Filtração da Urina Pelos Rins I

Prévia do material em texto

Universidade Federal do Rio de Janeiro – CCS – IBCCF – Farmácia (Noturno) – PCI II – Fisiologia Renal – Profº Pedro Leme
Filtração Glomerular, Fluxo Sanguíneo Renal e seus Controles
A função principal dos rins é eliminar do corpo material indesejado que é digerido ou produzido pelo metabolismo, mas não só isso. Uma segunda função, especialmente crítica, é controlar o volume e a composição dos líquidos corporais. Para a água e todos os eletrólitos do nosso corpo, o equilíbrio entre ganho e perda é mantido em grande parte pelos rins.
Os rins realizam suas funções mais importantes pela filtração do plasma e posterior remoção de substância do filtrado em taxas variáveis, dependendo das necessidades do corpo.
Entre as múltiplas funções do rim, podemos citar as seguintes:
Excreção de produtos indesejáveis do metabolismo e de substâncias químicas estranhas;
Regulação do equilíbrio de água e eletrólitos;
Regulação da osmolalidade dos líquidos corporais e da concentração de eletrólitos;
Regulação da pressão arterial;
Regulação do equilíbrio ácido-base;
Secreção, metabolismo e excreção de hormônios;
Gliconeogênese
Os rins são os meios primários para a eliminação de produtos indesejáveis do metabolismo que não são mais necessários ao corpo. Esses produtos incluem uréia, creatinina, ácido úrico, produtos finais da quebra da hemoglobina, e metabólitos de vários hormônios. Os rins também eliminam a maioria das toxinas e outras substâncias nocivas que são tanto produzidos quanto ingeridos, tais como pesticidas, drogas e aditivos alimentícios.
Regulação do Equilíbrio de água e eletrólitos: Para a manutenção da homeostase, a excreção de água e eletrólitos deve ser cuidadosamente combinada com os respectivos ganhos. Caso o ganho exceda a excreção, a quantidade de água e eletrólitos no corpo aumentará. Caso contrário, diminuirá.
A entrada de água e muitos eletrólitos são controlados principalmente pelos hábitos na ingestão de sólidos e líquidos do indivíduo, requerendo que os rins ajustem as taxas de excreção de várias substâncias com a respectiva quantidade ingerida. Na figura ao lado mostra a resposta dos rins a um aumento súbito de 10 vezes o normal na ingesta de sódio de um nível baixo de 30 mEq/dia a um nível alto de 300 mEq/dia. Dentro de dois a três dias de adaptação renal à alta entrada de sódio, há um acúmulo modesto de sódio, que discretamente eleva o volume de líquido extracelular e dispara alterações hormonais e outras respostas compensatórias. Essas respostas sinalizam para os rins que este aumente a excreção de sódio.
Regulação da Pressão Arterial. Os rins têm um papel dominante na regulação da pressão arterial a longo prazo pela excreção de quantidades variáveis de sódio e água. Os rins também contribuem para regulação a curto prazo pela secreção de substâncias vasoativos, tais como renina, que leva a formação de produtos vasoativos (ex. angiotensina II).
Regulação do Equilíbrio Ácido-Base. Os rins contribuem para a regulação do equilíbrio ácido base, junto com os pulmões e os tampões dos líquidos corporais.
Regulação da Produção de Eritrócitos. Os rins secretam a eritropoietina, que estimula a produção de hemácias, em condições de hipóxia. Os rins normalmente produzem e secretam quase toda a eritropoietina da circulação.
O Néfron 
Cada rim contém cerca de um milhão de néfrons, cada um deles capaz de formar urina. Cada néfron contém um grupo de capilares glomerulares chamado glomérulo, pelo qual grandes quantidades de líquido são filtradas do sangue, e um longo túbulo, no qual o líquido filtrado é convertido em urina no trajeto para a pelve renal. 
O glomérulo contém uma série de capilares glomerulares que se unificam e se anastomosam e que, comparados com outros capilares, têm uma pressão hidrostática alta. Os capilares glomerulares são cobertos por células epiteliais e todo o glomérulo está envolvido pela cápsula de Bowman. O líquido filtrado dos capilares glomerulares flui para o interior da cápsula de Bowman e daí para o interior do túbulo proximal, que se situa na zona cortical renal.
