TEMA 3. FUNCIÓN TUBULAR (II). EQUILIBRIO DEL AGUA. EQUILIBRIO ÁCIDOBÁSICO Equilibrio del agua. Resorción de agua en túbulo proximal y en asa de Henle. Mecanismos de concentración y de dilución de la orina. Equilibrio ácido-básico. Excreción de ácidos por los túbulos renales. Resorción de HCO3-. Control del pH de la orina. 1. OBJETIVOS • • • •

Conocer el mecanismo de resorción de agua en el túbulo proximal y en el asa de Henle. Comprender el proceso de generación de un intersticio medular hipertónico. Conocer los mecanismos de concentración y dilución del líquido tubular. Conocer los mecanismos de regulación del equilibrio ácido-base en el riñón.

2. CONTENIDOS 2.1. Importancia del equilibrio del agua Como se explico en el tema anterior, una de las funciones más importantes del riñón consiste en mantener dentro de unos límites fisiológicos el contenido en agua del organismo y la tonicidad del plasma. Para llevarla a cabo, el riñón debe recuperar la mayor parte del agua filtrada en el glomérulo evitando la deshidratación, pero también tiene que ser capaz de responder a una sobrecarga de agua excretando una orina hipotónica. 2.1.1. Resorción de agua en el túbulo proximal La resorción de agua en el túbulo proximal es impulsada por la misma bomba de Na+/K+ que produce la energía para el transporte activo de solutos, aunque indirectamente. El gradiente creado por el paso del Na+ y del Cl- al líquido intersticial favorece la entrada de agua a la célula tubular y a los espacios intercelulares. Un gradiente pequeño produce un movimiento rápido de grandes volúmenes de agua debido a la gran área superficial del borde velloso y a la elevada permeabilidad al agua del epitelio de esta zona. De este modo, en el túbulo proximal se recupera, casi invariablemente, más del 60% del agua filtrada. 2.1.2. Reabsorción de agua en el asa de Henle Para conseguir la excreción de una orina concentrada es necesaria la existencia de las nefronas yuxtamedulares, cuyas largas asas de Henle se prolongan hacia el interior de la zona medular del riñón. En el asa de Henle se producen cuatro circunstancias de interés para entender los mecanismos de concentración de la orina (Fig. 3-1):

Figura 3-1. Generación de un intersticio medular hipertónico (Moffett et al., 1993).

• El líquido intersticial en la zona medular es hipertónico con respecto al líquido tubular porque los conductos colectores medulares internos reabsorben NaCl y, sobre todo, urea, mientras que los conductos colectores medulares externos son impermeables a la urea. • La rama descendente delgada del asa de Henle es muy permeable al agua pero no a las sales, de manera que para igualar las presiones osmóticas del líquido tubular e intersticial se produce una salida de agua hacia el intersticio, aumentando la osmolalidad del líquido tubular en el descenso progresivo del asa. • La rama ascendente delgada del asa de Henle es impermeable al agua pero permeable al NaCl. En la zona más interna de la médula, cuando la rama comienza a ascender, el líquido intersticial va siendo progresivamente menos hipertónico, de manera que para igualar presiones, se produce en este caso la salida de NaCl desde el líquido tubular al intersticio. • La disposición de los vasa recta alrededor del asa de Henle permite la recuperación neta de líquido hacia el interior de los vasos sin alterar la hipertonicidad medular (Fig. 3-2).

Figura 3-2. Recuperación de agua por los vasa recta (Moffett et al., 1993). Con esta disposición de las ramas descendente y ascendente del asa de Henle y los vasa recta se consigue, por mecanismos pasivos y con un mínimo gasto de energía, la recuperación de agua y sales amplificando la hipertonicidad medular. 2.1.3. Mecanismos de concentración de la orina Una vez estudiados los movimientos de agua y sales en el asa de Henle, se entenderán con facilidad los mecanismos que permiten al riñón concentrar la orina. • Los conductos colectores medulares internos son capaces de responder a la acción de la hormona antidiurética (ADH), de manera que cuando se precisa la conservación del agua y se libera ADH, se aumenta la resorción de urea. Esto aumenta la hipertonicidad del intersticio y, en consecuencia, la reabsorción de agua. • La ADH estimula la inserción de unos canales proteicos denominados acuaporinas en la membrana plasmática apical de las células del conducto colector, haciéndola permeable al agua. La hipertonicidad intersticial aumentada favorece la salida de agua del túbulo colector hacia el espacio intersticial, es decir, su recuperación por reabsorción (Fig. 3-3).

Luz (orina)

Líquido intersticial

ADH

Figura 3-3. Acción de la ADH en los conductos colectores (Moffett et al., 1993).

