La principal vía por la que el cuerpo elimina sustancias es a través de los riñones. La función principal del riñón es la excreción de desechos corporales y sustancias químicas nocivas en la orina. La unidad funcional del riñón responsable de la excreción es la nefrona. Cada riñón contiene aproximadamente un millón de nefronas. La nefrona tiene tres regiones principales que funcionan en el proceso de excreción renal: el glomérulo, el túbulo proximal y el túbulo distal (Figura 2).
Figura 1. Componentes del sistema urinario
(Fuente de la imagen: Adaptado de iStock Photos, ©)
En la excreción urinaria intervienen tres procesos:
- Filtración
- Secreción
- Reabsorción
- Glomérulo
- Arterias diferentes
- Cápsula de Bowman
- Túbulo contorneado proximal
- Ducto colector cortical
- Túbulo contorneado distal
- Bucle de Henle
- Conducto papilar
- Capilares peritubulares
- Vena arcuata
- Arteria arcuata
- Arteriola diferente
- Aparato juxtaglomerular
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Figura 2. Nefrona del riñón
(Fuente de la imagen: Adaptada de Wikimedia Commons, obtenida por Dominio Público, Creative Commons CC0 1.0 Dedicación Universal de Dominio Público. Ver imagen original.)
Filtración
La filtración tiene lugar en el glomérulo, que es el inicio vascular de la nefrona. Aproximadamente una cuarta parte del flujo sanguíneo del gasto cardíaco circula por el riñón, la mayor tasa de flujo sanguíneo para cualquier órgano. Una cantidad considerable del plasma sanguíneo se filtra a través del glomérulo hacia el túbulo de la nefrona. Esto se debe a la gran cantidad de flujo sanguíneo que atraviesa el glomérulo, a los grandes poros (40 Angstrom ) de los capilares glomerulares y a la presión hidrostática de la sangre. Las moléculas pequeñas, incluida el agua, pasan fácilmente a través del filtro en forma de tamiz al túbulo de la nefrona. Tanto las sustancias liposolubles como las polares pasan a través del glomérulo al filtrado del túbulo. La cantidad de filtrado es muy grande, unos 45 galones al día en un humano adulto. Aproximadamente el 99% del filtrado acuoso, las moléculas pequeñas y las sustancias liposolubles se reabsorben en el túbulo de la nefrona. Esto significa que la cantidad de orina eliminada es sólo un uno por ciento de la cantidad de líquido filtrado a través de los glomérulos en los túbulos renales.
Las moléculas con pesos moleculares superiores a 60.000 (que incluyen grandes moléculas de proteínas y células sanguíneas) no pueden pasar a través de los poros capilares y permanecen en la sangre. Si la orina contiene albúmina o células sanguíneas, indica que los glomérulos están dañados. La unión a las proteínas plasmáticas influye en la excreción urinaria. Las sustancias polares no suelen unirse a las proteínas plasmáticas y, por tanto, pueden filtrarse desde la sangre al filtrado tubular. Por el contrario, las sustancias muy unidas a las proteínas plasmáticas permanecen en la sangre.
Secreción
La secreción, que tiene lugar en la sección tubular proximal de la nefrona, es responsable del transporte de ciertas moléculas fuera de la sangre y hacia la orina. Las sustancias secretadas incluyen iones de potasio, iones de hidrógeno y algunos xenobióticos. La secreción se produce mediante mecanismos de transporte activo que son capaces de diferenciar entre los compuestos en función de su polaridad. Existen dos sistemas, uno que transporta ácidos débiles (como muchos fármacos conjugados y penicilinas) y otro que transporta sustancias básicas (como la histamina y la colina).
Reabsorción
La reabsorción tiene lugar principalmente en el túbulo contorneado proximal de la nefrona. Casi toda el agua, la glucosa, el potasio y los aminoácidos perdidos durante la filtración glomerular vuelven a entrar en la sangre desde los túbulos renales. La reabsorción se produce principalmente por transferencia pasiva basada en un gradiente de concentración, pasando de una concentración alta en el túbulo proximal a la concentración más baja en los capilares que rodean el túbulo (Figuras 4-6).
Un factor que afecta en gran medida a la reabsorción y excreción urinaria es el pH de la orina. Esto ocurre especialmente con los electrolitos débiles. Si la orina es alcalina, los ácidos débiles están más ionizados y la excreción aumenta. Los ácidos débiles (como los conjugados de glucurónido y sulfato) están menos ionizados si la orina es ácida y sufren reabsorción y se reduce la excreción renal. Dado que el pH urinario varía en los seres humanos, las tasas de excreción urinaria de electrolitos débiles también varían.
- Los ejemplos son el fenobarbital (una droga ácida) que se ioniza en la orina alcalina y la anfetamina (una droga básica) que se ioniza en la orina ácida. El tratamiento de la intoxicación por barbitúricos (como una sobredosis de fenobarbital) puede incluir la modificación del pH de la orina para facilitar la excreción.
- La dieta puede influir en el pH urinario y, por tanto, en la eliminación de algunos tóxicos. Por ejemplo, una dieta rica en proteínas da lugar a una orina ácida.
Las propiedades físicas (principalmente el tamaño molecular) y la polaridad de una sustancia en el filtrado urinario afectan en gran medida a su eliminación final por el riñón. Los tóxicos pequeños (tanto polares como liposolubles) son filtrados con facilidad por el glomérulo. En algunos casos, las moléculas grandes (incluidas algunas unidas a proteínas) pueden ser secretadas (por transferencia pasiva) desde la sangre a través de las células endoteliales de los capilares y las membranas de los túbulos de las nefronas para entrar en la orina. La principal diferencia en el destino final se rige por la polaridad de la sustancia. Las sustancias que se ionizan permanecen en la orina y abandonan el organismo. Los tóxicos solubles en lípidos pueden reabsorberse y volver a entrar en la circulación sanguínea, lo que alarga su vida media en el organismo y su potencial de toxicidad.
Los riñones, que han sido dañados por toxinas, enfermedades infecciosas o debido a la edad, tienen una capacidad disminuida para eliminar tóxicos, lo que hace que esos individuos sean más susceptibles a las toxinas que entran en el organismo. La presencia de albúmina en la orina indica que el sistema de filtración del glomérulo está dañado, dejando pasar moléculas grandes. La presencia de glucosa en la orina indica que la reabsorción tubular está dañada.