Kidney Function and Urine Formation

Formación de Orina por los Riñones

• Presentado por la Dra. Itzel Fabela Montes de Oca.

Funciones del Riñón

• Eliminar sustancias de desecho: Filtrado del plasma y aclaramiento/excreción.
• Control del volumen y composición de líquidos corporales.
• Equilibrio entre ingresos y egresos: líquidos y electrolitos.
• Reabsorción.
• Secreción.
• Regulación ácido-básica.
• Regulación de la osmolaridad.
• Regulación de la presión arterial (PA).
• Producción de hormonas: Renina, eritropoyetina, 1,25 dihidroxicolecalciferol (forma activa de la vitamina D).
• Gluconeogénesis.

Funciones del Aparato Excretor

• Eliminar productos de desecho como urea, creatinina, ácido úrico, bilirrubina, etc.
• Ajustar el balance hidroelectrolítico (agua, sodio, potasio, etc.) para mantener el estado estacionario.

Regulación Hidroelectrolítica

• El riñón regula el volumen del líquido extracelular mediante la ingestión y excreción de sodio a través del tiempo.

Acción Renal

• El riñón debe eliminar al exterior (en la orina) productos de desecho, exceso de Na+, K+, H+ y H2O, mientras conserva nutrientes en el líquido extracelular.
• El riñón separa una porción de líquido del flujo sanguíneo, recupera los componentes necesarios y elimina el resto.
• Si una sustancia debe eliminarse rápidamente, el riñón ajusta su proceso de filtración y excreción.

Anatomía del Sistema Urinario

• El sistema urinario incluye los riñones, uréteres, vejiga y uretra.
• Los riñones contienen nefronas, la unidad funcional del riñón, que se extienden desde la corteza hasta la médula renal.
• La orina drena a través de cálices menores y mayores hacia la pelvis renal y luego al uréter.

Anatomía Renal

• Los riñones son órganos retroperitoneales que pesan aproximadamente 150 gramos cada uno.
• Se dividen en regiones de corteza y médula.

Irrigación Renal

• El riego sanguíneo renal representa el 22% del gasto cardíaco (aproximadamente 1.1 L/min).
• El flujo sanguíneo sigue esta ruta: Arteria renal → Arterias interlobulares → Arterias arciformes → Arterias interlobulillares → Arteriolas aferentes → Capilares glomerulares → Capilares peritubulares.
• El drenaje venoso sigue esta ruta: Vena interlobulillar → Vena arciforme → Vena interlobular → Vena renal.
• Los vasos renales se capilarizan en el glomérulo después de la arteriola aferente, manteniendo una presión capilar (PC) de 60 mmHg.
• Posteriormente, se capilarizan nuevamente después de la arteriola eferente, formando capilares peritubulares con una PC de 13 mmHg.

Nefrona: Unidad Funcional del Riñón

• Cada riñón contiene aproximadamente 1 millón de nefronas, que son la unidad anatómica y funcional del riñón.
• Estructura de la nefrona: Glomérulo (cápsula de Bowman), sistema tubular y mácula densa.
• En cada riñón, hay aproximadamente 250 conductos colectores medulares.

Sistema Tubular

• El sistema tubular se compone de: Capilares glomerulares → Túbulo contorneado proximal → Asa de Henle → Mácula densa → Túbulo contorneado distal → Túbulo conector → Túbulo colector cortical → Conducto colector cortical → Conductos colectores (8-10) → Conducto colector medular.

Tipos de Nefronas

• Nefronas corticales (70-80%): Glomérulos en la corteza externa, asas de Henle cortas irrigadas por capilares peritubulares.
• Nefronas yuxtamedulares (20-30%): Glomérulos en la profundidad de la corteza renal, largas asas de Henle irrigadas por vasos rectos.

Componentes de la Nefrona

• La nefrona incluye el glomérulo, el túbulo contorneado proximal, el asa de Henle, el túbulo contorneado distal y el túbulo colector, rodeados por capilares peritubulares.

Micción: Vaciamiento de la Vejiga Urinaria

• La micción ocurre cuando la vejiga urinaria se vacía al estar llena.
• Involucra dos pasos principales: llenado (distensión) y el reflejo miccional (reflejo medular autónomo modulado por el SNC).

