FISIOLOGIA II FISIOLOGIA RENAL El ronyó (1) La nefrona (1.1) Les nefrones són les unitats funcionals que formen el ronyó. En les nefrones es produeix la filtració del plasma i la formació del filtrat, la reabsorció de determinats soluts, la secreció de determinades substàncies, i la síntesi de determinades substàncies. Aquestes funcions són utilitzades per crear i excretar la orina formada per substàncies de rebuig, regular la composició i pH del líquid extracel·lular, i regular la volemia i la pressió arterial. En relació amb les nefrones existeixen unes cèl·lules endocrines que modulen els mecanismes de transport per regular la composició i el pH del LEC i regular la volemia i la PA, i produeixen efectes en altres òrgans per regular la hematopoesi. Circulació renal (1.2) El plasma és filtrat per la nefrona obtenint-se l’orina, la qual circularà fins la pelvis renal per sortir del ronyó a través dels urèters i arribar a la bufeta orinaria, on s’emmagatzemarà fins que surti per la uretra cap a l’exterior. El flux de sang que circula pels ronyons és de 1’2 L / minut, és a dir, un 20% de la que bombeja el cor (5 L / minut), per lo que la irrigació dels ronyons és molt elevada comparada amb la resta d’òrgans, i sobretot en la zona perifèrica (còrtex renal), on es situen les nefrones. A més, des del còrtex cap a l’interior (medul·la renal) es produeix un gradient creixent d’osmolaritat que arriba fins als 1200 mOsm/L. El plasma que arriba a l’artèria renal pot anar a parar a l’artèria arquata, de la qual deriva l’artèria aferent que s’introdueix en la nefrona i formant uns capil·lars glomerulars (glomèrul de Malpighi) per on es filtrarà la sang. Aquests capil·lars es tornaran a reunir i sortiran de la nefrona com a artèria eferent, la qual es subdividirà en capil·lars peritubulars que aniran reabsorbint els soluts que es van filtrar en el glomèrul. Els capil·lars s’agruparan per construir la vena arquata que anirà a parar finalment a la vena renal. La pressió hidrostàtica a nivell vascular i tubular són molt diferents. La pressió hidrostàtica va disminuint a mesura que es ramifiquen les artèries i es transformen en venes, i a mesura que el líquid passa del medi intern cap al medi extern. Concepte de depuració (1.3) L’orina es formarà a partir de la part de líquid extracel·lular que abandona el medi intern a través dels porus dels vasos del glomèrul per introduir-se en la càpsula de Bowman, d’on surt el túbul contort proximal que passarà a Nansa de Henle i finalment a túbul contort distal; els túbuls contorts distals es congreguen en el túbul col·lector que anirà a parar a la pelvis renal. Aquesta part de líquid extracel·lular que és filtrada és un 15-25% del total de plasma que circula pel ronyó; aquesta sang, queda doncs empobrida d’aigua i soluts fins que es reabsorbeixen a través dels túbuls contorts i la nansa de Henle els compostos que no han de ser expulsats amb l’orina (99% de la filtració). Funció glomerular (1.4) La funció del glomèrul de Malpighi és deixar passar una part de la sang que hi circula fins a la càpsula de Bowman, permetent que el líquid extracel·lular abandoni el medi intern i ingressi en el medi extern. Aquest procés és selectiu però inespecífic, és a dir, selecciona el pas de les substàncies que no arriben a mesurar una determinada longitud, però és inespecífica i permet el pas de totes aquelles que ho compleixin. L’estructura encarregada de permetre i regular la filtració és la barrera de filtració glomerular, formada per l’endoteli glomerular, la membrana basal i els pedicels dels podòcits, i que impedeix el pas de macromolècules del plasma però permet el pas d’aigua i soluts petits.

