Capítulo 25. Compartimientos del líquido corporal: líquidos extracelular e intracelular; edema.
El mantenimiento del volumen total y la composición de los líquidos corporales es relativamente constante en la mayoría de procesos fisiológicos, algo esencial para la homeostasis. No obstante, algunos de los problemas más importantes que aparecen en la medicina clínica se deben a anomalías en los sistemas de control que mantienen dicha constancia.
La ingestión y la pérdida de líquido están equilibradas durante situaciones estables.
La ingestión total de agua y electrolitos debe coincidir minuciosamente con iguales perdidas corporales para prevenir que las concentraciones de volúmenes y electrolitos aumenten o disminuyan. En la mayoría de los casos, la forma más importante de controlar las pérdidas es alterando la excreción renal. El volumen de orina puede ser de tan solo 0,5 1/día en una persona deshidratada, o hasta de 20 1/día en una persona que ha bebido grandes cantidades de líquidos. Esta capacidad de los riñones para ajustar las pérdidas hasta ese extremo para coincidir con la ingesta también afecta a los electrolitos corporales, como el sodio, el cloruro y el potasio.
El líquido corporal se distribuye entre el líquido extracelular y el líquido intracelular.
En el hombre adulto medio de 70 kg, el agua corporal total supone alrededor del 60% del peso corporal o unos 42 litros. Debido a que las mujeres tienen normalmente un mayor porcentaje de grasa corporal que los hombres, 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. Así, cuando se analicen los compartimientos medios de líquido corporal, deberemos tener en cuenta que existen variaciones dependiendo de la edad, el sexo y el porcentaje de grasa corporal.
El líquido corporal total se distribuye en dos compartimientos principales:
1) el líquido intracelular, que supone el 40% del peso corporal o 28 l en un hombre que pesa 70 kg, y
2) el líquido extracelular, que supone el 20% del peso corporal o 14 l en un hombre de 70 kg.
Los dos compartimientos más grandes de líquido extracelular son el líquido intersticial, que supone unas tres cuartas partes del líquido extracelular, y el plasma, que supone casi una cuarta parte de líquido extracelular, o unos 3 l. El plasma es la parte no celular de la sangre que intercambia sustancias continuamente con el líquido intersticial a través de los poros de las membranas capilares.
La sangre contiene el líquido extracelular e intracelular. El volumen sanguíneo medio de los adultos es del 8% del peso corporal, o 15 l. Alrededor del 60% de la sangre es plasma y alrededor del 40%, eritrocitos. El hematocrito, la fracción de la sangre compuesta de eritrocitos, es normalmente de alrededor de 0,42 y, en las mujeres de alrededor de 0,38. En la anemia grave, el hematocrito puede reducirse hasta tan sólo 0,1, un valor que apenas es suficiente para mantener la vida. Cuando hay una producción excesiva de eritrocitos lo que provoca una policitemia, el hematocrito puede aumentar hasta 0,65.
Los constituyentes de los líquidos extracelular e intracelular son diferentes. El plasma y el líquido intersticial están separados por membranas capilares muy permeables por lo que su composición iónica es similar. La diferencia más importante entre estos dos compartimientos es la mayor concentración de proteínas en el plasma; debido a que los capilares tienen una permeabilidad baja a las proteínas plasmáticas, sólo pequeñas cantidades de proteínas pasan a los espacios intersticiales en la mayoría de los tejidos.
El líquido intracelular está separado de líquido extracelular por una membrana celular muy permeable al agua, pero no a la mayoría de los electrolitos del cuerpo. Por este motivo, la concentración de agua y la osmolaridad de los líquidos intracelular y extracelular son aproximadamente iguales en condiciones de equilibrio, aunque las concentraciones de varios solutos son muy diferentes en estos compartimientos líquidos.
El principio de dilución del indicador puede medir los volúmenes de los compartimientos hídricos del cuerpo.
El volumen de un líquido en un compartimiento del cuerpo puede medirse colocando una sustancia indicadora en el compartimiento, permitiendo que se disperse de forma homogénea y, después, analizando la proporción en que se ha diluido. Este método se basa en la suposición de que la cantidad total de sustancia que se mantiene en el compartimiento después de la dispersión es la misma que la cantidad total de sustancia que fue inyectada en el compartimiento. Por tanto, cuando se inyecta una pequeña cantidad de sustancia, contenida en la jeringa a, en el compartimiento b y se deja qué esa sustancia se dispersa a través del compartimiento hasta que se mezcle en concentraciones iguales en todas las áreas.
Este método puede usarse para medir el volumen de prácticamente cualquier compartimiento corporal. Los volúmenes de los dos compartimientos, los líquidos intersticiales intracelulares y extracelular, no pueden medirse directamente, por lo que se calculan a partir de los valores de los volúmenes y otros líquidos corporales.
La distribución del líquido entre los compartimientos intracelular y extracelular se determina, principalmente por el efecto osmótico de los electrólitos a través de la membrana celular.
Dado que las membranas celulares son muy permeables al agua, pero relativamente impermeables incluso a iones pequeños como el sodio y el cloro, la distribución de líquidos entre los compartimientos intracelular y extracelular está determinada, principalmente, por los efectos osmóticos de dichos iones.
