H2: Fisiologia Renal: Funções, Néfron e Filtração Glomerular

Funções Essenciais dos Rins

Múltiplas funções exercidas pelos rins:

• Excreção de produtos de degradação do metabolismo e de substâncias químicas estranhas
• Regulação do equilíbrio hidroeletrolítico
• Regulação da osmolaridade e das concentrações de eletrólitos dos líquidos corporais
• Regulação do equilíbrio ácido-básico
• Regulação da pressão arterial
• Secreção, metabolismo e excreção de hormônios
• Gliconeogênese

Excreção de Produtos de Degradação e Substâncias Estranhas

Os rins constituem o principal meio para a eliminação dos produtos de degradação do metabolismo que não são mais necessários ao corpo. Entre eles, destacam-se: ureia (proveniente do metabolismo dos aminoácidos), creatinina (oriunda da creatina dos músculos), ácido úrico (proveniente dos ácidos nucleicos), produtos finais da degradação da hemoglobina (como a bilirrubina) e os metabólitos de diversos hormônios.

Esses produtos precisam ser eliminados do organismo tão rapidamente quanto são produzidos.

Além disso, os rins também eliminam a maioria das toxinas e outras substâncias estranhas que são produzidas pelo corpo ou que são ingeridas, como pesticidas, fármacos e aditivos alimentares.

Regulação do Equilíbrio Hidroeletrolítico

Para a manutenção da homeostase, a excreção de água e eletrólitos deve equivaler precisamente ao seu aporte (proveniente da ingestão ou da produção metabólica). Se o aporte de determinada substância exceder sua eliminação, a quantidade dessa substância no corpo irá aumentar, e assim inversamente.

Em geral, a ingestão de água e de muitos eletrólitos é determinada, em grande parte, pelos hábitos alimentares do indivíduo, cabendo aos rins ajustar a intensidade de excreção de várias substâncias para que equivalham à sua ingestão.

Regulação da Pressão Arterial

Os rins desempenham papel dominante na regulação a longo prazo da pressão arterial, ao excretarem quantidades variáveis de água e sódio. Além disso, os rins também contribuem para a regulação a curto prazo, através da secreção de fatores ou de substâncias vasoativas, como a renina, que leva à formação de produtos vasoativos como a angiotensina II.

Regulação do Equilíbrio Ácido-Básico

Juntamente com os pulmões e os tampões dos líquidos corporais, os rins contribuem para a regulação do equilíbrio ácido-básico através da excreção de ácidos e da regulação das reservas de tampões dos líquidos corporais.

Os rins representam o único órgão capaz de eliminar do organismo certos tipos de ácidos gerados pelo metabolismo de proteínas, como o ácido sulfúrico e o ácido fosfórico.

Regulação da Produção de Eritrócitos (Eritropoietina)

Os rins secretam a eritropoietina, que estimula a produção de eritrócitos.

A hipóxia constitui estímulo importante para a secreção de eritropoietina pelos rins.

OBSERVAÇÃO: No indivíduo normal, os rins são responsáveis por quase toda a eritropoietina secretada na circulação. Em indivíduos com doença renal grave ou que tiveram os rins removidos e foram submetidos à hemodiálise, verifica-se o desenvolvimento de anemia grave em decorrência da redução na produção de eritropoietina.

Anatomia Fisiológica dos Rins

Suprimento Sanguíneo Renal

A artéria renal penetra no rim através do hilo e, a seguir, ramifica-se progressivamente para formar as arteríolas interlobares, que se ramificam e formam as artérias arqueadas, que dão origem às artérias interlobulares, que por sua vez dão origem às arteríolas aferentes, que deságuam nos capilares glomerulares, nos quais grandes quantidades de líquido e solutos (exceto as proteínas plasmáticas) são filtrados, dando início à formação da urina. As extremidades distais dos capilares de cada glomérulo coalescem para formar a arteríola eferente, que leva à segunda rede capilar, constituída pelos capilares peritubulares, que circundam os túbulos renais.

