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Capítulo 4 Função Tubular Antonio Carlos Seguro, Lúcia H. Kudo e Claudia M. de B. Helou INTRODUÇÃO TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA EPITELIAL PROCESSOS REGULADORES DE TRANSPORTE TRANSPORTE AO LONGO DO NÉFRON Túbulo proximal Alça de Henle características de transporte de suas duas membranas: apical e basolateral (Fig. 4.2). A membrana apical ou luminal, que está em contato direto com o fluido tubular, apresenta diferentes canais iônicos, carregadores, trocadores e co-transportadores, de acordo com as necessidades de transporte do segmento, além de bombas de transporte ativo, como a H�-ATPase. A membrana basolateral é a que está em contato com o espaço intercelular e o capilar peritubular. Além de canais e outros tipos de transportes facilitados, a membrana ba- solateral apresenta uma densidade variável de bombas, que utilizam a energia liberada pela hidrólise do ATP para transportar ativamente o Na� para fora e o K� para o inte- rior da célula (Fig. 4.3). Essas bombas são na verdade en- zimas transportadoras e são denominadas de Na�,K�- ATPases. Em condições normais as Na�,K�-ATPases distri- buem-se apenas na face basolateral das células tubulares renais. Como esta enzima necessita de ATP, a sua distri- buição nos segmentos do néfron é diretamente proporcio- nal aos segmentos que possuem maior quantidade de mi- tocôndrias. Portanto, o túbulo contornado proximal e a porção espessa ascendente da alça de Henle são os segmen- tos do néfron que apresentam maior distribuição quanti- tativa da Na�,K�-ATPase. A maior parte do transporte de solutos e de água no epitélio renal é realizada pela via transcelular, ou seja, atra- vés da célula. Mas o fluido e os solutos podem atingir o Túbulo contornado distal Túbulo de conexão Ducto coletor BIBLIOGRAFIA SELECIONADA ENDEREÇOS RELEVANTES NA INTERNET INTRODUÇÃO O néfron é a unidade funcional do rim e é constituído pelo glomérulo e 14 segmentos tubulares. O trabalho de milhões de néfrons resulta na formação da urina. Cerca de 25% do plasma que atinge o rim são ultrafiltrados pelos glo- mérulos, levando à formação de 100 a 120 ml/min de ultrafiltrado em média no homem. Entretanto, apenas 1,2% desse volume é eliminado, e o restante reabsorvido da luz tubular para o espaço peritubular (Fig. 4.1). Ao lado deste intenso processo de reabsorção temos outro, não menos importante, o de secreção tubular. Este se caracteriza pelo transporte de substâncias do espaço peri- tubular (vasos e interstício) para a luz tubular. Este pro- cesso permite a excreção pela urina de substâncias que não passaram pela barreira dos capilares glomerulares, como macromoléculas ou partículas ligadas a proteínas. Portanto, a formação da urina resulta de três processos: 1. Filtração glomerular 2. Reabsorção tubular 3. Secreção tubular O túbulo renal é formado por uma parede de epitélio simples, ou seja, uma única camada de células que repou- sa sobre a membrana basal birrefringente. As células epi- teliais renais são ditas polarizadas devido às diferentes 38 Função Tubular G L O M É R U L O ARTÉRIA EFERENTE 14-20 mM/min NaCl 1-2 kg/dia ARTÉRIA AFERENTE TÚBULO DISTAL E COLETOR 60%-80% TÚBULO PROXIMAL 3%-5% 20%-25% ALÇA DE HENLE 1-10 g0,1%-1% NaCl Fig. 4.1 Filtração glomerular e reabsorção tubular de NaCl ao longo do néfron. Observe que apenas 0,1% da carga filtrada de NaCl é eliminada na urina. Fig. 4.2 Célula do início e do final do túbulo proximal demonstrando o transporte de Na�, Cl� e H2O através das vias transcelular e paracelular. PROTEÍNAS PLASMÁTICAS Na� Na� Cl� H2O CAPILAR PERITUBULAR K+ ATP GLICOSE CÉLULA INICIAL �70 mV GLICOSE H+ + OH� + CO2 HOH A.C. HCO3 “TIGHT JUNCTION” Cl� ATP K+ Cl� CÉLULA FINAL MEMBRANA APICAL MEMBRANA BASAL Na+ Na+ Na+ H+ ÂNION ENDOTÉLIO Na+ capítulo 4 39 capilar pela via paracelular, que é através das junções estrei- tas (tight junctions) e do espaço intercelular, portanto, o movimento é realizado pela face lateral das células. As junções estreitas variam de morfologia e de componentes dependendo do segmento, e por isso são denominadas atualmente de complexos juncionais. É através da alta ou da baixa condutância dos complexos juncionais que se deter- mina a resistência ao movimento molecular pela via para- celular em muitas células. Pode-se citar como exemplo o túbulo contornado proximal, que é considerado como seg- mento do néfron cujo epitélio é de vazamento devido à alta condutância do complexo juncional (Fig. 4.2). O contrário é observado no ducto coletor medular interno, onde as células epiteliais são fortemente aderidas devido à presença de complexos juncionais de baixa condutância, além de desmossomos. TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA EPITELIAL O transporte de uma substância através de uma mem- brana epitelial pode ser feito por: 1. Mecanismo passivo 2. Mecanismo ativo Nos processos de transporte passivo, o movimento transepitelial (reabsorção ou secreção) se faz sem gasto de energia, obedecendo às forças físicas como gradiente quí- mico (reabsorção de uréia), pressão hidrostática (filtração glomerular), gradiente elétrico (reabsorção de cloretos no túbulo proximal) ou pela diferença de potencial eletroquí- mico ocorrido pelo transporte de algum íon, ou então pela força física resultante do movimento do arrasto do solvente (solvent drag). O transporte passivo pode ser então por sim- ples difusão ou por difusão facilitada através de poros, carre- gadores ou canais existentes na membrana. O processo de difusão simples através do epitélio ocor- re com muitas substâncias ao longo do néfron, caracteri- zando-se pela migração transmembrana de uma substân- cia