Anatomía de la Vejiga

• Músculo liso (detrusor): genera una presión intravesical de 40-60 mmHg.
• Regiones: cuerpo y cuello.
• Trígono: recubrimiento liso.
• Cuello (uretra posterior): contiene el esfínter interno (músculo detrusor) con tono contráctil autónomo.
• La uretra atraviesa el diafragma urogenital, donde se encuentra el esfínter externo de la vejiga, un músculo esquelético voluntario.

Inervación de la Vejiga

• Nervios pélvicos: conectados al plexo sacro (S2 y S3), con fibras parasimpáticas sensitivas y motoras.
• Nervio pudendo: controla el músculo esquelético voluntario del esfínter externo.
• Inervación simpática: nervios hipogástricos a nivel de L2.

Transporte de la Orina

• La composición de la orina no cambia desde su excreción en el túbulo colector.
• Los cálices tienen actividad intrínseca marcapasos.
• Hay peristalsis en toda la longitud del uréter; cada onda peristáltica abre la pared vesical, con un plexo nervioso intramural.
• El tono del músculo detrusor impide el reflujo de orina.
• Posible reflejo ureterorrenal.

Cistometrografía

• El tono intrínseco de la vejiga permite grandes cambios de volumen con pequeños aumentos en la presión intravesical hasta cierto límite.

Reflejo Miccional

• A medida que la vejiga se llena, aparecen contracciones miccionales.
• El reflejo miccional (RM) es iniciado por receptores sensitivos de distensión en la pared vesical.
• Una vez iniciado, es autorregenerativo, aumentando la contracción refleja; este reflejo se agota en algunos minutos y la vejiga se relaja.
• El RM es un ciclo de aumento rápido y progresivo de la presión, presión mantenida y retorno al tono basal.
• Los reflejos miccionales se vuelven más potentes hasta que, a través del nervio pudendo, se inhibe el esfínter externo.

Modulación del Reflejo Miccional

• El reflejo miccional es un reflejo medular autónomo modulado por centros encefálicos (facilitadores e inhibidores en la protuberancia y corteza).
• Estos centros mantienen parcialmente inhibido el RM hasta que se tiene deseo de orinar.
• Pueden impedir la micción, incluso si el RM se desencadena, mediante la contracción tónica del esfínter vesical externo o facilitar la micción inhibiendo los centros sacros que excitan el esfínter externo.

Control de la Micción

• La orina se acumula en la vejiga y se elimina durante la micción.
• El proceso involucra el músculo liso de la vejiga, el esfínter interno (involuntario) y el esfínter externo (voluntario).

Inervación Simpática y Parasimpática de la Vejiga

• Simpático: Noradrenalina (relajación).
• Parasimpático: Acetilcolina (contracción).
• Pudendo: Acetilcolina (contracción) y NO (relajación).
• Durante el llenado de la vejiga, predomina la actividad simpática, causando relajación del detrusor y contracción del esfínter interno.
• Durante la micción, predomina la actividad parasimpática, causando contracción del detrusor y relajación de los esfínteres.

Fase de Llenado y Micción

• Fase de llenado: Predomina la actividad simpática, relajando la vejiga y contrayendo el esfínter.
• Micción: Predomina la actividad parasimpática, contrayendo la vejiga y relajando el esfínter.

Cistometograma

• Muestra la relación entre presión y volumen en la vejiga durante el llenado y la micción.
• Las fibras mielinizadas y amielínicas juegan roles en la transmisión de señales.

Control de la Micción por el Sistema Nervioso

• La micción está controlada por centros superiores del sistema nervioso.
• El centro de la micción coordina la actividad parasimpática, aferentes de la vejiga y el nervio pudendo.

Anomalías en la Micción

• Vejiga atónica: Destrucción de fibras nerviosas sensitivas en la región sacra, pérdida del control vesical, vejiga se llena al máximo, incontinencia por rebosamiento.
• Vejiga automática: Lesión medular por encima de la región sacra, pérdida del control encefálico, vaciamiento no anunciado de la vejiga.
• Vejiga neurógena: Sin inhibición del encéfalo, micción frecuente e incontrolada, por lesión parcial de la médula espinal o tronco encefálico que interrumpe señales inhibidoras.

Pérdida del Control Voluntario de la Micción

• Cuando existe una sección de la médula espinal, se pierde el control voluntario de la micción, resultando en vejiga neurógena.

