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Hipertonicidade Medular

Durante a evolução, foi fundamental o desenvolvimento de mecanismos de preservação de água pelos animais terrestres. A formação de um meio hipertônico na medula renal, como consequência da reabsorção de solutos sem água, é fundamental para que ocorra a reabsorção de água e a sua preservação no organismo. Nesse sentido, é de grande importância a compreensão dos mecanismos envolvidos na formação e manutenção da hipertonicidade medular.

Tendo a forma de um grão de feijão o rim apresenta uma borda convexa e outra côncava, na qual se situa o hilo, onde entram e saem vasos sanguíneos, entram nervos e saem os ureteres.

O rim é formado pela cápsula, de tecido conjuntivo denso, a zona cortical e a zona medular. Sendo que a zona medular é formada por 10 a 18 pirâmides medulares de Malpighi e da base de cada pirâmide partem os raios medulares, que penetram na cortical. Cada lobo renal é formado por uma pirâmide e pelo tecido cortical que recobre sua base e seus lados. Um lóbulo é constituído por um raio medular e pelo tecido cortical que fica em volta, delimitado pelas arteríolas interlobulares. Cada rim é constituído por milhões de néfrons. O néfron é formado por uma parte dilatada, o corpúsculo renal ou de Malpighi, pelo túbulo contorcido proximal, pelas partes delgada e espessa da alça de Henle, pelo túbulo contorcido distal e pelos túbulos e ductos coletores, sendo o néfron a unidade funcional do rim.

Os ramos descendente e ascendente delgado da alça de Henle são caracterizados, principalmente, pela alta permeabilidade aos pequenos solutos e água. As células epiteliais desses segmentos possuem poucas mitocôndrias e microvilosidades, portanto, são incapazes de apresentar mecanismos de transporte ativo, transportando solutos e água através de canais. O segmento espesso ascendente da alça de Henle também é chamado túbulo distal reto. O epitélio dessa porção do néfron apresenta muitas mitocôndrias e espaços intercelulares complexos, tornando o epitélio altamente impermeável à água

Aspectos Morfofuncionais do Rim

Tendo a forma de um grão de feijão o rim apresenta uma borda convexa e outra côncava, na qual se situa o hilo, onde entram e saem vasos sanguíneos, entram nervos e saem os ureteres.

O rim é formado pela cápsula, de tecido conjuntivo denso, a zona cortical e a zona medular. Sendo que a zona medular é formada por 10 a 18 pirâmides medulares de Malpighi e da base de cada pirâmide partem os raios medulares, que penetram na cortical. Cada lobo renal é formado por uma pirâmide e pelo tecido cortical que recobre sua base e seus lados. Um lóbulo é constituído por um raio medular e pelo tecido cortical que fica em volta, delimitado pelas arteríolas interlobulares. Cada rim é constituído por milhões de néfrons. O néfron é formado por uma parte dilatada, o corpúsculo renal ou de Malpighi, pelo túbulo contorcido proximal, pelas partes delgada e espessa da alça de Henle, pelo túbulo contorcido distal e pelos túbulos e ductos coletores, sendo o néfron a unidade funcional do rim.

Os ramos descendente e ascendente delgado da alça de Henle são caracterizados, principalmente, pela alta permeabilidade aos pequenos solutos e água. As células epiteliais desses segmentos possuem poucas mitocôndrias e microvilosidades, portanto, são incapazes de apresentar mecanismos de transporte ativo, transportando solutos e água através de canais. O segmento espesso ascendente da alça de Henle também é chamado túbulo distal reto. O epitélio dessa porção do néfron apresenta muitas mitocôndrias e espaços intercelulares complexos, tornando o epitélio altamente impermeável à água.

Formação da Hipertonicidade Medular – Efeito Unitário do Sistema Contracorrente

A formação da hipertonicidade medular se deve a duas propriedades dos ramos ascendentes fino e grosso da Alça de Henle: reabsorção de NaCl e impermeabilidade a água. E ela é gerada devido ao fato desses túbulos se disporem em alças, com ramos paralelos, nos quais os fluxos em direções opostas permitem o efeito de contracorrente, o que irá gerar a hipertonicidade.

Os ramos descendente e ascendente finos da Alça de Henle são altamente permeáveis à água e aos pequenos solutos. As células epiteliais desses segmentos são incapazes de apresentar mecanismo de transporte ativo por possuírem poucas mitocôndrias e microvilosidades, transportando solutos e água por meio de canais. O segmento fino descendente é moderadamente permeável ao Na⁺, Cl^- e ureia, além de ser bastante permeável à água devido a alta densidade de aquaporinas-1. Esse segmento é envolvido pelo interstício e, à medida que ele vai se encaminhando em direção a medula, ocorrem dois processos: a adição de solutos ao fluido intratubular e a reabsorção de água.

