Fluxul sanguin renal

Acest capitol este relevant pentru secțiunea G4(ii) din Syllabus 2017 CICM Primary Syllabus, care așteaptă de la candidatul la examen să „descrie distribuția volumului și fluxului sanguin în diferitele circulații regionale … inclusiv autoreglarea…. Acestea includ, fără a se limita la acestea, circulația cerebrală și a măduvei spinării, hepatică și splanhnică, coronariană, renală și utero-placentară”. Circulația renală a apărut de mai multe ori în lucrările anterioare:

• Întrebarea 3 din a doua lucrare din 2015
• Întrebarea 11 din prima lucrare din 2012
• Întrebarea 12 din a doua lucrare din 2008
• Întrebarea 6(p.2) din a doua lucrare din 2007

Ca și în cazul metabolismului cerebral și hepatic, a fost dificil să se găsească o poziție potrivită pentru acest capitol în structura de revizuire. Este vorba de cel renal? Este circulator? În cele din urmă, autorul a considerat că, cu excepția cazului în care discuția se apropie periculos de mult de subiectul filtrării glomerulare sau al clearance-ului de solut, ar fi relativ sigur să încadreze acest capitol în cel cardiovascular.

În rezumat:

Există o mulțime de materiale de înaltă calitate în literatura de specialitate, iar candidatul la examenul CICM are de unde alege, chiar dacă decide să nu plătească pentru nimic. Stein (1990) este vechi, dar scurt, bun și gratuit. Braam et al. (2014) este nou, bun, gratuit, dar lung. Just (2007) este, de asemenea, nou și gratuit, dar, în mod realist, niciun candidat la examenul primar CICM nu ar avea vreodată nevoie de atâtea detalii ca acesta.

Alimentația vasculară renală

Care rinichi este alimentat de o arteră renală, care este practic o arteră musculară mare și o ramură principală a aortei. Fiecare are o lungime de aproximativ 4-5 cm și un diametru de 5-10 mm, una fiind de obicei puțin mai mare decât cealaltă. Chiar înainte de a intra în parenchim, arterele renale umane tind să se împartă în ramuri principale anterioare și posterioare, care la rândul lor se împart în artere segmentare. În interiorul rinichiului, nu există anastomoze între aceste artere, adică fiecare ramură este o ramură terminală și ischemia unei artere segmentare va crea ischemie regională pe teritoriul de distribuție a acesteia (Bertram, 2000).

În rezumat, circulația arterială și venoasă a rinichiului poate fi prezentată ca o listă secvențială de vase:

• Artera renală, o ramură a aortei
• Ramurile principale anterioare și posterioare ale arterei renale
• Arterele segmentare (artere terminale mari)
• Arterele interlobare, care pătrund în țesutul renal la granița dintre cortex și măduvă
• Arterele arcuate, care parcurg un traseu în formă de arc de cerc între cortex și măduvă
• Artere corticale radiale, care urcă radial dinspre centru spre capsula renală
• Arteriole aferente, care alimentează glomerulul
• Capilare glomerulare,
• Arteriole eferente, care drenează glomerulul și coboară în măduvă
• Capilare peritubulare, care înconjoară tubulii corticali
• Vasa recta, vasele drepte descendente și ascendente care înconjoară ansa lui Henle de-a lungul traseului său în măduva renală
• Venele arcuate, în care se drenează vasa recta ascendentă
• Vene interlobulare, care colectează sângele din venele arcuate
• Vena renală, care se drenează în vena cavă inferioară

Diagramele de aici sunt reproduse din excelenta lucrare „Structural organisation of the mammalian kidney” de Kriz & Kaissling (1992). Privind retrospectiv, trebuie să recunoaștem că imaginile originale nu aveau nevoie de adnotarea adăugată și de colorarea copilărească. Dar…

Semnificația fiziologică a vaselor renale pentru funcția de filtrare a rinichiului este discutată în altă parte. În acest capitol axat pe vascularizație, este probabil important să ne concentrăm asupra celor mai unice caracteristici ale microcirculației renale:

