Mecanismos de funcionalidade do sistema renal

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Praticar para aprender

Caro aluno,
Vamos continuar nossa conversar sobre o sistema renal nesta seção. Você já conhece as estruturas anatômicas do sistema renal, e, agora, nos aprofundaremos mais na abordagem da fisiologia renal. Também encontraremos, ao longo desta seção, situações-problema que ajudam na compreensão dos temas explorados aqui.
Neste momento, você já tem muitas informações sobre o sistema renal. Entende que ele é responsável pela filtração do sangue, que o líquido filtrado passa por vários segmentos que reabsorvem algumas substâncias e que, em alguns momentos, ocorre um processo de secreção de substâncias presentes nos capilares para o túbulo. Mas, como as substâncias são capazes de sair ou entrar no túbulo do néfron? E como acontece a regulação das substâncias que são excretas? De fato, existe um mecanismo de transporte desses elementos através do epitélio presente nos túbulos renais, que tornam suas paredes permeáveis ou impermeáveis a solutos e água – há todo um mecanismo que serve para manter o equilíbrio eletrolítico e hídrico do nosso corpo.
O sistema renal é composto por milhares de néfrons, as unidades funcionais dos rins. Qualquer dano ou desequilíbrio destas partes microscópicas tornam os rins incapazes de trabalhar adequadamente, causando vários prejuízos para o corpo humano. Portanto, é importante estudar sobre os temas descritos nesta seção. 
Falaremos sobre os mecanismos usados para realizar o transporte de solutos e água no túbulo proximal e néfron distal. Precisamos entender como acontece a regulação da excreção renal de alguns eletrólitos. Por fim, conheceremos a regulação do volume sanguíneo e quais os mecanismos de regulação da pressão arterial realizada nos rins. 
Após realizar a leitura de todo o conteúdo desta seção, você será capaz de compreender um pouco mais da importância de se manter hidratado antes e depois de uma atividade física, entender como uma dieta equilibrada ajuda a manter a função renal em dia e seu corpo saudável.
Izadora, 29 anos, se inscreveu em uma aula teste de crossfit. Ela adora fazer atividades que a desafiam e está disposta a tentar praticar esta modalidade. Ao chegar na academia para fazer sua aula teste, o professor Iogo a recebeu, apresentou toda a academia a ela e começou a conversar, na tentativa de colher informações sobre ela, entender qual seria objetivo com o crossfit e se ela conhecia algo sobre o esporte. 
Iago explicou que trabalha há 5 anos com o crossfit, uma modalidade esportiva que possui como objetivo principal promover uma melhora na capacidade cardiorrespiratória, no condicionamento físico e proporcionar uma resistência muscular, sendo que tudo isto acontece com uma combinação de exercícios funcionais e aeróbicos, tudo realizado em alta intensidade, e que, por este motivo, ela poderia sentir alguns desconfortos físicos durante as aulas que deveriam ser reportados a ele. 
E então, Iago iniciou o treino com duração de 1 hora, contendo aquecimento, alongamento dinâmico e WOD (Workout of the day). Durante o treino Izadora sentiu tontura, náuseas e um pouco de falta de ar, mas ao fim do treino, ela estava feliz, encharcada de suor e com muita sede. A perda de líquido através da transpiração é benéfica para o nosso corpo? Por que Izadora teve tantos sintomas agudos em resposta ao exercício?
A todo momento somos bombardeados por informações. Estamos vivendo no tempo em que a informação está pronta para nós, basta apenas um clique, mas isto não quer dizer que devemos deixar de lado alguns temas de estudo nem que não precisamos aprender mais sobre assuntos complicados. É sempre importante conhecermos nosso corpo, para podermos saber nossos limites e poder identificar quando alguma coisa está errada. Por isso, venho dizer para você não deixar a oportunidade passar: aprenda agora e pratique agora, não espere que no futuro, durante um atendimento, você não saiba lidar com uma situação. Permita que o seu conhecimento de hoje seja a chave de sucesso para o seu futuro.

conceito-chave

Nesta seção, vamos nos aprofundar um pouco mais no estudo sobre as estruturas que compõem o néfron, detalhando seus segmentos e as principais características das células que estão dispostas ao longo dos túbulos. Portanto, compreenderemos as três regiões tubulares do néfron e suas funções. Os túbulos proximais, conforme vimos na seção 3.1, possuem grande capacidade de reabsorção do filtrado; as alças do néfron são extremamente permeáveis à água; e o néfron distal é suscetível à ação da aldosterona, que ajusta a excreção de eletrólitos, e também é o local de ação do hormônio antidiurético.

