Funciones del Riñón

El riñón desempeña un papel crucial en la eliminación de sustancias de desecho del catabolismo que circulan por la sangre, como la urea, el ácido úrico, la creatinina y el exceso de agua y sodio (Na). Además, es un importante órgano regulador, ya que controla la osmolaridad y el volumen sanguíneo, y colabora en el mantenimiento del equilibrio ácido-base para mantener el pH sanguíneo dentro de los límites normales. Para ello, realiza una serie de procesos que se resumen en:

• Filtración del plasma, que conduce a la formación de un ultrafiltrado compuesto por agua, iones, productos de desecho, etc., pero sin proteínas.
• Reabsorción tubular de sustancias filtradas que no pueden perderse por la orina, como iones, glucosa, aminoácidos y agua.
• Secreción de determinados productos procedentes de los capilares peritubulares y de las células tubulares hacia la orina.
• Excreción de la orina a los uréteres, que la conducirán a la vejiga y a la uretra hasta su expulsión mediante la micción.

Además, el riñón tiene funciones endocrinas:

• Producción de renina por las células del aparato yuxtaglomerular. La renina actúa sobre el angiotensinógeno, produciendo angiotensina I, que a su vez se convierte en angiotensina II. Esta última activa la secreción de aldosterona por la glándula suprarrenal para regular el volumen sanguíneo y la presión arterial.
• Producción de eritropoyetina, que, ante situaciones de hipoxia, estimula la producción de hematíes en la médula ósea.
• Transformación de la vitamina D3 por la enzima 1-α-hidroxilasa de las células tubulares en calcitriol, que es el metabolito activo.
• Producción local de prostaglandinas, que regulan el flujo sanguíneo intrarrenal y la reabsorción de Na.

Partes de la Nefrona

La nefrona consta de dos estructuras relacionadas entre sí:

1. El corpúsculo renal o corpúsculo de Malpighi, donde se produce la filtración del plasma. Consta de:
   • Los capilares glomerulares, que se disponen en forma de ovillo, proceden de la arteriola aferente y desembocan en la arteriola eferente. Se caracterizan por tener un endotelio fenestrado y una membrana basal que facilitan el proceso de filtración sin dejar escapar las proteínas.
   • La cápsula de Bowman, que recibe el ultrafiltrado del plasma y lo pone en comunicación con los túbulos.
2. Los túbulos renales, que están constituidos de forma consecutiva por:
   • El túbulo contorneado proximal, que se caracteriza por tener células cilíndricas con borde en cepillo para favorecer los procesos de reabsorción.
   • El asa de Henle, que tiene una rama descendente delgada y una ascendente gruesa con células planas. En la rama ascendente gruesa tiene lugar parte de la reabsorción activa del cloruro sódico, que generará la suficiente osmolaridad en el intersticio para el proceso de concentración de la orina.
   • El túbulo contorneado distal, que tiene células sin reborde en cepillo y es donde ocurren los procesos de secreción de hidrogeniones y amonio para la regulación final del pH.
   • El túbulo colector, donde desembocan varios túbulos contorneados distales. En él se produce la reabsorción de agua por acción de la hormona antidiurética (ADH). Los túbulos colectores van confluyendo hacia el interior del riñón en la papila renal, que desemboca en los cálices menores, que a su vez confluyen…

Aparato Yuxtaglomerular

Además de estas estructuras, existe en íntima relación con la nefrona el aparato yuxtaglomerular, encargado de la secreción de renina. Está situado al comienzo del túbulo distal y está constituido por:

1. Células especializadas del epitelio del túbulo contorneado distal, que constituyen la mácula densa, sensible a la concentración de cloruro sódico que existe en la luz del túbulo.
2. Células derivadas de la musculatura lisa de la arteriola aferente: las células yuxtaglomerulares, especializadas en la secreción de renina.
3. Células mesangiales que derivan del glomérulo y que ejercen, fundamentalmente, funciones de soporte.

