41.2: Los riñones y los órganos osmorreguladores

Habilidades para Desarrollar

• Explicar cómo los riñones sirven como los principales órganos osmorreguladores en los sistemas de mamíferos
• Describir la estructura de los riñones y las funciones de las partes del riñón
• Describir cómo la nefrona es la unidad funcional del riñón y explica cómo filtra activamente la sangre y genera orina
• Detallar los tres pasos en la formación de orina: filtración glomerular, reabsorción tubular y secreción tubular

Aunque los riñones son el principal órgano osmorregulador, la piel y los pulmones también juegan un papel en el proceso. El agua y los electrolitos se pierden a través de las glándulas sudoríparas en la piel, lo que ayuda a hidratar y enfriar la superficie de la piel, mientras que los pulmones expulsan una pequeña cantidad de agua en forma de secreciones mucosas y a través de la evaporación del vapor de agua.

Riñones: El principal órgano osmorregulador

Los riñones, ilustrados en la Figura\(\PageIndex{1}\), son un par de estructuras en forma de frijol que se ubican justo debajo y posterior al hígado en la cavidad peritoneal. Las glándulas suprarrenales se asientan en la parte superior de cada riñón y también se llaman glándulas suprarrenales. Los riñones filtran la sangre y la purifican. Toda la sangre del cuerpo humano es filtrada muchas veces al día por los riñones; estos órganos consumen casi el 25 por ciento del oxígeno absorbido a través de los pulmones para realizar esta función. El oxígeno permite que las células renales fabriquen eficientemente energía química en forma de ATP a través de la respiración aeróbica. El filtrado que sale de los riñones se llama orina.

Figura\(\PageIndex{1}\): Los riñones filtran la sangre, produciendo orina que se almacena en la vejiga antes de su eliminación a través de la uretra. (crédito: modificación de obra por parte del NCI)

Estructura Renal

Externamente, los riñones están rodeados por tres capas, ilustradas en la Figura\(\PageIndex{2}\). La capa más externa es una capa dura de tejido conectivo llamada fascia renal. La segunda capa se llama cápsula de grasa perirenal, que ayuda a anclar los riñones en su lugar. La tercera capa y más interna es la cápsula renal. Internamente, el riñón tiene tres regiones: una corteza externa, una médula en el medio y la pelvis renal en la región llamada hilio del riñón. El hilio es la parte cóncava de la forma de frijol donde los vasos sanguíneos y los nervios entran y salen del riñón; también es el punto de salida para los uréteres. La corteza renal es granular debido a la presencia de nefronas, la unidad funcional del riñón. La médula consiste en múltiples masas de tejido piramidal, llamadas pirámides renales. Entre las pirámides se encuentran espacios llamados columnas renales por las que pasan los vasos sanguíneos. Las puntas de las pirámides, llamadas papilas renales, apuntan hacia la pelvis renal. Hay, en promedio, ocho pirámides renales en cada riñón. Las pirámides renales junto con la región cortical contigua se denominan lóbulos del riñón. La pelvis renal conduce al uréter en la parte exterior del riñón. En el interior del riñón, la pelvis renal se ramifica en dos o tres extensiones llamadas cálices mayores, que además se ramifican en los cálices menores. Los uréteres son tubos portadores de orina que salen del riñón y se vacían hacia la vejiga urinaria.

Conexión de arte

Figura\(\PageIndex{2}\): Se muestra la estructura interna del riñón. (crédito: modificación de obra por parte del NCI)

¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el riñón es falsa?

1. La pelvis renal drena hacia el uréter.
2. Las pirámides renales se encuentran en la médula.
3. La corteza cubre la cápsula.
4. Las nefronas se encuentran en la corteza renal.

Debido a que el riñón filtra la sangre, su red de vasos sanguíneos es un componente importante de su estructura y función. Las arterias, venas y nervios que abastecen al riñón entran y salen por el hilio renal. El suministro de sangre renal comienza con la ramificación de la aorta hacia las arterias renales (cada una de las cuales se nombra en función de la región del riñón por la que pasan) y termina con la salida de las venas renales para unirse a la vena cava inferior. Las arterias renales se dividen en varias arterias segmentarias al ingresar a los riñones. Cada arteria segmentaria se divide aún más en varias arterias interlobares y entra en las columnas renales, que abastecen los lóbulos renales. Las arterias interlobares se dividen en la unión de la corteza renal y la médula para formar las arterias arqueadas. Las arterias arqueadas “en forma de arco” forman arcos a lo largo de la base de las pirámides medulares. Las arterias corticales irradian, como su nombre indica, irradian fuera de las arterias arqueadas. Las arterias corticales irradian ramificaciones en numerosas arteriolas aferentes, para luego entrar en los capilares que abastecen a las nefronas. Las venas trazan la trayectoria de las arterias y tienen nombres similares, excepto que no hay venas segmentarias.