MECANISMO DE TRANSPORTE DO TÚBULO PROXIMAL

Para entendermos como ocorre o processo de mecanismo de transporte pelos túbulos, precisamos falar sobre a segmentação do néfron.
Os néfrons possuem elementos epiteliais que permitem o transporte pelos túbulos. Assim, a cápsula glomerular é o primeiro local do néfron, mas não ocorre transporte transepitelial neste local. Os elementos epiteliais são encontrados no túbulo proximal, nas alças do néfron (segmento fino descendente e ascendente, segmento espesso ascendente), no túbulo contorcido distal e no segmento de conexão que leva o filtrado para o túbulo coletor (cortical e medulares).
Os túbulos proximais estão localizados no córtex renal. Possuem células com longas microvilosidades e muitas invaginações basolaterais que aumentam a superfície de contato com o filtrado, característica que torna a região responsável pela reabsorção de grande parte de solutos e água. Esse túbulo possui três segmentos denominados S1, S2 – que representam suas porções contorcidas – e S3, sua porção reta que vai em direção à medula renal, em continuidade à alça do néfron.
O transporte de solutos e água ocorre através das células epiteliais tubulares, conhecidas por serem células polarizadas: a diferença de concentração de íons faz com que elas possuam o meio interno negativo e o meio externo positivo. O processo de reabsorção ocorre quando substâncias que se encontram no lúmen do túbulo vão em direção aos capilares peritubulares, processo que depende de transporte ativo para criar gradientes de concentração dos solutos. O transporte da água acontece por osmose. A diferença de osmolaridade do túbulo e do interstício causa passagem da água de um lado de maior concentração para o de baixa concentração, até que ambos se igualem. Porém, isso só acontece se o epitélio for permeável à água. 
A reabsorção ocorre de duas maneiras: via transcelular e via paracelular ou intercelular (Figura 3.5). O transporte pela via transcelular ocorre quando o filtrado passa da membrana apical (membrana do lúmen) para a membrana basolateral das células epiteliais tubulares através de proteínas de canais ou transportadoras – envolve mecanismo de difusão simples ou facilitada. O transporte pela via paracelular ou intercelular é o transporte que ocorre quando as substâncias que dependem da permeabilidade da célula e o gradiente de concentração passam através de junções comunicantes, que podem ser muito aderentes ou pouco aderentes – por isso, muitas vezes alguns solutos são transportados levados juntos com a água. Outro tipo de transporte é a secreção, que ocorre quando substâncias presentes nos capilares peritubulares seguem em direção ao lúmen do túbulo. 
Os túbulos contorcidos proximais possuem junções epiteliais aderentes frouxas. Por este motivo, permitem o transporte pela via paracelular e possuem aquaporinas (canais para água) nas duas membranas celulares (apical e basolateral), o que possibilita a permeabilidade à água. No túbulo proximal, não há canais para sódio. Ele utiliza, como via de reabsorção, a proximidade com a glicose, o sulfato, o fosfato, e as proteínas transportadoras de antiporte sódio-hidrogênio (Na⁺/H⁺). Eles possuem bombas de sódio e potássio que ficam na membrana basolateral da célula, que enviam o sódio para o espaço peritubular e o potássio para o lúmen do túbulo. Além disso, o sódio pode ser reabsorvido usando a enzima sódio-potássio-ATPase (Na⁺/K⁺//ATPase), que o transporta através da membrana basolateral. 
Além disso, acontece o transporte ativo secundário do sódio, que está associado à reabsorção de glicose, aminoácidos e eletrólitos. A glicose passa para o túbulo proximal, mas é 100% reabsorvida – a glicose depende do sódio para ser reabsorvida. Por isso, na membrana apical, encontra-se um cotransportador de sódio-glicose (proteína SGLT) que realiza o transporte da glicose para dentro do citoplasma. Na superfície da membrana basolateral, o sódio é bombeado para fora pela enzima Na⁺/K⁺/ATPase, e a glicose usa um transportador de difusão facilitada (GLUT) para se difundir para o capilar peritubular. 
O mesmo mecanismo é usado para outros solutos, com a reabsorção de 98% dos aminoácidos por via transcelular por cotransportador de sódio (membrana apical) e por difusão facilitada (membrana basolateral). Cerca de 80% do fosfato inorgânico é reabsorvido via transporte transcelular pelo cotransportador de sódio (membrana apical).