La ósmosis es la difusión neta de agua a través de una membrana con una permeabilidad selectiva. Cuando se añade un soluto al agua pura, se reduce la concentración de agua en la mezcla y el agua se desplaza hacia la región con concentración alta de solutos. El término de concentración que se utiliza para medir el número total de partículas de soluto en la solución es el osmol: 1 es igual a 1 mol de partículas de soluto. En las soluciones biológicas, se utiliza habitualmente el miliosmol, que es igual a 1/1.000 osmoles.
La concentración molar de una solución se denomina osmolalidad cuando la concentración se expresa en los moles por kilogramo de agua; se llama osmolaridad cuando se expresa en los moles por litro de solución. La cantidad de presión necesaria para evitar la ósmosis de agua a través de una membrana semipermeable se denomina presión osmótica.
Líquidos isotónicos, hipotónicos e hipertónicos. Se dice que una solución es isotónica si no se desarrolla ninguna fuerza osmótica a través de la membrana celular cuando se introducen una célula anormal en la solución. Una solución isotónica tiene la misma osmolaridad que la célula, y las células no encogen y se hinchan cuando se introducen en la solución. Ejemplos de soluciones isotónicas son la solución de cloruro de sodio al 0,9% o la solución de glucosa al 5%.
Se dice que una solución es hipertónica cuando contiene una concentración mayor de sustancias osmóticas que la célula. En este caso, se desarrolló una fuerza osmótica que hace que el agua salga de la célula hacia la solución, reducción del volumen del líquido intracelular y aumentando la concentración de líquido intracelular.
Se dice que una solución es hipotónica si la concentración osmótica de sustancias en la solución es menor que la concentración de la célula. La fuerza osmótica se desarrolla inmediatamente, cuando la célula se expone a la solución, haciendo que el agua entra en la célula por ósmosis hasta que el líquido intracelular tenga la misma concentración qué líquido extracelular; o hasta que la célula está ya como consecuencia de una tumefacción excesiva.
Volumen y osmolalidad de los líquidos intracelular y extracelular en estados anormales.
Algunos de los factores que pueden hacer que los volúmenes extracelular e intracelular cambian significativamente son la ingestión de grandes cantidades de agua, la deshidratación, la infusión intravenosa de diferentes tipos de soluciones, la pérdida de grandes cantidades de líquido a través del aparato digestivo y la pérdida de cantidades anómalas del líquido a través del sudor o de los riñones.
Uno puede calcular los cambios en los volúmenes de líquido extracelular e intracelular y los tipos de tratamiento que deben instituirse si se tienen en mente los siguientes principios básicos:
* El agua se mueve rápidamente a través de las membranas celulares; por tanto, las osmolaridades de los líquidos intracelular y extracelular permanecen casi exactamente iguales, excepto durante unos minutos después de un cambio en uno de los compartimientos. * las membranas celulares son casi completamente impermeables a la mayoría de solutos; así, el número de moles en el líquido extracelular e intracelular permanece relativamente constante salvo que señalan o retiren solutos en el compartimiento extracelular.
Efecto de la adición de una solución salina isotónica, hipertónica o hipotónica a líquido extracelular
Sí señal de una solución salina isotónica al compartimiento líquido extracelular, la osmolaridad del líquido extracelular no cambia, luego no se produce ninguna ósmosis a través de las membranas celulares. El único defecto es un aumento del volumen del líquido extracelular. El sodio y el cloro permanecen en gran medida en el líquido extracelular porque las membranas celulares se comportan como si fueran casi impermeables a cloruro de sodio. Si se añade una solución hipertónica a líquido extracelular, la osmolaridad extracelular aumenta y provoca la ósmosis del agua fuera de las células hacia el compartimiento extracelular. El efecto neto es el aumento del volumen extracelular, una reducción del volumen intracelular y un aumento de la osmolaridad en los dos compartimientos.
Si se añade una solución hipotónica a líquido extracelular, la osmolaridad del líquido extracelular disminuye y parte del agua extracelular difunde al interior de las células hasta que los compartimientos extracelular e intracelular tienen la misma osmolaridad. Los volúmenes extracelular e intracelular aumentan al añadir líquido hipotónico, aunque el volumen intracelular lo hace en mayor grado.
Edema: exceso de líquido en los tejidos
Tres procesos causan especialmente tumefacción intracelular; 1) la hiponatremia; 2) la depresión de los sistemas metabólicos de los tejidos, y 3) la falta de una nutrición celular adecuada. Cuando los sistemas metabólicos de la célula están deprimidos o recibe nutrición inadecuada, los iones sodio que normalmente se filtran hacia el interior de las células ya no pueden salir bombeados de ellas y el exceso de sodio intracelular causas por ósmosis el paso del agua al interior de las células.
El edema intracelular también puede producirse en los tejidos inflamados. La inflamación sólo aumentar la permeabilidad de las membranas celulares, lo que permite al sodio y a otros iones difundidas el interior de la célula con la posterior entrada del agua por ósmosis al interior de las células.
Edema extracelular: aumento del líquido en los espacios intersticiales
Hay dos causas generales de edema extracelular: 1) la fuga normal del líquido de plasma a 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 a menudo se conoce como linfedema. Factores que pueden aumentar la filtración capilar y provocan edema de líquido intersticial.