Mecanismos Básicos del Riñón

• El riñón realiza filtración, reabsorción, secreción y excreción para formar la orina.

Procesos Renales

• Filtración: Salida de líquido de los capilares glomerulares al túbulo renal.
• Reabsorción: Transporte de sustancias desde el interior del túbulo hacia la sangre.
• Secreción: Transporte de sustancias desde la sangre al interior del túbulo.
• Excreción: Eliminación de las sustancias al exterior con la orina.

Transporte a Través del Epitelio Tubular

• Las funciones del riñón se basan en el transporte a través del epitelio del túbulo, incluyendo reabsorción y secreción.

Mecanismos de Transporte Epitelial

• El transporte puede ser paracelular o transcelular.
• Incluye canales, difusión facilitada, cotransporte y transporte activo primario.
• El transporte transcelular tiene un máximo (Tm).

Movimiento de Agua y Solutos

• El agua tiende a moverse a través del epitelio por diferencias de osmolaridad.
• Los solutos tienden a moverse a través de los epitelios por diferencias de concentración.

Osmolaridad y Equilibrio

• La osmolaridad del líquido extracelular debe ser igual a la del líquido intracelular.
• Desequilibrios resultan en hipoosmolaridad o hiperosmolaridad.

Formación de Orina

• La formación de orina es la suma de tres procesos: filtración glomerular, reabsorción de sustancias y secreción de sustancias.
• Los cambios en el filtrado glomerular y la reabsorción tubular suelen ser coordinados para ajustar la excreción renal.

Aclaramiento Renal

• Aclaramiento es la cantidad de plasma que queda libre de alguna sustancia en una unidad de tiempo.
• No se utilizan sustancias de origen vegetal.
• El aclaramiento de ácido para-aminohipúrico (PAH) estima mejor el flujo plasmático renal, ya que se filtra todo en un solo paso a la orina.
• El aclaramiento de creatinina mide bien el FG, pero el 4-5% se secreta en el túbulo.
• La inulina no tiene secreción tubular, por lo que mide con mayor exactitud el FG.

Aclaramiento y Filtrado Glomerular

• El aclaramiento de PAH (CPah) refleja la secreción tubular.
• El aclaramiento de creatinina (CCreatinina) y el aclaramiento de inulina (CInulina) se utilizan para medir el filtrado glomerular (FG).
• En la insuficiencia renal, los valores de creatinina pueden ser normales incluso con una disminución del 50% en el FG.
• Los niveles de creatinina están influenciados por peso, edad, sexo, dieta y masa magra.

Filtrado Glomerular (FG)

• Se filtran 180 L/día (125 mL/min) de plasma a la cápsula de Bowman.
• El contenido de sales y moléculas orgánicas es igual al del plasma.
• Las grasas y una parte del Ca+2 no se filtran.
• El FG está determinado por el equilibrio de fuerzas hidrostáticas y coloidosmóticas, así como por el coeficiente de filtración capilar.
• La fracción de filtración es FG/flujo plasmático renal, que es aproximadamente el 20% del flujo plasmático renal.

Estudio de la Filtración Glomerular

• Flujo Sanguíneo Renal (FSR) = 1200 mL/min.
• Flujo Plasmático Renal (FPR) = 650 mL/min.
• Volumen/Tasa de Filtración Glomerular (VFG) = 125 mL/min.
• Fracción de Filtración (FF) = 20%.
• Coeficiente de Filtración (Kf) = 12.5 mL/min/mmHg.

Proporciones del Filtrado Glomerular

• El corazón bombea 5 L/min de sangre, de los cuales el 25% (1.25 L/min) van al riñón.
• El 20% (125 mL/min) del plasma se filtra y el 99% del filtrado se reabsorbe. Aproximadamente el 1% (1 mL/min) se excreta.

Capilar Glomerular

• La membrana capilar glomerular tiene tres capas principales (barrera de filtración): endotelio fenestrado, membrana basal (colágeno, proteoglucanos) y podocitos.

Membrana de Filtración

• Fenestración (poro) de la célula endotelial glomerular: impide la filtración de células sanguíneas, pero permite el paso de los componentes del plasma.
• Lámina basal del glomérulo: impide la filtración de proteínas grandes.
• Membrana con hendiduras entre los pedicelos: impide la filtración de proteínas de tamaño mediano.

Selectividad de la Membrana Glomerular

• La membrana glomerular es selectiva pero altamente permeable al agua y solutos, excepto proteínas.
• La filtración depende del tamaño y carga de las partículas.
• Los poros de la membrana miden 8 nm.

Componentes del Glomérulo

• Incluye la arteriola aferente, cápsula de Bowman, capilares glomerulares, podocitos, arteriola eferente y túbulos proximales y distales.

Filtración Glomerular: Tamaño y Carga

• La pared glomerular filtra las sustancias según su tamaño y carga eléctrica.
• Las proteínas no se filtran, mientras que agua, sales y nutrientes sí lo hacen, resultando en una composición similar al plasma pero sin proteínas.

Determinantes del FG

• Presión de filtración neta: Fuerza hidrostática + fuerza coloidosmótica a través de la membrana glomerular.
• Coeficiente de filtración capilar glomerular (Kf): mide la conductividad hidráulica y el área de superficie de los capilares glomerulares.

Fuerzas que Afectan la Filtración Glomerular

• La presión de filtración neta (PFN) es la suma de fuerzas hidrostáticas (PH) y coloidosmóticas (PC) que favorecen o se oponen a la FG.
• PH del capilar glomerular (PG).
• PH dentro de la cápsula de Bowman (PB).
• PC del capilar (πG).
• PC en la cápsula de Bowman (πB).

Presiones que Influyen en la Filtración

• Fuerzas que favorecen la filtración:
  • Presión hidrostática glomerular: 60 mm Hg.
  • Presión coloidosmótica en la cápsula de Bowman: 0 mm Hg.
• Fuerzas que se oponen a la filtración:
  • Presión hidrostática en la cápsula de Bowman: 18 mm Hg.
  • Presión coloidosmótica capilares glomerulares: 32 mm Hg.
• Presión de filtrado = 60 – (18 + 32) = 10 mm Hg.
• Filtración glomerular = Kf x (P{capilar} – P{cápsula} – \pi_{capilar})

Cálculo del Coeficiente de Filtración (Kf)

• Kf = \frac{125 \text{ ml/min}}{10 \text{ mmHg}} = 12.5 \text{ ml/min/mmHg}
• Expresado en 100 gramos de peso renal: 4.2 ml/min/mmHg.
• Si aumenta Kf , aumenta FG.

Factores que Afectan la Filtración Glomerular

• Si aumenta la presión hidrostática dentro de la cápsula de Bowman (PB), disminuye el FG.
• Si aumenta la presión coloidosmótica del capilar (πG), disminuye el FG.
• Si aumenta la presión hidrostática del capilar glomerular (PG), aumenta el FG.
• La fracción de filtración = FG/flujo plasmático renal.
• Si aumenta la FF, aumenta la presión coloidosmótica glomerular.

Efecto de la Presión Coloidosmótica (π) sobre el FG

• Si aumenta la FF, se concentran las proteínas plasmáticas y viceversa.
• Una disminución del flujo plasmático renal sin cambio inicial en el FG produce un aumento de la FF y de la concentración de las proteínas, lo que tiende a disminuir el FG.
• Un aumento del flujo plasmático renal sin cambio inicial en el FG produce lo contrario.

Flujo Sanguíneo Renal y FG

• Los cambios en el flujo sanguíneo renal (FSR) pueden influir en el FG independientemente de los cambios en la presión hidrostática glomerular.
• Al aumentar el FSR, se filtra una menor fracción de plasma, causando una menor elevación de π y un menor efecto inhibidor del FG.
• Un flujo bajo permite que aumente mucho la presión oncótica.
• Un flujo alto impide que aumente mucho la presión oncótica.

Efecto de la Contracción de las Arteriolas Aferente y Eferente

• Contracción de la arteriola aferente: Disminuye la presión glomerular y el filtrado glomerular.
• Contracción de la arteriola eferente: Aumenta la presión glomerular y el filtrado glomerular (dependiendo de la intensidad de la contracción).
• La arteriola aferente tiene un mayor efecto sobre el filtrado glomerular que la eferente.

Factores que Afectan el FG: Resumen

• Disminución del coeficiente de filtración glomerular (↓Kf) → ↓ FG (ej., nefropatía, diabetes mellitus, hipertensión).
• Aumento de la presión hidrostática en la cápsula de Bowman (↑ PB) → ↓ FG (ej., obstrucción de la vía urinaria).
• Aumento de la presión coloidosmótica (↑ π) → ↓ FG (ej., ↓ Flujo sanguíneo renal, aumento de proteínas plasmáticas).
• Disminución de la presión hidrostática capilar glomerular (↓ P) → ↓ FG (ej., ↓ Presión arterial).
• Disminución de la resistencia arteriolar aferente (↓RA) → ↑ PG → ↑FG (ej., ↓Angiotensina II).
• Aumento de la resistencia arteriolar aferente (↑RA) → ↓ PG → ↓FG (ej., ↑ Actividad simpática, hormonas vasoconstrictoras).

Flujo Sanguíneo Renal (FSR)

• Normal: 1100 mL/min (22% del gasto cardíaco).
• Una gran fracción de O2 consumido por los riñones se relaciona con la elevada reabsorción de Na en los túbulos renales.
• Si disminuye FSR y el FG, se filtra menos Na y se consume menos O2.

Distribución de la Resistencia Vascular Renal

• La resistencia vascular se distribuye a lo largo del sistema vascular renal, desde la arteria renal hasta las venas.

Autorregulación Renal

• Los riñones mantienen un FSR y FG relativamente constantes mediante autorregulación.
• La corteza recibe mayor flujo sanguíneo que la médula renal (vasos rectos).
• El sistema nervioso simpático (SNS) inerva todos los vasos renales; estímulos potentes producen vasoconstricción y disminución del FSR.
• Hormonas y autacoides: Noradrenalina, adrenalina y endotelina son vasoconstrictoras y disminuyen el FSR; Angiotensina II causa vasoconstricción de las arteriolas eferentes, mientras que el NO causa vasodilatación y aumenta el FSR.

Mecanismo de Autorregulación

• A pesar de los cambios en la presión arterial, el FSR y el FG se mantienen constantes.
• La principal función es mantener un FG constante.
• FG = 180 L/día, reabsorción tubular = 178.5 L/día (1.5 L de orina).
• Sin autorregulación, un aumento en la presión arterial aumentaría significativamente el FG y, si la reabsorción tubular permaneciera constante, resultaría en una diuresis extrema.

Retroalimentación Túbulo Glomerular

• Cambios en la concentración de NaCl en la mácula densa controlan la resistencia arteriolar renal.
• Existe una llegada relativamente constante de NaCl al túbulo distal.
• Se controlan las arteriolas aferentes y eferentes por el aparato yuxtaglomerular.

Complejo Yuxtaglomerular

• El complejo yuxtaglomerular está formado por células de la mácula densa (en el túbulo contorneado distal) y células yuxtaglomerulares (en las arteriolas aferente y eferente).

Funcionamiento de la Retroalimentación Túbulo Glomerular

• Aumento de la TFG (Tasa de Filtrado Glomerular) → Aumenta el flujo a través del túbulo. → Aumenta el flujo más allá de la mácula densa. → Las sustancias paracrinas difunden desde la mácula densa hacia la arteriola aferente. → La arteriola aferente se contrae. → La resistencia en la arteriola aferente aumenta. → La presión hidrostática en el glomérulo disminuye. → Disminuye la TFG.

Componentes de la Retroalimentación Túbulo Glomerular

• Es un mecanismo que acopla los cambios en la concentración de NaCl en la mácula densa al control de la resistencia arteriolar renal.
• Tiene dos componentes: retroalimentación arteriolar aferente y retroalimentación arteriolar eferente.

Aparato Yuxtaglomerular y NaCl

• La reducción de NaCl en la mácula densa:
  • Dilata la arteriola aferente: Aumenta la presión hidrostática glomerular.
  • Aumenta la liberación de renina por las células yuxtaglomerulares → Aumenta la angiotensina II → Contrae las arteriolas eferentes → Aumenta el FG.

Secuencia de Eventos en la Retroalimentación Túbulo Glomerular

• Aumento de la presión arterial → Aumento de la velocidad de filtrado glomerular → Producción de vasoconstrictor en la mácula densa → Contracción de la arteriola eferente.