O bicarbonato é reabsorvido, em sua maior parte, no túbulo proximal – cerca de 85%. A reabsorção acontece pela via de secreção de hidrogênio, na qual é usado o trocador de sódio-hidrogênio para que o hidrogênio chegue até o lúmen do túbulo. O hidrogênio secretado é proveniente da dissociação do ácido carbônico (H₂CO₃), gerando, como produto, o hidrogênio (H⁺) e o bicarbonato (HCO₃^-,). Assim, o hidrogênio é secretado para o lúmen do túbulo pela via trocador sódio-hidrogênio, e o bicarbonato é transportado para o interstício peritubular.
Na parte inicial (S1), ocorre o transporte passivo do cloreto pela via paracelular. Já na parte final (S3) do túbulo proximal, o transporte se torna ativo pela via transcelular. A reabsorção do potássio ocorre através de dois mecanismos de transporte: pela via paracelular, sendo carreado pela força da água, e pela eletrodifusão. 
Contudo, a ureia não possui transportador ativo no túbulo proximal, mas ela pode se mover através do epitélio por difusão, desde que haja um gradiente de concentração da ureia. Por isso, ocorre a reabsorção de aproximadamente 50% da ureia pelo transporte passivo via paracelular. Assim, pelo fato de acontecer a reabsorção do sódio e outros solutos do túbulo proximal, o líquido extracelular se torna mais concentrado do que o filtrado presente no lúmen, e, em resposta, ocorre a passagem de água via osmose para dentro do lúmen. Quando a água deixar novamente o lúmen, ela irá conduzir a ureia do lúmen para o líquido extracelular, e, então, a ureia será excretada na urina.