• Circulația renală are două rețele capilare:
  • O rețea capilară de înaltă presiune, fiind capilarele glomerulare
  • O rețea capilară de joasă presiune, capilarele peritubulare
• Rezistența arteriolelor aferente și eferente, de o parte și de alta a capilarelor glomerulare de înaltă presiune, este un mecanism important de control pentru filtrarea glomerulară

Debitul sanguin renal

În total, aproximativ 20-25% din debitul cardiac total ajunge să curgă prin rinichi. Aceasta ajunge să reprezinte aproximativ 400 ml/100 g de țesut/min, sau aproximativ 1000 ml pe minut; adică de aproximativ opt ori mai mult decât creierul. În mod evident, acest lucru va fi destul de diferit în funcție de rinichii pe care îi măsurați; de exemplu, Bergström (1959) a obținut rezultate cuprinse între 660ml/min și 2190ml/min de la un grup de voluntari sănătoși.

Evident, acest flux sanguin nu are nicio legătură cu activitatea metabolică renală. În total, rinichii extrag doar aproximativ 10-15% din oxigenul livrat și, prin urmare, saturația venoasă renală a oxigenului este relativ ridicată (~ 85%). De aici s-ar putea ajunge la concluzia că celulele rinichilor trebuie să fie în permanență înconjurate într-un exces luxuriant de oxigen, dar, de fapt, nu este așa. Tot fluxul sanguin tinde să se îndrepte către cortex (unde se află glomerulele), aproximativ 500 ml/100g/min sau 95% din total, în timp ce măduva primește doar 20-100 ml/min de flux sanguin. Iar măduva este locul unde se află toate celulele tubulare care muncesc din greu, aspirând cu sârg tot sodiul din lichidul tubular. Acesta nu este un proces ieftin, din punct de vedere metabolic, deoarece 99,5% din sodiul filtrat trebuie să fie recuperat și, astfel, măduva renală are o activitate metabolică foarte mare pentru masa sa – reprezintă doar 0,5% din masa totală a corpului, dar utilizează 7% din totalul oxigenului.

Așa cum ne-am putea aștepta, cu acest tip de consum de oxigen, măduva renală este probabil cronică și săracă în oxigen și are un raport de extracție a oxigenului destul de ridicat. Într-adevăr, Leichtweiss et al. (1969) au măsurat o pO2 medulară renală de aproximativ 8-10 mmHg. Ceea ce este mai rău este apropierea strânsă a vaselor interlobulare și a vasa recta din măduvă, ceea ce permite ca oxigenul să se difuzeze din sângele arterial direct în cel venos, jefuind țesutul medular mai profund. În cele din urmă, fluxul sanguin renal către măduvă trebuie să fie scăzut, altfel toate acele gradiente de concentrație construite cu grijă vor fi spulberate. Pe scurt, pentru a ne putea concentra urina, trebuie să menținem măduva renală mereu la granița foametei de oxigen.

Așadar, cel mai costisitor lucru din punct de vedere energetic realizat de rinichi este reabsorbția de sodiu, care are loc în măduva renală. Iar cantitatea de sodiu livrată rinichiului depinde de rata de filtrare glomerulară, care depinde de fluxul sanguin. Astfel, cererea metabolică renală este determinată de fluxul sanguin, și nu invers. Cu alte cuvinte, dacă perfuzați rinichiul cu mai puțin sânge, va fi mai puțin sodiu de pompat și, prin urmare, mai puțin combustibil metabolic necesar. Ca urmare, extracția renală de oxigen nu variază prea mult în funcție de diferitele rate ale fluxului sanguin (Levy, 1960).

