fisiología glomerular

Procesos básicos de anatomía y función glomerular

Juan José García BustinzaNefrólogo Pediatra

HNERM-UPCH

Procesos básicos de anatomía y función renal

• Funciones• Anatomía del riñón y las vías urinarias• El nefrón• Suministro de sangre al nefrón• Procesos renales básicos

Funciones del riñón

• Regulación del balance de agua y electrolitos• Excreción de desechos metabólicos• Excreción de sustancias bioactivas • Regulación de la presión arterial• Regulación de la eritropoyesis• Regulación de la producción de vitamina D• Gluconeogénesis

Morfología Renal• Órgano retroperitoneal• Surcos paravertebrales:

D12 a L3• 10cmx5cmx2.5cm• Hilio renal: seno renal

ocupado por la pelvis, vena y arteria renal

Morfología Renal• 125 a 155g en el adulto• Color rojo pardo• Riñón izquierdo más

alto que el derecho• Su posición cambia con

la respiración y la postura

Macroscopía renal• Corteza renal: apariencia granular, contienen

los glomerulos• Medula renal: Piramides renales formada por

las que asa de henle, Tubulos colectores y vasa recta

Irrigación Renal• Son altamente vascularizados: 25% del gasto

cardiaco• Arterias renales nacen de la aorta• Cada arteria renal se divide en arterias

segmentarias• Arterias lobares interlobares arcuatas

interlobulares arteriola aferente

Circulación Renal• El plasma que no es filtrado sale del glomérulo vía las

arteriolas eferentes, hacia los capilares postglomerulares. • En la corteza, los capilares postglomerulares corren

paralelamente a los túbulos adyacentes, no necesariamente los segmentos tubulares corresponden al mismo glomérulo.

• Las ramas de las arteriolas eferentes de los glomérulos yuxtamedulares ingresan a la médula y forman la vasa recta.

Irrigación Renal

Tipos de nefrón

Irrigación Renal

Nefrón• Un millon por cada riñon• 3 tipos de nefronas• Cortical y subcortical: 85%• Yuxtamedular: 15%• Glomerulo, TCP, asa de henle, TCD

FORMAS DE EXPRESIÓN ACLARAMIENTO

1. Tasa de excreciónCantidad liberada del cuerpo de una sustancia por hora

2. Vida media de una sustancia en plasmaTiempo que concentración disminuye a la mitad de

concentración actual

3. Volumen de plasma por unidad de tiempo del cual una sustancia es removida

Debe escogerse una sustancia cuya depuración sea equivalente al volumen de plasma filtrado. 1.-Debe filtrar libremente: “Esto garantiza que la concentración en el filtrado sea igual a la del plasma”2.-No puede ser reabsorbida, ni secretada; no puede ser degradada ni sintetizada a nivel tubular.Esto garantiza que la cantidad filtrada de esta sustancia por unidad de tiempo, sea igual a la cantidad excretada en la orina.

“La Depuración de esta sustancia es equivalente a la Tasa de Filtración Glomerular (TFG)”

“La Depuración de esta sustancia es equivalente a la Tasa de Filtración Glomerular (TFG)”

UNIDADES DEL ACLARAMIENTO

Volumen por tiempo(No cantidad por tiempo)

Qué volumen de plasma contiene la cantidad excretada en un tiempo dado

Ejemplo: (5 mg) 200 mL / 1 h

ACLARAMIENTO INULINA

5 KDaLibremente filtrada en el gloméruloSólo excreción urinaria (No reabsorbida ni secretada)Aclaramiento renal grande Tasa de aclaramiento metabólico nulo

CUANTIFICACIÓN DEL ACLARAMIENTO

orina

.

Cuando una sustancia solo sufre filtración, se cumple que: la cantidad filtrada en la unidad de tiempo (mg/min, mEq/min, mMol/min ) es igual a la cantidad excretada. La inulina, un polímero de la fructosa se comporta de esta manera

CANTIDAD FILTRADA

CANTIDAD EXCRETADA

cantidad filtrada = cantidad excretada

PROCESAMIENTO RENAL DE UNA SUSTANCIA QUE FILTRA LIBREMENTE, NO SE REABSORBE NI SE SECRETA.

La masa filtrada de inulina = La masa excretada de inulina

masa filtrada = C i p . TFG

TFG = ( C i o . Vo ) / C i p = Dp inulina

masa excretada = C i o . Vo

C i p. TFG = C i o . Vo

..