MECANISMO DE TRANSPORTE NA ALÇA DO NÉFRON

A alça do néfron (alça de Henle) é um segmento tubular com formato de alça. Devido à permeabilidade à água e a alguns solutos, é responsável pelo balanço hídrico, pois é um local decisivo para a formação da urina concentrada ou diluída. Porém, as células deste segmento não possuem as propriedades de epitélios que realizam o transporte – não têm microvilosidades apicais nem invaginações basolaterais.
O filtrado chega à alça do néfron com somente alguns solutos, pois a maioria foi reabsorvida no túbulo proximal. Assim, o primeiro segmento pelo qual o filtrado passa é o segmento fino descendente, que possui uma grande quantidade de canais formados por aquaporinas do tipo 1 (AQP1) em sua membrana apical. Por isso, a região tem grande permeabilidade à água. Além disso, existe uma alta concentração de ureia na medula renal, onde o segmento fino descendente está localizado. Logo, ocorre a secreção da ureia, o que aumenta a osmolaridade da solução contida no lúmen. No entanto, no segmento fino ascendente observa-se a ausência de canais de água em sua membrana apical, tornando a região impermeável à água. O filtrado, ali, possui alta concentração de cloreto de sódio (NaCl), que vai diminuindo à medida que flui para o outro segmento, pois ocorre efluxo passivo de cloro (Cl^-) e sódio (Na⁺). Assim, aproximadamente 2% de Na⁺ e Cl^- do filtrado é reabsorvido no segmento fino ascendente passivamente.
Há uma mudança na parede celular do segmento ascendente, que se torna espesso (grosso). No segmento espesso ascendente, encontram-se células epiteliais com uma alta capacidade de transporte, onde observa-se vilosidades apicais e invaginações na membrana basolateral. Ali acontece a reabsorção de 25% do cloreto de sódio filtrado. Além disso, a entrada de sódio na célula acontece através de um cotransportador NaKCC2 que fica na membrana apical da célula e funciona como uma bomba: coloca para dentro da célula uma molécula de sódio, uma de potássio e duas de cloro (Na⁺-K⁺-2Cl^-). Além disso, o sódio que entra pelo transportador deixa a célula pela membrana basolateral pela enzima Na⁺/K⁺/ATPase. O filtrado contido no lúmen do segmento espesso ascendente possui alta concentração de sódio e cloro, mas uma concentração muito baixa de potássio. Por esse motivo, parte do potássio que entra na célula volta para o lúmen do segmento. 
Aproximadamente 10 % do bicarbonato (HCO₃^-) é reabsorvido no segmento espesso ascendente da alça do néfron, onde o bicarbonato deixa a célula e se desloca para o interstício peritubular através do trocador de HCO₃^-/ Cl^-, ou seja, ocorre a troca entre a secreção do cloro no lúmen do segmento e reabsorção do bicarbonato para o interstício. Na mesma região da membrana apical encontra-se também um trocador de sódio-hidrogênio (Na⁺/H⁺): lá acontece reabsorção de sódio e secreção de hidrogênio. 
Contudo, a força que move a reabsorção de íons neste segmento do néfron é a diferença de potencial elétrica, ou seja, o fato de o lúmen tubular apresentar positividade favorece o transporte de cátions pela via paracelular. Portanto, esse processo é favorável apenas ao fluxo de cátions para o interstício (reabsorção passiva de sódio (Na⁺), potássio (K⁺), cálcio (Ca²⁺) e magnésio (Mg²⁺)).

MECANISMO DE TRANSPORTE NO NÉFRON DISTAL

Túbulo Contorcido Distal

No túbulo contorcido distal, ocorre reabsorção de aproximadamente 5% de sódio filtrado pela via transcelular. No entanto, este segmento não apresenta aquaporinas em sua membrana apical, sendo então impermeável à água. Além disso, possui o transportador NCC, que auxilia na entrada de sódio na célula pelo mecanismo de cotransporte de cloro. Além disso, o sódio sai da célula na membrana basolateral pela enzima Na⁺/K⁺/ATPase, e o cloro pelo canal de cloreto. E, por fim, uma pequena quantidade de sódio é reabsorvida neste segmento através do trocador Na⁺/H⁺ da membrana apical.

Túbulo Coletor

Antes de iniciar o túbulo coletor, existe o segmento de conexão, que conecta vários túbulos contorcidos distais a um túbulo coletor. Estes dois segmentos são responsáveis em reabsorver cerca de 3% do sódio filtrado. 
O segmento de conexão e o túbulo coletor cortical possuem em seu epitélio dois tipos de células: principais e intercaladas do tipo A ou $\alpha$ e do tipo B ou $\beta$. As células principais são responsáveis pela reabsorção de sódio e secreção de potássio, em taxas controladas pela aldosterona. 
As células intercaladas do tipo A ou $\alpha$ estão relacionadas com a secreção de hidrogênio por transporte ativo pela enzima H⁺/ATPase presente na membrana apical. Além disso, este tipo celular possui uma grande quantidade da enzima anidrase carbônica, responsável por catalisar a reação de hidratação do dióxido de carbono (CO₂), ocasionando a dissociação do ácido carbônico (H₂CO₃) e gerando, como produto, o hidrogênio (H⁺) e o bicarbonato (HCO₃^-,). O bicarbonato produzido pela dissociação do ácido carbônico é cotransportado junto com o cloro na membrana basolateral. Logo, o bicarbonato segue em direção ao interstício peritubular, e o cloro chega a entrar na célula, mas, através de um canal de cloreto, ele retorna ao interstício peritubular pela membrana basolateral. As células intercaladas do tipo A ou $\alpha$ também fazem a reabsorção de potássio.
Já as células intercaladas do tipo B ou $\beta$ são responsáveis pela reabsorção de cloro e pela secreção de bicarbonato na membrana apical pelo cotransporte com cloro, além de possuírem uma enzima H⁺/ATPase em sua membrana basolateral. Assim, os dois tipos celulares possuem a enzima Na⁺/K⁺/ATPase em sua membrana basolateral.
O túbulo coletor tem uma permeabilidade muito baixa a íons, e, por isso, só se torna permeável à água se ocorrer a ação do hormônio antidiurético (HAD). O HAD aumenta a permeabilidade da água no túbulo coletor, com isso a urina fica mais concentrada  . Esse hormônio é ativado pela AMPc (3´5´-adenosina-monofosfato-cíclico) e sua ação aumenta a quantidade de células principais e insere canais de água na membrana apical dessas células – as aquaporinas do tipo 2 (AQP2) –, além de estimular a síntese de mais AQP2. Porém, quando não há ação do HAD, os canais de água da membrana apical são endocitados e armazenados em vesículas intracelulares, deixando a membrana impermeável à água. No entanto, na membrana basolateral das células principais existem canais para água (AQP3 e AQP4) que não dependem da ação do HAD.
Por fim, no túbulo coletor ainda existe a ação do hormônio aldosterona, que é responsável por aumentar ou diminuir os canais e bombas de sódio e potássio ao longo do túbulo coletor. A ação desse hormônio será abordada com mais detalhes no tema sobre fisiologia hormonal dos rins na Seção 3.3.