Autoreglarea fluxului sanguin renal

Pentru că fluxul sanguin care traversează rinichiul este un determinant important al filtarției glomerulare și al clearance-ului de soluturi, este logic că se dorește ca acesta să rămână stabil într-o gamă largă de condiții sistemice. Acest lucru este, de fapt, ceea ce se observă. Următoarea diagramă de autoregulație, o relație între fluxul sanguin renal și presiunea arterială sistemică, este de obicei scoasă în evidență pentru a susține acest concept în manualele școlare:

Există multe permutări ale acestui grafic și este atât de omniprezent încât autorii au încetat să mai facă referire la el în publicațiile profesionale. Iată câteva exemple reprezentative din surse cu iz oficial (Burke et al, 2014 și Ravera et al, 2006):

Acest grafic este probabil atât de incredibil de variabil și slab referențiat pentru că nu aparține niciunui singur autor. Ideea că rinichiul menține un flux sanguin stabil în fața modificării presiunii de perfuzie a fost descoperită pentru prima dată în contextul unui model de șoc hemoragic de Rein & Rossler (1929), dar apoi literalmente sute de autori au efectuat mii de experimente explorând toate permutările circulatorii posibile și toată lumea a produs un fel de curbă presiune-flux. Aici, o imagine reprezentativă (selectată practic la întâmplare) este oferită dintr-o lucrare a lui Rothe et al. (1971). Aceasta demonstrează majoritatea caracteristicilor importante.

Există o variație marcantă între manuale și edituri în ceea ce privește modul în care este etichetat și prezentat acest grafic, mulți alegând să folosească valorile reale ale fluxului în loc de cele relative, sau presiunea arterială sistolică în loc de medie. Unii (precum autorul de mai sus) nu specifică ce presiune au măsurat. Prin urmare, actul de a memora orice valoare specifică a presiunii în scopul examenului devine și mai ridicol. În cazul în care nevoia de complezență a cuiva insistă asupra unei cifre, ar putea fi mai rău decât să împrumute de la examinatorii de la colegiu, care în răspunsul lor la au raportat că fluxul sanguin către rinichi rămâne „constant în cazul unor presiuni arteriale de 75 – 160 mmHg”. În cele din urmă, cea mai importantă trăsătură de etichetat pe acest grafic este un platou al fluxului „normal”, care se observă în anumite intervale normale de tensiune arterială.

Această autoregulație are loc la nivelul arteriolei aferente, chiar înainte ca sângele să intre în glomerul. Ea are loc prin trei mecanisme principale: un mecanism miogenic rapid, un mecanism mai lent legat de rata de livrare a sării către celulele juxtaglomerulare (feedback tubuloglomerular) și un al treilea mecanism care este încă mai lent și care nu are o explicație deosebit de satisfăcătoare.

Autoreglarea miogenă a fluxului sanguin renal

Această proprietate a arteriolelor aferente renale este, de fapt, comună practic tuturor celorlalte tipuri de arteriole și pare a fi o proprietate intrinsecă a mușchiului neted (în sensul că endoteliul nu este în mod clar necesar pentru aceasta, deoarece arteriolele lipsite de endoteliu continuă să facă acest lucru). Pe scurt, atunci când presiunea (întinderea) asupra peretelui unei arteriole crește, arteriolele se contractă ca răspuns. Acest lucru crește rezistența vasculară și, prin urmare, fluxul rămâne același, chiar dacă gradientul de presiune s-a modificat. Acesta este un proces foarte rapid (de la zero la constricție în mai puțin de 10 secunde) și contribuie cu aproximativ 50% din capacitatea totală de reglare a vaselor renale. Din câte se știe, mecanismul este legat de depolarizarea membranei care are loc ca răspuns la întindere, dar nimeni nu știe exact ce anume declanșează acest lucru și cum se întâmplă la nivel molecular. Schubert & Mulvany (1999) acoperă acest aspect mai detaliat decât ar fi vreodată necesar în scopul examenului, iar cititorul este îndrumat acolo dacă dorește ceva mai mult decât o scurtă prezentare generală.

