Los pulmones son fundamentales para la eliminación del dióxido de carbono (ácido respiratorio), y la
cantidad a excretar es considerable: al menos 12,000 a 13,000 mmol/día.
En contraste, los riñones son responsables de la excreción de los ácidos fijos, y aunque las cantidades
involucradas (70-100 mmol/día) son mucho menores, desempeñan un papel crítico. La principal razón de
esta importancia renal es que no hay otra manera de eliminar estos ácidos, y debe apreciarse que las
cantidades involucradas son aún muy grandes en comparación con la concentración de [H+] en el
plasma, que es solo de 40 nanomoles/litro.
Hay un segundo papel extremadamente importante que desempeñan los riñones en el equilibrio ácidobase, a saber, la reabsorción del bicarbonato filtrado. El bicarbonato es el tampón extracelular
predominante contra los ácidos fijos, y es importante defender su concentración plasmática contra la
pérdida renal.
En el equilibrio ácido-base, el riñón es responsable de dos actividades principales:
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Reabsorción de bicarbonato filtrado: 4,000 a 5,000 mmol/día.
Excreción de los ácidos fijos (ión ácido y H+ asociado): aproximadamente 1 mmol/kg/día.
Ambos procesos involucran la secreción de H+ en la luz del túbulo por parte de las células del túbulo
renal, pero solo el segundo conduce a la excreción de H+ del cuerpo.
Los mecanismos renales involucrados en el equilibrio ácido-base pueden resultar difíciles de entender,
por lo que, como simplificación, consideraremos los procesos en el riñón como dos aspectos:
Mecanismo tubular proximal.
Las contribuciones de los túbulos proximales al equilibrio ácido-base son:
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En primer lugar, la reabsorción de bicarbonato que es filtrado en el glomérulo.
En segundo lugar, la producción de amonio
Reabsorción del Bicarbonato
Diariamente, el bicarbonato filtrado es igual al producto de la tasa diaria de filtración glomerular (180
l/día) y la concentración plasmática de bicarbonato (24 mmol/l). Esto es 180 x 24 = 4320 mmol/día (o
generalmente citado como entre 4000 a 5000 mmol/día).
Aproximadamente el 85 al 90% del bicarbonato filtrado es reabsorbido en el túbulo proximal y el resto es
reabsorbido por las células intercaladas del túbulo distal y los conductos colectores.
Las reacciones que ocurren están esbozadas en el diagrama. Efectivamente, H+ y HCO3- se forman a
partir de CO2 y H2O en una reacción catalizada por la anhidrasa carbónica. La reacción real involucrada
probablemente sea la formación de H+ y OH- a partir del agua, luego la reacción de OH- con CO2
(catalizada por la anhidrasa carbónica) para producir HCO3-. De cualquier manera, el resultado final es el
mismo.
El H+ abandona la célula del túbulo proximal y entra en el lumen del TCP por 2 mecanismos:
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A través de un antiportador Na+-H+ (ruta principal)
A través de H+-ATPasa (bomba de protones)
El HCO3- filtrado no puede cruzar la membrana apical de la célula del TCP. En su lugar, se combina con el
H+ secretado (bajo la influencia de la anhidrasa carbónica del borde en cepillo) para producir CO2 y H2O.
El CO2 es soluble en lípidos y cruza fácilmente hacia el citoplasma de la célula del TCP. En la célula, se
combina con OH- para producir bicarbonato. El HCO3- cruza la membrana basolateral a través de un
simporte Na+-HCO3-. Este simporte es electrogénico, ya que transfiere tres HCO3- por cada Na+. En
comparación, el antiportador Na+-H+ en la membrana apical no es electrogénico porque se transfiere
una cantidad igual de carga en ambas direcciones.
La membrana basolateral también tiene una ATPasa Na+-K+ activa (bomba de sodio) que transporta 3
Na+ hacia afuera por cada 2 K+ hacia adentro. Esta bomba es electrogénica en una dirección opuesta a la
del simporte Na+-HCO3-. Además, la bomba de sodio mantiene baja la concentración intracelular de
Na+, lo que establece el gradiente de concentración de Na+ necesario para el antiporte H+-Na+ en la
membrana apical. El antiporte H+-Na+ es un ejemplo de transporte activo secundario.
El efecto neto es la reabsorción de una molécula de HCO3 y una molécula de Na+ del lumen tubular
hacia la corriente sanguínea por cada molécula de H+ secretada. Este mecanismo no conduce a la
excreción neta de H+ del cuerpo, ya que el H+ se consume en la reacción con el bicarbonato filtrado en el
lumen tubular.
Estas uniones estrechas tienen dos funciones extremadamente importantes:
Función de puerta: Limitan el acceso de solutos luminales al espacio intercelular. Esta resistencia puede
alterarse y esta vía paracelular puede estar más abierta bajo algunas circunstancias (es decir, la puerta
puede abrirse un poco).