Cualquiera de los siguientes cambios puedo aumentar la filtración capilar:
- Aumento del coeficiente de filtración capilar, que permite una mayor fuga de líquidos y proteínas plasmáticas a través de las membranas capilares como consecuencia, por ejemplo, de reacciones alérgicas, infecciones bacterianas y sustancias tóxicas que lesionan las membranas capilares y aumentan su permeabilidad a las proteínas plasmáticas.
- Aumento de la presión hidrostática capilar, que puede hacer consecuencia de la obstrucción venosa, de un flujo excesivo de sangre desde las arterias hacia los capilares o del fracaso de la función de bomba de corazón para manejar con rapidez el aferente venoso (insuficiencia cardíaca).
- Reducción de la presión coloidosmótica del plasma, que puede ser consecuencia del fracaso del hígado para producir cantidades suficientes de proteínas plasmáticas (cirrosis), de la pérdida de grandes cantidades de proteínas en la orina en algunas enfermedades renales (síndrome nefrótico) o de la pérdida de grandes cantidades de proteínas a través de las áreas de la piel quemada u otras lesiones con denudación.
- Aumento de la presión coloidosmótica en el líquido intersticial, que extrae líquido del plasma hacia los espacios tisulares. Esta situación es más frecuente como consecuencia del bloqueo linfático, que previene el retorno de las proteínas desde los espacios intersticiales hacia la sangre.
La obstrucción linfática causa edema. Cuando se produce una obstrucción, el edema puede ser especialmente intenso porque no hay otra forma de extraer las proteínas plasmáticas que salen al intersticio. El aumento de la concentración de proteínas eleva la presión coloidosmótica del líquido intersticial, lo que arrastra incluso más líquido fuera de los capilares.
La obstrucción del flujo linfático puede ser especialmente intensa con las infecciones de los ganglios linfáticos, como ocurre en la infección por los nematodos filarias. Los vasos linfáticos también pueden obstruirse en ciertos tipos de cáncer o después de una cirugía en que se eliminen u obstruyan.
Mecanismos de seguridad que normalmente impiden el edema
Aunque muchos trastornos pueden causar acumulación de fluidos en los espacios intersticiales, la anomalía debe ser acentuada antes de que aparezca un edema clínicamente significativo. Tres mecanismos de seguridad importantes impiden normalmente la acumulación de líquido en los espacios intersticiales:
- La distensibilidad de los tejidos es baja mientras la presión hidrostática del líquido intersticial es negativa. Una baja distensibilidad significa que pequeños aumentos del volumen de líquido intersticial social aumentos relativamente importantes de la presión hidrostática en el líquido intersticial. Cuando aumenta el volumen de líquido intersticial, la presión hidrostática también aumenta mucho, oponiéndose a una filtración capilar excesiva. El factor de seguridad que protege frente al edema para este efecto es de unos 3 mmHg en muchos tejidos como la piel.
- El flujo de la linfa puede aumentar 10-50 veces. Los vasos linfáticos transportan grandes cantidades de líquido y proteínas en respuesta a un aumento de la filtración capilar. Se ha calculado que el mecanismo de seguridad del aumento del flujo linfático es de unos 7 mmHg.
- Se produce un lavado de las proteínas del líquido al intersticio a medida que aumenta el flujo de la linfa. La presión en el líquido intersticial aumenta a medida que aumenta la cantidad de líquido filtrado hacia el intersticio, aumentando el flujo linfático. Este efecto reduce la concentración de proteínas en el intersticio debido a la eliminación de una mayor cantidad de proteínas que pueden filtrarse desde los capilares. El descenso de la concentración de proteínas en el líquido tisular reduce la fuerza de filtración neta a través de los capilares y tiende a evitar una mayor acumulación de líquido. Se ha calculado que el factor de seguridad para este efecto es de unos 7 mmHg en la mayoría de los tejidos.
Cuando se combinan todos sus factores de seguridad, el factor de seguridad total que protege frente al edema es de 17 mmHg. Por tanto, en teoría, la presión capilar en los tejidos periféricos podría aumentar 17 mmHg antes de que se produzca un edema importante.
Capitulo 26. El sistema urinario: anatomía funcional y formación de orina en los riñones.
Entre las múltiples funciones de los riñones se encuentran las siguientes:
- Excreción de productos metabólicos de desechos y sustancias químicas extrañas.
- Regulación de los equilibrios hídricos y electrolíticos.
- Regulación de la osmolalidad del líquido corporal y de las concentraciones de electrolitos.
- Regulación de la presión arterial a través de la excreción de cantidades variables de sodio y agua y de la secreción de sustancias de como renina, que conducen a la formación de productos vasoactivos como la angiotensina II.
- Regulación del equilibrio acidobásico mediante la excreción de ácidos y la regulación de las reservas de amortiguadores de los fluidos corporales.
- Regulación de la producción de eritrocitos mediante la secreción de eritropoyetina que estimula dicha producción.
- Regulación de la producción de 1,25 Dihidroxivitamina D_3.
- Síntesis de glucosa a partir de aminoácidos (gluconeogenia) durante el ayuno prolongado.