apenas sob a ação do gradiente químico, elétrico ou então de pH. Neste caso a quantidade transportada depen- derá apenas do gradiente existente e da maior ou menor permeabilidade da membrana em relação à substância a ser transportada. Com relação ao solvente como a água, que também é reabsorvida em muitos segmentos do néfron, a difusão passiva se dá no túbulo renal por osmose, isto é, a água se movimenta do meio menos concentrado (com menor os- molalidade) para o mais concentrado (com maior osmola- lidade). O coeficiente de reflexão do soluto, que pode va- riar de zero a um, é que determina o movimento da água através da membrana. Quanto maior o coeficiente de re- flexão, maior a capacidade do soluto de produzir um mo- vimento de água através da membrana. Isto é, o soluto que possui alto coeficiente de reflexão exerce maior pressão osmótica para um mesmo gradiente de concentração. A osmose determina a reabsorção de 99% da água filtrada pelo glomérulo, e é este tipo de transporte que permite a formação de urina concentrada (alta osmolalidade). Fig. 4.3 Estrutura da Na�-K�-ATPase. (A) A bomba pode ser um heterodímero �, �. A subunidade � contém os sítios de ligação para Na� (1), para ATP (4), para fosforilação (5), para K� (2) e para ouabaína (3). (B) O painel inferior mostra a subunidade � atra- vessando a membrana sete a oito vezes. A subunidade �, que é glicosilada em sua porção extracelular, atravessa somente uma vez a membrana. A função da subunidade � não é conhecida, mas ela é indispensável para o completo funcionamento da Na�-K�- ATPase. A B 2K+ � Ouabaína Citoplasma 3 Na+ Mg ATP Mg ADP + Pi subunidade � subunidade � 3 2 1 4 5 C C 2 3 N N 1 4 5 C ? ? � c a b Pontos-chave: • A formação da urina se deve à filtração glomerular e ao trabalho do epitélio tubular em processos de reabsorção e secreção • O transporte tubular se faz pelas vias transcelular e paracelular através dos complexos juncionais • O gradiente eletroquímico gerado pela Na�,K�-ATPase inserida na membrana basolateral é o responsávelpor diversos transportes que ocorrem na membrana luminal 40 Função Tubular O gradiente gerado por pH também pode induzir difu- são passiva de uma substância pela membrana epitelial. Provavelmente devido à natureza hidrofóbica da membra- na celular, formas não-ionizadas de ácidos e bases fracas penetram mais rapidamente do que formas ionizadas. Considerando que em muitos segmentos do néfron o pH do fluido tubular difere do existente no espaço peritubu- lar, a geração de um gradiente de pH favorece a difusão de ácidos e bases fracas pelo epitélio. Se o pH do fluido tubular for mais ácido, como ocorre normalmente, o gra- diente resultante favorecerá a reabsorção de ácidos fracos do lúmen para o espaço peritubular. Mesmo que a concen- tração do ácido fraco seja idêntica nos dois lados do epité- lio, o baixo pH luminal favorecerá a não-dissociação do ácido e portanto a sua difusão do espaço luminal para o peritubular. Entretanto, se o pH luminal for mais elevado que o do espaço peritubular, a dissociação do ácido será favorecida, resultando em menor reabsorção, por ser esta forma menos permeável (Fig. 4.4). O inverso ocorre com bases fracas. A acidificação do flui- do tubular aumenta a dissociação de bases fracas, dificul- tando então a sua difusão do lúmen para o espaço peritu- bular (Fig. 4.4). Em resumo, a evidência de transporte passivo origina- se de duas observações básicas: 1a) desaparecimento do transporte quando se abole ou anula o gradiente elétrico e/ou químico; 2a) quando o uso de inibidores metabólicos não altera o transporte da substância em estudo. No caso de transporte ativo, a reabsorção ou a secreção de uma determinada substância se faz contra gradiente elétrico, químico ou ambos, e por conseguinte é feita à custa de energia. No transporte ativo temos uma dependência imediata do metabolismo celular, e a inibição deste deter- mina a parada do transporte. Os transportadores que utilizam diretamente a energia liberada pela hidrólise do ATP são considerados como ele- mentos de transporte ativo primário e são chamados de bom- bas. Na verdade, as bombas são enzimas que possuem um sítio de ligação para o ATP e por isso são também conheci- das como ATPases. A fosforilação destas enzimas permite que íons sejam transportados contra gradientes químicos e/ou elétricos (Fig. 4.3). Um bom exemplo é a Ca��-ATPa- se, que ativamente transporta o Ca�� do intracelular, cuja concentração é de 100 a 150 nM, para o interstício, onde a concentração deste íon é aproximadamente 6.000 a 10.000 vezes maior (1 mM). A energia liberada por uma ATPase para o transporte de um íon pode induzir um gradiente eletroquímico que facilita o movimento desse íon a favor do gradiente gera- do. A este transporte iônico pode-se acoplar um outro so- luto que poderá ser na mesma direção, co-transporte, ou em sentido oposto, antiporte. Por isso, este transporte acopla- do é tido como transporte secundariamente ativo (Fig. 4.2). Como exemplo de co-transporte secundariamente ati- vo podemos citar o de Na�-glicose que existe na face lu- minal das células do túbulo proximal. As Na�,K�-ATPases presentes na face basolateral dessas células geram um gra- diente eletroquímico que facilita a entrada de Na� pela face luminal (Fig. 4.2). Esta entrada pode ser através de uma proteína transportadora que possui sítios específicos para Na� e para glicose (Fig. 4.5). Primeiro, o Na� se liga ao seu respectivo sítio e produz uma alteração na conformação protéica do carregador, expondo o sítio para a ligação da glicose. Essa segunda ligação (glicose e receptor) provoca uma nova alteração na estrutura da proteína, permitindo que tanto o Na� quanto a