2.1.4. Mecanismos de dilución de la orina La rama ascendente gruesa del asa de Henle y el túbulo contorneado distal son impermeables al agua pero reabsorben activamente el Na+ y, secundariamente, el Cl-. En consecuencia, la función de estos segmentos de la nefrona determina la dilución de la orina. 2.2. Equilibrio ácido-básico Los amortiguadores intracelulares y extracelulares y el pulmón son los responsables de corregir de forma rápida los cambios en el pH, mientras que el riñón se encarga de la homeostasis a largo plazo del equilibrio ácido-básico. Para ello, el túbulo proximal se encarga de la secreción gruesa de ácido (secreta H+) y el conducto colector controla la excreción neta de ácidos y el pH final de la orina. 2.2.1. Excreción de ácidos por los túbulos renales 2.2.1.1. Secreción de H+ Los mecanismos por los que se secretan protones (H+) desde las células epiteliales hacia el líquido tubular son tres: • En la membrana apical del túbulo proximal existe un antiportador Na+/H+ que es impulsado por un gradiente para el Na+ creado por la ATPasa de Na+/K+ de la membrana basolateral (Fig. 3-4). • En la membrana apical del túbulo proximal y del conducto colector existe también una ATPasa de H+, que transporta activamente H+ intracelular hacia el líquido tubular (Fig. 3-4). • En la membrana apical de las células intercaladas del túbulo colector existe una ATPasa de H+/K+ que intercambia H+ intracelular por K+ del líquido tubular, siendo su contribución neta a la acidificación de la orina de mayor importancia en esta zona que la de la ATPasa de H+ (Fig. 3-5). Para que la excreción de ácido sea eficiente es necesaria la presencia de amortiguadores en el líquido tubular que eviten bajadas bruscas del pH de la orina. El HCO3- y el HPO42- son los principales responsables de esta función en los mamíferos, mientras que en las aves es también importante la acción de los uratos.

Figura 3-4. Mecanismos para la secreción de H+ en el túbulo proximal (Berne-Levy, 1992).

Figura 3-5. Mecanismos para la secreción de H+ en el túbulo distal y conducto colector (Berne-Levy, 1992).

2.2.1.2. Excreción de NH4+ El ión amonio (NH4+) es otro componente fundamental en el mantenimiento del equilibrio acidobásico. Se produce a partir del metabolismo del aminoácido glutamina en las células de los túbulos renales (amoniogénesis). Posteriormente, entra al líquido tubular por transporte activo secundario sustituyendo al H+ en el antiportador Na+/H+. En la rama gruesa ascendente del asa de Henle el NH4+ se reabsorbe sustituyendo al K+ en el transportador de Na+/K+/2 Cl- y provoca la acumulación del amoniaco y del amonio en el intersticio medular, evitando que el amonio llegue a la nefrona cortical distal y sea reabsorbido hacia la corriente sanguínea. Lo que sí ocurre a continuación es un movimiento de NH3 hacia el interior de los conductos colectores medulares a favor del gradiente de concentración, combinándose con el H+ para dar NH4+ en el interior del conducto y quedando así atrapado en la orina porque el NH4+ no es liposoluble y no puede difundir hacia atrás. 2.2.2. Resorción de HCO3En el túbulo proximal se reabsorbe el 80-90% del HCO3- filtrado. En las figuras 3-4 y 3-5 se describe con mayor detalle este proceso, estrechamente relacionado con la secreción de H+. 2.2.3. Control del pH de la orina por los conductos colectores Los conductos colectores son los responsables de la capacidad del riñón para excretar orina con un pH distinto al del plasma. Así, el pH normal de la orina de los carnívoros varía de 5’5 a 7’5, y el de los rumiantes de 6 a 9. Los mecanismos para llevar a cabo esta función son tres: • Las células intercaladas de los conductos colectores secretan ácido hacia el túbulo, como ya se ha visto, y transportan bicarbonato a la sangre. Estas células son capaces de alterar la tasa de secreción de H+ modificando el número de bombas de protones que están presentes en la membrana plasmática apical. Esto se logra por la inserción o retiro de las vesículas de membrana que contienen a las bombas de protones. • Cuando los niveles séricos de K+ son bajos, aumenta la actividad de la ATPasa de H+/K+ y de la ATPasa de H+. La aldosterona influye en este cambio. • Finalmente, los conductos colectores son capaces de una secreción neta de bicarbonato en respuesta a la alcalosis gracias a la presencia de un tipo especial de células intercaladas (células B intercaladas). Estas células son ricas en anhidrasa carbónica, contienen una bomba electrogénica de protones en la membrana basolateral y un intercambiador apical de Cl-/HCO3-. Por estas características, las células secretoras de bicarbonato pueden considerarse iguales a las células secretoras de ácido.