Este capítulo es relevante para la sección G4(ii) del programa de estudios de primaria del CICM de 2017, que espera que el candidato al examen «describa la distribución del volumen y el flujo sanguíneo en las distintas circulaciones regionales… incluyendo la autorregulación… Estas incluyen, entre otras, las circulaciones cerebral y medular, hepática y esplácnica, coronaria, renal y uteroplacentaria». La circulación renal ha salido varias veces en los anteriores trabajos:
- Pregunta 3 del segundo trabajo de 2015
- Pregunta 11 del primer trabajo de 2012
- Pregunta 12 del segundo trabajo de 2008
- Pregunta 6(p.2) del segundo trabajo de 2007
- La anatomía vascular renal
- Las arterias renales son arterias terminales (no hay anastomosis arterial en el interior del riñón)
- Los elementos únicos incluyen:
- Dos lechos capilares:
- Una red capilar de alta presión, siendo los capilares glomerulares
- Una red capilar de baja presión, los capilares peritubulares
- La resistencia de las arteriolas aferentes y eferentes, a ambos lados de los capilares glomerulares de alta presión, es un importante mecanismo de control de la filtración glomerular
- Dos lechos capilares:
- Flujo sanguíneo renal
- Flujo sanguíneo total: 20-25% of cardiac output, or 1000ml/min, or 400ml/100g/min
- 95% goes to the cortex, 5% goes to the medulla
- Medullary blood flow must remain low to maintain the urea concentration gradient, to facilitate the concentration of urine
- Total renal blood is high for reasons of filtration rather than metabolism
- Total renal oxygen extraction is low (10-15%)
- Renal oxygen extraction remains stable as renal blood flow changes, because renal metabolic rate depends on glomerular filtration rate and tubular sodium delivery
- Autoregulation of renal blood flow
- Renal blood flow remains constant over a MAP range of 75-160 mmHg
- This regulation is produced by:
- Myogenic response (50% of the total autoregulatory response)
- Tubuloglomerular feedback (35%)
- Other mechanisms involving angiotensin-II and NO (<15%)
- Intrinsic myogenic mechanisms:
- Vasoconstriction in response to wall stretch
- This is a stereotyped vascular smooth muscle response, not unique to the kidney
- Tubuloglomerular feedback
- This is a negative feedback loop which decreases renal blood in response to increased sodium delivery to the tubule
- The mechanism is mediated by ATP and adenosine secreted by macula densa cells, which cause afferent arterolar vasoconstriction
- Sympathetic regulation of renal blood flow
- Sympathetic tone regulates the range fo renal blood flow autoregulation
- Autoregulation typically maintains stable renal blood flow over a wide range of systemic sympathetic conditions
- Massive sympathetic stimulus (eg. shock) anula la autorregulación y disminuye notablemente el flujo sanguíneo renal
- La tasa de filtración de la glomérula se ve menos afectada (fuera de proporción con el flujo sanguíneo) porque las arteriolas eferentes se vasoconstruyen más que las aferentes en respuesta a un estímulo simpático.
- Arteria renal, una rama de la aorta
- Ramas principales anterior y posterior de la arteria renal
- Arterias segmentarias (grandes arterias terminales)
- Arterias interlobulares, que entran en el tejido renal en el límite entre la corteza y la médula
- Arterias arcuatas, que siguen un curso en forma de arco entre la corteza y la médula
- Arterias radiales corticales, que ascienden radialmente desde el centro hacia la cápsula renal
- Arteriolas aferentes, que irrigan el glomérulo
- Capilares glomerulares,
- Arteriolas eferentes, que drenan el glomérulo y descienden a la médula
- Capilares peritubulares, que rodean los túbulos corticales
- Vasa recta, los vasos rectos descendentes y ascendentes que rodean el asa de Henle a lo largo de su recorrido hacia la médula renal
- Venas arcuatas, en las que drenan los vasa rectos ascendentes
- Venas interlobulares, que recogen la sangre de las venas arqueadas
- Vena renal, que drena en la vena cava inferior
- La circulación renal tiene dos redes capilares:
- Una red capilar de alta presión, siendo los capilares glomerulares
- Una red capilar de baja presión, los capilares peritubulares
- La resistencia de las arteriolas aferentes y eferentes, a ambos lados de los capilares glomerulares de alta presión, es un importante mecanismo de control de la filtración glomerular
Flujo sanguíneo renal
En total, alrededor del 20-25% del gasto cardíaco total acaba fluyendo por los riñones. Eso acaba siendo unos 400ml/100g de tejido/min, o unos 1000ml por minuto; es decir, aproximadamente ocho veces más que el cerebro. Obviamente, esto va a ser muy diferente dependiendo de los riñones que se midan; por ejemplo, Bergström (1959) obtuvo resultados que van desde 660ml/min a 2190ml/min de un grupo de voluntarios sanos.