A partir do túbulo proximal, o líquido flui para o interior da alça de Henle, a qual mergulha no interior da medula renal. Cada alça consiste em um ramo descendente e um ascendente. As paredes do ramo descendente e da parte inferior do ramo ascendente são muito finas, portanto, são denominadas de segmento fino da alça de Henle. Após a porção ascendente da alça ter retornado parcialmente de volta ao córtex, as paredes tornam-se mais espessas e são denominadas segmento grosso (ou espesso) do ramo ascendente.
No final do segmento grosso do ramo ascendente está um segmento curto, que na realidade é uma placa na parede do túbulo, conhecida como mácula densa. Esta tem um papel importante no controle da função do néfron. Depois dessa mácula densa, o líquido entra no túbulo distal, que, como o túbulo proximal, situa-se no córtex renal. Este é seguido pelo túbulo conector e o túbulo coletor cortical, que levam ao ducto coletor cortical. Vários ductos coletores juntam-se e formam um único ducto coletor maior que se dirige para a medula e forma o ducto coletor medular. Os ductos coletores se unem para formar ductos progressivamente maiores que se esvaziam na pelve renal através das extremidades das papilas renais.
Néfrons Corticais e Justamedulares. Os néfrons que têm os glomérulos localizados na zona cortical externa são chamados de néfrons corticais; eles tem alças de Henle curtas que penetram apenas em uma pequena extensão no interior da medula.
Cerca de 20 a 30% dos néfrons têm glomérulos mais profundos, no córtex renal, perto da medula, e são chamados de néfrons justamedulares. Estes néfrons têm longas alças de Henle que mergulham profundamente no interior da medula, em direção às papilas renais.
Para os néfrons corticais, todo o sistema tubular é envolvido por uma extensa malha de capilares peritubulares. Para os néfrons justamedulares, longas arteríolas eferentes estendem-se dos glomérulos para a região externa da medula e então se dividem em capilares peritubulares especializados, chamados vasa recta, que se estendem para o interior da medula, acompanhando as alças de Henle. Assim como a alça de Henle, os vasa recta retornam para a zona cortical e esvaziam-se nas veias corticais.
Filtração Glomerular, Reabsorção Tubular e Secreção Tubular
As taxas com que as diferentes substâncias são excretadas na urina representam a soma de três processos renais, mostrados na figura a seguir:
Taxa de Excreção Urinária = Taxa de filtração – Taxa de reabsorção + Taxa de secreção
A formação da urina começa quando uma grande quantidade de líquido praticamente sem proteínas é filtrado dos capilares glomerulares para o interior da cápsula de Bowman. A maior parte das substâncias no plasma, exceto as proteínas, é livremente filtrada, de forma que a concentração dessas substâncias no filtrado glomerular da cápsula de Bowman é a mesma do plasma. Conforme o filtrado sai da cápsula de Bowman e flui nos túbulos, ele é modificado pela reabsorção de água e solutos específicos de volta para os capilares peritubulares ou pela secreção de outras substâncias dos capilares peritubulares para os túbulos.
A figura abaixo mostra a depuração renal de quatro substâncias hipotéticas. A substância mostrada no painel A é livremente filtrada pelos capilares glomerulares, mas não é reabsorvida e nem tampouco secretada. Portanto, a taxa de excreção é igual à taxa com que foi filtrada. Certas substâncias, como a creatinina, são depuradas pelos rins desta maneira, permitindo a excreção de praticamente tudo o que é filtrado.
No painel B, a substância é livremente filtrada, mas também é parcialmente reabsorvida dos túbulos de volta para a corrente sanguínea. Portanto, a taxa de excreção urinária é menor que a taxa de filtração pelos capilares glomerulares. Nesse caso, a taxa de excreção é calculada como a taxa de filtração menos a taxa de reabsorção. Isso é típico para muito eletrólitos.
No painel C, a substância élivremente filtrada nos capilares glomerulares, mas não é excretada na urina porque toda a substância filtrada é reabsorvida dos túbulos de volta para a corrente sanguínea. Este padrão ocorre em algumas substâncias nutricionais que estão presentes no sangue, como aminoácidos e glicose. Este tipo de depuração permite a conservação dessas substâncias nos líquidos corporais.
A substância no painel D é livremente filtrada nos capilares glomerulares e não é reabsorvida, mas quantidades adicionais dessa substância são secretadas dos capilares pertubulares para os túbulos renais. Este padrão frequentemente ocorre em ácidos e base orgânicos e permite que essas substâncias sejam rapidamente retiradas do sangue para serem excretadas em grande quantidade. A taxa de excreção nesse caso é calculada como a taxa de filtração mais a taxa de secreção tubular. 
