04 - Função tubular by Julio Sandoval

Capítulo

Função Tubular Antonio Carlos Seguro, Lúcia H. Kudo e Claudia M. de B. Helou

INTRODUÇÃO

Túbulo contornado distal

TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA EPITELIAL

Túbulo de conexão

PROCESSOS REGULADORES DE TRANSPORTE TRANSPORTE AO LONGO DO NÉFRON Túbulo proximal

Ducto coletor BIBLIOGRAFIA SELECIONADA ENDEREÇOS RELEVANTES NA INTERNET

Alça de Henle

INTRODUÇÃO O néfron é a unidade funcional do rim e é constituído pelo glomérulo e 14 segmentos tubulares. O trabalho de milhões de néfrons resulta na formação da urina. Cerca de 25% do plasma que atinge o rim são ultrafiltrados pelos glomérulos, levando à formação de 100 a 120 ml/min de ultrafiltrado em média no homem. Entretanto, apenas 1,2% desse volume é eliminado, e o restante reabsorvido da luz tubular para o espaço peritubular (Fig. 4.1). Ao lado deste intenso processo de reabsorção temos outro, não menos importante, o de secreção tubular. Este se caracteriza pelo transporte de substâncias do espaço peritubular (vasos e interstício) para a luz tubular. Este processo permite a excreção pela urina de substâncias que não passaram pela barreira dos capilares glomerulares, como macromoléculas ou partículas ligadas a proteínas. Portanto, a formação da urina resulta de três processos: 1. Filtração glomerular 2. Reabsorção tubular 3. Secreção tubular O túbulo renal é formado por uma parede de epitélio simples, ou seja, uma única camada de células que repousa sobre a membrana basal birrefringente. As células epiteliais renais são ditas polarizadas devido às diferentes

características de transporte de suas duas membranas: apical e basolateral (Fig. 4.2). A membrana apical ou luminal, que está em contato direto com o fluido tubular, apresenta diferentes canais iônicos, carregadores, trocadores e co-transportadores, de acordo com as necessidades de transporte do segmento, além de bombas de transporte ativo, como a H -ATPase. A membrana basolateral é a que está em contato com o espaço intercelular e o capilar peritubular. Além de canais e outros tipos de transportes facilitados, a membrana basolateral apresenta uma densidade variável de bombas, que utilizam a energia liberada pela hidrólise do ATP para transportar ativamente o Na para fora e o K para o interior da célula (Fig. 4.3). Essas bombas são na verdade enzimas transportadoras e são denominadas de Na ,K ATPases. Em condições normais as Na ,K -ATPases distribuem-se apenas na face basolateral das células tubulares renais. Como esta enzima necessita de ATP, a sua distribuição nos segmentos do néfron é diretamente proporcional aos segmentos que possuem maior quantidade de mitocôndrias. Portanto, o túbulo contornado proximal e a porção espessa ascendente da alça de Henle são os segmentos do néfron que apresentam maior distribuição quantitativa da Na ,K -ATPase. A maior parte do transporte de solutos e de água no epitélio renal é realizada pela via transcelular, ou seja, através da célula. Mas o fluido e os solutos podem atingir o

Função Tubular

TÚBULO PROXIMAL TÚBULO DISTAL E COLETOR ARTÉRIA EFERENTE 60%-80% 3%-5% G L O M É R U L O

14-20 mM/min NaCl 1-2 kg/dia

20%-25% ARTÉRIA AFERENTE

1-10 g 0,1%-1%

ALÇA DE HENLE

NaCl

Fig. 4.1 Filtração glomerular e reabsorção tubular de NaCl ao longo do néfron. Observe que apenas 0,1% da carga filtrada de NaCl é eliminada na urina.

PROTEÍNAS PLASMÁTICAS CÉLULA INICIAL

70 mV ATP

Na+

K+

GLICOSE Na

GLICOSE

H+ + OH + CO2

HOH A.C.

ENDOTÉLIO

HCO3 Na

“TIGHT JUNCTION”

H2O Na+

ATP

ÂNION

K+ Cl

H+ Na+

CÉLULA FINAL MEMBRANA APICAL

CAPILAR PERITUBULAR MEMBRANA BASAL

Fig. 4.2 Célula do início e do final do túbulo proximal demonstrando o transporte de Na , Cl e H2O através das vias transcelular e paracelular.

capítulo 4

baixa condutância dos complexos juncionais que se determina a resistência ao movimento molecular pela via paracelular em muitas células. Pode-se citar como exemplo o túbulo contornado proximal, que é considerado como segmento do néfron cujo epitélio é de vazamento devido à alta condutância do complexo juncional (Fig. 4.2). O contrário é observado no ducto coletor medular interno, onde as células epiteliais são fortemente aderidas devido à presença de complexos juncionais de baixa condutância, além de desmossomos.

2K+

Ouabaína

3 2

Citoplasma

3 Na

Mg ADP + Pi

Mg ATP

subunidade

C ?

O transporte de uma substância através de uma membrana epitelial pode ser feito por:

C ?

1 4

TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA EPITELIAL

Fig. 4.3 Estrutura da Na -K -ATPase. (A) A bomba pode ser um heterodímero , . A subunidade contém os sítios de ligação para Na (1), para ATP (4), para fosforilação (5), para K (2) e para ouabaína (3). (B) O painel inferior mostra a subunidade atravessando a membrana sete a oito vezes. A subunidade , que é glicosilada em sua porção extracelular, atravessa somente uma vez a membrana. A função da subunidade não é conhecida, mas ela é indispensável para o completo funcionamento da Na -K ATPase.

capilar pela via paracelular, que é através das junções estreitas (tight junctions) e do espaço intercelular, portanto, o movimento é realizado pela face lateral das células. As junções estreitas variam de morfologia e de componentes dependendo do segmento, e por isso são denominadas atualmente de complexos juncionais. É através da alta ou da

