HOMEOSTASIS Y FUNCIÓN RENAL

El organismo debe reaccionar al ambiente para mantener su integridad...Uno de los mayores problemas que enfrentan los organismos biológicos, especialmente los animales, son los cambios continuos del medio donde viven. La temperatura varía frecuentemente durante las 24 horas del día. También puede variar en el mismo lapso, La presión atmosférica, la humedad relativa, la disponibilidad de alimentos y otros factores que ejercen efectos importantes sobre las formas vivientes. Un organismo que no sea capaz de responder a estos cambios de forma adecuada, tiene pocas probabilidades de sobrevivir. Esta sobrevivencia depende de su capacidad para contrarrestar los cambios en su medio ambiente, de tal manera que al ser afectado por ellos, sus características internas no experimenten variaciones superiores a las que son compatibles con la vida. Este ajuste continuo de las condiciones interna a las circunstancias externas es lo que permite al organismo individual conservar su integridad e independencia frente a un mundo que cambia constantemente.

El medio interno es el lugar clave en que debe producirse el equilibrio de variables...En un organismo multicelular complejo como el de los animales superiores, la mayor parte de las células que lo constituyen no están en contacto directo con el ambiente exterior, sino que viven sumergidas en el llamado líquido intercelular o intersticial, que junto a la linfa y el plasma, es considerado como el medio interno de los organismos superiores. En éstos, el líquido intercelular es el medio ambiente inmediato de las células corporales, y desempeña el papel que, en los seres unicelulares, está reservado al agua en que viven, vale decir, actúa como agente de intercambio de materiales con las células. Por su intermedio, el oxígeno y los nutrientes pasan desde la sangre hacia las células; a su vez, el CO2 y los desechos metabólicos de la célula pasan desde ella hacia la sangre, para ser finalmente eliminados del cuerpo. La tendencia del organismo a mantener constante su medio interno se denomina homeostasis.

El líquido intersticial se origina por el balance de dos presiones opuestas...En el cuerpo humano, la cantidad total de agua corresponde aproximadamente al 60% del peso corporal. De esa agua orgánica, alrededor de dos tercios se encuentra dentro de las células, formando el líquido intracelular; el tercio restante está fuera de la célula, razón por la cual se le llama líquido extracelular. De acuerdo a su localización, el líquido extracelular (20% del peso corporal) se subdivide en el líquido intravascular (5%), que está dentro de los vasos sanguíneos y linfáticos, y el líquido intercelular o intersticial (15%), que baña todas las células del cuerpo.En la figura 1 se muestra el origen del líquido intercelular. Los capilares son el sitio de intercambio de materiales entre las células corporales y la sangre de los vasos sanguíneos. En el extremo arterial del capilar, la presión hidrostática (la ejercida por el agua contenida en la sangre) es mayor que la presión osmótica generada por las proteínas plasmáticas. Esta diferencia de presiones fuerza la salida de agua y de partículas pequeñas disueltas (glucosa, aminoácidos y otros nutrientes), desde los capilares hacia los espacios intercelulares, donde pasan a constituir el líquido intercelular o intersticial. El proceso descrito es una filtración, por que las partículas de mayor tamaño presentes en la sangre, incapaces de atravesar el endotelio vascular, permanecen al interior de éstos vasos. En el extremo venoso del capilar, la presión sanguínea se hace menor que la presión osmótica, determinando que parte del agua componente del líquido intercelular regrese por osmosis al interior de los capilares, llevando consigo los catabolitos (productos del metabolismo celular) disueltos que provienen de las células.

Figura 1 En base a lo anterior, es fácil comprender que,

como resultado de las actividades metabólicas, el organismo esté sujeto a cambios continuos que tienden a alterar su medio interno, al restarle sustancias incorporadas desde el medio externo o sintetizadas durante el anabolismo, o agregarle los materiales residuales del catabolismo. En definitiva, los mecanismos homeostáticos contrarrestan las modificaciones del medio interno inducidas por agentes, no sólo exteriores al organismo, sino también por aquellos generados en su interior.