A existência da pressão hidrostática elevada nos capilares glomerulares (cerca de 60 mmHg) resulta na rápida filtração do líquido, enquanto a pressão hidrostática muito mais baixa nos capilares peritubulares permite a rápida reabsorção de líquido.

Os rins possuem a capacidade de controlar essas pressões hidrostáticas, modificando, assim, a intensidade da filtração glomerular e/ou a reabsorção tubular em resposta às demandas homeostáticas do organismo.

Os capilares peritubulares deságuam nos vasos do sistema venoso, que correm paralelamente aos vasos arteriolares e formam progressivamente a veia interlobular, a veia arqueada, a veia interlobar e a veia renal; esta última abandona o rim ao lado da artéria renal e do ureter.

O Néfron: Unidade Funcional do Rim

No ser humano, cada rim é constituído por cerca de 1 milhão de néfrons, cada um com capacidade de formar urina. O rim é incapaz de regenerar néfrons ou de formar novos néfrons. Logo, em caso de lesões, de doenças renais ou com o envelhecimento normal, ocorre diminuição do número de néfrons.

INTERESSANTE: Depois dos 40 anos, o número de néfrons funcionantes diminui, habitualmente, em cerca de 10% a cada 10 anos, de modo que, aos 80 anos, muitos indivíduos têm 40% a menos de néfrons funcionantes do que tinham aos 40. Essa perda não ameaça a vida, visto que a ocorrência de mudanças adaptativas nos néfrons remanescentes permite que eles excretem as quantidades apropriadas de água, eletrólitos e produtos de degradação.

Cada néfron é constituído por um tufo de capilares glomerulares, denominado glomérulo, através do qual grandes quantidades de líquido são filtradas do sangue, e um túbulo longo, no qual o líquido filtrado é convertido, durante seu trajeto até a pelve renal, em urina.

O glomérulo é composto por uma rede de capilares glomerulares que se ramificam e se anastomosam. Os capilares glomerulares são recobertos por células epiteliais, e todo o glomérulo é envolvido pela cápsula de Bowman. O líquido filtrado dos capilares glomerulares flui para o interior da cápsula de Bowman e, a seguir, para o túbulo proximal, que se situa no córtex renal.

A partir do túbulo proximal, o líquido flui para a alça de Henle, que mergulha na medula renal. Cada alça é constituída por um ramo descendente e um ramo ascendente. O ramo descendente e parte do ramo ascendente, por terem paredes muito finas, são chamados de delgados (ramo descendente delgado e ramo ascendente delgado). A outra parte do ramo ascendente, que possui parede mais espessa, é chamada de ramo ascendente espesso.

Depois do ramo ascendente espesso, o líquido penetra no túbulo distal, que também se localiza no córtex renal. Esse túbulo é seguido pelo túbulo conector e este pelo túbulo coletor cortical e medular que desemboca no ducto coletor.

OBSERVAÇÃO: Por que grandes quantidades de solutos são filtradas e depois reabsorvidas pelos rins?

A vantagem de manter a filtração glomerular (FG) elevada é que isso permite aos rins a rápida remoção dos produtos de degradação do corpo, que, para a sua excreção, dependem primariamente da FG.

A maioria dos produtos de degradação é pouco reabsorvida pelos túbulos e, portanto, depende da FG para sua remoção efetiva do organismo.

Uma segunda vantagem em manter a FG elevada é que isso permite aos rins filtrar e processar todos os líquidos corporais inúmeras vezes, diariamente. Como o volume plasmático é de apenas cerca de 3 litros e a FG é de cerca de 180 L/dia, todo o plasma pode ser filtrado e processado cerca de 60 vezes ao dia. Essa elevada FG permite aos rins controlar rapidamente, e com precisão, tanto o volume quanto a composição dos líquidos corporais.

Filtração Glomerular: Primeira Etapa na Formação da Urina

A formação da urina começa com a filtração de grande quantidade de líquido através dos capilares glomerulares para o interior da cápsula de Bowman. A exemplo da maioria dos capilares, os capilares glomerulares são relativamente impermeáveis às proteínas, de modo que o líquido filtrado (denominado filtrado glomerular) é, essencialmente, isento de proteínas e desprovido de elementos celulares, inclusive eritrócitos.

As concentrações dos outros constituintes do filtrado glomerular, incluindo a maioria dos sais e moléculas orgânicas, assemelham-se às concentrações observadas no plasma. Poucas substâncias com baixo peso molecular, como o cálcio e os ácidos graxos, não são livremente filtradas em virtude de suas ligações parciais às proteínas plasmáticas.

A FG Corresponde a Cerca de 20% do Fluxo Plasmático Renal

Como ocorre em outros capilares, a FG é determinada pelo equilíbrio entre as forças hidrostática e coloidosmótica que atuam através da membrana capilar e pelo coeficiente de filtração capilar (Kf). Os capilares glomerulares têm intensidade de filtração muito maior que a maioria dos outros capilares, devido à elevada pressão hidrostática nos glomérulos e ao grande valor de Kf.

Membrana dos Capilares Glomerulares

A membrana dos capilares glomerulares assemelha-se à de outros capilares, exceto pelo fato de ser constituída por três camadas principais (em lugar de duas camadas apenas): o endotélio do capilar, a membrana basal e a camada de células epiteliais (podócitos), que circunda a superfície externa da membrana basal dos capilares. Em seu conjunto, essas camadas formam a barreira de filtração que filtra várias vezes mais água e solutos que as membranas habituais.

O endotélio do capilar possui milhares de pequenas perfurações denominadas fenestrações. Apesar das fenestrações serem relativamente grandes, as células endoteliais são ricas em cargas negativas fixas, o que impede a passagem das proteínas plasmáticas.

Os podócitos não são contínuos, porém possuem processos semelhantes a pés que circundam a superfície externa dos capilares. Esses são separados por lacunas, denominadas poros em fenda, através dos quais passa o filtrado glomerular.

Determinantes da Intensidade da Filtração Glomerular

• Pressão hidrostática no interior dos capilares glomerulares (pressão hidrostática glomerular) – promove a filtração
• Pressão hidrostática na cápsula de Bowman (fora dos capilares) – opõe-se à filtração
• Pressão coloidosmótica das proteínas plasmáticas nos capilares glomerulares – opõe-se à filtração
• Pressão coloidosmótica das proteínas na cápsula de Bowman – promove a filtração (é considerada nula, porque, em condições normais, a concentração de proteínas no filtrado glomerular é muito baixa)
• Aumento do coeficiente de filtração glomerular (Kf)

Determinantes do Fluxo Sanguíneo Renal

É determinado pelo gradiente de pressão, através da vascularização renal (diferença entre as pressões hidrostáticas na artéria renal e na veia renal), dividido pela resistência vascular renal total.

A pressão na artéria renal é, aproximadamente, igual à pressão arterial sistêmica.

Como em outros leitos vasculares, a resistência vascular total, através dos rins, é determinada pela soma das resistências nos segmentos individuais da vasculatura, incluindo as arteríolas, os capilares e as veias.

O aumento na resistência de qualquer um dos segmentos vasculares dos rins tende a reduzir o fluxo sanguíneo renal, enquanto a diminuição na resistência aumenta o fluxo sanguíneo renal se as pressões na artéria renal e na veia renal forem mantidas constantes.

Embora as alterações da pressão arterial exerçam alguma influência sobre o fluxo sanguíneo renal, os rins dispõem de mecanismos eficazes para manter o fluxo sanguíneo renal e a FG relativamente constantes, processo denominado autorregulação.

Controle Fisiológico da FG e do Fluxo Sanguíneo Renal

Entre os determinantes da FG, os mais variáveis e que estão mais sujeitos a controle fisiológico incluem a pressão hidrostática glomerular e a pressão coloidosmótica nos capilares glomerulares.

Essas variáveis são influenciadas, por sua vez, pelo sistema nervoso simpático, por hormônios e por autacoides (substâncias vasoativas liberadas nos rins e que atuam localmente) e por outros controles por feedback, intrínsecos aos rins.

Ativação do Sistema Nervoso Simpático Diminui a FG

Praticamente todos os vasos sanguíneos dos rins, incluindo as arteríolas aferentes e eferentes, são ricamente inervados por fibras nervosas simpáticas. A intensa ativação dos nervos simpáticos renais pode causar constrição das arteríolas renais e diminuir tanto o fluxo sanguíneo renal quanto a FG.

Controle da Circulação Renal por Hormônios e Autacoides

Norepinefrina, Epinefrina e Endotelina (Vasoconstrição)

Entre os hormônios que causam constrição das arteríolas aferentes e eferentes, com a consequente redução da FG e do fluxo sanguíneo renal, destacam-se a norepinefrina e a epinefrina, liberadas pela medula suprarrenal. Em geral, os níveis desses hormônios acompanham a atividade do sistema nervoso simpático, assim, a norepinefrina e a epinefrina exercem pouca influência sobre a hemodinâmica renal, exceto em condições extremas, como no caso de hemorragia grave.

A endotelina pode ser liberada pelas células endoteliais vasculares lesadas dos rins, bem como de outros tecidos. É um vasoconstritor que parece estar relacionado com o controle da hemostasia.

Angiotensina II: Constrição Preferencial das Arteríolas Eferentes

A angiotensina II, que é um potente vasoconstritor renal, pode ser considerada hormônio circulante e também autacoide produzido localmente, visto que é formada tanto nos rins quanto na circulação sistêmica. Como a angiotensina II causa, preferencialmente, constrição das arteríolas eferentes, o aumento dos níveis desse hormônio eleva a pressão hidrostática glomerular, ao mesmo tempo em que reduz o fluxo sanguíneo renal. É preciso ter em mente que, em geral, ocorre aumento da formação de angiotensina II em circunstâncias associadas à redução da pressão arterial ou à depleção de volume, que tendem a diminuir a FG. Nessas circunstâncias, o aumento dos níveis de angiotensina II, ao produzir constrição das arteríolas eferentes, ajuda a evitar declínios na pressão hidrostática glomerular e na FG; todavia, ao mesmo tempo, a redução do fluxo sanguíneo renal causada pela constrição das arteríolas eferentes contribui para diminuir o fluxo pelos capilares peritubulares, o que, por sua vez, causa aumento da reabsorção de sódio e de água.

Por conseguinte, o aumento dos níveis de angiotensina II que ocorre durante dieta pobre em sódio ou em caso de depleção do volume ajuda a preservar a FG e a manter a excreção normal dos produtos de degradação do metabolismo, como a ureia e a creatinina, que dependem da filtração glomerular para a sua eliminação; ao mesmo tempo, a constrição das arteríolas eferentes induzida pela angiotensina II aumenta a reabsorção de sódio e de água, o que ajuda a restaurar o volume sanguíneo e a pressão arterial. Esse efeito da angiotensina II no sentido de auxiliar a “autorregulação” da FG é discutido adiante.

Prostaglandinas e Bradicinina (Vasodilatação)

Entre os hormônios e autacoides que causam vasodilatação e aumento do fluxo sanguíneo renal e da FG, destacam-se as prostaglandinas e a bradicinina.

Embora não pareçam ter grande importância na regulação do fluxo sanguíneo renal, ou na FG em circunstâncias normais, esses vasodilatadores podem atenuar os efeitos vasoconstritores renais dos nervos simpáticos ou da angiotensina II, particularmente seu efeito de constrição sobre as arteríolas eferentes.

Ao se oporem à vasoconstrição das arteríolas eferentes, as prostaglandinas podem ajudar a evitar reduções excessivas da FG e do fluxo sanguíneo renal.

Reabsorção e Secreção pelos Túbulos Renais

Quando penetra nos túbulos renais, o filtrado glomerular segue seu fluxo sequencialmente através das sucessivas partes do túbulo. Ao longo desse trajeto, algumas substâncias passam por reabsorção seletiva a partir dos túbulos e retornam ao sangue, enquanto outras são secretadas a partir do sangue para o lúmen tubular.

