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Três processos básicos ocorrem nos néfrons: filtração, reabsorção e secreção. Filtração é o movimento de líquido do sangue para o lúmen do néfron. A filtração ocorre apenas no corpúsculo renal, onde as paredes dos capilares glomerulares e da cápsula de Bowman são modificadas para permitir o fluxo do líquido. Uma vez que o fluido filtrado, chamado de filtrado, chega ao lúmen do néfron, ele se torna parte do meio externo ao corpo, da mesma forma que as substâncias no lúmen intestinal fazem parte do meio externo. Devido a essa razão, tudo que é filtrado nos néfrons é destinado à excreção na urina, a não ser que seja reabsorvido para o corpo. Após o filtrado deixar a cápsula de Bowman, ele é modificado pelos processos de reabsorção e secreção. A reabsorção é um processo de transporte de substâncias presentes no filtrado, do lúmen tubular de volta para o sangue através dos capilares peritubulares. A secreção remove seletivamente moléculas do sangue e as adiciona ao filtrado no lúmen tubular. Embora a secreção e a filtração glomerular movam substâncias do sangue para dentro do túbulo, a secreção é um processo mais seletivo que, em geral, usa proteínas de membrana para transportar as moléculas através do epitélio tubular. A reabsorção ocorre quando as células do túbulo proximal transportam solutos para fora do lúmen, determinando a reabsorção de água por osmose. O filtrado que deixa o túbulo proximal tem a mesma osmolaridade do que o filtrado que entrou. Por essa razão, dizemos que a função primária do túbulo proximal é a reabsorção isosmótica de solutos e água. O filtrado que deixa o túbulo proximal passa para a alça de Henle, o local principal para a produção de urina diluída. À medida que o filtrado passa pela alça de Henle, proporcionalmente é reabsorvido mais soluto do que água, e o filtrado torna-se hiposmótico com relação ao plasma. A maior parte do volume originalmente filtrado na cápsula de Bowman já foi reabsorvida para os capilares. A partir da alça de Henle, o filtrado passa para o túbulo distal e para o ducto coletor. Nesses dois segmentos, ocorre uma regulação fina do balanço de sal e de água sob o controle de vários hormônios. A reabsorção e a secreção (em um menor grau) determinam a composição final do filtrado. O volume e a osmolaridade finais da urina dependem das necessidades do corpo de conservar ou excretar água e soluto. A filtração ocorre no corpúsculo renal à medida que o líquido passa dos capilares do glomérulo para dentro da cápsula de Bowman. A reabsorção e a secreção ocorrem ao longo do restante do túbulo, transferindo material entre o lúmen e os capilares peritubulares. A quantidade e a composição das substâncias que são reabsorvidas e secretadas variam nos diferentes segmentos do néfron. O filtrado que permanece no lúmen no final do néfron é excretado como urina. A quantidade de qualquer substância excretada na urina reflete o resultado do seu manejo durante a sua passagem através do néfron. A quantidade excretada é igual à quantidade filtrada para o túbulo, menos a quantidade reabsorvida para o sangue, mais a quantidade secretada no lúmen tubular: A filtração do plasma para dentro dos túbulos renais é o primeiro passo na formação da urina. Esse processo relativamente inespecífico gera um filtrado, cuja composição é igual à do plasma menos a maioria das proteínas plasmáticas. Sob condições normais, as células sanguíneas permanecem no capilar, de modo que o filtrado é composto apenas de água e de solutos dissolvidos. A filtração ocorre no corpúsculo renal, que consiste na rede de capilares glomerulares envolta pela cápsula de Bowman. As substâncias que deixam o plasma precisam passar através de três barreiras de filtração antes de entrarem no lúmen tubular: o endotélio do capilar glomerular, uma lâmina basal (membrana basal) e o epitélio da cápsula de Bowman. A primeira barreira é o endotélio capilar. Os capilares glomerulares são capilares fenestrados com grandes poros, que permitem que a maioria dos components plasmáticos sejam filtrados através do endotélio. Os poros são pequenos o bastante, contudo, para impedir que as células do sangue deixem o capilar. Proteínas carregadas