Como se mencionó anteriormente, la unidad funcional del riñón es la nefrona, ilustrada en la Figura\(\PageIndex{3}\). Cada riñón está compuesto por más de un millón de nefronas que salpican la corteza renal, dándole un aspecto granular cuando se secciona sagital. Hay dos tipos de nefronas: nefronas corticales (85 por ciento), que están profundas en la corteza renal, y nefronas yuxtamedulares (15 por ciento), que se encuentran en la corteza renal cerca de la médula renal. Una nefrona consta de tres partes: un corpúsculo renal, un túbulo renal y la red capilar asociada, que se origina en las arterias corticales irradiadas.

Conexión de arte

Figura\(\PageIndex{3}\): La nefrona es la unidad funcional del riñón. El glomérulo y los túbulos enrevesados se localizan en la corteza renal, mientras que los conductos colectores se localizan en las pirámides de la médula. (crédito: modificación de obra por NIDDK)

¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre la nefrona es falsa?

1. El conducto colector se vacía en el túbulo enrevesado distal.
2. La cápsula de Bowman rodea el glomérulo.
3. El asa de Henle se encuentra entre los túbulos convolucionados proximal y distal.
4. El asa de Henle se vacía en el túbulo contorneado distal.

Corpúsculo Renal

El corpúsculo renal, localizado en la corteza renal, está conformado por una red de capilares conocidos como el glomérulo y la cápsula, una cámara en forma de copa que la rodea, llamada cápsula glomerular o de Bowman.

Túbulo Renal

El túbulo renal es una estructura larga y enrevesada que emerge del glomérulo y se puede dividir en tres partes en función de la función. La primera parte se llama túbulo convolucionado proximal (PCT) debido a su proximidad al glomérulo; permanece en la corteza renal. La segunda parte se llama asa de Henle, o asa nefrítica, porque forma un asa (con extremidades descendentes y ascendentes) que atraviesa la médula renal. La tercera parte del túbulo renal se llama túbulo convolucionado distal (DCT) y esta parte también se restringe a la corteza renal. El DCT, que es la última parte de la nefrona, conecta y vacía su contenido en conductos colectores que recubren las pirámides medulares. Los conductos colectores amontonan el contenido de múltiples nefronas y se fusionan a medida que ingresan a las papilas de la médula renal.

Red Capilar dentro de la Nefrona

La red capilar que se origina en las arterias renales suministra a la nefrona sangre que necesita ser filtrada. La rama que ingresa al glomérulo se llama arteriola aferente. La rama que sale del glomérulo se llama arteriola eferente. Dentro del glomérulo, la red de capilares se llama lecho capilar glomerular. Una vez que la arteriola eferente sale del glomérulo, forma la red capilar peritubular, que rodea e interactúa con partes del túbulo renal. En las nefronas corticales, la red capilar peritubular rodea la PCT y la DCT. En las nefronas yuxtamedulares, la red capilar peritubular forma una red alrededor del bucle de Henle y se llama vasa recta.

Función Renal y Fisiología

Los riñones filtran la sangre en un proceso de tres pasos. Primero, las nefronas filtran la sangre que corre a través de la red capilar en el glomérulo. Casi todos los solutos, excepto las proteínas, se filtran hacia el glomérulo mediante un proceso llamado filtración glomerular. Segundo, el filtrado se recoge en los túbulos renales. La mayoría de los solutos se reabsorben en el PCT mediante un proceso llamado reabsorción tubular. En el asa de Henle, el filtrado continúa intercambiando solutos y agua con la médula renal y la red capilar peritubular. El agua también se reabsorbe durante este paso. Luego, se secretan solutos y desechos adicionales en los túbulos renales durante la secreción tubular, que es, en esencia, el proceso opuesto a la reabsorción tubular. Los conductos colectores recogen el filtrado proveniente de las nefronas y se fusionan en las papilas medulares. A partir de aquí, las papilas entregan el filtrado, ahora llamado orina, a los cálices menores que eventualmente se conectan a los uréteres a través de la pelvis renal. Todo este proceso se ilustra en la Figura\(\PageIndex{4}\).