Obviamente, este flujo sanguíneo no tiene ninguna relación con la actividad metabólica renal. En total, los riñones sólo extraen alrededor del 10-15% del oxígeno suministrado, y la saturación venosa de oxígeno renal es por tanto relativamente alta (~ 85%). A partir de esto, se podría llegar a la conclusión de que las células de los riñones deben estar constantemente rodeadas de un lujoso exceso de oxígeno, pero en realidad no es así. Todo el flujo sanguíneo tiende a ir a la corteza (donde están los glomérulos), alrededor de 500ml/100g/min o el 95% del total, mientras que la médula sólo recibe 20-100ml/min de flujo sanguíneo. Y en la médula es donde se encuentran todas las células tubulares que trabajan duro, chupando todo el sodio del líquido tubular. Este no es un proceso barato, desde el punto de vista metabólico, ya que el 99,5% del sodio filtrado tiene que ser recuperado, y por lo tanto la médula renal tiene una actividad metabólica muy alta para su masa – es sólo el 0,5% de la masa corporal total, pero utiliza el 7% del oxígeno total.
Como se podría esperar, con este tipo de consumo de oxígeno, la médula renal es probablemente crónicamente pobre en oxígeno y tiene una relación de extracción de oxígeno bastante alta. De hecho, Leichtweiss et al (1969) midieron una pO2 medular renal de alrededor de 8-10 mmHg. Lo que es peor es la proximidad de los vasos interlobulares y los vasa recta en la médula, lo que permite que el oxígeno se difunda desde la sangre arterial directamente a la venosa, robando el tejido medular más profundo. Por último, el flujo sanguíneo renal a la médula tiene que ser bajo, de lo contrario todos esos gradientes de concentración cuidadosamente construidos se desvanecerán. En resumen, para poder concentrar nuestra orina, tenemos que mantener la médula renal siempre al borde de la falta de oxígeno.
Así que, lo más costoso en energía que hace el riñón es la reabsorción de sodio, que ocurre en la médula renal. Y la cantidad de sodio que llega al riñón depende de la tasa de filtración glomerular, que depende del flujo sanguíneo. Por lo tanto, la demanda metabólica renal está determinada por el flujo sanguíneo, y no al revés. En otras palabras, si se perfunde el riñón con menos sangre, habrá menos sodio para bombear, y por lo tanto menos combustible metabólico requerido. Como resultado, la extracción renal de oxígeno no varía demasiado con diferentes tasas de flujo sanguíneo (Levy, 1960).
Autorregulación del flujo sanguíneo renal
Como el flujo sanguíneo que pasa por el riñón es un determinante importante de la filtración glomerular y del aclaramiento de solutos, es lógico que se quiera que permanezca estable en una amplia gama de condiciones sistémicas. De hecho, esto es lo que se observa. El siguiente diagrama de autorregulación, una relación entre el flujo sanguíneo renal y la presión arterial sistémica, se suele utilizar para apoyar este concepto en los libros de texto:
Hay muchas permutaciones de este gráfico, y es tan omnipresente que los autores han dejado de hacer referencia a él en las publicaciones profesionales. Aquí hay un par de ejemplos representativos de fuentes que parecen oficiales (Burke et al, 2014 y Ravera et al, 2006):
Probablemente este gráfico es tan increíblemente variable y mal referenciado porque no pertenece a ningún autor. La idea de que el riñón mantiene un flujo sanguíneo estable ante cambios en la presión de perfusión fue descubierta por primera vez en el contexto de un modelo de shock hemorrágico por Rein & Rossler (1929), pero luego literalmente cientos de autores realizaron miles de experimentos explorando todas las permutaciones circulatorias posibles, y todos produjeron algún tipo de curva de presión-flujo. Aquí se ofrece una imagen representativa (seleccionada básicamente al azar) de un trabajo de Rothe et al (1971). Demuestra la mayoría de las características importantes.
