Capítulo 31: Regulación del volumen y la osmolaridad del líquido extracelular

El medio interno es básicamente una solución de agua y electrólitos, en continuo movimiento, a través de los diversos compartimientos líquidos del organismo, que se mantiene en equilibrio dinámico con el exterior. El mantenimiento del equilibrio hídrico en los organismos superiores implica la constancia de su composición y su volumen. Como se muestra en la figura 31-1, el agua corporal representa aproximadamente el 60% del peso corporal en un adulto sano y se distribuye entre los dos principales compartimientos líquidos del organismo. Alrededor de dos tercios del agua total se localizan en el líquido intracelular (LIC) y el tercio restante está contenido en el compartimiento del líquido extracelular (LEC). Aproximadamente, tres cuartas partes del LEC está compuesto por el líquido extravascular o intersticial (LIS) que rodea a las células, mientras que el resto corresponde con el líquido intravascular (LIV) o plasma, que se encuentra separado del líquido intersticial por la pared capilar.

La presencia en las membranas celulares de sistemas de transporte diversos, que activamente acumulan o expelen solutos específicos hacia el exterior, hace que la distribución de solutos, entre los compartimientos de LIC y LEC, difiera de forma considerable. La bomba de Na⁺/K⁺ sitúa al Na⁺ en una localización de preferencia extracelular y al K⁺ en el interior de la célula. De modo similar, el Cl⁻ queda confinado al LEC y MgO²⁺, así como los ácidos orgánicos y fosfatos, al LIC. Asimismo, el HCO₃⁻, presente en ambos compartimientos, es cerca de tres veces más abundante en el LEC. Finalmente, existen solutos especiales como la glucosa, que en condiciones normales se acumula en cantidades apreciables en el LEC; o la urea, que se distribuye por igual en todos los líquidos corporales (excepto en el líquido intersticial de la médula renal, donde existe una elevada concentración de esta sustancia).

A pesar de la desigual distribución de solutos entre el LIC y el LEC, ambos compartimientos presentan una presión osmótica equivalente, asegurada por el movimiento libre de agua que se produce a través de la mayoría de las membranas celulares. Los solutos que quedan restringidos a un determinado compartimiento de LEC o LIC determinan su osmolaridad efectiva (normalmente designada como tonicidad). En el caso del LEC y el plasma, dada su abundancia relativa frente a otros iones, Na⁺ (y sus aniones acompañantes Cl⁻ y HCO₃⁻) son los principales determinantes de la osmolaridad de este compartimiento. Asimismo K⁺ y sus aniones acompañantes, cuya distribución queda circunscrita preferentemente al LIC, determinan la osmolaridad efectiva del LIC.

El mantenimiento de una osmolaridad constante entre compartimientos determina que, ante cualquier incremento en la osmolaridad del LEC, se produzca un concomitante desplazamiento de agua, desde LIC a LEC y hasta alcanzar de nuevo el equilibrio. En este sentido, los mamíferos se engloban dentro de los organismos osmorreguladores, los cuales han desarrollado adaptaciones homeostáticas ante las desviaciones osmóticas producidas, respecto a un valor normal de osmolaridad de LEC de aproximadamente 300 mosmo/L. Estas adaptaciones se realizan, ya sea por medio de la ganancia o pérdida de agua; o por la ganancia o pérdida de osmoles.

Es necesario destacar que la osmolaridad total del plasma y LEC, así como la osmolaridad efectiva no son conceptos siempre equivalentes. Para explicar este hecho hay que distinguir entre los solutos osmóticamente efectivos (Na⁺ o manitol), confinados a un determinado compartimiento, cuyos movimientos llevan unido desplazamiento osmótico de agua; y aquellos solutos osmóticamente no efectivos, como la urea o etanol, que son permeables a las membranas celulares y cuyos desplazamientos no determinan un movimiento asociado de agua. Además existen solutos como la glucosa, que en concentraciones plasmáticas normales se comporta como un osmol inefectivo, pero que ante defectos en su captación celular (por deficiencia de insulina), se convierte en un soluto osmóticamente efectivo.

La importancia de diferenciar entre osmolaridad total y efectiva radica en que sólo la elevación plasmática de solutos osmóticamente efectivos, dará lugar a deshidratación celular por desplazamiento de agua y activará los mecanismos homeostáticos que aumentan la reserva de agua corporal total. Por lo tanto, un aumento de la concentración plasmática de Na⁺ llevará aparejado un incremento de osmolaridad efectiva, con la consiguiente activación de los mecanismos homeostáticos. Sin embargo, un individuo con uremia elevada presentará un aumento de su osmolaridad total, pero no de su osmolaridad efectiva normal, dada la distribución homogénea de la urea entre los compartimientos de LIC y LEC.

El objetivo de la regulación del agua corporal es mantener constante la cantidad total de agua del organismo y su distribución relativa entre compartimientos. Tanto células individuales, como órganos en su conjunto, regulan su volumen en respuesta a cambios en la osmolaridad, al modificar las pérdidas de solutos y agua. De modo similar, el organismo completo regula el volumen de LEC e intravascular, dentro de niveles normales. Como hemos mencionado, las alteraciones del equilibrio hídrico modifican la osmolaridad de los líquidos corporales, lo que se refleja en cambios de osmolaridad plasmática. Además, es necesario destacar que las alteraciones en las concentraciones plasmáticas de Na⁺, como principal determinante de la osmolaridad plasmática, se deben con mayor frecuencia a desequilibrios del balance de agua, mientras que las variaciones derivadas del balance de Na⁺ en sí, afectan más al volumen extracelular, que a la osmolaridad de los líquidos corporales. A pesar de que el balance del agua corporal total y la osmolaridad están muy relacionados y son mantenidos dentro de un rango normal, bajo ciertas circunstancias, ambos pueden alterarse de forma independiente (ver más adelante).

El balance de agua en el organismo se logra gracias al mantenimiento de un fino equilibrio entre la ingesta y la excreción de agua. La conservación del equilibrio hídrico requiere que el aporte y la pérdida de agua del organismo estén bien compensados, además de conseguir que los ingresos diarios se igualen a las pérdidas. Si los ingresos superan a las pérdidas, el balance de agua es positivo y la osmolaridad de los líquidos corporales disminuye. Por el contrario, cuando las entradas son menores que las pérdidas, el equilibrio es negativo y la osmolaridad aumenta. En la figura 31-2 podemos observar las vías normales de ganancia y pérdida de agua en adultos, así como los valores medios de ingreso y pérdida diaria de agua por cada vía.

