¡Descarga Estructura y funcion de los riñones y más Esquemas y mapas conceptuales en PDF de Recursos y planificacion hidraulica solo en Docsity!
Capítulo 27
Estructura y función de los riñones
Objetivos de aprendizaje
Al finalizar el capítulo, el estudiante:
1. Enumera los principales procesos renales, localizándolos en los diferentes **segmentos de la nefrona.
- Conoce las características diferenciales de la vascularización renal y la** **importancia funcional de las arteriolas aferente y eferente.
- Define flujo sanguíneo renal, flujo plasmático renal, tasa de filtración glomerular** **y fracción de filtración dando los valores fisiológicos de estos parámetros.
- Compara el flujo sanguíneo y el consumo de oxígeno en los riñones con los del** **músculo esquelético y miocardio.
- Describe las capas que forman la barrera de filtración glomerular.
- Explica cómo puede afectar la estructura de la barrera a la capacidad de** filtración identificando los daños en la barrera de filtración responsable de la **hematuria y la proteinuria.
- Define coeficiente de filtración del capilar glomerular y explicar cómo participa** **en determinar la tasa de filtración glomerular.
- Identifica las fuerzas a favor y en contra de la filtración.
- Predice los cambios en la filtración glomerular provocados por los aumentos o** **disminuciones en cualquiera de las situaciones más comunes.
- Predice las consecuencias del bloqueo de la síntesis de prostaglandinas y de la** **formación de óxido nítrico en esta redistribución.
- Explica la autorregulación del flujo sanguíneo renal y del filtrado glomerular** como resultado de los mecanismos miogénico y de retroalimentación **tubuloglomerular.
- Explica el concepto de aclaramiento y conoce su formulación matemática.
- Calcula la tasa de filtración glomerular, el flujo sanguíneo renal y el flujo** **plasmático renal.
- Distingue entre el uso del aclaramiento de inulina y el de creatinina para medir** **la tasa de filtración glomerular.
- Describe las consecuencias de la disminución de la tasa de filtración glomerular** sobre las concentraciones plasmáticas de urea y creatinina.
SECCIÓN V
Fisiología renal
1201
Estructura y función de los riñones
“La brecha del conocimiento está limitando la lucha contra la enfermedad renal, e incrementando la mortalidad asociada a ella”. Día Mundial del Riñón
En la vida del ser humano el metabolismo produce inevitablemente sustancias de desecho que, además de ser innecesarios para el cuerpo, resultan tóxicos si se permite que se acumulen. Por ello, el sistema urinario es el principal medio de excreción de deshechos metabólicos de la sangre y el resto del aparato urinario sirve para el transporte, el almacenamiento y la eliminación de la orina.
Sin embargo, la tarea de estos órganos va más allá de la excreción de deshechos, también es indispensable en la regulación de la volemia , PAM y la composición de la sangre , procesos que se relacionan intrínsecamente con el sistema endócrino (eritropoyetina), el sistema circulatorio (SRAA) y sistema respiratorio (pH arterial).
Anatómicamente, el sistema urinario se relaciona directamente con el aparato reproductor dado que los dos sistemas se desarrollan juntos en el embrión y, en el varón, la uretra sigue sirviendo como pasaje para la orina y el semen. Por tanto, los aparatos urinario y reproductor suelen recibir el nombre de aparato urogenital y los urólogos tratan tanto trastornos urinarios como los reproductivos.
El aparato urinario está constituido por dos riñones, dos uréteres, la vejiga y la uretra. Después de que los riñones filtran el plasma, devuelven la mayor parte del agua y los solutos a la corriente sanguínea. El agua y los solutos remanentes constituyen la orina, que transcurre por los uréteres y se almacena en la vejiga urinaria hasta que se excreta a través de la uretra.
La nefrología (del griego “ nephro ”, riñón; y “ logo ”, estudio) es el estudio de la anatomía, la fisiología y las enfermedades de los riñones.
1203
cóncavo se encuentra el hilio renal, a través del cual emerge el uréter junto con los vasos sanguíneos, los vasos linfáticos y los nervios.
Cada riñón está cubierto por tres capas de tejido, una más profunda o cápsula renal , es una lámina lisa y transparente de tejido conectivo denso irregular, que se continúa con la capa externa del uréter; sirve como barrera contra los traumatismos y ayuda a mantener la forma del órgano. La capa intermedia o cápsula adiposa , es una masa de tejido adiposo que rodea la cápsula renal. También protege al riñón de los traumatismos y lo sostiene dentro de la cavidad abdominal. La capa superficial o fascia renal es otra capa delgada de tejido conectivo denso irregular que fija el riñón a las estructuras que lo rodean y a la pared abdominal.