- Secreción, metabolismo y excreción de hormonas.
La organización general de los riñones y de la vía urinaria.
Los dos riñones se encuentran en la cavidad peritoneal, en un adulto normal pesa alrededor de 150g, rodeado de una capsula fibrosa y tensa que protege sus delicadas estructuras internas, sus regiones principales de los riñones son la corteza externa y las regiones internas de la medula. La medula se divide en 8-10 masas de tejido en forma de cono llamadas pirámides renales de las cuales su base se origina entre la corteza y la medula y termina en la papila que se proyectan en el espacio de la pelvis renal que es una continuación en forma de abanico de la porción superior del uréter. El borde externo de la pelvis se divide en bolsas abiertas llamadas cálices mayores se extienden hacia abajo y se dividen en cálices menores que recogen la orina de los túbulos de cada papila. Las paredes de los cálices, la pelvis y el uréter contienen elementos contráctiles que empujan la orina hacia la vejiga, donde se almacena hasta que se vacía en la micción.
El riego sanguíneo de los riñones es normalmente de alrededor del 22% del gasto cardiaco es decir 1.100 ml/min. Este riego llega a los riñones a través de una arteria renal, que va dando progresivamente: arterias interlobulares, arterias arciformes, arterias interlobulillares y arteriolas aferentes, que acaban en los capilares glomerulares donde se comienza la filtración de grandes cantidades de líquido y solutos. Los capilares de cada glomérulo se fusionan hasta formar una arteriola eferente, que llega a la segunda red capilar, llamados capilares peritubulares se vacían en los túbulos renales. Los capilares peritubulares se vacían en los vasos del sistema venoso, que discurren paralelos a los vasos arteriolares y forman progresivamente a la vena interlobulillar, la vena arciforme, la vena interlobular y la vena renal que deja al riñón junto a la arteria renal y el uréter. Los vasos rectos son capilares peritubulares especializados que se sumergen en la medula renal y discurren hacia las Asas de Henle. La porción exterior del riñón, la corteza renal recibe la mayor parte del flujo sanguíneo del riñón: solo del 1 al 2% del flujo sanguíneo renal total pasa a través de los vasos rectos, que irrigan la medula renal.
Las dos características distintivas de la circulación renal son:
La elevada tasa del flujo sanguíneo.
La presencia de dos lechos capilares.
Los capilares glomerulares y peritubulares se organizan en serie y separados por las arteriolas eferentes. Los capilares glomerulares filtran grandes cantidades de líquidos y solutos en su mayor parte reabsorbidos por los túbulos renales en los capilares peritubulares
La nefrona es la unidad estructural y funcional del riñón, cada riñón tiene entre 800.000 y 1.000.000 de nefronas, cada una de las cuales es capaz de formar orina. Cada nefrona contiene: un penacho de capilares glomerulares llamado glomérulo por el que se filtran grandes cantidades de líquido desde la sangre, una capsula que rodeo el glomérulo denominada Capsula de Bowman, un túbulo largo en el que el líquido filtrado se convierte en orina en todo su camino a la pelvis del riñón, que recibe la orina de todas las nefronas.
El túbulo renal se subdivide en los siguientes componentes principales, cada uno con sus características estructurales y funcionales específicas:
El túbulo proximal, que se encuentra en la porción exterior del riñón (corteza)
El Asa de Henle, que consta de una rama descendente y otra ascendente que se adentran en parte interna del riñón (medula renal).
El túbulo distal, que se encuentra en corteza renal
El túbulo conector, el túbulo colector cortical y el conducto colector cortical, que comienzan en la corteza y discurren hacia la medula para convertirse en el conducto colector medular.
Conducto colector medular
La orina pasa desde la pelvis renal a la vejiga, donde se almacena hasta que se expulsa finalmente del cuerpo mediante el proceso de micción. La micción es un proceso el cual la vejiga urinaria se vacía cuando se llena se realiza en dos pasos: llenado progresivo de la vejiga hasta que la tensión de sus paredes aumenta por encima de un umbral, lo que desencadena el segundo paso, que es la activación de un reflejo nervioso, llamado reflejo miccional, que se activa y vacía la vejiga o, si esto falla provoca al menos un deseo consiente de orinar. En su anatomía fisiología y conexiones nerviosas de la vejiga están los uréteres que transportan la orina desde la pelvis renal a la vejiga, donde atraviesan oblicuamente la pared de la vejiga antes de vaciar el líquido en la cámara vesical aquí no se produce cambios sustanciales en su composición.
Las contracciones peristálticas en el uréter se potencian con la estimulación parasimpática y obligan a la orina a pasar desde la pelvis renal hacia la vejiga. La vejiga urinaria es una cámara de musculo liso con dos componentes principales: el cuerpo que es la porción principal de la vejiga que recoge la orina y el cuello que es una extensión con forma de embudo del cuerpo que lo conecta con la uretra. El musculo liso de la vejiga se llama musculo detrusor cuando sus fibras se contraen, pueden aumentar la presión en la vejiga hasta 40-60 mmHg, siendo un paso importante en el vaciamiento de la vejiga. El cuello vesical (uretra posterior) está formado por musculo detrusor entrelazado con una gran cantidad de tejido elástico. El musculo de esta zona se le denomina esfínter interno y su tono natural evita que la vejiga se vacié hasta que la presión en la parte principal de la vejiga aumente por encima de un umbral crítico. La uretra atraviesa en diafragma urogenital que contiene una capa de musculo llamada esfínter externo de la vejiga, este es un musculo esquelético voluntario y que puede usarse conscientemente la micción incluso cuando los controles involuntarios intentan vaciar la vejiga.
