MANEJO RENAL DEL AGUA

1. MANEJO RENAL DEL AGUA RIÑON 6 • Para usar esta clase • Los iconos a la derecha parte inferior son para usar MENU y moverse con las flechas. Los números indican la extensión del tema • En el MENU está el detalle de los temas y al apretar el botón puede dirigirse al de su preferencia • Presione el ratón sobre el botón CLIC para continuar la lectura. • El icono de la calculadora señala la necesidad de entrenarse en cálculos concretos • Coloque sonido en su equipo para destacar la relación entre figura y texto. • Para salir de la clase marque en su tecladoESC

2. OBJETIVOS En esta clase se tratará el manejo fino del agua por los riñones: Se describirán las propiedades del asa de Henle, de las nefronas yuxtamedulares y se explicaráen detalle el mecanismo multiplicador por contracorriente, el cual permite mostrar el mecanismo de la formación del gradiente osmótico medular que dirige la reabsorción de agua en la médula renal. Se desarrollará cómo la urea contribuye pasivamente en la formación del gradiente osmótico. Se estudiará el papel de la hormona antidiurética en la conservación del agua en el organismo. Se describirá el papel de los capilares peritubulares (vasa recta) en el mantenimiento del gradiente osmolar. Se explicará el cálculo de la depuración o clearance de agua libre para cuantificar el grado de concentración o dilución de la orina.

3. MANEJO RENAL DEL AGUA GRADIENTE OSMÓTICO CONTRIBUCIÓN DE LA UREA ACCIÓN DE LA HORMONA ANTIDIURÉTICA MANTENIMIENTO DEL GRADIENTE CLEARANCE DE AGUA LIBRE ALTERACIONES EN LA CONCENTRACIÓN DE LA ORINA Menú general

4. El agua es esencial para la vida, y los animalespara sobrevivir deben mantener un contenido hídrico elevado y con pocas variaciones. El mayor riesgo para la vida terrestre es la deshidratación. En condiciones normales el organismo se mantiene en balance hídrico. Es decir el agua ingerida, más la producida durante la oxidación de los alimentos debe ser equivalente a la perdida por la piel, por el sistema respiratorio, por el sistema digestivo y por los riñones. Para mantener el balance hídrico el organismo cuenta con los siguientes mecanismos: -La sed -La regulación renal de la excreción de agua Los riñones pueden producir una orina diluida en caso de excesiva ingesta de líquidos, o en situación contraria, preservar el agua en el organismo mediante la excreción de una orina muy concentrada. Este mecanismo es fundamental para el mantenimiento de la osmolaridad de los líquidos corporales. MANEJO RENAL DEL AGUA Menú 1 de 3

5. Osmolaridad en el intersticio (mOsm/L) 300 500 700 900 1200 Glomérulo 10 % Región conectora >24 % Túbulo proximal 65 % clic clic clic H2O Túbulo distal H2O Seg. desc. asa de Henle Seg. Ascendente asa de Henle Tubo colector REABSORCIÓN En el túbulo proximal el agua acompaña a la reabsorción activa y pasiva de solutos: se reabsorbe un 65 % del agua filtrada. En el segmento descendente del asa de Henle, el agua se mueve hacia el intersticio, atraída por la osmolaridad creciente de la médula renal. Se reabsorbe un 10 %. No hay salida de solutos. MANEJO RENAL DEL AGUA En el segmento Ascendente y en el túbulo distal no se reabsorbe agua. En el tubo colector el agua sale siguiendo el gradiente osmótico, sólo en presencia de la hormona antidiurética. En su ausencia es impermeable Menú 2 de 3 Ver las clases Riñón1: estructura y Gibbs-Donnan

6. clic MANEJO RENAL DEL AGUA La reabsorción de agua en el túbulo proximal y segmento descendente del asa de Henle se denomina reabsorción obligatoria, porque acompaña a los solutos que han sido reabsorbidos. La reabsorción de agua en el tubo colector, se denomina reabsorción facultativa,porque responde a las condiciones hídricas del organismo: en caso de privación de agua se produce un aumento de la reabsorción en este segmento tubular, y disminuye en caso contrario. La reabsorción facultativa es independiente de la reabsorción de solutos. . La reabsorción facultativa, depende de: -La presencia de la hormona antidiurética, la cual aumenta la permeabilidad al agua en la membrana luminal del tubo colector -Una fuente de energía, en este caso un gradiente osmótico, que sustente el movimiento de agua desde el tubo colector hacia el intersticio. Menú 3 de 3