Para cada substância plasmática, ocorre uma combinação de filtração, reabsorção e secreção. A taxa com que cada substância é excretada na urina depende das taxas relativas desses três processos renais básicos.
Filtração, Reabsorção e Secreção de Diferentes Substâncias
Em geral, reabsorção tubular é quantitativamente mais importante do que a secreção na formação da urina, mas a secreção tem um papel importante na determinação das quantidades de potássio, íon hidrogênio e outras poucas substâncias que são secretadas na urina. A maioria das substâncias que devem ser retiradas do sangue, principalmente os produtos finais do metabolismo, como a ureia, creatinina, ácido úrico e uratos, é pouco absorvida e, portanto, excretada em grandes quantidades da urina. Certas drogas e substâncias estranhas são também pouco absorvidas, mas, além disso, são secretadas do sangue para os túbulos de forma que suas taxas de secreção são altas. Opostamente, eletrólitos como íon sódio, cloreto e bicarbonato são altamente reabsorvidos, e, assim, pequenas quantidades aparecem na urina. Certas substâncias nutricionais tais como aminoácidos e glicose, são completamente reabsorvidas dos túbulos para o sangue e não aparecem na urina mesmo que grandes quantidades sejam filtradas pelos capilares glomerulares.
Cada um dos processos – filtração glomerular, reabsorção tubular e secreção tubular – regulado de acordo com as necessidades corporais. Por exemplo, quando há excesso de sódio no corpo, a taxa com que o sódio é filtrado aumenta e uma pequena fração do sódio filtrado é reabsorvida, resultando na excreção urinária aumentada de sódio.
Para a maioria das substâncias, as taxas de filtração e reabsorção são extremamente altas em relação às taxas de excreção. Portanto, ajustes sutis na filtração glomerular ou na reabsorção tubular podem levar a alterações relativamente grades na excreção renal. Por exemplo, um aumento na taxa de filtração glomerular (TFG) de apenas 10% poderia elevar o volume urinário em 13 vezes se a reabsorção tubular permanecesse constante. Na realidade, alterações na filtração glomerular e reabsorção tubular geralmente agem de modo coordenado para produzir as alterações necessárias na excreção renal.
Por que grandes quantidades de solutos são filtradas e depois reasorvidas pelos rins? Uma vantagem da alta TFG e que ela permite que os rins rapidamente removam os produtos indesejáveis do corpo que dependem primariamente da filtração glomerular para excreção.
Uma segunda vantagem da alta TFG é que ela permite que todos os líquidos corporais sejam filtrados e processados pelos rim muitas vezes a cada dia.
Filtração Glomerular – O Primeiro Passo na Formação da Urina
A formação da urina começa com a filtração de grandes quantidades de líquido através dos capilares glomerulares para o interior da cápsula de Bowman. Como a maioria dos capilares, os capilares glomerulares são relativamente impermeáveis às proteínas, assim o líquido filtrado é essencialmente livre de proteínas e desprovido de elementos celulares como as hemácias.
As concentrações de solutos do filtrado são similares às concentrações no plasma, exceto as substâncias que são ligadas a proteínas plasmáticas.
A TFG é determinada pelo equilíbrio das forças hidrostáticas e coloidosmóticas agindo através da membrana capilar e o coeficiente de filtração capilar (Kf), que é o produto da permeabilidade e da área de superfície de filtração dos capilares. Os capilares glomerulares têm uma taxa de filtração muito maior que a maioria dos outros capilares devido à alta pressão hidrostática glomerular e a um alto Kf. No humano adulto médio, a TGF é cerca de 125 mL/min ou 180 L/dia. A fração do fluxo plasmático renal filtrado (fração de filtração) é em média de 0,2; isso significa que cerca de 20% do plasma que flui através dos rins é filtrado através dos capilares glomerulares. A fração de filtração é calculada como se segue:
Fração de filtração = TFG/Fluxo plasmático renal
Membrana Capilar Glomerular
A membrana capilar glomerular é semelhante a de outros capilares, exceto por possuir três camadas principais: (1) o endotélio capilar, (2) a membrana basal e (3) uma camada de células epiteliais (podócitos) ao redor da superfície externa da membrana basal capilar. Juntas, essas camadas compõem uma barreira de filtração que, apesar das três camadas, filtra diversas centenas de vezes mais água e solutos que uma membrana capilar normal.