En los nervios pélvicos, que conectan con la medula espinal a través del plexo sacro, que discurren fibras nerviosas sensitivas y motoras, las fibras sensitivas detectan el grado de distensión de la pared de la vejiga e inician los reflejos de que provocan el vaciado de la vejiga. Los nervios motores transmitidos en los nervios pélvicos con fibras parasimpáticas.
El reflejo miccional es un único ciclo completo de aumento rápido y progresivo de la presión, aumento mantenido de la presión y retorno de la presión al tono basal de la vejiga de la siguiente forma:
Las señales sensitivas de los receptores de distensión vesicales son conducidas a los segmentos sacros de la medula espinal a través de los nervios pélvicos, y después vuelven de nuevo a la vejiga a través de las fibras nerviosas parasimpáticas por medio de estos mismos nervios.
Una vez que el reflejo miccional es lo suficientemente poderoso, provoca otro reflejo que pasa a través de los nervios pudendos hasta el esfínter externo, para inhibirlo, si esta es más potente que las señales constrictoras voluntarias al esfínter externo, se produce la micción.
El reflejo de la micción es un reflejo medular autónomo, pero puede ser inhibido p facilitado por los centros encefálicos en el tronco del encéfalo, principalmente la protuberancia y varios centros localizados en la corteza cerebral que son principalmente excitadores, aunque pueden ser inhibidores.
El primer paso en la formación de orina es la filtración glomerular del líquido desde los capilares glomerulares hacia los túbulos renales, a medida que el filtrado glomerular fluye a los túbulos, se reduce el volumen de filtrado y su composición se altera mediante la reabsorción tubular (el retorno del agua y los solutos desde los túbulos hacia la sangre) y la secreción tubular (movimiento neto de agua y solutos de la sangre hacia los túbulos), cada uno de los cuales es muy variable dependiendo de las necesidades corporales. Por tanto, la excreción de cada sustancia en la orina implica una combinación especifica de filtración, reabsorción y secreción, como expresa la siguiente relación:
Velocidad de excreción urinaria = Velocidad de filtración
-Velocidad de reabsorción + Velocidad de secreción
La reabsorción tubular es cuantitativamente más importante que la secreción tubular en la formación de la orina, pero la secreción es relevante para determinar las cantidades de iones de potasio e hidrogeno y algunas de otras sustancias. Los productos de desechos metabólicos que deben eliminarse de la sangre, como la urea, la creatinina, ácido úrico y los uratos, se reabsorben mal y por ello se excretan en grandes cantidades de orina. Ciertas sustancias extrañas y fármacos se reabsorben de forma deficiente pero, además, se secretan desde la sangre a los túbulos, de manera que su excreción es alta, por el contrario, los electrolíticos, como los iones de socio, cloruro y bicarbonato, se reabsorben de manera que solo se detectan en la orina pequeñas cantidades. Algunas sustancias nutritivas, como los aminoácidos y la glucosa, se reabsorben completamente des los túbulos y no aparecen en la orina, aunque se filtren grandes cantidades por los capilares glomerulares. Cada uno de estos procesos está regulado fisiológicamente, aunque está claro que pueden producirse cambios en la filtración glomerular, la reabsorción tubular o la secreción tubular.
Capitulo 27. Filtración glomerular, flujo sanguíneo renal y su control.
El primer paso en la formación de orina es la filtración de grandes cantidades de líquidos a través de los capilares glomerulares en la cápsula de Bowman, casi 180 l al día. La mayor parte de este filtrado se reabsorbe, lo que deja únicamente 1 l aproximadamente de líquido para su excreción al día, si bien la tasa de excreción renal de líquidos puede ser muy variable dependiendo de la ingestión de líquidos.
Los capilares glomerulares son relativamente impermeables a las proteínas, de manera que el líquido filtrado 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.
La FG está determinada por:
- El equilibrio entre las fuerzas hidrostáticas y coloidosmóticas que actúa a través de la membrana capilar.
- El coeficiente de filtración capilar (Kf), 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, la FG es de unos 125 ml/min, o 180 l/día.
La membrana capilar glomerular es similar a la de otros capilares, excepto en que tiene tres capas principales:
1) el endotelio del capilar
2) una membrana basal
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 membrana 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 menores que las fenestraciones del hígado. Aunque la fenestración es relativamente grande, las proteínas celulares 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 glomérulo. 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.
La membrana capilar glomerular es más gruesa que la de la mayoría de los otros capilares, pero es también mucho más porosa y por tanto filtra líquido con mayor intensidad. A pesar de la elevada filtración, la barrera de filtración glomerular filtra de modo selectivo las moléculas basándose en su tamaño y en su carga eléctrica.