Cada miembro del balance hídrico está compuesto de un componente regulado y otro no regulado que pueden alterarse significativamente en condiciones fisiológicas o patológicas. El componente no regulado de la ganancia de agua viene definido por el contenido intrínseco de agua en los alimentos, así como el consumo variable de líquidos. El elemento regulado de la ganancia de agua del organismo, reside en el consumo de líquidos en respuesta a la sensación de sed. Por su parte, el elemento no regulado de las pérdidas de agua corporal, comprende las pérdidas no sensibles de agua (pérdidas cutáneas, aire exhalado), gastrointestinales, así como la cantidad obligatoria de agua excretada en orina, necesaria para cubrir la prioridad fisiológica de eliminación de solutos por el riñón. En efecto, los riñones deben excretar una cantidad mínima y obligada del agua corporal en forma de orina, para cumplir con sus funciones homeostáticas de eliminación de sustancias de desecho y del exceso de iones. De este modo, para una excreción típica de solutos de 600 mosmol/día y un nivel máximo de concentración de orina de 1 200 mosmol/L, unos 0.5 L de agua deben ser eliminados como mínimo, diariamente. El balance hídrico negativo así generado es reemplazado normalmente con la ingesta variable de líquidos. A su vez, el elemento regulado de la excreción de agua se refiere a la excreción adicional de agua (pérdida facultativa), que se elimina en la orina, por encima de la necesaria, para asegurar una adecuada excreción renal de solutos.

En resumen, los componentes regulados del balance hídrico están constituidos por la secreción de vasopresina u hormona antidiurética (ADH) —que regula la cantidad de agua excretada en la orina— y el mecanismo de la sed. Estos mecanismos actúan, en caso necesario, para compensar las perturbaciones resultantes de las pérdidas o ganancias no reguladas de agua corporal y mantener así la homeostasis de los líquidos corporales. Estos mecanismos homeostáticos presentan además, una amplia capacidad de adaptación a situaciones excepcionales, como la falta extrema de agua o las pérdidas masivas de ésta.

Hormona antidiurética o arginina vasopresina

Estructura y biosíntesis

Químicamente, la ADH es un nonapéptido que contiene un puente disulfuro intracatenario y un tripéptido residual. Su estructura es muy similar a la oxitocina, la otra hormona peptídica secretada desde la hipófisis posterior de todos los mamíferos, que posee acciones constrictoras del músculo liso en glándulas mamarias y útero (ver capítulo 71).

La ADH y la oxitocina son sintetizadas en neuronas macrocelulares, que poseen sus cuerpos celulares en áreas específicas del hipotálamo, denominadas núcleos paraventricular y supraóptico. Las hormonas sintetizadas se concentran en los axones distales de estas neuronas hipotalámicas, localizados en la neurohipófisis, donde se mantienen unidas a proteínas denominadas neurofisinas. Las hormonas se disocian completamente de estas proteínas, una vez son liberadas en la circulación. La anatomía del hipotálamo y la neurohipófisis se describe con detalle en otras secciones de este libro (ver capítulo 71).

Efectos y mecanismo de acción

La principal acción de la ADH es el aumento de la permeabilidad del túbulo colector y distal renal al agua, disminuye así su excreción en la orina. Como se muestra en la figura 31-3, la ADH se une a receptores específicos, receptores tipo 2 de vasopresina o V2, localizados en la membrana basolateral de las células principales del túbulo colector y distal. La unión de ADH a los receptores V2 activa la adenilatociclasa, lo que aumenta el AMP cíclico (AMPc) intracelular, e inicia una cascada de segundos mensajeros, que finalmente lleva a la fosforilación y translocación desde vesículas intracitoplasmáticas de los canales de agua, en específico activados por ADH, las acuaporinas 2 (AQP-2). Las AQP-2 se insertan en la superficie apical (luminal) de la célula tubular, ello produce la reabsorción de agua desde el líquido tubular. Otras acuaporinas, AQP3 (acuaporina-3) y AQP4 (acuaporina-4), localizadas en la superficie de la membrana basolateral de estas células contribuyen a la reabsorción neta de agua en esta porción tubular. Como resultado, el agua es reabsorbida sin solutos y el líquido tubular aumenta su concentración antes de ser excretado como orina. La magnitud de este efecto antidiurético es extremadamente sensible a la concentración plasmática de ADH de modo que con un nivel plasmático de ADH de tan sólo 4 a 5 pg/mL, se alcanza un flujo de orina mínimo (0.5 mL/min) con una osmolaridad máxima de 1 200 mosm/L. Por tanto, el tránsito de canales de agua inducido por la ADH hacia la membrana apical, proporciona un mecanismo rápido para el control de la permeabilidad al agua de este segmento.

Además de los efectos a corto plazo, la ADH puede actuar al regular a largo plazo la expresión de AQP2 y AQP3. Los cambios adaptativos en el balance de agua ocurren en parte, por el cambio regulado en la expresión de estas acuaporinas, que se producen en un periodo de horas a días. Determinadas condiciones fisiológicas o fisiopatológicas se han asociado con la alteración de los niveles de estas acuaporinas. Por ejemplo, tras unas horas de la ingestión de grandes volúmenes de agua, la expresión de AQP2 y AQP3 en el túbulo colector se reduce. Al contrario, en estados asociados a retención de agua, como en el embarazo, insuficiencia cardíaca congestiva o cirrosis hepática, la expresión de AQP2 aumenta.

Aunque la respuesta primaria renal a ADH consiste en un incremento de la permeabilidad del túbulo renal al agua, la presencia de ADH induce también la reabsorción renal de solutos, principalmente urea, lo que aumenta la actividad de transportadores específicos de urea (UT-A1 y UT-A3) en los túbulos colectores de la médula interna renal. La ADH también tiene efecto sobre el transporte de NaCl, en la porción gruesa del asa ascendente y en el túbulo distal; afecta a la actividad de diversos transportadores de Na⁺ en estos segmentos. Como se verá más adelante, el reciclaje de urea y el transporte de NaCl en el asa ascendente de Henle y túbulo distal, contribuyen de manera notable a la generación de un intersticio medular hiperosmótico y a la capacidad de concentración de la orina. Por último, la ADH se une también a otro tipo de receptores (receptores tipo 1 de vasopresina, V1), expresados en los vasos sanguíneos y en diversas áreas del cerebro (ver capítulo 71).

Regulación de la secreción de ADH

Los factores fisiológicos más importantes que regulan la secreción de ADH desde la neurohipófisis son la osmolaridad plasmática (regulación osmótica) y la presión y el volumen vasculares (regulación hemodinámica). Adicional a ello, existen otros factores que afectan a la secreción de esta hormona, que pueden estimular su liberación, como la náusea, hipoglucemia o el estrés. Además existen factores inhibidores de su secreción, como son la ingestión de alcohol o de fármacos opiáceos.

A. Regulación osmótica: En condiciones fisiológicas, el estímulo principal para la secreción de ADH es el cambio de presión osmótica efectiva de los líquidos corporales. En general, un aumento de la concentración de Na⁺ es el estímulo osmótico principal ya que con la excepción de la glucosa, en pacientes diabéticos descompensados, el Na⁺ es el principal osmol extracelular. La concentración plasmática de Na⁺ varía entre límites estrechos de 140 a 145 meq/L y presenta un valor medio de 142 meq/L; mientras que los valores normales de osmolaridad plasmática se sitúan alrededor de 300 mosm/L.

La alteración en la osmolaridad de los líquidos corporales es detectada por un conjunto de neuronas del hipotálamo anterior denominadas en conjunto osmorreceptores. El mecanismo osmorregulador funciona como un sistema de punto de ajuste y de control por retroalimentación, en el que existe un nivel osmótico umbral para la secreción de ADH, por encima del cual, aparece una correlación lineal entre los valores de osmolaridad plasmáticos y los niveles circulantes de ADH. Por el contrario, cuando la osmolaridad plasmática se encuentra por debajo de este nivel umbral, las concentraciones de ADH circulantes se sitúan en niveles mínimos o indetectables (<0.5 pg/mL).