Reglarea fluxului sanguin renal prin feedback tubulo-glomerular

În mod diferit de răspunsul miogen, feedback-ul tubuloglomerular (TGF) este ceva unic pentru rinichi. Este descris în mod strălucit de Volker Vallon (2003); fără a intra în detalii excesive, acest mecanism poate fi rezumat după cum urmează:

• Reabsorbția de sare din bucla Henle este un proces activ
• Acest proces depinde în mare măsură de cantitatea de sare disponibilă, și anume:
• . de rata fluxului de lichid tubular
• Creșterea fluxului sanguin glomerular crește fluxul de lichid tubular (deoarece crește filtrarea glomerulară)
• Din acest motiv, creșterea fluxului sanguin glomerular crește cantitatea de sare reabsorbită de către ansa lui Henle, iar acest lucru mărește livrarea de sare către macula densa
• Schimbările în concentrația de sare sunt detectate de către macula densa prin intermediul cotransportatorului Na+-K+-2Cl- (NKCC2) din membrana sa luminală.
• Aceasta produce o creștere a eliberării de ATP din celulele macula densa
• Aptul activează apoi fie receptorii specifici de purină de pe arteriolele aferente, fie este transformat în adenozină (care acționează apoi asupra receptorilor A1-adenozină).
• Efectul net este că o livrare crescută de sare către nefron are ca rezultat scăderea fluxului sanguin glomerular, care diminuează livrarea de sare (adică acesta este un mecanism de feedback negativ

Acest mecanism este considerabil mai lent decât reglarea miogenică. Pentru a reconstrui în mod rudimentar unele date reale de pe animale de la Just (2007), calendarul acestor mecanisme este prezentat mai jos.

După cum puteți vedea, un al treilea mecanism de reglare este descris de unii autori, dar probabil că nu este foarte important (reprezentând mai puțin de 15% din capacitatea totală de reglare) și – cel mai important – de obicei nu este menționat în manualele școlare și în răspunsurile oficiale SAQ ale CICM. Acest mecanism poate fi demonstrat prin abolirea feedback-ului tubuloglomerular cu frusemid. Se observă în continuare un răspuns autoregulator lent, dar în mod clar nu are legătură cu aportul renal de sare.

Efectul inervației simpatice

Sistemul nervos autonom inervează și controlează circulația rinichiului într-un mod care este reglator, dar nu autoregulator, în sensul că acest mecanism nu răspunde la schimbările de presiune pentru a menține fluxul stabil. În schimb, fluxul sanguin către rinichi este crescut sau scăzut în mod intenționat de către acest sistem de control. În literatura de specialitate există revizuiri mult mai bune ale acestui subiect (de exemplu, Johns et al, 2011).

Inervația simpatică a rinichiului: Structurile vasculare ale rinichiului sunt inervate de fibrele simpatice care apar din jurul T11-L3. Aceste fibre preganglionare trec apoi în ganglioni, care pot fi foarte variabile de la un individ la altul – ganglionii paravertebrali, prevertebrali, aorticorenali, splanchnici, celiaci și mezenterici superiori sunt toate posibilități legitime și nu există un „nivel spinal” previzibil. Pentru a face lucrurile și mai complicate, fiecare rinichi este inervat de un nivel și un grup diferit de ganglioni. De acolo, fibrele simpatice postganglionare intră în rinichi împreună cu artera renală și se împart într-o rețea de fibre unice care pătrunde în cortex și măduvă. Barajas et al. (1992) le-au urmărit cu răbdare până la destinație și au găsit terminații nervoase simpatice în mai multe locuri, inclusiv în cele evidente (arteriolele aferente și eferente), precum și în cele surprinzătoare (de exemplu, celulele granulare ale aparatului juxtaglomerular, segmente de tubuli etc.). La o privire mai atentă, aceste terminații nervoase sunt pline de noradrenalină.