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Hay una marcada variación entre los libros de texto y las editoriales con respecto a la forma de etiquetar y presentar este gráfico, ya que muchos optan por utilizar los valores de flujo reales en lugar de los relativos, o la presión arterial sistólica en lugar de la media. Algunos (como el autor anterior) no especifican qué presión estaban midiendo. Por lo tanto, el hecho de memorizar cualquier valor de presión específico a efectos del examen resulta aún más ridículo. En caso de que la necesidad de exhaustividad insista en una cifra, uno podría hacer algo peor que tomar prestado a los examinadores de la universidad, que en su respuesta a informaron de que el flujo sanguíneo a los riñones permanece «constante frente a presiones sanguíneas arteriales de 75 a 160 mmHg». En última instancia, la característica más importante para etiquetar en este gráfico es una meseta de flujo «normal», que se observa en algún rango de presión arterial normal.
Esta autorregulación se produce a nivel de la arteriola aferente, justo antes de que la sangre entre en el glomérulo. Se produce por tres mecanismos principales: un mecanismo miogénico rápido, un mecanismo más lento relacionado con la tasa de entrega de sal a las células yuxtaglomerulares (retroalimentación tubuloglomerular) y un tercer mecanismo más lento aún, que no tiene una explicación especialmente satisfactoria.
Autorregulación miogénica del flujo sanguíneo renal
Esta propiedad de las arteriolas aferentes renales es, de hecho, común a prácticamente todas las demás marcas de arteriolas, y parece ser una propiedad intrínseca del músculo liso (en el sentido de que el endotelio no es claramente necesario para ello, ya que las arteriolas desprovistas de su endotelio siguen haciendo esto). En resumen, cuando aumenta la presión (estiramiento) en la pared de una arteriola, ésta se contrae en respuesta. Esto aumenta la resistencia vascular y, por tanto, el flujo sigue siendo el mismo, aunque el gradiente de presión haya cambiado. Se trata de un proceso muy rápido (de cero a constreñido en menos de 10 segundos) y contribuye a cerca del 50% de la capacidad total de regulación de los vasos renales. El mecanismo, por lo que se sabe, está relacionado con la despolarización de la membrana que se produce en respuesta al estiramiento, pero nadie sabe exactamente qué lo desencadena ni cómo ocurre a nivel molecular. Schubert & Mulvany (1999) cubre esto con más detalle de lo que sería necesario para los propósitos del examen, y el lector es dirigido allí si quiere algo más que un breve resumen.
Regulación del flujo sanguíneo renal por retroalimentación túbulo-glomerular
A diferencia de la respuesta miogénica, la retroalimentación túbulo-glomerular (TGF) es algo exclusivo del riñón. Lo describe brillantemente Volker Vallon (2003); sin entrar en excesivos detalles, este mecanismo puede resumirse como sigue:
- La reabsorción de sal del asa de Henle es un proceso activo
- Este proceso depende en gran medida de la cantidad de sal disponible, es decir de la tasa de flujo de líquido tubular
- El aumento del flujo sanguíneo glomerular aumenta el flujo de líquido tubular (ya que aumenta la filtración glomerular)
- Así, el aumento del flujo sanguíneo glomerular aumenta la cantidad de sal reabsorbida por el asa de Henle, y esto aumenta la entrega de sal a la mácula densa
- Los cambios en la concentración de sal son percibidos por la mácula densa a través del cotransportador Na+-K+-2Cl- (NKCC2) en su membrana luminal.
- Esto produce un aumento de la liberación de ATP por parte de las células de la mácula densa
- El ATP activa entonces receptores específicos de purina en la arteriola aferente, o se convierte en adenosina (que actúa entonces sobre los receptores de adenosina A1).