En general, los mecanismos moleculares básicos, por los cuales el osmorreceptor detecta y responde ante cambios en la osmolaridad de los fluidos, no se conocen completamente. La estimulación de estos receptores, ante aumentos en la osmolaridad externa, parece implicar cambios en el volumen de la propia célula receptora inducidos por la salida de agua desde su interior. Ulterior a ello, la estimulación de los osmorreceptores es transmitida, por señales nerviosas diversas, hasta los núcleos de la neurohipófisis que liberan ADH.

Una característica importante de este sistema es la extraordinaria sensibilidad del mecanismo regulador para detectar cambios de tan sólo un 1% de osmolaridad plasmática, y traducirlos en cambios significativos de los niveles de ADH, suficientes para alterar la capacidad de concentración de la orina. Además, un efecto antidiurético máximo se alcanza con incrementos de osmolaridad plasmáticos de tan sólo 5-10 mosm/L, que suponen alrededor de un 2 a 4% por encima del umbral para la secreción de ADH. Esta propiedad, junto con la rápida secreción y la corta vida media plasmática de la ADH (los niveles circulantes pueden reducirse a cero en cuestión de minutos), confiere a este sistema la capacidad de regular de manera rápida la osmolaridad de los líquidos corporales.

Los cambios en osmolaridad plasmática, que determinan variaciones efectivas en la secreción de ADH, varían entre diferentes individuos por factores genéticos poco conocidos. Del mismo modo, también se han observado diferencias interindividuales en el valor umbral que dispara la secreción de ADH. En adultos sanos, este umbral se sitúa en una osmolaridad plasmática media de 280 mosmol/L. Tanto la sensibilidad del mecanismo osmorreceptor, como el umbral de estimulación, se ven influenciados, dentro del propio individuo, por factores diversos tales como cambios en el volumen de sangre efectivo, edad, embarazo, etapa del ciclo menstrual, o niveles de otras hormonas, como gonadotropina coriónica, entre otras.

El mecanismo osmorreceptor se caracteriza además, por presentar cierta especificidad de sustrato, es decir, por no responder igual a todos los solutos plasmáticos. El Na⁺ y sus aniones, que por lo general contribuyen al 95% de la presión osmótica plasmática, son los solutos más potentes, en cuanto a su capacidad para estimular la secreción de ADH. Por el contrario, solutos tales como urea y glucosa (osmoles inefectivos) causan cambios indetectables en los niveles de ADH. Como consecuencia, y como ya se mencionó anteriormente, las medidas de osmolaridad plasmática pueden sobrevalorar el estímulo osmótico para la secreción de ADH, cuando solutos inefectivos como la urea y la glucosa, están anormalmente elevados en plasma.

B. Regulación hemodinámica: La secreción de ADH se ve afectada también por alteraciones en el volumen plasmático o en la presión arterial del individuo. Una respuesta compensatoria apropiada del organismo ante la disminución del volumen plasmático, debe incluir la conservación renal de agua. Asimismo, la disminución brusca de la presión arterial incrementa los niveles de ADH, de modo proporcional al nivel de hipotensión alcanzado.

La relación estímulo-respuesta, para estas alteraciones hemodinámicas obedece a un patrón exponencial que contrasta con la gran sensibilidad del sistema osmorreceptor y en la regulación del balance de agua. De este modo, pequeñas reducciones en la presión arterial o el volumen sanguíneo tienen poco efecto sobre los niveles de ADH, por esto son necesarias disminuciones relativamente importantes del volumen plasmático inicial (6-8%) o presión arterial (mayores al 10%), para producir cambios significativos en los niveles de ADH.

Los receptores responsables de estas respuestas se localizan en el sistema circulatorio corresponden con receptores de baja presión en la aurícula izquierda y grandes vasos pulmonares, así como a los de alta presión en los senos carotídeo y aórtico (ver capítulo 44). Una vez estimulados, estos receptores envían señales nerviosas ascendentes a través de los nervios vago y glosofaríngeo, hacia el tronco cerebral (centro regulador de la frecuencia y presión) y desde ahí, estas señales son redirigidas a las neuronas productoras de ADH de los núcleos paraventricular y supraóptico del hipotálamo.

A pesar de que los cambios modestos en el volumen sanguíneo o presión arterial son estímulos directos débiles para la secreción de ADH, éstos si pueden afectar indirectamente a los niveles de ADH, al modificar la sensibilidad del mecanismo osmorreceptor. En estudios realizados en humanos y animales, se ha demostrado que ante un determinado aumento en la osmolaridad plasmática se producirá una mayor secreción de ADH durante condiciones de hipovolemia, que en condiciones de hipervolemia.

En resumen, los principales efectos ejercidos por una hipovolemia moderada sobre la secreción de ADH y la sed (como veremos a continuación) son efectos indirectos a través de la modificación de la respuesta osmorreguladora. Mientras tanto, los efectos directos de esta alteración del volumen sanguíneo sobre los mecanismos compensatorios, ocurren principalmente ante grados más graves de hipovolemia (>10% de reducción del volumen sanguíneo).

Mecanismo de la sed

La ingesta de líquidos es un componente indispensable del sistema homeostático que mantiene la osmolaridad de los líquidos corporales. Dado que las pérdidas del agua corporal total, por evaporación y orina, no pueden ser reducidas por debajo de las que aseguran la termorregulación y la excreción urinaria de sustancias de desecho, es esencial asegurar que la pérdida obligatoria de agua sea diariamente reemplazada.

La sed puede definirse como la sensación subjetiva del deseo de beber. Las áreas cerebrales que controlan el deseo consciente de ingerir líquidos, se localizan en varias estructuras denominadas, en conjunto, centro de la sed y comprenden entre otras, la pared anteroventral del tercer ventrículo, la corteza cingulata anterior, la ínsula o el cerebelo. En el cuadro 31-1 se enumeran los factores que desencadenan o inhiben el mecanismo de la sed. El factor más importante que desencadena la sensación de sed en el organismo es el aumento de la osmolaridad o la presión osmótica efectiva de los líquidos corporales. Este estímulo activa a ciertos osmorreceptores hipotalámicos diferentes, aunque estructuralmente muy relacionados con los receptores que regulan la secreción de ADH. Estas células osmosensibles funcionan de modo similar, aunque se activan con un valor umbral más elevado que los osmorreceptores, que disparan la secreción de ADH. Así, en adultos sanos, el umbral para la sed se sitúa alrededor de 295 mosm/L y varía entre 289-307 mosm/L. Este valor representa cerca de 5 a 15 mosm/L más que el valor umbral para la secreción de ADH, que, debemos recordar, se encuentra alrededor de 285 mosm/L. Así el estímulo de la sed se inicia por un valor de osmolaridad plasmática para el cual la secreción de la ADH es máxima.