Efectul unui tonus simpatic stabil: În condiții normale, cu un sistem nervos autonom frumos și calm, orice mică influență pe care o exercită nervii simpatici sfârșește prin a fi ascunsă sub pătura autoregulării miogenice renale și tubuloglomerulare. Nu o vezi niciodată cu adevărat. Cu toate acestea, chiar dacă efectul lor este subtil, este în mod clar o influență semnificativă. Atunci când Kompanowska-Jezierska et al. (2001) au denervat unii rinichi de șobolan, fluxul sanguin cortical a crescut cu 25%, ilustrând amploarea tonusului simpatic normal în repaus.

Efectul activării fibrelor simpatice renale: Atunci când sistemul nervos autonom este înfuriat de un stimul puternic (de exemplu, o stare de șoc sau un coleg îngrozitor de nepoliticos), se produc mai multe efecte:

• Vasoconstricție a vaselor renale
• Creșterea reabsorbției de sodiu și apă la nivelul tubului
• Creșterea eliberării de renină de către celulele juxtaglomerulare

Vasoconstricția renală, anterior liniștită în fundal, devine acum mult mai viguroasă. Ea nu anulează atât de mult autoreglarea renală a fluxului sanguin, ci mai degrabă modifică forma curbei autoreglației. Aici, un grafic care împrumută de la Stadlbauer et al. (2008) și Persson (1990) ilustrează acest concept:

Acest lucru are probabil sens în contextul unui răspuns al întregului corp la ceva hemoragic. Apărarea volumului circulant include, de asemenea, în mod necesar, să nu risipească sângele pentru a perfuza rinichiul. De fapt, ar fi frumos ca aceștia să-și regleze propriul flux sanguin într-un mod care să menajeze mai mult sânge pentru restul organismului.

Cât de jos se poate coborî? Răspunsul la examenul CICM menționează 10% ca fiind minimul până la care poate scădea fluxul sanguin renal vasoconstricționat simpatic. Este posibil ca aceasta să fie o cifră teoretică și este imposibil de urmărit de unde a apărut, dar pare plauzibilă. Când Dibona & Sawin (1999) a torturat niște rinichi cu șocuri electrice, a ajuns să genereze acest grafic, care arată în mod clar că fluxul sanguin renal poate scădea până sub 70% cu o stimulare suficientă.

Este posibil ca cineva să crească stimularea simpatică și să genereze și mai multă vasoconstricție. Unde s-ar termina aceasta? Examinatorii CICM menționează 10%, dar acesta pare un loc destul de arbitrar pentru a se opri. Cu siguranță, fluxul minim prin orice vas este de fapt zero, cel puțin teoretic. Desigur, în practica de la patul bolnavului, nu veți vedea niciodată un astfel de lucru în niciun scenariu clinic care implică un pacient viu real, dar aceasta este fiziologie deranjată. Când Spencer et al. (1954) au injectat un bolus de 3µg de noradrenalină direct în arterele renale expuse ale unui câine, fluxul zero este exact ceea ce au obținut:

Efectul activării simpatice asupra filtrării glomerulare este adesea minim, cel puțin la niveluri moderate de activare. Din graficul menționat mai sus, s-ar putea presupune că scăderea fluxului sanguin renal ar duce la o scădere proporțională a filtrării glomerulare. Cu toate acestea, nu este așa. Sau, cel puțin, scăderea filtrării glomerulare nu este la fel de mare ca scăderea fluxului sanguin renal. Acest lucru se datorează faptului că tubul eferent se contractă mult mai mult decât cel aferentă, forțând mai mult sânge prin glomerul chiar dacă fluxul sanguin renal scade. Intervalul de stimulare a toleranței este surprinzător de mare. Mills et al. (1960) au administrat prin pâlnie medicamente simpatomimetice la câini și au observat că, cu excepția cazului în care la bord se afla un vasoconstrictor suficient de puternic pentru a crește tensiunea arterială cu 40%, rata de filtrare glomerulară a rămas practic neschimbată.

.