- El efecto neto es que el aumento de la entrega de sal a la nefrona resulta en una disminución del flujo sanguíneo glomerular, lo que disminuye la entrega de sal (es decir, se trata de un mecanismo de retroalimentación negativa
- Vasoconstricción de los vasos renales
- Aumento de la reabsorción de sodio y agua en el túbulo
- Aumento de la liberación de renina por parte de las células yuxtaglomerulares
Este mecanismo es considerablemente más lento que la regulación miogénica. Para reconstruir crudamente algunos datos reales de animales de Just (2007), la cronología de estos mecanismos se muestra a continuación.
Como se puede ver, un tercer mecanismo de regulación es descrito por algunos autores, pero probablemente no es muy importante (representa menos del 15% de la capacidad total de regulación) y -lo más importante- no suele mencionarse en los libros de texto ni en las respuestas del SAQ oficial del CICM. Este mecanismo puede demostrarse aboliendo la retroalimentación tubuloglomerular con frusemida. Todavía se observa una respuesta autorreguladora lenta, pero claramente no está relacionada con el aporte renal de sal.
Efecto de la inervación simpática
El sistema nervioso autónomo inerva y controla la circulación del riñón de forma reguladora pero no autorreguladora, en el sentido de que este mecanismo no responde a los cambios de presión para mantener el flujo estable. En cambio, el flujo sanguíneo hacia los riñones es aumentado o disminuido intencionadamente por este sistema de control. Existen revisiones mucho mejores de este tema en la literatura (por ejemplo, Johns et al, 2011).
Inervación simpática del riñón: Las estructuras vasculares del riñón están inervadas por fibras simpáticas que surgen alrededor de T11-L3. Esas fibras preganglionares pasan luego a los ganglios, que pueden ser muy variables entre los individuos: los ganglios paravertebrales, prevertebrales, aorticorrenales, esplácnicos, celíacos y mesentéricos superiores son todas posibilidades legítimas, y no hay un «nivel espinal» predecible. Para complicar las cosas, cada riñón es inervado por un nivel y un grupo de ganglios diferentes. A partir de ahí, las fibras simpáticas postganglionares entran en el riñón junto con la arteria renal, y se dividen en una red de fibras simples que penetra en la corteza y la médula. Barajas et al (1992) las rastrearon pacientemente hasta sus destinos, y encontraron terminaciones nerviosas simpáticas en múltiples sitios, incluyendo los obvios (arteriolas aferentes y eferentes) así como otros sorprendentes (por ejemplo, las células granulares del aparato yuxtaglomerular, segmentos del túbulo, etc.). En una inspección más detallada, estas terminaciones nerviosas están llenas de noradrenalina.
El efecto del tono simpático estable: En circunstancias normales, con un bonito sistema nervioso autónomo en calma, cualquier pequeña influencia que ejerzan los nervios simpáticos acaba quedando oculta bajo el manto de la autorregulación miogénica renal y tubuloglomerular. Nunca se ve realmente. Sin embargo, aunque su efecto sea sutil, es claramente una influencia significativa. Cuando Kompanowska-Jezierska et al (2001) denervaron algunos riñones de rata, el flujo sanguíneo cortical aumentó un 25%, lo que ilustra la magnitud del tono simpático normal en reposo.
El efecto de la activación de las fibras simpáticas renales: cuando el sistema nervioso autónomo se enfurece por algún estímulo potente (por ejemplo, un estado de shock, o un colega atrozmente grosero), se producen varios efectos:
La vasoconstricción renal, antes tranquila en el fondo, se vuelve ahora mucho más vigorosa. No anula tanto la autorregulación renal del flujo sanguíneo, sino que cambia la forma de la curva de autorregulación. Aquí, un gráfico que toma prestado de Stadlbauer et al (2008) y Persson (1990) ilustra este concepto:
Esto probablemente tiene sentido en el contexto de una respuesta de todo el cuerpo a algo hemorrágico. La defensa del volumen circulante también incluye necesariamente no malgastar sangre en perfundir el riñón. De hecho, sería bueno que regulasen su propio flujo sanguíneo de forma que se ahorre más sangre para el resto del organismo.