Los receptores que estimulan el mecanismo de la sed presentan cierta especificidad de sustrato. Así se ha observado que los cambios de osmolaridad, inducidos por la infusión salina hipertónica o manitol, resultan dipsinogénicos (estimulan la sed), mientras que los resultantes de la administración de urea o glucosa carecen de esta propiedad. También la sensibilidad y los niveles de ajuste del umbral para la sed varían de individuo a individuo, y están condicionados genéticamente. Se ven influenciados dentro del mismo individuo por cambios de volumen plasmático, embarazo o por los niveles de determinadas hormonas.

El mecanismo de la sed conduce a la ingestión de fluidos, a menos que exista un impedimento físico para beber. Tras 30 a 45 minutos de su ingestión, el agua es absorbida en el tracto gastrointestinal se distribuye con rapidez entre los compartimientos de LIC y LEC, para diluirlos y restaurar su osmolaridad al valor normal. La cantidad de fluido ingerida es proporcional a la elevación inicial de la osmolaridad y muy cercana al volumen necesario para restaurarla.

La ingestión de fluido no se produce en un solo paso, sino que existen normalmente varias pausas en la ingestión, derivadas de la inhibición momentánea y rápida del deseo de beber, a través de vías nerviosas que parten de receptores de la orofaringe y otros receptores de las vías digestivas. Esta inhibición dura poco y rápido se reinicia la sensación de sed, sólo es satisfecha a plenitud cuando la hiperosmolaridad inicial de los líquidos corporales es completamente eliminada.

Otras influencias activan la avidez por ingerir líquidos. Así por ejemplo, la reducción intensa del volumen sanguíneo o de la presión arterial, la administración de angiotensina II en ciertas áreas cerebrales o la glucopenia, estimulan el mecanismo de la sed (ver cuadro 31-1).

Dado que las modificaciones en el equilibrio de Na⁺ alteran la osmolaridad del LEC, cualquier modificación en las concentraciones de Na⁺ de LEC alteraría, en principio, la osmolaridad en este compartimiento. Sin embargo, esto no ocurre, ya que la secreción de ADH y el mecanismo de la sed, actúan en concierto para regular la osmolaridad de los líquidos corporales.

Cualquier pequeña variación en la osmolaridad normal del LEC desencadena un rápido cambio en la secreción de ADH y la producción de orina, así como en el mecanismo de la sed y previsiblemente en la ingesta de agua (figura 31-4). El nivel de umbral de osmolaridad para la sed y secreción de ADH, varían significativamente entre un individuo y otro. Sin embargo, en cada persona, el valor de osmolaridad normal es mantenido muy precisamente en un valor situado entre los valores del umbral para la secreción de ADH y el mecanismo de la sed, de aproximadamente 300 mosm/L. Rara vez, la osmolaridad del plasma y otros líquidos se desvía más de 3-5 mosmol/L (1-1.5%), del valor normal.

Aunque el estímulo osmótico es el desencadenante más firme del mecanismo de la sed, no está claro que pequeños cambios en la osmolaridad plasmática sean responsables de la regulación diaria de la ingesta de líquidos. La mayoría de los seres humanos mantiene una ingesta diaria de agua que supera ampliamente lo que puede ser considerada como necesidad real pues responde a factores sociales y culturales. Además los valores plasmáticos de osmolaridad se conservan en la mayoría de los individuos entre 1-2% de los niveles normales, para quedar por debajo del umbral que estimula la sed. Todo esto sugiere que a pesar de su importancia en situaciones patológicas de hiperosmolaridad e hipovolemia, en condiciones fisiológicas, el balance de agua en el ser humano se alcanza más por la excreción regulada de agua, que por la ingestión de agua dirigida por el mecanismo de la sed. Esta regulación es efectiva, incluso ante pérdidas importantes del componente no sensible o ante una sobrecarga oral de solutos.

En el hombre, el mecanismo osmorregulador está sujeto a continuos ajustes por estímulos hemodinámicos, inducidos por los cambios de la postura, la actividad física, y el sueño. Estos cambios, en el volumen plasmático y presión, tienen una influencia mínima sobre la sed y producción de ADH, dado que no son lo bastante grandes para desencadenar respuestas compensatorias. La sensibilidad desplazada a cambios en el volumen o presión arterial, tanto en la estimulación de la sed como en la secreción de ADH, es posible que represente una adaptación a la posición erecta en primates, que les predispone a mayores fluctuaciones en las presiones de llenado, inducidas por cambios posturales. En el caso de ser detectados, estos cambios podrían inducir respuestas compensatorias inapropiadas de antidiuresis o consumo excesivo de líquidos, en situaciones en las que el volumen extracelular sea normal, pero transitoriamente se encuentre mal distribuido.

Si el control por ADH o el mecanismo de la sed fallan en condiciones patológicas, el otro sistema efector puede todavía mantener la osmolaridad y concentración de Na⁺ con relativa efectividad. Así por ejemplo, pacientes con poliuria grave, debida a la deficiencia de ADH, mantienen la osmolaridad dentro de los límites normales sólo bebiendo más; del mismo modo, pacientes con polidipsia hacen lo mismo al incrementar la excreción de agua. Finalmente en condiciones extremas, cuando ambos sistemas fallan simultáneamente o no funcionan lo suficiente para mantener la homeostasis de líquidos, tanto las concentraciones de Na⁺, como la osmolaridad del LEC pueden desviarse apreciablemente de la normalidad.

Los riñones controlan la excreción de agua, con independencia de su capacidad, para regular la excreción de solutos, lo que permite excretar una orina hipoosmótica o hiperosmótica, es decir, con una concentración menor o mayor que el plasma, respectivamente, en función de las necesidades hídricas del organismo. Los riñones pueden ejercer esta función al separar el intercambio renal de los solutos y del agua en los segmentos tubulares, en los cuales se realizan las modificaciones específicas de la composición del líquido tubular. Este proceso ocurre principalmente en el asa ascendente de Henle, donde se reabsorbe NaCl activamente pero existe una reducida permeabilidad al agua.

Mecanismos implicados en la dilución y la concentración de la orina

Los dos factores fundamentales en la formación de la orina concentrada o diluida son:

• La presencia de un intersticio medular hiperosmótico.

• Los niveles circulantes de ADH.

Formación de una médula hiperosmótica: el mecanismo multiplicador de contracorriente

La elevada osmolaridad del líquido intersticial que baña la médula interna, respecto a segmentos corticales y medulares más externos, es una pieza clave en la capacidad renal para producir una orina concentrada. Un importante mecanismo implicado en la formación del gradiente hiperosmótico medular es el mecanismo multiplicador de contracorriente, que depende de las características anatómicas (la disposición en forma de U) y funcionales (diferente permeabilidad para el agua y solutos) del asa de Henle (figura 31-5), en especial, de su rama gruesa. Se denomina multiplicador porque la osmolaridad intersticial aumenta, desde un valor inicial de 300 mosm/L (isoosmótico con el plasma) en la médula externa, hasta un valor de 1 200 mosm/L en la parte más interna de la misma. Se denomina además de contracorriente, porque el flujo del líquido tubular circula en direcciones opuestas en las asas descendente (de corteza a médula) y ascendente (de médula a corteza) de Henle.