Figure \(\PageIndex{4}\): Each part of the nephron performs a different function in filtering waste and maintaining homeostatic balance. (1) The glomerulus forces small solutes out of the blood by pressure. (2) The proximal convoluted tubule reabsorbs ions, water, and nutrients from the filtrate into the interstitial fluid, and actively transports toxins and drugs from the interstitial fluid into the filtrate. The proximal convoluted tubule also adjusts blood pH by selectively secreting ammonia (NH₃) into the filtrate, where it reacts with H⁺ to form NH₄⁺. The more acidic the filtrate, the more ammonia is secreted. (3) The descending loop of Henle is lined with cells containing aquaporins that allow water to pass from the filtrate into the interstitial fluid. (4) In the thin part of the ascending loop of Henle, Na⁺ and Cl^- ions diffuse into the interstitial fluid. In the thick part, these same ions are actively transported into the interstitial fluid. Because salt but not water is lost, the filtrate becomes more dilute as it travels up the limb. (5) In the distal convoluted tubule, K⁺ and H⁺ ions are selectively secreted into the filtrate, while Na⁺, Cl^-, and HCO₃^- ions are reabsorbed to maintain pH and electrolyte balance in the blood. (6) The collecting duct reabsorbs solutes and water from the filtrate, forming dilute urine. (credit: modification of work by NIDDK)

Glomerular Filtration

Glomerular filtration filters out most of the solutes due to high blood pressure and specialized membranes in the afferent arteriole. The blood pressure in the glomerulus is maintained independent of factors that affect systemic blood pressure. The “leaky” connections between the endothelial cells of the glomerular capillary network allow solutes to pass through easily. All solutes in the glomerular capillaries, except for macromolecules like proteins, pass through by passive diffusion. There is no energy requirement at this stage of the filtration process. Glomerular filtration rate (GFR) is the volume of glomerular filtrate formed per minute by the kidneys. GFR is regulated by multiple mechanisms and is an important indicator of kidney function.

Link to Learning

Para conocer más sobre el sistema vascular de los riñones, da click a través de esta revisión y los pasos del flujo sanguíneo.

Reabsorción y Secreción Tubular

La reabsorción tubular ocurre en la parte PCT del túbulo renal. Casi todos los nutrientes son reabsorbidos, y esto ocurre ya sea por transporte pasivo o activo. La reabsorción de agua y algunos electrolitos clave están regulados y pueden ser influenciados por las hormonas. El sodio (Na ⁺) es el ion más abundante y la mayor parte se reabsorbe por transporte activo y luego se transporta a los capilares peritubulares. Debido a que Na ⁺ es transportado activamente fuera del túbulo, el agua lo sigue para igualar la presión osmótica. El agua también se reabsorbe independientemente en los capilares peritubulares debido a la presencia de acuaporinas, o canales de agua, en el PCT. Esto ocurre debido a la baja presión arterial y alta presión osmótica en los capilares peritubulares. Sin embargo, cada soluto tiene un máximo de transporte y el exceso no es reabsorbido.

En el bucle de Henle, la permeabilidad de la membrana cambia. La extremidad descendente es permeable al agua, no a los solutos; lo contrario es cierto para la extremidad ascendente. Adicionalmente, el asa de Henle invade la médula renal, la cual es naturalmente alta en concentración de sal y tiende a absorber agua del túbulo renal y concentrar el filtrado. El gradiente osmótico aumenta a medida que se mueve más profundamente en la médula. Debido a que dos lados del bucle de Henle realizan funciones opuestas, como se ilustra en la Figura\(\PageIndex{5}\), actúa como multiplicador a contracorriente. La vasa recta a su alrededor actúa como intercambiador a contracorriente.

Conexión de arte

Figura\(\PageIndex{5}\): El bucle de Henle actúa como multiplicador a contracorriente que utiliza energía para crear gradientes de concentración. La extremidad descendente es permeable al agua. El agua fluye desde el filtrado hasta el líquido intersticial, por lo que la osmolalidad dentro de la extremidad aumenta a medida que desciende hacia la médula renal. En la parte inferior, la osmolalidad es mayor dentro del asa que en el líquido intersticial. Así, a medida que el filtrado ingresa a la extremidad ascendente, los iones Na ⁺ y Cl ^- salen a través de canales iónicos presentes en la membrana celular. Más arriba, Na ⁺ es transportado activamente fuera del filtrado y Cl ^{- le} sigue. La osmolaridad se da en unidades de miliosmoles por litro (mOsm/L).

Los diuréticos de asa son medicamentos que a veces se usan para tratar la hipertensión. Estos fármacos inhiben la reabsorción de iones Na ⁺ y Cl ^- por la extremidad ascendente del asa de Henle. Un efecto secundario es que aumentan la micción. ¿Por qué crees que este es el caso?

