Biofísica renal

Estrutura e função dos rins

Biofísica – Medicina Veterinária

FCAV/UNESP/Jaboticabal

• Regulação do balanço hídrico (Filtração diária de 180 L do plasma,

eliminação de 1 a 2 L de urina);

• Regulação do balanço eletrolítico (íons Na+, K+, Mg+2, Cl-, HCO3-,

HPO42-);

• Regulação do equilíbrio acidobásico (pH) (excreção de radicais

ácidos e conservação de bases);

• Excreção de produtos metabólicos (uréia, creatinina, ácido úrico) e

produtos químicos;

• Regulação da hemodinâmica renal e sistêmica: ação hipertensora e

hipotensora;

• Produção de hormônios (renina, eritropoietina, vitamina D);

• Participação na regulação do metabolismo ósseo de cálcio e fósforo:

metabolismo da vitamina D.

Sistema renal

Múltiplas funções

Regulação do fluido corporal

Homem – 70 kg

Manutenção dos fluidos corporais

PRESSÃO OSMÓTICA

força determinada pelo número de partículas de soluto (independente de

tamanho, massa ou valência) de uma solução, entre compartimentos separados

por membrana permeável à água, mas impermeável ao soluto

PRESSÃO ONCÓTICA ()

Pressão osmótica gerada por macromoléculas (especialmente proteínas) em

solução

Organização geral dos rins e sistema urinário

Organização geral dos rins e sistema urinário

Circulação sanguínea dos rins

Néfron

Estrutura dos rins

Córtex

Medula

Cálices

Papilas

Pelve

Ureter

Córtex

e

Medula

Néfron

Néfron – segmentos tubulares

Unidade filtradora do rim

1

2

3

4

5

Número de néfrons/rim

Humano: 1.000.000

Gato: 190.000

Suínos: 1.250.000

Cão: 400.000-415.000

Bovinos: 4.000.000

Segmentos do néfron (morfologia)

Microcirculação dos néfrons

Néfrons corticais e justa-medulares

Estrutura do glomérulo (corpúsculo renal) e cápsula glomerular

filtrante

Mácula densa

As células da mácula densa

(localizadas no complexo

justaglomerular) são sensíveis ao

fluxo tubular e secretam substâncias

vasoconstritoras ou vasodilatadoras

que atuam na arteríola aferente.

Morfologia do corpúsculo renal

Sustentação

do glomérulo

Estrutura do glomérulo e cápsula glomerular filtrante

A barreira de filtração

glomerular é composta por 3

elementos básicos:

• Células endoteliais;

• Membrana glomerular

basal (proteínas carga

negativa

• Podócitos (pedicelos)

Seletividade da barreira

• Peso Molecular: > 5000Da tendem a ficar retidos;

• Raio molecular efetivo;

• Carga elétrica: algumas estruturas na barreira de filtração tem carga negativa

(proteínas aniônicas) – íons/compostos de carga positiva são incluídos na composição do

ultrafiltrado, mas os de carga negativa tem maior dificuldade, sendo mais retidos.

Barreira que separa a luz capilar da cavidade da cápsula glomerular

Três componentes básicos da função renal

1) Filtração glomerular

2) Reabsorção tubular

3) Secreção tubular

Processos que

determinam a

formação da urina

Urina – subproduto

da função renal

Caminhos de uma substância após filtração glomerular

Os mecanismos básicos renais

1) Filtração glomerular

Membrana filtrante – permeável a moléculas de até 5.000 D

Ex. albumina (67.000 D) – 250 vezes menor no filtrado que no plasma (4g %/ 250 =

0,015g %)

Filtrado virtualmente isento de proteínas

Formação do filtrado

Composição do filtrado

Sangue que sai na arteríola eferente é

mais concentrado em proteínas.

Moléculas menores se equilibram entre

setor urinário (filtrado) e setor sanguíneo

(sangue)

Forças físicas na filtração

10 mm Hg

Nefrologia

Indicadores de função renal

Fluxo renal plasmático - FRP

Taxa de filtração glomerular - TFG

FRP - Quantidade de plasma que entra pela artéria renal (mL/min)

Adulto humano: FRP = 600 mL/min

Se o hematócrito for = 45%, o volume do plasma = 55%

FRS – Fluxo renal sanguíneo

55%/600 = 100%/FRS ; FRS = 1.100 mL/min

Considerando o volume total de sangue do organismo = 5.600 mL

20% do sangue total passa pelo rim a cada minuto.

Circulação muito ativa: 2 rins representam 0,5-1% da massa corporal

Fluxo renal plasmático - FRP

Taxa de filtração glomerular - TFG

TFG – volume plasma filtrado por min (21% do FRP – fluxo renal plasmático)

TFG = 600 mL/min x 21 = 125 mL/min

100

TFG em 24 h = 125 x 60 x 24 = 180.000 mL/24h

180 L !!!!!! Quanto urinamos por dia? 1 a 2 L.

99 % do que o rim filtra é reabsorvido.

FEP – fluxo eferente plasmático (volume de plasma que sai na artéria eferente)

FEP = FRP – TFG [FEP = 600 mL/min - 125 mL/min = 475 mL/min]

Visão geral da função renal: transporte ao longo do néfron

Reabsorção e secreção tubular

Substâncias e locais do néfron

Reabsorção de 65% de Na+, Cl-,

HCO3 e K+.

100% de glicose e aminoácidos.