En cuanto a las peculiaridades anatómicas, la eficacia del mecanismo multiplicador de contracorriente depende de la longitud de la rama gruesa ascendente. En este sentido, las nefronas yuxtamedulares, cuyas asas largas de Henle descienden hasta la parte más interna de la médula, son esenciales para la generación de una médula hiperosmótica. Por el contrario, las nefronas corticales juegan un papel menos importante. A pesar de la gran diferencia de osmolaridad, existente entre la corteza y la parte más interna de la médula, entre el interior del segmento ascendente del asa de Henle y el intersticio medular, en sentido horizontal, sólo se producirá una diferencia de aproximadamente unos 200 mosm/L. Este valor corresponde con la máxima diferencia a la que pueden seguir activos los mecanismos de transporte que se producen en este segmento tubular (figura 31-6).

Las diferencias de permeabilidad y las características del transporte en los diferentes segmentos del asa de Henle, juegan un papel fundamental en la capacidad del riñón para formar orina concentrada o diluida. La rama descendente es muy permeable al agua, por lo que a medida que avanza el líquido a lo largo de ella, se producirá la reabsorción de agua para equilibrar e igualar su osmolaridad con la del intersticio. Como hemos dicho, en condiciones normales, este intersticio es hiperosmótico y existe un gradiente de concentración creciente, desde la corteza hasta la médula interna. Este gradiente es la fuerza que permite la absorción progresiva del agua, conforme el líquido discurre hacia la médula interna, con lo que se obtiene líquido tubular hiperosmolar en la zona más interna del asa de Henle (figura 31-6) y, en consecuencia, se produce la hiperosmolaridad del líquido en el interior de la misma.

A diferencia del segmento descendente, la rama ascendente, tanto la delgada como la gruesa son impermeables al agua, pero permeables a solutos. En el segmento ascendente delgado del asa, se produce reabsorción de Na⁺ y otros solutos de manera pasiva, favorecida por la diferente concentración dentro y fuera de este segmento (la concentración de Na⁺ es mayor en el líquido tubular que en el intersticio). Esta reabsorción no va acompañada de reabsorción de agua ya que este segmento es impermeable a ésta. En la rama gruesa ascendente del asa, la reabsorción de solutos se continúa de manera activa, por lo que la concentración de solutos va disminuyendo y la osmolaridad del líquido tubular disminuye aún más, ya que el volumen permanece constante. En consecuencia, el líquido que abandona el asa de Henle es hipoosmótico en relación con el plasma (su osmolaridad es 150 mosm/L, aproximadamente, figura 31-6).

A medida que se reabsorben solutos en el asa de Henle aumenta la osmolaridad en el intersticio medular. Esta hiperosmolaridad medular es la fuerza que favorece la reabsorción de agua, en la rama descendente del asa y que se produce para igualar las osmolaridades dentro y fuera de este segmento tubular. La continua reabsorción de agua en la rama descendente no acompañada de reabsorción de solutos, favorece el aumento de la osmolaridad del líquido tubular, ya que se iguala a la del intersticio medular que le rodea. A pesar de que la osmolaridad es similar dentro y fuera del asa de Henle, la concentración de Na⁺ en el líquido tubular es mayor que en el intersticio. La hiperosmolaridad del líquido, que entra en el segmento ascendente, aumenta la disponibilidad de solutos para reabsorber en las ramas ascendentes del asa de Henle y facilita, finalmente, la generación de una médula hiperosmótica, ya que el Na⁺ reabsorbido se acumula en el intersticio medular. Es importante mencionar que éste es un proceso dinámico y continuo que va a favorecer la producción, no sólo de un intersticio medular hiperosmótico, sino también la dilución del líquido tubular a medida que avanza por el asa de Henle.

Formación de una orina diluida

La excreción de una orina diluida es necesaria cuando el ingreso de líquido es mayor que las pérdidas y se produce mediante la reabsorción de solutos, sin la concomitante reabsorción de agua. Este proceso requiere unos niveles de ADH mínimos o próximos a cero. El líquido que llega al túbulo distal, como consecuencia de la absorción previa de solutos en los otros segmentos, es un líquido hipoosmótico y así permanece en este segmento y en la porción cortical del túbulo colector, ya que ambos reabsorben activamente Na⁺ sin agua, en ausencia de ADH. Por lo tanto, en ausencia de esta hormona, la osmolaridad del líquido tubular, en estos segmentos disminuye aún más, por lo que el líquido que sale de estas porciones tubulares sigue siendo hipoosmótico respecto del plasma (alrededor 50-100 mosm/L al final del túbulo colector cortical). El siguiente segmento, el túbulo colector medular reabsorbe Na⁺ de manera activa; asimismo reabsorbe agua, ya que es ligeramente permeable, incluso en ausencia de ADH. Por lo tanto, en estas condiciones en la que la ADH no está presente, el volumen de orina formado es alto —puede llegar a 18 L —con una osmolaridad que puede ser tan baja como 50 mosm/L (figura 31-7).

Formación de una orina concentrada.

Ante un aumento de las pérdidas de agua corporal o de las necesidades hídricas del organismo, los riñones reabsorben tanta agua como sea posible y forman orina concentrada, mientras conservan una excreción normal de solutos, con ello se restablece el balance hídrico.

El factor determinante para la formación de una orina concentrada es la presencia de ADH (figura 31-7). Como ya se ha mencionado, esta hormona aumenta la permeabilidad al agua de la membrana luminal de las células principales del túbulo colector, ya que promueve la fusión de vesículas que contienen la proteína AQP 2, para dar lugar a la formación de canales de agua. La reabsorción del agua en estos segmentos aumenta la osmolaridad del líquido en el interior del túbulo. El agua reabsorbida sale rápidamente por la membrana basolateral que tiene canales de agua (AQP 3 y 4). Esta reabsorción continúa a lo largo del túbulo colector medular, favorecida por la presencia de ADH y a favor del gradiente osmótico, existente entre el intersticio medular y el líquido tubular, que tienden a equilibrarse. Por lo tanto, en presencia de ADH se produce un volumen pequeño de orina con osmolaridad elevada. La máxima osmolaridad que puede alcanzar la orina dentro del túbulo colector no puede superar la osmolaridad del intersticio medular, en la parte más interna de la médula. En conjunto, se puede decir que los riñones producirán una orina hiperosmótica, sólo en presencia de ADH, que permite la reabsorción de agua en los segmentos del túbulo colector, mientras que en su ausencia se producirá una orina hipoosmótica. Hay que resaltar que la permeabilidad del túbulo colector no corresponde con un fenómeno de “todo o nada”, sino que la permeabilidad de este segmento depende de los niveles de ADH presentes, los cuales permiten que el organismo concentre la orina, según las necesidades en cada momento.

Papel de la urea en la formación del intersticio hiperosmótico medular

En la formación del intersticio hiperosmótico medular, no sólo participa el mecanismo de contracorriente, sino también la recirculación de la urea, en especial, en la parte más interna de la médula. La urea desempeña un papel importante en este proceso, ya que casi 50% de la osmolaridad, del líquido intersticial medular, depende directamente de ella.