Pontos-chave: • A formação da urina se deve à filtração glomerular e ao trabalho do epitélio tubular em processos de reabsorção e secreção • O transporte tubular se faz pelas vias transcelular e paracelular através dos complexos juncionais • O gradiente eletroquímico gerado pela Na ,K -ATPase inserida na membrana basolateral é o responsável por diversos transportes que ocorrem na membrana luminal

1. Mecanismo passivo 2. Mecanismo ativo Nos processos de transporte passivo, o movimento transepitelial (reabsorção ou secreção) se faz sem gasto de energia, obedecendo às forças físicas como gradiente químico (reabsorção de uréia), pressão hidrostática (filtração glomerular), gradiente elétrico (reabsorção de cloretos no túbulo proximal) ou pela diferença de potencial eletroquímico ocorrido pelo transporte de algum íon, ou então pela força física resultante do movimento do arrasto do solvente (solvent drag). O transporte passivo pode ser então por simples difusão ou por difusão facilitada através de poros, carregadores ou canais existentes na membrana. O processo de difusão simples através do epitélio ocorre com muitas substâncias ao longo do néfron, caracterizando-se pela migração transmembrana de uma substância apenas sob a ação do gradiente químico, elétrico ou então de pH. Neste caso a quantidade transportada dependerá apenas do gradiente existente e da maior ou menor permeabilidade da membrana em relação à substância a ser transportada. Com relação ao solvente como a água, que também é reabsorvida em muitos segmentos do néfron, a difusão passiva se dá no túbulo renal por osmose, isto é, a água se movimenta do meio menos concentrado (com menor osmolalidade) para o mais concentrado (com maior osmolalidade). O coeficiente de reflexão do soluto, que pode variar de zero a um, é que determina o movimento da água através da membrana. Quanto maior o coeficiente de reflexão, maior a capacidade do soluto de produzir um movimento de água através da membrana. Isto é, o soluto que possui alto coeficiente de reflexão exerce maior pressão osmótica para um mesmo gradiente de concentração. A osmose determina a reabsorção de 99% da água filtrada pelo glomérulo, e é este tipo de transporte que permite a formação de urina concentrada (alta osmolalidade).

Função Tubular

O gradiente gerado por pH também pode induzir difusão passiva de uma substância pela membrana epitelial. Provavelmente devido à natureza hidrofóbica da membrana celular, formas não-ionizadas de ácidos e bases fracas penetram mais rapidamente do que formas ionizadas. Considerando que em muitos segmentos do néfron o pH do fluido tubular difere do existente no espaço peritubular, a geração de um gradiente de pH favorece a difusão de ácidos e bases fracas pelo epitélio. Se o pH do fluido tubular for mais ácido, como ocorre normalmente, o gradiente resultante favorecerá a reabsorção de ácidos fracos do lúmen para o espaço peritubular. Mesmo que a concentração do ácido fraco seja idêntica nos dois lados do epitélio, o baixo pH luminal favorecerá a não-dissociação do ácido e portanto a sua difusão do espaço luminal para o peritubular. Entretanto, se o pH luminal for mais elevado que o do espaço peritubular, a dissociação do ácido será favorecida, resultando em menor reabsorção, por ser esta forma menos permeável (Fig. 4.4). O inverso ocorre com bases fracas. A acidificação do fluido tubular aumenta a dissociação de bases fracas, dificultando então a sua difusão do lúmen para o espaço peritubular (Fig. 4.4). Em resumo, a evidência de transporte passivo originase de duas observações básicas: 1a) desaparecimento do transporte quando se abole ou anula o gradiente elétrico e/ou químico; 2a) quando o uso de inibidores metabólicos não altera o transporte da substância em estudo. No caso de transporte ativo, a reabsorção ou a secreção de uma determinada substância se faz contra gradiente elétrico, químico ou ambos, e por conseguinte é feita à custa de energia. No transporte ativo temos uma dependência imediata do metabolismo celular, e a inibição deste determina a parada do transporte.

A B

BOH

BOH B

pH 5,5 LUZ TUBULAR

pH 7,4 PERITUBULAR

pH 8,5 LUZ TUBULAR

pH 7,4 PERITUBULAR

Fig. 4.4 Difusão transtubular à custa de um gradiente de pH. Esquema A: reabsorção de um ácido fraco (HA) e ausência de reabsorção de base fraca (BOH) em virtude de o pH do fluido tubular ser inferior ao peritubular. Esquema B: reabsorção de uma base fraca (BOH) e não-reabsorção de ácido fraco decorrente de um pH urinário alcalino.