7. GENERACIÓN DEL GRADIENTE OSMÓTICO MEDULAR MECANISMO POR CONTRACORRIENTE La generación de un gradiente osmótico medular se logra gracias a la capacidad que tienen los riñones para acumular solutos en el intersticio medular, de manera que la concentración osmótica de éstos aumenta desde la médula externa hasta la papila renal. Las nefronas involucradas en la generación de este gradiente son las yuxtamedulares cuyas asas de Henle son muy largas, y son precisamente estas estructuras las que por sus características anatómicas y funcionales pueden generar el gradiente osmótico, como se explica a continuación. REVISAR EL TRANSPORTE EN EL ASA DE HENLE Menú 1 de 7

8. Osmolaridad mOsm/L CORTEZA RENAL NaCl NaCl NaCl Asa de Henle NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl clic clic clic clic NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl urea NaCl urea urea NaCl urea NaCl NaCl urea urea urea urea urea NaCl urea urea urea urea urea urea NaCl CARACTERÍSTICAS DEL GRADIENTE OSMÓTICO INTERSTICIAL MECANISMO POR CONTRACORRIENTE El gradiente osmótico aumenta desde la médula externa hacia la médula interna. En los humanos va desde 300 mOsm/L hasta aproximadamente 1200 mOsm/L 300 350 500 650 800 900 1000 1200 M EXTERNA M . INTERNA Los solutos que principalmente contribuyen a la existencia de este gradiente son: En la médula externa: NaCl En la médula interna: NaCl y urea. Menú 2 de 7 .

9. NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl clic clic NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl MECANISMO POR CONTRACORRIENTE: GENERACIÓN DEL GRADIENTE OSMÓTICO MEDULAR PASO A PASO. MECANISMO POR CONTRACORRIENTE 300 mOsm/l Por las características de la reabsorción en el túbulo proximal, el líquido que ingresa en el asa de Henle es isosmótico con el plasma (300mOsm/l) NaCl 300 mOsm/l Antes de la generación del gradiente, el intersticio medular, también es isosmótico con el plasma ( 300 mOsm/l), de manera que el líquido que comienza a recorrer el asa de Henle no cambia ni su composición ni su osmolaridad. NaCl NaCl NaCl NaCl 300 mOsm/l NaCl Inicio de la formación del gradiente osmótico medular: Cuando el líquido emerge al segmento grueso del asa de Henle, la acción conjunta del cotransportador Na+,K+,2Cl- y la bomba Na+-K+ ATPasa comienzan a producir una acumulación de NaCl en el espacio intersticial. NaCl NaCl NaCl NaCl Menú 3 de 7

10. 300 mOsm/L agua agua clic clic clic agua agua GENERACIÓN DEL GRADIENTE OSMÓTICO MEDULAR PASO A PASO. MECANISMO POR CONTRACORRIENTE Debido a los propiedades del segmento grueso del asa de Henle, la salida de NaCl hacia el espacio intersticial no va acompañada de la salida de agua. En consecuencia: La osmolaridad del líquido que circula por este segmento tubular disminuye (<300mOsm/L) y la del espacio intersticial medular aumenta (> 300 mOsm/L). 200 mOsm/L 400 mOsm/L Una vez aumentada la osmolaridad del intersticio, el líquido que ingresa al segmento delgado del asa tiende a a igualar su osmolaridad con éste, mediante la salida de agua ( no ocurre salida de solutos). 400 mOsm/L El resultado es un aumento de la osmolaridad en el segmento delgado del asa de Henle (en el ejemplo presentado es de 400 mOsm/L) . Menú 4 de 7