Al igual que ocurre con el agua y el Na⁺, la permeabilidad de la urea varía a lo largo del asa de Henle, siendo la rama ascendente gruesa impermeable a este producto nitrogenado. En el túbulo proximal, las 2/3 partes de la urea filtrada se han reabsorbido. En su tránsito por la rama descendente, no se produce un movimiento neto de urea. Sin embargo, a medida que el líquido avanza por la rama ascendente delgada, la urea difunde desde el espacio intersticial a la luz tubular, sigue un gradiente de concentración y, por tanto, aumenta su concentración en el líquido tubular. La cantidad de urea en la rama gruesa, en el túbulo distal y el túbulo colector cortical permanece constante, ya que estos segmentos son bastante impermeables a la urea. El túbulo colector medular es, por el contrario, bastante permeable a la urea, pues existen transportadores luminales específicos (UT-A1 y UT-A3), estimulados por la ADH, que actúa facilitando su inserción en la membrana luminal. En consecuencia, la urea se reabsorbe y pasa al intersticio medular, para incrementar sus niveles. La elevada acumulación intersticial de urea favorece su difusión al interior del segmento ascendente delgado del asa de Henle, donde su concentración es menor. La urea, por lo tanto, recircula desde el intersticio al túbulo y desde el túbulo al intersticio medular. Este proceso se conoce como la recirculación de la urea. En presencia de ADH, este proceso se ve favorecido, ya que la reabsorción de agua en el túbulo colector cortical contribuye a la concentración de la urea en el interior del mismo, con lo que facilita la salida de ésta al espacio intersticial donde su concentración es menor. Es importante indicar que la acumulación de urea en el intersticio medular permite regular la cantidad de urea tubular, que debe ser eliminada como producto final del metabolismo proteico, sin necesidad de eliminar al mismo tiempo una excesiva cantidad de agua.

Los vasos rectos: mecanismo intercambiador de contracorriente

Los vasos rectos son la red de capilares que aportan nutrientes y oxígeno a los segmentos medulares de la nefrona y derivan principalmente de las arteriolas eferentes de las nefronas yuxtamedulares. Estos capilares son muy permeables al agua y los solutos, por lo que eliminan el exceso de éstos y permiten que el agua reabsorbida, en presencia de ADH, regrese con rapidez a la circulación sistémica sin que diluya el intersticio.

Los vasos rectos presentan una disposición en horquilla que discurre paralela a las asas de Henle, lo que les permite realizar sus funciones de intercambio con el intersticio que les rodea, pero sin alterar el gradiente de osmolaridad de la médula renal. La sangre entra en estos vasos con una osmolaridad de 300 mosm/L y a medida que circula en dirección descendente, hacia la médula interna, se van incorporando solutos desde el intersticio; al mismo tiempo que el agua difunde pasiva hacia éste, sus membranas contienen canales de agua de AQP 1. En consecuencia aumenta la osmolaridad en la parte más interna de los mismos (figura 31-8). A medida que la sangre asciende hacia la médula se encuentra con un intersticio menos concentrado, por lo que los solutos difunden de nuevo hacia el intersticio y el agua hacia el interior de los vasos. Como resultado, la sangre abandona la médula externa hacia la corteza y después hacia la circulación general, con una osmolaridad estimada de 325 mosm/L, esto es, ligeramente concentrada, pero lejos de los 1 200 mosm/L de la región de la médula más interna (figura 31-8). Por lo tanto, los vasos rectos son un componente integral en el mantenimiento del gradiente osmótico intramedular, aunque no participe en su generación. De hecho, la capacidad de intercambio de contracorriente depende del flujo sanguíneo de estos capilares, de tal manera que, un aumento del flujo produce un lavado significativo de los solutos intramedulares. Un ejemplo clínico de este hecho es la diuresis osmótica, en la que aparecen, en la orina, grandes cantidades de solutos no reabsorbidos. En estas condiciones, el flujo sanguíneo medular aumenta, produciendo un descenso de la osmolaridad en la parte más interna de la médula renal. En consecuencia, aumenta el volumen urinario y la eliminación renal de solutos.

Valoración de la capacidad de los riñones para concentrar y diluir la orina

La capacidad renal de concentrar o diluir la orina se puede valorar mediante la cuantificación del aclaramiento de agua libre (CH₂O), es decir, la cantidad de agua libre de solutos excretada por los riñones. Para ello, es necesario el cálculo previo del aclaramiento osmolar (Cosm), es decir, la cantidad de solutos eliminados por el riñón, independiente si excreta una orina diluida o concentrada.

donde: V = volumen de orina; Uosm = osmolaridad urinaria y Posm = osmolaridad plasmática.

El aclaramiento de agua libre es:

Cuando se produce una orina diluida el C_H2O es positivo, lo que indica que se está excretando más agua que solutos o en otras palabras, agua libre de solutos. Cuando se produce una orina concentrada, el valor del C_H2O es negativo, lo cual indica que se están excretando más solutos que agua y, en consecuencia, que el organismo retiene agua libre de solutos.

El volumen de plasma determina la volemia, la presión arterial y el gasto cardíaco, por lo que su constancia es fundamental para el normal funcionamiento del organismo. El volumen del plasma depende del balance del Na⁺, que es el principal soluto de LEC ya que cambios en la cantidad de Na⁺ conlleva otros asociados en el volumen de agua para mantener la osmolaridad dentro de valores normales. A pesar de que las alteraciones en el balance de Na⁺ podrían, potencialmente, alterar la osmolaridad del LEC, en condiciones normales no ocurre, ya que la respuesta acoplada de ADH y el mecanismo de la sed mantienen la osmolaridad dentro de los valores normales.

El mantenimiento de la homeostasis del Na⁺ requiere el balance entre la ingesta y su excreción. A diferencia de lo que ocurre con el agua, en el hombre, no parece que, en condiciones normales exista un mecanismo de regulación de la ingesta de Na⁺ a través de un centro del apetito de la sal, como se ha demostrado en diferentes especies. Esto puede ser debido a que la dieta habitual del ser humano contiene una cantidad de Na⁺ entre 10 y 20 veces mayor que la necesaria (100-200 meq/día), por lo tanto, de manera habitual ingerimos Na⁺ en exceso. Sin embargo, en condiciones patológicas como la enfermedad de Addison, en la que una insuficiencia adrenal se asocia a una deficiencia extrema de sal, los pacientes manifiestan un ansia por ingerir sal. Las vías nerviosas centrales que participan en el apetito de la sal no se conocen bien, aunque se han implicado centros neuronales situados en la región anteroventral del tercer ventrículo del encéfalo.

El balance de Na⁺, por lo tanto depende en esencia de su excreción. Los riñones son la principal vía de eliminación del Na⁺, ya que tan sólo un pequeño porcentaje (aproximadamente 10%) se pierde al día por vías distintas (heces y transpiración).

Excreción renal de sodio

En condiciones normales, los riñones mantienen constante el volumen del LEC al ajustar la excreción de Na⁺ a su ingesta. Si la ingesta aumenta, los riñones aumentan su excreción, si disminuye, los riñones reducen ésta. La capacidad de respuesta de los riñones a los cambios en la ingesta de Na⁺ es amplia, aunque esta respuesta no es inmediata, sino que existe un periodo de adaptación, en el que la cantidad de Na⁺ excretada no corresponde con la ingerida, por lo que se produce un balance de Na⁺ positivo o negativo, según la ingesta sea mayor o menor que la excreción, respectivamente.

La regulación renal de la excreción de Na⁺ es muy compleja e implica la integración de diversos mecanismos, tanto hormonales como nerviosos, que se ponen en marcha por la activación de diferentes receptores; de los cuales, los más importantes para el control simultáneo de estas tres variables (volemia, presión arterial y gasto cardíaco) se localizan en el sistema vascular: los barorreceptores y receptores de volumen, que participan en la regulación de la presión arterial (véase capítulo 44). Los primeros se localizan en las paredes del seno carotídeo y en el cayado aórtico, mientras que los segundos se localizan en las dos aurículas y en las arterias pulmonares.

La activación de estos receptores (ver capítulo 44) modula la secreción de ADH y la actividad simpática, con el consiguiente impacto sobre la excreción de Na⁺ (ver capítulo 30). En el caso de la disminución de presión arterial o del volumen sanguíneo, se produce un aumento de la actividad simpática y un aumento de la secreción de ADH. En el caso de distensión de las aurículas y el ventrículo, producida por un aumento de volumen, se reduce la producción de ADH y de la actividad simpática, así como aumenta la síntesis de dos hormonas que incrementan la excreción renal de Na⁺ y agua a través de mecanismos explicados con más detalle en el capítulo 32: el péptido natriurético auricular, que se produce en la aurícula, y el péptido natriurético cerebral, que se produce en el ventrículo.

Además de los receptores vasculares existen receptores renales, localizados en el aparato yuxtaglomerular, que participan también en la regulación de la excreción de Na⁺ y por ende, en la regulación del volumen y presión sanguíneas. Estos receptores responden a cambios de presión y volumen, así como a los cambios en la concentración de NaCl en el aparato yuxtaglomerular. Una disminución de cualquiera de estos estímulos determina la liberación de renina y la consiguiente producción de angiotensina II, que ejerce importantes efectos sobre la hemodinámica y la función tubular renal (ver capítulo 32). El resultado final es la reducción de la excreción de Na⁺ y agua. En esta situación también se produce un aumento de la síntesis de aldosterona y de la estimulación del tono simpático renal, lo cual favorece todavía más la retención de Na⁺ y agua. Todos estos mecanismos, en mayor o menor medida, ofrecen una respuesta integrada del organismo, que ayuda a restablecer el volumen del LEC a niveles normales.

Mecanismo de diuresis y natriuresis de presión

Un mecanismo importante en la regulación del volumen del LEC es el mecanismo de diuresis de presión y natriuresis de presión, denominado así porque un aumento de la presión arterial se asocia a un aumento de la excreción de agua y Na⁺. A través de él, el riñón participa en la regulación a largo plazo de la presión arterial (véase capítulo 44). Este es un proceso complejo y resulta de la acción conjunta de diversos mecanismos y factores vasoactivos intrarrenales, ya que se observa también en riñones aislados.

El mecanismo de presión-natriuresis se activa, cuando los receptores renales detectan aumento de presión arterial en las arteriolas renales, que es interpretado como incremento del Na⁺ y del volumen plasmático. En esta situación los riñones aumentan la excreción de Na⁺ y agua, al disminuir su reabsorción en el túbulo proximal, donde se produce la mayor parte de la reabsorción renal de agua y Na⁺ (65%). Esta mayor excreción de Na⁺ es consecuencia de cambios del balance glomerulotubular. Asimismo, la inhibición de la secreción de renina, que se produce en estas circunstancias, favorece una menor producción intrarrenal de angiotensina II. Además, la reducción de la actividad simpática renal, que también se produce, contribuye, aunque en menor medida, a una mayor excreción de Na⁺ y agua en la orina. En resumen, todos estos mecanismos al actuar unidos permiten el reajuste del volumen plasmático y de la presión arterial. Adicional a ello, la reducción de la absorción de Na⁺ en la rama ascendente gruesa de Henle, inducida por el aumento de flujo sanguíneo inicial, también participa en el mecanismo de diuresis y natriuresis de presión. Esta reducción está mediada por un aumento en la formación de óxido nítrico (NO). Este factor no sólo inhibe la reabsorción de Na⁺ y agua directamente, sino también de modo indirecto al dilatar los vasos rectos y modificar el flujo medular (ver capítulo 29).

Hasta ahora se ha considerado que los cambios en el volumen del LEC se asocian con cambios paralelos en el volumen plasmático, esto ocurre en condiciones normales; sin embargo, existen algunas situaciones patológicas, en las que estos cambios no son paralelos como es el caso de la insuficiencia cardíaca congestiva o del fallo hepático. En estos casos, el aumento del volumen del LEC se produce a costa de un aumento del volumen del líquido intersticial, con formación de edema pulmonar (fallo cardíaco congestivo) o con la acumulación del líquido en la cavidad abdominal (fallo hepático). Como consecuencia de la acumulación extravascular de líquido, se reduce el volumen circulante efectivo, es decir, el volumen de plasma que perfunde los tejidos de manera eficaz. En esta situación, el aumento del volumen del LEC no se acompaña con un aumento de la excreción de Na⁺, todo lo contrario, se produce una reducción del mismo al reducirse el volumen circulante efectivo, ya que parte del plasma pasa al espacio intersticial. Esta reducción es detectada por los barorreceptores y los receptores de volumen, que determinan la retención de Na⁺ y agua, mediante la activación del sistema nervioso simpático, la secreción de angiotensina II y de aldosterona.

El control del balance de Na⁺ ocurre, al margen de si el organismo esté en una situación de euvolemia, de hipervolemia o de hipovolemia, aunque es evidente que los mecanismos que se activarán serán distintos en cada una de las situaciones. En una situación de euvolemia, los cambios en los niveles de Na⁺ van a tener un impacto directo sobre la osmolaridad de los líquidos corporales, de tal manera que el aumento en la cantidad de Na⁺ en el LEC llevará asociado un aumento de la osmolaridad. En esta situación, se activarán los osmorreceptores y el centro de la sed, que dará como respuesta un aumento de los niveles de agua (menos excreción, mayor ingesta), que permitirán normalizar la osmolaridad. Por último, para volver a la situación de equilibrio, el organismo responderá a este incremento de agua y de Na⁺, al eliminarlo mediante la activación del mecanismo de diuresis de presión y de los factores natriuréticos (péptidos natriuréticos y NO), así al inhibir los factores antinatriuréticos (angiotensina II, aldosterona y el sistema nervioso simpático). En el caso de una disminución de la cantidad de Na⁺, se producirán todas las respuestas en sentido contrario.

En una situación de disminución de la concentración de Na⁺, como consecuencia de un aumento del volumen del líquido extracelular (figura 31-9), se producirá una disminución de la osmolaridad plasmática, que será detectado por los osmorreceptores. La respuesta será una disminución de la secreción de ADH e inhibición del centro de la sed. Además se activarán los factores que favorecerán la retención de Na⁺ para intentar normalizar la osmolaridad plasmática: la angiotensina II, la aldosterona, y el sistema nervioso simpático. El resultado final será la normalización de la volemia y de la osmolaridad del LEC. En el caso contrario, es decir, ante un aumento de la concentración del Na⁺, por disminución de la volemia, se producirá un aumento de la osmolaridad plasmática que será detectada por los osmorreceptores y generará las consiguientes respuestas: secreción de ADH, estimulación del centro de la sed, así como liberación de factores antinatriuréticos, que determinarán finalmente la normalización del volumen y la osmolaridad plasmáticos.