Un corte frontal del riñón muestra dos regiones distintas: un área superficial, de color rojo claro, llamada corteza renal y una región profunda, de color pardo rojizo, denominada médula renal. La médula renal está compuesta por unas 8 a 18 pirámides renales de forma cónica, cuya base de cada pirámide se dirige hacia la corteza renal y su vértice o papila renal , se orienta hacia el hilio.
Anatomía interna de los riñones (Tortora y Derrickson, 2018).
1204
La corteza renal es el área de textura lisa que se extiende desde la cápsula hasta las bases de las pirámides renales y hacia los espacios entre ellas. Se divide en una zona cortical externa y una zona yuxtamedular interna. Estas porciones de la corteza renal que se extienden entre las pirámides renales se denominan columnas renales.
Un lóbulo renal consta de una pirámide renal, la región suprayacente de la corteza y la mitad de cada columna renal adyacente. La corteza y las pirámides renales de la médula constituyen el parénquima renal , dentro del cual se encuentran las unidades funcionales del riñón, alrededor de 1 millón de estructuras microscópicas llamadas nefronas.
El filtrado que se forma en las nefronas drena en conductos papilares grandes, que se extienden a través de las papilas renales de las pirámides. Los conductos papilares desembocan en estructuras en forma de copa llamadas cálices menores y mayores. Cada riñón tiene entre 8 y 18 cálices menores y 2 o 3 cálices mayores. Un cáliz menor recibe orina de los conductos papilares de una papila renal y la envía a un cáliz mayor.
Una vez que ingresa el filtrado en los cálices se convierte en orina porque no experimenta más reabsorción, ya que el epitelio simple de la nefrona y los conductos se convierte en el epitelio de transición de los cálices. A partir de los cálices mayores, la orina drena en una cavidad más grande denominada pelvis renal y luego, a través del uréter hacia la vejiga.
El hilio desemboca en una cavidad dentro del riñón que se denomina seno renal y que contiene parte de la pelvis, los cálices y ramas de los vasos sanguíneos y los nervios renales. El tejido adiposo ayuda a estabilizar la posición de estas estructuras en el seno renal.
Por su parte, los riñones poseen abundante vascularización y, aunque dichos órganos constituyen menos del 0,5% de la masa corporal total, reciben entre el 20 y el 25% del GC en reposo, a través de las arterias renales derecha e izquierda. En los adultos, el flujo sanguíneo renal (FSR), que es el flujo de sangre que atraviesa ambos riñones, es de alrededor de 1200 a 1250 mL por minuto.
Dentro del riñón, la arteria renal se divide en arterias segmentarias que irrigan diferentes segmentos (áreas) del riñón. Cada arteria segmentaria da origen a diversas ramas que ingresan en el parénquima y atraviesan las columnas entre las pirámides renales como arterias interlobulares.
1206
interponerse entre una arteriola y una vénula. Como son redes capilares y también desempeñan una función importante en la formación de orina, los glomérulos se consideran parte, tanto del aparato cardiovascular como del aparato urinario.
Las arteriolas eferentes se ramifican para formar los capilares peritubulares que rodean las porciones tubulares de la nefrona en la corteza renal. A partir de algunas arteriolas eferentes surgen capilares largos llamados vasos rectos que irrigan las porciones tubulares de las nefronas en la médula renal. Luego, los capilares peritubulares se reúnen para formar las vénulas peritubulares y más tarde las venas interlobulillares , que también reciben sangre de los vasos rectos. A continuación, la sangre drena a través de las venas arcuatas en las venas interlobulares que transcurren entre las pirámides renales. La sangre abandona el riñón a través de una única vena renal que sale por el hilio y desemboca en la vena cava inferior.
Muchos nervios renales se originan en el ganglio renal y pasan a través del plexo renal hacia los riñones, junto con las arterias. Los nervios renales pertenecen a la división simpática del SNA y en su mayor parte son nervios vasomotores que regulan el flujo sanguíneo a través del riñón, lo que provoca vasoconstricción de las arteriolas renales.
La nefrona es la unidad funcional de los riñones y consta de un corpúsculo renal, donde se filtra el plasma sanguíneo, y un túbulo renal, hacia el que pasa el líquido filtrado.