11. 300 mOsm/L 300 mOsm/L clic clic clic GENERACIÓN DEL GRADIENTE OSMÓTICO MEDULAR. MECANISMO POR CONTRACORRIENTE Se puede notar que el líquido que ahora comienza a circular por el segmento ascendente del asa de Henle es hiperosmolar en relación al plasma (en el ejemplo es de 400 mOsm/L, pero puede ser de 1200 mOsm /L). De acuerdo con los mecanismos de transporte activos y pasivos, la velocidad de transporte aumenta con el aumento del sustrato. En este caso, ocurrirá lo siguiente: 1.- En el segmento ascendente delgado, el cual es sólo permeable a solutos; el sodio, cloruro y otros solutos, difundirán pasivamente al intersticio favorecidos por su gradiente. 2.-En el segmento ascendente grueso la bomba Na+-K+ ATPasa, el cotransportador Na+,K+,2Cl-aumentarán la velocidad de transporte, fortaleciendo así la formación del gradiente osmolar. 400 mOsm /L Menú 5 de 7

12. clic clic clic MECANISMO POR CONTRACORRIENTE: GENERACIÓN DEL GRADIENTE OSMÓTICO MEDULAR PASO A PASO. MECANISMO POR CONTRACORRIENTE 300 350 400 450 300 350 400 450 100 150 200 450 Debido a los procesos de transporte activo en el SEG. ASCENDENTE GRUESO, dos aspectos deben ser destacados: 1.- Durante el recorrido por este segmento la osmolaridad del líquido tubular desciende por la salida activa de solutos y se hace hiposmolar. 2.- En cada sección horizontal del segmento ascendente grueso se genera una diferencia de osmolaridad con el intersticio; 300-100; 350-150; 400-200, diferencia que en todos los casos es de igual valor: 200 mOsm/L, y en el ejemplo, representa el gradiente máximo que puede generar el transporte activo. “En conclusión las propiedades funcionales del segmento ascendente grueso garantizan la generación del gradiente osmolar” Menú 6 de 7

13. MECANISMO POR CONTRACORRIENTE: CONTRIBUCIÓN DE LA UREA EN LA FORMACIÓN DEL GRADIENTE. clic clic HAD agua agua clic U agua U clic agua agua U U U U U U agua U U U clic U U Como se señaló inicialmente, los solutos que contribuyen fundamentalmente con el gradiente osmolar intersticial son el NaCl y la UREA. Esta última se concentra en la zona más interna de la médula renal debido a las siguientes diferencias de permeabilidad a la urea de los túbulos renales : El segmento descendente del asa de Henle es impermeable a la urea (U). Entonces a medida que el agua sale de este segmento la concentración de urea va aumentando. U U U U TUBO COLECTOR U M. EXTERNA El segmento delgado del asa ascendente que recorre la médula interna es permeable a la U, ésta puede entrar o salir libremente según el gradiente de concentración. U U U U U El segmento ascendente grueso del asa y el segmento del tubo colectorque se encuentraen la médula externa, son impermeables a la U. U U U U M. INTERNA U U La salida de agua que se produce por acción de la hormona antidiurética(HAD) a lo largo el tubo colector aumenta la concentración de urea. U U U U U U El segmento del tubo colector que se encuentra en la médula renal interna es permeable a la urea. Esta difunde al intersticio a favor de su gradiente de concentración y, generalmente este gradiente favorece el REINGRESO en el segmento delgado ascendente del asa de Henle. U U U ASA DE HENLE Menú 7 de 7

14. RECIRCULACION DE LA UREA U U NaCl NaCl NaCl NaCl NaCl U U clic NaCl NaCl NaCl NaCl U U U NaCl U U U NaCl U NaCl U U U U U U U MECANISMO POR CONTRACORRIENTE: CONTRIBUCIÓN DE LA UREA EN LA FORMACIÓN DEL GRADIENTE. U Entre el 40 y el 60% de la urea filtrada es reabsorbida en el túbulo proximal, el resto ingresa el asa de Henle. La salida de agua en la rama descendente del asa de Henle determina un aumento en la concentración de urea. Esta concentración aumenta aún más en el segmento ascendente delgado del asa, debido al reingreso de urea (secreción de urea) que se produce aquí, la cual proviene del tubo colector. En su recorrido por el segmento ascendente grueso y por el túbulo distal NO se produce intercambio de urea con el intersticio. Tampoco hay salida de urea en el tubo colector cortical y medular externo, pero su concentración aumenta con la salida de agua dirigida por la HAD. En la médula renal interna, la urea difunde al intersticio siguiendo su gradiente de concentración, parte difunde a los vasos rectos y otra parte reingresa al asa de Henle como ya se ha descrito. U U U U U U El reciclaje de urea en la médula interna contribuye en un 50 % a la osmolaridad del intersticio en esta zona, el resto se debe al NaCl. Menú 1 de 2