L’endoteli glomerular té unes fenestracions de gran mida que permetria passar gran quantitat de substàncies. La membrana basal glomerular, composta de laminina, col·lagen tipus IV i proteoglicans sulfatats i que té una estructura amb càrrega negativa a pH fisiològic, només permet passar polímers neutres de 80 Ǻ com a molt, o de 60 Ǻ si són aniònics (càrrega negativa); la albúmina, per exemple, no travessa la membrana basal perquè encara que té un diàmetre de 60 Ǻ té una càrrega negativa molt elevada a pH fisiològic que li produeix una repulsió electrostàtica. Els pedicels dels podòcits són una tercera capa que regula la filtració. Les variacions de les tres estructures formadores de la barrera de filtració poden tenir variacions que generen canvis en la superfície de filtració, augmentant o disminuint la quantitat de filtrat segons uns mecanismes. Taxa de filtració glomerular (1.5) La quantitat de sang que passa del medi intern cap al medi extern ve determinada per la pressió efectiva de filtració, la qual està composta per diferents forces que intervenen en la filtració:

· Gradient de pressió hidrostàtica (PH): Donat que la PH que hi ha al capil·lar glomerular és superior a la PH de la càpsula de Bowman, aquest factor és afavoridor per a que la filtració es produeixi. · Gradient de pressió coloidosmòtica (PC): Aquest gradient està produït per l’apetència que tenen les proteïnes per l’aigua, les quals frenen el seu pas cap a la càpsula i frenen la filtració, cada cop més quantes més proteïnes s’acumulin en la sang, lo que fa augmentar la PC mentre que en la càpsula la PC té un valor de 0.

Per tant, la pressió efectiva de filtració és igual a: PEF = ∆PH - ∆PC. A més, un altre factor que influeix en la taxa de filtració glomerular és la taxa de filtració d’una substància (TFA = PEF · KfA). La quantitat de líquid que entra a la nefrona abandonant el plasma, és a dir, la taxa de filtració glomerular, és d’uns 125 ml / minut, valor que es manté constant en un interval molt ampli de valors de pressió arterial; tanmateix, en casos on la pressió arterial es trobi molt disminuïda, la funció de filtració s’atura per evitar la pèrdua de més quantitat de líquids. Per mantenir constant la filtració encara que hi hagin grans variacions de la pressió arterial s’utilitza el mecanisme anomenat feed-back túbulo-glomerular que té lloc gràcies a l’acció de l’aparell juxtaglomerular, el qual detecta i monitoritza la quantitat de NaCl que hi ha al túbul contort distal. Quan la pressió arterial augmenta provoca l’augment del flux sanguini i per tant la quantitat de sang que circula pel glomèrul i la filtració, lo que genera un augment de NaCl en la nefrona; quan l’aparell juxtaglomerular detecta aquest excés de NaCl indueix la formació de cianina que produeix la vasodilatació de l’arteriola eferent, i disminueix la síntesi de NO que produeix la vasoconstricció de l’arteriola aferent, tot provoca que disminueixi la filtració glomerular. Quan la pressió arterial disminueix provoca la disminució del flux sanguini i per tant la quantitat de sang que circula pel glomèrul i la filtració, lo que genera una disminució de NaCl en la nefrona; quan l’aparell juxtaglomerular detecta aquesta manca de NaCl indueix la formació de renina que transforma l’angiotensina I en angiotensina II per produir vasoconstricció en l’arteriola eferent, i augmenta la síntesi de NO que produeix la vasodilatació de l’arteriola aferent, tot provoca que augmenti la filtració glomerular. Funcions tubulars (2) La principal funció dels túbuls de la nefrona és reabsorbir el 99% del filtrat. Reabsorció tubular (2.1) La reabsorció tubular és possible perquè hi ha un gradient de pressió coloidosmòtica favorable gràcies a la alta concentració de proteïnes que atrauen l’aigua, i que és superior a la pressió hidrostàtica que és no favorable (6 mmHg en l’interstici i 13 mmHg en els capil·lars peritubulars). L’epiteli tubular està format per cèl·lules amb moltes digitacions i una gran superfície d’absorció; l’aigua i els metabolits poden ser reabsorbits a per via transcel·lular (a través de la cèl·lula) o per via paracel·lular.