O endotélio capilar é perfurado por milhares de pequenos orifícios chamados de fenestrações, semelhantes aos capilares fenestrados do fígado. As células endoteliais são ricamente envolvidas com cargas negativas que impedem a passagem de proteínas.
O redor do endotélio está a membrana basal, que consiste numa trama de colágeno e fibrilar proteoglicanas que têm grandes espaços pelos quais grandes quantidades de água e de pequenos solutos podem ser filtradas. A membrana basal evita de modo eficiente que a filtração de proteínas plasmáticas, em parte por causa da grande quantidade de cargas negativas associadas aos proteoglicanos.
A última parte compõe os podócitos, uma camada de células epiteliais que envolvem a superfície externa dos capilares. Os podócitos são separados por lacunas chamadas de fendas de filtração através das quase o filtrado glomerular se move. As células epiteliais que também têm cargas negativas, fornecem restrições adicionais para a filtração de proteínas plasmáticas.
A filtrabilidade dos solutos é inversamente relacionada ao seu tamanho. A membrana capilar glomerular é mais espessa que a da maioria dos outros capilares, mas também é muito mais porosa e, portanto, filtra líquidos a uma taxa mais alta. Entretanto, a barreira de filtração glomerular é seletiva na determinação de quais moléculas serão filtradas, com base no seu tamanho e carga elétrica.
A tabela a seguir lista o efeito do tamanho molecular sobre a filtrabilidade de diferentes moléculas. A filtrabilidade de 1,0 significa que a substância é filtrada tão livremente quanto a água; uma filtrabilidade de 0,75 significa que a substância é filtrada apenas 75% tão rapidamente quanto a água. Note que eletrólitos tais como sódio e compostos orgânicos simples como a glicose são livremente filtrados.
Fluxo Sanguíneo Renal
Assim como em outros tecidos, o fluxo sanguíneo supre os rins com nutrientes e remove produtos indesejáveis. Entretanto, o fluxo alto para os rins excede em muito esta necessidade (o fluxo sanguíneo é de aproximadamente 22% do débito cardíaco). O propósito desse fluxo adicional é suprir plasma suficiente para se ter altas taxas de filtração glomerular que são necessárias para a regulação precisa dos volumes de líquidos corporais e concentrações de solutos. Como é de se esperar, os mecanismos que regulam o fluxo sanguíneo renal estão intimamente ligados ao controle da TFG e às funções secretoras dos rins.
Determinantes do Fluxo Sanguíneo Renal
O fluxo sanguíneo renal é determinado pelo gradiente de pressão através da vasculatura renal (a diferença entre as pressões hidrostáticas na artéria renal e na veia renal) dividido pela resistência vascular renal total:
A pressão naartéria renal é aproximadamente igual à pressão arterial sistêmica, e a pressão na veia renal é em média de 3 a 4 mmHg na maioria das condições. A resistência vascular total através dos rins é determinada pela soma das resistências nos segmentos vasculares individuais, incluindo as artérias, arteríolas, capilares e veias.
O fluxo sanguíneo nos Vasa Recta da medula renal é muito baixo, comparado ao fluxo no córtex renal. A fluxo para a medula renal é suprido por uma parte especializada do sistema capilar peritubular denominada vasa recta (ou os “vasos retos”) Esses vasos entram na medula paralelamente ao ramo descendente das alças de Henle, formam várias alças em diferentes níveis da medula e retornam ao córtex também paralelo às alças de Henle antes de escoarem para o sistema venoso.
Controle Fisiológico da Filtração Glomerular e Fluxo Sanguíneo Renal
As variáveis da TFG são influenciadas pelo sistema nervoso simpático, hormônios e vasoativos, e outros controles por feedback que são intrínsecos aos rins.
Ativação do Sistema Nervoso Diminui a TFG. Essencialmente, todos os vasos sanguíneos renais são ricamente enervados pelas fibras nervosas simpáticas. A forte ativação dos nervos simpáticos renais pode produzir constrição das arteríolas renais e diminuir o fluxo sanguíneo renal e a TFG.
Controle Hormonal e Autacóide da Circulação Renal
Vamos citar agora os vários hormônios e autacóides que podem influenciar a TFG e o fluxo sanguíneo renal.
Noradrenalina, adrenalina e endotelina provocam vascoconstrição renal e diminuem a TFG. Em geral, os níveis sanguíneos de adrenalina e noradrenalina acompanham a atividade do sistema nervoso simpático.
