Fisiología Renal: Formación de Orina

Mecanismos Clave en la Formación de Orina

• Filtración: Salida de líquido desde los capilares glomerulares al túbulo renal.
• Reabsorción: Transporte de sustancias desde el interior del túbulo hacia la sangre. Puede ocurrir en todas las partes del túbulo.
• Secreción: Transporte de sustancias desde los capilares peritubulares hacia el túbulo.
• Excreción: Eliminación de sustancias al exterior con la orina. La fórmula es: Filtrado – Reabsorbido + Secretado = Excreción.

Transporte Epitelial en el Túbulo Renal

La función del riñón implica el transporte a través del epitelio del túbulo. Este transporte puede ser:

• Paracelular: Entre las células.
• Transcelular: A través de las células, mediante canales, difusión facilitada, cotransporte y transporte activo primario.

El agua tiende a moverse a través del epitelio debido a las diferencias de osmolaridad. La osmolaridad del líquido extracelular debe ser igual a la del intracelular.

Volumen de Filtración Glomerular (TFG)

La filtración glomerular es la salida de líquido desde los capilares glomerulares hacia la cápsula de Bowman. En el glomérulo renal se filtran aproximadamente 125 ml de líquido por minuto, lo que se denomina tasa de filtración glomerular (TFG). El 20% (125 ml/min) del plasma que llega al riñón (aproximadamente 690 ml) es filtrado, y de este filtrado, el 99% se reabsorbe.

Barrera de Filtración Glomerular

La pared de los capilares glomerulares es altamente permeable a sustancias liposolubles, a sustancias de pequeño tamaño (como el cloro) y por su carga eléctrica. La barrera está formada por:

• Un epitelio con fenestraciones (poros de unos 70 nm).
• Una lámina basal continua.
• Hendiduras de filtración (diafragma de filtración) entre los pedicelos de los podocitos.

Esta barrera presenta las siguientes propiedades de permeabilidad:

• Permeabilidad relativa a solutos de mayor tamaño.
• Alta permeabilidad al agua y a solutos de pequeño tamaño (iones, urea y glucosa).
• Completa impermeabilidad a los elementos celulares de la sangre.

El filtrado glomerular está libre de elementos formes como grandes proteínas y contiene los solutos pequeños. El filtrado glomerular es isosmótico (misma osmolaridad).

Composición del Filtrado Glomerular

El filtrado glomerular está compuesto por:

• Moléculas orgánicas (glucosa y aminoácidos).
• Desechos nitrogenados (urea, ácido úrico y creatinina).
• Iones.
• Agua.

Regulación del Flujo Sanguíneo Renal y la TFG

La filtración en el corpúsculo renal sigue reglas similares a la filtración en otros capilares del organismo (Ley de Starling). Sin embargo, el volumen filtrado es mayor en los capilares glomerulares debido a:

• Gran superficie de filtración: Regulada por las células mesangiales.
• Alta permeabilidad: Gracias a una membrana de filtración fina y porosa.
• Alta presión en los capilares glomerulares: Causada por el menor diámetro de la arteriola eferente.

El riñón recibe un alto flujo sanguíneo, aproximadamente el 25% del gasto cardíaco. Las células mesangiales pueden aumentar la presión del glomérulo si se activan.

Factores que Modulan la Tasa de Filtración Glomerular (TFG)

La TFG es modulada por el coeficiente de filtración y la presión neta de filtración (PNF):

• Coeficiente de filtración: Depende de la superficie disponible de los capilares glomerulares y la permeabilidad de la membrana capilar.
• Presión neta de filtración (PNF): Influenciada por la presión arterial y el flujo sanguíneo renal.

La filtración glomerular aumenta si el flujo sanguíneo renal se incrementa, ya que un flujo alto impide un aumento excesivo de la presión oncótica. Por el contrario, disminuye si el flujo sanguíneo renal baja, permitiendo que la presión oncótica aumente. La filtración glomerular también aumenta si se incrementa la presión hidrostática del capilar.

El radio de la arteria determina el flujo a su través y la diferencia de presión entre sus extremos. La resistencia de la arteriola eferente mantiene la presión en los capilares glomerulares relativamente elevada. La contracción de la arteriola eferente aumenta la presión glomerular y disminuye el flujo sanguíneo. La contracción de las arteriolas aferentes y eferentes tiene efectos opuestos sobre la presión glomerular, pero efectos similares sobre el flujo sanguíneo renal. La arteriola aferente tiene un mayor efecto sobre el filtrado glomerular que la eferente.

Mecanismos de Regulación del Flujo Sanguíneo Renal y la TFG

Autorregulación

El flujo sanguíneo renal tiende a mantenerse constante a pesar de los cambios en la presión arterial. La autorregulación del flujo sanguíneo renal y del filtrado glomerular se debe a dos mecanismos principales:

1. Respuesta Miogénica

   Si la presión hidrostática capilar (PHc) aumenta, la TFG también lo hace. Esto desencadena una serie de eventos:

   • Las paredes de la arteriola aferente se estiran.
   • El estiramiento activa la apertura de canales iónicos en el músculo liso.
   • Las membranas del músculo liso se despolarizan.
   • El músculo liso de la arteriola aferente se contrae.
   • El flujo renal disminuye y, consecuentemente, la TFG también disminuye.

   La respuesta miogénica normaliza el flujo renal y la filtración glomerular en pocos segundos tras un cambio en la presión arterial.

2. Retroalimentación Tubuloglomerular

   Un aumento de la presión arterial produce un incremento del filtrado glomerular. Esto activa la mácula densa, que libera un vasoconstrictor. Este vasoconstrictor provoca la contracción de la arteriola aferente, lo que disminuye la PHc y el flujo sanguíneo renal, haciendo que la filtración baje.

Regulación Neuronal

El Sistema Nervioso Simpático (SNS) disminuye el flujo sanguíneo renal sin alterar significativamente la presión glomerular. El SNS desvía el flujo sanguíneo desde el riñón a otros órganos durante el ejercicio o el estrés emocional. Si la presión disminuye mucho y/o si las arteriolas renales se contraen excesivamente, el flujo renal puede reducirse de forma crítica.

Regulación Humoral

• Angiotensina II: Produce vasoconstricción de la arteriola eferente para mantener la presión glomerular cuando la presión arterial baja considerablemente (por ejemplo, durante una hemorragia). Forma parte del sistema renina-angiotensina-aldosterona.
• Vasodilatadores: Contrarrestan la contracción excesiva de las arteriolas renales e impiden que el flujo renal disminuya demasiado. Los vasodilatadores locales protegen al riñón de una vasoconstricción excesiva.
• Péptido Atrial Natriurético (PAN): Si la presión arterial aumenta, el PAN produce relajación de las células mesangiales y vasodilatación de la arteriola eferente, lo que aumenta el flujo sanguíneo renal y la TFG, y disminuye la presión renal.

Sistema Endocrino: Hormonas y Regulación

Introducción al Sistema Endocrino

Tipos de Comunicación Celular por Hormonas

La comunicación entre células mediante hormonas puede ser:

• Endocrina: Transporte en sangre a células diana distantes.
• Nerviosa: Entre células nerviosas (sinapsis).
• Autocrina: La propia célula secreta una hormona que actúa sobre sí misma.
• Paracrina: De una célula a otra adyacente.

Definición de Hormona

Una hormona es un mensajero químico producido por glándulas de secreción interna o por células endocrinas, que es liberado a la sangre y transportado por esta para ejercer su acción en todas las células del organismo que posean receptores específicos (células diana). Se encuentran en concentraciones muy bajas.

Tipos Químicos de Hormonas

Las hormonas se clasifican según su estructura química:

• Peptídicas: Oxitocina y vasopresina.
• Proteicas: Insulina, Hormona del Crecimiento (GH), Adenocorticotropa (ACTH), y hormonas estimulantes como FSH, LH, Prolactina (PRL), TSH.
• Esteroideas: Derivadas del colesterol, como cortisol, aldosterona y estrógenos.
• Aminas: Adrenalina y noradrenalina.

Según su solubilidad, pueden ser:

• Hidrosolubles: Peptídicas, proteicas y catecolaminas.
• Liposolubles: Esteroideas y tiroideas (necesitan una proteína transportadora en sangre).

Mecanismos de Acción Hormonal

Las hormonas solo afectan a aquellas células diana que poseen proteínas específicas de membrana llamadas receptores. Las hormonas liposolubles tienen sus receptores en el interior de la célula, mientras que las hidrosolubles los tienen en la membrana.

La intensidad de la respuesta hormonal depende de tres factores:

• Concentración de hormona libre.
• Número de receptores.
• Afinidad de la hormona por el receptor.

Las respuestas endocrinas pueden incluir:

• Activar la síntesis de nuevas moléculas por la célula diana.
• Modificar la permeabilidad de la membrana.
• Estimular el transporte de sustancias.
• Modificar la velocidad de reacciones metabólicas (activación o inhibición enzimática).
• Estimular la mitosis.
• Provocar la contracción o relajación de la fibra muscular lisa o cardíaca.

Control de la Secreción Hormonal

Existen tres tipos de estímulos que provocan la liberación de hormonas desde las glándulas endocrinas:

• Hormonal: Por ejemplo, factores hipotalámicos, ritmos circadianos.
• Humoral: Concentración en sangre de iones o nutrientes (ej.: insulina en respuesta a glucosa).
• Nervioso: Por ejemplo, la médula suprarrenal en respuesta a estímulos nerviosos.

La síntesis y liberación de la mayoría de las hormonas está regulada por un sistema de retroalimentación negativa. Muchas hormonas funcionan por parejas con efectos opuestos.

Eje Hipotálamo-Hipófisis

Este eje se localiza en la zona anterior-inferior del cerebro, detrás de los ojos. La hipófisis consta de un lóbulo anterior (adenohipófisis) y un lóbulo posterior (neurohipófisis). Este complejo está irrigado por dos arterias hipofisarias (superior e inferior), venas portas hipofisarias y dos plexos del sistema porta (uno primario superior y otro secundario en la adenohipófisis).

Hipotálamo

El hipotálamo coordina el sistema endocrino con el sistema nervioso autónomo. Recibe aferencias desde el sistema límbico, la corteza cerebral, el tálamo, el sistema activador de la retina y señales sensoriales de la retina o los órganos internos. Regula funciones vitales como la temperatura, la sed, el hambre, el comportamiento sexual, el sueño, reacciones de defensa (miedo, enfado) y la función de otros órganos endocrinos.

Las hormonas hipotalámicas son:

• Factores liberadores o inhibidores: Alcanzan la hipófisis a través del sistema portal (liberados en la eminencia media).
• Neurohormonas: Almacenadas y liberadas por la hipófisis posterior (oxitocina y hormona antidiurética o AVP).

Los factores hipotalámicos liberados en la eminencia media incluyen:

• TRH: Estimuladora de TSH y prolactina.
• GnRH: Estimuladora de FSH y LH.
• CRH: Estimuladora de ACTH y cortisol.
• GHRH: Estimuladora de GH.
• GHIH o SS (Somatostatina): Inhibitoria de GH.
• PRH: Estimuladora de prolactina.
• PIH (Dopamina): Inhibitoria de prolactina.

Todos los factores liberadores e inhibidores hipotalámicos son de naturaleza peptídica o proteica y, por tanto, hidrosolubles. Actúan sobre la adenohipófisis.

Las neurohormonas liberadas por la neurohipófisis son:

• Oxitocina: Estimula las contracciones uterinas y aumenta la secreción de leche. Su liberación es un ejemplo de retroalimentación positiva, en respuesta a la distensión de las paredes uterinas o la estimulación del pezón. También se secreta en varones, pudiendo ayudar al transporte de espermatozoides y en la regulación del comportamiento reproductor (instinto maternal y erección).
• ADH (Hormona Antidiurética o Vasopresina): Aumenta la reabsorción de agua en el túbulo contorneado distal y colector. Se regula por retroalimentación negativa, respondiendo a cambios de osmolaridad, volumen sanguíneo y presión. También provoca vasoconstricción.

Aunque se liberan desde la neurohipófisis, la oxitocina y la ADH son hormonas sintetizadas en el hipotálamo. Son de naturaleza peptídica e hidrosolubles.

Hipófisis

La hipófisis está unida al hipotálamo por el infundíbulo y presenta dos lóbulos:

• Hipófisis posterior o Neurohipófisis: Contiene axones de neuronas cuyos cuerpos celulares están en el hipotálamo.
• Hipófisis anterior o Adenohipófisis: Constituye el 75% de la glándula y es un órgano endocrino que fabrica una gran cantidad de hormonas.

Neurohipófisis

La neurohipófisis no sintetiza hormonas, sino que almacena y libera neurohormonas hipotalámicas (producidas en los núcleos supraóptico y paraventricular del hipotálamo) a través del tracto hipotálamo-hipofisario (axones):

• Oxitocina: Causa la expulsión de leche y la contracción del útero, regulada por retroalimentación positiva. También se secreta en varones, pudiendo influir en el transporte de espermatozoides y el comportamiento reproductor.
• ADH (Hormona Antidiurética): Aumenta la reabsorción de agua en el túbulo colector. Se regula por retroalimentación negativa (responde a cambios de osmolaridad, volumen sanguíneo y presión) y provoca vasoconstricción.

Adenohipófisis

La adenohipófisis secreta las siguientes hormonas:

• LTH o Prolactina: Es un péptido hidrosoluble, fundamentalmente importante en la lactancia. Produce la proliferación y ramificación de los conductos mamarios, el desarrollo del tejido glandular, la síntesis de proteínas lácteas y de enzimas lactogénicas. Su secreción es estimulada por un reflejo nervioso (la succión inhibe al PIH).
• GH o Hormona del Crecimiento: Es un péptido hidrosoluble esencial para el crecimiento. Actúa, en parte, a través de somatomedinas o factores de crecimiento semejantes a la insulina. La GH estimula el cartílago de crecimiento en los huesos largos, aumentando en los condrocitos la captación de aminoácidos, la síntesis de proteínas, la síntesis de condroitín sulfato y colágeno, la síntesis de DNA y RNA, y la división celular. También estimula el crecimiento de tejidos blandos e inhibe la captación de glucosa. Está regulada por factores hipotalámicos (GHRH y somatostatina), retroalimentación negativa, ritmos circadianos (aumenta durante el sueño), hipoglucemia y aminoácidos.
• Hormonas Estimuladoras:
  • TSH (Hormona Estimulante de la Tiroides): Estimula a las células foliculares del tiroides y controla el gasto energético, el índice metabólico y la termogénesis. La TRH y el frío la estimulan, mientras que las hormonas tiroideas, el estrés y la excitación la inhiben.
  • FSH (Hormona Folículo Estimulante): Estimula la producción de óvulos y espermatozoides.
  • ACTH (Hormona Adenocorticotropa): Estimula la producción de corticoides a partir del colesterol, la creación de aminoácidos, la lipólisis, y tiene efectos sobre la insulina y GH. El estrés la estimula.

Tiroides y Paratiroides

Glándula Tiroides

Situada debajo del cartílago tiroides y por delante de la tráquea, está formada por dos lóbulos unidos por un istmo central. Produce hormonas tiroideas y calcitonina.

Hormonas Tiroideas (T3 y T4)

Son hormonas derivadas de aminas, liposolubles, y sus receptores son intracelulares. Son las únicas hormonas que se sintetizan y almacenan en grandes cantidades en el folículo tiroideo. Influyen en:

• Metabolismo basal: Lo aumentan.
• Sistema cardiovascular: Aumentan la frecuencia cardíaca y la fuerza de contracción, el gasto cardíaco y la vasodilatación sistémica.
• Sistema nervioso: Aumentan la actividad del sistema nervioso central.

Su efecto es estimulado por la TRH (hipotalámica), TSH (adenohipofisaria), el sueño, el frío y el embarazo. Su efecto es inhibido por la retroalimentación negativa (aumento de T3 y T4 sobre el eje hipotálamo-hipofisario), el exceso de yodo en la dieta, el déficit de yodo (inicial) y el estrés (corticoides).

Calcitonina

La calcitonina es un péptido de 32 aminoácidos, hidrosoluble, y sus receptores son extracelulares. Posee un efecto hipocalcemiante, ya que inhibe la actividad de los osteoclastos (reduciendo la resorción ósea), favorece la fijación de calcio en el hueso y dificulta la reabsorción renal de calcio. Su secreción se inhibe cuando hay una alta concentración de Ca²⁺ en la sangre y viceversa.

Glándulas Paratiroides

Son cuatro glándulas situadas en la parte posterior de la tiroides. Están formadas por células principales, que liberan la parathormona (PTH), y células oxífilas, cuya función no está completamente clara.

Parathormona (PTH)

La PTH es clave en la regulación del metabolismo del calcio y del fosfato.

Las funciones del calcio extracelular incluyen la mineralización del hueso, la coagulación de la sangre y la excitabilidad de las membranas. Las funciones del calcio intracelular son la secreción de hormonas y neurotransmisores, y la contracción muscular.

El hueso es producido por los osteoblastos, que secretan la matriz extracelular que luego se calcifica. Cuando la concentración de calcio y fosfato supera una determinada concentración, precipitan como fosfato cálcico. Los osteoblastos secretan matriz extracelular y fosfatasa alcalina, que favorece la calcificación. Los osteoclastos destruyen hueso, generando H⁺ y catepsinas. Los osteoblastos retiran el calcio del líquido extracelular y lo depositan en el hueso, mientras que los osteoclastos lo devuelven al líquido extracelular.

Hormonas Clave en el Metabolismo del Calcio y Fosfato

• Calcitonina: Secretada por la glándula tiroides, es hipocalcemiante al inhibir la resorción ósea.
• Parathormona (PTH): Hormona secretada por las paratiroides que favorece la formación de osteoclastos y la resorción ósea, promueve la reabsorción de calcio en el túbulo contorneado distal (TCD) e inhibe la reabsorción de fosfato en el túbulo contorneado proximal (TCP). Por tanto, la PTH es una hormona hipercalcemiante e hipofosfatemiante.
• Calcitriol o 1,25-dihidroxivitamina D: La vitamina D se obtiene de los alimentos o por efecto de la luz ultravioleta en la piel, y se transforma en el metabolito activo en el hígado y el riñón. Estimula la absorción intestinal de calcio y fosfato. Su síntesis es estimulada por la hipocalcemia y la PTH, e inhibida por la hipercalcemia. El calcitriol inhibe la síntesis de PTH (retroalimentación negativa).

La vitamina D y la parathormona tienen efectos contrarios en la reabsorción del fosfato, pero ambas impiden la disminución del calcio plasmático. Sobre la regulación de la calcemia, la PTH y la calcitonina tienen efectos opuestos: la calcitonina disminuye la calcemia y la PTH la aumenta. La hormona más importante en la regulación de la calcemia es la PTH.

Corteza Suprarrenal

Las glándulas suprarrenales se dividen en corteza y médula. La corteza se divide, de más externa a más interna, en tres zonas:

• Glomerulosa: Produce aldosterona.
• Fascicular: Produce cortisol y andrógenos.
• Reticular: Produce andrógenos, glucocorticoides y androstenediona.

Mineralocorticoides (Aldosterona)

Estimulan la reabsorción de sodio y la secreción de potasio y protones en el túbulo distal y colector cortical de la nefrona. Los mineralocorticoides pueden contribuir a aumentar la presión arterial. También actúan sobre las glándulas salivales (reabsorción de Na⁺ y secreción de K⁺), el colon (secreción de K⁺) y el corazón (efecto inotrópico positivo, hipertrofia y fibrosis).

La aldosterona es regulada por:

• Angiotensina II: Estimula la aldosterona sintetasa. Esto ocurre cuando la presión arterial baja, lo que produce renina, que a su vez libera angiotensina II, y esta estimula la liberación de aldosterona, aumentando la presión sanguínea.
• Hiperpotasemia: Una mayor concentración de K⁺ en la sangre estimula la liberación de aldosterona, lo que promueve la secreción de K⁺ y reduce su concentración sanguínea.

Glucocorticoides (Cortisol)

Se dividen en naturales (cortisol y corticosterona) y artificiales (cortisona y dexametasona). Producen resistencia contra el estrés aumentando la disponibilidad energética de glucosa y ácidos grasos, incrementando la disponibilidad de aminoácidos para reparar proteínas y frenando la respuesta inflamatoria. Dependiendo del órgano en el que actúan, poseen los siguientes efectos:

• Metabolismo de glucosa: Gluconeogénesis (a partir de aminoácidos), glucogenólisis, evita la captación de glucosa en tejidos, siendo hiperglucemiante.
• Metabolismo de lípidos: Hipertrigliceridemia, hipercolesterolemia, aumenta la proliferación de tejido adiposo abdominal.
• Metabolismo proteico: Catabolismo extrahepático (resorción ósea, fragilidad en la piel, mala cicatrización, atrofia muscular, inhibición del crecimiento) y aumenta la síntesis proteica en el hígado.
• Cardiovascular: Potencian catecolaminas y angiotensina II, aumentan la reabsorción renal de sodio (efecto mineralocorticoide) y la presión arterial.
• Antiinflamatorio: Estabiliza la membrana de los lisosomas, disminuye la permeabilidad de los capilares, inhibe la multiplicación de los linfocitos, causa atrofia del tejido linfoide, disminuye linfocitos y eosinófilos circulantes, inhibe citoquinas y la fosfolipasa A2, y la producción de prostaglandinas (PG).
• Sistema nervioso central: Depresión, apatía, letargia y muerte celular (hipocampo).

Efectos colaterales del cortisol:

• Disminuye TSH, LH, FSH.
• Produce aumento de la presión ocular (glaucoma).
• Facilita la úlcera.
• Retrasa la cicatrización y reparación de tejidos.
• Produce una depresión de la respuesta inmunitaria.

El estrés excesivo puede tener efectos perjudiciales como hipertensión arterial, diabetes e infecciones.

Andrógenos Suprarrenales (DHEA y Androstenediona)

Sus efectos son parecidos a los de la testosterona. Según el sexo de la persona, producen:

• Varón: Después de la pubertad, sus efectos son menos importantes que los de la testosterona.
• Mujer: Se convierten en estrógenos, estimulan el crecimiento del vello púbico y axilar, y contribuyen a la libido.

Médula Suprarrenal

Mientras la corteza suprarrenal produce glucocorticoides y mineralocorticoides, la médula suprarrenal produce catecolaminas, principalmente adrenalina, a partir de tirosina. Son hidrosolubles y producen la reacción de lucha o huida.

Páncreas Endocrino

El páncreas está compuesto por células exocrinas (acinares, el 99%) y endocrinas (islotes de Langerhans, el 1%). Los islotes de Langerhans están compuestos por:

• Células Alfa: Secretan glucagón.
• Células Beta: Secretan insulina.
• Células Delta: Secretan somatostatina.
• Células PP: Secretan polipéptido pancreático.

Células Beta (Insulina)

La insulina tiene un efecto hipoglucemiante, promoviendo:

• Captación de glucosa en músculo y tejido adiposo (transporte dentro de las células).
• Almacenamiento de glucógeno en el hígado (glucogenogénesis).
• Almacenamiento de triglicéridos en el tejido adiposo (lipogénesis).
• Estimula el anabolismo proteico.
• Disminuye la glucogenólisis y la gluconeogénesis.

La secreción de insulina es estimulada por la hiperglucemia, acetilcolina, arginina y GH/ACTH, y es inhibida por la somatostatina.

Células Alfa (Glucagón)

El glucagón posee un efecto hiperglucemiante, liberando glucosa en el hígado (glucogenólisis y gluconeogénesis), liberando ácidos grasos en el tejido adiposo (lipólisis), aumentando la fuerza de contracción cardíaca, la vasodilatación arterial, la secreción de bilis y la inhibición de la secreción gástrica.

Su secreción es estimulada por la hipoglucemia, el ejercicio, una dieta hiperproteica y la colecistocinina/secretina, y es inhibida por la somatostatina y la insulina.

Células Delta (Somatostatina)

La somatostatina tiene funciones principales digestivas: inhibe la secreción gástrica, pancreática exocrina e intestinal, inhibe el vaciamiento gástrico, retrasa la absorción de nutrientes e inhibe la secreción de insulina y glucagón. El polipéptido pancreático inhibe su secreción.

Su secreción es estimulada por el ayuno, el ejercicio, las comidas proteicas y la hipoglucemia, y es inhibida por la somatostatina (retroalimentación autocrina) y la hiperglucemia.

Regulación de la Glucemia

El glucagón tiene efectos opuestos a los de la insulina. Tras la ingesta de alimentos, predomina la síntesis de insulina. Durante el ayuno moderado, predomina la síntesis de glucagón. Tras la ingesta de proteínas, se liberan tanto insulina como glucagón para gestionar la glucosa y los aminoácidos.