Os transportadores que utilizam diretamente a energia liberada pela hidrólise do ATP são considerados como elementos de transporte ativo primário e são chamados de bombas. Na verdade, as bombas são enzimas que possuem um sítio de ligação para o ATP e por isso são também conhecidas como ATPases. A fosforilação destas enzimas permite que íons sejam transportados contra gradientes químicos e/ou elétricos (Fig. 4.3). Um bom exemplo é a Ca -ATPase, que ativamente transporta o Ca do intracelular, cuja concentração é de 100 a 150 nM, para o interstício, onde a concentração deste íon é aproximadamente 6.000 a 10.000 vezes maior (1 mM). A energia liberada por uma ATPase para o transporte de um íon pode induzir um gradiente eletroquímico que facilita o movimento desse íon a favor do gradiente gerado. A este transporte iônico pode-se acoplar um outro soluto que poderá ser na mesma direção, co-transporte, ou em sentido oposto, antiporte. Por isso, este transporte acoplado é tido como transporte secundariamente ativo (Fig. 4.2). Como exemplo de co-transporte secundariamente ativo podemos citar o de Na -glicose que existe na face luminal das células do túbulo proximal. As Na ,K -ATPases presentes na face basolateral dessas células geram um gradiente eletroquímico que facilita a entrada de Na pela face luminal (Fig. 4.2). Esta entrada pode ser através de uma proteína transportadora que possui sítios específicos para Na e para glicose (Fig. 4.5). Primeiro, o Na se liga ao seu respectivo sítio e produz uma alteração na conformação protéica do carregador, expondo o sítio para a ligação da glicose. Essa segunda ligação (glicose e receptor) provoca uma nova alteração na estrutura da proteína, permitindo que tanto o Na quanto a glicose atravessem a membrana. Portanto, Na e glicose passam pela membrana lipoprotéica utilizando a energia liberada pela Na ,K -ATPase. A florizina pode inibir este co-transporte, competindo com a glicose pelo mesmo sítio de ligação no carregador. A ligação da florizina ao sítio não promove a segunda alteração na proteína carregadora, impedindo então o co-transporte Na -glicose (Fig. 4.5). Em muitos segmentos do néfron a secreção de H ocorre através do transportador Na -H . Este sistema trocador de íons é também secundariamente ativo, pois a secreção de H para a luz tubular é feita acoplada a um movimento contrário de Na . O Na movimenta-se da luz para o intracelular a favor de gradiente eletroquímico gerado pela atividade da Na ,K -ATPase (Fig. 4.2). Convém também citar um tipo especial de transporte ativo, que é a endocitose. Macromoléculas são reabsorvidas através do seu envolvimento pela membrana apical, resultando em invaginações e formação de vacúolos. Quando o conteúdo dos vacúolos é de substâncias sólidas, esse processo recebe o nome de fagocitose, e quando o vacúolo é formado por fluido, a denominação é de pinocitose. No citoplasma, o material fagocitado pode sofrer ações de digestão. A extrusão do conteúdo vacuolar para o extracelu-

capítulo 4

GLICOSE

GLICOSE Na

GLICOSE OU FLORIZINA Na

LISINA TIROSINA FLORIZINA Na

FLORIZINA Na

Fig. 4.5 Representação esquemática do co-transporte Na -glicose. Os sítios de ligação de sódio e glicose na proteína transportadora localizam-se no lado externo da membrana celular. A ligação do sódio causa alteração estrutural na enzima transportadora, resultando na exposição do sítio de ligação à glicose. A interação glicose e receptor induz uma segunda alteração estrutural que permite a passagem do Na e da glicose para o interior da célula. A florizina pode competir com a glicose pelo receptor. Entretanto, a ligação florizina-receptor não induz alteração estrutural, impedindo então que tanto florizina quanto Na sejam transportados para o intracelular.

lar recebe o nome de exocitose e consiste na fusão da membrana vacuolar à membrana basolateral da célula e conseqüente extrusão do conteúdo do vacúolo para o espaço extracelular. Nos túbulos renais o transporte de macromoléculas é representado principalmente pela reabsorção de proteínas filtradas pelo glomérulo, que ocorre logo no primeiro segmento do néfron, túbulo contornado proximal.

Pontos-chave: • Transporte passivo: difusão, difusão facilitada, “solvent-drag” • O transporte ativo é realizado por ATPases, enzimas que hidrolisam o ATP • O gradiente eletroquímico gerado pelas ATPases pode permitir o transporte secundário de outros íons

PROCESSOS REGULADORES DE TRANSPORTE Didaticamente podemos dividir os processos reguladores de transporte em: fatores cinéticos, endocitosesexocitoses e segundos mensageiros. Os fatores cinéticos modulam a velocidade de transporte alterando a concentração de solutos. O transporte de uma

substância pode ser saturável ou insaturável, independente de ele ser ativo ou passivo. Um transporte é classificado como saturável quando a quantidade da substância transportada na unidade de tempo aumenta até um certo limite, acima do qual o aumento da substância a ser transportada não mais incrementa o transporte, pois alcançou o transporte máximo, Tm. Portanto, quando se atinge o Tm de uma substância, nem a adição de energia, no caso de transporte ativo, nem o aumento do gradiente químico e/ou elétrico, no caso de transporte passivo, aumenta o transporte. A existência de um transporte máximo saturável pode ser decorrente de vários mecanismos: 1. Existência de um carregador auxiliando no transporte. Então, o Tm da substância a ser transportada é determinado pela quantidade de carregadores existentes, ou, então, se o sítio de ligação a uma determinada substância apresenta afinidade a uma outra, resultando em um processo de competição. A galactose por exemplo compete com a glicose pelos mesmos receptores da proteína carregadora presente no túbulo contornado proximal. 2. Limite de energia para transporte ativo. Por exemplo, o Tm de glicose pode ser diminuído pela presença de transporte de fosfato que compete pela energia liberada pela Na ,K -ATPase. 3. Limite do gradiente eletroquímico gerado pelo transporte ativo. Assim, uma substância ou íon sendo transportado da luz tubular para o espaço peritubular por um

Função Tubular

mecanismo ativo diminuiria progressivamente sua concentração luminal, aumentando-a no espaço peritubular se esses fluidos não fossem removidos. Este aumento de concentração no espaço peritubular e o gradiente elétrico criado pelo transporte favorecem a volta deste íon ou da substância para a luz tubular, anulando o trabalho ativo efetuado. O processo de endocitose-exocitose é considerado como regulador de transporte, pois em condições de repouso os transportadores podem estar seqüestrados em vesículas logo abaixo da membrana apical. É necessário um estímulo apropriado para que ocorra a inserção dessas proteínas formando evaginações na face luminal da membrana. O aumento de inserções dessas proteínas favorece o transporte da substância em questão. Como exemplos podemos citar a secreção de H e o fluxo de água induzido pela vasopressina. No caso da secreção de H , a acidificação da célula é o estímulo para a inserção na borda luminal das vesículas que contêm as H -ATPases. No caso do transporte de água estimulado pela vasopressina, os canais de água (aquaporinas) são ancorados à membrana através da geração de AMP cíclico e portanto com a utilização de um segundo mensageiro. A exocitose por sua vez requer a ação integrada do citoesqueleto celular. Assim, um estímulo induz o aumento de circulação de vesículas ativando tanto a endocitose quanto a exocitose. A regulação de transporte através da ação de segundos mensageiros vem sendo amplamente estudada, principalmente nos últimos anos. Entre eles podemos citar a geração do AMP e GMP cíclicos e a variação da concentração do Ca livre intracelular ([Ca i]), que podem modular diretamente as proteínas transportadoras ou afetar a abertura de um canal iônico. Na regulação de transporte existe ainda o fenômeno de adaptação ao longo do tempo. O melhor exemplo é o da estimulação da reabsorção de Na no ducto coletor induzido pela aldosterona. Este hormônio estimula a produção de proteínas que ativam os canais de Na+ existentes na membrana luminal, como também aumenta a síntese de Na ,K ATPase. Este mineralocorticóide também favorece a inser-