A endotelina é um peptídeo que pode ser liberado por células endoteliais vasculares lesionadas. Ela pode contribuir para hemostasia quando um vaso é avariado, o que lesiona um endotélio e libera esse poderoso vasoconstritor.
Angiotensina II provoca constrição das arteríolas eferentes. A angiotensina II eleva a pressão hidrostática glomerular enquanto reduz o fluxo renal. O aumento de ANG II ocorre na diminuição da pressão arterial ou depleção volumétrica, que tendem a diminuir o TFG. Nessas circunstâncias, a angiotensina II previne as diminuições da pressão hidrostática e na TFG; ao mesmo tempo, entretanto, a redução do fluxo sanguíneo renal causada pela constrição arteriolar eferente contribui para o fluxo reduzido pelos capilares peritubulares, o que, por sua vez, aumenta a reabsorção de sódio e água. Isso será melhor explicado posteriormente.
O óxido nítrico diminui a resistência vascular renal e aumenta a TFG. Um nível basal na produção do óxido nítrico é importante para a manutenção da vasodilatação dos rins. Isso permite que os rins excretem quantidades normais de sódio e água.
Prostaglandinas e Bradicininas tendem a aumentar o TFG. Estas moléculas causam vasodilatação e aumentam o fluxo sanguíneo renal. Pela oposição da vasoconstrição, as prostaglandinas podem ajudar a evitar reduções excessivas na TFG e no fluxo sanguíneo renal.
Auto-regulação da TFG e Fluxo Sanguíneo Renal
Mecanismo de feedback intrínsecos dos rins normalmente mantém o fluxo sanguíneo renal e a TFG relativamente constantes, mesmo com alterações marcantes na pressão sanguíneo arterial. Essa relativa constância é conhecida como auto-regulação.
A função primária a autoregulação nos rins é manter uma TFG relativamente constante e permitir o controle preciso da excreção renal de água e solutos.
A TFG normalmente permanece auto-regulada, apesar de consideráveis flutuações na pressão arterial que ocorrem durante as atividades diárias de um indivíduo.
Estes mecanismos não são perfeitos mas evitam grandes alterações que poderiam ocorrer na TFG e na excreção renal de água e solutos, que de outra forma ocorreriam com alterações na pressão sanguínea. 
Papel do Feedback Tubuloglomerular na Auto-regulação da TFG
Para realizar a função de auto-regulação, os rins têm um mecanismo de feedback que relaciona as mudanças na concentração de cloreto de sódio na mácula densa com o controle da resistência arteriolar renal. Esse feedback premite assegurar um fornecimento relativamente constante de cloreto de sódio ao túbulo distal e ajuda a prevenir flutuações espúrias na excreção renal que de outro modo ocorreriam. Em muitas circunstâncias, esse feedback auto-regular o fluxo sanguíneo renal e, em paralelo, a TFG.
O mecanismo de feedback tubuloglomerular tem dois componentes que agem em conjunto para controlar a TFG: (1) um mecanismo de feedback arteriolar aferente e (2) um mecanismo de feedback arteriolar eferente. Esses mecanismos de feedback dependem de arranjos anatômicos especiais do complexo justaglomerular.
O complexo justaglomerular consiste em células das mácula densa na porção inicial do túbulo distal e células justaglomerulares nas paredes das arteríolas aferentes e eferentes. A mácula densa é um grupo de células especializadas nos túbulos distais que estão em contato íntimo com as arteríolas aferentes e eferentes.
A diminuição da concentração de cloreto de sódio na mácula densa causa dilatação das arteríolas aferentes e aumento da liberação de Renina. As células da mácula densa percebem alterações no volume que chega ao túbulo distal por meio de mecanismos específicos. A TFG diminuída torna mais lento o fluxo na alça de Henle, causando reabsorção aumentada de íons sódio e cloreto no ramo ascendente, reduzindo, através disso, a concentração de cloreto de sódio nas células da mácula densa. Essa redução na concentração de cloreto de sódio inicia um sinal que tem dois efeitos: (1) reduz a resistência ao fluxo sanguíneo nas arteríolas aferentes, que eleva a pressão hidrostática glomerular e ajuda a retornar a TFG ao normal e (2) aumenta a liberação de renina pelos células justaglomerulares. A renina liberada por essas células funciona como uma enzima que aumenta a formação de angiotensina I, que é convertida em angiotensina II. Finalmente, a ANG II contrai as arteríolas eferentes, o que aumenta a pressão hidrostática glomerular e retorna o TFG ao normal.