15. TUBO DISTAL mOsm/l 100 200 250 500 700 900 1000 300 350 450 500 700 900 1000 300 400 450 500 700 900 1000 TUBO COL E CTOR clic clic clic H2O FORMACIÓN DE UNA ORINA DILUIDA. Mediante los procesos descritos, el líquido que ingresa al túbulo distal es hiposmótico (100 mOsm/len el ejemplo presentado). Como en este túbulo continua la salida activa de sodio, especialmente en el segmento conector, por acción de la hormona aldosterona. La osmolaridad del líquido disminuye aún más en este recorrido. NaCL NaCL NaCL 80 90 60 60 60 60 60 . El líquido que ingresa al tubo colector es hiposmótico (en el Ej. 60 mOsm/l). En ausencia de la hormona antidiurética, el tubo colector es impermeable al agua, así que la osmolaridad del líquido tubular no cambia durante el recorrido, y se excreta una orina diluida. Esto ocurre normalmente cuando se ha ingerido un exceso de agua. orina 60 Mol/L 1200 Menú . 2 de 2

16. Clic EXCRECION DE UNA ORINA CONCENTRADA: MECANISMO DE ACCIÓN DE LA HORMONA ANTIDIURÉTICA La hormona antidiurética (HAD) o vasopresina es un péptido producido en los núcleos supraóptico y paraventricular del hipotálamo cuyos axones terminan en la neurohipofisis donde se almacena. Los estímulos fisiológicos para la secreción de HAD son: LOS AUMENTOS DE LA OSMOLARIDAD PLASMÁTICA, cambios entre 1-2% de la osmolaridad, ya producen aumentos de la secreción de la ADH. Actúan como inhibidores de la secreción LA DISMINUCIÓN DE LA PRESIÓN LA DISMINUCIÓN DE LA VOLEMIA. EL FRÍO Y EL ALCOHOL . La membrana apical del tubo colector es impermeable al agua, para que éste se haga permeable debe actuar la HAD, el mecanismo propuesto es el siguiente: La hormona llega a la membrana basolateral de las células del tubo colector y se une a receptores específicos;V2, con esta interacción se activa la enzima adenilciclasa y se produce AMPc a partir de ATP. El AMPc activa a una proteincinasa, ésta va a fosforilar a las acuoporinas 2 (AQP2)ubicadas en el interior celular, las cuales una vez fosforiladas pueden insertarse en la membrna apical para actuar como canales de agua. De esta manera se produce el aumento de la permeabilidad. La membrana basolateral no ofrece resistencia al paso de agua debido a la presencia de las acuoporinas 3 y 4, las cuales siempre están presentes en la membrana. Menú El movimiento de agua se produce por ósmosis. 1 de 4

17. membrana basal Fosforilación de lasAQP2 AQP 3 clic AMPc PKA HAD Gs V2 MECANISMO DE ACCIÓN DE LA HORMONA ANTIDIURÉTICA Luz del tubo colector ATP AC membrana apical capilar Menú 2 de 4

18. mOsm/L HAD clic clic agua agua agua agua FORMACIÓN DE UNA ORINA CONCENTRADA. NaCL Cuando aumenta la osmolaridad del plasma o disminuye la volemia, se libera la hormona antidiurética (HAD), cuya acción aumenta la permeabilidad al agua en el tubo colector por el mecanismo descrito en la pantalla anterior. NaCL NaCL 90 100 300 350 500 650 800 900 1000 80 150 300 450 800 900 1000 350 500 650 800 900 1000 1200 500 650 800 900 1000 1200 TUBO COL E CTOR El líquido hiposmótico que ingresa al tubo colector, a medida que desciende a través del gradiente osmótico medular, y bajo los efectos de la HAD, tiende a equilibrarse con la médula por la salida de agua. Como resultado la osmolaridad del líquido tubular se iguala con la del intersticio medular y se excreta una orina concentrada. En este ejemplo es de 1200 mOsm/l. . Osmolaridad de la orina 1200 mOsm/l 1200 Menú 3 de 4