Pontos-chave: • Certos transportadores como o da glicose são saturáveis. Portanto, atingem um transporte máximo (Tm) • O processo de endocitose permite estocar dentro das células ATPases e outras proteínas, como por exemplo as aquaporinas. O inverso, a exocitose, permite a inserção dessas proteínas na membrana celular em condições de estímulo

ção e a ativação desta bomba na membrana basolateral. A capacidade metabólica da célula também é influenciada pela mediação da aldosterona a nível de mitocôndria e portanto pela produção de ATP (Fig. 4.3). Assim, a aldosterona é um agonista que participa da adaptação da célula do ducto coletor para aumentar o transporte de Na neste segmento do néfron.

TRANSPORTE AO LONGO DO NÉFRON Túbulo Proximal O túbulo proximal, segmento que segue imediatamente o glomérulo, é responsável pela reabsorção da maior parte das substâncias que são filtradas pelo glomérulo. Por isso, este segmento do néfron desempenha importante papel no controle da eliminação de diversas substâncias. Assim, pequenas alterações na intensidade de reabsorção ao nível do túbulo proximal podem causar variações significantes na excreção urinária de uma dada substância. O túbulo proximal é constituído por três segmentos. Os dois primeiros, que são denominados de S1 e S2, correspondem à parte convoluta do túbulo e a eles se segue uma porção retificada, S3, conhecida também como pars recta. A maior parte de água, sódio e cloro filtrados pelo glomérulo (60% a 70% da carga filtrada) é reabsorvida pelo túbulo proximal (Fig. 4.1). A análise da composição química do fluido obtido do túbulo proximal mostra que a concentração de Na permanece idêntica à do plasma (⬃140 mEq/L), assim como a osmolaridade. Estes dados indicam, então, que a reabsorção do Na nesta região do néfron é acompanhada pela mesma proporção de água, portanto, uma reabsorção isotônica. Como já foi referido em parágrafos anteriores, a entrada do Na pela membrana apical das células do túbulo proximal ocorre através de mecanismos passivos a favor de um gradiente eletroquímico gerado pelas Na ,K ATPases presentes na membrana basolateral. Na verdade, esses mecanismos são secundariamente ativos, pois utilizam a energia liberada pela quebra do ATP. A entrada de sódio na célula se faz através de dois mecanismos: 1. co-transporte que pode ser com a glicose, com o fosfato inorgânico, com os aminoácidos, com os sulfatos ou então com os outros ácidos orgânicos (Fig. 4.2). Este sistema ocorre principalmente nos segmentos S1 e S2 e é através de um processo de difusão facilitada que essas substâncias saem passivamente da célula pela membrana basolateral; 2. trocador Na -H . Através da quebra da molécula da água o íon H+ é liberado e secretado para a luz tubular através de uma troca com o Na . A hidroxila, por sua

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vez, em presença da anidrase carbônica, reage com o CO2 formando o HCO3 que sai da célula pela membrana basolateral por um co-transporte ligado ao Na na proporção de 1 cátion para 3 ânions (Fig. 4.2). No início do túbulo proximal, o gradiente elétrico entre a luz tubular e o espaço peritubular é da ordem de 2 a 4 mV, lúmen negativo (Fig. 4.6). Estes dados sugerem que a reabsorção de Na se faz contra gradiente elétrico. O movimento de cargas positivas devido à ação das Na ,K ATPases existentes na face basolateral das células seria responsável por essa diferença de potencial transtubular. Entretanto, nos segmentos finais do túbulo proximal onde praticamente toda a glicose, o fosfato e os aminoácidos foram reabsorvidos, a diferença de potencial transtubular passa a ser de 1 a 2 mV, lúmen positivo (Fig. 4.6). Isto é explicado pela difusão de íons cloro, cuja concentração aumenta progressivamente ao longo do túbulo proximal. No início do túbulo proximal, a reabsorção de sódio é preferencialmente acompanhada pela reabsorção do bicarbonato. Dessa maneira, a concentração de cloro na luz tubular aumenta progressivamente ao longo deste túbulo, atingindo a concentração de 135 mEq/L no segmento S3, valor este superior à do plasma e à do espaço peritubular, que é de 105 a 110 mEq/L, como está ilustrado na Fig. 4.6. A reabsorção de cloro se faz tanto pela via paracelular quanto pela transcelular. Neste último caso, o cloro entra pela membrana apical através de um trocador de Cl acoplado a outro ânion, e através de gradiente eletroquímico favorável, o cloro se difunde pela membrana basolateral da célula. Em conseqüência à difusão passiva dos íons Cl , o gradiente elétrico é gerado com lúmen positivo, favorecendo portanto a reabsorção passiva de cátions como Na , K e Ca neste segmento do néfron. Outro importante íon reabsorvido pelo túbulo proximal é o potássio. Este íon utiliza principalmente a via parace-

lular e mecanismos passivos. O fato de a água ser amplamente reabsorvida ao longo do néfron induz um aumento na concentração de potássio na luz tubular, criando-se então um gradiente químico que facilita a sua reabsorção. Além desse mecanismo, também se tem sugerido a possibilidade de o K ser reabsorvido neste segmento por um transporte ativo. Experimentos inibindo a reabsorção de Na com acetazolamida (inibidor da anidrase carbônica) mostraram que a concentração de potássio no fluido tubular diminui, atingindo valores inferiores aos observados no espaço peritubular e plasma, indicando que a reabsorção de potássio no túbulo contornado proximal envolve também um mecanismo ativo de transporte. O transporte de água através do túbulo proximal se faz tanto pela via transcelular quanto paracelular devido ao gradiente de pressão osmótica existente entre o fluido tubular e o espaço peritubular. Apesar do baixo gradiente osmótico, de 2 a 5 mOsm/kg H2O, ele é suficiente para induzir a reabsorção da água, uma vez que as membranas apical, basolateral e complexo juncional das células do túbulo proximal são muito permeáveis a este solvente. Por isso, como já foi referido anteriormente, este epitélio é considerado como de vazamento. Nas porções iniciais do túbulo proximal essa ligeira hipertonicidade do fluido peritubular em relação ao lúmen é induzida pela reabsorção de Na acoplada ao HCO3 ou ao co-transporte com outros solutos como a glicose. Na metade final deste túbulo, embora a concentração luminal de Cl (⬃135 mEq/L) seja maior que a do espaço peritubular, a reabsorção da água também é feita por osmose, uma vez que o sódio, o bicarbonato e os outros solutos que foram reabsorvidos na porção inicial geram um gradiente osmótico maior que o Cl . A intensa reabsorção de Na e água ao longo do túbulo contornado proximal forma o gradiente químico que fa-

TÚBULO CONTORNADO PROXIMAL A. EFERENTE

INICIAL

CAPILAR PERITUBULAR

FINAL Cl 135

Cl 110 GLOMÉRULO

4 mV

+ 1,0 mV

Na+ HCO 3 FOSFATO A. AFERENTE

GLICOSE AMINOÁCIDOS

Cl +

Na H2O Ca2+

Fig. 4.6 Transporte de água e solutos ao longo do túbulo contornado proximal.

Função Tubular

vorece a reabsorção passiva de outras substâncias permeáveis a este epitélio, como a uréia, o ácido úrico e os íons K e Cl . Desta maneira, a diminuição na reabsorção proximal de Na acarreta também a diminuição da reabsorção desses outros solutos. O transporte de Ca e Mg é modulado por fatores hormonais, mas existem evidências de que também está relacionado com o transporte ativo de Na . O fosfato também é intensamente reabsorvido, principalmente nas porções iniciais do túbulo contornado proximal. Este transporte diminui com a redução na quantidade de Na reabsorvida e com o aumento da concentração de paratormônio através do estímulo da adenilciclase. Ainda em relação ao transporte de Na no túbulo proximal, é importante descrever a teoria do balanço glomérulo-tubular. Verifica-se que frente a variações fisiológicas da filtração glomerular ocorrem alterações paralelas da reabsorção de Na no túbulo proximal, de modo que permanece constante a quantidade do íon reabsorvido em relação à sua carga filtrada, ou seja, a fração de reabsorção de Na mantém-se inalterada. O balanço glomérulo-tubular é decorrente pelo menos em grande parte das variações da concentração de proteínas nos capilares, pressão oncótica, que ocorre durante as alterações da filtração glomerular, como mostra a Fig. 4.7. Quanto à finalidade da existência do balanço glomérulo-tubular, acredita-se que esse processo, juntamente com o feedback túbulo-glomerular, que será descrito adiante, constituem os dois mecanismos pelos quais o rim impede a perda de sódio durante variações fisiológicas da carga filtrada de sódio devido a alterações da filtração glomerular.

Quanto às proteínas, que eventualmente escapam no processo de ultrafiltração glomerular, são reabsorvidas através de mecanismo de endocitose já descrito anteriormente. A pars recta ou segmento S3 do túbulo proximal se inicia no córtex renal a partir da última alça da parte convoluta e se dirige em linha reta para a medula terminando ao nível de medula externa. Na microscopia óptica as células desse segmento são semelhantes às da parte convoluta. Entretanto, os estudos de microscopia eletrônica revelam que a pars recta é constituída por células epiteliais retangulares com grande quantidade de mitocôndrias junto à membrana peritubular, mas com menor número de invaginações na membrana basolateral. Quanto à fisiologia da pars recta, a reabsorção de sódio também se faz à custa da geração de gradiente eletroquímico induzido pelas Na -K -ATPases presentes na membrana basolateral. O gradiente elétrico e químico criado pelo transporte de Na é que determina a reabsorção passiva de Cl , cuja concentração é elevada neste segmento. A reabsorção de Na também é do tipo isotônica, pois a mesma quantidade de água acompanha este cátion (Fig. 4.8). Apesar de a pars recta dos néfrons superficiais possuir um comprimento de 5 mm, a quantidade reabsorvida de Na Cl e água é apenas em torno de 5 a 10% da carga filtrada, e portanto significativamente menor do que nas porções convolutas. Entretanto, analisando a capacidade de secreção de ácidos orgânicos, verifica-se que a pars recta tem maior capacidade em secretar ácido úrico, para-amino-hipurato e outros ácidos que os segmentos S1 e S2. O transporte des-

BALANÇO GLOMÉRULO-TUBULAR E

E AF

14 mEq/min Na+ TE

2,8 mEq/min

m 0,9

Eq/

min

Na+Cl H 2O P A R S

3-5%

A CUL MÁ S A N DE

T.C. Proximal

GLOMÉRULO

70%

15%

R E C T A

Ác. Orgânicos K+ Uréia Na+Cl H2O Ác. Orgânicos

10%

“FEEDBACK” TÚBULO-GLOMERULAR Fig. 4.7 Mecanismos que impediriam a perda de NaCl: balanço glomérulo-tubular e feedback túbulo-glomerular.