80% de água

Secreção de ácidos orgânicos,

bases e H+ para luz tubular.

Túbulo proximal

Onde ocorrem reabsorção

e secreção ?

Alça de Henle

Reabsorção de 25% de Na+, Cl- e

K+ e Ca++, HCO-3 e magnésio

Secreção de H+ para luz tubular

Onde ocorre reabsorção e

secreção ?

Reabsorção de Na+, Cl-, Ca++ e

Mg++

Secreção de H+ para luz tubular

Reabsorção de Na+, K+, Cl-, HCO-3 e

e Ca++ e Mg++.

H2O (ADH)

Secreção de H+, K+ para luz tubular

Onde ocorre reabsorção e

secreção ?

Túbulo distal

Reabsorção de Na+, Cl-, ureia e

HCO3-.

H2O (ADH)

Secreção de H+ para luz tubularTúbulo coletor

Onde ocorre reabsorção e

secreção ?

Tipos de transporte de membrana durante a formação da urina

Reabsorção da

água e solutos

filtrados

Tipos de transporte de membrana durante a formação da urina

Reabsorção da

água e solutos

filtrados

Sódio tem papel importante

nos transportes tubulares

(gradiente químico e elétrico)

Transportes acoplados

Reabsorção da

água e solutos

filtrados

Importância do sódio nos

transportes tubulares

Ramo ascendente

espesso da Alça de

Henle

Reabsorção:

Na+

K+

Cl-

Transportes acoplados

Mecanismo de reabsorção

no túbulo proximal

Sódio

Moléculas passam da membrana

apical para a membrana

basolateral em direção ao

capilar

1) Transporte acoplado de glicose

e sódio

2) Transporte ativo de sódio

3) Difusão facilitada de glicose

4) Difusão simples de glicose,

potássio e sódio

Transporte ativo: primário e secundário

Tipos de transporte de membrana durante a formação da urina

Reabsorção da glicose

Tipos de transporte de membrana durante a formação da urina

Reabsorção de aminoácidos

Tipos de transporte de membrana durante a formação da urina

Reabsorção de fosfato

Reabsorção de Cl- e água

Gradiente

elétrico

Reabsorção tubular proximal da água

Saída de solutos (especialmente Na) origina gradiente osmótico do lúmen

do túbulo – espaço intersticial - sangue

Pressão hidrostática Pressão coloidosmótica intra-vasal (proteínas)

Reabsorção tubular da água

Transporte passivo

1) 80% do volume de água (túbulo proximal)

2) Pequena proporção é reabsorvido na alça descendente de Henle

3) O resto do volume a ser reabsorvido – túbulo distal e túbulo coletor

Hormônio anti-diurético

pH da urina (5,5 – 7)

Está relacionado à reabsorção de Na+ e à secreção de H+.

Íon bicarbonato do filtrado é impermeável – secreção de H+, que transforma

HCO3- em CO2 e H2O

Efeito tampão do fosfato e amônia

Transporte máximo de reabsorção

Parâmetro fundamental em nefrologia

• Capacidade máxima de reabsorção de uma substância.

Exemplo da importância de sua determinação:

1) Glicose – 100% reabsorvida, mas em diabéticos ela aparece na urina

Concentração plasmática excede a

capacidade máxima de reabsorção do rim

Limiar renal plasmático (LRP)

Glicose – homem – 180 mg %

Secreção tubular

Secreção de ácidos orgânicos, bases, H+, medicamentos, drogas tóxicas

Secreção tubular K+ ou H+

Dependência da

reabsorção do

Na+ que cria

uma diferença

de potencial

Secreção tubular de K+

Estimulação da aldosterona

K+ excretado é resultado da secreção

Mecanismo multiplicador de contra corrente

Sistema de trocas onde dois fluxos caminham em sentidos opostos

Onde ocorre nos rins?

• Entre túbulos / alças e vasos sanguíneos

Qual o princípio do mecanismo?

• Difusão de água e eletrólitos entre os dois setores (simultâneo)

Por que o mecanismo de contra corrente?

• Controle da osmolaridade sanguínea.

Relação física de túbulos

e vasos

O fluido tubular ao

passar pelo ramo

descendente vai se

concentrando em

direção à curva da

alça e ao atingir a

porção ascendente

vai sendo diluído até

hipotonicidade – no

túbulo distal

Mecanismo de contra corrente – Alça de Henle

Mecanismo de contra corrente – Alça de Henle

Alça de Henle: Mecanismo de contracorrente

Interstício medular hipertônico

Concentração osmótica

- Humanos, bovinos, suínos: poucas alças longas (1/3 a 1/5 do

total);

- Cães, gatos, coelhos, ovelhas e cabras: muitas alças longas;

- Rato canguru: urina com osmolaridade até 6000-8000 mOsm/kg

- Castor: só néfrons com alças curtas → não concentra sua urina

- Aves: alguns néfrons têm alça de Henle e outros não

- Aves marinhas: glândula de sal

De modo geral, quanto mais comprida a alça de Henle, maior a

habilidade de concentrar urina

Papel da ureia na formação da urina

Papel da ureia na formação da urina

Saída do sódio na

alça de Henle e de

ureia do túbulo

coletor criam

hipertonicidade do

meio intersticial para

a reabsorção da

água

Interstício medular hipertônico

Visão geral da função renal: transporte ao longo do néfron

Ureia

Locais de ação de anti-diuréticos

Mácula densa / renina