La homeostasis se basa en sistemas de control bien establecidos...Los mecanismos homeostáticos se estructuran en base a sistemas de control homeostáticos de origen nervioso y endocrino. Los distintos factores físicos y químicos que son mantenidos en forma constante por el organismo responden a una fisiología idéntica o al menos análoga a las vías de regulación de ciertas hormonas endocrinas. De esta manera, todo sistema de control homeostático posee los siguientes componentes:

Estímulo Receptor Centro integrador Efectordel medio interno o externo, físico o químico, detectados por un...

encargado de “comprender” la variación producida y enviar señales a través de vías aferentes hormonales o nerviosas hasta un...

que puede estar en el sistema nervioso o en una glándula endocrina, procesando toda la información, a veces contrapuesta, que recibe desde los receptores para responder a través de una vía eferente nerviosa u hormonal hasta el...

que es la estructura, generalmente un tejido muscular o glandular, encargado de ejecutar la respuesta más adecuada al estímulo.

De esta manera, el estímulo original puede ser contrarrestado o eliminado. En todos los casos, el sistema de control sustenta una retroalimentación negativa, vale decir, cuando se produce un aumento en el producto de la reacción, disminuye su producción (y viceversa). Si bien existen mecanismos de retroalimentación positiva, estas tienden a asociarse con estados patológicos o anormales.

La mantención del medio interno se basa en el equilibrio del volumen hídrico...Como los animales terrestres no siempre tienen acceso automático al agua dulce o salada, deben regular su contenido hídrico equilibrando las ganancias y las pérdidas:

Los animales ganan agua: Bebiendo líquidos Ingiriendo alimentos que contienen agua Por procesos oxidativos que se producen en las mitocondrias. Ej. al oxidarse 1 gramo de

glucosa, se forman 0,6 gramos de agua, al oxidarse 1 gramo de proteína, se originan 0,3 gramos de agua y al oxidarse 1 gramo de grasa, se produce 1,1 gramos de agua.En promedio, el humano bebe aproximadamente 2.300 mililitros de agua por día en alimentos y bebidas, y gana unos 200 mililitros adicionales por la oxidación de las moléculas de nutrientes.

Al mismo tiempo, se pierde agua: A través de los pulmones, en la forma de exhalación de aire húmedo

Por las heces fecales Por la piel, tanto por transpiración como por evaporación Por excresión en forma de orina, porcentualmente la vía más importante de todas

La tasa con que se pierde agua de todas estas fuentes puede variar de acuerdo a los cambios de temperatura o de actividad física (tabla 1)

Pérdidas diarias de agua (ml) A temperatura normal En clima caluroso Tras ejercicio intenso y prolongado

Piel (perspiración insensible) 350 350 350Respiración 350 250 650Orina 1400 1200 500Piel (transpiración) 100 1400 5000Heces 100 100 100Total 2300 3300 6600

La regulación del equilibrio hídrico incluye traspasos de agua entre tres compartimientos...El cuerpo tiene tres compartimientos hídricos principales: El plasma (7% del líquido corporal) El líquido intersticial y la linfa (28% del líquido corporal) El líquido intracelular (65% del líquido corporal)

Sólidos (40% del peso del cuerpo) 40%

40 litros: total de agua del cuerpo

(60% del total del peso)

3 litros de plasma15 litros de líquido extracelular2 litros de glóbulos rojos

10 litros de líquido intersticial25 litros de líquido intracelular

El agua absorbida por el tracto digestivo, la principal fuente de ganancia hídrica, pasa en gran medida hacia los capilares intestinales y entra en el plasma por mecanismo osmótico. Debido al transporte activo de moléculas simplificadas y de sales minerales hacia el interior de los capilares desde el intestino, el plasma sanguíneo se vuelve hipertónico1 en comparación con el contenido intestinal, y por eso el agua tiende a seguir a las partículas en disolución, en dirección hacia el plasma. (La ganancia o pérdida de agua desde el plasma es de extrema importancia para el mantenimiento de una presión arterial estable y para la normalidad de la función cardiaca). La presión hidrostática fuerza al líquido acuoso a través de las paredes capilares en dirección al espacio intersticial. Sin embargo, la mayor parte de este líquido vuelve a incorporarse al plasma por osmosis o a través de los vasos linfáticos.

El agua que permanece en el compartimiento intersticial entra en contacto con las células de los tejidos. Como sus membranas son permeables al agua, ésta se mueve libremente hacia el interior de las células. Por lo tanto, el agua se encuentra en constante movimiento de un compartimiento a otro.

