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FISIOLOGIA. / URINARIO / REGULACIÓN OSMOLAR E HÍDRICA
REGULACIÓN OSMOLAR E HÍDRICA POR PARTE DEL RIÑÓN
REGULACIÓN RENAL DE LA OSMOLARIDAD Y EL VOLUMEN HÍDRICO CORPORAL
LA OSMOLARIDAD Y EL VOLUMEN HÍDRICO CORPORAL SON DOS PARÁMETROS ESENCIALES DEL MEDIO INTERNO, QUE POR SU IMPORTANCIA VITAL, SON OBJETO DE UN COMPLEJO SISTEMA DE REGULACIÓN POR PARTE DEL SISTEMA NERVIOSO, SISTEMA ENDOCRINO Y EL APARATO URINARIO.
OBJETIVOS
- Describir el balance de agua en el organismo. Valorar la importancia de la diuresis obligada diaria.
- Describir el gradiente de osmolalidad cortico-medular y cómo varía la osmolalidad medular en distintas situaciones fisiológicas.
- Explicar cómo contribuye la diferente permeabilidad al agua y la reabsorción activa y pasiva de cloruro sódico en las distintas porciones del asa de Henle en la generación del gradiente osmolal en la médula renal.
- Explicar la importancia del flujo sanguíneo medular en el mantenimiento del gradiente osmótico en la medula renal.
- Describir los mecanismos de transporte de la urea en el riñón y su importancia en el gradiente osmótico en la médula renal.
- Explicar la importancia de la hormona antidiurética en la concentración urinaria en situaciones de baja ingesta de agua.
- Explicar el mecanismo responsable de la diuresis hídrica.
- Explicar el mecanismo responsable de la diuresis osmótica.
- Predecir las consecuencias sobre la capacidad de concentrar la orina en las alteraciones del gradiente osmótico medular. Explicar cómo se recupera el gradiente osmótico tras la alteración.
- Definir los conceptos de aclaramiento osmolal y aclaramiento de agua libre y explicar como varían estos aclaramientos en situaciones de antidiuresis y de diuresis hídrica.
- Explicar cómo son detectados los cambios de osmolalidad del líquido extracelular.
- Explicar la participación de la ADH y de la sed en la regulación de la osmolalidad y del volumen de líquido extracelular.
- Empleando las vías de ingesta y eliminación de agua predecir los cambios en el volumen y osmolalidad de los líquidos corporales causados por una pérdida o ganancia neta de agua corporal. Predecir cómo cambiarían el volumen y la osmolalidad de la orina tras la perdida o ganancia de agua corporal.
- Explicar el concepto de volumen efectivo circulante.
- Explicar qué receptores responden a los cambios de los volúmenes plasmático y extracelular, y sobre qué efectores actúan.
- Describir el funcionamiento del sistema renina-angiotensina-aldosterona en la regulación del volumen del líquido extracelular.
- Explicar la importancia del sistema nervioso simpático en el control del volumen del líquido extracelular.
- Describir la importancia del péptido natriurético auricular en la regulación del volumen extracelular.
- Razonar cuál es la importancia de los cambios de presión coloidosmótica plasmática y de flujo sanguíneo medular sobre la eliminación urinaria de sodio y agua.
- Explicar los mecanismos que intervienen en la diuresis y natriuresis de presión.
MECANISMOS DE CONCENTRACIÓN Y DILUCIÓN DE LA ORINA
A pesar de los mecanismos de reabsorción y secreción mencionados y de la regulación que controlan estos procesos, existe una excreción obligatoria de solutos que supone también una pérdida obligatoria de agua corporal (Figura 1). Si la orina fuera de una osmolalidad igual a la del plasma, 300 mOsm /Kg de H2O, se necesitarían 1000 ml de H2O. En ocasiones la orina puede estar más concentrada, llegando, en el hombre, a alcanzar valores osmolales de hasta 1200 mOsm/Kg de H2O. En este caso el volumen de agua necesario sería de unos 4 litros. (Animación 1)
Animación 1: Cómo se conserva el agua corporal.
Sin embargo, en la orina normal no suele corresponderse los osmoles con el volumen de líquido, normalmente menor del necesario, de 1 a 2 litros por día para una orina con una osmolalidad de 3 a 4 veces la del plasma. Es así, porque el riñón ha encontrado la forma de ahorrar agua en el proceso de la formación de orina.
Para ello necesita controlar la permeabilidad al agua en la región final, túbulo colector medular, para permitir movimientos de agua dentro del mismo.
Para que se den estos movimientos de agua se necesita diferencias osmóticas entre el interior tubular y el exterior, para ello, crea un gradiente osmótico oncótico medular, mayor hacia la médula interna, de esta forma la tendencia del agua tubular es de salir, más cuanto más concentrada sea la médula, siempre y cuando exista permeabilidad para ello.