Circulación y Flujo Renal

1. Los riñones están muy vascularizados y tienen un gran flujo sanguíneo renal, aproximadamente el 20% del gasto cardíaco, lo que equivale a 1200 ml/min. Si restamos el hematocrito, el flujo plasmático renal (FPR) es de 680 ml/min.
2. Se mantiene constante a pesar de cambios en la presión arterial, es decir, tiene gran capacidad de autorregulación (en rangos de 70-180 mm de Hg). En esta autorregulación, tienen un importante papel la angiotensina II y las prostaglandinas intrarrenales.
3. Existen diferencias de flujo: en la corteza discurre el 75%, lo que facilita la filtración y la reabsorción; en la médula discurre el 20%, y en la papila renal el flujo es solo del 5-10%, por lo que esta estructura es muy sensible a la falta de oxígeno.
4. Está muy relacionado con el sistema renina-angiotensina II, la producción local de prostaglandinas y la homeostasis del sodio.
5. Se relaciona con la génesis de la hipertensión arterial. La disminución del flujo unilateral o bilateral genera hipertensión por exceso de liberación de renina.
6. Determina que el riñón se afecte en numerosas enfermedades sistémicas como vasculitis, diabetes, hipertensión, etc., y además puede sufrir embolizaciones frecuentes.

Filtración Glomerular

El riñón filtra aproximadamente de 150 a 250 litros de sangre al día. Este alto volumen implica:

1. Un sistema de filtrado adaptado a grandes volúmenes y a una gran presión de filtración.
2. Un sistema altamente regulado y coordinado con la reabsorción tubular para no perder sustancias en exceso.

Las características anatomofisiológicas del glomérulo hacen de esta estructura la especializada para realizar dichas funciones.

La barrera de filtración en el glomérulo está constituida por:

1. La capa de células del endotelio capilar, que presentan poros de 500-1000 Å, que no permiten el paso de células.
2. La membrana basal glomerular, que no permite el paso de proteínas de alto peso molecular.
3. Las células epiteliales de la cápsula de Bowman, llamadas podocitos, que presentan unas prolongaciones de su citoplasma o procesos en forma de dedo de guante, llamadas pedicelos, que constituyen una malla de 40-140 Å, que no permiten el paso de proteínas de más bajo peso molecular.
4. Además, los capilares glomerulares están unidos por células mesangiales que tienen capacidad contráctil, regulando así la barrera endotelial y epitelial. Estas células forman parte también del sistema monocito-macrófago.

La filtración depende del balance de presiones que existen entre el capilar y la cápsula de Bowman. La elevada presión hidrostática capilar y la prácticamente nula presión oncótica (por ausencia de proteínas) de la cápsula de Bowman favorecen la filtración; la presión hidrostática de la cápsula de Bowman y la presión oncótica de las proteínas del capilar glomerular se oponen a la filtración.

La tasa de filtración glomerular (GFR, por sus siglas en inglés) es un índice de función renal. Su cálculo se realiza de forma indirecta utilizando sustancias que se filtran del plasma a la cápsula de Bowman y que no se reabsorben ni se secretan, como la inulina (que hay que aportar de forma exógena) o la creatinina (sustancia endógena derivada del metabolismo muscular), mediante la determinación del llamado aclaramiento de creatinina, que se define como la cantidad o tasa de volumen plasmático que queda libre de una sustancia, en este caso, creatinina, en la unidad de tiempo. Se calcula según la fórmula:

Aclaramiento de creatinina = (UCr x V) / PCr

Donde:

• UCr = concentración de creatinina en orina (mg/dl).
• V = volumen de orina /min.
• PCr = concentración de creatinina en plasma (mg/dl).

El aclaramiento normal de creatinina, y por tanto de la función renal normal, es de 120 ml/min x 1,73 m² de superficie corporal.

En los últimos años, cada vez se utiliza más en la rutina clínica el cálculo de la función renal mediante la determinación de la estimación de la GFR o aclaramiento de creatinina estimado (eGFR), que es un cálculo matemático basado en la cifra de creatinina plasmática y la edad, obviando así la recogida de la orina durante las 24 horas. Existen 2 métodos de estimación: la fórmula MDRD abreviada, que es la más utilizada, y la fórmula de Cockcroft-Gault. Se utilizan especialmente para el estadiaje de la enfermedad renal, aunque tienen sus limitaciones.