El diámetro molecular de la proteína plasmática albúmina es solo de unos 6 nm, mientras que los poros de la membrana glomerular tienen unos 8 nm (80 angstroms). Sin embargo, la albúmina no se filtra por su carga negativa y la repulsión electrostática ejercida por las cargas negativas de los proteoglucanos de la pared capilar glomerular.
La FG está determinada por:
- la suma de las fuerzas hidrostática y coloidosmótica a través de la membrana glomerular, que da lugar a la presión de filtración neta.
- el coeficiente glomerular Kf.
El Kf es una medida del producto de la conductividad hidráulica y el área superficial de los capilares glomerulares. El Kf no puede medirse directamente, pero se calcula experimentalmente dividiendo la FG entre la presión de filtración neta.
Dado que la FG total en los dos riñones es de unos 125 ml/min y la presión de filtración neta 10 mmHg, el Kf normal se calcula en unos 12,5 ml/min/mmHg de presión de filtración. Cuando el Kf se expresa por 100 g de peso renal, tiene un promedio de alrededor de 4,2 ml/min/mmHg, un valor unas 400 veces mayor que el Kf de la mayoría de los otros sistemas capilares del cuerpo; el Kf medio de la mayoría de los otros tejidos del cuerpo es solo de unos 0,01 ml/min/mmHg por 100 g. Este Kf alto de los capilares glomerulares contribuye a su filtración rápida de líquido.
Las medidas directas, usando micropipetas, de la presión hidrostática en la cápsula de Bowman y en diferentes puntos del túbulo proximal en animales experimentales indican que una estimación razonable de la presión en la cápsula de Bowman en los seres humanos es de unos 18 mmHg en condiciones normales. El aumento de la presión hidrostática en la cápsula de Bowman reduce la FG, mientras que reducir la presión aumenta la FG. Pero los cambios en la presión de la cápsula de Bowman no son normalmente un mecanismo importante de regulación de la FG.
A medida que la sangre pasa desde la arteriola aferente a través de los capilares glomerulares hasta las arteriolas eferentes, la concentración plasmática de las proteínas aumenta alrededor de un 20%. La razón de este aumento es que alrededor de una quinta parte del líquido en los capilares se filtra a la cápsula de Bowman, lo que concentra las proteínas plasmáticas glomerulares que no se filtran.
Los dos factores que influyen en la presión coloidosmótica capilar glomerular son:
- La presión coloidosmótica del plasma arterial.
- La fracción del plasma filtrada por los capilares glomerulares (fracción de filtración).
El aumento de la presión coloidosmótica del plasma arterial eleva la presión coloidosmótica capilar glomerular, lo que a su vez reduce la FG. Aumentar la fracción de filtración también concentra las proteínas plasmáticas y eleva la presión coloidosmótica glomerular. Como la fracción de filtración se define como FG/flujo plasmático renal, la fracción de filtración puede aumentarse elevando la FG o reduciendo el flujo plasmático renal.
Los cambios en el flujo sanguíneo renal pueden influir en la FG independientemente de los cambios en la presión hidrostática glomerular. Al aumentar el flujo sanguíneo renal, una fracción menor del plasma se filtra inicialmente fuera de los capilares glomerulares, lo que provoca un incremento lento de la presión coloidosmótica glomerular y un menor efecto inhibidor sobre la FG. En consecuencia, incluso con una presión hidrostática glomerular constante, una mayor cantidad de flujo sanguíneo hacia el glomérulo tiende a aumentar la FG, y una menor intensidad del flujo sanguíneo hacia el glomérulo tiende a reducirla.
La presión hidrostática capilar glomerular es de unos 60 mmHg en condiciones normales. Los cambios en la presión hidrostática glomerular son la principal forma de regular fisiológicamente la FG. Los aumentos en la presión hidrostática glomerular incrementan la FG, mientras que las reducciones en la presión hidrostática glomerular la reducen. La presión hidrostática glomerular está determinada por tres variables, todas ellas bajo control fisiológico:
- Presión arterial.
- Resistencia arteriolar aferente.
- Resistencia arteriolar eferente.
La constricción de las arteriolas eferentes aumenta la resistencia al flujo de salida de los capilares glomerulares. Este mecanismo incrementa la presión hidrostática glomerular, y mientras que el aumento de la resistencia eferente no reduzca demasiado el flujo sanguíneo renal, la FG se eleva ligeramente. la constricción arteriolar aferente también reduce el flujo sanguíneo renal, la fracción de filtración y la presión coloidosmótica glomerular aumentan a medida que la resistencia arteriolar eferente aumenta.
La constricción de las arteriolas aferentes reduce la FG. Pero el efecto de la constricción arteriolar eferente depende de la gravedad de la constricción; la constricción eferente ligera aumenta la FG, pero la intensa (un incremento tres veces mayor de la resistencia) tiende a reducirla.
Flujo sanguíneo renal
En un hombre de 70 kg, el flujo sanguíneo combinado a través de los dos riñones es de unos 1.100 ml/min, o un 22% del gasto cardíaco. Considerando el hecho de que los dos riñones constituyen solo alrededor del 0,4% del peso total del cuerpo, podemos percibir fácilmente que reciben un flujo extremadamente grande de sangre comparados con otros órganos.
