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Universidad de La Salle
Mayo del 2014
Los riñones de los mamíferos son órganos pares que se encargan de llevar a cabo procesos y funciones propias y compartidas con otros sistemas. Los procesos de filtración, reabsorción y secreción son claves para establecer funciones como: evitar la pérdida de nutrientes, incluida la glucosa y los aminoácidos libres, para ello es necesario, en principio, la filtración de la sangre y, posteriormente, el proceso de selección de estas moléculas que se lleva a cabo mediante mecanismos de transporte presentes en la membrana de las células tubulares; facilitar la eliminación de metabolitos endógenos derivados del metabolismo, como es el caso de la urea, la creatinina, el ácido úrico y el amonio, utilizando para ello procesos como la filtración y la secreción; llevar a cabo la eliminación de sustancias xenobióticas, es decir, aquellas que no son propias del organismo como los fármacos y sus metabolitos que utilizan mecanismos de transporte tubular en unos casos, mientras que en otros dependen de la filtración y las condiciones de pH del medioambiente interno. Mantener el pH celular y de la sangre es otra función en la que están inmersos los riñones, aunque no exclusivamente; de manera particular, las células de los segmentos tubulares distales están provistas de mecanismos de contratransporte o antiporte que retienen (reabsorben) bicarbonato y simultáneamente eliminan (secretan) hidrogeniones, los cuales deben ligarse a otros compuestos para ser excretados como fosfatos y sales de amonio. Bajo esta situación el pH de la sangre tiende a aumentar y el pH de la orina a disminuir.
La osmolalidad y las concentraciones de electrolitos extracelulares son mantenidas a través de mecanismos de transporte que retienen iones como el sodio (principalmente) y el potasio, o que eliminan sustancias nitrogenadas, de tal manera que los medios intracelular y extracelular pueden mantener valores similares, aunque las moléculas que se encuentran a cada lado de la membrana son diferentes.
Los procesos metabólicos en los que participan los riñones incluyen la gluconeogénesis y la hidrólisis peptídica. Con relación a esta se debe aclarar que una mínima cantidad de proteínas de baja masa molecular escapa a la filtración glomerular —caso específico es la albúmina y los oligopéptidos—, de tal manera que las enzimas proteasas de las células del túbulo contorneado proximal escinden los aminoácidos para su absorción in situ, lo que da lugar a la aparición en orina de pequeñas cantidades de proteína o trazas que son fisiológicamente normales.
Los riñones son órganos pares encargados de producir la orina, están cubiertos por una cápsula de tejido conectivo que contiene colágeno y elastina. Pueden presentar una capa de grasa variable entre las especies animales. El hilio es la porción deprimida del riñón por donde pasan la arteria, los nervios, los uréteres, la vena y los linfáticos. El hilio se continúa con el seno renal donde se encuentra la pelvis, estructura que está ausente en los bovinos. La pelvis recibe orina de la papila renal o de los conductos papilares y la lleva hacia los uréteres. Los uréteres se extienden desde la pelvis renal (seno venoso en bovinos) hasta la vejiga. La vejiga es un saco ovoide situado en el piso de la pelvis. Una vez se vacía, la orina pasa a la uretra para su expulsión. En la hembra se extiende desde la vejiga (orificio uretral interno) y termina en el vestíbulo de la vagina (orificio uretral externo), mientras que en el macho se divide en dos porciones: la uretra pelviana, que va desde el cuello de la vejiga (orificio uretral interno) hasta los colículos seminales, donde se suman secreciones del aparato genital, y la uretra extrapelviana, que parte desde los colículos y termina en el extremo del pene (orificio uretral externo) (Sisson, Grossman y Getty, 1993).
En equinos, el riñón derecho tiene forma triangular con ángulos redondeados. Se encuentra ventral a las últimas dos a tres costillas y a la primera apófisis transversa de las vértebras lumbares; el riñón izquierdo tiene forma de fríjol o judía, es de mayor tamaño, está cerca del plano medio y es más caudal que el derecho, se ubica ventral a la última costilla y las primeras dos a tres apófisis transversas lumbares (figura 1) (Sisson, Grossman y Getty, 1993).