Fig. 4.8 Processos de reabsorção e secreção na pars recta do túbulo proximal.

capítulo 4

ses ácidos orgânicos é mediado por carregadores e portanto por mecanismo saturável. Do ponto de vista clínico e farmacológico, a alta capacidade do segmento S3 em secretar ácidos orgânicos constitui uma via importante de excreção de muitos medicamentos como a aspirina, antibióticos e diuréticos. Uma outra função muito importante atribuída ao segmento S3 é a sua capacidade de secretar K e uréia. Portanto, a pars recta participa dos mecanismos de concentração urinária como elemento integrante no sistema de contracorrente.

PORÇÃO ESPESSA ASCENDENTE DA ALÇA DE HENLE LÚMEN

CÉLULA

PERITUBULAR

+3 a +10 mV

70 mV

0 mV

1 Na+

Na+

2 Cl 1 K+ Na+

ATP

K+ K+ H+ + OH K+

Pontos-chave: • O túbulo proximal é responsável pela reabsorção isotônica de 60 a 70% da carga filtrada de Na Cl e água • O sódio é reabsorvido na membrana luminal através de diferentes mecanismos: trocador Na -H , co-transporte com glicose, fosfato e aminoácido • O bicarbonato é preferencialmente reabsorvido nos segmentos S1 e S2 • Na pars recta (segmento S3) ocorre reabsorção preferencial de Cl e secreção de ácidos orgânicos

Alça de Henle A alça de Henle é dividida em porção fina descendente, porção fina ascendente, porção espessa ascendente medular e porção espessa ascendente cortical. A porção fina descendente é altamente permeável à água e pouco permeável a solutos. Aproximadamente 20% da água filtrada é reabsorvida neste segmento. A diferença de potencial transtubular é próxima a zero com lúmen negativo ( 2 a 4 mV). O segmento que se segue à porção fina descendente da alça de Henle é a curvatura. Esta porção do néfron é muito utilizada pelos micropuncionadores para o estudo da função dos néfrons justamedulares. A porção fina ascendente da alça de Henle apresenta como característica ser impermeável à água mas permeável a Cl e a Na , que são reabsorvidos por um processo passivo na sua maior parte. A porção espessa ascendente da alça de Henle que também é impermeável à água é responsável pela reabsorção de 25% da carga filtrada de sódio. A Na , K -ATPase presente na membrana basolateral gera um gradiente eletroquímico que favorece a entrada do Na pela membrana apical através de um co-transporte Na -K -2Cl (Fig. 4.9). Existem indícios de que o co-transporte Na -K -2Cl obedece a uma seqüência de ligações iônicas que se suce-

+ CO2

HOH A.C. HCO 3

Na+ e OUTROS CÁTIONS

Fig. 4.9 Célula da porção espessa ascendente da alça de Henle mostrando o co-transporte Na -K -2Cl e o contratransporte Na -H na membrana luminal. Os íons Na são ativamente transportados através da membrana basal pela Na -K -ATPase e os íons K e Cl saem passivamente da célula através de canais. Outro dado importante a assinalar é o potencial positivo do fluido tubular em relação ao peritubular.

dem resultando em alterações na estrutura do co-transportador para poder permitir as uniões seguintes. Primeiro é o Na que se liga, seguindo-se um íon Cl e em terceiro lugar o K , e só então é que se liga o segundo Cl . A furosemida e a bumetanida podem inibir este sistema de cotransporte ao se ligarem no lugar do segundo Cl na última etapa. Uma vez no intracelular, o Na é ativamente transportado para o interstício através da ação da Na -K -ATPase na membrana basal, mas o K e o Cl são transportados passi-

Pontos-chave: • A porção fina descendente é permeável à água e muito pouco a solutos • 25% da carga filtrada de Na Cl é reabsorvida nas porções ascendentes da alça de Henle • Presença do co-transportador Na -K -2Cl , sensível ao furosemide, na membrana luminal da porção espessa ascendente. Este co-transportador é elemento muito importante nos mecanismos de concentração e diluição urinárias • Ca2 e Mg2 são reabsorvidos pela via paracelular

Função Tubular

vamente. O K retorna ao lúmen através de um canal específico (pertencente à família ROMK) na membrana apical e o Cl sai da célula pela membrana basal através de um canal específico a este ânion. A saída de carga positiva para o lúmen e de uma carga negativa para o interstício gera um potencial positivo luminal de cerca de 7 mV. Esta diferença de potencial permite que o Na+ e outros cátions como o próprio K , Ca e Mg sejam reabsorvidos passivamente pelos espaços intercelulares laterais, como ilustra a Fig. 4.9. No segmento cortical da porção espessa ascendente da alça de Henle é descrita também a secreção de H através do trocador Na -H presente na membrana luminal; cerca de 10% da carga filtrada de bicarbonato são reabsorvidos neste segmento.

e a regulação da filtração glomerular. De acordo com esta teoria, a quantidade de Na ao atingir o início do túbulo distal sensibiliza a mácula densa, que por sua vez ativa mecanismos efetores que irão modular a resistência dos vasos pré-glomerulares. Portanto, se grande quantidade de Na atinge o início do túbulo distal, a renina é liberada, induzindo vasoconstrição da arteríola aferente com conseqüente redução do fluxo sanguíneo renal, pressão glomerular e filtração glomerular (Fig. 4.7).