Con respecto al gramo de peso, los riñones consumen normalmente el doble de oxígeno que el encéfalo, pero tienen casi siete veces más flujo sanguíneo. Luego el oxígeno transportado a los riñones supera con mucho sus necesidades metabólicas, y la extracción arteriovenosa de oxígeno es relativamente baja comparada con la de la mayor parte de los restantes tejidos. Una gran fracción del oxígeno consumido por los riñones se relaciona con la elevada reabsorción del sodio en los túbulos renales. Si el flujo renal y la FG se reducen y se filtra menos sodio, se reabsorbe menos sodio y se consume menos oxígeno. El consumo renal de oxígeno varía en proporción con la reabsorción tubular renal de sodio, que a su vez está muy relacionada con la FG y la velocidad de filtración del sodio. Si la filtración glomerular cesa por completo, también lo hace la reabsorción renal de sodio, y el consumo de oxígeno se reduce a una cuarta parte de lo normal. Este consumo residual de oxígeno refleja las necesidades metabólicas de las células renales.
El flujo sanguíneo renal está determinado por el gradiente de presión a través de los vasos renales (la diferencia entre las presiones hidrostáticas en la arteria renal y en la vena renal), dividido entre la resistencia vascular total renal. La presión en la arteria renal es aproximadamente igual a la presión arterial sistémica, y la presión en la vena renal es de media de 3-4 mmHg en la mayoría de las condiciones. Como en otros lechos vasculares, la resistencia vascular total a través de los riñones está determinada por la suma de las resistencias en segmentos vasculares individuales, incluidas las arterias, las arteriolas, los capilares y las venas.
La parte externa del riñón, la corteza renal, recibe la mayor parte del flujo sanguíneo renal. El flujo sanguíneo en la médula renal supone solo el 1-2% del flujo sanguíneo renal total. El flujo en la médula renal procede de una porción especializada del sistema capilar peritubular llamada vasos rectos. Estos vasos descienden hasta la médula paralelos a las asas de Henle y después vuelven de nuevo junto a las asas de Henle hasta la corteza antes de vaciarse en el sistema venoso.
Los determinantes de la FG que son más variables y están sujetos al control fisiológico son la presión hidrostática glomerular y la presión coloidosmótica capilar glomerular. Estas variables, a su vez, están influenciadas por el sistema nervioso simpático, las hormonas y los autacoides y otros controles de retroalimentación que son intrínsecos a los riñones. 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 la FG. La estimulación moderada o leve ejerce poca influencia sobre el flujo sanguíneo renal y la FG.
Las hormonas que constriñen las arteriolas aferentes y eferentes, lo que reduce la 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 cuando se secciona un vaso sanguíneo, lo que lesiona el endotelio y libera este poderoso vasoconstrictor.
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 sistémica. 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.
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 situaciones que se acompañan de una reducción de la presión arterial o una pérdida de volumen, que tienden a reducir la 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, ya que permite a los riñones excretar cantidades normales de sodio y de agua. La administración de fármacos que inhiban esta formación normal de óxido nítrico incrementará la resistencia vascular renal y reducirá la FG y la excreción urinaria de sodio, lo que finalmente elevará la presión arterial. En algunos pacientes hipertensos o en pacientes con ateroesclerosis, los daños en el endotelio vascular y el deterioro en la producción de óxido nítrico podrían ser la causa de la vasoconstricción renal y de la elevación de la presión arterial.
Las hormonas y los autacoides que producen vasodilatación y aumentan el flujo sanguíneo renal y la 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 de la 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 evitar reducciones excesivas de la FG y del flujo sanguíneo renal. En condiciones de estrés, como la pérdida de volumen o tras una intervención quirúrgica, la administración de antiinflamatorios no esteroideos, como ácido acetilsalicílico, que inhiben la síntesis de prostaglandinas puede reducir significativamente la FG.
Los mecanismos de retroalimentación intrínsecos de los riñones mantienen normalmente el flujo sanguíneo renal y la FG relativamente constantes, a pesar de cambios acentuados en la presión arterial sistémica. Estos mecanismos todavía funcionan en los riñones perfundidos con sangre que se han extraído del cuerpo, independientes de las influencias sistémicas. Esta constancia relativa de la FG y del flujo sanguíneo renal se denomina autorregulación.
La principal función de la autorregulación del flujo sanguíneo en la mayoría de los tejidos diferentes a los riñones es mantener el reparto de oxígeno y nutrientes en valores normales y la extracción de los productos de desecho del metabolismo, a pesar de los cambios en la presión arterial. En los riñones, el flujo sanguíneo normal es mucho mayor que el necesario para estas funciones. La principal función de la autorregulación en los riñones es mantener una FG relativamente constante que permita un control preciso de la excreción renal de agua y de solutos. La FG permanece normalmente autorregulada a pesar de las fluctuaciones considerables de la presión arterial que se producen durante las actividades usuales de una persona.
Aunque los mecanismos autorreguladores renales no son perfectos, impiden cambios potencialmente grandes de la 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. La FG es normalmente de 180 l/día y la reabsorción tubular de 178,5 l/día, lo que deja 1,5 l/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 la FG (de unos 180 a 225 l/día). Si la reabsorción tubular permaneciera constante en 178,5 l/día, el flujo de orina aumentaría a 46,5 l/día (la diferencia entre la 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 solo de unos 3 l, tal cambio agotaría rápidamente el volumen sanguíneo.
