06. Depuración de compuestos nitrogenados no proteicos

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Universidad de Valparaíso Campus San Felipe

-Organismo Humano II – Fisiología renalDra. Alejandra Espinosa

22.08.2018 / Transcriptores: Nicolás López, Francisco Martínez y Matías Mediano. Editor: Moisés Amar.

Depuración de compuestos nitrogenados no proteicos Objetivos:   

Comprender cómo se forman los compuestos nitrogenados no proteicos. Conocer el manejo renal de los desechos nitrogenados. Conocer cómo se evalúa la velocidad de filtración glomerular.

Compestos nitrogenados no proteicos Corresponden a estructuras que en su molécula tienen nitrógeno, pero que no corresponden a proteínas; claros ejemplos de estos son aminoácidos, ácido úrico, creatinina, amonio y urea. Estos compuestos nos ayudarán a evaluar ciertos parámetros de la función renal como también ser utilizados como marcadores.

Urea Es una molécula inórganica que se elimina por la orina y que resulta del catabolismo de los alfa aminoácidos. Durante la formación de la urea juegan varios intermediarios que dependerán de diversas condiciones como: consumo de carnes, deshidratación, consumo de alcohol, etc. El proceso en que se forma el compuesto es conocido como “ciclo de la urea” y éste se lleva a cabo en el hígado, por lo tanto además de ayudarnos a analizar la función renal también nos dará cuenta de la funcón hepática.

La urea es filtrada, reabsorbida y secretada en el riñón. Ésra juega un papel muy importante en la concentración de la orina y en la reabsorción de agua; a pesar de que es una especie filtrada, no es un buen marcador de la velocidad de filtración glomerular. Un indicador muy útil que tiene relación con la urea es el BUN (Blood Urea Nitrogen test), éste nis indica la cantidad de nitrógeno úrico criculante, en donde su valor normal es entre 7 a 18 mg/dl.

Los valores de este compuesto estarán muy ligados al flujo renal, si este último es mayor se reabsorberá en mayor medida y viceversa. Lo mencionado anteriormente, no sólo puede constituir sucesos patológicos, ya que, en algunos eventos tales como el embarazo existe un mayor flujo urinario y por tanto menores niveles de urea. Condiciones que pueden generar una aumento de urea son: disminución de la velocidad de filtración glomerular, aumento del catabolismo proteico (por fiebre o uso de corticoides) o un aumento de la digestión proteica (por aumento del consumo proteico o hemorragias en el tracto gastrointestinal). La urea será transportada a nivel renal por tres transportadores, los UTA1, UTA2 y UTA3, todos provenientes del splicing alternatvo generado en un gen perticular llamdo SLC14A2. La urea como ya fue mencionado será filtrada a nivel del glomérulo, reabsorbida en el TCD como en el túbulo colector y secretada tanto en nefronas yuxtaglomerulares como corticales en la porción descendente del asa de Henle y en las yuxtaglomerulares un poco a nivel de su porción ascendente (imagen 2). Para entender de qué manera funcionan los transportadores de urea, en la imagen 3 se nos presentan tres gráficos provenientes de la experimentación con ratones wild type (+/+) y ratones knock out (-/-). En el primer gráfico B podemos apreciar coomo los individuos knock out se evidencia una mayor salida de orina, lo que nos daría cuenta de problemas para la concentración de ésta. En el gráfico C vemos cómo la osmolaridad en ratones knock out es considerablemente menor a la de los ratones wild type. Finalmente, en el gráfico F se puede constatar que la baja en concentración de urea es significativa, mientras que la de los otros iones mostrados no tien una variación importante.

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A modo de resumen, en la siguiente tabla se muestra cuál es la vía de transporte de urea y en qué dirección ocurre, dentro de los distintos lugares de la nefrona.

LUGAR

VÍA DE TRANSPORTE

DIRECCIÓN

TCP

-Vía paracelular

Hacia el intersticio

-Arrastre por solvente Rama ascendente asa de Henle

UT2

Hacia el lumen

Rama descendente asa de Henle

Transportador

Hacia el lumen

Túbulo colector

UT1 y UT3

Hacia el intersticio

En este gráfico podemos ver entonces cómo es la excreción de la urea en función del flujo urinario. ¿Qué pueden decir de este gráfico? Que es lo importante de recordar de la urea, que en el fondo sepan que ésta se reabsorbe en un buen porcentaje, pero que además se secreta.