Por lo tanto, la capacidad renal de concentrar o diluir la orina dependerá de:
1. Creación y conservación de un gradiente osmótico creciente en dirección medular.
2. El papel de la ADH como regulador de la permeabilidad al agua y urea en el túbulo colector, lo cual permite modificar el gradiente medular y el contenido final de agua y urea de la orina.
ELEMENTOS Y MECANISMOS PARA CONSEGUIR LA CONCENTRACIÓN O DILUCIÓN DE LA ORINA
En la creación y mantenimiento del gradiente osmótico medular participan tres estructuras renales:
a. El Asa de Henle, que actúa como multiplicador por contracorriente.
b. Los vasos rectos que actúan como intercambiadores de contracorriente y permiten mantener dicho gradiente.
c. Los túbulos colectores que actúan como equilibradores osmóticos, modificando la osmolalidad final del gradiente osmolal corticomedular.
¿CÓMO SE CREA EL GRADIENTE OSMÓTICO CÓRTICO-MEDULAR?
1. Se necesitan dos tubos paralelos (asa de Henle) en estrecha aproximación con flujos, uno de entrada y otro de salida, contrarios (contracorriente) y diferentes permeabilidades en ambos para el agua, urea y solutos. La rama ascendente se hace impermeable al agua y reabsorbe activamente solutos (inicialmente por difusión pasiva) en la parte final del asa (AHAG) (efecto simple del proceso de multiplicación por contracorriente). (Animación 2)
Animación 2: Cómo se crea un gradiente osmótico córtico-medular.
Que se acumulan en el intersticio, incrementando su osmolaridad, lo que hace que salga agua libremente desde el asa descendente que solo permite el movimiento de agua, concentrándose el líquido tubular. Al invertirse el flujo, la rama ascendente delgada se hace impermeable al agua y muy permeable a la sal (que está muy concentrada en el interior tubular) que sale libremente al intersticio igualando su osmolaridad a la del interior del túbulo que es alta. Este proceder es lo que hace que se multiplique el efecto generado en la parte final del asa ascendente gruesa por bombeo de sal.
El bombeo activo en el asa ascendente gruesa actúa como cebo o detonador para crear el gradiente cortico-medular. Este primer desajuste osmolar permite la salida de agua del asa descendente para equilibrarse y concentrar las sales del túbulo que no pueden salir. Este efecto se multiplica por el hecho de que en la rama ascendente tan solo se permite la salida de sales y no de agua.
Como el gradiente osmótico depende del asa ascendente gruesa de Henle, cuanto mayor sea ésta mayor será el gradiente.
No olvidar que la generación de este gradiente medular depende de la actividad de las bombas basolaterales de Na+ /K+ ATPasa de la rama ascendente gruesa del asa de Henle cuya actividad depende de la ADH.
En la generación de este gradiente cortico medular, el ClNa participa en un 50%, el otro 50% depende de la urea, cuyo ciclo lo veremos más adelante.
¿CÓMO SE MANTIENE?
El flujo sanguíneo tiene la obligación de lavar el intersticio medular, por lo que destruiría dicho gradiente. Para que esto no ocurra se diseña una circulación medular especial, mediante los vasos rectos, los cuales van actuar como intercambiadores de contracorriente, además de presentar un flujo sanguíneo muy bajo. (Animación 3)
Animación 3: Sistema intercambiador.
Este diseño consiste en dos vasos, la arteria descendente y la ascendente, próximas entre sí, con dos flujos contrapuestos. El vaso descendente suelta agua de acuerdo a la osmolalidad medular, pero esta agua es recogida nuevamente por el vaso ascendente, de esta forma el agua plasmática evita la médula intersticial renal. Los solutos entran por la rama descendente y salen por la ascendente, por lo que se renuevan, pero no varían, aunque la sangre que sale es algo más osmótica.
Este proceso es puramente pasivo dependiente del gradiente medular existente. Este sistema no es capaz de generar el gradiente, en caso de que éste desapareciera.
¿CÓMO SE AJUSTA LA OSMOLARIDAD FINAL DE LA ORINA?
El líquido que entra en el CCC es hipotónico, en este segmento la presencia de la ADH aumenta la permeabilidad al agua, igual que en el CCME, la cual sale al intersticio. La cortical se lava rápidamente, mientras que la osmolaridad del CCME tiende a la del intersticio, igualándose cuando la permeabilidad al agua es total (presencia máxima de ADH). La permeabilidad al agua en el CCMI no está regulada y el agua se equilibra con el intersticio. (Animación 4)
EN TODO ESTE PROCESO LA UREA JUEGA UN IMPORTANTE PAPEL (Animación 5), ya que participa en la generación del gradiente osmótico corticomedular, y por el diseño de sus permeabilidades tubulares va a jugar un papel fundamental en la modificación final del gradiente osmolal corticomedular y por lo tanto en la capacidad concentradora de la orina.
