la Pelvis Renal: maquinaria que concentra la orina en la papila

sorprendente para muchos, el marcapasos para el peristaltismo ureteral se encuentra dentro del riñón, cerca de la Unión cortical-medular (3). Como consecuencia, la pelvis renal (en mamíferos unipapilados) y los cálices renales (en animales multipapilados) se contraen rítmicamente, forzando la sangre y el líquido de la papila renal; cuando el músculo se relaja, el líquido y la sangre regresan (17)., Sugerimos que la papila renal funciona como una bomba, a través de la alternancia de presiones positivas y negativas generadas por las contracciones peristálticas de la pared pélvica. El agua se mueve en las células del conducto colector como resultado de la pequeña presión hidrostática positiva en las paredes de las células, que es generada por la onda peristáltica que empuja el líquido a través de los conductos colectores. Posteriormente, el fluido sale de las células como resultado de la presión negativa generada por las fuerzas elásticas que expanden la papila durante el rebote, y el fluido es eliminado del intersticio por el vasa recta., Este modelo se ocupa más específicamente de los mamíferos que tienen una papila relativamente larga. (El mayor grado de concentración urinaria se encuentra en mamíferos con la papila más larga, donde se espera que el peristaltismo tenga el mayor efecto; ver Ref. 17).

Los mamíferos y las aves son los únicos vertebrados conocidos por producir una orina concentrada mediante un sistema de contracorriente medular renal (18)., Estos dos sistemas de contracorriente, sin embargo, muestran diferencias funcionales y anatómicas que parecen estar relacionadas con el hecho de que las aves excretan ácido úrico, mientras que los mamíferos excretan la mayor parte de su nitrógeno residual en forma de urea. En los riñones de aves, no hay acumulación de urea en la médula renal y no hay espacio para que la orina entre en contacto con la médula renal, porque la médula está rodeada por láminas apretadas de tejido conectivo. En los riñones de mamíferos, la acumulación de urea en la médula renal juega un papel importante en el mecanismo que concentra la orina en los conductos colectores., Además, la médula renal de los mamíferos está rodeada por una pared pélvica muscular en forma de embudo (Fig. 1A), que deja un espacio urinario elaborado entre la médula renal y el interior de la pared pélvica.

en este punto, es necesario aclarar la terminología. En el riñón con muchas papilas, como el riñón humano, cada papila está rodeada por un cáliz en forma de embudo. Esto corresponde a lo que llamamos la pelvis en el riñón con una sola papila., En el riñón humano, es el compartimiento entre los cálices y el uréter que se llama pelvis. Este compartimento no está presente en los riñones con una papila, donde la pelvis es una extensión directa del uréter.

un plexo de fibras musculares lisas se encuentra en la pared de la pelvis renal y cálices. Existen dos capas distintas en los riñones unipapilados., La capa interna contiene fibras que corren en direcciones variadas, se insertan cerca del sitio donde la pared pélvica se une con la base de la papila, y son continuas con el músculo liso ureteral; la capa externa está ricamente inervada pero es más difusa y cubre solo la pelvis renal, conectándose en lugares con la capa interna pero finalmente terminando abruptamente en la unión con el uréter (Fig. 2A; Ref. 7). Aunque las capas de músculo liso en la pared caliceal en los riñones multipapilados no son tan distintas (Fig., 2B), las fibras internas tienden a insertarse cerca de la Unión de la pared caliceal y la base de la papila, mientras que las fibras externas se extienden más allá( musculus levator fornicis; Ref. 15), formando un anillo engrosado alrededor de los túbulos y vasa recta que se dirigen hacia la papila( el Ringmuskel der Papille; Ref. 10). Los músculos lisos continúan hasta el tejido conectivo asociado con las arterias y venas arcuadas( fibras peripiramidales; Ref. 16)., Una contracción peristáltica coordinada de estos músculos lisos puede ejercer así una acción de bombeo rítmico sobre toda la médula renal, función propuesta por primera vez por Henle (10) como mecanismo para promover el vaciado de los túbulos ubicados en la papila renal.