Túbulo Contorneado Proximal (TCP)

En el túbulo contorneado proximal se reabsorbe el 65% del Na filtrado, principalmente por acción de la bomba Na-K-ATPasa, situada en la membrana basolateral de la célula, siendo captado por el capilar peritubular. El Na entra en la célula desde la luz por la membrana luminal mediante mecanismos pasivos a favor del gradiente de concentración creado por la bomba Na-K-ATPasa.

También se reabsorbe Na por los espacios paracelulares, motivado por las fuerzas de Starling, junto con el agua motivada por el gradiente osmótico transtubular establecido por la reabsorción de este y también de glucosa. También se reabsorbe la glucosa por transportadores específicos para ella, que funcionan como cotransporte con el Na (estos transportadores se denominan SGLT2 y GLUT2).

La absorción de Na+ también está acoplada con la de otros solutos, como aminoácidos, fosfato inorgánico, lactato y bicarbonato, mediante difusión facilitada por la existencia de un transportador para la mayoría de ellas. La reabsorción, por tanto, es saturable, dependiendo de las moléculas de transportador.

Algunas proteínas de bajo peso molecular y algunos péptidos que se han filtrado en el glomérulo también se reabsorben aquí por endocitosis de manera intacta o parcialmente degradados por peptidasas situadas en el borde en cepillo de la célula tubular, de una manera completa. La aparición de proteínas en la orina (proteinuria) es una indicación de que se ha alterado la barrera de filtración por una enfermedad renal.

En el túbulo proximal también se segregan aniones y cationes orgánicos por transportadores específicos situados tanto en la membrana basolateral como luminal. De este modo se eliminan fármacos como los AINEs, la aspirina, los contrastes radiológicos, etc. El ácido úrico filtrado se reabsorbe inicialmente, se secreta después como anión urato y sufre una reabsorción postsecretora en el mismo túbulo.

Asa de Henle

Cuando la orina entra en la rama descendente del asa de Henle, tiene la misma osmolaridad que el plasma. La rama descendente es muy permeable al agua, que pasa del túbulo al intersticio por la osmolaridad de este, y no es permeable al Na+, que aumenta su concentración a lo largo del asa y, por tanto, la osmolaridad. En la curva del asa también se produce el paso de urea del intersticio al túbulo, aumentando aún más la osmolaridad. Este mecanismo es fundamental para concentrar la orina en las nefronas de asas largas que penetran mucho en la médula renal.

En el segmento grueso del asa de Henle se reabsorbe el 25% del Na+ filtrado por un cotransporte activo con el cloro mediante una bomba que es inhibida por la furosemida (“diurético de asa”). Esta reabsorción de Na al intersticio renal determina un aumento progresivo de la osmolaridad, siendo el paso primordial del mecanismo de concentración urinaria.

En el asa de Henle se reabsorben también magnesio y calcio.

Túbulo Contorneado Distal

En el túbulo contorneado distal y en el túbulo colector se reabsorbe el 10% del Na filtrado mediante el transportador Cl-Na del lado luminal, sensible a los diuréticos tiazídicos, que lo inhiben, y a una bomba Na-K-ATPasa del lado capilar, que está influenciada por la aldosterona (que aumenta su actividad). Este segmento no es permeable al agua, por lo que se considera un segmento dilutor.

El túbulo distal es el lugar principal de la reabsorción activa de calcio, facilitada por la unión a una proteína intracelular inducida por la vitamina D.

Túbulo Colector

Existen dos tipos de células: las principales, especializadas en la reabsorción de Na por canales específicos del lado luminal acoplados con la excreción de K por canales específicos para este y por la bomba Na-K-ATPasa, que aumentan su número y actividad por la aldosterona. Esta reabsorción se inhibe por los diuréticos ahorradores de K, como la amilorida, y por antagonistas de la aldosterona.

En este túbulo también actúan los péptidos natriuréticos que libera el corazón cuando se sobrecarga de volumen, permitiendo su eliminación a la orina.