1 Hipertónico: equivale a "mayor concentración que", es decir, se utiliza respecto a un líquido de referencia. Ej. un té con más azúcar que otro es hipertónico, en la medida que el otro posee efectivamente menos azúcar. El ser hipertónico implica poseer mayor presión osmótica, es decir, mayor tendencia a captar agua por osmosis.

Figura 2

Varios factores afectan al movimiento del agua de un compartimiento a otro. La deshidratación, pérdida de agua mayor que la ingestión, incrementa la concentración de solutos del líquido extracelular; en consecuencia, el agua se desplaza hacia el exterior de las células, incluyendo a las de la mucosa bucal, dando la sensación de sequedad que asociamos con la sed.El sudor humano, a diferencia del de la mayoría de los mamíferos, contiene sal. En caso de sudor

profuso, si se repone el agua, pero no la sal, el agua se desplazará hacia el interior de las células corporales diluyendo su contenido. Los efectos de tal dilución son particularmente graves en el

sistema nervioso central, y la intoxicación hídrica puede dar lugar a desorientación, convulsiones, coma e incluso muerte antes de que pueda ser excretado el exceso de agua.Una cantidad de disfunciones fisiológicas, como la retención de sal, que puede ocurrir como consecuencia de una enfermedad renal, o la pérdida de proteínas plasmáticas como resultado de la inanición, pueden conducir a la acumulación de líquido en el espacio intersticial: edema.

La excreción de orina cumple un rol homeostático fundamental...En los gráficos 1 y 2 puede evidenciarse el rol de la orina en la regulación hidrosalina. En el gráfico 1 se incrementa artificialmente la ingesta de agua de una persona, mientras que en el gráfico 2 se mantiene un régimen alto en sales. En ambos casos, se evidencia que gracias a la excreción urinaria, se pierden los excesos de agua y sales, consiguiendo que el volumen de agua y la concentración plasmática de NaCl se mantengan en valores constantes.

En

detalle, la excreción de orina conseguida por los riñones permite: Excreción de ciertos productos finales del metabolismo celular proteico y nucleico. Ej. urea, ácido

úrico, creatinina, etc. Regular y mantener la cantidad de agua en nuestro organismo, especialmente en el plasma y el

intersticio Mantener constante la composición de ciertos iones inorgánicos (fundamentales para muchas

funciones del cuerpo) como: Na+, K+, H+, Mg++, Cl-, (HCO3)- (bicarbonato). Mantener constante el pH del medio Regular la concentración de otras moléculas no electrolíticas (los iones son electrolíticos), como la

glucosa y la urea Excreción de diversas enzimas, coloides, pigmentos, medicamentos.

Cabe destacar que el riñón además posee una función endocrina, al elaborar dos hormonas: renina (relacionada con la mantención de la presión sanguínea) y eritropoyetina (relacionada con la producción de glóbulos rojos).

Los riñones poseen una estructura basada en subunidades morfofuncionales: los nefrones...

Los riñones son dos órganos en forma de poroto, de coloración rojo pardo, situados en la pared posterior de la cavidad abdominal, por detrás del estómago y del hígado, a ambos lados de la columna vertebral. Su masa oscila entre 120 y 200 gramos y miden 10 a 12 centímetros de longitud por 5 a 6 centímetros de ancho.

Cada riñón presenta un borde cóncavo, en cuyo centro hay una depresión llamada el hilio renal, lugar por el cual llegan o salen del riñón la arteria renal, venal renal y nervios, para desembocar en una cámara en forma de embudo llamada ureter, el que desemboca en la vejiga. Ésta está ubicada en la región pélvica, presenta forma globosa y tiene una capacidad fisiológica de alrededor de 300 cc. de orina. De la vejiga sale la uretra, conducto por el cual la orina sale al exterior. En el hombre la uretra es más larga y se extiende desde el cuello de la vejiga hasta la extremidad libre del pene, en donde finaliza en un orificio llamado meato urinario. En el hombre la uretra sirve de conducto de salida tanto de orina como semen. En la mujer, la uretra es corta (3 a 4 cm) y se extiende desde la vejiga hasta el meato urinario ubicado en el vestíbulo vaginal.Internamente el riñón presenta dos zonas:a) La corteza, zona más externa, apreciándose como una capa granulosa, donde s distinguen una

estructuras puntiformes de color rojo obscuro: los corpúsculos de Malpighi.b) La médula, zona más interna del riñón, con estrías longitudinales que corresponden a 10 a 20

estructuras en forma de pirámides (pirámides de Malpighi), separadas entre sí y que confluyen hacia los cálices renales, que finalmente desembocan en la pelvis renal.