negativamente, presentes na superfície dos poros, também ajudam a repelir as proteínas plasmáticas carregadas negativamente. A segunda barreira de filtração é a lâmina basal, uma camada acelular de matriz extracelular que separa o endotélio do capilar do epitélio da cápsula de Bowman. A lâmina basal é constituída por glicoproteínas carregadas negativamente, colágeno e outras proteínas. Ela atua como uma peneira grossa, excluindo a maioria das proteínas plasmáticas do líquido que é filtrado através dela. A terceira barreira de filtração é o epitélio da cápsula de Bowman. A porção epitelial da cápsula que envolve cada capilar glomerular é formada por células especializadas, chamadas de podócitos. Os podócitos possuem longas extensões citoplasmáticas, denominadas pés, ou pedicelos, que se estendem a partir do corpo principal da célula. As células mesangiais glomerulares ficam entre e ao redor dos capilares glomerulares. As células mesangiais possuem feixes citoplasmáticos de filamentos semelhantes à actina, que fazem essas células serem capazes de contrair e alterar o fluxo sanguíneo pelos capilares. Além disso, as células mesangiais secretam citocinas associadas a processos inflamatórios e imunes. A alteração da função das células mesangiais tem sido associada a muitas doenças renais. As três pressões que determinam a filtração gloumerular são: pressão do capilar sanguíneo, pressão coloidosmótica do capilar e a pressão do fluido capsular. - Pressão Hidrostática (PH): pressão do sangue que flui através dos capilares glomerulares força a passagem de fluido através do seu endotélio fenestrado. A pressão sanguínea nos capilares é de 55 mmHg, em média, e favorece a filtração para dentro da cápsula de Bowman. - Pressão Coloidosmótica: pressão no interior dos capilares glomerulares é mais alta do que a no fluido da cápsula de Bowman. Esse gradiente de pressão é devido à presença de proteínas no plasma. O gradiente de pressão osmótica é, em média, de 30 mmHg e favorece o movimento de líquido de volta para os capilares. - Pressão Capsular: a cápsula de Bowman é um espaço fechado (diferentemente do líquido intersticial), de forma que a presença de fluido no interior dessa cápsula cria uma pressão hidrostática do fluido (Pfluido), que se opõe ao fluxo de fluido para o interior da cápsula. O líquido filtrado para fora dos capilares deve deslocar o líquido já presente no lúmen da cápsula. A pressão hidrostática capsular é, em média, de 15 mmHg, opondo-se à filtração. A força motriz resultante é de 10 mmHg na direção que favorece a filtração. O volume de fluido que é filtrado para dentro da cápsula de Bowman por unidade de tempo é a taxa de filtração glomerular (TFG). A TFG é influenciada por dois fatores: a pressão de filtração resultante, já descrita, e o coeficiente de filtração. A pressão de filtração é determinada primeiro pelo fluxo sanguíneo renal e pela pressão arterial. O coeficiente de filtração possui dois componentes: a área de superfície dos capilares glomerulares, disponível para a filtração e a permeabilidade da interface entre capilar e cápsula de Bowman. A pressão arterial fornece a pressão hidrostática, que impulsiona a filtração glomerular. A TFG é controlada primariamente pela regulação do fluxo sanguíneo através das arteríolas renais. Se a resistência global das arteríolas renais aumenta, o fluxo sanguíneo renal diminui, e o sangue é desviado para outros órgãos. O efeito do aumentoda resistência sobre a TFG, entretanto, depende de onde a mudança na resistência ocorre. Se a resistência aumenta na arteríola aferente, a pressão hidrostática diminui no lado glomerular da constrição. Isso se traduz em uma diminuição na TFG. Se a resistência aumenta na arteríola eferente, o sangue acumula antes da constrição, e a pressão hidrostática nos capilares glomerulares aumenta. O aumento da pressão glomerular aumenta a TFG. A autorregulação da TFG é um processo de controle local, no qual o rim mantém uma TFG relativamente constante frente às flutuações normais da pressão arterial. A resposta miogênica está relacionada à habilidade intrínseca do músculo liso vascular de responder a mudanças na pressão. A retroalimentação (ou feedback) tubuloglomerular é um mecanismo de sinalização parácrina pelo qual mudanças no fluxo de líquido na alça de Henle alteram a TFG. - Resposta miogênica: quando o músculo liso da parede da arteríola estira, devido ao aumento da pressão arterial, canais iônicos sensíveis ao estiramento se abrem, e as células musculares despolarizam. A despolarização leva à abertura de canais de Ca2+ dependentes de voltagem, e o músculo liso vascular se contrai. A vasoconstrição aumenta a resistência ao fluxo e leva a uma redução no fluxo sanguíneo através das arteríolas. A redução do fluxo sanguíneo diminui a pressão de filtração no glomérulo. Se a pressão arterial diminui, o tônus de contração arteriolar desaparece, e a arteríola torna-se maximamente dilatada. Contudo, a vasodilatação não é tão eficaz em manter a TFG como a vasoconstrição, devido ao fato de que normalmente a arteríola aferente está bastante relaxada. - Retroalimentação tuboglomerular: via de controle local, na qual o fluxo de líquido através dos túbulos renais altera a TFG. A configuração torcida do néfron faz a porção final do ramo espresso ascendente da alça de Henle passar entre as arteríolas aferente e eferente. As paredes tubulares e arteorilares são modificadas nessa região em que elas entram em contato umas com as outras, e, juntas, formam o aparelho justaglomerular. A porção modificada do epitélio tubular é formada por uma placa de células, chamada de mácula densa. A parede da arteríola aferente adjacente a ela possui células musculares lisas especializadas, chamadas de células granulares (também conhecidas como células justaglomerulares ou células JG). As células granulares secretam renina, uma enzima envolvida no balanço do sal e da água. Quando o NaCl que passa pela mácula densa aumenta, como resultado da TFG aumentada, as células da mácula densa enviam sinais parácrinos à arteríola aferente vizinha. A arteríola aferente se contrai, aumentando a resistência e diminuindo a TFG. No cenário clínico, médicos utilizam a creatinina para estimar a TFG. A creatinina é um produto da quebra da fosfocreatina, um composto que serve de fonte de energia e que é encontrado principalmente nos músculos. A creatinina é constantemente produzida pelo corpo e não precisa ser administrada. Normalmente, as taxas de produção e degradação da fosfocreatina são relativamente constantes, e a concentração de creatinina no plasma não varia muito. Embora a creatinina esteja sempre presente no plasma e seja facilmente medida, ela não é a molécula perfeita para estimar a TFG porque uma pequena quantidade é secretada na urina. No entanto, a quantidade secretada é suficientemente pequena para que, na maioria das pessoas, a depuração da creatinina seja rotineiramente usada para estimar a TFG. Em suma, a creatinina é filtrada, porém não é reabsorvida. A maior parte dessa reabsorção ocorre no túbulo proximal, com uma quantidade menor de reabsorção nos segmentos distais do néfron. A reabsorção no néfron distal é finamente regulada, possibilitando aos rins reabsorverem seletivamente íons e água de acordo com as necessidades do organismo para a manutenção da homeostasia. Uma vez que uma substância é filtrada para o interior do lúmen da cápsula de Bowman, ela não faz mais parte do meio interno corporal. O lúmen do néfron faz parte do ambiente externo, e todas as substâncias presentes no filtrado estão destinadas a deixarem o corpo através da urina, a não ser que exista algum mecanismo de reabsorção tubular para impedir que isso ocorra. Muitos nutrientes pequenos, como a glicose e intermediários do ciclo do ácido cítrico, são filtrados, porém são reabsorvidos de maneira muito eficiente no túbulo proximal. A reabsorção de água e solutos do lúmen tubular para o líquido extracelular depende de transporte ativo. O filtrado que flui da cápsula de Bowman para o túbulo proximal tem a mesma concentração de solutos do líquido extracelular. Portanto, para transportar soluto para fora do lúmen, as células tubulares precisam usar transporte ativo para criar gradientes de concentração ou eletroquímicos. A água segue osmoticamente os solutos, à medida que eles são reabsorvidos. O transporte ativo de Na+ do lúmen tubular para o líquido extracelular cria um gradiente elétrico transepitelial, no qual o lúmen é mais negativo do que o LEC. Os ânions, então, seguem o Na+ positivamente carregado para fora do lúmen. A saída de Na+ e de ânions do lúmen para o LEC dilui o fluido luminal e aumenta a concentração do LEC, de forma que a água deixa o túbulo renal por osmose. A redução do volume do lúmen tubular aumenta a concentração de solutos (incluindo K+, Ca2+ e ureia) que permaneceram no filtrado: a mesma quantidade de soluto em um volume menor equivale a uma concentração mais alta de soluto. Uma vez que as concentrações de soluto no lúmen são mais altas do que as concentrações de soluto no líquido extracelular, os solutos difundem-se para fora do lúmen se o epitélio do túbulo for permeável a eles. Para solutos que se movem através do transporte transepitelial, suas concentrações ou seus gradientes eletroquímicos determinam seus mecanismos de transporte. Solutos que se movem a favor do seu gradiente de concentração usam canais de vazamento ou carreadores de difusão facilitada para cruzarem a membrana celular. As moléculas que necessitam se deslocar contra seu gradiente de concentração são transportadas por mecanismos de transporte ativo primário ou indiretos (normalmente secundários). O sódio está direto ou indiretamente envolvido em muitos exemplos de transporte passivo e ativo. - Transporte ativo do Na: a reabsorção ativa de Na+ é a força motriz primária para a maior parte dos mecanismos de reabsorção renal. O Na+ presente no filtrado pode entrar nas células tubulares passivamente, de acordo com seu gradiente eletroquímico. O transporte apical do Na+ utiliza várias proteínas transportadoras por simporte e antiporte ou de canais de vazamento abertos. - Transporte ativo secundário (simporte com Na): o transporte ativo secundário acoplado ao sódio é responsável pela reabsorção de muitas substâncias, incluindo a glicose, aminoácidos, íons e vários metabólitos orgânicos. A reabsorção de glicose acoplada ao Na+ através do epitélio do túbulo proximal. A membrana apical contém o cotransportador de Na+- glicose (SGLT) que leva a glicose para o citoplasma contra seu gradiente de concentração através do uso da energia do Na+, que se move a favor de seu gradiente eletroquímico. Na superfície basolateral da célula, o Na+ é bombeado para fora pela Na+ -K+ -ATPase, ao passo que a glicose se difunde para fora através de um mecanismo de difusão facilitada envolvendo o uso de transportadores GLUT. O mesmo padrão básico é utilizado por outras moléculas que são transportadas acopladas ao Na+: uma proteína de simporte apical e um carreador para difusão facilitadaou um trocador iônico na membrana basolateral. Outras moléculas que são reabsorvidas por mecanismos similares incluem os aminoácidos, o lactato, intermediários do ciclo do ácido cítrico, como o α- cetoglutarato (αCG), e íons, como o fosfato e o sulfato. Alguns dos transportadores apicais utilizam o H+ no lugar do Na+. - Reabsorção passiva (ureia): pode se deslocar através das junções celulares epiteliais por difusão, se houver um gradiente de concentração da ureia. Inicialmente, as concentrações de ureia no filtrado e no líquido extracelular são iguais. Entretanto, o transporte ativo de Na+ e de outros solutos para fora do lúmen tubular proximal gera um gradiente de concentração através do processo descrito a seguir. Em resposta ao gradiente osmótico, a água move-se por osmose através do epitélio. Até esse ponto, nenhuma molécula de ureia foi transportada para fora do lúmen, uma vez que não havia nenhum gradiente de concentração da ureia. Quando a água é reabsorvida, a concentração de ureia no lúmen tubular aumenta – a mesma quantidade de ureia está presente em um volume menor de água. Uma vez que o gradiente de concentração de ureia existe, a ureia move-se do lúmen tubular para o líquido extracelular, sendo transportada através das células ou pela via paracelular. - Endocitose (proteínas plasmáticas): a maioria das proteínas filtradas é removida do filtrado no túbulo proximal, de forma que normalmente apenas traços de proteínas aparecem na urina. Mesmo sendo pequenas, as proteínas filtradas são muito grandes para serem reabsorvidas pelos transportadores ou por canais. A maior parte delas entra nas células do túbulo proximal por endocitose mediada por receptores na membrana apical. Uma vez no interior das células, as proteínas são digeridas nos lisossomos. Os aminoácidos resultantes são transportados através da membrana basolateral e absorvidos no sangue. A digestão renal de pequenas proteínas filtradas, na verdade, é um método importante pelo qual peptídeos sinalizadores podem ser removidos da circulação. - Reabsorção no túbulo proximal: na primeira metade do túbulo proximal, o sódio é reabsorvido por cotransporte junto com glicose, aminoácidos e outros solutos. Na segunda metade, entretanto, o sódio é reabsorvido principalmente com íons cloreto, graça ao gradiente eletroquímico – como no início do tubo há a preferência pela reabsorção de sódio, glicose e aminoácidos, a concentração de cloreto no restante do tubo se elava e gera gradiente que leva à difusão desse íon. O túbulo proximal também é local de secreção de ácidos e bases orgânicas, como sais biliares, oxalato, urato e catecolaminas, que normalmente são produtos finais de metabolismo, sendo minimamente reabsorvidos e altamente excretados. O mesmo ocorre com fármacos e drogas, que sofrem depuração rápida pelos rins. - Reabsorção nas alças de henle: consiste em três segmentos distintos: segmento descendente fino, segmento ascendente fino e segmento ascendente espesso. Os segmentos finos têm membrana epitelial fina, sem borda em escova e baixo nível metabólico. A porção descendente do segmento fino é muito permeável à água e moderadamente permeável para maioria dos solutos, incluindo ureia e sódio. A função desse segmento é principalmente permitir a difusão simples dessas substâncias. Os dois segmentos ascendentes são impermeáveis à água, característica importante para a concentração de urina. O segmento espesso possui células são capazes de reabsorver ativamente Na+, Cl- e K +, além de Ca2+ e outros íons. As bombas de Na+ /K+ -ATPase presentes nas células epiteliais desse segmento são importantes para a reabsorção desses solutos, pois cria gradiente de concentração favorável. No segmento espesso, a movimentação do sódio pela membrana luminal é mediada principalmente pelo cotransportador de 1-sódio, 2-cloreto e 1-potássio. Esse cotransportador, embora mova cátions e ânios em quantidades iguais para dentro e fora da célula, ocorre discreto retrovazamento de íons K+, gerando potencial positivo no lúmen tubular. Por sua vez, esse potencial faz com que íons cálcio e magnésio se difundam para o espaço intersticial. O componente ascendente fino tem baixa capacidade de reabsorção e componente descendente não absorve quase nenhum soluto. O segmento ascendente espesso é o local de ação de potentes diuréticos (“de alça”), furosemida, ácido etacrínico e bumetanida, que inibem a ação do cotransportador de sódio, 2-cloreto, potássio. No segmento ascendente espesso também ocorre reabsorção significativa de cátions Mg+, Ca++, Na+ e K+, devido à carga parcialmente positiva do lúmen tubular em relação ao interstício. Além disso, ele é praticamente impermeável à água. - Reabsorção no túbulo distal: recebe o conteúdo proveniente do segmento ascendente espesso da alça de Henle. Sua primeira porção forma a mácula densa, grupo de células epiteliais agrupadas que fazem parte do complexo justaglomerular e faz controle de feedback da filtração glomerular e fluxo sanguíneo no néfron. A segunda porção do túbulo distal é chamada de segmento de diluidor, ela é muito permeável à maioria dos solutos, porém praticamente impermeável à água e ureia, tornando o líquido tubular ainda mais diluído. Os diuréticos tiazídicos agem nessa porção do tubo. São muito utilizados no controle de hipertensão e insuficiência cardíaca, agem inibindo o cotransportador de sódio-cloreto. Esse cotransportador move cloreto de sódio do lúmen tubular para a célula, sendo bloqueado, o sódio fica no lúmen tubular e consequentemente “puxa” mais água por osmose, diminuindo o volume plasmático. - Reabsorção no ducto coletor: é o local de processamento final da urina. Suas células epiteliais têm sua permeabilidade à água regulada pelo ADH, que aumenta a retenção de água à medida que seu nível aumenta. O ducto medular também é permeável à ureia e possui cotransportadores específicos dessa substância e, além disso, esse ducto é capaz de secretar íons H+ contra grande gradiente de concentração, desempenhando papel importante na regulação do equilíbrio acidobásico. Aumentos na PA podem provocar aumento da excreção urinária de sódio e água, fenômenos chamados de natriurese pressórica e diurese pressórica, respectivamente. Por causa dos mecanismos autorreguladores, o aumento da PA entre os limites de 75 e 160 mmHg normalmente tem pouco efeito sobre o fluxo sanguíneo renal e sobre a FG. Mas quando a autorregulação da FG está comprometida, como na doença renal, aumentos na PA produzem efeitos mais drásticos na FG. A pressão arterial renal aumentada gera aumento discreto na pressão hidrostática capilar peritubular, especialmente nos vasa recta da medula renal, e aumento conjunto da PHIR, que intensificam o retorno de sódio para o lúmen tubular, estimulando a maior retenção de água e aumento do débito urinário. A natriurese e diurese pressórica também são afetas pela formação da angiotensina II, que aumenta a reabsorção de sódio pelos túbulos e estimula a secreção de aldosterona, aumentando ainda mais a reabsorção de sódio. Por fim, o controle hormonal da reabsorção tubular se dá principalmente pela angiotensina II, aldosterona e ADH. A aldosterona é secretada pela zona glomerulosa do córtex adrenal. Ele aumenta a reabsorção de sódio, como já mencionado, e também estimula a secreção de potássio. O primeiro local de ação da aldosterona é o túbulo coletor cortical, onde estimula a bomba de Na+ /K+ -ATPase na face basolateral da membrana do túbulo coletor cortical. Os principais estímulos para a aldosterona são a concentração extracelular de potássio aumentada eníveis de angiotensina II elevados, o que normalmente ocorre em situações de baixa de sódio e volume ou pressão sanguínea baixa. – Ou seja, a aldosterona contribui para a regularização do volume do líquido extracelular e pressão sanguínea. A doença de Addison se caracteriza por ausência de aldosterona, por defeitos nas adrenais, enquanto a síndrome de Conn ocorre em pacientes com tumores nas adrenais, apresentado excesso do hormônio. Nesses dois casos, a regulação da concentração de potássio fica muito comprometida. A angiotensina II aumenta a reabsorção de água e é um dos mais potentes retentores de sódio no organismo. Como já mencionado, a angiotensina II é estimulada pela pressão sanguínea baixa ou volume extracelular diminuído, como ocorre em casos de hemorragia ou diarreia grave (fluxograma 1). Esse hormônio auxilia no restabelecimento da homeostase aumentando a reabsorção de sódio nos túbulos renais, estimulando ou a (1) bomba de Na+ /K+ -ATPase ou a (2) troca de Na+ -H + na membrana luminal ou o (3) cotransporte de sódio e bicarbonato. Além disso, a angiotensina também provoca contração as arteríolas eferentes, o que causa aumento da PHCP, aumentando a reabsorção tubular efetiva, e essa contração também gera redução do fluxo sanguíneo renal, elevando a fração de filtração e a PC dos capilares peritubulares, que aumenta a reabsorção de sódio e água. O efeito vasoconstritor da angiotensina II é seletivo, ele ajuda na manutenção da excreção normal de outros resíduos, como ureia e creatinina, mesmo com a retenção de sódio. A angiotensina II também estimula a secreção de aldosterona e consequentemente maior reabsorção de sódio. O ADH (hormônio antidiurético), também chamado de vasopressina, tem como função principal aumentar a permeabilidade à água. O ADH se liga a receptores específicos nos túbulos e ductos coletores, onde aumenta a formação de AMP cíclico e ativa proteinoquinases. Essa ativação atrai as aquaporinas-2 (AQP-2) para a membrana luminal da célula, proteínas que formam canais para a água na membrana, permitindo sua rápida difusão. Existem outros tipos de aquaporinas, mas acredita-se que elas não são reguladas por ADH. Quando o nível de ADH se reduz, as AQP-2 retornam para o citoplasma celular, reduzindo a permeabilidade à água. • Hall John E., et al. Tratado de Fisiologia Médica. 12th ed. Rio de Janeiro: Elsevier Editora Ltda.; 2011. • Silverthorn Dee Unglaub, et al. Fisiologia Humana: Uma Abordagem Integrada. 7th ed. São Paulo: ARTMED EDITORA LTDA.; 2017
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