Los dos componentes del corpúsculo renal son el glomérulo (red capilar) y la cápsula glomerular (de Bowman), que es una bolsa epitelial en forma de copa de pared doble, que rodea los capilares glomerulares. El plasma sanguíneo se filtra en la cápsula glomerular y luego el líquido filtrado ingresa en el túbulo renal, que tiene tres sectores principales que son el túbulo contorneado proximal (TCP) que se encuentra conectado a la cápsula glomerular, el asa de Henle y el túbulo contorneado distal (TCD).
El corpúsculo renal y ambos túbulos contorneados se encuentran dentro de la corteza renal, mientras que el asa de Henle se extiende hacia la médula renal, gira en forma de U y luego regresa a la corteza renal. Los túbulos contorneados distales de diversas nefronas desembocan en un solo túbulo colector. Los túbulos colectores luego se unen y convergen en varios cientos de conductos papilares grandes, que drenan a su vez en los cálices menores. Los conductos colectores y los papilares se extienden desde la corteza a través de la médula hacia la pelvis renal, de manera que
1207
un riñón tiene alrededor de un millón de nefronas, pero un número mucho menor de conductos colectores y aún menor de conductos papilares.
En una nefrona, el asa de Henle conecta los TCP y TCD. La primera porción del asa de Henle penetra en la médula renal, donde recibe el nombre de asa descendente, luego gira en forma de U y regresa a la corteza renal como el asa ascendente.
Aproximadamente, el 85% de las nefronas son nefronas corticales y sus corpúsculos renales se encuentran en la región externa de la corteza renal. Éstas poseen asas de Henle cortas, que se localizan principalmente en la corteza y atraviesan sólo la región externa de la médula. Las asas de Henle cortas reciben su irrigación de los capilares peritubulares que emergen de las arteriolas eferentes.
Estructura de las nefronas y vasos sanguíneos asociados (Tortora y Derrickson, 2018).
1209
Cada parte de la nefrona tiene características histológicas distintivas que reflejan sus funciones específicas. La pared de la cápsula glomerular, el túbulo renal y los conductos está compuesta por una capa simple de células epiteliales.
La cápsula glomerular de Bowman está constituida por una capa visceral y otra parietal. La capa visceral está compuesta por células epiteliales pavimentosas simples modificadas, llamadas podocitos (del griego, “ podo ”, pie y “ kyto ”, célula). Las numerosas proyecciones en forma de pie de estas células, denominadas pedicelos , rodean la capa simple de células endoteliales de los capilares glomerulares y forman la pared interna de la cápsula. La capa parietal de la cápsula glomerular está formada por epitelio pavimentoso simple y constituye la pared externa de la cápsula.
Corpúsculo renal (vista interna) (Tortora y Derrickson, 2018).
El líquido filtrado a través de los capilares glomerulares entra en el espacio de Bowman que se encuentra entre las dos capas de la cápsula glomerular y se considera la luz de la vía urinaria.
En el TCP hay células epiteliales cúbicas simples con un borde en cepillo prominente formado por microvellosidades en su superficie apical. Estas microvellosidades aumentan la superficie para la absorción y la secreción.
El ADDH y la primera parte del AADH están compuestas por epitelio pavimentoso simple, mientras que el AAGH está compuesta por epitelio cúbico simple.
1210
En cada nefrona, la porción final del AAGH contacta con la arteriola aferente que nutre ese corpúsculo renal. Como las células cilíndricas del túbulo en esta región están muy juntas, se las conoce como mácula (mancha) densa.
Diagrama de una nefrona con sus principales características histológicas de las células que constituyen cada porción del túbulo (Barrett et al., 2019).
A lo largo de la mácula densa, las paredes de la arteriola aferente (y a menudo de la arteriola eferente) contienen células yuxtaglomerulares que, junto con la mácula densa, constituyen el aparato yuxtaglomerular (AYG), que ayuda a regular la presión arterial dentro de los riñones.
El TCD comienza a una corta distancia, después de atravesar la mácula densa. En la última porción del TCD y dentro de los túbulos colectores, se presentan dos tipos celulares diferentes. La mayoría son células principales , que tienen receptores tanto para ADH como para la aldosterona, las dos hormonas responsables de la regulación de sus funciones.