glicose atravessem a membrana. Portanto, Na� e glicose passam pela membrana lipoprotéi- ca utilizando a energia liberada pela Na�,K�-ATPase. A florizina pode inibir este co-transporte, competindo com a glicose pelo mesmo sítio de ligação no carregador. A li- gação da florizina ao sítio não promove a segunda altera- ção na proteína carregadora, impedindo então o co-trans- porte Na�-glicose (Fig. 4.5). Em muitos segmentos do néfron a secreção de H� ocor- re através do transportador Na�-H�. Este sistema trocador de íons é também secundariamente ativo, pois a secreção de H� para a luz tubular é feita acoplada a um movimento contrário de Na�. O Na� movimenta-se da luz para o in- tracelular a favor de gradiente eletroquímico gerado pela atividade da Na�,K�-ATPase (Fig. 4.2). Convém também citar um tipo especial de transporte ativo, que é a endocitose. Macromoléculas são reabsorvidas através do seu envolvimento pela membrana apical, resul- tando em invaginações e formação de vacúolos. Quando o conteúdo dos vacúolos é de substâncias sólidas, esse processo recebe o nome de fagocitose, e quando o vacúolo é formado por fluido, a denominação é de pinocitose. No citoplasma, o material fagocitado pode sofrer ações de di- gestão. A extrusão do conteúdo vacuolar para o extracelu- A HA HA H� A� B� OH� H� A pH 5,5 pH 7,4 PERITUBULAR LUZ TUBULAR BOH BOH pH 8,5 B� OH� pH 7,4 PERITUBULARLUZ TUBULAR B Fig. 4.4 Difusão transtubular à custa de um gradiente de pH. Esquema A: reabsorção de um ácido fraco (HA) e ausência de reabsorção de base fraca (BOH) em virtude de o pH do fluido tubular ser inferior ao peritubular. Esquema B: reabsorção de uma base fraca (BOH) e não-reabsorção de ácido fraco decorrente de um pH urinário alcalino. capítulo 4 41 lar recebe o nome de exocitose e consiste na fusão da mem- brana vacuolar à membrana basolateral da célula e conse- qüente extrusão do conteúdo do vacúolo para o espaço extracelular. Nos túbulos renais o transporte de macromoléculas é representado principalmente pela reabsorção de proteínas filtradas pelo glomérulo, que ocorre logo no primeiro seg- mento do néfron, túbulo contornado proximal. Pontos-chave: • Transporte passivo: difusão, difusão facilitada, “solvent-drag” • O transporte ativo é realizado por ATPases, enzimas que hidrolisam o ATP • O gradiente eletroquímico gerado pelas ATPases pode permitir o transporte secundário de outros íons PROCESSOS REGULADORES DE TRANSPORTE Didaticamente podemos dividir os processos regulado- res de transporte em: fatores cinéticos, endocitoses- exocitoses e segundos mensageiros. Os fatores cinéticos modulam a velocidade de transporte alterando a concentração de solutos. O transporte de uma substância pode ser saturável ou insaturável, independente de ele ser ativo ou passivo. Um transporte é classificado como saturável quando a quantidade da substância transportada na unidade de tem- po aumenta até um certo limite, acima do qual o aumento da substância a ser transportada não mais incrementa o transporte, pois alcançou o transporte máximo, Tm. Portan- to, quando se atinge o Tm de uma substância, nem a adi- ção de energia, no caso de transporte ativo, nem o aumen- to do gradiente químico e/ou elétrico, no caso de transpor- te passivo, aumenta o transporte. A existência de um transporte máximo saturável pode ser decorrente de vários mecanismos: 1. Existência de um carregador auxiliando no transporte. Então, o Tm da substância a ser transportada é deter- minado pela quantidade de carregadores existentes, ou, então, se o sítio de ligação a uma determinada substân- cia apresenta afinidade a uma outra, resultando em um processo de competição. A galactose por exemplo com- pete com a glicose pelos mesmos receptores da proteí- na carregadora presente no túbulo contornado proxi- mal. 2. Limite de energia para transporte ativo. Por exemplo, o Tm de glicose pode ser diminuído pela presença de transporte de fosfato que compete pela energia libera- da pela Na�,K�-ATPase. 3. Limite do gradiente eletroquímico gerado pelo transpor- te ativo. Assim, uma substância ou íon sendo transpor- tado da luz tubular para o espaçoperitubular por um Na� Na� Na� FLORIZINA TIRO- SINA LISINA GLICOSE Na� GLICOSE OU FLORIZINA FLORIZINA GLICOSE Na� Fig. 4.5 Representação esquemática do co-transporte Na�-glicose. Os sítios de ligação de sódio e glicose na proteína transportadora localizam-se no lado externo da membrana celular. A ligação do sódio causa alteração estrutural na enzima transportadora, resul- tando na exposição do sítio de ligação à glicose. A interação glicose e receptor induz uma segunda alteração estrutural que permite a passagem do Na� e da glicose para o interior da célula. A florizina pode competir com a glicose pelo receptor. Entretanto, a ligação florizina-receptor não induz alteração estrutural, impedindo então que tanto florizina quanto Na� sejam transportados para o intra- celular. 42 Função Tubular mecanismo ativo diminuiria progressivamente sua con- centração luminal, aumentando-a no espaço peritubu- lar se esses fluidos não fossem removidos. Este aumen- to de concentração no espaço peritubular e o gradiente elétrico criado pelo transporte favorecem a volta deste íon ou da substância para a luz tubular, anulando o tra- balho ativo efetuado. O processo de endocitose-exocitose é considerado como regulador de transporte, pois em condições de repouso os transportadores podem estar seqüestrados em vesículas logo abaixo da membrana apical. É necessário um estímu- lo apropriado para que ocorra a inserção dessas proteínas formando evaginações na face luminal da membrana. O aumento de inserções dessas proteínas favorece o transpor- te da substância em questão. Como exemplos podemos citar a secreção de H� e o fluxo de água induzido pela va- sopressina. No caso da secreção de H�, a acidificação da célula é o estímulo para a inserção na borda luminal das vesículas que contêm as H�-ATPases. No caso do transpor- te de água estimulado pela vasopressina, os canais de água (aquaporinas) são ancorados à membrana através da ge- ração de AMP cíclico e portanto com a utilização de um segundo mensageiro. A exocitose por sua vez requer a ação integrada do citoesqueleto celular. Assim, um estímulo in- duz o aumento de circulação de vesículas ativando tanto a endocitose quanto a exocitose. A regulação de transporte através da ação de segundos mensageiros vem sendo amplamente estudada, principal- mente nos últimos anos. Entre eles podemos citar a gera- ção do AMP e GMP cíclicos e a variação da concentração do Ca�� livre intracelular ([Ca��i]), que podem modular diretamente as proteínas transportadoras ou afetar a aber- tura de um canal iônico. Na regulação de transporte existe ainda o fenômeno de adaptação ao longo do tempo. O melhor exemplo é o da esti- mulação da reabsorção de Na� no ducto coletor induzido pela aldosterona. Este hormônio estimula a produção de proteínas que ativam os canais de Na+ existentes na mem- brana luminal, como também aumenta a síntese de Na�,K�- ATPase. Este mineralocorticóide também favorece a inser- ção e a ativação desta bomba na membrana basolateral. A capacidade metabólica da célula também é influenciada pela mediação da aldosterona a nível de mitocôndria e portanto pela produção de ATP (Fig. 4.3). Assim, a aldos- terona é um agonista que participa da adaptação da célula do ducto coletor para aumentar o transporte de Na� neste segmento do néfron. TRANSPORTE AO LONGO DO NÉFRON Túbulo Proximal O túbulo proximal, segmento que segue imediatamen- te o glomérulo, é responsável pela reabsorção da maior parte das substâncias que são filtradas pelo glomérulo. Por isso, este segmento do néfron desempenha importante papel no controle da eliminação de diversas substâncias. Assim, pequenas alterações na intensidade de reabsorção ao nível do túbulo proximal podem causar variações sig- nificantes na excreção urinária de uma dada substância. O túbulo proximal é constituído por três segmentos. Os dois primeiros, que são denominados de S1 e S2, correspon- dem à parte convoluta do túbulo e a eles se segue uma porção retificada, S3, conhecida também como pars recta. A maior parte de água, sódio e cloro filtrados pelo gloméru- lo (60% a 70% da carga filtrada) é reabsorvida pelo túbulo proximal (Fig. 4.1). A análise da composição química do fluido obtido do túbulo proximal mostra que a concentração de Na� perma- nece idêntica à do plasma (�140 mEq/L), assim como a osmolaridade. Estes dados indicam, então, que a reabsor- ção do Na� nesta região do néfron é acompanhada pela mesma proporção de água, portanto, uma reabsorção isotô- nica. Como já foi referido em parágrafos anteriores, a entra- da do Na� pela membrana apical das células do túbulo proximal ocorre através de mecanismos passivos a favor de um gradiente eletroquímico gerado pelas Na�,K�- ATPases presentes na membrana basolateral. Na verdade, esses mecanismos são secundariamente ativos, pois utili- zam a energia liberada pela quebra do ATP. A entrada de sódio na célula se faz através de dois mecanismos: 1. co-transporte que pode ser com a glicose, com o fosfato inorgânico, com os aminoácidos, com os sulfatos ou então com os outros ácidos orgânicos (Fig. 4.2). Este sis- tema ocorre principalmente nos segmentos S1 e S2 e é através de um processo de difusão facilitada que essas substâncias saem passivamente da célula pela membra- na basolateral; 2. trocador Na�-H�. Através da quebra da molécula da água o íon H+ é liberado e secretado para a luz tubular através de uma troca com o Na�. A hidroxila, por sua Pontos-chave: • Certos transportadores como o da glicose são saturáveis. Portanto, atingem um transporte máximo (Tm) • O processo de endocitose permite estocar dentro das células ATPases e outras proteínas, como por exemplo as aquaporinas. O inverso, a exocitose, permite a inserção dessas proteínas na membrana celular em condições de estímulo capítulo 4 43 vez, em presença da anidrase carbônica, reage com o CO2 formando o HCO3� que sai da célula pela membra- na basolateral por um co-transporte ligado ao Na� na proporção de 1 cátion para 3 ânions (Fig. 4.2). No início do túbulo proximal, o gradiente elétrico entre a luz tubular e o espaço peritubular é da ordem de �2 a �4 mV, lúmen negativo (Fig. 4.6). Estes dados sugerem que a reabsorção de Na� se faz contra gradiente elétrico. O movimento de cargas positivas devido à ação das Na�,K�- ATPases existentes na face basolateral das células seria responsável por essa diferença de potencial transtubular. Entretanto, nos segmentos finais do túbulo proximal onde praticamente toda a glicose, o fosfato e os aminoácidos foram reabsorvidos, a diferença de potencial transtubular passa a ser de �1 a �2 mV, lúmen positivo (Fig. 4.6). Isto é explicado pela difusão de íons cloro, cuja concentração aumenta progressivamente ao longo do túbulo proximal. No início do túbulo proximal, a reabsorção de sódio é pre- ferencialmente acompanhada pela reabsorção do bicarbo- nato. Dessa maneira, a concentração de cloro na luz tubu- lar aumenta progressivamente ao longo deste túbulo, atin- gindo a concentração de 135 mEq/L no segmento S3, valor este superior à do plasma e à do espaço peritubular, que é de 105 a 110 mEq/L, como está ilustrado na Fig. 4.6. A reabsorção de cloro se faz tanto pela via paracelular quanto pela transcelular. Neste último caso, o cloro entra pela membrana