El riñón no sólo participa en el equilibrio de Na⁺, sino en el de otros iones como el potasio y el calcio. La concentración plasmática de potasio es baja —tan sólo supone el 2% del total— y varía en un rango entre 3.6 y 4.9 meq/L; su valor normal es 4 meq/L. Por debajo de estos niveles se habla de hipopotasemia y por encima, de hiperpotasemia. El valor de la constancia de estos niveles, reside en el papel fundamental que juega el potasio en el potencial eléctrico de la membrana celular y por tanto, el impacto que sus variaciones pueden tener sobre la función de las células excitables (neuronas y células musculares). En una situación de hiperpotasemia se despolariza el potencial de membrana, mientras que en una de hipopotasemia se hiperpolarizan las membranas celulares, lo que determina cambios en la excitabilidad de las mismas.

Como en el caso del Na⁺, el mantenimiento de la homeostasis de potasio requiere el balance entre la ingesta y su excreción; ésta depende, en esencia, de la excreción renal, ya que sólo un pequeño porcentaje (5-10%) se pierde por otras vías (heces y transpiración).

El potasio se filtra libremente en el glomérulo y casi un 90% se reabsorbe antes de llegar a la nefrona distal: Un 65% en el túbulo proximal de forma pasiva y un 25 % en la rama ascendente del asa de Henle, gruesa, de forma activa. Son los procesos de transporte que ocurren en el túbulo distal final y en el túbulo colector, los que determinan la cantidad de potasio excretada en la orina. En condiciones de ingesta elevada de potasio se produce secreción de éste en las células principales de dichos segmentos. Este transporte está asociado a la reabsorción de Na⁺ (ver capítulo 30) y está estimulado por la aldosterona. Por el contrario, en una situación de ingesta baja de potasio se produce la reabsorción de éste en las células intercaladas de dichos segmentos, por transporte activo mediante la bomba H⁺-K+ATPasa, que intercambia una molécula de H⁺ por una de potasio. En estas condiciones, se inhibe la síntesis de aldosterona, por lo que no se secreta potasio. De manera general, los factores que favorecen la secreción de potasio son: un aumento del flujo tubular, producido por una expansión de volumen o una ingesta elevada de Na⁺ y un aumento en los niveles de aldosterona. Por el contrario, una reducción del flujo tubular, que acompaña la pérdida excesiva de Na⁺ o una reducción de los niveles de aldosterona disminuyen la secreción de potasio.

Otras hormonas, como la adrenalina y la insulina contribuyen a la regulación de los niveles plasmáticos de potasio, en especial tras su absorción desde el tracto gastrointestinal.

El balance de los niveles plasmáticos de calcio es más complejo, ya que éstos están regulados por varias hormonas y están determinados por el equilibrio, con el mayor depósito de calcio en el organismo que es el hueso (ver capítulo 79). El riñón, como el sistema digestivo, participa en la regulación de los niveles plasmáticos de calcio, cuyo valor normal es de 5 meq/L. El riñón controla la calcemia, pues regula la reabsorción de este ion que se produce en el túbulo proximal y en la rama ascendente gruesa del asa de Henle de forma pasiva, y sigue la vía paracelular. Este transporte depende de manera directa o indirecta del transporte de Na⁺. En el túbulo distal, el calcio se reabsorbe a través de canales específicos situados en la membrana luminal y sale por la membrana basolateral mediante transporte activo, dependiente de la bomba Ca²⁺-ATPasa y de un transportador Na⁺-calcio, que intercambia Na⁺ por calcio. Todos estos mecanismos implicados en la reabsorción de calcio, en el túbulo distal, son potenciados por la hormona paratiroidea (PTH). Por lo que los niveles de esta hormona —que se secreta cuando hay una reducción de los niveles de calcio (hipocalcemia)— determinan el transporte de calcio en el túbulo distal y si se ha de excretar mayor o menor cantidad de calcio en la orina.

Los desequilibrios en el balance hídrico del organismo se encuentran entre los problemas más comunes en la práctica clínica; dado que la cantidad de agua corporal es el principal determinante de la osmolaridad del LEC, los desórdenes pueden clasificarse en hipoosmolares e hiperosmolares.

En los desórdenes hiperosmolares existe una deficiencia de agua corporal, en relación con la cantidad de solutos. El desorden de este tipo más común es la diabetes insípida (DI). La DI tiene su origen en la deficiente secreción de ADH o inadecuada acción de la hormona en el túbulo renal. En la DI de tipo central o neurogénica, el defecto original está relacionado con una gran variedad de lesiones anatómicas, adquiridas o congénitas, que afectan al eje hipotálamo-neurohipófisis y que conducen a una deficiente secreción de hormona. Por el contrario, la DI nefrogénica, está relacionada con defectos en los genes que codifican los receptores V2 para ADH o en los que codifican las canales de agua responsables de la acción final de la hormona (AQP-2). Sin importar su origen, el resultado final es la eliminación de grandes cantidades de orina diluida, debido a la incapacidad del organismo para concentrar la orina apropiadamente. Dado que los mecanismos de conservación renal de Na⁺ no están alterados, no surge, por lo general, una deficiencia de Na⁺ acompañante. El volumen de LEC no aparece disminuido, hasta que las pérdidas de agua se convierten en severas, ya que la depleción inicial de volumen es minimizada por desplazamientos osmóticos del agua del LIC, hasta el LEC con mayor osmolaridad, y otros mecanismos homeostáticos, como el de la sed, están sustancialmente activados. En casos severos de DI no tratada se puede llegar a la hiperosmolaridad y depleción del volumen del LEC.

El diagnóstico diferencial entre diabetes insípida central o neurogénica, en un paciente con hiperosmolaridad establecida, se realiza a través de su respuesta al agonista de receptores V2, desmopresina. El incremento significativo, tras 1 o 2 horas de inyección de desmopresina, es indicativo de insuficiencia en la producción endógena de ADH y orienta hacia una DI de origen central. Por su parte, la ausencia de respuesta indica resistencia a las acciones renales de ADH y diabetes insípida nefrogénica. Es usual que el diagnóstico suela completarse con la medida de los niveles plasmáticos de ADH.

En cuanto a los desórdenes hipoosmolares, en los que aparece un exceso de agua corporal, en relación con la cantidad de solutos del organismo, el más común es el síndrome de secreción inapropiada de hormona antidiurética (SIADH). Esta patología se encuentra asociada a anormalidades del sistema nervioso central, hipotiroidismo, insuficiencia adrenal, neoplasias, enfermedades pulmonares o fármacos psicoactivos. Entre los mecanismos fisiopatológicos implicados pueden mencionarse, la producción excesiva de ADH o un aumento de la expresión de AQP-2 en el túbulo colector, los cuales son responsables de la retención de agua y la hiponatremia que acompañan a este trastorno.

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