1212
riñones mantienen la osmolaridad sanguínea relativamente constante alrededor de 300 mOsm/L. Producción de hormonas : los riñones producen dos hormonas, una es el calcitriol , la forma activa de la vitamina D que ayuda a regular la homeostasis del calcio, y la eritropoyetina que estimula la producción de eritrocitos. Regulación de la glucemia : al igual que el hígado, los riñones pueden utilizar el aminoácido glutamina para la gluconeogénesis y luego liberar glucosa hacia la sangre para mantener una glucemia normal. Excreción de desechos y sustancias extrañas : mediante la formación de la orina, los riñones contribuyen a la excreción de desechos, sustancias que no cumplen una función útil en el cuerpo. Algunos de los desechos excretados con la orina son el producto de reacciones metabólicas, como el amoníaco y la urea, que se forman luego de la desaminación de los aminoácidos, la bilirrubina (directa) procedente del catabolismo de la hemoglobina, la creatinina de la degradación de la creatina fosfato en las fibras musculares y el ácido úrico del catabolismo de los ácidos nucleicos. Otros residuos que se excretan con la orina son sustancias extrañas incorporadas con los alimentos, como fármacos y toxinas ambientales. La concentración normal de urea en la sangre se considera hasta 50 mg/dl, por lo cual, un valor elevado se denomina azoemia y puede indicar insuficiencia renal. Este fenómeno puede progresar a uremia , un síndrome caracterizado por diarrea, vómito, disnea y arritmia cardiaca, debido a la toxicidad de los desechos nitrogenados. En pocos días pueden presentarse convulsiones, coma y muerte. El tratamiento para la insuficiencia renal puede incluir hemodiálisis o trasplante renal. Para producir orina ( excreción ), las nefronas y los túbulos renales desarrollan tres procesos básicos: filtración glomerular , reabsorción tubular y secreción tubular :
- Filtración glomerular. Es el primer paso en la producción de orina. El agua y la mayor parte de los solutos del plasma atraviesan la pared de los capilares glomerulares, donde se filtran e ingresan en la cápsula de Bowman y luego, en el túbulo renal. Al expresarlo en ml/min se obtiene la tasa de filtración glomerular ( TFG ) que se encuentra normalmente alrededor de los 125 ml/min.
- Reabsorción tubular. A medida que el líquido filtrado fluye a lo largo de los túbulos renales y los túbulos colectores, las células tubulares reabsorben cerca del 99% del agua filtrada y diversos solutos útiles. El agua y los solutos regresan a la sangre mientras ésta fluye a través de los capilares peritubulares y los vasos rectos. El término reabsorción se refiere al regreso de las sustancias
1213
a la corriente sanguínea. En cambio, absorción significa la entrada de sustancias nuevas en el cuerpo, como ocurre en el tubo digestivo. Cuando se lo expresa en ml/min se obtiene la tasa de reabsorción ( TR ).
- Secreción tubular. A medida que el líquido filtrado fluye a lo largo de los túbulos renales y los túbulos colectores, las células tubulares secretan otras sustancias, como desechos, fármacos y compuestos iónicos presentes en concentraciones excesivas, hacia el líquido filtrado. Se advierte que la secreción tubular elimina sustancias de la sangre. Cuando se lo expresa en ml/min se convierte en la tasa de secreción ( TS ).
- Excreción renal. Los solutos y el líquido que drenan hacia los cálices mayores y menores de la pelvis renal constituyen la orina y se excretan. Cuando se expresa en ml/min se transforma en tasa de excreción renal ( TEx ). Por lo expuesto, la relación entre los distintos procesos realizados por las nefronas de los riñones para excretar una sustancia X en la orina, se expresa como:
TEx = TFG + TS – TR
Los tres procesos de intercambio en los túbulos renales (Stanfield, 2017).
Mediante la filtración, la reabsorción y la secreción, las nefronas ayudan a mantener la homeostasis del volumen y la composición de la sangre.
En promedio, el volumen diario de filtrado glomerular en los adultos es de 150 L en las mujeres y de 180 L en los hombres. Más del 99% del filtrado glomerular retorna a la corriente sanguínea por reabsorción tubular, de modo que sólo 1 a 2 L se excretan como orina.
1215
La lámina basal o membrana basal glomerular (MBG) es una capa de material acelular que se encuentra entre el endotelio y los podocitos y está compuesta por fibras pequeñas de colágeno tipo IV y XVIII, proteoglucanos como la agrina y el perlecano ; y una matriz de glucoproteínas multiadhesivas; las cargas negativas en la matriz impiden la filtración de proteínas plasmáticas más grandes con carga negativa.
Miles de procesos en forma de pie llamados pedicelos (diminutivo de pie) se extienden desde cada podocito y envuelven los capilares glomerulares. Los pedicelos se interdigitan con los pedicelos de los podocitos vecinos. Los espacios alargados entre los pedicelos interdigitados, denominados ranuras de filtración , miden cerca de 0,004 μm (40 nm) de ancho y están cubiertos por el diafragma de la ranura de filtración ultradelgado que cierra la ranura de filtración un poco por encima de la MBG.