apical através de um trocador de Cl� aco- plado a outro ânion, e através de gradiente eletroquímico favorável, o cloro se difunde pela membrana basolateral da célula. Em conseqüência à difusão passiva dos íons Cl�, o gradiente elétrico é gerado com lúmen positivo, favore- cendo portanto a reabsorção passiva de cátions como Na�, K� e Ca�� neste segmento do néfron. Outro importante íon reabsorvido pelo túbulo proximal é o potássio. Este íon utiliza principalmente a via parace- lular e mecanismos passivos. O fato de a água ser ampla- mentereabsorvida ao longo do néfron induz um aumento na concentração de potássio na luz tubular, criando-se en- tão um gradiente químico que facilita a sua reabsorção. Além desse mecanismo, também se tem sugerido a possi- bilidade de o K� ser reabsorvido neste segmento por um transporte ativo. Experimentos inibindo a reabsorção de Na� com acetazolamida (inibidor da anidrase carbônica) mostraram que a concentração de potássio no fluido tubu- lar diminui, atingindo valores inferiores aos observados no espaço peritubular e plasma, indicando que a reabsorção de potássio no túbulo contornado proximal envolve tam- bém um mecanismo ativo de transporte. O transporte de água através do túbulo proximal se faz tanto pela via transcelular quanto paracelular devido ao gradiente de pressão osmótica existente entre o fluido tu- bular e o espaço peritubular. Apesar do baixo gradiente osmótico, de 2 a 5 mOsm/kg H2O, ele é suficiente para induzir a reabsorção da água, uma vez que as membranas apical, basolateral e complexo juncional das células do tú- bulo proximal são muito permeáveis a este solvente. Por isso, como já foi referido anteriormente, este epitélio é con- siderado como de vazamento. Nas porções iniciais do túbulo proximal essa ligeira hi- pertonicidade do fluido peritubular em relação ao lúmen é induzida pela reabsorção de Na� acoplada ao HCO3� ou ao co-transporte com outros solutos como a glicose. Na metade final deste túbulo, embora a concentração luminal de Cl� (�135 mEq/L) seja maior que a do espaço peritu- bular, a reabsorção da água também é feita por osmose, uma vez que o sódio, o bicarbonato e os outros solutos que foram reabsorvidos na porção inicial geram um gradiente osmótico maior que o Cl�. A intensa reabsorção de Na� e água ao longo do túbulo contornado proximal forma o gradiente químico que fa- Fig. 4.6 Transporte de água e solutos ao longo do túbulo contornado proximal. TÚBULO CONTORNADO PROXIMAL A. EFERENTE GLOMÉRULO Cl� 110 Na+ A. AFERENTE INICIAL �4 mV HCO�3 FOSFATO GLICOSE AMINOÁCIDOS FINAL + 1,0 mV CAPILAR PERITUBULAR Cl� 135 Cl� Na+ H2O Ca2+ 44 Função Tubular vorece a reabsorção passiva de outras substâncias perme- áveis a este epitélio, como a uréia, o ácido úrico e os íons K� e Cl�. Desta maneira, a diminuição na reabsorção pro- ximal de Na� acarreta também a diminuição da reabsor- ção desses outros solutos. O transporte de Ca�� e Mg�� é modulado por fatores hormonais, mas existem evidências de que também está relacionado com o transporte ativo de Na�. O fosfato também é intensamente reabsorvido, prin- cipalmente nas porções iniciais do túbulo contornado pro- ximal. Este transporte diminui com a redução na quanti- dade de Na� reabsorvida e com o aumento da concentra- ção de paratormônio através do estímulo da adenilciclase. Ainda em relação ao transporte de Na� no túbulo pro- ximal, é importante descrever a teoria do balanço gloméru- lo-tubular. Verifica-se que frente a variações fisiológicas da filtração glomerular ocorrem alterações paralelas da reab- sorção de Na� no túbulo proximal, de modo que perma- nece constante a quantidade do íon reabsorvido em rela- ção à sua carga filtrada, ou seja, a fração de reabsorção de Na� mantém-se inalterada. O balanço glomérulo-tubular é de- corrente pelo menos em grande parte das variações da concentração de proteínas nos capilares, pressão oncótica, que ocorre durante as alterações da filtração glomerular, como mostra a Fig. 4.7. Quanto à finalidade da existência do balanço glomérulo-tubular, acredita-se que esse proces- so, juntamente com o feedback túbulo-glomerular, que será descrito adiante, constituem os dois mecanismos pelos quais o rim impede a perda de sódio durante variações fi- siológicas da carga filtrada de sódio devido a alterações da filtração glomerular. Quanto às proteínas, que eventualmente escapam no processo de ultrafiltração glomerular, são reabsorvidas atra- vés de mecanismo de endocitose já descrito anteriormente. A pars recta ou segmento S3 do túbulo proximal se inicia no córtex renal a partir da última alça da parte convoluta e se dirige em linha reta para a medula terminando ao nível de medula externa. Na microscopia óptica as células des- se segmento são semelhantes às da parte convoluta. Entre- tanto, os estudos de microscopia eletrônica revelam que a pars recta é constituída por células epiteliais retangulares com grande quantidade de mitocôndrias junto à membra- na peritubular, mas com menor número de invaginações na membrana basolateral. Quanto à fisiologia da pars recta, a reabsorção de sódio também se faz à custa da geração de gradiente eletroquími- co induzido pelas Na�-K�-ATPases presentes na membra- na basolateral. O gradiente elétrico e químico criado pelo transporte de Na� é que determina a reabsorção passiva de Cl�, cuja concentração é elevada neste segmento. A reabsor- ção de Na� também é do tipo isotônica, pois a mesma quan- tidade de água acompanha este cátion (Fig. 4.8). Apesar de a pars recta dos néfrons superficiais possuir um comprimento de 5 mm, a quantidade reabsorvida de Na�Cl� e água é apenas em torno de 5 a 10% da carga fil- trada, e portanto significativamente