Las otras células son las intercaladas, especializadas en la secreción de hidrogeniones H+ (las de tipo A) por una bomba activa ATPasa con la consiguiente reabsorción de bicarbonato, lo que supone el 10% del bicarbonato necesario para la homeostasis. Las células tipo B están especializadas en la secreción de bicarbonato en las situaciones en las que el organismo está en alcalosis metabólica (pH > 7,45 y bicarbonato sanguíneo > 25 mEq/L).

Reabsorción de Agua y Urea

Se realiza por todos los segmentos de la nefrona por mecanismos pasivos dependientes de la osmolaridad generada por la reabsorción de Na+. La osmolaridad creada en el intersticio es fundamental para concentrar la orina cuando es necesario.

• Reabsorción de agua
• Reabsorción de urea

En el túbulo contorneado distal y colector se realiza el ajuste de la reabsorción de Na y agua. La permeabilidad al agua en esta zona depende de la hormona antidiurética (ADH), secretada por el hipotálamo dependiendo del estímulo de la sed.

Secreción Tubular

Además de por filtración, algunas sustancias pasan a formar parte de la orina mediante procesos de secreción de las células tubulares. Así, por ejemplo, el ácido úrico, la urea y mínimas cantidades de creatinina también se secretan.

• El K+: se filtra en el glomérulo y es reabsorbido en su mayor parte en el túbulo renal. Sin embargo, en ocasiones la cantidad excretada puede ser superior a la cantidad filtrada; existe secreción neta, dependiendo de la necesidad del organismo para mantener constante su concentración en sangre en niveles estrechos: 3,5-5,2 mEq/l. El ajuste final de la secreción necesaria de K+ se realiza en la nefrona distal por acción de la aldosterona.

Factores que influyen en la secreción de K+

• Los H+: son expulsados de la célula tubular, tanto en el túbulo proximal como en el distal, para la reabsorción y regeneración de bicarbonato, contribuyendo así a la excreción de ácidos y la regulación del pH plasmático.
• El NH4+: procedente de la glutamina, que da lugar a NH3 en el túbulo contorneado proximal y difunde por el intersticio al túbulo distal donde “atrapa” y fuerza la excreción de H+, contribuyendo a su eliminación y así mantener el pH homeostático.

Estos dos últimos procesos los estudiaremos en la regulación del equilibrio ácido-base.

Fisiología de la Micción

Una vez que la orina sale de los túbulos colectores, la composición apenas varía. Esta orina estira los cálices renales, que inician una serie de contracciones peristálticas que se propagan a la pelvis renal y a los uréteres, forzando así la orina hasta su entrada en la vejiga. Los uréteres contienen músculo liso y un plexo nervioso intramural. El sistema nervioso parasimpático potencia las contracciones (aumenta el peristaltismo), mientras que el simpático las inhibe. (Las situaciones agudas de estrés pueden hacer que se corte la micción). Si en los uréteres se desencadena una obstrucción, por ejemplo, por un cálculo urinario, la presión en el uréter puede igualar a la presión de filtración en el glomérulo y cae o se anula el filtrado glomerular. Por otro lado, se produce una constricción refleja intensa del uréter que produce un dolor intenso (el cólico nefrítico) que aparece en la fosa renal, sigue el trayecto ureteral y llega a los genitales. Este dolor provoca un reflejo ureterorrenal, por vía simpática, que provoca una contracción de las arteriolas aferentes con reducción del filtrado y de la producción de orina, evitando el flujo excesivo al uréter obstruido. Este reflejo, por tanto, hace que también caiga el filtrado glomerular.

La vejiga urinaria es una cámara de músculo liso compuesta por un cuerpo, que es la parte principal donde se acumula la orina, y un cuello que se conecta con la uretra posterior. Por encima del cuello hay una zona llamada trígono, en cuyos ángulos superiores desembocan los uréteres, que penetran en el espesor de la pared vesical. La tensión que ejerce la pared sobre esta desembocadura ureteral hace una acción valvular funcional que impide que exista reflujo de la orina desde la vejiga al uréter en circunstancias normales.

El músculo liso que forma parte de la pared vesical se llama músculo detrusor, de fibras lisas, que se contrae por estimulación vegetativa, generando una presión de 40-60 mm de Hg que determina el vaciamiento vesical.

El vaciamiento espontáneo de la vejiga lo impiden los dos esfínteres del cuello vesical. El esfínter interno está formado por músculo liso de control autónomo, impide el vaciado, pero se vence cuando la presión es muy elevada, abriéndose. El esfínter externo es de control voluntario, son fibras motoras esqueléticas.

Los nervios pélvicos, que conectan con la médula espinal por el plexo sacro (S2-S3), contienen fibras sensitivas y motoras. Las sensitivas detectan el grado de distensión de la pared vesical, y las fibras motoras parasimpáticas que inervan el detrusor lo contraen. Existe también inervación simpática de escasa relevancia.

Las fibras motoras esqueléticas caminan por los nervios pudendos, que controlan el esfínter externo.

Reflejo de la Micción

Es un reflejo espinal simple sujeto a un control consciente e inconsciente por parte de centros cerebrales superiores. Existe un control inconsciente inhibidor de la micción. También una inhibición y facilitación consciente cuando se desea orinar, y también un control consciente del esfínter externo.

A medida que la vejiga se llena, su pared se va distendiendo y los mecanorreceptores de estiramiento envían señales a la médula sacra (brazo aferente del reflejo). En el centro medular, esta información genera una respuesta por las neuronas parasimpáticas (brazo eferente del reflejo) que estimulan el detrusor, generándose contracciones miccionales que aumentan la amplitud, la duración y la intensidad a medida que la vejiga va llenándose.

Esta información sensitiva se envía también a la corteza sensitiva, donde nos hacemos conscientes de que la vejiga se está llenando. Cuando las contracciones son más intensas porque el llenado aumenta, podemos ir inhibiendo la sensación de orinar hasta que llega un momento en que ya seremos incapaces de controlarla y la micción ocurrirá, aunque no queramos. A partir de 300-400 ml de llenado, el reflejo es suficientemente poderoso como para provocar otro reflejo que pasa por los nervios pudendos inhibiendo la acción del esfínter externo, produciéndose la micción.

En la micción voluntaria, se contraen en primer lugar voluntariamente los músculos abdominales; esto aumenta la presión de la vejiga y permite que entre una cantidad extra de orina en el cuello de la vejiga y en la uretra posterior, lo que estira sus paredes, estimula los receptores de distensión, excita el reflejo miccional y a la vez inhibe la acción del esfínter externo.

Las lesiones de estas estructuras nerviosas provocan alteraciones que se determinan una vejiga neurógena y diversos modos de incontinencia.

Regulación del Equilibrio Ácido-Base

La concentración de H+ en el organismo es una constante homeostática que debe permanecer en márgenes muy estrechos para que se mantenga la vida. Todos los días ingerimos ácidos y bases en la dieta, aunque la tendencia es más a ácidos (aminoácidos, ácidos grasos…). Además, el metabolismo celular produce más ácidos que bases: CO2, ácido láctico, cetoácidos… El organismo debe enfrentarse a esta carga mediante mecanismos que mantengan el equilibrio ácido-base de una forma muy regulada. En realidad, lo que tiene que regular nuestro organismo son dos tipos de ácidos:

• Ácidos volátiles: CO2 derivado de la respiración celular – metabolismo aeróbico.
• Ácidos fijos: H+, derivados del catabolismo de los principios inmediatos: del metabolismo de los hidratos de carbono (ácido láctico), de las grasas (cetoácidos), de las proteínas y de los ácidos nucleicos (sulfúrico, úrico, fosfórico…).

Cuando estos ácidos están en nuestro organismo, son amortiguados de manera inmediata por los sistemas buffer o tampón. Los 3 más importantes son:

• El bicarbonato extracelular: CO3H-.
• La hemoglobina, los fosfatos y las proteínas intracelulares.
• Los fosfatos (acidez titulable) y el amonio en la orina.

El Sistema Tampón HCO3-

Es el sistema extracelular más importante. La concentración de bicarbonato plasmática normal es de 23-25 mEq/l, y es capaz de amortiguar, en un individuo de 70 kg con un volumen de líquido extracelular (LEC) de 14 l, potencialmente 350 mEq de H+. A diferencia de otros sistemas (por ejemplo, del fosfato), se halla regulado tanto por los pulmones como por los riñones, como se aprecia en base a la reacción de disociación del ácido carbónico:

CO2 + H2O Û CO3H2 Û CO3H- + H+

Esta reacción se acelera en presencia de anhidrasa carbónica (AC). Si aumentan los H+, la reacción se desplaza hacia la izquierda y el exceso de CO2 se elimina por los pulmones con facilidad y de forma inmediata (el CO2 estimula los quimiorreceptores centrales y periféricos que actúan sobre los centros respiratorios y activan la ventilación). Si la reacción se desplaza a la derecha, los H+ se eliminan por el riñón, aunque de forma más lenta, en horas o días, pero de forma muy potente y eficaz.

Para cuantificar cómo afectan al pH los cambios en el CO2 y en el CO3H-, se utiliza la ecuación de Henderson-Hasselbalch:

pH = pK + log [CO3H-] / [CO3H2]

• El pK es una constante de disociación total de la ecuación y su valor a 37º es de 6,1.
• El CO3H2 equivale a 0,03xPCO2.

Por lo tanto, podemos decir que la relación entre el [CO3H-] / 0,03xPCO2 debe ser 20 en estado normal, ya que:

pH = 6,1 + log 20 (= 1,30) = 7,40.

Excreción Neta de Ácidos por los Riñones

Bajo condiciones normales, los riñones excretan una cantidad de ácidos igual a la producción de ácidos no volátiles y, así, recuperan el bicarbonato que se ha utilizado en la amortiguación de H+. Además, los riñones deben prevenir la pérdida del bicarbonato filtrado en el glomérulo. Tanto un proceso como el otro se consiguen mediante la secreción de H+ por las nefronas; estos H+ acidifican la orina, que puede tener un pH hasta de 4-4,5. Para que la eliminación de H+ por la orina sea más eficaz, existen tampones urinarios como el fosfato filtrado (acidez titulable) y el amoniaco (NH3) procedente de la glutamina, que produce NH4+ (amonio), que se consideran “caza protones”.

Mecanismos de Secreción de H+ y Reabsorción de Bicarbonato en el Túbulo Contorneado Proximal

El bicarbonato se filtra libremente en el glomérulo y se reabsorbe en el 90% en este túbulo. En las células proximales, así como en el borde en cepillo, existe gran cantidad de anhidrasa carbónica (AC) que acelera la reacción de disociación del ácido carbónico. Los H+ procedentes de esta reacción en el interior de la célula dan lugar a H+ que sale a la luz intercambiándose con Na+ que, como sabemos, pasa al interior de la célula, y el bicarbonato se reabsorbe a la sangre junto con Na+ e intercambiándose con Cl-. El H+ en la luz tubular se combina con el CO3H- filtrado y, por efecto de la AC del borde en cepillo, da lugar a CO2 y agua, que difunden muy bien a todos los espacios.

Mecanismos Celulares para la Secreción de H+ y Reabsorción de CO3H- en el Túbulo Distal y Colector

En estos túbulos están las células intercaladas tipo A, especializadas en la secreción de H+ mediante bombas que consumen ATP, una que intercambia H+ con K+ y otra exclusiva para eliminar de la célula los H+. La anhidrasa carbónica solo está en el interior de la célula, y la reacción de disociación del CO3H2 es más lenta en la luz tubular. El bicarbonato de la célula pasa a la sangre intercambiándose con el Cl-.

En circunstancias en que existe en el organismo un exceso de bicarbonato (alcalosis), las células intercaladas modifican sus bombas y se convierten en células tipo B, que segregan bicarbonato a la orina y reabsorben H+ para reducir la alcalosis y disminuir el pH.

Formación de Nuevo Bicarbonato

La formación de acidez titulable en la orina y de amonio (NH4+) tiene 2 funciones importantes: ayuda al riñón a eliminar más H+ y regenera más bicarbonato disponible para tamponar.

Los tampones (principalmente fosfato) que se filtran en el glomérulo y van discurriendo por los túbulos en la orina van atrapando H+ que segregan las células tubulares y dejan así CO3H- disponible para su absorción a la sangre.