Túbulo Contornado Distal

Túbulo de Conexão

O túbulo contornado distal é a continuidade do segmento cortical da porção espessa ascendente da alça de Henle se estendendo da mácula densa até a região de transição com o ducto coletor. Este segmento do néfron também é impermeável à água e apresenta características especiais quanto ao transporte de sódio e cloro. Através de um cotransporte com o Cl , o Na é transportado pela membrana luminal de maneira passiva. Este co-transporte pode ser inibido por tiazídicos e é secundariamente ativo à ação da Na -K -ATPase que transporta ativamente o Na+ pela membrana basal, mas o Cl sai do interior da célula através de mecanismo passivo por canal específico (Fig. 4.10). A teoria do feedback túbulo-glomerular relaciona a quantidade de Na que chega aos segmentos distais do néfron

A região de transição entre o túbulo contornado distal e o ducto coletor pode ser abrupta ou gradual, e como neste local vários túbulos distais se reúnem para formar o ducto coletor, esse segmento do néfron recebe então o nome de túbulo de conexão. Ele é constituído por dois tipos de células: as do túbulo de conexão e as intercaladas. As células do túbulo de conexão apresentam características morfológicas compatíveis com a transição entre as células do distal e as principais do ducto coletor. A principal função dessas células está relacionada à secreção de potássio, que é em parte regulada por mineralocorticóides. As células intercaladas, por sua vez, desempenham importante papel nos mecanismos de secreção de H , que será descrito em detalhes no parágrafo referente ao túbulo coletor. Neste segmento do néfron, o sódio pode ser reabsorvido através de um co-transporte acoplado ao Cl semelhante ao acima descrito nas células do túbulo contornado distal. Aliás, estudos em coelhos onde o túbulo de conexão é bem evidente sugerem que o co-transporte Na -Cl sensível a tiazídico ocorre apenas neste segmento. O Na pode também ser transportado para o intracelular através de canais sensíveis ao amiloride e do trocador Na -H acoplado a um trocador Cl -HCO3 . A ação ativa da Na ,K ATPase presente na membrana basal também é responsável pela saída do Na da célula (Fig. 4.11). É importante ressaltar que o túbulo de conexão e o coletor cortical são os únicos segmentos do néfron onde o bicar-

TÚBULO DISTAL INICIAL LÚMEN NEGATIVO

PERITUBULAR 0 mV

CÉLULA 70 mV

Na+ Na+

ATP

K+ INIBIÇÃO PELO TIAZÍDICO

Ponto-chave: • Presença do co-transportador Na -Cl sensível a tiazídicos na membrana luminal

Pontos-chave:

Fig. 4.10 Célula do túbulo distal inicial mostrando o transporte de Na acoplado a Cl sensível ao tiazídico na membrana luminal secundariamente ativo à ação de Na -K -ATPase da membrana basal.

• Constituído por células de transição entre as do túbulo distal e do ducto coletor • Presença do trocador Cl -HCO3 na membrana luminal pode permitir a secreção de bicarbonato em certas condições de alcalemia

capítulo 4

TÚBULO DE CONEXÃO LÚMEN 5 mV

PERITUBULAR 0 mV

CÉLULA 85 mV

Na+ Cl

Na+ ATP

K+ INIBIÇÃO PELO AMILORIDE

Na+ KCl

H+ HCO 3

KCl

Fig. 4.11 Célula do túbulo de conexão mostrando na membrana luminal os canais de Na sensíveis ao amiloride, o co-transporte Na -Cl e os co-transportes Na -H e Cl -HCO3 secundariamente ativos à Na -K -ATPase da membrana basal.

bonato pode ser secretado para a luz tubular utilizando para tal o trocador Cl -HCO3 presente na membrana apical. Também é descrita a presença de uma ATPase na face luminal das células intercaladas neste segmento, denominada H ,K -ATPase. Esta enzima seria estimulada pela depleção de K .

Ducto Coletor O ducto coletor é dividido em cortical, medular externo e medular interno, apresentando dois tipos de células: as principais e as intercaladas. As células principais caracterizam-se na microscopia eletrônica por apresentarem um cílio central. O sódio é reabsorvido nestas células por mecanismo passivo através de canais na membrana luminal sensíveis ao amiloride ou trianterene, denominados ENaC. É também através da Na ,K -ATPase que o transporte ativo de Na gera potencial negativo no lúmen na ordem de 30 mV no coletor cortical (Fig. 4.12). A concentração de K no intracelular das células principais do ducto coletor é elevada devido à alta atividade das Na ,K -ATPases presentes na membrana basal. É através de canais específicos (ROMK) tanto na membrana apical quanto na basolateral que o K é transportado passivamente para fora da célula (Fig. 4.12). A secreção de K está diretamente relacionada à diferença de potencial gerada pela quantidade de Na reabsorvida. Tanto a reabsorção de sódio quanto a secreção de potássio nas células principais do ducto coletor são moduladas pela aldosterona. Este mineralocorticóide entra no citoplasma da célula induzindo através de RNAm a síntese de proteínas pelo núcleo, que aumentam o número de canais de

sódio da membrana apical, a densidade de Na ,K -ATPases da membrana basal e por fim estimulam a produção de ATP pelas mitocôndrias, resultando em aumento na atividade das Na ,K -ATPases. A espironolactona interfere com o sítio citoplasmático da aldosterona impedindo a produção do RNAm, e dessa maneira a reabsorção de Na e a secreção de K ficam prejudicadas. As células intercaladas caracterizam-se por serem células escuras devido à presença de grânulos em seu citoplasma. São descritos atualmente dois tipos de células intercaladas: as e as . Elas estão relacionadas ao transporte ativo de H através de H -ATPases. Estas se localizam na membrana luminal nas células do tipo e na membrana basal nas do tipo . No caso das células intercaladas do tipo α a secreção luminal de H está acoplada ao sistema trocador Cl -HCO3 na membrana basal. O inverso é observado nas células intercaladas do tipo , onde o H é transportado pela H -ATPase agora localizada na membrana basal da célula e o sistema trocador Cl -HCO3 tem localização na membrana apical. Acredita-se que as condições ácido-básicas determinam a quantidade de células ou . Na acidose predominam as células do tipo e na alcalose, as do tipo . Como já foi referido no túbulo de conexão, uma ATPase relacionada à reabsorção de K está presente nas células intercaladas do ducto coletor. A H ,K -ATPase é mais abundante nos segmentos corticais e diminui à medida que se aproxima da papila. Ainda é controverso na literatura se alterações ácido-básicas modulam a atividade dessa enzima. Há indícios de que no ducto coletor medular interno outros cátions possam ocupar o lugar do H na H ,K -ATPase, e por isso ela tem sido denominada como X ,K -ATPase, como o amônio (NH4 ). O ducto coletor medular interno é dividido em três segmentos devido à sua heterogeneidade morfológica e funcional: IMCD1, IMCD2 e IMCD3. As células que compõem o IMCD1 são muito semelhantes às do ducto coletor medular externo, estando presentes as células do tipo principal e cerca de 10% de intercaladas. Entretanto, as porções IMCD2 e IMCD3 parecem representar um segmento distinto. Estudos recentes têm considerado que o ducto coletor medular interno apresenta dois segmentos funcionalmente distintos: a porção inicial que corresponde ao IMCD1 e a porção distal com os segmentos IMCD2 e IMCD3. Este último segmento do néfron tem importante papel na regulação final da composição da urina pelo ajuste da reabsorção de sódio, potássio, uréia e água. Convém salientar que o ducto coletor medular interno é o único segmento do néfron que possui sítio de ação aos peptídios atriais natriuréticos, e também existem evidências da presença do co-transporte Na -K -2Cl . O transporte de água no túbulo distal final e ducto coletor varia com a concentração plasmática do hormônio antidiurético, HAD, que altera a permeabilidade destes segmentos à água. A ação do hormônio antidiurético torna também o epitélio do coletor medular permeável à uréia.