menor do que nas porções convolutas. Entretanto, analisando a capacidade de secreção de áci- dos orgânicos, verifica-se que a pars recta tem maior capa- cidade em secretar ácido úrico, para-amino-hipurato e outros ácidos que os segmentos S1 e S2. O transporte des- Fig. 4.7 Mecanismos que impediriam a perda de NaCl: balanço glomérulo-tubular e feedback túbulo-glomerular. BALANÇO GLOMÉRULO-TUBULAR 70% 14 mEq/min Na+ A. A FER ENT E MÁCU LA DENS A 10% Na + 0,9 m Eq/m in Cl� 15% 3-5% “FEEDBACK” TÚBULO-GLOMERULAR 2,8 mEq/min Fig. 4.8 Processos de reabsorção e secreção na pars recta do túbu- lo proximal. G LO M ÉR UL O T.C. Proximal Na+Cl� H 2 O Ác. Orgânicos K+ Uréia Na+Cl� H 2 O Ác. Orgânicos P A R S R E C T A A. A FER ENT E capítulo 4 45 ses ácidos orgânicos é mediado por carregadores e portanto por mecanismo saturável. Do ponto de vista clínico e far- macológico, a alta capacidade do segmento S3 em secretar ácidos orgânicos constitui uma via importante de excreção de muitos medicamentos como a aspirina, antibióticos e diuréticos. Uma outra função muito importante atribuída ao seg- mento S3 é a sua capacidade de secretar K� e uréia. Portan- to, a pars recta participa dos mecanismos de concentração urinária como elemento integrante no sistema de contra- corrente. Pontos-chave: • O túbulo proximal é responsável pela reabsorção isotônica de 60 a 70% da carga filtrada de Na�Cl� e água • O sódio é reabsorvido na membrana luminal através de diferentes mecanismos: trocador Na�-H�, co-transporte com glicose, fosfato e aminoácido • O bicarbonato é preferencialmente reabsorvido nos segmentos S1 e S2 • Na pars recta (segmento S3) ocorre reabsorção preferencial de Cl� e secreção de ácidos orgânicos Alça de Henle A alça de Henle é dividida em porção fina descendente, porção fina ascendente, porção espessa ascendente medular e porção espessa ascendente cortical. A porção fina descendente é altamente permeável à água e pouco permeável a solutos. Aproximadamente 20% da água filtrada é reabsorvida neste segmento. A diferen- ça de potencial transtubular é próxima a zero com lúmen negativo (�2 a �4 mV). O segmento que se segue à porção fina descendente da alça de Henle é a curvatura. Esta porção do néfron é mui- to utilizada pelos micropuncionadores para o estudo da função dos néfrons justamedulares. A porção fina ascendente da alça de Henle apresenta como característica ser impermeável à água mas permeá- vel a Cl� e a Na�, que são reabsorvidos por um processo passivo na sua maiorparte. A porção espessa ascendente da alça de Henle que tam- bém é impermeável à água é responsável pela reabsorção de 25% da carga filtrada de sódio. A Na�, K�-ATPase pre- sente na membrana basolateral gera um gradiente eletro- químico que favorece a entrada do Na� pela membrana apical através de um co-transporte Na�-K�-2Cl (Fig. 4.9). Existem indícios de que o co-transporte Na�-K�-2Cl� obedece a uma seqüência de ligações iônicas que se suce- dem resultando em alterações na estrutura do co-transpor- tador para poder permitir as uniões seguintes. Primeiro é o Na� que se liga, seguindo-se um íon Cl� e em terceiro lugar o K�, e só então é que se liga o segundo Cl�. A furo- semida e a bumetanida podem inibir este sistema de co- transporte ao se ligarem no lugar do segundo Cl� na últi- ma etapa. Uma vez no intracelular, o Na� é ativamente transporta- do para o interstício através da ação da Na�-K�-ATPase na membrana basal, mas o K� e o Cl� são transportados passi- Fig. 4.9 Célula da porção espessa ascendente da alça de Henle mostrando o co-transporte Na�-K�-2Cl� e o contratransporte Na�-H� na membrana luminal. Os íons Na� são ativamente trans- portados através da membrana basal pela Na�-K�-ATPase e os íons K� e Cl� saem passivamente da célula através de canais. Outro dado importante a assinalar é o potencial positivo do flui- do tubular em relação ao peritubular. PORÇÃO ESPESSA ASCENDENTE DA ALÇA DE HENLE LÚMEN +3 a +10 mV CÉLULA �70 mV PERITUBULAR 0 mV 1 Na+ 2 Cl� 1 K+ Na+ Na+ K+ + CO 2 H+ + OH HOH A.C. HCO�3 K+ K+ Cl� Na+ e OUTROS CÁTIONS ATP Pontos-chave: • A porção fina descendente é permeável à água e muito pouco a solutos • 25% da carga filtrada de Na�Cl� é reabsorvida nas porções ascendentes da alça de Henle • Presença do co-transportador Na�-K�-2Cl�, sensível ao furosemide, na membrana luminal da porção espessa ascendente. Este co-transportador é elemento muito importante nos mecanismos de concentração e diluição urinárias • Ca2� e Mg2� são reabsorvidos pela via paracelular 46 Função Tubular vamente. O K� retorna ao lúmen através de um canal espe- cífico (pertencente à família ROMK) na membrana apical e o Cl� sai da célula pela membrana basal através de um ca- nal específico a este ânion. A saída de carga positiva para o lúmen e de uma carga negativa para o interstício gera um potencial positivo luminal de cerca de �7 mV. Esta diferen- ça de potencial permite que o Na+ e outros cátions como o próprio K�, Ca�� e Mg�� sejam reabsorvidos passivamente pelos espaços intercelulares laterais, como ilustra a Fig. 4.9. No segmento cortical da porção espessa ascendente da alça de Henle é descrita também a secreção de H� através do trocador Na�-H� presente na membrana luminal; cer- ca de 10% da carga filtrada de bicarbonato são reabsorvi- dos neste segmento. Túbulo Contornado Distal O túbulo contornado distal é a continuidade do segmen- to cortical da porção espessa ascendente da alça de Henle se estendendo da mácula densa até a região de transição com o ducto coletor. Este segmento do néfron também é impermeável à água e apresenta características especiais quanto ao transporte de sódio e cloro. Através de um co- transporte com o Cl�, o Na� é