A urina que é formada e todas as substâncias na urina representam a soma de três processos renais básicos: a filtração glomerular, a reabsorção tubular e a secreção tubular.

Os processos de filtração glomerular e reabsorção tubular são quantitativamente muito grandes em relação à excreção urinária de muitas substâncias.

Enquanto a filtração glomerular é relativamente não seletiva, a reabsorção tubular é muito seletiva. Algumas substâncias, como a glicose e aminoácidos, têm reabsorção quase completa dos túbulos, de modo que sua excreção urinária é praticamente nula. Muitos dos íons no plasma, como o sódio, o cloreto e o bicarbonato, também são altamente reabsorvidos, porém sua reabsorção e excreção urinária são variáveis, dependendo das necessidades do organismo. Por outro lado, certos produtos de degradação, como a ureia e a creatinina, são pouco reabsorvidos a partir dos túbulos e, portanto, são excretados em quantidade relativamente grande.

Mecanismos de Reabsorção Tubular (Passivos e Ativos)

Para que uma substância seja reabsorvida, ela deve ser inicialmente transportada através das membranas epiteliais tubulares para o líquido intersticial renal e, a seguir, através da membrana dos capilares peritubulares de volta ao sangue.

A reabsorção através do epitélio tubular para o líquido intersticial inclui o transporte ativo ou passivo. Por exemplo, a água e os solutos podem ser transportados através das membranas celulares (via transcelular) ou através dos espaços juncionais entre as células (via paracelular). A seguir, após a absorção, através das células epiteliais tubulares, para o líquido intersticial, há o transporte, através das paredes dos capilares peritubulares, para o sangue, por ultrafiltração (fluxo de massa), que é mediada por forças hidrostáticas e coloidosmóticas. Os capilares peritubulares comportam-se de modo muito semelhante às extremidades venosas da maioria dos outros capilares, visto que existe uma força reabsortiva efetiva, que desloca o líquido e os solutos do interstício para o sangue.

Tipos de Transporte de Algumas Substâncias

• O sódio pode passar do túbulo renal para a célula endotelial do túbulo por transporte ativo (bomba Na+/H+), ou por difusão (podendo ser em cotransporte com a glicose).
• De dentro da célula para o líquido intersticial, o sódio é transportado por transporte ativo (bomba Na+/K+) na membrana basolateral.
• E do líquido intersticial para o interior dos capilares peritubulares, é absorvido por ultrafiltração (transporte passivo, impulsionado pelos gradientes de pressão hidrostática e coloidosmótica).
• A glicose pode ser reabsorvida dos túbulos renais através de transporte ativo secundário (cotransporte com Na+), ou por transporte facilitado.
• Existe também o contratransporte, que se dá da mesma forma que o cotransporte, mas ao invés das duas substâncias passarem para o mesmo meio, elas passam para meios opostos.

Transporte Máximo de Substâncias Reabsorvidas Ativamente

Transporte máximo é o limite de intensidade com que o soluto pode ser transportado.

Esse limite se dá devido à saturação dos sistemas de transporte específicos envolvidos, quando a quantidade de soluto que chega ao túbulo excede a capacidade das proteínas transportadoras e das enzimas específicas envolvidas no processo de transporte.

Exemplo: Transporte de glicose no túbulo proximal. Em condições normais, praticamente toda a glicose filtrada é reabsorvida no túbulo proximal, não aparecendo qualquer quantidade detectável de glicose na urina. Entretanto, quando a carga filtrada excede a capacidade dos túbulos de reabsorver a glicose, ocorre excreção urinária de glicose.

OBSERVAÇÃO: As substâncias que são reabsorvidas passivamente não exibem transporte máximo, visto que sua intensidade de transporte é determinada por outros fatores, como o gradiente de concentração, a permeabilidade da membrana para a substância e o tempo durante o qual o líquido que contém a substância permanece no interior do túbulo.