La unidad anatómica y funcional del riñón es el nefrón ). Se calcula que ambos riñones humanos poseen juntos más de dos millones de nefrones.El nefrón se compone de las siguientes partes:

NefrónZona vascular

Arteriolas aferente y eferente El nefrón comienza con una protuberancia esférica, el corpúsculo renal, el cual se compone a su vez del glomérulo, un ovillo de capilares conectados a

GloméruloCapilares peritubularesVénula

Zona tubular Cápsula de Bowman

una arteriola aferente (que ingresa a la cápsula) y una arteriola eferente (que sale de la cápsula) y de la cápsula de Bowman, la cual

Túbulo contorneado proximalAsa de HenleTúbulo contorneado distal

consta de una doble pared y recubre la madeja de capilares. De este modo, la arteriola aferente transporta la sangre desde la arteria renal al glomérulo y la arteriola eferente la conduce fuera del mismo, a una red de capilares que envuelve los diversos segmentos del túbulo renal (de ahí su nombre: "capilares peritubulares"). Posteriormente se transforman en capilares venosos, que fluyen a vénulas, las que a su vez, se reunen en la vena renal.La cápsula de Bowman se continúa en un túbulo constituido por tres segmentos: el túbulo contorneado proximal2, que se ubica en la corteza; luego viene un conducto recto, de diámetro menor y en forma de "U", el cual penetra en la médula y luego vuelve a la corteza, llamada asa de Henle. Una vez en la corteza este tubo se ensancha constituyendo el túbulo contorneado distal3.Finalmente, el túbulo contorneado distal desemboca en un tubo recto de mayor diámetro, el que se dirige hacia la médula y se vacía en la pelvis renal. Este último es el tubo colector y en él desembocan los túbulos contorneados distales de varios nefrones.El funcionamiento del nefrón se basa en tres procesos: filtración, reabsorción y secreción...La sangre llega al glomérulo por la arteria renal y sus ramificaciones, donde se filtra a través de la pared capilar de la cápsula de Bowman. Esta es una membrana semipermeable, sirve de filtro ya que pasan sustancias de moléculas menores que todos los poros que presenta.En el espacio interior de la cápsula de Bowman se secreta la orina primitiva, por ultrafiltración desde el glomérulo, que por reabsorción y secreción, se transforma en orina final a su paso hacia la pelvis renal, en el sistema tubular del nefrón y en los tubos colectores. El filtrado glomerular contiene todos los componentes del plasma sanguíneo (glucosa, iones como Cl-, Na+, K+, aminoácidos, etc.) excepto las proteínas, cuyas moléculas no pueden atravesar la cápsula de Bowman debido a su mayor tamaño. La mayor parte de esta orina primitiva se reabsorbe, es decir, se recupera. La cantidad total de filtrado se eleva a 180 litros diarios, pero sólo se excretan 1,5 litros de orina. Los capilares peritubulares reabsorben el agua y gran parte de las sustancias disueltas en ésta. Dicho líquido vuelve a la circulación sanguínea a través de la vena renal. El resto -lo no reabsorbido- se vierte por los tubos colectores a la pelvis renal. La orina final continúa fluyendo por los uréteres hacia la vejiga.A partir de lo anterior se deduce que si la orina eliminada fuese igual a la del filtrado glomerular, la excreción sería un proceso desastroso, pues así se perdería una gran cantidad de: agua, glucosa, aminoácidos, sales minerales, etc. Pero la cantidad y calidad de las sustancias presentes en la orina son 2 Proximal: cercano, en este caso a la cápsula de Bowman3 Distal: lejano, en este caso, respecto a la cápsula de Bowman

Figura 6

muy diferentes de la de los filtrados glomerulares. La composición de la orina puede modificación a su paso por los túbulos renales, pero ya no se modifica a su paso por la pelvis renal, uréteres, vejiga y uretra.