Aminoácidos Los aminoácidos tienen sólo dos caminos: el producto final puede ser parte de las proteínas o metabolizarse para una mantener una concentración estable en el suero. La cantidad de aminoácidos que se se filtran deben reabsorberse casi en su totalidad, porque son moléculas útiles, en donde se reabsorben en un 99% principalmente en el túbulo contorneado proximal. Por otro lado, la concentración plasmática de aminoácidos se encuentra regulada por diversos factores, entre los cuales encontramos: aborción a nivel intestinal, catabolismo proteico, síntesis de novo de aminoácidos no esenciales. El TCP se encuentra dividio en tres segmento: S1, S2 y S3. Las diferencias en los segmentos radica en las proteínas que se expresan en ellos. Los más oscuro en la imagen corresponde a la zona en

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donde se rabsorben más los aminoácidos, por lo que mientras más cercano a la primera zona de filtrado, más reabsorción ocurre. Transporte de aminoácidos Para el transporte de estos compuestos tenemos dos opciones, en donde hay un transporte a nivel apical y otro a nivel basolateral. Cuando hablamos de apical ocurre un transporte por una vía transcelular acoplada a Na+ o H+. También existen unas proteínas llamadas intercambiadores de aminoácidos, es decir, reabsorben un tipo de aminoácido, pero secretan otro y tienen solapamiento de especificidad de sustrato. Esto quiere decir que si pensamos que los aminoácidos tienen estructuras similares, no existe un transportador específico para cada tipo de aminoácido, muchos de ellos se transportan dependiendo de la carga que estos tengan. Si son positivos o neutros, se transportan por un proceso de transporte dependiendo de la similitus estructural que estos tengan. Por otro lado, a nivel basolateral para que pasen a la circulación nuevamente, existen estos intercambiadores de aminoácidos que además están acoplados al transporte de Na+ y lo hacen por difusión facilitada desde un gradiente de mayor concentración a uno de menor concentración. A nivel basolateral para que pasen a la circulación nuevamente, existen estos intercambiadores de Aminoácidos que además están acoplados al transporte de Na y lo hacen por difusión facilitada desde un gradiente de mayor concentración a uno de menor concentración. La imagen nos sirve para tener una noción de como ocurre el transporte a nivel renal. Podemos tener algún tipo de patología en que algún tipo de aminoácido no se reabsorba y se esté eliminando de tal forma que tengamos una deficiencia de ese aminoácido y también mucha liberación de aminoácido en la orina. Tenemos a nivel apical algunos tipos de transportadores y otros a nivel basolateral, lo importante de recordar es que hay algunos aminoácidos que se transportan, por ejemplo, junto con Na+ o H+ y se agrupan por carga. Por 4

ejemplo, hay aminoácidos con carga negativa q se transportan por un SLC1A1 y pueden entrar de esta forma siempre a favor de la gradiente de concentración. Profedato: SCL7A9 es otro tipo de canal que cuando esta mutado produce una enfermedad llamada Cistinuria. Si un paciente tiene cristales de cistina es porque tiene la patología con alta probabilidad. En una persona que no tenga problema en este canal no se va a encontrar. Lo importante de esto es saber que se transportan en un grupo estructural y afín. Y que a nivel basolateral también hay otros transportes que van a usar Na+ generalmente para poder ingresarlos a la circulación. Las patologías que tienen problemas de expresión o actividad de estos transportadores son llamdas Aminoacidurias. Existen tablas enormes de diferentes tipos de aminoacidurias, pero sólo se tratará de las más frecuentes. Se estima que 1 de cada 7000 indiciduos puede presentar estas anomalías, el problema es que pueden generar urolitiasis o nefrolitiasis de cristales de cistina. Pueden liberar otro tipo de aminoácidos y en el sedimento urinario aparecen estas formas que son tiruladas, cuando aparecen en el sedimento estas formas corresponden a cistinuria y no a otra cosa. 

Esta es una de las tablas donde aparecen diferentes tipos de cistinurias, que se caracterizan por producir diferentes cristales.

Ácido úrico EL ácido úrico es un compuesto nitrogenado que proviene del metabolismo de las purinas. Las purinas son un tipo de base nitrogenada, adenina y guanina. El ácido úrico es el producto final del catabolismo de las purinas, solo en primates y humanos el ácido úrico es el último producto de desecho del catabolismo de purinas, en otros animales el desecho es alantoína. Los valores de referencia del ácido úrico van de 3 a 7 mg/dl. 5

Pregunta: ¿En qué condiciones se puede elevar estos valores? En enfermedades metabólicas como la gota. También en condiciones fisiológicas al comer elementos que sean elevados en purinas. En una enfermedad renal el ácido úrico puede disminuir y acumularse en el suero. Nosotros tenemos dos fuentes de purinas: la dieta y síntesis de novo. Uno de los metabolitos que se genera intermediario es la santina y ese es el precursor del ácido úrico. Cuando la enzima hipo-santinaoxidasa actúa sobre la santina actúa sobre este producto final de desecho que es el ácido úrico. La reabsorción tubular del ácido úrico ocurre en un 99% en el túbulo contorneado proximal y además se puede secretar allí en hasta un 49%. Si se fijan también puede ser reabsorbido en otra zona que es el túbulo proximal más cercano al asa de Henle y también puede ser secretado. Entonces no es un compuesto que se pueda utilizar para medir velocidad de filtración. Posteriormente a lo secretado se reabsorbe aproximadamente un 80%, un 40% del total del ácido úrico, quedando alrededor de un 10% de lo filtrado, siendo esto lo que se termina excretando en la orina. Transportadores de ácido úrico Aquí vemos el túbulo proximal y van a ver que hay sistemas de entrada y sistemas de salida o de secreción. Entonces el ácido úrico se reabsorbe por estos transportadores que son co-transportadores con otros acido bicarboxilicos o mono-carboxilicos estos son los llamados OAT (Transportador de ácidos orgánicos). Tampoco tienen una especificidad tan marcada. Por otra parte, tenemos estos otros miembros de la familia SLC y también de la familia ABC. Las familias ABC son transportadores que están en varios tejidos, como en el metabolismo del colesterol. A través de estos también va secretándose el ácido úrico. En basolateral tenemos otros transportadores que con otras moléculas de ácido carboxílicos le hacen el paso a circulación. Por otro lado, estos transportadores pueden ser inhibidos y hay algunos fármacos que inhiben estos transportadores que reabsorben el ácido 6

úrico y así se eliminan por la orina. Si se eliminan mucho puede generarnos cálculos de ácido úrico.

Entonces, si se fijan en la imagen, el URAT-1 puede ser inhibido por una serie de agentes, entre los que se cuentan Benzbromarona, Probenecid, Losartan, algunos diuréticos y salicilatos. Por tanto, no hay que olvidar que en el túbulo proximal del riñón existen transportadores que reabsorben ácido úrico y que pueden ser inhibidos por estos fármacos, por lo que podrían ser una perfecta terapia para enfermedades como la Gota.

Creatinina Es un compuesto nitrogenado muy importante, ya que, actualmente se usa para medir la velocidad de filtración glomerular. Esta prueba, llamada Clearance de Creatinina, es la prueba funcional básica para medir como se encuentra el estado del riñón. Creatina La creatinina es un metabolito derivado del metabolismo de la creatina y ésta es un derivado de los aminoácidos que tiene la importante propiedad de que puede unir y liberar grupos fosfatos de forma rápida. Esto le permite almacenar compuestos de gran energía y usarlos de manera

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pronta, para que el músculo tenga energía disponible. Si a la creatina se le quita el grupo fosfato, se convierte en creatinina. La creatina es formada en el hígado, pero su proceso completo parte en el riñón. En él existen un proceso en el cual aminoácidos como la arginina y la glicina pueden ser transformados en ácido guanidino-acético. Este en el hígado se metaboliza para formar creatina y ésta se acumula en los músculos, siendo su utilidad el guardar grupos fosfatos para entregar energía. Por lo tanto, lo importante acá es que la creatina y creatina dependen mucho de la masa muscular del individuo. Por esta razón es que los valores de creatinina en el suero son diferentes según el sexo biológico y la edad.

Valores de referencia de creatinina Si observamos los valores de referencia para creatinina en el suero, se ve que los hombres (0,7-1,3 mg/dl) tienen rangos mayores que las mujeres (0,6-1,1 mg/dl). Los factores que afectan la concentración de creatinina en el suero son: 

  

La realización de ejercicio físico: Los deportistas van a presentar valores un poco más altos que una persona con la misma superficie corporal pero que no realiza ejercicio. Masa muscular Edad Función renal

Pregunta: Los valores de creatinina dependen de la edad. A medida que el individuo envejece, los valores de creatinina, ¿aumentarán o disminuirán? Respuesta: Disminuyen porque se empieza a perder músculo, pero también dijimos en clases anteriores que con la edad disminuye la filtración glomerular. Entonces, ¿Qué será lo que predomina? Los valores de creatinina con la edad tienden a ir aumentando, no de manera brusca, pero sí. De esto es deducible que el aumento por la peor función renal por la edad juega un papel mayor que la disminución por la pérdida de masa muscular con la edad. Ojo que esto igual puede variar de persona en persona. 8

Clearance o aclaramiento de una sustancia Corresponde al volumen de plasma en el cual una sustancia es depurada completamente por unidad de tiempo. Es el proceso por el cual se elimina el exceso de iones y sustancias de deshecho. Si una sustancia se excreta en igual cantidad de lo que filtra, corresponde a una sustancia que permite medir la velocidad de filtración glomerular o también llamada depuración plasmática renal. El Clearance de Inulina es la mejor forma de medir la VFG. La inulina no se reabsorbe ni se secreta, y es filtrada en un 100% en el glomérulo renal, siendo estas las condiciones necesarias para que un compuesto sea usado para medir la VFG. Sin embargo, en la práctica la realización de este examen requiere hospitalizar al individuo, inyectarle inulina, tenerlo vinculado a conexión de línea por 24 horas, etc. Es decir, es bastante invasivo y poco práctico. El siguiente gráfico nos muestra cómo se manejan los diferentes compuestos nitrogenados. La inulina tiene el 100%, y este sería el compuesto ideal, pero no se usa por razones prácticas. Si se fijan en la creatinina, esta se secreta además de filtrarse, por lo que se sobreestima un poco su valor, pero a pesar de todo es bastante constante, y depende principalmente de la edad, de la masa muscular, etc. En cambio, la urea tiene las ventajas y desventajas que se mencionaron anteriormente y por tanto no es una buena molécula para medir VFG.

Entonces, la mejor forma de definir Clearance para cualquier compuesto es que del volumen que entra por la arteria renal deberíamos poder rescatar la sustancia en cuestión por completo. No obstante, el resultado final de esta sustancia que ya filtró va a estar alterado tanto por lo que se secreta a los conductos tubulares como por lo que se reabsorbe y que finalmente aparece en la vena renal. Así, la suma de estos dos componentes debería ser exactamente igual a la entrada. En consecuencia, nosotros deberíamos poder ver la ecuación como se muestra en la imagen: Lo que entra por la arteria es igual a la suma de lo que sale por la orina y lo 9

que sale por la vena y por el volumen plasmático renal, que es el volumen de plasma que está pasando por minuto por el riñón (FPR = 600 ml/min aprox.). Para poder pensar en un clearance de creatinina en el que no tenemos reabsorción, podemos asumir que la salida por la vena equivale a 0, por lo que la ecuación que se ve a la derecha se simplifica a la ecucaión de arriba. Finalmente nos quedamos entonces con que el Clearance de la sustancia (CX) viene a estar dado por la concentración urinaria de la sustancia medida en 24 horas (U X) multiplicado por la diuresis (V) y dividido por la concentración plasmática de la sustancia (P X).

Ejercicio de cálculo de VFG Si pensamos en un individuo normal, o sea, que no está cursando ninguna patología, ¿Cuánto es la diuresis de un individuo normal? La cantidad de orina en un día completo es alrededor de 1000-1500 ml. Para este individuo pensemos en una diuresis de 1200 ml. La concentración plasmática de creatinina de esta persona es aprox. 0,8 mg/dl en el plasma, y en su orina se obtiene una concentración de alrededor de 80 mg/dl (N. del T.: antes era 60, pero la profe lo aumentó por dar un resultado muy bajo) en una muestra de 24 horas. Esta diuresis corresponde a 1440 minutos. Entonces la VFG debería ser: 𝑚𝑔 [𝑈]𝐶𝑟 ( ) 𝑚𝑙 𝑉𝑜𝑙. 24 ℎ𝑟𝑠 (𝑚𝑙) 𝑑𝑙 𝑉𝐹𝐺 ( )= × [𝑃]𝐶𝑟 𝑚𝑖𝑛 (𝑚𝑔/𝑑𝑙) 1440 (𝑚𝑖𝑛) 𝑚𝑔 80( 𝑑𝑙 ) 1200 (𝑚𝑙) 𝑉𝐹𝐺 = × 0,8 (𝑚𝑔/𝑑𝑙) 1440 (𝑚𝑖𝑛) 𝑉𝐹𝐺 = 83 (𝑚𝑙/𝑚𝑖𝑛)

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El cálculo de VFG da como resultado 83 ml/min, valor que corresponde a un individuo que tiene una cierta superficie corporal. Ese valor luego se debe corregir de la siguiente forma:

Con la superficie corporal de mi paciente (que tiene en este caso la VFG = 83 ml/min), si el tuviera una SC de 1,73 m2, ¿A qué VFG correspondería? Es una regla de tres, pero que siempre se debe hacer para tratar de estandarizar el cálculo con respecto a suposición de que todas las personas tienen una SC = 1,73 m2. Ahora, supongamos que la VFG de nuestro paciente ya estuviera estandarizada y realmente fuera de 83 ml/min. Analizando, podemos decir al respecto que su función renal está bien, considerando que no sabemos la edad ni otros factores de esta persona. No obstante, podría ser un valor normal, porque hoy en día se considera como valores aceptables de VFG todos aquellos mayores a 60 ml/min. Ojo, que no es lo óptimo, ya que ese valor corresponde a 120 ml/min, pero está sobre el valor de corte. Bajo el valor de corte, como por ejemplo 59 ml/min, se dice que ya estamos en un tipo de enfermedad crónica de primer estadio. Antiguamente se realizaba este procedimiento; sin embargo, el mayor problema de este cálculo en pacientes es la recolección de orina de 24 horas, que resultaba complejo, sobre todo para pacientes de anciana edad. También existen otros problemas como el que las personas no atienden a las instrucciones, por lo que no es lo más recomendable. Entonces, lo que se hace hoy en día es recurrir a determinadas fórmulas. Entre estas fórmulas usadas en la actualidad, se encuentran la Fórmula de Crockfort-Gault, que incluye la edad del paciente, su peso, si es mujer u hombre y el valor de creatinina plasmática. Cuando se mide el Clearance de creatinina de la forma de cálculo o antigua (la usada en el ejercicio), se habla de Medición del Clearance de Creatinina o Medición de la Velocidad de Filtración Glomerular. Pero cuando hablamos de las fórmulas nos referimos a Estimación, porque simplemente estamos usando el valor de creatinina

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plasmática ingresado en estas fórmulas, las cuales fueron construidas en estudios que sólo consideraron la relación de ciertos factores. Un ejemplo claro de esto es la Fórmula MDRD, que solo usa la edad, si es mujer u hombre, la raza y el valor de creatinina plasmática. Teóricamente se debería obtener el mismo valor mediante la forma antigua y el uso de fórmulas, pero no siempre se da eso, y a veces no funciona muy bien. Lo más confiable obviamente, si es que se recolectó de manera correcta la muestra de orina de 24 horas, siempre es usar la Medición del Clearance o de la VFG. A modo de ejemplo: Ustedes desean estimar la VFG de una persona a la que le falta una extremidad. ¿Usan la fórmula Crockfort-Gault o la MDRD? Debemos siempre recordar que estas fórmulas se hicieron reclutando individuos que no tenían ninguna patología renal, que tienen todas sus extremidades y cuyos cuerpo y mente estaban sanos. Se descartaron para esos estudios personas obesas, que hicieran fisicoculturismo, etc. Es por esta razón principalmente que estas fórmulas son estimaciones, ya que fueron construidas en base al promedio de la población. En el caso de que se den casos como el del paciente que no tiene una extremidad, se usa la Medición de Clearance/VFG con cálculos y todo, pero con la precaución de explicarle muy bien al paciente como realizar la recolección de la muestra de orina de 24 horas.

Anexo Recordatorio de la generación de amonio (NH4+)

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