Los riñones tienen un mecanismo especial de retroalimentación que acopla los cambios en la concentración de cloruro de sodio en la mácula densa al control de la resistencia arteriolar renal y la autorregulación de la FG. Esta retroalimentación ayuda a asegurar una llegada relativamente constante de cloruro de sodio al túbulo distal y ayuda a evitar las fluctuaciones falsas en la excreción renal que de otro modo tendrían lugar. En muchas circunstancias, esta retroalimentación autorregula el flujo sanguíneo renal y la FG en paralelo. Pero debido a que este mecanismo se dirige específicamente a estabilizar la llegada de cloruro de sodio al túbulo distal, hay casos en que la FG se autorregula a expensas de cambiar el flujo sanguíneo renal, como se comenta más adelante. En otros casos, este mecanismo puede inducir realmente cambios en la FG como respuesta a cambios primarios en la reabsorción de cloruro de sodio en los túbulos renales. El mecanismo de retroalimentación tubuloglomerular tiene dos componentes que actúan juntos en el control de la FG:
- Un mecanismo de retroalimentación arteriolar aferente.
- Un mecanismo de retroalimentación arteriolar eferente.
Estos mecanismos de retroalimentación dependen de disposiciones anatómicas especiales del complejo yuxtaglomerular.
El complejo yuxtaglomerular consta de las células de la mácula densa en la porción inicial del túbulo distal y las células yuxtaglomerulares en las paredes de las arteriolas aferentes y eferentes. La mácula densa es un grupo especializado de células epiteliales en los túbulos distales que entra en estrecho contacto con las arteriolas aferente y eferente. Las células de la mácula densa contienen aparato de Golgi, que son orgánulos secretores intracelulares dirigidos hacia las arteriolas, lo que indica que estas células pueden estar secretando una sustancia hacia ellas.
Las células de la mácula densa perciben cambios en el volumen que llega al túbulo distal por medio de señales que no se conocen del todo. Los estudios experimentales hacen pensar que la reducción de la FG disminuye la velocidad del flujo que llega al asa de Henle, lo que aumenta la reabsorción del porcentaje de iones sodio y cloro suministrados a la rama ascendente del asa de Henle, hecho que disminuye la concentración de cloruro de sodio en las células de la mácula densa. Esta reducción de la concentración de cloruro de sodio inicia una señal que parte de la mácula densa y tiene dos efectos:
1) reduce la resistencia al flujo sanguíneo en las arteriolas aferentes, lo que eleva la presión hidrostática glomerular y ayuda a normalizar la FG
2) aumenta la liberación de renina en las células yuxtaglomerulares de las arteriolas aferente y eferente, que son los principales reservorios de renina.
La renina liberada de estas células actúa después como una enzima aumentando la formación de angiotensina I, que se convierte en angiotensina II. Finalmente, la angiotensina II contrae las arteriolas eferentes, con lo que aumenta la presión hidrostática glomerular y ayuda a normalizar la FG.
Estos dos componentes del mecanismo de retroalimentación tubuloglomerular, que operan juntos por medio de la estructura anatómica especial del aparato yuxtaglomerular, proporcionan señales de retroalimentación a las arteriolas aferente y eferente para una autorregulación eficiente de la FG durante los cambios de la presión arterial. Cuando ambos mecanismos funcionan juntos, la FG cambia solo unos puntos porcentuales, incluso con grandes fluctuaciones de la presión arterial entre los límites de 75 y 160 mmHg.
Otro mecanismo que contribuye al mantenimiento del flujo sanguíneo renal y de la FG relativamente constantes es la capacidad de cada vaso sanguíneo de resistirse al estiramiento durante el aumento de la presión arterial, un fenómeno denominado mecanismo miógeno. Los estudios realizados en vasos individuales de todo el cuerpo han demostrado que responden a un aumento de la tensión o un estiramiento de la pared con una contracción del músculo liso vascular. El estiramiento de la pared vascular permite un mayor movimiento de los iones calcio desde el líquido extracelular hacia las células. Esta contracción impide una distensión excesiva de la pared y al mismo tiempo, mediante un aumento de la resistencia vascular, ayuda a impedir un aumento excesivo del flujo sanguíneo renal y de la FG cuando la presión arterial aumenta. Aunque el mecanismo miógeno opera probablemente en la mayoría de las arteriolas del cuerpo, su importancia en la autorregulación del flujo sanguíneo renal y de la FG ha sido cuestionada por algunos fisiólogos porque este mecanismo sensible a la presión no tiene medio de detectar directamente por sí mismo cambios en el flujo sanguíneo renal ni en la FG. Por otra parte, este mecanismo puede ser más importante para proteger el riñón de lesiones inducidas por hipertensión. Como respuesta a aumentos repentinos en la presión sanguínea, la respuesta de contracción miógena en las arteriolas aferentes tiene lugar en unos segundos y, por tanto, atenúa la transmisión del aumento de la presión arterial a los capilares glomerulares.
Trabajos de Fisiología, Alvaro Aguilar Escobar 