El diafragma de la ranura de filtración presenta una compleja estructura proteica que tiene una configuración laminar del tipo cremallera con una densidad central.
Anatomía de los procesos pediculados de los podocitos (Koeppen y Stanton, 2018). Esta figura ilustra las proteínas que conforman el diafragma de hendidura entre dos procesos pediculados adyacentes. α-act-4: α-actina 4; α3β1: α3β1 integrina; α-DG: α-dystroglycan; CD2-AP: una proteína adaptadora que une nefrina y podocina a las proteínas intracelulares; FAT: una protocadherina que organiza la polimerización de actina; MAGI-1: una proteína guanilato cinasa asociada a la membrana; NHERF-2: el factor 2 regulador del intercambio Na+-H+; P: paxillin; P-Cad: P-cadherina; Synpo: sinaptopodina; T: talina; V: vinculina; Z: zona occludens.
1216
La nefrina y la NEPH-1 son proteínas que se extienden desde la membrana, que presentan largos dominios extracelulares que interactúan. La podocina también es una proteína que se extiende desde la membrana, y organiza la nefrina y la NEPH- 1 en microterritorios específicos en la membrana plasmática, lo que es importante a efectos de la señalización que determinan la integridad estructural de los procesos pediculados de los podocitos. Muchas de las proteínas que componen el diafragma de hendidura interaccionan con proteínas adaptadoras del interior de la célula, incluyendo CD2-AP.
Las proteínas de adaptación se unen a filamentos de actina (F-actin) del citoesqueleto, que, en suma, se unen directa o indirectamente a proteínas como α3β y MAGI-1, que interactúan con proteínas que se expresan en la membrana basal glomerular (MBG).
Principales proteínas que forman el diafragma de hendidura (Koeppen y Stanton, 2018).
1218
hendidura, y, aunque hay un poco de filtrado, la albúmina se reabsorbe ávidamente en el TCP por lo que, prácticamente, no existe albúmina en la orina.
Para cualquier tamaño molecular dado, las moléculas con carga negativa son mucho más restringidas que las neutras, mientras que las moléculas con carga positiva son menos restringidas (Kibble y Halsey, 2009).
Por su parte, los cambios eléctricos afectan a la filtración de macromoléculas por el glomérulo. Por ejemplo, los dextranos son una familia de polisacáridos exógenos con varios pesos moleculares. Pueden ser eléctricamente neutros o tener carga negativa (polianiones) o carga positiva (policationes). A medida que aumenta el tamaño (p. ej., el radio molecular efectivo) de una molécula de dextrano, la relación de su filtración va disminuyendo.
Para moléculas con un peso molecular que varía de 7000 a 70000 Da, la cantidad filtrada se hace progresivamente más pequeña para moléculas de tamaño cada vez mayor. Así, muchos péptidos plasmáticos de tamaño pequeño y medio que se encuentran normalmente en realidad son filtrados en un grado importante.
1219
A medida que el peso (y, por ende, el tamaño) molecular aumenta, la filtrabilidad declina, de modo que las proteínas que tienen un peso molecular de más de 70 000 d apenas son filtradas en absoluto (Kibble y Halsey, 2009).
En el corpúsculo renal, la MBG es compartida entre varios capilares para crear un espacio que contiene un grupo adicional de células denominadas células mesangiales, que están encerradas por la MBG. Estas células y su matriz extracelular conforman el mesangio.
Las células mesangiales no están confinadas por completo en el corpúsculo renal; algunas se localizan fuera del corpúsculo a lo largo del polo vascular, donde reciben el nombre de células lacis y forman parte del AYG.
Las células mesangiales eliminan residuos atrapados y proteínas agrupadas de la MBG y del diafragma de la ranura de filtración, con lo que mantienen el filtro glomerular libre de desechos. También incorporan por endocitosis y procesan una gran variedad de proteínas plasmáticas, incluso complejos inmunitarios. Sin embargo, la función primaria de las células mesangiales es mantener la estructura y la función de la barrera glomerular.
Las células mesangiales producen los componentes de la matriz mesangial extracelular que proporciona sostén a los podocitos en las regiones donde la membrana basal epitelial falta o es incompleta. La matriz mesangial difiere sustancialmente de la MBG en su composición y permite que moléculas más grandes pasen de la luz de los capilares al mesangio.