REGULAÇÃO DA EXCREÇÃO RENAL DE ELETRÓLITOS

O processo de excreção é produto da filtração, reabsorção e secreção. Por isso, quando o líquido filtrado chega ao final do néfron, muito eletrólitos já foram reabsorvidos, e os que retornaram para o túbulo pelo processo de secreção serão resultado da formação da urina. No entanto, os eletrólitos encontrados na urina não deixam claro se a função renal está comprometida: o que é demonstrado são percentuais elevados ou baixos de determinadas substâncias, o que pode ocorrer devido à necessidade de excretar o excesso de alguma substância ou, quando a substância está com uma concentração baixa no corpo, há pouca excreção dela, pois tal elemento foi completamente reabsorvido.
A taxa de excreção de uma substância vai depender de duas condições: a taxa de filtração e se a substância é reabsorvida e/ou secretada ao passar pelos segmentos do túbulo. A taxa de filtração glomerular (TFG) é avaliada através da análise da urina e do sangue, processo denominado depuração. A depuração permite mensurar a quantidade de uma determinada substância excretada na urina em relação à quantidade devolvida aos vasos sanguíneos. Sendo assim, se a substância é livremente filtrada, mas não é reabsorvida e nem secretada, a quantidade da substância na urina é igual à filtrada, ou seja, sua depuração é igual à taxa de filtração glomerular.
Logo, se a taxa de filtração glomerular é de 100 ml de plasma filtrado por minuto, existe a possibilidade de calcular a carga filtrada de um soluto (X) usando a equação:

$carga filtrada de X = \left[X\right]plasma \times TFG$

A depuração é uma forma de medir a taxa de filtração glomerular, pois, se conhecermos a taxa de filtração glomerular de um indivíduo, podemos entender como o rim trabalha com os solutos medindo a concentração do soluto no plasma e sua taxa de excreção. Portanto, a representativa da depuração de qualquer substância X (ml de plasma depurada/min) é feita pela equação:

$taxa de depuração de X =\frac{taxa de excreção de X (mg/min)}{\left[X\right]plasma (mg/ml plasma)}$

Portanto, quando se compara a carga filtrada do soluto com sua taxa de excreção, podemos entender como o néfron manipulou esta substância. Neste sentido, quando uma substância na urina é menor do que a quantidade que foi filtrada, podemos concluir que a substância foi reabsorvida:

EXCRETADO = FILTRADO – REABSORVIDO

No entanto, quando uma substância na urina é maior que a quantidade que foi filtrada, podemos concluir que ocorreu secreção desta substância para dentro do lúmen tubular:

EXCRETADO = FILTRADO + SECRETADO

Por fim, existe a possibilidade de a mesma quantidade da substância filtrada ser excretada, pois não foi reabsorvida e nem secretada:

EXCRETADO = FILTRADO

Esses cálculos da depuração são, de forma geral, simplificados, pois os valores que precisam ser conhecidos são da taxa de excreção na urina e a concentração do soluto no plasma sanguíneo. Com todas essas informações, pode-se dizer se o manuseio dessas substâncias pelo néfron está sendo feita de forma adequada para o equilíbrio hídrico e eletrolítico do corpo humano.

REGULAÇÃO DO VOLUME SANGUÍNEO E PRESSÃO ARTERIAL

Na seção anterior, falamos um pouco sobre o fato de a pressão nos capilares ser o motivo de acontecer o processo de filtração. Assim, a pressão capilar sanguínea, a pressão capilar coloidosmótica e a pressão do líquido capsular, se juntam em duas forças que se opõem e uma força maior a favor do gradiente que gera a passagem do líquido dos capilares para dentro da cápsula glomerular, produzindo uma pressão de filtração total de 10 mmHg e forçando um grande volume de fluido para a cápsula glomerular.
No entanto, observa-se que o diâmetro da arteríola eferente é menor que o da arteríola aferente. Este pequeno detalhe faz com que a pressão sanguínea nos vasos capilares glomerulares aumente. Contudo, quando a pressão sanguínea sofre alterações, como aumentar ou diminuir, acontecem mudanças no diâmetro destas arteríolas com o intuito de manter sempre uma pressão de filtração constante e, assim, manter a filtração glomerular no nível normal.
A quantidade de filtrado que é formado pelo rim por minuto é denominada taxa de filtração glomerular (TFG). Ela precisa ser mantida constante para evitar a perda de substâncias importantes para nosso corpo e evitar também a reabsorção em excesso, o que poderia ocasionar desequilíbrio eletrolítico. Existe um hormônio chamado peptídeo natriurético atrial (PNA) que aumenta a taxa de filtração glomerular, favorecendo a perda de sódio e água na urina. O peptídeo natriurético atrial é um peptídeo secretado por células musculares cardíacas atriais. Assim, o PNA desempenha um papel muito importante em normalizar o volume sanguíneo e, consequentemente, manter a pressão arterial normal. Esse hormônio é secretado quando a musculatura cardíaca é distendida de forma excessiva.
A pressão arterial é responsável por manter o fluxo sanguíneo ideal para nutrir todos os nossos órgãos. No entanto, a distribuição do sangue pode acontecer de forma mais intensa em alguns órgãos comparados com outros. Os rins recebem cerca de 20 % do débito cardíaco. Por isso, ele é considerado ricamente vascularizado e possui grande sensibilidade às variações de pressão arterial.
Portanto, os vasos sanguíneos precisam de suporte para manter o controle adequado da pressão arterial. Eles são controlados por neurônios simpáticos que fazem parte do sistema nervoso autônomo. Quando um indivíduo está em repouso, as arteríolas aferentes e eferentes se encontram relaxadas, pois o sistema nervoso simpático possui uma atividade bem baixa ou nula. Porém, quando os neurônios simpáticos são ativados, causam uma constrição nos vasos sanguíneos e, como consequência, ocorre diminuição do fluxo sanguíneo nos capilares glomerulares, diminuindo a pressão de filtração total e a taxa de filtração glomerular. Toda essa mudança vai modificar a produção de urina, que sofrerá uma redução drástica, necessária para manter o volume sanguíneo, permitindo, assim, um fluxo maior para os outros tecidos do nosso corpo.

E assim concluímos mais uma seção. Os temas desta seção foram explorados de forma bem detalhada para que você possa compreender a importância dos pormenores envolvendo o sistema renal. A unidade funcional do sistema são os milhares de néfrons, que ficam distribuídos no córtex e medula renal. Qualquer falha em desempenhar sua função pode levar a prejuízos abruptos para nosso corpo.

Faça valer a pena

Referências

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SILVERTHORN, D. U. Fisiologia Humana: uma abordagem integrada. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2010.
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