Las paredes de los túbulos renales están formadas por una simple fila de células epiteliales cuboides o planas. Las células que constituye el túbulo proximal poseen gran cantidad de mitocondrias y el borde superior de sus células posee una serie de microvellosidades, llamadas en su conjunto, "ribete en cepillo". Estas prolongaciones son las que permiten absorber del filtrado glomerular gran parte de su composición. Esta reabsorción es selectiva, de acuerdo a las necesidades del organismo y para reintegrarlas a la corriente sanguínea se debe realizar un proceso de transporte activo en la mayoría de los casos, pues el traslado de sustancias es contra la gradiente de concentración. Tales sustancias son: glucosa,

aminoácidos, fructosa, hormonas, vitamina C, iones inorgánicos (Na+, K+, Ca+2, (HCO3)-, (PO4)-3, (SO4)-

3). El agua, por su parte, es reincorporada a la sangre mediante osmosis.El filtrado pasa al asa de Henle y cuando se acerca al túbulo distal nuevamente se produce salida de Na+ mediante transporte activo. La diferencia es que esta vez la salida de sales no va acompañada de agua, porque las paredes del asa de Henle son poco permeables, lo que determina finalmente que el filtrado dentro del asa se vuelva hipotónico respecto de la sangre y continúe su paso al túbulo distal que es permeabilidad variable. Aquí es donde se reabsorbe Na+.

Finalmente, el filtrado llega al tubo colector, que también es de permeabilidad variable y también deja salir agua por osmosis cuando el organismo lo requiere.

El riñón humano elabora aproximadamente 125 litros de filtrado por cada litro de orina eliminada. Los 124 litros de agua restante son reabsorbidos por el riñón, resultando una orina hipertónica. El proceso de reabsorción determina la concentración de las sustancias que se excretan en la orina.

Formación de orina hipertónica en el nefrónEl líquido que ingresa en el túbulo contorneado proximal es

isotónico4 con el plasma sanguíneo. Si bien a este nivel el cloruro de sodio (NaCl) es bombeado fuera del túbulo, el líquido permanece isotónico porque también se desplaza agua por osmosis. Al avanzar por la rama descendente del asa de Henle, el líquido se hace más hipertónico por la salida de agua por osmosis. A medida que el líquido asciende por la otra rama del asa de Henle, se vuelve más diluido al ser bombeado el Na y el Cl al exterior. Al llegar al túbulo contorneado distal, el líquido es hipotónico con respecto al plasma y permanece en ese estado a través del túbulo contorneado distal. El líquido pasa después al túbulo colector, atravesando una vez más la zona medular de elevada concentración salina. Desde este punto en adelante, la concentración de la orina depende de la hormona antodiurética (ADH). Si esta hormona está ausente, las paredes del túbulo colector no son permeables al agua, deja de extraerse agua y se excreta una orina poco concentrada (hipotónica). Al estar presente la ADH, las células del túbulo colector son permeables al agua, la que se desplaza por osmosis hacia el salino líquido circundante. En este caso, la orina es altamente concentrada (hipertónica).

El proceso de secreción permite incorporar al líquido tubular algunas sustancias que no fueron filtradas...La secreción tubular es un proceso por el cual las moléculas que permanecen en el plasma después de la filtración y reabsorción son extraídas selectivamente de la circulación peritubular por las células de las paredes tubulares y luego secretadas por ellas al filtrado. Ej. penicilina, iones hidrógeno (H +), iones amonio (NH4)+. Estos dos últimos influyen en el control de la homeostasis del pH del organismo.Finalmente, el líquido resultante, ahora orina, abandona el nefrón y pasa a la pelvis renal, que en esencia es un embudo, la orina gotea continuamente a través del uréter hacia la vejiga, órgano que almacena la orina hasta que es excretada a través de la uretra. De esta manera, las concentraciones en que se encuentran las sustancias disueltas en el plasma sanguíneo, filtrado y orina, varían mucho dados los procesos involucrados en la formación de la orina.

Componente Plasma Filtrado glomerular OrinaUrea 0,03 0,03 2,0Ácido úrico 0,004 0,004 0,05Creatinina 0,001 0,001 0,1Aminoácidos 0,05 0,005 0,0Sales inorgánicas 0,72 0,72 1,5Proteínas 8,00 0,0 0,0

4 Isotónico: líquido que produce la misma presión osmótica que otro, por cuanto poseen una concentración de solutos idéntica