la pelvis renal de los mamíferos hace posible que la orina entre en contacto con el epitelio que cubre la médula renal interna y externa., En las secciones transversales de los riñones de mamíferos unipapilados, la pelvis parece rodear la médula interna solamente y tener una forma de embudo simple. Sin embargo, los moldes del espacio urinario pélvico revelan la presencia de una serie de extensiones en forma de hoja (Fig. 1B). Hay una enorme variación en los espacios pélvicos, que van desde la forma simple de embudo hasta las extensiones pélvicas más elaboradas. Bolsas SECUNDARIAS Y fornices se encuentran en todos los tipos de riñón de mamíferos. Son espacios urinarios en los que la orina puede entrar en contacto con el epitelio muy delgado que recubre el tejido medular externo (ver Ref. 13)., En un esquema simple de sección transversal del riñón del roedor, se puede ver que la médula interna y la papila cuelgan dentro del espacio pélvico. Adyacente a la médula renal está el tabique, que es continuo con el uréter. Cada tabique tiene una serie de radios que irradian hacia la corteza y forman los fornices. Entre los radios, el margen exterior del tabique está libre y tiene un borde semilunar. Detrás de este borde, las bolsas secundarias se extienden entre el tabique y la médula externa. Los fornices llegan hasta la corteza., Los capilares están ubicados directamente debajo del epitelio delgado, y es probable que el intercambio de soluto y agua tenga lugar entre estos capilares y la orina que llega a las extensiones pélvicas. Los fornices elaborados en la rata de arena maximizan la posibilidad de intercambio de agua y solutos entre la orina en la pelvis y los capilares en la médula externa. Sin embargo, no hay evidencia que sugiera que la capacidad de concentrar la orina se mejore en los mamíferos con las extensiones pélvicas más elaboradas y complejas., Más bien, estas estructuras permiten a los animales responder a la intoxicación por agua al aplanar rápidamente el gradiente de soluto a lo largo de la papila renal (17).

los eventos urodinámicos ocurren en la pelvis renal

«la pelvis renal no es un espacio hueco rígido e inmóvil. Este hecho se conoce desde hace más de 55 años….»(15), ¡y eso fue escrito en 1940! El hámster es particularmente adecuado para la observación de eventos urodinámicos en la pelvis renal porque tiene una sola papila bastante larga., Después de la eliminación cuidadosa de varias capas de grasa y tejido conectivo, las contracciones musculares de la pared peripélvica se hacen visibles, particularmente cuando la papila es transiluminada por una luz fibroóptica. En el hámster, la tasa de contracciones peristálticas es normalmente de 13/min (17), en comparación con 7/min en cerdos miniatura (pero 12-13/min en riñón porcino aislado; Refs. 4 y 20), 0,3 / min en perro (pero 13-17 / min en riñón canino aislado; Refs. 3 y 6), y 2-3/min en humanos (2). Este peristaltismo tiene un efecto profundo en el tamaño y la forma de la papila., A medida que el muro se contrae, la papila se estrecha. Su diámetro se reduce hasta en un 20%, lo que significa que el área de la sección transversal se reduce hasta en un 36%. En el momento en que la onda peristáltica se mueve más allá de su punta, la papila rebota hacia arriba. El movimiento promedio es de 3 300 µm (17).

el músculo liso se encuentra en la pared de la pelvis renal hasta la base de la papila en ambos riñones unipapilados y multipapilados, pero no se encuentra en la propia papila (Fig. 2)., Las contracciones peristálticas son controladas por un marcapasos situado en las partes superiores de la pelvis (9), que anula los ritmos más lentos intrínsecos a secciones de la pared pélvica y el uréter.

es posible estudiar el movimiento de la orina en los conductos colectores y en el espacio pélvico que rodea la papila renal durante las contracciones peristálticas de la pared pélvica muscular utilizando una técnica introducida por Steinhausen en 1964 (19). Cuando el tinte Lissamine Green SF se inyecta por vía intravenosa, llega rápidamente a los capilares del riñón y es filtrado por los glomérulos., Pronto aparece en los túbulos proximales en la superficie cortical del riñón. A medida que se mueve a través de las circunvoluciones del túbulo proximal, el color se desvanece desde las primeras circunvoluciones a medida que el tinte entra en los bucles de Henle. El líquido coloreado luego regresa a los túbulos distales. Dado que ha habido reabsorción de agua de los túbulos renales, el tinte es más concentrado y aparece más oscuro. Se observa una secuencia similar en la papila renal. El tinte aparece por primera vez en los capilares y el vasa recta. Después de que se ha filtrado y movido a través de las circunvoluciones proximales, aparece en los bucles de Henle., Gradualmente, el tinte se elimina de los bucles, y después de que se haya movido a través de los túbulos distales, ingresa a los túbulos colectores y a los conductos colectores. Si el tinte se infunde continuamente, la orina que se mueve a través de los conductos colectores permanecerá Verde.