Mecanismes de reabsorció (2.2) La reabsorció tubular es dóna de diferents formes segons l’epiteli tubular que hi hagi en les diferents regions de la nefrona:

· Túbul contort proximal: Té un epiteli alt amb moltes digitacions que li confereixen una gran superfície d’absorció. Les cèl·lules són molt riques en mitocondris, lo que li permet tenir a l’abast molta energia per realitzar transport actiu de substàncies. Reabsorbeix la major part del filtrat (60-65%) a través de la via paracel·lular i la via transcel·lular. Reabsorbeix glucosa (100%), aminoàcids (100%), proteïnes petites (100%) mitjançant l’endocitosi mediada per receptors, Na+ (50-65%), aigua (60-70%) mitjançant les aquaporines, Ca2+ (65%) i Fosfat (60%) que pot ser inhibit per la paratohormona. El fluid resultant és un líquid isoosmòtic. L’entrada de Na+ en la cèl·lula es produeix per processos d’intercanvi amb l’H+, i és expulsat contra gradient cap al líquid extracel·lular mitjançant la Na+/K+ ATPasa (bomba Na+/K+) que consumeix energia. · Nansa de Henle:

· Porció descendent: Té un epiteli prim i sense gaire activitat. Reabsorbeix aigua mitjançant les Aquaporines-1 i és impermeable a la urea i les sals. El fluid resultant és un líquid cada cop més concentrat: hiperosmòtic. · Porció ascendent de la nansa de Henle: Té un epiteli prim inicialment que transporta passivament determinats ions i un epiteli gruixut al final que els transporta activament, constituït per cèl·lules sense permeabilitat a l’aigua. No reabsorbeix aigua i és poc permeable a la urea, tanmateix transporta Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, K+ i fosfats. El fluid resultant és un líquid hipoosmòtic. L’entrada de Na+ en la cèl·lula es produeix per transportadors Na+/K+/2Cl2-, i és expulsat contra gradient cap al líquid extracel·lular mitjançant la Na+/K+ ATPasa que consumeix energia. A més, les unions intercel·lulars són relativament laxes, lo que permet el pas dels ions esmentats via paracel·lular de forma afavorida per l’alta osmolaritat que hi ha en el líquid filtrat.

En la zona cortical, l’osmolaritat és molt semblant a la de la resta d’òrgans i la sang, però a l’interior l’osmolaritat és molt superior a causa de la gran reabsorció d’aigua en la nansa de Henle, la qual s’ha realitzat per mecanismes passius inicialment i actius finalment.

· Túbul contort distal: Té un epiteli alt amb digitacions que li confereixen una alta capacitat d’absorció; és l’encarregat d’acabar d’ajustar la concentració de Na+. És poc permeable a l’aigua, tanmateix aquest túbul realitza un transport actiu regulat per l’aldosterona d’una part del Na+ restant quan l’organisme el necessita, la qual cosa genera una reabsorció important d’aigua que acompanya al Na+. L’aldosterona regula la reabsorció de Na+ i la secreció de K+ cap a la llum (mitjançant la Na+/K+ ATPasa) per ajustar els seus nivells en el líquid extracel·lular. La paratohormona regula la recuperació del Ca2+ necessari per ajustar la seva concentració en el líquid extracel·lular. En funció de la intensitat de recuperació de Na+ (segons les demandes de l’organisme) el fluid resultant pot ser un líquid hipoosmòtic (molta reabsorció) o isoosmòtic (poca reabsorció). L’entrada de Na+ en la cèl·lula es produeix per transportadors Na+/K+/2Cl2- i Na+/Cl-, i és expulsat contra gradient cap al líquid extracel·lular mitjançant la Na+/K+ ATPasa activada per l’aldosterona que consumeix energia. · Túbul col·lector: Té un epiteli no gaire desenvolupat com per reabsorbir grans quantitats de soluts. És permeable a la urea i realitza un transport actiu de Na+; l’absorció d’aigua lliure és regulada i controlada per l’hormona antidiürètica (ADH), la qual té la capacitat de fer expressar en la paret apical de la cèl·lula Aquaporines 2 preformades i emmagatzemades en vesícules, i de fer augmentar la transcripció d’aquaporines 3 i 4 que es situen a la paret basal per expulsar l’aigua cap al líquid extracel·lular. El fluid resultant és un líquid (orina) d’osmolaritat variable. Quan augmenta l’osmolaritat del plasma, quan es produeixen vòmits o quan es produeixen sudoracions intenses, s’augmenta la secreció d’ADH per part de les cèl·lules magnocel·lulars de l’hipòfisi. Aquesta ADH provoca l’augment de la reabsorció d’aigua en el túbul col·lector per aconseguir normalitzar l’equilibri osmòtic, incrementar la volèmia i normalitzar la pressió arterial.