Ao contrário do segmento descendente, o segmento ascendente apresenta um epitélio impermeável à água e altamente permeável a Na⁺, Cl^- e uréia. Na⁺ e Cl^- são reabsorvidos passivamente, e a uréia é secretada.

O fluído que atinge a dobradura da alça é bastante concentrado e, à medida que caminha pela porção ascendente, dilui-se por perda de soluto, tornando-se cerca de 200mOsm mais diluído em relação ao interstício que o envolve.

O segmento ascendente espesso é impermeável à água, de modo que é o responsável primário pela hipertonicidade medular, uma vez que transporta ativamente solutos para o interstício de forma desacoplada do transporte de água. Este segmente constitui um importante local de reabsorção de Na⁺.

Na membrana basolateral das células epiteliais há Na⁺/K⁺ ATPases com uma densidade elevada compatível com as altas taxas de transporte transepitelial.  Na membrana apical opera um sistema de co-transporte que carreia para o citossol, em um ciclo de operação, 1Na⁺, 2Cl^- e 1K⁺ (NKCC). A energia para esse processo provém do gradiente de concentração intracelular de Na⁺ criado pela Na⁺/K⁺ ATPase presente na membrana basolateral. Há também nesta membrana a presença de canais para o Cl^- e para o K⁺. A resultante desse processo é a reabsorção, pela membrana basolateral, de Na⁺, Cl^- e K⁺ (embora uma parte do potássio que entra na célula por meio do NKCC recircule de volta para a luz, gerando potencial de membrana, uma outra parte sai pela membrana basolateral).  O mecanismo de reabsorção de NaCl, sem reabsorção de água pela porção ascendente, é chamado de “Efeito Unitário do Sistema Contracorrente”.

Assim que o fluido hipertônico deixa a porção descendente e vai para a ascendente, ele está mais concentrado que o interstício. Como o segmento ascendente é impermeável à água, mas não ao NaCl, este composto será reabsorvido. Dessa forma, o efeito inicial Na⁺/K⁺ ATPase, presente no ramo ascendente grosso é preservado. Como resultado será reabsorvida mais água no ramo fino descendente de forma que o equilíbrio osmótico e o interstício só serão atingidos na dobradura da alça. Esse fenômeno recebe o nome de “Sistema Contracorrente Multiplicador”. É chamado contracorrente porque os ramos descendente e ascendente têm efeitos opostos.

O Papel dos Vasos Retos na Manutenção da Hipertonicidade Medular

Vasos retos são ramos capilares para a medula a partir dos capilares peri tubulares e estão associados com os néfrons de alças longas. Irrigam diretamente a medula renal sem passar pelo córtex e são importantes fatores para que seja mantido a concentração no interstício medular.

Isto é feito à medida em que os vasos se dirigem paralelamente às estruturas tubulares da medula removendo do interstício medular NaCl, ureia e água acrescentados ao interstício pelas diferentes porções tubulares medulares.

Para que seja conservada a hipertonicidade do interstício medular deve haver um equilíbrio entre a remoção de água e solutos pelos vasos e a adição ao interstício pelos túbulos.

O sangue que percorre os vasos retos equilibra-se passivamente com os interstício medular: ele se concentra (perde água e ganha soluto) à medida que caminha pelo vaso reto descendente, e se dilui, ganhando água e perdendo soluto a medida que sobe pelo ascendente.

Além do NaCl, a uréia também é um soluto importante na formação da hipertonicidade medular, uma vez que, ao ser reabsorvida pelo túbulo coletor (a favor de seu gradiente de concentração, e portanto, um mecanismo passivo), concentra-se no interstício, de onde se , passivamente, para os dois ramos finos da alça de Henle.

Uma vez que a permeabilidade do ducto coletor à uréia é maior que nos segmentos fi nos da alça, esta se acumula no interstício medular concentrado auxiliando sua manutenção. 

Assim, a tonicidade do interstício medular pode ser regulada pelos seguintes fatores: o fluxo sangüíneo medular e o volume extracelular.

Quando atinge a porção ascendente, o sangue terá maior capacidade de retirar NaCl e uréia do interstício e menor capacidade de retirar água. Assim, o gradiente de osmolalidade em direção ao interstício papilar irá diminuir. Isso ocorre porque a remoção de solutos do interstício pelo sangue aumenta se comparado a adição dos mesmos pelos segmentos ascendentes fino e grosso. Nessa condição, o gradiente osmótico, que favorece reabsorção de água pelo ducto coletor, na presença de ADH é nulo,  a água é retida no fluido tubular. Dessa forma, grande quantidade de água é eliminada pela urina.

Influência da Hipertonicidade Medular na Reabsorção de Água

O hormônio antidiurético (ADH) ou vasopressina, sintetizado no hipotálamo e liberado pela neurohipófise, permite a regulação da osmolaridade extracelular através de alterações na reabsorção renal de água, de forma independente da reabsorção de soluto. O epitélio do túbulo coletor é impermeável à água, no entanto, na presença de ADH ele torna-se permeável. A capacidade dos rins de manter uma medula hiperosmótica é fundamental para que haja a reabsorção de água, pois ela gera uma força osmótica que determina a passagem de água do fluido, menos diluído, em direção ao interstício da medula, mais concentrado.

O ADH irá estimular a reabsorção de NaCl no ramo grosso ascendente da Alça de Henle, pois ele a atividade do co-transportador Na+ /K+ /2Cl–, fazendo com que aumente ainda mais a concentração do interstício medular. Na presença de ADH, a reabsorção de água no ducto coletor aumenta à medida que o interstício medular torna-se mais concentrado.

No ducto coletor, esse hormônio irá ligar-se a um receptor localizado na membrana basolateral celular, ativando-o. Esse receptor gera um aumento dos níveis celulares de AMPc, que ativará uma proteína a qual fosforila uma cascata de outras proteínas, levando ao aumento de canais de água – aquaporinas. A água passa para o interstício medular hipertônico através desses canais.

Um dos principais estímulos para a secreção de ADH é o aumento da osmolaridade do meio extracelular acima do normal, como em situações de estresse hídrico. No hipotálamo há osmorreceptores capazes de detectar essa hipertonicidade elevada e ativar sinais elétricos que se propagam por potenciais de ação até a hipófise posterior, estimulando a liberação de ADH.

A diminuição da pressão arterial e a redução do volume sanguíneo também são fatores capazes de aumentar a secreção de ADH. Nessas situações, tal hormônio promoverá o aumento da reabsorção de água pelos rins, assim como a elevação da resistência vascular periférica.  Contudo, pequenos aumentos na osmolaridade desencadeiam um aumento superior na secreção de ADH, quando comparamos com a redução de volume. Em suma, a hipovolemia será um importante estímulo para a secreção de ADH. No entanto, o principal estímulo para essa secreção é a hiperosmolaridade.

Quando a tonicidade do meio extracelular diminui, os osmorreceptores inibem a propagação do impulso nervoso e a consequente liberação de ADH.

O aumento da reabsorção de água na porção inicial do túbulo coletor tem por consequência o aumento da concentração de ureia na porção final do túbulo. O ADH também terá causado a inserção de carreadores específicos, que irão aumentar a permeabilidade à ureia permitindo que ela seja reabsorvida, já que sua concentração no interstício estará menor do que no fluido tubular. No entanto, nem toda a ureia reabsorvida será secretada.

Finalmente, a secreção de ADH culmina na formação de uma urina com alta osmolaridade, mas desprovida de alterações na composição de solutos, pois estará ocorrendo a eliminação de um volume menor de urina.

Diabetes insipidus e reabsorção de água

A diabetes insipidus é uma condição patológica na qual o organismo é incapaz de secretar o hormônio antidiurético ou de responder a ele. Logo não ocorrerá a reabsorção de água no túbulo coletor e o indivíduo poderá excretar elevadas quantidades de uma urina muito diluída, tendo como consequência o aumento do cloreto de sódio no meio extracelular e até a desidratação.

Alterações na hipertonicidade medular

A ausência do co-transportador Na+/K+/2Cl– no ramo grosso da Alça de Henle irá impedir que ocorra a reabsorção de NaCl nesse segmento e como consequência não haverá o efeito gerado pelo sistema contracorrente. Tais alterações irão resultar na perda da hipertonicidade medular mantida em condições normais e numa consequente não reabsorção de água pelo segmento fino descendente da Alça de Henle. O NaCl ficará retido na luz tubular e o fluido no final no final do segmento grosso ascendente irá apresentar uma elevação da quantidade de água, Na+, K+, Cl-.

Referências

COSTANZO, Linda S. Fisiologia. 2. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2004.

GUYTON, A. C.; HALL, J. E. Fisiologia médica. 10. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2002. 973p.

MELO AIRES, Margarida. Fisiologia. 2. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1999. 933p.

BERNE, R. M., LEVY, M. N., KOEPPEN, B. M. & STANTON, B. A. (2004). Fisiologia (*), 5ª ed., Ed. Elsevier, Rio de Janeiro, RJ. ISBN-10:8535213678

KOEPPEN, B. M. & STANTON, B. A. (2009). Berne & Levy: Fisiologia(*), 6ª ed., Ed. Elsevier, Rio de Janeiro, RJ. ISBN-10: 8535230572

Rui Curi, Joaquim Procopio – Fisiologia Básica – Guanabara Koogan, 2009. v1 882p.