Para cuando el filtrado llega a la DCT, la mayor parte de la orina y los solutos han sido reabsorbidos. Si el cuerpo requiere agua adicional, todo puede ser reabsorbido en este punto. La reabsorción adicional es controlada por las hormonas, las cuales serán discutidas en una sección posterior. La excreción de desechos ocurre por falta de reabsorción combinada con secreción tubular. Los productos indeseables como los desechos metabólicos, la urea, el ácido úrico y ciertos medicamentos, se excretan por secreción tubular. La mayor parte de la secreción tubular ocurre en la DCT, pero algunas ocurren en la parte temprana del conducto colector. Los riñones también mantienen un equilibrio ácido-base al secretar exceso de iones H ⁺.

Aunque las partes de los túbulos renales se denominan proximal y distal, en una sección transversal del riñón, los túbulos se colocan juntos y en contacto entre sí y con el glomérulo. Esto permite el intercambio de mensajeros químicos entre los diferentes tipos de células. Por ejemplo, la extremidad ascendente DCT del asa de Henle tiene masas de células llamadas mácula densa, que están en contacto con células de las arteriolas aferentes llamadas células yuxtaglomerulares. Juntas, la mácula densa y las células yuxtaglomerulares forman el complejo yuxtaglomerular (JGC). El JGC es una estructura endocrina que secreta la enzima renina y la hormona eritropoyetina. Cuando las hormonas desencadenan las células de la mácula densa en la DCT debido a variaciones en el volumen sanguíneo, la presión arterial o el equilibrio electrolítico, estas células pueden comunicar inmediatamente el problema a los capilares en las arteriolas aferentes y eferentes, que pueden estrechar o relajarse para cambiar la tasa de filtración glomerular de los riñones.

Conexión de carrera: Nefrólogo

Un nefrólogo estudia y trata las enfermedades de los riñones, tanto las que causan insuficiencia renal (como la diabetes) como las afecciones que producen la enfermedad renal (como la hipertensión). La presión arterial, el volumen sanguíneo y los cambios en el equilibrio electrolítico son competencia de un nefrólogo.

Los nefrólogos suelen trabajar con otros médicos que remiten a los pacientes a ellos o consultan con ellos sobre diagnósticos específicos y planes de tratamiento. Los pacientes suelen ser referidos a un nefrólogo por síntomas como sangre o proteína en la orina, presión arterial muy alta, cálculos renales o insuficiencia renal.

La nefrología es una subespecialidad de medicina interna. Para convertirse en nefrólogo, a la escuela de medicina le sigue una formación adicional para obtener la certificación en medicina interna. Se dedican dos o más años adicionales a estudiar específicamente los trastornos renales y sus efectos acompañantes en el cuerpo.

Resumen

Los riñones son los principales órganos osmorreguladores en los sistemas de mamíferos; funcionan para filtrar la sangre y mantener la osmolaridad de los fluidos corporales a 300 mOsm. Están rodeadas por tres capas y están formadas internamente por tres regiones distintas: la corteza, la médula y la pelvis.

Los vasos sanguíneos que transportan la sangre dentro y fuera de los riñones surgen y se fusionan con la aorta y la vena cava inferior, respectivamente. Las arterias renales se ramifican desde la aorta y entran en el riñón donde se dividen en arterias segmentarias, interlobares, arqueadas y corticales irradiadas.

La nefrona es la unidad funcional del riñón, que filtra activamente la sangre y genera orina. La nefrona está conformada por el corpúsculo renal y el túbulo renal. Las nefronas corticales se encuentran en la corteza renal, mientras que las nefronas yuxtamedulares se encuentran en la corteza renal cerca de la médula renal. La nefrona filtra e intercambia agua y solutos con dos conjuntos de vasos sanguíneos y el líquido tisular en los riñones.

Hay tres etapas en la formación de orina: filtración glomerular, que ocurre en el glomérulo; reabsorción tubular, que ocurre en los túbulos renales; y secreción tubular, que también ocurre en los túbulos renales.

Conexiones de arte

Figura\(\PageIndex{2}\): ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el riñón es falsa?

1. La pelvis renal drena hacia el uréter.
2. Las pirámides renales se encuentran en la médula.
3. La corteza cubre la cápsula.
4. Las nefronas se encuentran en la corteza renal.

Responder

C

Figura\(\PageIndex{3}\): ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre la nefrona es falsa?

1. El conducto colector se vacía en el túbulo enrevesado distal.
2. La cápsula de Bowman rodea el glomérulo.
3. El asa de Henle se encuentra entre los túbulos convolucionados proximal y distal.
4. El asa de Henle se vacía en el túbulo contorneado distal.