Secreció tubular (2.3) La secreció tubular es dóna de diferents formes segons l’epiteli tubular que hi hagi en les diferents regions de la nefrona: · Túbul contort proximal: Secreta el 60% dels ions H+ excedents i anions orgànics.

· Túbul contort distal: Secreta K+ contra grans gradients de concentració mitjançant la Na+/K+ ATPasa per regular els seus nivells en el líquid extracel·lular; a més, en aquest túbul hi ha unes cèl·lules amb activitat creadora de calcitriol. · Túbul col·lector: Secreta K+.

Mecanismes de concentració i dilució de la orina (2.4) La generació d’un fort augment en el gradient d’osmolaritat a l’interstici renal ve donat per un transport actiu de Na+ per part de la nansa de Henle, un transport actiu d’ions al túbul col·lector, una difusió passiva d’urea des del túbul col·lector i un baix flux sanguini medul·lar. El fet de que el flux sanguini no estigui homogèniament repartir per tot el ronyó, i casi tota la sang circuli per la perifèria, genera que en la part central o medul·lar es produeixi una acumulació de sals, d’ions i d’urea en els vasos rectes. La concentració de l’orina, doncs, es veurà condicionada per l’osmolaritat de l’interstici renal i la llargada de la nansa de Henle que imposarà les condicions per a que la concentració de l’orina en el túbul col·lector sigui alta. Regulació del pH (2.5) El pH és regulat per mecanismes ràpids i mecanismes a llarg termini. Els mecanismes ràpids són les proteïnes, el bicarbonat i els fosfats que actuen com a tampons intracel·lular i extracel·lulars, i el bicarbonat que recull H+ en el sistema respiratori per obtenir àcid carbònic que ràpidament es disgrega

en aigua i CO2 mitjançant la (famosa) reacció: HCO3- + H+ �

CO2 + H2O, lo que garanteix un pH estable en el líquid extracel·lular. Ni els sistemes tampó ni els sistemes respiratoris aconsegueixen que la gran quantitat de H+ creats pel metabolisme es puguin contrarestar, per lo que és essencial la funció renal, la qual té la capacitat d’eliminar el 60-70% dels ions H+. En el túbul contort proximal, els mecanismes a llarg termini es basen en la recuperació de HCO3

-, la síntesi de HCO3- i la

síntesi de NH3. La recuperació del bicarbonat dissolt en el líquid filtrat es realitza mitjançant la secreció de H+ que s’unirà amb ell, obtenint-se H2O que es mantindrà en el filtrat i CO2 que es difondrà en la cèl·lula per a que el peculiar enzim anhidrasa carbònica inverteixi la reacció utilitzant l’aigua de la pròpia cèl·lula i es produeixi la síntesi de HCO3

- que serà enviat al líquid extracel·lular i H+ que seran expulsats a l’orina a través d’un bescanvi Na+/H+; la síntesi de NH3 a partir de la desaminació d’aminoàcids s’utilitza per la seva capacitat tamponant a base d’adoptar protons a través de la reacció: NH3 + H+ � NH4. A més, en el filtrat inicial, al nivell del túbul contort proximal, es poden trobar HPO4

- que també tenen capacitat tampó al poder acceptar ions H+ expulsats del líquid extracel·lular. Aquests acceptors d’ions H+ permeten expulsar-los de forma passiva. No hi ha cap (cap cap cap cap cap cap cap cap) hormona que reguli el pH de l’orina. En el túbul contort distal i el túbul col·lector hi ha mecanismes de secreció activa d’ions H+ i nova síntesi de HCO3

- per part de les cèl·lules intercalades α. Aquestes cèl·lules intercalades disposen d’una bomba d’ions H+ (H+ ATPasa) que els hi permet expulsar aquests ions contra gradient a mesura que es van formant al seu interior a causa de l’enzim anhidrasa carbònica que combina el CO2 amb la seva pròpia H2O i forma H+ que aniran a la llum amb consum d’ATP i HCO3