Los riñones de los bovinos están superficialmente divididos en lóbulos que varían en tamaño y son alrededor de veinte. Las fisuras que dejan los lóbulos se encuentran llenas de tejido adiposo blanco. El riñón derecho es elíptico y aplanado dorsoventralmente, se encuentra ventral a la última costilla y a las primeras dos a tres apófisis transversas de las vértebras lumbares. El riñón izquierdo se encuentra parcialmente a la izquierda del plano medio cuando el rumen no está lleno, y desplazado caudalmente, atravesando el plano medio hacia la derecha, caudal y un poco ventral al riñón derecho cuando el rumen contiene la ingesta (figura 2) (Sisson, Grossman y Getty, 1993).
Figura 1. Corte sagital del riñón derecho del equino
Se detallan las siguientes estructuras: 1) cápsula renal, 2) cresta renal, 3) pelvis renal, 4) corteza renal, 5) vasos sanguíneos, 6) médula renal, 7) divertículo renal, 8) columna renal.
Fuente: autores.
Figura 2. Corte sagital del riñón derecho bovino
Se detallan las siguientes estructuras: 1) grasa perirrenal, 2) cápsula, 3) cáliz menor, 4) corteza renal (por cada lóbulo), 5) cáliz mayor, 6) médula renal (por lóbulo), 7) papila renal. No existe la pelvis renal.
Fuente: autores.
Los riñones de los porcinos son lisos y aplanados dorsoventralmente, tienen forma de fríjol y su longitud es aproximadamente el doble del ancho. La capa de grasa es bastante prominente. Están situados en posición ventral a las apófisis transversas de las cuatro primeras vértebras lumbares; en general, el izquierdo es más craneal que el derecho (figura 3) (Sisson, Grossman y Getty, 1993).
Figura 3. Corte sagital del riñón derecho del porcino
Riñón sometido a proceso de plastinación. Se detallan las siguientes estructuras: 1) cápsula renal, 2) cáliz menor, 3) pelvis renal, 4) corteza renal, 5) vasos sanguíneos, 6) médula renal (lobulada), 7) uréter, 8) papila renal, 9) cáliz mayor, 10) vena renal, 11) arteria renal seccionada.
Fuente: autores.
Los riñones de los caninos tienen forma de habichuela, son gruesos dorsoventralmente, la superficie dorsal es poco convexa y la ventral redondeada. El riñón derecho generalmente está opuesto al cuerpo de las primeras tres vértebras lumbares y, eventualmente, craneal a la última torácica. Por su parte, el riñón izquierdo puede presentar variantes: con el estómago vacío se ubica en relación con las vértebras lumbares dos a cuatro y la extremidad craneal opuesta al hilio del riñón contralateral; si el estómago está lleno, el riñón izquierdo se localiza hacia caudal, de manera que el extremo craneal se opone al extremo caudal del riñón derecho (figura 4) (Sisson, Grossman y Getty, 1993).
Figura 4. Corte sagital del riñón derecho del canino
Se detallan las siguientes estructuras: 1) cápsula renal, 2) cresta renal, 3) pelvis renal, 4) corteza renal, 5) vasos sanguíneos, 6) médula renal, 7) uréter.
Fuente: autores.
El riñón es una glándula tubular compuesta, la cual presenta una corteza y una médula separadas por la unión corticomedular. En algunas especies posee un solo lóbulo, mientras que en otras, varios. El lóbulo tiene un componente cortical y otro medular, la parte medular es la pirámide cuya base ancha está dirigida hacia la corteza. Los riñones de los bovinos y porcinos son multipiramidales o multilobares; en los de equinos, carnívoros y pequeños rumiantes son unipiramidales. Una o varias pirámides forman la papila; la unión de varias pirámides renales forma, en su extremo medial, la cresta renal. La porción apical y redondeada de la pirámide se proyecta dentro de un cáliz menor, varios cálices menores se unen para formar cálices mayores que se continúan con los uréteres, como en rumiantes bovinos y porcinos (Banks, 1993).
La unidad estructural y funcional del riñón se conoce como nefrona, la cual consta de un corpúsculo renal (figura 5), o más comúnmente llamado glomérulo, y un sistema tubular (Despopoulos y Silbernagl, 2003; Guyton y Hall, 2001; Moyes y Schulte, 2007). El número de nefronas varía entre las especies, pero dentro de cada una el número es relativamente constante (Swenson y Reece, 1993).
Figura 5. Estructura general del corpúsculo renal
Fuente: adpatada de Despopoulos y Silbernagl (2003).
Las razas con riñones de mayor tamaño compensan con nefronas más grandes. A continuación se pueden apreciar las diferencias en el número de nefronas de cada riñón y el porcentaje de nefronas con asas de Henle de mayor longitud (tabla 1) (Swenson y Reece, 1993).
Tabla 1. Número de nefronas de especies mamíferas y porcentaje de nefronas yuxtamedulares
| Especie | Número de nefronas | Nefronas yuxtamedulares (%) |
| Bovina | 4.000.000 | No reporta |
| Canina | 415.000 | Casi 100 |
| Felina | 190.000 | Casi 100 |
| Porcina | 1.250.000 | 3 |
| Humana | 1.000.000 | 14 |
Fuente: adaptada de Swenson y Reece (1993).
En el glomérulo se encuentran los capilares encargados del proceso de filtración de la sangre. La presión de filtración depende de la presión hidrostática del capilar y de las presiones oncótica plasmática e hidrostática intersticial; la filtración ocurre solo si esta presión es positiva (Hill, Gordon y Anderson, 2008). Los capilares se caracterizan por tener endotelio de tipo fenestrado, el cual posee espacios o diafragmas que permiten el paso de moléculas con una masa superior a las de los endotelios continuos, pero muy inferior a las de los discontinuos. Las células endoteliales del glomérulo descansan sobre una lámina o membrana basal, y externamente a esta capa se ubican células epiteliales o podocitos que emiten prolongaciones citoplasmáticas conocidas como pedicelos que hacen contacto con la lámina basal. Estos tres elementos, es decir, las células endoteliales del capilar, la lámina basal y los podocitos forman la barrera de filtración. Las fenestras dejan espacios del orden de 50-100 nm, mientras que los espacios entre pedicelos tienen alrededor de 5 nm (como se aprecia en la figura 6). La barrera de filtración permite de manera parcial el paso de moléculas con un radio comprendido entre 1,8 y 4,4 nm. La albúmina tiene un radio aproximado de 3,5 nm o una masa cercana a 69.000 Da o 69 KDa, lo que permitiría atravesar las fenestras. Sin embargo, una mínima cantidad de albúmina es filtrada debido a que las cargas de las proteínas del endotelio repelen las moléculas de albúmina; se plantea que un 0,05 % de esta proteína llega al fluido tubular. Con lo anterior se da por descontado que moléculas con masa superior a 80 KDa, como las alfa-globulinas, beta-globulinas y otras proteínas presentes en plasma sean filtradas bajo condición fisiológica (Despopoulos y Silbernagl, 2003).
Por otra parte, conviene aclarar que existe una población de células de forma estrellada denominadas mesangiales internas, que se ubican entre la lámina basal y el endotelio. Estas son contráctiles y se ha planteado que participan en la regulación de la tasa de filtración glomerular (figura 6) (Ganong, 2000). Se deben distinguir de la población de células del mesangio que están por fuera del glomérulo y que hacen parte del aparato yuxtaglomerular (Swenson y Reece, 1993).
Como plantean Swenson y Reece (1993), en términos cuantitativos, si el rendimiento cardiaco (Q) de un canino de raza Beagle es de 900 ml/min, el flujo sanguíneo renal es en promedio un 20 %, lo que equivale a 18,9 ml/min/kg; el flujo plasmático renal será de 11,4 ml/min/kg basados en un hematocrito del 60 % y la tasa de filtración glomerular será de 4 ml/kg/min, aproximadamente.
Figura 6. Detalle de la membrana de filtración
Fuente: adaptada de Despopoulos y Silbernagl (2003).
En la otra parte de la nefrona, el sistema tubular está formado por células epiteliales que varían en tamaño (forma) y que pueden presentar especializaciones de membrana celular como en la primera porción del sistema, el túbulo proximal. Los segmentos que se incluyen desde el punto de vista fisiológico son: túbulo contorneado proximal, asa de Henle, túbulo contorneado distal, túbulos y conductos colectores. La solución acuosa que alcanza la primera porción del sistema tubular se llama orina primaria (Hill et al., 2008). Las células del túbulo proximal son cúbicas con microvellosidades (borde en cepillo) en su región apical, lo que lleva a aumentar considerablemente el área de intercambio para los procesos de reabsorción y también para los de secreción. Esta región proximal es permeable al agua, los iones y algunos metabolitos como la urea.
El segundo segmento: el asa de Henle presenta una porción descendente que llega a la médula externa o interna dependiendo del tipo de nefrona, está revestida de células epiteliales planas permeables al agua y con baja permeabilidad para el sodio y la urea; todas estas moléculas son reabsorbidas. Las nefronas yuxtamedulares tienen dos porciones ascendentes: fina y gruesa. La fina está constituida por células epiteliales bajas y la gruesa por un epitelio más cúbico, sin especializaciones en su borde apical (Banks, 1993). Ambas porciones ascendentes tienen alta permeabilidad a los iones sodio, cloruro y potasio, en procesos de reabsorción. Las nefronas corticales solo presentan porción ascendente gruesa (Swenson y Reece, 1993).
El túbulo contorneado distal está constituido por un epitelio cúbico sin borde en cepillo, más ancho e irregular que el del Asa ascendente; presenta permeabilidad a iones sodio, potasio, bicarbonato e hidrogeniones. El sodio es reabsorbido y el potasio secretado hacia la luz tubular; los hidrogeniones y el bicarbonato son intercambiados de acuerdo con las condiciones ácido-base del organismo, es decir, si el pH extracelular disminuye, aumenta la secreción de hidrogeniones y se reabsorbe bicarbonato (Banks, 1993).
Los túbulos y conductos colectores están formados por células cuboidales, la altura del epitelio aumenta en la medida en que se acerca a los conductos colectores medulares. Los conductos colectores se unen en la médula interna para formar conductos papilares que tienen un epitelio columnar (Banks, 1993).
Una vez ocurre el proceso de filtración, las moléculas y el agua alcanzan el sistema tubular; a partir del túbulo contorneado proximal se llevan a cabo procesos de reabsorción y secreción mediante mecanismos de transporte pasivos y activos, transcelulares y paracelulares, los cuales permiten que en los segmentos siguientes se modifique la concentración o el número de moléculas del fluido tubular (Despopoulos y Silbernagl, 2003). En la figura 7 se muestra la reabsorción activa y pasiva, la secreción transcelular activa y la secreción celular activa.
Figura 7. Procesos de reabsorción y secreción en el sistema tubular
Fuente: adpatada de Despopoulos y Silbernagl (2003).
Los mecanismos pasivos son aquellos que ocurren a favor de un gradiente en concentración iónica, es decir, las moléculas se dirigen desde el compartimento de mayor al de menor concentración, sin gasto de energía, como ocurre para el agua (ósmosis) (Despopoulos y Silbernagl, 2003). Los mecanismos activos requieren diferente tipo de energía; se dividen en primarios y secundarios (Guyton y Hall, 2001). Los primarios operan en contra de un gradiente en concentración con un consumo de energía en forma de ATP, generalmente se localizan en la región basolateral de las células tubulares. Por su parte, los secundarios requieren energía generada a partir de un gradiente iónico, entendido como la cantidad de cargas presentes a un lado de la membrana de la célula tubular (Guyton y Hall, 2001); estos se dividen en cootransporte (simporte o simportador) y contratransporte (antiporte o antiportador) (Ruckebusch, Phaneuf y Dunlop, 1991). En el simporte las moléculas son transportadas siguiendo la misma dirección a través de la membrana, mientras que en el antiporte atraviesan la membrana, viajando en sentido contrario. Existen simportes para dos y cuatro moléculas y antiportes para dos moléculas, en las diferentes porciones del sistema tubular (Guyton y Hall, 2001).
Ahora bien, los mecanismos transcelulares son los que permiten el paso de moléculas atravesando la célula; los electrolitos y nutrientes transportados llegan al citoplasma por un cootransportador y luego abandonan la célula por la región basal empleando transporte activo primario (bombas) (Guyton y Hall, 2001; Ruckebusch, Phaneuf y Dunlop, 1991) en algunos casos. Por otra parte, los mecanismos paracelulares permiten el paso de electrolitos y elementos de bajo peso molecular, a través de las uniones intercelulares, es decir, no pasan por el citosol, sino que van directamente del fluido tubular al líquido intersticial en procesos de reabsorción (Guyton y Hall, 2001; Alberts et al., 1994), generalmente (figura 8). Algunas moléculas presentes en capilares peritubulares o en la célula tubular pueden pasar al fluido tubular, procesos que se denominan secreción transcelular activa y secreción celular activa, respectivamente. Los compuestos conjugados y las sustancias xenobióticas pueden secretarse por procesos transcelulares, mientras que los hidrogeniones son secretados desde la célula en forma activa y el amonio en forma pasiva (Sumano y Ocampo, 2006).
Figura 8. Mecanismos de reabsorción y secreción en el túbulo proximal
Fuente: adaptada de Despopoulos y Silbernagl (2003).
Basados en lo anterior, a continuación se describen los mecanismos de transporte imperantes en los segmentos tubulares. El túbulo proximal es el sitio de reabsorción isosmótica, ya que se reabsorben solutos y solvente manteniendo los valores del fluido tubular dentro del rango normal de los mamíferos (280-310 mOsm/kg) (Guyton y Hall, 2001). El sodio se reabsorbe junto con glucosa o los aminoácidos a través del cootransporte, mecanismo que puede a su vez transportar sodio con otro catión o con aniones como el fosfato. También está presente el contratransporte para sodio e hidrogeniones, el primero es reabsorbido y el segundo secretado. Ahí ocurre la reabsorción de agua mediante difusión simple (ósmosis) (García et al., 1996). Como se indicó, estos son mecanismos transcelulares. La hormona angiotensina II favorece la reabsorción de sodio (Despopoulos y Silbernagl, 2003). En cuanto al transporte paracelular, pequeñas moléculas como el sodio, el potasio, el cloruro y el agua son reabsorbidas a nivel proximal (Guyton y Hall, 2001).
El asa de Henle presenta una porción descendente fina o delgada que es muy permeable al agua (figura 9), la cual se reabsorbe a través de la ósmosis (la osmolalidad aumenta en el fluido tubular).
Figura 9. Ósmosis en la porción descendente fina del asa de Henle
Fuente: adaptada de Despopoulos y Silbernagl (2009).
Las porciones ascendente fina y gruesa son permeables a iones utilizando procesos de reabsorción; el sodio, el potasio y el cloruro utilizan un cootransportador para cuatro moléculas, una de sodio, una de potasio y dos de cloruro (la osmolalidad disminuye en el interior tubular). El amonio puede sustituir al potasio en el simporte para llegar al intersticio; posteriormente, el amonio podrá ser eliminado (García et al., 1996). En la región basolateral de las células se ubica la bomba de sodio (figura 10) que permite el retorno de potasio al interior y la salida de sodio al intersticio (Guyton y Hall, 2001).
Figura 10. Mecanismos de transporte en la porción ascendente del asa de Henle
Fuente: adaptada de Despopoulos y Silbernagl (2003).
Una vez que el asa retorna a la corteza hace contacto con el glomérulo. A partir de este punto se le denomina túbulo contorneado distal, formado por células cúbicas desprovistas de microvellosidades, aunque no por ello carentes de mecanismos de transporte de iones (Banks, 1993). La hormona aldosterona es un mineralocorticoide que incrementa la reabsorción de sodio y la secreción de potasio en este segmento tubular (figura 11) (García et al., 1996). Además, esta región tubular es fundamental en el mantenimiento de las condiciones ácido-base en sangre a partir del intercambio de bicarbonato e hidrogeniones o de base y ácido (Swenson y Reece, 1993). Si el bicarbonato es reabsorbido, los iones de hidrógeno son secretados. Es posible el bombeo activo de hidrogeniones simultáneamente a la reabsorción de sodio. En las regiones basolaterales de las células tubulares (figura 11) existe la bomba sodio-potasio ATPasa para llevar el sodio al intersticio y retornar el potasio al líquido intracelular (Guyton y Hall, 2001).
Figura 11. Mecanismos de transporte activo primarios y secundarios en el túbulo contorneado distal
Fuente: adaptada de Despopoulos y Silbernagl (2003).
En la parte final del sistema tubular se encuentran túbulos y conductos colectores considerados en conjunto, debido a su fisiología similar y constituidos por células bajas que son altamente permeables al agua en las nefronas yuxtamedulares bajo influencia de la hormona antidiurética (en la figura 12 se observa la reabsorción de agua) (García et al., 1996); estos túbulos están dispuestos en la corteza y médula renales y desembocan en los cálices renales (Guyton y Hall, 2001; Ruckebusch, Phaneuf y Dunlop, 1991). Cuando los niveles de potasio en sangre son bajos, se activa la bomba de potasio e hidrogeniones y en las células intercaladas —otro tipo de células funcionales— se produce y secreta bicarbonato hacia el fluido tubular en intercambio con cloruro, cuando hay alcalosis (Ganong, 2000).
Figura 12. Reabsorción de agua en túbulos y conductos colectores
Fuente: adaptada de Despopoulos y Silbernagl (2003).