Función de barrera: Las uniones mantienen distribuciones diferentes de algunas de las proteínas de
membrana integral. Por ejemplo, actúan como barrera para mantener el antiportador Na+-H+ limitado a
la membrana apical y el ATPasa Na+-K+ limitado a la membrana basolateral. La distribución diferente de
tales proteínas es absolutamente esencial para la función celular.
Los 4 principales factores que controlan la reabsorción de bicarbonato son:
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Concentración en la luz de HCO3Tasa de flujo a través de la luz tubular
pCO2 arterial
Angiotensina II
Un aumento en cualquiera de estos cuatro factores provoca un aumento en la reabsorción de
bicarbonato. La hormona paratiroidea también tiene un efecto: un aumento en el nivel de hormona
aumenta el AMP cíclico y disminuye la reabsorción de bicarbonato.
Producción de amonio
El Amonio (NH4) se produce predominantemente dentro de las células tubulares proximales. La fuente
principal proviene de la glutamina, que ingresa a la célula desde los capilares peritubulares (80%) y el
filtrado (20%). El amonio se produce a partir de la glutamina mediante la acción de la enzima
glutaminasa. Además, el amonio se produce cuando el glutamato se metaboliza para producir alfacetoglutarato. Esta molécula contiene 2 grupos carboxilato negativamente cargados, por lo que su
metabolismo adicional en la célula resulta en la producción de 2 aniones de HCO3-. Esto ocurre si se
oxida a CO2 o si se metaboliza a glucosa.
El pKa del amonio es tan alto (aproximadamente 9.2) que tanto a nivel extracelular como intracelular,
está presente completamente en la forma ácida NH4+. La idea anterior de que el NH3 soluble en lípidos
se produce en la célula tubular, se difunde hacia el fluido tubular donde se convierte en NH4+ soluble en
agua y queda atrapado en el fluido del túbulo, es incorrecta.
La situación subsiguiente con el amonio es compleja. La mayor parte del amonio participa en un ciclo
dentro de la médula renal. Alrededor del 75% del amonio producido en las proximidades se elimina del
fluido tubular en la médula, de modo que la cantidad de amonio que ingresa al túbulo distal es pequeña.
El segmento importante para eliminar el amonio es el asa ascendente gruesa del asa de Henle. Alguno
del amonio intersticial regresa al túbulo proximal tardío y vuelve a ingresar a la médula (es decir, se
produce un reciclaje).
Una visión general de la situación hasta ahora es la siguiente:
El nivel de amonio en el fluido del túbulo contorneado distal (DCT) es bajo debido a la eliminación en el
asa de Henle.
Los niveles de amonio en el intersticio medular son altos (y se mantienen altos mediante el proceso de
reciclaje a través del asa ascendente gruesa y el túbulo proximal tardío).
El fluido tubular que ingresa al conducto colector medular tendrá un bajo pH si hay una carga ácida que
deba ser excretada (y el tampón de fosfato se ha titulado hacia abajo).
Si la secreción de H+ continúa en el conducto colector medular, esto reduciría aún más el pH del fluido
luminal. Un bajo pH aumenta significativamente la transferencia de amonio desde el intersticio medular
hacia el fluido luminal a medida que pasa a través de la médula. Cuanto más bajo sea el pH de la orina,
mayor será la excreción de amonio, y esta excreción de amonio se incrementa aún más si hay una
acidosis presente. Este aumento con la acidosis es 'regulatorio', ya que la mayor excreción de amonio
por el riñón tiende a aumentar el pH extracelular hacia lo normal.
Si el amonio regresa al torrente sanguíneo, se metaboliza en el hígado a urea (ciclo de Krebs-Henseleit)
con una producción neta de un ion hidrógeno por cada molécula de amonio.
Mecanismo tubular distal.
Este es un sistema de baja capacidad y alto gradiente que se encarga de la excreción de la carga ácida fija
diaria de 70 mmol/día. La capacidad máxima de este sistema es de hasta 700 mmol/día, pero sigue
siendo baja en comparación con la capacidad del mecanismo tubular proximal para secretar H+. Sin
embargo, puede disminuir el pH hasta un pH límite de aproximadamente 4.5: esto representa un
gradiente de mil veces (es decir, 3 unidades de pH) para H+ a través de la célula tubular distal. La
capacidad máxima de 700 mmol/día tarda alrededor de 5 días en alcanzarse.
Los procesos involucrados son:
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Formación de acidez titulable (TA)
Adición de amonio (NH4+) al fluido luminal
Reabsorción del bicarbonato restante
1.- Acidez titulable
El H+ se produce a partir de CO2 y H2O (como en las células tubulares proximales) y se transporta
activamente al lumen tubular distal a través de una bomba H+-ATPasa. La acidez titulable representa el
H+ que se tampona principalmente con fosfato presente en concentraciones significativas. La creatinina
(pKa aproximado de 5.0) también puede contribuir a la acidez titulable. En el pH mínimo de la orina,
contribuirá a parte de la acidez titulable. Si hay cetoácidos presentes, también contribuyen a la acidez
titulable. En la cetoacidosis diabética severa, el beta-hidroxibutirato (pKa 4.8) es el componente principal
de la acidez titulable.
