Sistema Excretor

Na espécie humana, os rins localizam-se na região dorsal da cavidade abdominal, um de cada lado da coluna vertebral. Apresentam uma coloração vermelho escura, têm forma de grão de feijão e medem cerca de 10 cm de comprimento. Pela parte côncava do rim (hilo renal) penetra a artéria renal (ramificação da aorta), transportando o sangue que deve ser purificado. O sangue drenado sai do rim também por essa região, através da veia renal.

A atividade celular implica na realização de um vastíssimo número de reações químicas, das quais resultam resíduos sem mais função para o organismo e que deverão ser eliminados a fim de evitar toxidez. Entre os catabólitos do metabolismo celular incluem-se: gás carbônico, água, excretas nitrogenados e outros.

Dentre os catabólitos nitrogenados mais comuns estão a amônia (NH₃), o ácido úrico e a ureia.

Os animais podem ser classificados conforme o produto de excreção nitrogenada predominante:

• amoniotélicos: aqueles que excretam principalmente amônia, a qual é muito tóxica e muito solúvel em água, havendo necessidade de volume considerável de água para sua eliminação. Os animais aquáticos, como os peixes, estão circundados por grande volume de água, facilitando, assim, a dispersão da amônia.
• uricotélicos: aqueles que excretam principalmente ácido úrico. Este é pouco tóxico e por muito pouco solúvel em água, estando aqui os animais que melhor economizam água e os mais adaptados a viver no meio terrestre: insetos, répteis e aves. O ácido úrico é eliminado como uma pasta espessa ou como bolotas sólidas.
• ureotélicos: aqueles que excretam principalmente ureia, em solução aquosa (urina), devendo repor essa água perdida com eficiência. Entre os vertebrados, incluem-se os anfíbios e os mamíferos.

A amônia deve ser eliminada do corpo do animal, por ser uma substância tóxica, mesmo em baixa concentração. Há animais que transformam a amônia em ureia, no fígado, eliminando-a depois através da urina.

Nos rins, um fluido semelhante ao plasma é filtrado através dos capilares glomerulares, para o interior dos túbulos renais (filtração glomerular).

Durante a passagem do filtrado glomerular pelos túbulos, seu volume é reduzido e sua composição é alterada pelo processo de reabsorção tubular (remoção de água e solutos do fluido tubular) e pelo processo de secreção tubular (secreção de solutos no fluido tubular), para formar a urina.

A comparação, a seguir, entre as composições do plasma e da urina normais, ilustra a magnitude de algumas destas alterações e evidenciam o processo pelo qual os excretas são eliminados, enquanto água, eletrólitos e metabólitos importantes são conservados pelo organismo.

Concentrações de algumas substâncias fisiologicamente importantes no plasma e na urina:

A composição da urina, entretanto, poderia variar, porém vários mecanismos reguladores homeostáticos previnem ou reduzem ao mínimo estas variações na composição do líquido extracelular, adicionando ou retendo água e vários solutos específicos na urina.

Os rins são também órgãos endócrinos, visto que secretam renina e o fator eritropoiético renal.

O néfron

Cada túbulo renal individualizado e seu correspondente glomérulo constituem uma unidade ou néfron. O tamanho dos rins nas várias espécies animais é determinado, a grosso modo, pelo número de néfrons que eles contém. Em cada rim humano há aproximadamente um milhão de néfrons.

O glomérulo é formado pela invaginação de um tufo de capilares no interior da terminação dilatada de um túbulo renal (cápsula de Bowmann). Os capilares são supridos por uma arteríola aferente (que chega à cápsula) e são drenados por uma arteríola eferente (que sai da cápsula).

As arteríolas aferentes são ramos retos e curtos das artérias interlobulares. As arteríolas eferentes se capilarizam e servem (suprem) os túbulos antes de drenarem (desembocarem) na veia renal.

O rim possui abundante suprimento linfático que drena via duto torácico e duto linfático direito na circulação venosa torácica.

Cápsula

A cápsula renal é uma estrutura delgada, porém rija. Quando o rim se torna edematoso, a cápsula limita sua expansão e a pressão tissular (pressão renal) aumenta. Isto faz decrescer o volume da filtração glomerular e é apontado como sendo um fator de incremento e prolongamento da anúria na síndrome do néfron inferior.

Inervação dos vasos renais

Há fibras simpáticas e parassimpáticas nos feixes nervosos que acompanham a artéria renal quando esta entra no rim. As fibras simpáticas têm função predominantemente vasoconstritora e estão distribuídas particularmente nas arteríolas aferentes e eferentes.

Circulação renal - fluxo sanguíneo

Em um adulto em repouso, o rim recebe de 1,2 a 1,3 litros de sangue por minuto, ou seja, cerca de 25% do rendimento cardíaco.

A estimulação dos nervos renais causa acentuado decréscimo no fluxo sanguíneo renal. Uma vasoconstrição renal similar pode ser produzida estimulando o centro vasomotor na medula, certas partes do pedúnculo cerebral e do córtex cerebral, especialmente o topo anterior do lobo temporal. Quando a pressão sistêmica baixa, a resposta vasoconstritora produzida por menor descarga nos nervos barorreceptores inclui vasoconstrição renal.

A hipóxia é outro estímulo à vasoconstrição renal. A resposta é mediada via quimiorreceptores que estimulam o centro vasomotor para produzir vasoconstrição, quando os nervos renais estão intactos.

Grandes doses de epinefrina (adrenalina) e norepinefrina (noradrenalina) deprimem a taxa de filtração glomerular. Epinefrina também contrai as veias renais, tornando os rins inchados.

O fluxo sanguíneo renal decresce durante o exercício e, num sentido amplo, tende a subir quando há mudança de decúbito (de horizontal para a ereta).

Pirogênese (febre) bacteriana causa vasodilatação renal. A resposta não é devida à febre que produzem, porque ocorre quando a resposta febril é bloqueada pela administração de drogas antipiréticas. De fato, a febre devido a outras causas é geralmente associada à vasoconstrição renal moderada. A Hydralazina (Apresoline) é uma droga usada para o tratamento da hipertensão. Apresenta a propriedade de baixar a pressão sanguínea, aumentando o fluxo sanguíneo renal.

Por motivos desconhecidos, uma dieta rica em proteínas aumenta o fluxo sanguíneo renal.

Existe na literatura certo número de observações sugerindo que o incremento de atividade nos nervos renais faz decrescer a excreção de sais, por uma ação independente deste efeito nas arteríolas aferentes e assim, na filtração glomerular. Poderia ser consequência do estímulo das células justaglomerulares, com aumento na secreção de renina e, consequentemente, de aldosterona.

Filtração glomerular

A taxa de filtração glomerular (TFG) no homem de porte médio é de aproximadamente 125 ml / min em média. Esta magnitude correlaciona muito bem com a área da superfície corporal, porém na mulher é 10% mais baixa que a do homem, mesmo após a correção da área de superfície. Deve-se notar que 125 ml / min é 7,5 litros / hora ou 180 litros / dia, enquanto o volume normal de urina é de cerca de 1 litro / dia. Portanto, 99% ou mais do filtrado é normalmente reabsorvido.

Os fatores que comandam a filtração através dos capilares glomerulares são os mesmos que presidem à filtração através de todos os outros capilares, isto é, a capacidade dos capilares, a permeabilidade dos capilares e os gradientes das pressões hidrostática e osmótica através da parede capilar.

Permeabilidade

O filtro glomerular comporta-se como se tivesse poros de cerca de 10^-7 mm de diâmetro. Dependendo do formato molecular, substâncias de pesos moleculares tão grandes como 70.000 podem aparecer no filtrado glomerular. As globulinas no plasma, que têm geralmente pesos moleculares de 90.000 ou mais, não são filtráveis em nenhuma extensão.

A permeabilidade capilar é incrementada em muitas moléstias renais, permitindo passagem de proteínas plasmáticas à urina. A albumina escapa em maior quantidade e o termo albuminúria é por isso empregado; entretanto, devido a que outras proteínas estão também presentes, o termo proteinúria é mais correto.

Pressões hidrostática e osmótica

A pressão hidrostática capilar é contratestada pela pressão hidrostática da cápsula de Bowmann, que é, normalmente de 10 mm Hg. A filtração também é contratestada pelo gradiente da pressão osmótica de 25 mm Hg através dos capilares, devido à pressão oncótica das proteínas plasmáticas. A pressão livre, produtora da filtração glomerular, quando a pressão arterial sistêmica está acima de 90 mm Hg é, por isso, de cerca de 15 mm Hg.

Fatores que afetam a taxa de filtração glomerular (TFG).

1. Modificações na pressão hidrostática capilar. a) modificações na pressão sanguínea sistêmica. b) constrições das arteríolas aferentes ou eferentes.

2. Modificações na pressão hidrostática da cápsula de Bowmann. a) obstrução ureteral. b) edema renal no interior da cápsula renal rígida.

3. Modificações na pressão oncótica das proteínas do plasma: a) desidratação. b) hipoproteinemia, etc.

4. Permeabilidade do filtro glomerular aumentada: várias moléstias.

5. Decréscimo da área total do leito dos capilares glomerulares. a) doenças que destroem os glomérulos, acompanhadas ou não da destruição dos túbulos. b) nefrectomia parcial.

Reabsorção

A glicose é a substância mais típica removida da urina por transporte ativo. Esta reabsorção ocorre na primeira parte do túbulo proximal; essencialmente toda glicose é reabsorvida. A quantidade absorvida é proporcional à filtrada.

Outras substâncias que são ativamente reabsorvidas são o Na⁺, K⁺, PO₄^3-, aminoácidos, creatina, sulfatos, ácido úrico, ácido ascórbico (vitamina C) e os corpos cetônicos: ácido acetoacético e ácido b-hidroxibutírico.

A maioria dos mecanismos de transporte ativo responsáveis pela reabsorção de solutos particulares estão localizados nos túbulos proximais. A maior exceção é o mecanismo de transporte responsável pela reabsorção de Na⁺. O Na⁺ é transportado ativamente, para fora do líquido tubular no ramo ascendente grosso da alça de Henle, no túbulo distal e nos dutos coletores.

Os mecanismos de transporte renal ativos também podem ser inibidos, tanto como outros sistemas de transporte ativo não renais, tanto competitivamente como não competitivamente. Por exemplo, o mecanismo responsável pela reabsorção de ácido úrico pode ser inibido pelo alopurinol. A fenilbutazona (Butazolidina) tem importância prática no tratamento da gota.

Derivados do ácido hipúrico e penicilina são secretados ativamente no fluido tubular. Substâncias que normalmente são produzidas no corpo e secretadas pelos túbulos incluem vários sulfatos etéreos, glucuronídeos esteroides e outros, e ácido 5-hidroxiindolacético, o principal metabólito da serotonina. Probenicide tem sido usada clinicamente para inibir a excreção de penicilina a fim de manter uma determinada dose em níveis altos no sangue por longo período de tempo.

Excreção de água

Normalmente, 180 litros de fluido são filtrados através dos glomérulos por dia, entretanto, a média diária de volume de urina produzida é de 1 litro. A mesma quantidade de soluto pode ser excretada em 24 horas em um volume de 500 ml. Os exemplos demonstram 2 fatos importantes: primeiro, que pelo menos 88% da água filtrada é reabsorvida e segundo, que a reabsorção do remanescente da água filtrada pode variar sem afetar a excreção total de solutos.

Portanto, quando a urina é concentrada, água é retida em excesso de soluto e quando é diluída, água é perdida pelo corpo em excesso de soluto. Ambos estes fatos têm grande importância na economia corporal e na regulação da osmolalidade dos líquidos corporais.

Túbulo proximal

Muitas substâncias são transportadas ativamente para fora do fluido do túbulo proximal. A água se move passivamente para fora através do tubo, por meio dos gradientes osmóticos fornecidos pelo transporte ativo de solutos e a isotonicidade é mantida.

Alça de Henle

As alças de Henle dos néfrons justamedulares mergulham profundamente nas pirâmides medulares antes de drenar nos túbulos contorcidos distais no córtex. O ramo ascendente da alça de Henle é impermeável à água e o Na⁺ é ativamente retirado para fora na altura do segmento grosso do ramo ascendente. Por isso, o fluido no ramo descendente torna-se hipertônico à medida que a água movida no interstício hipertônico do ramo ascendente torna-se mais diluída, e quando atinge o topo do mesmo está hipotônico em relação plasma devido o transporte ativo de Na⁺ para fora do lume tubular. No processo de passagem através da alça de Henle há uma nítida redução de volume de cerca de 5%, de tal forma que quando o fluido penetra no túbulo distal, cerca de 80% do total originalmente filtrado já foi reabsorvido.

Túbulo distal e duto coletor

As mudanças na concentração (osmolalidade) e volume do fluido no túbulo distal e duto coletor, dependem da presença ou não de vasopressina, o hormônio antidiurético (A.D.H.) do lobo posterior da hipófise (neuro-hipófise). Este hormônio aumenta a permeabilidade à água do epitélio dos dutos coletores. Quando está presente, pequenos volumes de urina concentrada são excretados, porém, quando ausente, grande volume de urina diluída é excretada.

Na presença de vasopressina a água sai do túbulo distal e o fluido nele contido é isosmótico desde a porção média do túbulo. O Na⁺ é retirado arrastando consigo água, reduzindo assim o volume do filtrado. O fluido isotônico então penetra no sistema de dutos coletores e passa às pirâmides medulares hipertônicas abaixo, onde a água se move para fora do lume através do gradiente osmótico, tornando o fluido concentrado. Quinze por cento (15%) do filtrado é absorvido no túbulo distal por reabsorção isosmótica. Os 4% finais ou mais, são reabsorvidos dos dutos coletores, formando uma urina concentrada.O volume total de água reabsorvida durante antidiurese máxima atinge 99,7% da água filtrada.

Fatores que afetam a concentração urinária

Diurese da água

O mecanismo de autoregulação que controla a secreção de vasopressina e as suas etapas é estimulado por um aumento e inibido por uma queda na pressão osmótica efetiva do plasma. A diurese de água produzida por ingestão de grande quantidade de líquidos hipotônicos começa cerca de 15 minutos após a ingestão de água em abundância e atinge seu máximo em cerca de 40 minutos. O intervalo compreende o tempo necessário à absorção da água, à inibição do mecanismo secretório de vasopressina e à metabolização desta, previamente existente na circulação.

Intoxicação por água

Enquanto se excreta uma média osmótica abundante, o máximo fluxo de urina que pode ser produzido durante uma diurese de água é cerca de 16 ml/min. Caso água seja ingerida mais rapidamente que esta taxa, por qualquer período de tempo, a turgidez das células, devido ao acúmulo de água do fluido extracelular hipotônico torna-se severa e os sintomas de intoxicação aquosa desenvolvem-se. A turgidez das células cerebrais causa convulsões e coma e pode eventualmente provocar a morte. Intoxicação por água pode também ocorrer quando a ingestão de água não é reduzida após administração de vasopressina exógena ou secreção de vasopressina endógena em resposta a estímulos não osmóticos como trauma cirúrgico.

Excreção de ureia

A ureia no filtrado glomerular difunde-se para fora dos túbulos à medida que sua concentração é aumentada pela progressiva redução do volume do filtrado.

Secreção de H⁺

As células dos túbulos proximal e distal, da mesma forma que as células das glândulas gástricas, secretam íons hidrogênio (H⁺) ocorrendo também a acidificação nos dutos coletores. Para cada H⁺ secretado um HCO₃^- e um Na⁺ penetram no líquido intersticial, difundindo-se daí para a corrente sanguínea.

As células secretoras de ácido contém a enzima anidrase carbônica que catalisa a reação:

CO₂ + H₂O H₂CO₃,

que possibilita a rápida formação de H₂CO₃. As drogas que inibem a anidrase carbônica deprimem a secreção ácida renal e as reações que dele dependem nos rins.

O gradiente máximo de H⁺ contra o qual o mecanismo de transporte pode secretar, corresponde no homem a um pH da urina de aproximadamente 4,5 , que é portanto o pH limitante. Caso não haja tampões ou outras substâncias que "paralisem" o H⁺ na urina, este pH pode ser atingido rapidamente e a secreção de H⁺ pode parar.

Os sistemas tamponantes mais importantes do filtrado glomerular são o bicarbonato (HCO₃^-) e o fosfato dibásico (HPO₄^2-). No túbulo proximal, a maior parte do H⁺ secretado reage com o HCO₃^- para formar H₂CO₃. O H₂CO₃ posteriormente se quebra para formar CO₂ e H₂O. No túbulo proximal existe anidrase carbônica nas bordas em escova o que facilita a formação de CO₂ e H₂O no fluido tubular. O CO₂ que se difunde facilmente através de todas as membranas biológicas - penetra nas células tubulares onde se junta ao CO₂ existente para formar o H₂CO₃.

Excreção de sódio (Na⁺) e cloreto (Cl^-)

O Na⁺ é filtrado em grandes quantidades, porém, parece ser ativamente transportado para fora de muitas das porções dos túbulos. Normalmente, de 96% a mais de 99% do Na⁺ filtrado é reabsorvido. A maior parte do Na⁺ é reabsorvido com Cl^-.

Os hormônios mineralocorticoides adrenais como a aldosterona incrementam a reabsorção tubular de Na⁺ associada à secreção de K⁺ e H⁺ e também a reabsorção de Na⁺ com Cl^-. Existe a evidência de que esses hormônios agem sobre os túbulos distal e proximal, principalmente. Os hormônios glicocorticoides, como o cortisol, também aumentam a reabsorção de Na⁺, contudo aumentam o TFG, o que não sucede com os mineralocorticoides.

A redução de sais na ingestão dietética, aumenta a secreção de aldosterona.

A reabsorção de cloreto é incrementada quando a reabsorção de HCO₃^- decresce e vice-versa, de tal forma que a concentração de Cl^- no plasma varia inversamente à concentração de HCO₃^-, mantendo a concentração aniônica total constante. A difusão passiva pode explicar os movimentos de Cl^- na maioria das situações.

Excreção de potássio (K⁺)

A maior parte do K⁺ filtrado é removido do fluido tubular por reabsorção ativa nos túbulos proximais, e o K⁺ é secretado no fluido pelas células tubulares distais. O mecanismo secretório distal envolve um processo de permuta, no qual Na⁺ é reabsorvido para K⁺ secretado.

Diuréticos

A água, o álcool, os diuréticos osmóticos, as xantinas e os sais acidificantes têm uso clínico limitado, porém, as outras substâncias constantes da lista são extensivamente usados na prática da medicina.

Agente	Mecanismo de ação
álcool etílico	inibe a secreção de vasopressina
água	inibe a secreção de vasopressina
grandes quantidades de substâncias osmoticamente ativas como o manitol e a glicose	produz diurese osmótica
xantinas, como a cafeína e a teofilina	diminui a reabsorção tubular do Na+ e aumenta a taxa de filtração glomerular (TFG)
sais acidificantes como o CaCl2 e o NH4Cl	aumenta a carga ácida; o H+ é tamponado e o ânion é excretado com Na+ quando a capacidade do rim para substituir Na+ por H+ é ultrapassada
inibidores da anidrase carbônica, como a acetazolamida	diminui a secreção de H+ a qual resulta num aumento na excreção de Na+ e K+
tiazidas, como a clorotiazida	inibe a reabsorção de Na+ na porção distal da alça de Henle e na parte proximal do túbulo distal; doses grandes também inibem a anidrase carbônica
furosemida (Lasix)	inibe reabsorção de Na+ na alça de Henle

O álcool etílico age diretamente sobre o hipotálamo. Quando o NH₄Cl é ingerido, o NH₄⁺ se dissocia em H⁺ e NH₃ e o NH₃ é convertido em ureia (ciclo da ureia, no fígado), de tal forma que a ingestão de NH₄Cl é equivalente à adição de HCl ao organismo.

O álcool inibe a liberação do hormônio antidiurético (A.D.H.) armazenado na neuro-hipófíse. Dessa forma, a reabsorção de água nos rins - órgão-alvo - diminui. A urina fica mais abundante e diluída. Por isso, quem bebe muito sente sede, o que leva a beber ainda mais.