Animación 4: Ajuste de la osmolaridad final de la orina.
Animación 5: Ciclo de la urea.
La urea pasa pasivamente y en el TP se reabsorbe por este mecanismo el 50% de la filtrada, sin embargo, en el TCD aparece nuevamente la misma cantidad que se filtró. Esta entrada de urea se realiza por secreción en el asa ascendente delgada de Henle, ya que salvo en TP y CCMI el resto de los segmentos son totalmente impermeables a la urea.
La urea que llega al CC se concentra a medida que sale el agua, por lo que cuando llega al CCMI, donde es permeable a la urea, ésta está muy concentrada, lo que genera una fuerza química suficiente para que dicha urea salga al intersticio, ésta en el intersticio hace salir agua de la rama descendente del asa de Henle y concentra aún más el líquido tubular por lo que aumenta el gradiente corticomedular. Además en esta región tubular la ADH también incrementa la permeabilidad a la urea, por lo que incrementa la urea intersticial y por tanto la concentración de la orina final, al salir más agua.
Si disminuye la ADH, el líquido tubular que entra en el CC se mantiene hipotónico, la urea se diluye y como además no se activan sus transportadores en la médula interna, la orina contendrá un mayor volumen líquido y perderá urea, disminuyendo el gradiente osmótico corticomedular del intersticio.
Se considera que la participación de la urea en la formación del gradiente osmótico corticomedular del intersticio es de un 50%.
Por otra parte, la cantidad de urea que se maneja en el túbulo dependerá de la filtrada y ésta de su concentración plasmática, que a su vez depende del metabolismo de las proteínas. Así dietas ricas en proteínas, suelen producir orinas muy concentradas, mientras que dietas pobres en proteínas o exentas de ellas, generan una orina muy diluida.
FACTORES QUE MODIFICAN EL GRADIENTE OSMÓTICO CÓRTICO-MEDULAR
1. Cantidad de médula renal.
2. Longitud del asa de Henle y % de nefronas yuxtamedulares
(La rana no puede producir orina concentrada por carecer de asas de Henle; y el ratón del desierto puede concentrar muchísimo su orina por tener una mayor % de nefronas YM y médula renal.
3. Disponibilidad de urea.
4. Velocidad del flujo intratubular.
Si el flujo de la orina es alto se incrementa la % de urea no reabsorbida en TP, aumenta la carga de urea del TC.
Si el flujo capilar de los vasos rectos es alto, se incrementa el lavado intersticial.
5. Flujo sanguíneo en la médula renal.
CONCEPTO DE DEPURACIÓN OSMOLAR Y DEPURACIÓN DE AGUA LIBRE
OSMORREGULACIÓN
Los líquidos corporales tienen una osmolalidad de unos 290 mOsm/Kg de agua. Como se ha visto en el estudio de los líquidos corporales, una desviación de ésta osmolalidad en el espacio extracelular (LEC) supone movimientos de agua desde o hacia el espacio intracelular (LIC), con objeto de mantener el equilibrio osmótico. Consecuentemente, es necesario diseñar todo un sistema de control osmolal que evite la aparición de estos desequilibrios ya que la actividad celular depende mucho del volumen celular. (Figura 3)
La ingesta normal de ClNa es aproximadamente de unos 8 a 15 g/día. Esta cantidad es la misma que debe ser excretada por el riñón para que la osmolalidad del LEC se mantenga constante.
Como se puede ver en la figura, pequeños cambios hacia arriba o hacia abajo de la osmolalidad del LEC dispara la acción de los osmosensores localizados principalmente en el encéfalo (hipotálamo), que regulan, además de la conducta de búsqueda de agua (sed), la liberación de la ADH (h. antidiurética o vasopresina) que va a actuar en los riñones controlando el volumen final de orina.
DEFICIENCIAS DE SAL (HIPONATREMIA)
La deficiencia de sal o hiponatremia (sodio en plasma por debajo de 135 mEq/L) reduce la secreción de ADH aunque se produzca en un volumen normal (euvolémica), debido a la disminución de la osmolalidad sanguínea. Ello supone excreción de agua por la orina. Esta excreción conlleva disminución del volumen de LEC y por tanto, disminución del volumen plasmático y la presión arterial, activándose el sistema renina angiotensina (SRA), que produce la denominada sed hipovolémica y la retención de sodio por la aldosterona. Esta retención de sales produce retención de agua, lo que lleva a un aumento de la secreción de la ADH, además de la ingesta de agua, que al final supone la normalización del volumen del LEC.
También puede haber hiponatremia con volumen del LEC aumentado y con el volumen del LEC disminuido.