La orina puede reflujo en la pelvis renal?

La orina que sale de los conductos de Bellini en la punta de la papila generalmente fluirá directamente por el uréter después de cada contracción pélvica. De vez en cuando, sin embargo, la orina se hincha alrededor de la punta de la papila, bañando brevemente los 50 µm inferiores con orina (17)., Este patrón, que llamamos reflujo de punta, se observa durante el flujo de orina constante o decreciente. Sin embargo, cuando el flujo de orina aumenta rápidamente, se observa un patrón de flujo diferente. La orina ya no fluye directamente por el uréter a medida que sale de los conductos de Bellini. En su lugar, la orina es barrida hacia la pelvis, donde llega a todos los fornices y bolsas secundarias. Durante la siguiente contracción, la orina se barre hacia abajo sobre la papila y entra en el uréter. Este patrón lo llamamos reflujo pélvico completo.,

los reflujos pélvicos completos se inducen fisiológicamente cuando la tasa de flujo urinario aumenta más rápido que 0,05 µl / min2. Continúan durante varios minutos después de que el caudal ya no aumenta. Durante el aumento del flujo de orina, la orina se vuelve más diluida y su osmolalidad disminuye. La orina que se arrastra hacia las extensiones pélvicas tiene una menor osmolalidad que el tejido papilar. Se ha demostrado que los reflujos pélvicos completos, bajo estas circunstancias, sirven para reducir la osmolalidad y la concentración de urea de la médula renal., Como consecuencia, los reflujos pélvicos pueden servir para acortar el tiempo que tarda una diuresis del agua para desarrollar después de una ingesta grande de agua. Esto puede ser particularmente útil para los animales del desierto que beben grandes cantidades de agua periódicamente y, por lo tanto, tienen que ser capaces de diluir la orina rápidamente para evitar la intoxicación por agua (17).

el peristaltismo transporta la orina como un bolo por el uréter

cualquier persona que haya pasado un cálculo renal sabe que el uréter también se contrae peristálticamente., La orina que ingresa al uréter se impulsa hacia la vejiga en bolos, el uréter se cierra delante y detrás de cada bolo. A tasas de flujo de orina bajas, los bolos son cortos; a tasas de flujo más altas, los bolos se hacen más largos, pero la velocidad lineal de los bolos no cambia. Por lo tanto, el flujo en el uréter es muy diferente del flujo en una tubería con un diámetro fijo, donde la velocidad lineal cambiaría en proporción directa al caudal. A medida que el flujo de orina aumenta aún más, las longitudes de los bolos continúan aumentando hasta que el uréter se llena de un extremo al otro (17).,

las fuerzas peristálticas concentran la orina

a medida que la onda peristáltica se mueve hacia abajo sobre la papila renal, la orina se empuja a través de los conductos colectores papilares como un bolo. Las micrografías ligeras de la papila fijadas durante la contracción muestran que los conductos colectores están cerrados (Fig. 3A) sino que están abiertas de par en par cuando la pared pélvica está relajada (Fig. 3B). Al igual que con el uréter, los conductos colectores normalmente están vacíos y cerrados detrás del bolo. El bolo es corto durante las bajas tasas de flujo de orina; los conductos colectores permanecen vacíos hasta que se empuja el siguiente bolo., A bajas tasas de flujo de orina, pueden estar vacías hasta el 95% del tiempo, con el líquido en contacto con el epitelio del conducto colector solo brevemente. La velocidad lineal de la onda peristáltica es de 1,6 mm / s e igual a la velocidad del bolo corto. A tasas de flujo de orina más altas, el bolo es más largo porque la velocidad del borde de ataque, que está determinada por la producción de orina, es menor que la velocidad de la onda peristáltica que empuja el borde de fuga; a las tasas de flujo más altas, los conductos colectores están vacíos solo cuando la onda peristáltica se mueve sobre la papila., Por lo tanto, paradójicamente, el tiempo de contacto se prolonga (o la velocidad lineal promedio de la orina en los conductos colectores es más lenta) a tasas de flujo más altas en comparación con las bajas tasas de flujo de orina.