transportado pela membra- na luminal de maneira passiva. Este co-transporte pode ser inibido por tiazídicos e é secundariamente ativo à ação da Na�-K�-ATPase que transporta ativamente o Na+ pela membrana basal, mas o Cl� sai do interior da célula atra- vés de mecanismo passivo por canal específico (Fig. 4.10). A teoria do feedback túbulo-glomerular relaciona a quan- tidade de Na� que chega aos segmentos distais do néfron e a regulação da filtração glomerular. De acordo com esta teoria, a quantidade de Na� ao atingir o início do túbulo distal sensibiliza a mácula densa, que por sua vez ativa mecanismos efetores que irão modular a resistência dos vasos pré-glomerulares. Portanto, se grande quantidade de Na� atinge o início do túbulo distal, a renina é liberada, induzindo vasoconstrição da arteríola aferente com con- seqüente redução do fluxo sanguíneo renal, pressão glo- merular e filtração glomerular (Fig. 4.7). Ponto-chave: • Presença do co-transportador Na�-Cl� sensível a tiazídicos na membrana luminal Túbulo de Conexão A região de transição entre o túbulo contornado distal e o ducto coletor pode ser abrupta ou gradual, e como neste local vários túbulos distais se reúnem para formar o ducto coletor, esse segmento do néfron recebe então o nome de túbulo de conexão. Ele é constituído por dois tipos de célu- las: as do túbulo de conexão e as intercaladas. As células do túbulo de conexão apresentam características morfoló- gicas compatíveis com a transição entre as células do dis- tal e as principais do ducto coletor. A principal função dessas células está relacionada à secreção de potássio, que é em parte regulada por mineralocorticóides. As células intercaladas, por sua vez, desempenham importante papel nos mecanismos de secreção de H�, que será descrito em detalhes no parágrafo referente ao túbulo coletor. Neste segmento do néfron, o sódio pode ser reabsorvi- do através de um co-transporte acoplado ao Cl� semelhan- te ao acima descrito nas células do túbulo contornado dis- tal. Aliás, estudos em coelhos onde o túbulo de conexão é bem evidente sugerem que o co-transporte Na�-Cl� sensí- vel a tiazídico ocorre apenas neste segmento. O Na� pode também ser transportado para o intracelular através de canais sensíveis ao amiloride e do trocador Na�-H� aco- plado a um trocador Cl�-HCO3�. A ação ativa da Na�,K�- ATPase presente na membrana basal também é respon- sável pela saída do Na� da célula (Fig. 4.11). É importante ressaltar que o túbulo de conexão e o cole- tor cortical são os únicos segmentos do néfron onde o bicar- Fig. 4.10 Célula do túbulo distal inicial mostrando o transporte de Na� acoplado a Cl� sensível ao tiazídico na membrana lumi- nal secundariamente ativo à ação de Na�-K�-ATPase da mem- brana basal. TÚBULO DISTAL INICIAL LÚMEN NEGATIVO CÉLULA �70 mV PERITUBULAR 0 mV Na+ ATP Cl� INIBIÇÃO PELO TIAZÍDICO K+ Na+ Cl� Pontos-chave: • Constituído por células de transição entre as do túbulo distal e do ducto coletor • Presença do trocador Cl�-HCO3� na membrana luminal pode permitir a secreção de bicarbonato em certas condições de alcalemia capítulo 4 47 bonato pode ser secretado para a luz tubular utilizando para tal o trocador Cl�-HCO3� presente na membrana apical. Também é descrita a presença de uma ATPase na face luminal das células intercaladas neste segmento, denomi- nada H�,K�-ATPase. Esta enzima seria estimulada pela depleção de K�. Ducto Coletor O ducto coletor é dividido em cortical, medular exter- no e medular interno, apresentando dois tipos de células: as principais e as intercaladas. As células principais caracterizam-se na microscopia ele- trônica por apresentarem um cílio central. O sódio é reabsor- vido nestas células por mecanismo passivo através de canais na membrana luminal sensíveis ao amiloride ou trianterene, denominados ENaC. É também através da Na�,K�-ATPase que o transporte ativo de Na� gera potencial negativo no lúmen na ordem de �30 mV no coletor cortical (Fig. 4.12). A concentração de K� no intracelular das células princi- pais do ducto coletor é elevada devido à alta atividade das Na�,K�-ATPases presentes na membrana basal. É através de canais específicos (ROMK) tanto na membrana apical quan- to na basolateral que o K� é transportado passivamente para fora da célula (Fig. 4.12). A secreção de K� está diretamente relacionada à diferença de potencial gerada pela quantida- de de Na� reabsorvida. Tanto a reabsorção de sódio quanto a secreção de potás- sio nas células principais do ducto coletor são moduladas pela aldosterona.Este mineralocorticóide entra no citoplas- ma da célula induzindo através de RNAm a síntese de pro- teínas pelo núcleo, que aumentam o número de canais de sódio da membrana apical, a densidade de Na�,K�-ATPa- ses da membrana basal e por fim estimulam a produção de ATP pelas mitocôndrias, resultando em aumento na ativi- dade das Na�,K�-ATPases. A espironolactona interfere com o sítio citoplasmático da aldosterona impedindo a produ- ção do RNAm, e dessa maneira a reabsorção de Na� e a se- creção de K� ficam prejudicadas. As células intercaladas caracterizam-se por serem célu- las escuras devido à presença de grânulos em seu citoplas- ma. São descritos atualmente dois tipos de células interca- ladas: as � e as �. Elas estão relacionadas ao transporte ati- vo de H� através de H�-ATPases. Estas se localizam na membrana luminal nas células do tipo � e na membrana basal nas do tipo �. No caso das células intercaladas do tipo α a secreção luminal de H� está acoplada ao sistema troca- dor Cl�-HCO3� na membrana basal. O inverso é observado nas células intercaladas do tipo �, onde o H� é transporta- do pela H�-ATPase agora localizada na membrana basal da