La acidez titulable se puede medir en la orina a partir de la cantidad de hidróxido de sodio necesario
para titular el pH de la orina de nuevo a 7.4, de ahí el término acidez titulable.
Adición de Amonio
Como se discutió anteriormente, el amonio se produce predominantemente en las células tubulares
proximales. Esto es ventajoso ya que las células proximales tienen acceso a un flujo sanguíneo elevado
en los capilares peritubulares y a todo el filtrado, y estas son las dos fuentes de la glutamina a partir de la
cual se produce el amonio.
El ciclo medular mantiene concentraciones intersticiales medulares elevadas de amonio y
concentraciones bajas de amonio en el fluido del túbulo distal. Cuanto menor sea el pH de la orina,
mayor será la cantidad de amonio transferida desde el intersticio medular al fluido en el lumen del
conducto colector medular a medida que pasa a través de la médula hacia la pelvis renal. [Nota: El
conducto colector medular es diferente del túbulo contorneado distal.]
El efecto neto de esto es que la mayoría del amonio en la orina final se transfirió desde la médula a
través de la parte distal del túbulo, aunque se produjo en el túbulo proximal. [Simplificadamente pero
erróneamente, a veces se dice que el amonio en la orina se produce en las células del túbulo distal.]
El amonio no se mide como parte de la acidez titulable porque el alto pK del amonio significa que no se
elimina H+ de NH4+ durante la titulación a un pH de 7.4. La excreción de amonio en acidosis severa
puede alcanzar los 300 mmol/día en los humanos.
La excreción de amonio es extremadamente importante para aumentar la excreción de ácido en la
acidosis sistémica. La acidez titulable se debe en su mayoría al tampón de fosfato y la cantidad de fosfato
presente está limitada por la cantidad filtrada (y, por lo tanto, la concentración plasmática de fosfato).
Esto no puede aumentar significativamente en presencia de acidosis (aunque, por supuesto, algo de
fosfato adicional podría liberarse del hueso) a menos que haya otros aniones con un pKa adecuado. Los
cetoaniones pueden contribuir a un aumento significativo en la acidez titulable, pero solo en la
cetoacidosis cuando se presentan grandes cantidades.
En comparación, la cantidad de excreción de amonio puede y tiende a aumentar marcadamente en la
acidosis. La excreción de amonio aumenta a medida que disminuye el pH de la orina, y este efecto se ve
notablemente aumentado en la acidosis. La formación de amonio evita una mayor caída en el pH debido
al pKa de la reacción, que es muy alto.
Reabsorción del Bicarbonato Restante:
En una dieta típica occidental, toda la carga filtrada de bicarbonato es reabsorbida. Los sitios y
porcentajes de bicarbonato filtrado involucrados son:
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Túbulo proximal 85%
Segmento ascendente grueso del asa de Henle 10-15%
Túbulo distal 0-5%
La disminución en el volumen del filtrado a medida que se elimina más agua en el Asa de Henle provoca
un aumento en [HCO3-] en el fluido restante. El proceso de reabsorción de HCO3- en el segmento
ascendente grueso del Asa de Henle es muy similar al del túbulo proximal (es decir, antiporte Na+-H+
apical y simporte Na+-HCO3- y ATPasa Na+-K+ basolateral). La reabsorción de bicarbonato aquí se
estimula por la presencia de furosemida luminal. Las células en esta parte del túbulo contienen
anhidrasa carbónica.
Cualquier pequeña cantidad de bicarbonato que ingrese al túbulo distal también puede ser reabsorbida.
El túbulo distal tiene una capacidad limitada para reabsorber bicarbonato, por lo que si la carga filtrada
es alta y se entrega una gran cantidad de bicarbonato distalmente, habrá una excreción neta de
bicarbonato.
El proceso de reabsorción de bicarbonato en el túbulo distal es algo diferente al del túbulo proximal:
La secreción de H+ por las células intercaladas en el TCD implica una H+-ATPasa (en lugar de un antiporte
Na+-H+)
La transferencia de HCO3- a través de la membrana basolateral implica un intercambiador HCO3--Cl- (en
lugar de un simporte Na+-HCO3-)
El efecto neto de la excreción de un H+ es el retorno de un HCO3- y un Na+ al torrente sanguíneo. El
HCO3- reemplaza efectivamente al anión ácido que se excreta en la orina.
La excreción neta de ácido en la orina es igual a la suma de la Acidez Titulable (TA) y [NH4+] menos
[HCO3-] (si está presente en la orina). El [H+] representa solo una cantidad muy pequeña de la excreción
de H+ y generalmente no se considera en la ecuación (como se mencionó anteriormente).
En la alcalosis metabólica, el aumento en el nivel de bicarbonato resultará en una mayor filtración de
bicarbonato, siempre que la TFG no haya disminuido. El riñón es normalmente extremadamente
eficiente en la excreción de bicarbonato en exceso, pero esta capacidad puede verse afectada en ciertas
circunstancias.