19. 1200 1000 800 600 300 100 clic clic mOsm/l VARIACIONES DE LA OSMOLARIDAD EN LOS TUBOS RENALES HAD máxima ORINA CONCENTRADA ORINA DILUIDA T. PROXIMAL ASA DE HENLE TUBO DISTAL TUBO COLECTOR Menú 4 de 4

20. Se ha explicado en pantallas anteriore, paso a paso la formación del gradiente osmolar en la médula renal, pero no basta con formarlo “es necesario que se mantenga en el tiempo”. Se podría pensar que los solutos acumulados en el intersticio podrían pasar rápidamente a la circulación y evitar la formación del gradiente. Sin embargo esto NO OCURRE por las características de la irrigación de la médula renal, dado que: Corteza médula Capilares glomerulares clic clic clic cortocircuitos Tubos renales Vena y arteria interlobar Vasa recta MANTENIMIENTO DEL GRADIENTE OSMÓTICO PAPEL DE LOS VASA RECTA. 1.- El flujo medular es bajo, representa entre el 1 al 2% del total de la sangre que pasa por el riñón. 2.- Las características anatómicas de los capilares peritubulares son especiales. El suministro de sangre en la médula se da partir de capilares que se desprenden de las arteriolas eferentes provenientes de las nefronas yuxtamedulares, reciben el nombre de vasos rectos o vasa recta, Tienen forma de U, penetran profundamente en la médula renal, presentan muchos cortocircuitos y acompañan en su recorrido a las asas de Henle y tubos colectores. El flujo sanguíneo medular se da en los dos sentidos, descendente y ascendente. . Menú Por esta organización estructural los vasos rectos actúan como“intercambiadores por contracorriente”de manera que el gradiente osmolar se puede mantener, como se explica a continuación: 1 de 4

21. clic clic MANTENIMIENTO DEL GRADIENTE OSMÓTICO: PAPEL DE LOS VASA RECTA. Un intercambiador por contracorriente requiere que EL FLUJO ENTRE LOS CANALES ADYACENTES OCURRA EN SENTIDO OPUESTO. Esto se obtiene con la forma en U de los vasa recta El intercambiador por contracorriente facilita el movimiento transversal de moléculas permeantes entre canales adyacentes, y MINIMIZA el desplazamiento axial. El movimiento de las moléculas se realiza por difusión pasiva a través de las membranas de los vasa recta. Menú 2 de 4

22. clic clic clic agua solutos MANTENIMIENTO DEL GRADIENTE OSMÓTICO MEDULAR: PAPEL DE LOS VASOS RECTOS mOsm/l La sangre que emerge de las arteriolas eferentes de las nefronas yuxtamedulares e ingresa a las vasa recta es isosmolar con el plasma (300 mOsm/l). 300 350 450 600 900 1200 A medida que desciende por la médula renal tiende a equilibrarse con el intersticio de osmolaridad creciente (300 - 1200 mOsm/l). El agua por ósmosis sale desde los capilares hacia el intersticio, y los solutos que están concentrados en el intersticio difunden pasivamente hacia los capilares. . Debido a la velocidad del flujo sanguíneo NOse logra un equilibrio total con el intersticio. Por ejemplo, a nivel de la papila renal, para una osmolaridad en el intersticio de 1200 mOsm /l la sangre alcanzará 1000 mOsm/l. 1000 mOsm/l Menú 3 de 4

23. clic clic clic clic agua solutos MANTENIMIENTO DEL GRADIENTE OSMÓTICO MEDULAR: PAPEL DE LOS VASOS RECTOS mOsm/l Al entrar en la rama ascendente del vaso recto, el líquido se encuentra en forma progresiva con un intersticio más diluido, una vez más tiende a ocurrir un equilibrio: el agua entra al capilar y los solutos salen. 350 300 500 600 900 1200 300 Sin embargo NO se completa el equilibrio y la sangre que emerge de la rama ascendente del capilar es algo hiperosmótica, y su volumen es moderadamente mayor en relación a la sangre que inicialmente ingresó por la rama descendente. Al no completarse el equilibrio osmótico con el intersticio la sangre arrastra una pequeña proporción de solutos y de agua, pero en el intersticio se mantiene suficiente cantidad de solutos para garantizar el gradiente osmolar. 1000 Menú 4 de 4

24. clic clic clic MEDIDA DE LA CAPACIDAD DE CONCENTRACIÓN Y DILUCIÓN DE LA ORINA: CLEARANCE DE AGUA LIBRE La medición de la osmolaridad de la orina permite conocer si la orina está concentrada o diluida, pero usualmente en los laboratorios se determina la densidad de la orina, porque es una técnica más simple y generalmente existe una buena correlación entre la osmolaridad y la densidad. Aunque no siempre es así, dado que la densidad no sólo depende del número de partículas disueltas sino también de la naturaleza (tamaño, forma) de éstas. Por ejemplo un aumento de las proteínas en la orina aumenta la densidad pero produce cambios menores de la osmolaridad. . Si se quiere cuantificar el grado de concentración de la orina se calcula el clearance de agua libre (C H2O), este término se refiere al volumen de agua pura (libre de solutos) que se le debería agregar a una orina concentrada o retirar a una diluida, para que ésta alcance la osmolaridad del plasma. En otras palabras mide el exceso o el déficit de agua en que se excretan los solutos urinarios. . El clearance de agua libre se expresa por unidad de tiempo, y para conocerlo se requiere calcular previamente el clearance osmolar (Cosm) y el volumen minuto de orina (Vo). El Cosm representa “ el volumén de plasma, que por los procesos renales, se libera de una carga de solutos osmóticamente activos en la unidad de tiempo”, se calcula al dividir el producto de la osmolaridad de la orina (UOsm) por el volumen minuto de orina (V) entre la osmolaridad del plasma ( Posm): Cosm = Uosm. V o/Posm . . . El clearance de agua libre se obtiene entonces restando el Vo menos el Cosm : C H2O = Vo – Cosm Si el valor resulta positivo el individuo está diluido, si da negativo está concentrado, y si es cero el individuo está en equilibrio hídrico. Menú 1 de 1

25. RESUMEN FINAL ALTERACIONES EN EL MANEJO RENAL DEL AGUA • En la diabetes no compensada, la excreción de glucosa arrastra y produce la pérdida de grandes cantidades de agua. • La ingesta de alcohol inhibe la secreción de la hormona antidiurética y en consecuencia aumenta la excreción de agua. • La ausencia de receptores renales para la hormona antidiurética provoca también la pérdida de grandes cantidades de agua, este trastorno se denomina diabetes insípida. • Los trastornos que interfieran con la formación del gradiente medular: • El aumento del flujo de sangre en la médula (lava el gradiente) • Una marcada disminución de la TFG reducirá el aporte de solutos a la médula renal. • Enfermedades tubulares que produzcan la destrucción de las asas de Henle. • Farmacológicamente se puede bloquear selectivamente el transporte de sodio. Al aumentar así la excreción de sodio, y de otras sustancias acopladas a este transporte, aumenta también la excreción de agua por efecto osmótico. Menú 1 de 1

26. CONCLUSIONES En esta sesión se ha destacado la importancia del mantenimiento hídrico del organismo, y la contribución de los riñones, para ello se ha explicado: - Cómo las asas de Henle largas son las estructuras responsables de la formación del gradiente osmolar por su disposición en U, por las diferencias de permeabilidad entre los dos segmentos y por la presencia de un transporte activo. - La formación del gradiente osmótico mediante el mecanismo multiplicador por contracorriente. - La contribución de la urea en la formación del gradiente osmótico, debido a las diferencias de permeabilidad a la urea que presenta el asa de Henle (sólo el segmento delgado ascendente es permeable) y el tubo colector (permeable en la médula interna e impermeable en la externa). - La acción de los vasos rectos por la disposición en U por el que mantienen el gradiente osmótico. - La formación de una orina diluida y concentrada y, el mecanismo de acción de la hormona antidiurética. Finalmente se explicó como estimar el grado de concentración o dilución de la orina mediante el cálculo del clearance de agua libre, y el uso de la densidad con sus limitaciones. FIN