Cantidad filtrada:

Cantidadexcretada

Cantidad filtrada = cantidad excretada

COMPORTAMIENTO DE LA INULINA EN LOS RIÑONES

la inulina disuelta en la fracción de plasma que no filtra (alrededor del 75 %)continua en la circulación.

CÁLCULO DCr = Cr o .Vo/ Cr p TFG

Generalmente no se emplea la depuración de inulina para medir la TFG por resultar un poco complicado y costoso. Es por esto que en la práctica se emplea la depuración de creatinina ( DCr ).

La creatinina es una sustancia que proviene del metabolismo muscular y no es necesaria inyectarla. Se escoge esta sustancia también porque cerca del 90 % de su excreción proviene de la filtración glomerular, el resto, (10%) se secreta a nivel tubular. Por tal razón:

“La depuración de creatinina es una excelente aproximación por exceso de la TFG”.

.

masa total excretada = masa filtrada + masa secretada

COMPORTAMIENTO DE LA CREATININA

masa filtrada( 90 %)

masaSecretada

( 10 %)

.

Curva TFG y creatinina plasmática (creatinina no secretada)

El flujo sanguíneo renal está distribuido de forma tal que sólo el 90 % circula por los glomérulos, mientras que el 10 % restante se dirige a la cápsula renal y grasa perirrenal. Se entiende que sólo el 90 % del flujo plasmático renal puede ser procesado por las nefronas. Este se denomina flujo plasmático renal efectivo ( FPRe )Para medirlo mediante la técnica de depuración, se debe contar con una sustancia que en un sólo paso por el riñón sea completamente extraída de esta fracción del plasma.

FILTRACIÓN

SECRECIÓN

EXCRECIÓN

PROCESAMIENTO DEL PAH

El ácido para-aminohipúrico ( PAH ), a baja concentración plasmática, tiene este comportamiento, es decir, a través de la filtración y la secreción activa de esta sustancia se extrae la totalidad que ingresó con el FPRe. De este razonamiento se puede afirmar que: “El volumen de plasma depurado de PAH es equivalente al flujo plasmático renal efectivo”

.

.

El PAH es filtrado por los glomérulos y cuando está a baja concentración, prácticamente todo el PAH que escapa de la filtración es secretado por los túbulos.

DETERMINACIÓN del FPRe:

En la sangre se mide la concentración de PAH : [ PAH ] p

En la orina recogida en un tiempo determinado se mide el volumen :Vo y la concentración de PAH : [ PAH ]oCon estos datos se calcula la depuración de PAH:

D PAH = [ PAH ]o x Vo / [ PAH ]p Se entiende que:

FPRe = [ PAH ]o x Vo / [ PAH ]p

FLUJO SANGUINEO RENAL

hematocrito de 45%

20 - 25% gasto cardiaco.0,5% masa corporal.10% de consumo de O2 basal para producir orina.

360 - 400

Flujo plasmático renal: 605 ml

PRESIÓN DE LA VASCULATURA RENAL

Presión hidrostática en las áreas de la circulación renal donde hay intercambios hidrosalinos: los capilares glomerulares, los

capilares peritubulares y los vasos rectos medulares y papilares.

RESISTENCIA VASCULAR

Red vascular con una resistencia relativamente baja. Estrechamente regulada, en las arteriolas aferente y eferente (contracción de sus

paredes) y por los cambios geométricos inducidos por la contracción de las células pericapilares

Q=ΔP/R

Tasa de filtración glomerular

TFG = 100-125 ml/min(140-180 L/día)

FPRE = 600 ml/min

120ml/min FF = TFG/FPRE = 0.2

PRESIONES DE STARLING EN EL LEC Flujo = K[(Pcap + int) – (Pint + cap)

Pcap = Presión hidrostática de los capilares

Pint = Presión hidrostática interticial

cap = Presión osmótica de los capilares

int = Presión osmótica interticialPcap

Pint int

capilares

interticio

cap

Efectos de la constricción arteriolar aferente, eferente o de ambas clases sobrela presión capilar glomerular (PGC) y el flujo sanguíneo renal (FSR). Los cambios en el FSRreflejan cambios en la resistencia arteriolar renal total, sin que la localización del cambio tenga importancia. En contraste, los cambios en la PGC se reflejan en el grupo de arteriolas en las que la alteración de la resistencia ocurre. La constricción aferente pura disminuye tanto la PGC como el FSR, en tanto que la constricción eferente pura eleva la PGC y disminuye el FSR. La constricción simultánea de las arteriolas aferente y eferente tiene efectos que se contrarrestan sobre la PGC pero efectos aditivos sobre el FSR; el efecto sobre la PGC puede ser un incremento o una disminución pequeños, o ninguno. La vasodilatación de un solo grupo de arteriolas tendría efectos sobre la PGC y el FSR distintos a los observados en las partes B y C. La vasodilatación de ambos grupos produciría pocos cambios o ninguno en la PGC, mismo resultado que ocasionaría la constricción de ambos grupos, pero un gran aumento del FSR. La constricción de un grupo de arteriolas y la dilatación del otro ejercería efectos máximos sobre la PGC pero pocoefecto sobre el FSR.

As vasodilation and vasoconstriction of the afferent andefferent arterioles alter the blood flow through theglomerular capillaries, there are corresponding alterationsin the glomerular filtration rate (GFR).

Autorregulación del FSRE y la TFG

0

200

400

600

0 40 80 120 160 200

PAM renal (mmHg)

ml/m

in FSRE

TFG

Control hemodinámico intrarrenal

• Mecanismo de autorregulación:– Reflejo miogénico– “Feedback” túbulo-glomerular

• Mecanismos de regulación adicionales:– Eje renina-angiotensina-aldosterona– Control nervioso y hormonal– Función endotelial

Feedback Tubuloglomerular

La nefronaFeedback TG

1. Si aumenta la TFG

2. Aumenta el flujo tubular de agua y NaCl

3. Sensor en la mácula densa y envío de mediador vasoconstrictor a la a. aferente

La nefronaFeedback TG

1. Si disminuye la TFG

2. Disminuye el flujo tubular de agua y NaCl

3. Sensor en la mácula densa y envío de mediador vasodilatador (PGI2, ON) a la a. aferente + liberación de renina (vasoconstricción eferente)

Sympathetic Effects

• Sympathetic activity constricts afferent arteriole – Helps maintain BP

& shunts blood to heart & muscles

17-26

Reflejo miogénico

La distensión de la paredvascular aferente provocala apertura mecánica decanales de calcio en lascélulas musculares de la capa media.

Importancia del sistema renina-angiotensina-aldosterona

• Interviene en el control de:– Hemodinámica sistémica y presión arterial– Hemodinámica intrarrenal– Balance de sodio y potasio– Balance de agua– Equilibrio ácido-básico

Vasoconstrictores renales

a. aferente a. eferenteNorepinefrina + +Angiotensina II 0, + 2 +Endotelina + +Tromboxano + +

Vasodilatadores renales

a. aferente a. eferenteAcetilcolina + +Oxido nítrico + +Dopamina + +PGE, PGI + 0Bradicinina 0 +

FEEDBACK TUBULOGLOMERULAR

.

Schnermann J JASN 2003;14:1681-1694

©2003 by American Society of Nephrology

.

Schnermann J JASN 2003;14:1681-1694

©2003 by American Society of Nephrology

Importancia del sistema renina-angiotensina-aldosterona

• Interviene en el control de:– Hemodinámica sistémica y presión arterial– Hemodinámica intrarrenal– Balance de sodio y potasio– Balance de agua– Equilibrio ácido-básico

Selectividad de la barrera de filtración

Por tamaño– Las moléculas pequeñas se

filtran libremente (úrea, creatinina, etc), mientras que las macromoléculas tienen restricción.

– Solutos hasta el tamaño de la inulina (PM:5200) se filtran libremente.

Por carga– Las fenestras del endotelio y la

MBG tienen carga eléctrica negativa, por lo tanto la filtración de moléculas neutras y catiónicas, es mayor que las moléculas aniónicas.

– La albúmina (Radio molecular: 36 A), casi no se filtra.

Selectividad de la barrera de filtración

Glomerular Filtration System.

Tryggvason K et al. N Engl J Med 2006;354:1387-1401.

Barrera de Filtración Glomerular

Schematic drawing of the glomerular barrier.

Haraldsson B et al. Physiol Rev 2008;88:451-487

©2008 by American Physiological Society

Schematic drawing of the glomerular barrier with components of the glomerular endothelium [e.g., the integrins, Tie2, VEGF receptor 1 (VEGFR1), VEGFR2] and the endothelial cell

surface coat (ESL).

Haraldsson B et al. Physiol Rev 2008;88:451-487

©2008 by American Physiological Society

Diagram showing proposed intracellular pathways of vascular endothelial growth factor (VEGF)-induced fenestration formation in glomerular endothelial cells (GEnC).

Satchell S C , and Braet F Am J Physiol Renal Physiol 2009;296:F947-F956

©2009 by American Physiological Society

Electron microcraphs showing the glomerular barrier, with the capillary lumen above and the urinary space below.

Haraldsson B et al. Physiol Rev 2008;88:451-487

©2008 by American Physiological Society

Membrana Basal Glomerular

Podocitos

Components of the Slit-Diaphragm Protein Complex in Podocyte Foot Processes.

Tryggvason K et al. N Engl J Med 2006;354:1387-1401.

Components of the Slit-Diaphragm Protein Complex That Form a Porous Slit-Diaphragm Filter.

Tryggvason K et al. N Engl J Med 2006;354:1387-1401.

The filtration-dependent potential difference and its consequences on glomerular permeability.

Hausmann R et al. JASN 2010;21:2053-2058

©2010 by American Society of Nephrology

Células mesangiales internas

Células mesangiales internas

La regulación de la excreción de sal y agua por los riñones involucra

mecanismos de transporte endotelial y epitelial directos o indirectos

La excreción renal es regulada en respuesta a las consecuencias de la ingesta y pérdidas

El control de la excreción de la sal y agua sirve para:

(1) Mantener un volumen de fluidos apropiado para el llenado del árbol vascular

(2) Mantener una osmolalidad de fluidos apropiada para la función de las células

(3) Permitir al corazón generar la presión arterial necesaria para perfundir los tejidos periféricos.

Regulando el agua corporal total y la sal, los riñones regulan simultáneamente:

1. Balance de agua2. Balance de sal3. Osmolalidad (relación agua sal)4. Presión sanguínea

REGULACIÓN DE LA PRESIÓN SANGUÍNEA

La presión arterial tiene una poderosa influencia sobre la función renal

Las acciones renales afectan la presión sanguínea:

1.Nivel establecido PA

2.Detectores de la presión sanguínea

3.Señales generadas a los cambios en PA

4.Efectores para incrementar o disminuir la PA

REGULACIÓN DE LA PRESIÓN SANGUÍNEAEFECTORES

a. Corazón: Contractibilidad y frecuencia cardiaca variables

b. Arteriolas periféricas: Resistencia vascular

c. Grandes venas: Cambian su compliance para variar la capacidad del sistema vascular para mantener la sangre

d. Riñones: Varían la excreción de sal y agua

PROCESOS QUE REGULAN LA PRESIÓN ARTERIAL

REGULACIÓN A CORTO PLAZO DE LA PA REFLEJOS CARDIOVASCULARES

CENTRO VASOMOTOR Grupo de núcleos del tronco cerebral que regulan la PA

GRUPO DE DETECTORES

Baroreceptores arterialesArterias carotídeas y arco de la aortaReportan la PA al centro vasomotor vía nervios sensoriales con cada latido

Baroreceptores cardiopulmonares Baja presiónUbicados en la aurícula cardiaca y partes de la vasculatura pulmonar.

Barorreceptores de volumen (mecanorreceptores) arteriales y cardiopulmonares

SISTEMAS EFECTORESCorazón, vasos sanguíneos y riñones

INTERMEDIARIOSistema nervioso autonómico

PRIMER SISTEMA EFECTORContractilidad cardiaca y frecuencia cardiaca

SEGUNDO SISTEMA EFECTORArteriolas sistemícas (VD/VC) a través de la resistencia vascular PAM= GC X RP

TERCER SISTEMA EFECTORGrandes venas periféricas (2/3 volumen sanguíneo total)Presión venosa central (atrio derecho)

El nivel establecido de la PAM es 100 mmHg

• No es rígidamente fijado

• Varía en el día

• Depende de la actividad, excitabilidad

• Disminuye alrededor del 20% durante el sueño

• Influenciado por procesos renales que finalmente determinan el nivel PA establecida en el centro vasomotor del tronco cerebral.

PROCESOS QUE REGULAN LA PRESIÓN ARTERIAL

REGULACIÓN INTERMEDIA DE LA PRESIÓN ARTERIAL: CONTROL RENAL DE LA RESISTENCIA VASCULAR

• Los riñones refuerzan los efectos vasculares a corto plazo del centro vasomotor

ACCIONES VACULARES DIRECTAS

• Regula la resistencia vascular a través de barorreceptores intrarrenales que sensan la PA de la arteriola aferente

• No son baroreceptores neurales , especializaciones de las células de la arteriola aferente: Celulas granulares (células yuxtaglomerulares) que forman parte del aparato yuxtaglomerular.

• Afectada por PA sensada en la arteria renal y la PA sensada por los barorreceptores neurales

• Efectos poderosos sobre la vasculatura y excreción de sodio.