EXCESOS DE SAL (HIPERNATREMIA)
Los excesos de sales o hipernatremia (sodio del plasma por encima de 150 mEq/L), suponiendo un volumen normal del agua corporal, aumenta la osmolalidad del plasma y por tanto, el incremento en la secreción de la ADH (que supone retención de agua en el riñón), por lo que se incrementa el volumen del LEC. El aumento del volumen del LEC supone incremento del volumen sanguíneo y la liberación auricular del PNA que aumenta la excreción de sal y de agua por la orina, con lo que se normaliza nuevamente el volumen del LEC.
REGULACIÓN DEL VOLUMEN
La regulación del volumen del LEC está mediada por cambios tanto en el volumen como en la osmolalidad del plasma. El objetivo principal es normalizar dicho volumen y para ello se actúa inicialmente sobre los niveles de Na+. Para ello, participan el sistema renina-angiotensina, que reduce la TFG y activa la secreción de la aldosterona, que lleva a una retención de Na+. Por otro lado se libera PNA como consecuencia de una aumento del volumen sanguíneo que supone un incremento de la filtración y una disminución en la reabsorción del ClNa renal. También participa la ADH que se incrementa cuando hay un aumento de la osmolalidad plasmática, la presencia de angiotensina II y la disminución del volumen auricular, mediante el reflejo de Gauer-Henry.
DEFICIENCIAS DE AGUA
Cuando las pérdidas de agua, por los mecanismos que sean, no se reponen prontamente, el LEC se vuelve hipertónico con la consiguiente desecación del compartimento intracelular (LIC). El incremento de la osmolalidad (con un solo 1% es suficiente) supone el aumento en la secreción de la ADH, reduciéndose la excreción renal de agua. Por otra parte y por intervención de los osmorreceptores hipotalámicos se produce la sed hiperosmótica que genera la conducta de búsqueda de agua. Esta entrada de agua regula la actividad hipotalámica mediante los osmorreceptores periféricos de la región portal y las aferencia vagales.
EXCESOS DE AGUA
Cuando un sujeto ingiere una cantidad importante de líquido hipotónico, la osmolalidad del plasma (y por tanto del LEC) se reduce, disminuyendo la liberación de la ADH, lo que lleva a una diuresis acuosa, que normaliza la osmolalidad del plasma en menos de una hora.
DIURESIS.
Se entiende por diuresis a la mayor excreción de orina (> 1 ml/min).
Puede ser:
Diuresis acuosa: Por disminución de la osmolalidad plasmática y/o el aumento del volumen sanguíneo con disminución en la secreción de la ADH, lo que supone excreción de agua libre.
Diuresis osmótica: Se produce por aumento en la cantidad de sustancias no reabsorbibles filtradas en el túbulo (por ejemplo, en una hiperglucemia). Estas sustancias retienen osmóticamente agua en el túbulo.
Diuresis por presión: Normalmente como consecuencia del incremento de la presión arterial.
DIURÉTICOS:
Normalmente actúan inhibiendo la reabsorción de ClNa (saluréticos) en el túbulo renal. Se produce secreción de sal al túbulo y como consecuencia un incremento del agua tubular.
Los diuréticos que inhiben a la anhidrasa carbónica (azetalamida) en el túbulo proximal reducen el intercambio Na+/H+ y la reabsorción de bicarbonato. La diuresis no es proporcional a la acción de estos diuréticos porque el incremento de ClNa en el túbulo distal y mediante el mecanismo de retroalimentación yuxtaglomerular, se reabsorbe el exceso de sal y se reduce la TFG. Por otra parte, se produce una acidosis no respiratoria.
Los diuréticos de asa (furosemida), inhiben el transportador Na+:2Cl–:K+ del asa gruesa ascendente de Henle, impidiendo la reabsorción del ClNa y disminuye la osmolalidad corticomedular peritubular. Consecuencias son: la disminución de la reabsorción de calcio y magnesio; el aumento de la secreción de K+ en el conducto colector por el aumento en la reabsorción de Na+ a este nivel y pérdida acoplada de H+, con la aparición de una alcalosis hipopotasémica.
Los diuréticos que actúan al nivel del túbulo distal (tiazidas) inhiben la reabsorción del ClNa y por tanto incrementan la secreción de K+ y H+.
Los diuréticos que actúan en el túbulo conector y conducto colector (amilorida) bloquean los canales de Na+ de las células principales, reduciéndose la excreción de K+ (diuréticos ahorradores de potasio). Ocurre lo mismo con los antagonistas de la aldosterona.
ENLACES DEL TEMA EN LA WEB
VIDEOS EN YOUTUBE
PATOLOGÍA
Hiponatremia (MedlinePlus)
Hiponatremia (Portal de Salud)
Hipernatremia (Wikipedia)
Hipernatremia (Manual SD)
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