- que es bescanviarà amb el Cl- per actuar com a tampó en el líquid extracel·lular; les H+ ATPasa es troben preformades a l’interior de vesícules que són portades a la membrana apical quan es detecta una acidosi en el líquid extracel·lular. Un altre tipus de cèl·lula que actua de la mateixa forma és la cèl·lula intercalada β, la qual utilitza el mateix mecanisme però disposa d’una polarització inversa, per lo que té la capacitat d’introduir ions H+ cap al líquid extracel·lular quan es produeix una alcalosi (fenomen que es produeix molt poc sovint). Micció (2.5) L’orina és un producte d’excreció que s’acumula en la bufeta urinària i és expulsada en episodis determinats cap a l’exterior. Els ronyons es comuniquen amb la bufeta mitjançant els urèters, conducte per on circulen els bolus d’orina i que està format per múscul llis circular (extern) i longitudinal (intern) amb comportament sincitial i plexes nerviosos que coordinen (i acceleren) el pas de l’orina mitjançant unes ones peristàltiques causades per unes contraccions que es produeixen cada 10 segons i que generen que l’orina circuli a una velocitat de 3 cm/s. Les contraccions peristàltiques permeten que el bolus d’orina progressi contra pressions que van des de 25 fins a 100 mmHg fins arribar a la bufeta urinària. La bufeta disposa d’unes pestanyes a la sortida dels urèters que bloquegen el flux retrògrad de l’orina. Al final de la bufeta es troben els esfínters extern (musculatura estriada i control somàtic) i intern (musculatura llisa i control autònom) que bloquegen el pas de l’orina cap a l’exterior; les fibres són circulars en mascles i obliqües en femelles, per lo que els mascles resisteixen més pressió. La bufeta disposa a les seves parets d’uns receptors de tensió que detecten el seu ompliment a mesura que augmenta el volum d’orina al seu interior. Aquesta informació és dirigida pels nervis hipogàstric i pèlvic i integrada pel SNC. El increment d’orina emmagatzemada en la bufeta genera que el SNA

simpàtic actuï sobre els receptors β-adrenèrgics de la musculatura de la bufeta i la relaxi, aconseguint que la pressió del seu interior augmenti lentament encara que hi continuï entrant orina, i sobre els receptors α-adrenèrgics de la musculatura de l’esfínter intern i la contragui. Tanmateix, quan el volum d’orina en la bufeta supera aproximadament els 400 ml, l’increment en la freqüència de potencials d’acció per part dels nervis hipogàstric i pèlvic es tradueix en el SNC com a moment en el que s’ha d’activar el SNA parasimpàtic i realitzar la micció. La micció, doncs, és un reflex espinal, el qual pot ser facilitat o inhibit per influències centrals, i accelerat, aplaçat o aturat pels centres superiors. La pressió en la bufeta urinària augmenta en gran mesura degut a que, activat el SNA parasimpàtic que actua sobre els receptors muscarínics, la musculatura llisa de la bufeta es contrau. Tanmateix, a l’edat adulta, la micció és controlable, i és la relaxació voluntària de l’esfínter extern (controlat pels nervis pudends) el que permet realitzar la micció; per la seva banda, la contracció de la musculatura abdominal la facilita. Sistema urinari en aus (3) En les aus es troben dos tipus de nefrones. En la zona cortical es troben les nefrones de tipus reptilià (la majoria), i en la zona medul·lar es troben les nefrones de tipus mamífers (la minoria). Al ser animals uricotèlic, l’orina expulsada cap a l’exterior es troba en forma d’àcid úric, el qual és molt poc soluble en aigua. Quan es produeix el filtrat glomerular es permet el pas de la majoria de proteïnes, les quals es congreguen al voltant de l’àcid úric cristal·litzat (es cristal·litza quan entra en contacte amb el líquid filtrat) secretat per les cèl·lules de l’epiteli tubular, per així evitar lesions als epitelis. Quan la barreja arriba a la cloaca es produeix un retrocés del líquid cap a l’intestí gros mitjançant una peristalsi inversa; un cop al budell gros es digereixen les proteïnes i es reabsorbeixen els aminoàcids, i s’afina la quantitat d’aigua i electròlits de l’orina abans d’expulsar-la.