¿Cuánto se puede bajar? La respuesta del examen CICM menciona el 10% como el mínimo al que podría descender el flujo sanguíneo renal vasoconstruido simpáticamente. Puede que sea una cifra teórica, y es imposible rastrear de dónde salió, pero parece plausible. Cuando Dibona & Sawin (1999) torturó unos riñones con descargas eléctricas, acabó generando este gráfico, que muestra claramente que el flujo sanguíneo renal puede caer por debajo del 70% con suficiente estimulación.
Concebiblemente, se podría aumentar la estimulación simpática y generar aún más vasoconstricción. ¿Dónde terminaría? Los examinadores del CICM mencionan el 10%, pero eso parece un lugar bastante arbitrario para detenerse. Seguramente, el flujo mínimo a través de cualquier vaso es realmente cero, al menos en teoría. Por supuesto, en la práctica de cabecera, nunca se verá este tipo de cosas en ningún escenario clínico que implique a un paciente vivo real, pero esto es fisiología trastornada. Cuando Spencer et al (1954) inyectaron un bolo de 3µg de noradrenalina directamente en las arterias renales expuestas de un perro, lo que obtuvieron fue exactamente un flujo nulo:
El efecto de la activación simpática en la filtración glomerular suele ser mínimo, al menos a niveles moderados de activación. A partir del gráfico mencionado anteriormente, se podría suponer que la disminución del flujo sanguíneo renal conduciría a una disminución proporcional de la filtración glomerular. Sin embargo, no es así. O al menos la disminución de la filtración glomerular no es tan grande como la disminución del flujo sanguíneo renal. Esto se debe a que el túbulo eferente se contrae mucho más que el aferente, forzando más sangre a través del glomérulo incluso cuando el flujo sanguíneo renal disminuye. El rango de estímulo tolerado es sorprendentemente grande. Mills et al (1960) introdujeron fármacos simpaticomiméticos en perros y observaron que, a menos que hubiera suficiente vasoconstrictor a bordo para aumentar la presión arterial en un 40%, la tasa de filtración glomerular permanecía esencialmente inalterada.
Al igual que con el metabolismo cerebral y hepático, era difícil encontrar una posición adecuada para este capítulo dentro de la estructura de revisión. ¿Es renal? ¿Es circulatorio? Finalmente, el autor consideró que, a menos que la discusión se acerque peligrosamente al tema de la filtración glomerular o la eliminación de solutos, sería relativamente seguro incluirlo en el apartado cardiovascular.
En resumen:
Hay mucho material de alta calidad en la literatura revisada por pares, y el candidato al examen CICM tiene mucho donde elegir, incluso si decide no pagar por nada. Stein (1990) es antiguo, pero corto, bueno y gratuito. Braam et al (2014) es nuevo, bueno, gratuito, pero largo. Just (2007) también es nuevo y gratuito, pero siendo realistas, ningún candidato al examen primario del CICM necesitaría tanto detalle como ese.
Suministro vascular renal
Cada riñón es suministrado por una arteria renal, que es básicamente una gran arteria muscular y una rama principal de la aorta. Cada una mide unos 4-5 cm de longitud y 5-10 mm de diámetro, y una suele ser un poco más grande que la otra. Justo antes de entrar en el parénquima, las arterias renales humanas tienden a dividirse en ramas principales anterior y posterior, que a su vez se dividen en arterias segmentarias. Dentro del riñón, no hay anastomosis entre estas arterias, es decir, cada rama es una rama terminal y la isquemia de una arteria segmentaria creará una isquemia regional en el territorio de su distribución (Bertram, 2000).
En resumen, la circulación arterial y venosa del riñón puede presentarse como una lista secuencial de vasos:
Los diagramas aquí reproducidos proceden del excelente «Structural organisation of the mammalian kidney» de Kriz & Kaissling (1992). En retrospectiva, hay que admitir que las imágenes originales no requerían la anotación añadida y el coloreado infantil. Pero…
La importancia fisiológica de los vasos renales para la función de filtración del riñón se discute en otro lugar. En este capítulo centrado en los vasos, probablemente sea importante centrarse en las características más singulares de la microcirculación renal: