­pernatremia asociada a una reducción del volumen de líquido extracelular es la deshidratación causada por una ingestión de agua que es inferior a su pérdida, como puede ocurrir en la sudoración durante un ejercicio intenso y prolongado.La hipernatremia también puede deberse a un exceso de cloruro de sodio añadido al líquido extracelular. Esto da lugar a menudo a una hipernatremia-sobrehidratación, porque el exceso de cloruro de sodio extracelular suele asociarse al menos a cierto grado de retención de agua por los riñones.

Por ejemplo, la secreción excesiva de la hormona ahorradora de sodio aldosterona puede causar un grado leve de hipernatremia o sobrehidratación. La razón de que la hipernatremia no sea más intensa es que la mayor secreción de aldosterona hace que los riñones reabsorban mayores cantidades de agua y de sodio.Luego al analizar las anomalías en la concentración plas­mática de sodio y decidir el tratamiento adecuado, primero debemos determinar si la anomalía se debe a una pérdida o ganancia primaria de sodio o a una ganancia o pérdida pri­maria de agua.

Consecuencias de hipernatremia: contracción celular

La hipernatremia es mucho menos común que la hipona­tremia y los síntomas graves suelen producirse únicamente con aumentos rápidos e importantes en la concentración de sodio en plasma de más de 158-160 mmol/L.
Un motivo que explica esto es que la hipernatremia promueve una sed intensa que protege contra un aumento importante en el sodio en el plasma y el líquido extracelular.
No obstante, puede producirse una hiper­natremia grave en pacientes con lesiones en el hipotálamo que alteren su sensación de sed, en lactantes que puedan no tener un acceso fácil al agua o en ancianos con un estado mental alterado. La corrección de la hipernatremia puede conseguirse mediante la administración de soluciones hipoosmóticas de dextrosa o cloruro de sodio. Sin embargo, es prudente corre­gir la hipernatremia lentamente en pacientes con enfer­medades crónicas en la concentración de sodio en plasma, ya que la hipernatremia activa también los mecanismos de defensa que protegen a la célula de los cambios de volumen. Estos mecanismos de defensa son opuestos a los que se pro­ducen en caso de hiponatremia y consisten en mecanismos que aumentan la concentración intracelular de sodio y otros solutos.

Edema: exceso de líquido en los tejidos

El edema se refiere a la presencia de un exceso de líquido en los tejidos corporales. En la mayoría de los casos el edema aparece sobre todo en el compartimiento de líquido extrace­lular, pero puede afectar también al líquido intracelular.

Edema intracelular

Tres procesos causan especialmente tumefacción o edema intracelular:

  1. la hiponatremia, según se ha comentado ante­riormente,
  2. la depresión de los sistemas metabólicos de los tejidos y
  3. la falta de una nutrición celular adecuada. Por ejemplo, cuando se reduce el flujo sanguíneo a un tejido, el reparto de oxígeno y nutrientes se reduce. Si el flujo sanguí­neo disminuye mucho como para mantener el metabolismo normal tisular, se deprimen las bombas iónicas de la mem­brana celular. Cuando esto ocurre, los iones sodio que nor­malmente se filtran hacia el interior de la célula ya no pueden salir bombeados de las células, y el exceso de sodio intrace­lular causas por osmosis el paso del agua al interior de las células. A veces esto puede incrementar el volumen intrace­lular de una zona de tejido (incluso de toda una pierna isqué­mica, por ejemplo) hasta dos a tres veces el volumen normal. Cuando esto ocurre, suele ser el preludio de la muerte del tejido.

El edema intracelular también puede producirse en los tejidos inflamados. La inflamación suele aumentar la per­meabilidad de las membranas celulares, lo que permite aL sodio y a otros iones difundir hacia el interior de la célula, con la posterior entrada del agua por osmosis al interior de las células.

Edema extracelular

El edema extracelular se produce cuando hay un exceso de Acumulación de líquido en los espacios extracelulares. Hay dos causas generales de edema extracelular:

  1. la fuga anor­mal de líquido del plasma hacia los espacios intersticiales a través de los capilares y
  2. la imposibilidad de los linfáticos de devolver el líquido a la sangre desde el intersticio, lo que- menudo se conoce por linfedema. La causa clínica más común de la acumulación intersticial de líquido es la filtra­ción capilar excesiva de líquido.

Resumen de las causas del edema extracelular

Un gran núm ero de trastornos puede causar la acumula­ción de líquido en los espacios intersticiales por la fuga anormal de líquido de los capilares o porque impidan que los linfáticos devuelvan el líquido desde el intersticio hacia la circulación. La siguiente es una lista parcial de trastornos que pueden provocar un edema extracelular por estos dos tipos de anomalías:

  1. Aumento de la presión capilar
    A. Retención renal excesiva de sal y agua: Insuficiencia renal aguda o crónica; Exceso de mineralocorticoides
    B. Presión venosa alta y constricción venosa: Insuficiencia cardíaca; Obstrucción venosa; Fallo de las bombas venosas (Parálisis de los músculos, Inmovilización de partes del cuerpo, Insuficiencia de las válvulas venosas)
    C. Reducción de la resistencia arteriolar: Calor corporal excesiv;. Insuficiencia del sistema nervioso simpático; Fármacos vasodilatadores

  2. Reducción de las proteínas plasmáticas
    A . Pérdida de proteínas en la orina (síndrome nefrótico)
    B. Pérdida de proteínas de zonas desprovistas de pie: Quemaduras; Heridas
    C. Síntesis insuficiente de proteínas: Hepatopatías (p. ej., cirrosis); Malnutrición proteica o calórica grave

  3. Aumento de la permeabilidad capilar
    A . Reacciones inmunitarias que provocan la liberación de histamina y otros productos inmunitarios
    B. Toxinas
    C. Infecciones bacterianas
    D. Deficiencia de vitaminas, en especial de vitamina C
    E. Isquemia prolongada
    F. Quemaduras

  4. Bloqueo del drenaje linfático
    A . Cáncer
    B. Infecciones (p. ej., nematodos filarías)
    C. Cirugía
    D. Falta o anomalía congènita de vasos linfáticos

FIN DE LA 1ª PARTE
PARTE 2: Formación de la orina por los riñones

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Formación de la orina por los riñones

Múltiples funciones del riñón en la homeostasis

La mayoría de las personas saben que los riñones tie­nen una función importante: eliminar del cuerpo los materiales de desecho que se han ingerido o que ha producido el metabolismo.
Una segunda función que es especialmente crítica es controlar el volu­men y la composición de los líquidos corporales. En lo que respecta al agua y casi todos los electrólitos del cuerpo, el equilibrio entre los ingresos (debidos a la ingestión y a la pro­ducción metabòlica) y las salidas (debidas a la excreción o al consumo metabòlico) lo mantienen en gran medida los riñones. Esta función reguladora de los riñones mantiene el ambiente interno estable necesario para que las células desempeñen sus diversas actividades.
Los riñones realizan sus funciones más importantes fil­trando el plasma y eliminando sustancias del filtrado con una intensidad variable, dependiendo de las necesidades del cuerpo. Finalmente, los riñones «aclaran» las sustancias no deseadas del filtrado (y por tanto del cuerpo) excretándolas a la orina mientras devuelven las sustancias necesarias de nuevo a la sangre.
Los riñones ejercen nume­rosas funciones homeostáticas, entre ellas las siguientes:

• Excreción de productos metabólicos de desecho y sustan­cias químicas extrañas.
• Regulación de los equilibrios hídrico y electrolítico.
• Regulación de la osmolalidad del líquido corporal y de lasconcentraciones de electrólitos.
• Regulación de la presión arterial.
• Regulación del equilibrio acidobàsico.
• Secreción, metabolismo y excreción de hormonas.
• Gluconeogenia.

Excreción de productos metabólicos de desecho, sus­tancias químicas extrañas, fármacos y metabolitos de hormonas. Los riñones son los principales medios de elimi­nación de los productos de desecho del metabolismo que ya no necesita el cuerpo.
Estos productos son la urea (del metabo­lismo de los aminoácidos), la creatinina (de la creatina muscu­lar), el ácido úrico (de los ácidos nucleicos), los productos finales del metabolismo de la hemoglobina (como la bilirrubina) y los metabolitos de varias hormonas.
Estos productos de desecho deben eliminarse del cuerpo tan rápidamente como se produ­cen. Los riñones también eliminan la mayoría de las toxinas y otras sustancias extrañas que el cuerpo produce o ingiere, como los pesticidas, los fármacos y los aditivos alimentarios.

Regulación de los equilibrios hídrico y electrolítico.

Para el mantenimiento de la homeostasis, la excreción de agua y electrólitos debe corresponderse de forma precisa con su ingreso. Si los ingresos superan a la excreción, la cantidad de esa sustancia en el cuerpo aumentará. Si la ingestión es menor que la excreción, la cantidad de esa sustancia en el cuerpo se reducirá.
La ingestión de agua y de muchos electrólitos está gober­nada sobre todo por los hábitos de bebida y comida de la per­sona, y los riñones deben ajustar su excreción a su ingestión.

La figura muestra la respuesta de los riñones a un incre­mento brusco de 10 veces de la ingestión de sodio, desde un valor bajo de 30mEq/día a un valor alto de 300mEq/día. En los 2 a 3 días siguientes del aumento de la ingestión de sodio, la excreción renal también aumenta hasta alrededor de 300mEq/día, de manera que se restablece el equilibrio entre la ingestión y la salida. Pero durante la adaptación renal en esos 2 a 3 días a la elevada ingestión de sodio se produce una acumulación modesta de sodio que incrementa ligeramente el volumen de líquido extracelular y desencadena cambios hormonales y otras respuestas compensadoras que indican a los riñones que aumenten la excreción de sodio.La capacidad de los riñones de alterar la excreción de sodio en respuesta a los cambios en su ingestión es enorme.
Estudios experimentales han demostrado que, en muchas personas, la ingestión de sodio puede aumentarse a 1.500 mEq/día (más de 10 veces con respecto a lo normal) o reducirse a 10 mEq/día (menos de una décima parte de lo normal) con cambios rela­tivamente pequeños en el volumen de líquido extracelular o en la concentración plasmática de sodio. Esto es también cierto para el agua y la mayoría de los demás electrólitos, como los iones cloro, potasio, calcio, hidrógeno, magnesio y fosfato.

Regulación de la presión arterial.

Los riñones desempeñan una función domi­nante en la regulación a largo plazo de la presión arterial al excretar cantidades variables de sodio y agua. Los riñones también contribuyen a la regulación a corto plazo de la pre­sión arterial mediante la secreción de hormonas y factores o sustancias vasoactivos, como la renina, que dan lugar a la formación de productos vasoactivos (p. ej., la angiotensina II).

Regulación del equilibrio acidobásico.

Los riñones contribuyen a la regulación acidobásica junto a los pulmones y los amortiguadores del líquido corporal mediante la excre­ción de ácidos y la regulación de los depósitos de amortiguadores en el líquido corporal. Los riñones son los únicos medios de eliminar ciertos tipos de ácidos, como el ácido sul­fúrico y el ácido fosfórico, que genera el metabolismo de las proteínas.

Regulación de la producción de eritrocitos.

Los riño­nes secretan eritropoyetina, que estimula la producción de eritrocitos por células madre hematopoyéticas en la médula ósea. Un estímulo impor­tante para la secreción de eritropoyetina por los riñones es la hipoxia. Los riñones son responsables normalmente de la mayor parte de la eritropoyetina secretada a la circula­ción. En las personas con una nefropatía grave o en los que se han extirpado los riñones y están en hemodiálisis, apa­rece una anemia grave debido a la menor producción de eritropoyetina.

Regulación déla producción de 1,25-dihidroxivitamina D 3

Los riñones producen la forma activa de la vitamina D, 1,25-dihidroxivitamina D3 (calcitriol), mediante la hidroxilación de esta vitamina en la posición «número 1». Calcitriol es esencial para el depósito normal del calcio en el hueso y la reabsorción del calcio en el aparato digestivo. El calcitriol desempeña una función impor­tante en la regulación del calcio y del potasio.

Síntesis de glucosa.

Los riñones sintetizan glucosa a par­tir de los aminoácidos y otros precursores durante el ayuno prolongado, un proceso denominado gluconeogenia. La capa­cidad de los riñones de añadir glucosa a la sangre durante períodos prolongados de ayuno rivaliza con la del hígado. En las nefropatías crónicas o en la insuficiencia renal aguda, estas funciones homeostáticas se interrumpen y apa­recen con rapidez anomalías intensas en los volúmenes del líquido corporal y en su composición. Ante una insuficiencia renal completa se acumulan en el cuerpo suficiente potasio, ácidos, líquido y otras sustancias como para causar la muerte en unos días, a no ser que se inicien intervenciones clínicas como la hemodiálisis para restablecer, al menos parcialmente, los equilibrios de los líquidos y los electrólitos corporales

La formación de orina es resultado del filtrado glomerular, la reabsorción tubular y la secreción tubular

La intensidad con la que se excretan diferentes sustancias en la orina representa la suma de tres procesos renales

  1. la filtración glomerular;
  2. la reabsorción de sustancias de los túbulos renales hacia la san­gre, y
  3. la secreción de sustancias desde la sangre hacia los túbulos renales.

De forma matemática se expresa:

Velocidad de excreción urinaria =Velocidad de filtración - Velocidad de reabsorción+ Velocidad de secreción

La formación de orina comienza cuando una gran can­tidad de líquido que casi no dispone de proteínas se filtra desde los capilares glomerulares a la cápsula de Bowman. La mayor parte de las sustancias del plasma, excepto las proteínas se filtran libremente, de manera que su concentración en el filtrado glomerular de la cápsula de Bowman es casi la misma que en el plasma.
A medida que el líquido abandona la cápsula de Bowman y pasa a través de los túbulos, se modi­fica por la reabsorción de agua y solutos específicos de nuevo hacia la sangre o por la secreción de otras sustancias desde los capilares peritubulares hacia los túbulos.

imagen

La figura muestra el manejo renal de cuatro sus­tancias hipotéticas.
Para cada sustancia del plasma hay una combinación par­ticular de filtración, reabsorción y secreción. La intensidad con la que la sustancia se excreta en la orina depende de la intensidad relativa de estos tres procesos renales básicos.

Filtración, reabsorción y secreción de diferentes sustancias

En general, la reabsorción tubular es cuantitativamente más importante que la secreción tubular en la formación de la orina, pero la secreción es importante para determi­nar las cantidades de iones potasio e hidrógeno y algunas otras sustancias que se excretan por la orina.
La mayoría de las sustancias que deben eliminarse de la sangre, en espe­cial los productos finales del metabolismo, como la urea, la creatinina, el ácido úrico y los uratos, se reabsorben mal y por ello se excretan en grandes cantidades en la orina.
Ciertas sustancias extrañas y fármacos se reabsorben mal pero, además, se secretan desde la sangre a los túbulos, de manera que su excreción es alta. Por el contrario, los elec­trólitos, como los iones cloro, sodio y bicarbonato, se reab­sorben mucho, de manera que sólo aparecen en la orina pequeñas cantidades.
Ciertas sustancias nutritivas, como los aminoácidos y la glucosa, se reabsorben completamente de los túbulos y no aparecen en la orina, aunque se filtren grandes cantidades por los capilares glomerulares. Cada uno de los procesos (filtrado glomerular, reabsor­ción y secreción tubular) está regulado de acuerdo con las necesidades del cuerpo. Por ejemplo, cuando hay un exceso de sodio en el cuerpo, la intensidad con la que el sodio se fil­tra aumenta y se reabsorbe una fracción menor del sodio filtrado, lo que da lugar a una mayor excreción en la orina.Para la mayoría de las sustancias, la filtración y la reab­sorción son muy intensas comparadas con la excreción. Luego ajustes sutiles en la filtración o la reabsorción pue­den dar lugar a cambios grandes en la excreción renal. Por ejemplo, un aumento del filtrado glomerular (FG) de sólo un 10% (de 180 a 198 L/día) aumentaría el volumen de orina 13 veces (de 1,5 a 19,5 L/día) si la reabsorción tubular perma­neciera constante. En realidad, los cambios en el filtrado glomerular y en la reabsorción tubular suelen actuar de manera coordinada para producir los cambios necesarios en la excreción renal.
¿Por qué se filtran y después se reabsorben grandes can­tidades de solutos en los riñones? Uno podría cuestionar­se la sabiduría del hecho de filtrar grandes cantidades de agua y solutos y después reabsorberlos en su mayoría. Una ventaja de un FG alto es que permite a los riñones eliminar con rapi­dez productos de desecho del cuerpo que dependen sobre todo de la filtración glomerular para su excreción. La mayoría de los productos de desecho se absorbe mal en los túbulos y, por ello, depende de un FG alto para extraerlos eficazmente del cuerpo.
Una segunda ventaja de un FG alto es que permite que el riñón filtre y procese todos los líquidos corporales muchas veces al día. Debido a que el volumen de plasma es de 3 L, mientras que el FG es de 180L/día, todo el plasma puede fil­trarse y procesarse unas 60 veces al día. Este FG alto permite a los riñones controlar de modo preciso y rápido el volumen y composición de los líquidos corporales.

Filtrado glomerular: el primer paso para la formación de orina

Composición del filtrado glomerular

La formación de orina comienza con la filtración de grandes cantidades de líquido a través de los capilares glomerulares hacia la cápsula de Bowman. Como la mayoría de los capi­lares, los capilares glomerulares son relativamente imper­meables a las proteínas, de manera que el líquido filtrado (llamado filtrado glomerular) carece prácticamente de pro­teínas y elementos celulares, incluidos los eritrocitos.Las concentraciones de otros constituyentes del filtrado glomerular, como la mayoría de las sales y moléculas orgá­nicas, son similares a las concentraciones en el plasma.
Las excepciones a esta generalización son algunas sustancias con un peso molecular bajo, como el calcio y los ácidos grasos, que no se filtran libremente porque están unidas parcial­mente a las proteínas plasmáticas. Por ejemplo, casi la mitad del calcio plasmático y la mayor parte de los ácidos grasos plasmáticos están unidos a proteínas y estas porciones uni­das no se filtran a través de los capilares glomerulares.

El FG es alrededor del 20% del flujo plasmático renal

Como en otros capilares, el FG está determinado por:

  1. el equilibrio entre las fuerzas hidrostáticas y coloidosmóticas que actúa a través de la membrana capilar, y
  2. el coeficiente de filtración capilar (I<f), el producto de la permeabilidad por el área superficial de filtro de los capilares. Los capilares glomerulares tienen una filtración mucho mayor que la mayo­ría de los otros capilares por una presión hidrostática glome­rular alta y un gran Kf
    En el adulto medio, el FG es de unos 125 ml/min, o 180L/día. La fracción del flujo plasmático renal que se filtra (la fracción de filtración) es de media de 0,2; esto significa que alrededor del 20% del plasma que fluye a través del riñón se filtra a través de los capilares glomerulares. La fracción de filtración se calcula como sigue:

Fracción de filtración = FG/Flujo plasmático renal

Membrana capilar glomerular

La membrana capilar glomerular es similar a la de otros capi­lares, excepto en que tiene tres capas principales (en lugar de las dos habituales):

  1. el endotelio del capilar;
  2. una mem­brana basal, y
  3. una capa de células epiteliales (podocitos)rodeando a la superficie externa de la membrana basal capi­lar.

Juntas, estas capas forman la barrera de fil­tración que, a pesar de sus tres capas, filtra varios cientos de veces más agua y solutos que la membrana capilar habitual. Incluso con esta elevada intensidad de filtración, la mem brana capilar glomerular evita normalmente la filtración de proteínas plasmáticas. La elevada filtración a través de la membrana capilar glo­merular se debe en parte a sus especiales características.
El endotelio capilar está perforado por cientos de pequeños agujeros, llamados fenestraciones, similares a los capilares fenestrados que se encuentran en el hígado. Aunque la fenestración es relativamente grande, las células endoteliales están dotadas de muchas cargas negativas fijas que dificultan el paso de las proteínas plasmáticas.
Rodeando al endotelio está la membrana basal, que cons­ta de una red de colágeno y fibrillas de proteoglucanos que tienen grandes espacios a través de los cuales pueden filtrarse grandes cantidades de agua y de solutos. La membrana basal evita con eficacia la filtración de proteínas plasmáticas, en parte debido a las cargas eléctricas negativas fuertes de los proteoglucanos.
La parte final de la membrana glomerular es una capa de células epiteliales que recubre la superficie externa del glo- mérulo. Estas células no son continuas, sino que tienen unas prolongaciones largas similares a pies (podocitos) que rodean la superficie externa de los capilares. Los podo­citos están separados por espacios llamados poros en hen­didura a través de los cuales se mueve el filtrado glomerular. Las células epiteliales, que tienen también cargas negativas, restringen de forma adicional la filtración de las proteínas plasmáticas. De este modo, todas las capas de la pared capilar glomerular proporcionan una barrera a la filtración de las proteínas plasmáticas.

Control fisiológico de la filtración glomerular y del flujo sanguíneo renal

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Los determinantes del FG que son más variables y están suje­tos al control fisiológico son la presión hidrostática glome­rular y la presión coloidosmótica glomerular. Estas variables, a su vez, están influenciadas por el sistema ner­vioso simpático, las hormonas y los autacoides (sustancias vasoactivas que liberan los riñones y actúan a nivel local) y otros controles de retroalimentación que son intrínsecos a los riñones.

La activación del sistema nervioso simpático reduce el FG

Casi todos los vasos sanguíneos de los riñones, incluidas las arteriolas aferentes y eferentes, están muy inervados por fibras nerviosas simpáticas. La fuerte activación de los ner­vios simpáticos renales puede contraer las arteriolas renales y reducir el flujo sanguíneo renal y el FG. La estimulación moderada o leve ejerce poca influencia sobre el flujo sanguí­neo renal y el FG. Por ejemplo, la activación refleja del sis­tema nervioso simpático debida a descensos moderados de la presión en los barorreceptores del seno carotídeo o en los receptores cardiopulmonares ejerce poca influencia sobre el flujo sanguíneo renal o el FG.
Los nervios simpáticos renales parecen más importantes para reducir el FG durante los trastornos agudos y graves que duran de varios minutos a unas pocas horas, como los pro­vocados por las reacciones de defensa, la isquemia encefá­lica o la hemorragia grave. En la persona sana en reposo, el tono simpático ejerce poca influencia sobre el flujo sanguí­neo renal.

Control hormonal y por autacoides de la circulación renal

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La noradrenalina, la adrenalina y la endotelina con­traen los vasos sanguíneos renales y reducen el FG. Las hormonas que constriñen las arteriolas aferentes y eferentes, lo que reduce el FG y el flujo sanguíneo renal, son la noradrenalina y la adrenalina liberadas por la médula suprarrenal. Las concentraciones sanguíneas de estas hormonas van generalmente paralelas a la actividad del sistema nervioso simpático; luego la noradrenalina y la adrenalina ejercen escasa influencia sobre la hemodinámica renal excepto en condiciones extremas, como una hemorragia grave.
Otro vasoconstrictor, la endotelina, es un péptido que pueden liberar las células endoteliales vasculares lesionadas de los riñones, así como de otros tejidos. La función fisio­lógica de estos autacoides no se conoce del todo. Pero la endotelina puede contribuir a la hemostasia (minimizando la pérdida de sangre) cuando se secciona un vaso sanguíneo, lo que lesiona el endotelio y libera este poderoso vasoconstric­tor. Las concentraciones plasmáticas de endotelina también aumentan en ciertas enfermedades asociadas a lesiones vas­culares, como la toxemia del embarazo, la insuficiencia renal aguda y la uremia crónica, y pueden contribuir a la vasocons­tricción renal y reducir el FG en algunas de estas alteraciones fisiopatológicas.

La angiotensina II contrae preferentemente las arterio­las eferentes en la mayoría de los estados fisiológicos. Un vasoconstrictor renal poderoso, la angiotensina II, puede consi­derarse una hormona circulante y un autacoide local porque se forma en los riñones y en la circulación sistèmica. Los receptores para angiotensina II están presentes prácticamente en todos los vasos sanguíneos. No obstante, los vasos sanguíneos preglomerulares, en especial las arteriolas aferentes, parecen estar relati­vamente protegidos de la contracción mediada por angiotensina II en la mayoría de los estados fisiológicos asociados con la acti­vación del sistema renina-angiotensina (p. ej., durante una dieta baja en sodio o una presión de perfusión renal reducida debida a estenosis de la arteria renal).
Esta protección se debe a la libe­ración de vasodilatadores, especialmente óxido nítrico y prostaglandinas, que contrarrestan los efectos vasoconstrictores de angiotensina II en esos vasos sanguíneos. Sin embargo, las arteriolas eferentes son altamente sen­sibles a la angiotensina II. Debido a que la angiotensina II contrae sobre todo las arteriolas eferentes en la mayoría de los estados fisiológicos, las concentraciones de angio­tensina II aumentadas elevan la presión hidrostática glome­rular mientras reducen el flujo sanguíneo renal. Debe tenerse en cuenta que la mayor formación de angioten­sina II suele tener lugar en circunstancias que se acompa­ñan de una reducción de la presión arterial o una pérdida de volumen, que tienden a reducir el FG. En estas circuns­tancias, la mayor concentración de angiotensina II, al cons­treñir las arteriolas eferentes, ayuda a evitar reducciones de la presión hidrostática glomerular y del FG; al mismo tiempo, la reducción del flujo sanguíneo renal causada por la constricción arteriolar eferente contribuye a reducir el flujo a través de los capilares peritubulares, lo que a su vez aumenta la reabsorción de sodio y de agua. De este modo, el aumento de la concentración de angio­tensina II que aparece en las dietas pobres en sodio o en las pérdidas de volumen ayuda a mantener el FG y la excreción normal de productos de desecho metabólicos, como la urea y la creatinina, que dependen de la filtración glomerular para su secreción; al mismo tiempo, la constricción inducida por la angiotensina II de las arteriolas eferentes incrementa la reabsorción tubular de sodio y agua, lo que ayuda a restaurar el volumen sanguíneo y la presión arterial.

El óxido nítrico derivado del endotelio reduce la resis­tencia vascular renal y aumenta el FG. Un autacoide que reduce la resistencia vascular renal y es liberado por el endo­telio vascular de todo el cuerpo es el óxido nítrico derivado del endotelio. La producción basal de óxido nítrico parece impor­tante para mantener la vasodilatación de los riñones. Esto per­mite a los riñones excretar cantidades normales de sodio y de agua. Luego la administración de fármacos que inhiban esta formación normal de óxido nítrico incrementará la resistencia vascular renal y reducirá el FG y la excreción urinaria de sodio, lo que finalmente elevará la presión arterial. En algunos pacien­tes hipertensos o en pacientes con aterosclerosis, daños en el endotelio vascular y deterioro en la producción de óxido nítrico podría ser la causa de la vasoconstricción renal y de la elevación de la presión arterial.

Las prostaglandinas y la bradicinina tienden a aumen­tar el FG. Las hormonas y los autacoides que producen vasodilatación y aumentan el flujo sanguíneo renal y el FG son las prostaglandinas (PGE2 y PGI2) y la bradicinina. Aunque estos vasodilatadores no parecen tener mucha importancia en la regulación del flujo san­guíneo renal ni del FG en condiciones normales, pueden amor­tiguar los efectos vasoconstrictores de los nervios simpáticos o de la angiotensina II, en especial sus efectos constrictores sobre las arteriolas aferentes. Al oponerse a la vasoconstricción de las arteriolas afe­rentes, las prostaglandinas pueden ayudar a impedir reduc­ciones excesivas del FG y del flujo sanguíneo renal. En condiciones de estrés, como la pérdida de volumen o tras la cirugía, la administración de antiinflamatorios no esteroi- deos, como ácido acetilsalicilico, que inhiben la síntesis de prostaglandinas puede reducir significativamente el FG.

Autorregulación del FG y del flujo sanguíneo renal

Aunque los mecanismos autorreguladores renales no son perfectos, impiden cambios potencialmente grandes del FG y de la excreción renal de agua y solutos que de otro modo se producirían con los cambios de la presión arterial. Podemos entender la importancia cuantitativa de la autorregulación al considerar las magnitudes relativas de la filtración glomerular, la reabsorción tubular y la excreción renal, y los cambios en la excreción renal que podrían tener lugar sin los meca­nismos autorreguladores.
El FG es normalmente de 180 I/día y la reabsorción tubular de 178,51/día, lo que deja 1,5L/día de líquido que se excreta en la orina. Si no hubiera ninguna autorregulación, un incre­mento relativamente pequeño en la presión arterial (de 100 a 125 mmHg) provocaría un incremento similar de un 25% en el FG (de unos 180 a 225L/día). Si la reabsorción tubular per­maneciera constante en 178,5L/día, esto aumentaría el flujo de orina a 46,5L/día (la diferencia entre el FG y la reabsorción tubular), un incremento total de la orina de más de 30 veces. Debido a que el volumen total de plasma es sólo de unos 3L, tal cambio agotaría rápidamente el volumen sanguíneo.En realidad, los cambios en la presión arterial suelen ejer­cer un efecto mucho menor sobre el volumen de orina por dos razones:

  1. la autorregulación renal impide los grandes cambios en el FG que de otra forma se producirían, y
  2. hay mecanismos adaptativos adicionales en los túbulos renales que provocan un incremento de su reabsorción cuando el FG aumenta, un fenómeno llamado equilibrio glomerulotubular.

Incluso con estos mecanis­mos de control especiales, los cambios en la presión arterial todavía ejercen efectos significativos sobre la excreción renal de agua y de sodio; a esto se le denomina diuresis por presión o natriuresis por presión, y es crucial en la regulación de los volúmenes del líquido corporal y de la presión arterial.

FIN PARTE 2
PARTE 3: Formación de la orina por los riñones: Reabsorción y secreción tubular

PD: son conceptos básicos que iré subiendo para que podais entender a grandes rasgos como trabaja el riñon antes de finalizar esta temática con la manipulación de agua y minerales en las puestas a punto, pero es importante que primero se entienda la fisiología básica del riñon

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