célula e o sistema trocador Cl�-HCO3� tem localização na membrana apical. Acredita-se que as condições ácido-bási- cas determinam a quantidade de células � ou �. Na acidose predominam as células do tipo � e na alcalose, as do tipo �. Como já foi referido no túbulo de conexão, uma ATPa- se relacionada à reabsorção de K� está presente nas célu- las intercaladas do ducto coletor. A H�,K�-ATPase é mais abundante nos segmentos corticais e diminui à medida que se aproxima da papila. Ainda é controverso na literatura se alterações ácido-básicas modulam a atividade dessa enzima. Há indícios de que no ducto coletor medular in- terno outros cátions possam ocupar o lugar do H� na H�,K�-ATPase, e por isso ela tem sido denominada como X�,K�-ATPase, como o amônio (NH4�). O ducto coletor medular interno é dividido em três seg- mentos devido à sua heterogeneidade morfológica e fun- cional: IMCD1, IMCD2 e IMCD3. As células que compõem o IMCD1 são muito semelhantes às do ducto coletor me- dular externo, estando presentes as células do tipo princi- pal e cerca de 10% de intercaladas. Entretanto, as porções IMCD2 e IMCD3 parecem representar um segmento distin- to. Estudos recentes têm considerado que o ducto coletor medular interno apresenta dois segmentos funcionalmente distintos: a porção inicial que corresponde ao IMCD1 e a porção distal com os segmentos IMCD2 e IMCD3. Este último segmento do néfron tem importante papel na regulação final da composição da urina pelo ajuste da reabsorção de sódio, potássio, uréia e água. Convém sali- entar que o ducto coletor medular interno é o único seg- mento do néfron que possui sítio de ação aos peptídios atriais natriuréticos, e também existem evidências da pre- sença do co-transporte Na�-K�-2Cl�. O transporte de água no túbulo distal final e ducto co- letor varia com a concentração plasmática do hormônio an- tidiurético, HAD, que altera a permeabilidade destes seg- mentos à água. A ação do hormônio antidiurético torna também o epitélio do coletor medular permeável à uréia. Fig. 4.11 Célula do túbulo de conexão mostrando na membrana luminal os canais de Na� sensíveis ao amiloride, o co-transporte Na�-Cl� e os co-transportes Na�-H� e Cl�-HCO3� secundariamen- te ativos à Na�-K�-ATPase da membrana basal. TÚBULO DE CONEXÃO LÚMEN �5 mV CÉLULA �85 mV Na+ Na+INIBIÇÃO PELO AMILORIDE Na+ Cl� K+ ATP KCl KCl Cl� Na+ PERITUBULAR 0 mV H+ HCO�3 48 Função Tubular Esta permeabilidade aumenta em direção à papila, promo- vendo a hipertonicidade do interstício. Esta propriedade, que é importante na determinação da osmolaridade da urina, será discutida com mais detalhes em outro capítulo referente a mecanismos de concentração urinária. Antes de finalizar este capítulo sobre a função tubular, é importante salientar dois aspectos da função renal: 1.º) A descrição da função tubular foi feita considerando o rim como constituído por uma população homogênea de néfrons; entretanto, sabemos que existem diferenças mor- fológicas e funcionais entre os néfrons justamedulares (cór- tex profundo) e os néfrons superficiais. Entre as diferenças deve-se destacar a maior capacidade dos néfrons justame- dulares de variar a excreção de Na�Cl� frente a variações do volume extracelular. Em condições de depleção intensa do volume extracelular, observa-se uma maior reabsorção de Na�Cl� pelos néfrons justamedulares e, em condições de expansão, também são os néfrons profundos os que apre- sentam a maior capacidade de excreção de Na�Cl�. 2.º) A função renal foi apresentada como simplesmente um processo de filtração glomerular, reabsorção e secreção Fig. 4.12 Representação dos três tipos de células do ducto coletor: intercalada α, intercalada � e principal. Observa-se que na inter- calada α a inserção da H�-ATPase é na membrana luminal, e do contratransporte Cl�-HCO3� , na membrana basolateral, o que favo- rece a secreção de ácidos. O inverso é observado nas células intercaladas �. Na face luminal das células principais o Na� é reabsor- vido através de canais sensíveis ao amiloride. O K� é secretado passivamente para a luz tubular. Ambos os transportes são decor- rentes do gradiente eletroquímico gerado pela Na�-K�-ATPase na membrana basal. CÉLULA � Cl� PERITUBULAR ATP Cl� CÉLULA � CÉLULA PRINCIPAL ATP PERITUBULAR Cl� Cl� H+ Cl� Cl� H+ K+ Na+ K+ K+ Na+ K+ ATP PERITUBULAR LUMINAL LUMINAL Cl� HCO�3 Cl� HCO�3 tubular que permite a manutenção do balanço de sódio, potássio, hidrogênio e água; entretanto, o rim tem outras importantes funções do ponto de vista metabólico, como, por exemplo: no metabolismo de hidratos de carbono pela síntese de glicose que ocorre no córtex renal e pela inativa- ção de insulina e glucagon, diminuindo a meia-vida desses hormônios; no metabolismo ósseo pela regulação da excre- ção de cálcio, fósforo, ativação de vitamina D e inativação de paratormônio. Não devemos esquecer também o impor- tante papel do rim na regulação da pressão arterial. BIBLIOGRAFIA SELECIONADA KRIZ, W. and BANKIR, L. A standard nomenclature for structures of the kidney. American Journal of Physiology, 254(23):F1-F8, 1988. MOE, O.W.; BERRY, C.A. and RECTOR JR, F.C. 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ENDEREÇOS RELEVANTES NA INTERNET http://www.hdcn.com http://www.nephron.com http://www.renalnet.org Pontos-chave: • As células principais são responsáveis pela reabsorção de sódio e secreção de potássio, sendo estes processos modulados pela aldosterona • As células intercaladas são células escuras responsáveis pela acidificação urinária • O ducto coletor medular interno é a porção final do néfron, onde ocorrem os ajustes finais para a formação da urina LUMINAL
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