Função Tubular

CÉLULA

CÉLULA PRINCIPAL

Cl PERITUBULAR

PERITUBULAR HCO 3

ATP

Cl H+

ATP

HCO 3

H+

K+ Na+ ATP

K+ K+

LUMINAL

PERITUBULAR K+

LUMINAL

Fig. 4.12 Representação dos três tipos de células do ducto coletor: intercalada α, intercalada e principal. Observa-se que na intercalada α a inserção da H -ATPase é na membrana luminal, e do contratransporte Cl -HCO3 , na membrana basolateral, o que favorece a secreção de ácidos. O inverso é observado nas células intercaladas . Na face luminal das células principais o Na é reabsorvido através de canais sensíveis ao amiloride. O K é secretado passivamente para a luz tubular. Ambos os transportes são decorrentes do gradiente eletroquímico gerado pela Na -K -ATPase na membrana basal.

Esta permeabilidade aumenta em direção à papila, promovendo a hipertonicidade do interstício. Esta propriedade, que é importante na determinação da osmolaridade da urina, será discutida com mais detalhes em outro capítulo referente a mecanismos de concentração urinária. Antes de finalizar este capítulo sobre a função tubular, é importante salientar dois aspectos da função renal: 1.º) A descrição da função tubular foi feita considerando o rim como constituído por uma população homogênea de néfrons; entretanto, sabemos que existem diferenças morfológicas e funcionais entre os néfrons justamedulares (córtex profundo) e os néfrons superficiais. Entre as diferenças deve-se destacar a maior capacidade dos néfrons justamedulares de variar a excreção de Na Cl frente a variações do volume extracelular. Em condições de depleção intensa do volume extracelular, observa-se uma maior reabsorção de Na Cl pelos néfrons justamedulares e, em condições de expansão, também são os néfrons profundos os que apresentam a maior capacidade de excreção de Na Cl . 2.º) A função renal foi apresentada como simplesmente um processo de filtração glomerular, reabsorção e secreção

Pontos-chave: • As células principais são responsáveis pela reabsorção de sódio e secreção de potássio, sendo estes processos modulados pela aldosterona • As células intercaladas são células escuras responsáveis pela acidificação urinária • O ducto coletor medular interno é a porção final do néfron, onde ocorrem os ajustes finais para a formação da urina

tubular que permite a manutenção do balanço de sódio, potássio, hidrogênio e água; entretanto, o rim tem outras importantes funções do ponto de vista metabólico, como, por exemplo: no metabolismo de hidratos de carbono pela síntese de glicose que ocorre no córtex renal e pela inativação de insulina e glucagon, diminuindo a meia-vida desses hormônios; no metabolismo ósseo pela regulação da excreção de cálcio, fósforo, ativação de vitamina D e inativação de paratormônio. Não devemos esquecer também o importante papel do rim na regulação da pressão arterial.

BIBLIOGRAFIA SELECIONADA KRIZ, W. and BANKIR, L. A standard nomenclature for structures of the kidney. American Journal of Physiology, 254(23):F1-F8, 1988. MOE, O.W.; BERRY, C.A. and RECTOR JR, F.C. Renal transport of glucose, amino acids, sodium, chloride, and water. In: Brenner, B.M. and Rector, F.C., Jr. (eds.) The Kidney, 6th ed. W.B. Saunders Company, Philadelphia, pp. 375-415, 2000. SEGURO, A.C.; MAGALDI, A.J.B.; HELOU, C.M.B.; MALNIC, G. e ZATZ, R. Processamento de água e eletrólitos pelos túbulos renais. In Zatz, R. (ed.) Fisiopatologia Renal, 1.ª edição, Atheneu, pp. 71-96, 2000. STOKES, J.B. Principles of epithelial transport. In: Narins, R.G. (ed.) Maxwel & Kleeman’s Clinical Disorders of Fluid and Electrolyte Metabolism, 5th ed. McGraw-Hill, Inc. New York, pp. 21-44, 1994. VALTIN, H. and SCHAFER, J.A. Tubular reabsorption. In: Valtin, H. and Schafer, J.A. (eds.) Renal Function, 3rd ed. Little, Brown and Company, pp. 62-82, 1995. VALTIN, H. and SCHAFER, J.A. Tubular secretion. In: Valtin, H. and Schafer, J.A. (eds.) Renal Function, 3rd ed. Little, Brown and Company, pp. 84-93, 1995.

ENDEREÇOS RELEVANTES NA INTERNET http://www.hdcn.com http://www.nephron.com http://www.renalnet.org