Responder

A

Figura\(\PageIndex{5}\): Los diuréticos de asa son medicamentos que a veces se utilizan para tratar la hipertensión. Estos fármacos inhiben la reabsorción de iones Na ⁺ y Cl ^- por la extremidad ascendente del asa de Henle. Un efecto secundario es que aumentan la micción. ¿Por qué crees que este es el caso?

Responder

Los diuréticos de asa disminuyen la excreción de sal en la médula renal, reduciendo así su osmolalidad. Como resultado, se excreta menos agua en la médula por la extremidad descendente, y se excreta más agua en forma de orina.

Glosario

arteriola aferente

arteriola que se ramifica desde la arteria cortical irradia y entra en el glomérulo

Arteria arqueada

arteria que se ramifica desde la arteria interlobar y se arquea sobre la base de las pirámides renales

extremidad ascendente

parte del asa de Henle que asciende de la médula renal a la corteza renal

Cápsula de Bowman

estructura que encierra el glomérulo

cáliz

estructura que conecta la pelvis renal con la médula renal

corteza (animal)

capa externa de un órgano como el riñón o la glándula suprarrenal

nefrona cortical

nefrona que se encuentra en la corteza renal

arteria cortical irradia

arteria que se irradia desde las arterias arqueadas hacia la corteza renal

Intercambiador a contracorriente

Red capilar peritubular que permite el intercambio de solutos y agua de los túbulos renales

multiplicador contracorriente

Gradiente osmótico en la médula renal que es responsable de la concentración de orina

extremidad descendente

parte del asa de Henle que desciende de la corteza renal a la médula renal

túbulo contorneado distal (DCT)

parte del túbulo renal que es la más distante del glomérulo

arteriola eferente

arteriola que sale del glomérulo

filtración glomerular

filtración de sangre en la red capilar glomerular hacia el glomérulo

tasa de filtración glomerular (GFR)

cantidad de filtrado formado por el glomérulo por minuto

glomérulo (renal)

parte del corpúsculo renal que contiene la red capilar

hilum

región en la pelvis renal donde los vasos sanguíneos, los nervios y los uréteres se agrupan antes de entrar o salir del riñón

vena cava inferior

una de las principales venas del cuerpo humano

arteria interlobar

arteria que se ramifica desde la arteria segmentaria y se desplaza entre los lóbulos renales

célula yuxtaglomerular

célula en las arteriolas aferentes y eferentes que responden a estímulos de la mácula densa

nefrona yuxtamedular

nefrona que se encuentra en la corteza pero cerca de la médula renal

riñón

órgano que realiza funciones excretoras y osmorreguladoras

lóbulos del riñón

pirámide renal junto con la región cortical contigua

bucle de Henle

parte del túbulo renal que se enrolla en la médula renal

mácula densa

grupo de células que detecta cambios en la concentración de iones sodio; presente en partes del túbulo renal y conductos colectores

médula

capa media de un órgano como el riñón o la glándula suprarrenal

nefrona

unidad funcional del riñón

cápsula de grasa perirenal

capa de grasa que suspende los riñones

red capilar peritubular

red capilar que rodea el túbulo renal después de que la arteria eferente sale del glomérulo

túbulo contorneado proximal (PCT)

parte del túbulo renal que se encuentra cerca del glomérulo

arteria renal

rama de la arteria que ingresa al riñón

cápsula renal

capa que encapsula los riñones

columna renal

área del riñón a través de la cual viajan las arterias interlobares en el proceso de suministro de sangre a los lóbulos renales

corpúsculo renal

glomérulo y la cápsula de Bowman juntos

fascia renal

tejido conectivo que soporta los riñones

pelvis renal

región en el riñón donde los cálices se unen a los uréteres

pirámide renal

estructura cónica en la médula renal

túbulo renal

túbulo de la nefrona que surge del glomérulo

vena renal

rama de una vena que sale del riñón y se une a la vena cava inferior

arteria segmentaria

arteria que se ramifica desde la arteria renal

transporte máximo

cantidad máxima de soluto que puede transportarse fuera de los túbulos renales durante la reabsorción

reabsorción tubular

recuperación de agua y solutos que se filtraron en el glomérulo

secreción tubular

proceso de secreción de desechos que no se reabsorben

uréter

tubo portador de orina que sale del riñón; lleva la orina a la vejiga

vejiga urinaria

estructura en la que los uréteres vacían la orina; almacena orina

orina

filtrado producido por los riñones que se excreta fuera del cuerpo

vasa recta

red peritubular que rodea el bucle de Henle de las nefronas yuxtamedulares