• Sistema renina angiotensina.

SISTEMA RENINA ANGIOTENSINA

Directa: Potente vasoconstrictor Indirecta: Regulación de la excreción del sodio renal.

SRA localesRiñones, cerebro y el corazón. SRA global o sistémicoMás importante regulador de la PA

8 aa

Células granulares. Riñón

Hígado. 10 aa

Superficie luminal. Endotelio vascular. Pulmón

SRAA EN RIÑÓN E INTRAVASCULAR

LIMITANTE SRA: RENINA1° Barorreceptores neurales: Estimulan a las células granulares

LIMITANTE SRA: RENINA1° Barorreceptores neurales: Estimulan a las células granulares

Activación de receptores beta 1 adrenérgicos de las células granulares

SISTEMA NERVIOSO AUTÓNOMOEfectos mediados sobre el riñón por una disminución del

volumen arterial circulante efectivo

LIMITANTE SRA: RENINA2° Barorreceptores intrerrenales: Las células granulares se deforma con la

presión en la arteriola aferente

LIMITANTE SRA: RENINA3° Detector de carga de cloruro de sodio a través de una recaptación: edema

osmótico

LIMITANTE SRA: RENINA3° Detector de carga de cloruro de sodio a través de una recaptación: edema

osmótico

Angiotensina II inhibe secreción de renina con receptor AT1directamente sobre las células granulares, incrementado el calcio intracelular

Edemas de las células de la mácula densa disminuye la liberación del agente que inhibe la liberación de renina: Adenosina.

No regula directamente la PA

CONTROL DE LA SECRECIÓN DE RENINA

ESCENARIO: HEMORRAGIA MAYORINCREMENTO DE RENINA Y ANGIOTENSINA II

ESCENARIO: HEMORRAGIA MAYORRESPUESTA VASCULAR

ESCENARIO: HEMORRAGIASENSOR DE CARGA DE CLORURO DE SODIO DE

LA MÁCULA DENSA

ANGIOTENSINA II Importante en el control de la excreción de sodio y agua

Vasoconstricción arteriolar general

BARORRECEPTORES Y SU INFLUENCIA

CONTRIBUCIÓN DEL RIÑÓN A LA REGULACIÓN DE LA EXCRECIÓN DE SODIO Y PRESIÓN ARTERIAL

El valor promedio de la PA es fijado por los riñones, no por el centro vasomotor, controlando la excreción de sodio y volumen a largo plazo, y apareando los ingresos – egresos, así como cambios en el extracelular, la

presión gradualmente cambiará

Conección entre sodio, agua y presión arterial

EFECTORES Corazón, arteriolas periféricas y grandes venasAjustan las propiedades del sistema vascular al volumen

RiñonesAjusta el volumen al sistema vascular

La presión arterial depende del volumen sanguíneoEl volumen sanguíneo depende del volumen extracelular

Intersticio como buffer del volumen plasmático

Cambio gradual del nivel de PA

Relación sodio corporal total y volumen sanguíneo

• Volumen del compartimento y osmolaridad

• Osmolaridad = Total osmoles /volumen

• Volumen = Total osmoles / Osmolaridad

Si el cuerpo regula el contenido osmótico del extracelular (EC) y

regula su osmolaridad, regula su volumen, a través de los riñones

90% del contenido osmótico del EC es sodio, con un número igual de anionesContenido osmótico EC = Contenido sodio x 2

10% solutos EC: K, U, Glu … (osmolalidad)

RELACIÓN ENTRE SODIO Y FLUIDO EXTRACELULARCambio del EC con ingesta de sodio

La regulación a largo plazo de la presión arterial sanguínea involucra control del contenido de sodio corporal

Si el cuerpo controla el contenido de sodio y osmolaridad plasmática (agua conteniendo sodio) se controla el volumen

RESPUESTA EXCRETORIA A CARGA DE SODIO

Cambios en la presión, son detectados como cambios en el sodio totalMecanismos que controlen la excreción de sodio pueden controlar la PA elevada

CONTROL REFLEJO DE LA TASA DE FILTRACIÓN GLOMERULAR

Exc Na = Filtr Na – Reabs Na

Control : Regulando la TFG

Cambio en la cantidad de agua filtrada

Cambios de la resistencia de la arteriola aferente/eferente

Cambios de la actividad nerviosa simpática renal señales externas

Mecanismo de la nefrona proximal

El estado de volumen del paciente controla la natriuresis y diuresis

MUCHAS GRACIAS