a medida que la contracción peristáltica se mueve por la papila, el fluido del conducto colector es empujado a través de los conductos a una velocidad mayor que la velocidad con la que se forma el fluido, aumentando así la presión hidrostática en la pared de los conductos. Durante las bajas tasas de producción de orina, solo la mitad del líquido en el conducto colector terminal sale de la papila de los conductos de Bellini., El volumen restante se absorbe en las células epiteliales del conducto colector, cuyos volúmenes se incrementan aproximadamente en el volumen del líquido absorbido de la luz del conducto colector durante cada contracción peristáltica. A medida que pasa la contracción, los conductos colectores se cierran detrás del bolo de orina (17).

Ostia de los conductos de Bellini son normalmente patentes (Fig. 3C) pero con frecuencia parecen contener tejido medular prolapso en los riñones de conejos obesos (Fig., 3D), la obesidad se caracteriza por un grado moderado de hipertensión arterial (+11 mmHg en estos conejos y elevaciones similares en perros obesos y humanos), una presión hidrostática intersticial renal elevada (19 vs.9 mmHg en perros obesos vs. Perros delgados), y un intersticio medular interno marcadamente expandido (en conejo, perro y humanos; Ref. 5)., Por lo tanto, el intersticio expandido puede proporcionar una resistencia mayor de lo normal a la avalancha peristáltica de líquido a través de los conductos colectores, lo que aumenta la presión intersticial en el parénquima renal y resulta en un aumento de la presión arterial sistémicamente, así como el prolapso del contenido medular fuera de los ostias.

Los bucles de Henle también se vacían parcialmente durante la contracción pélvica. Esto se puede ver después de una inyección en bolo de Lissamine Green SF, cuando el líquido en los bucles se vuelve temporalmente Verde., Cada contracción parece exprimir el líquido fuera de los bucles, con un poco de líquido siendo empujado retrógrado y el resto hacia la punta.

Las contracciones peristálticas de la pared pélvica afectan profundamente el flujo sanguíneo papilar. La papila dentro de la pared pélvica se vuelve pálida a medida que la pared se contrae a su alrededor, con los capilares estrechándose durante cada contracción. Con una observación cercana bajo el microscopio, se puede ver que el flujo sanguíneo se detiene periódicamente y luego se mueve brevemente retrógrado en los capilares descendentes., Las mediciones han demostrado que el flujo sanguíneo se detiene 3 el 30% de las veces. Las micrografías de luz y electrones de las papilas renales fijadas al final de la contracción han demostrado que los capilares, así como los bucles de Henle y los conductos colectores, estaban todos herméticamente cerrados, mientras que los de las papilas relajadas estaban todos abiertos. Este patrón intermitente de flujo puede ayudar a preservar el gradiente osmótico a lo largo de la papila renal, ya que un flujo continuo resultaría en una mayor eliminación de solutos papilares (17).,

El Rebote de la papila mueve el agua hacia la vasa recta

la contracción peristáltica comprime y estira la papila, haciendo que se vuelva más larga y estrecha. Durante el período de relajación temprana (1 s), la papila rebota a su forma relajada más corta y más amplia. Los conductos colectores inicialmente permanecen cerrados, pero el agua sale de las células hacia el intersticio debido a la presión hidrostática negativa generada por las propiedades elásticas de la matriz intersticial., Dado que los Vasa recta ascendentes están atados a otras estructuras, se abren a medida que el tejido se expande durante el rebote, permitiendo la entrada de agua (14). Pronto la sangre regresa al vasa recta, primero al descendente y luego al ascendente, empujando a lo largo de la columna de agua que había entrado en el Vasa recta desde el intersticio. En este momento, el fluido tubular también regresa a los bucles de Henle.

en la relajación tardía (2 s), los conductos colectores se abren a medida que la orina fluye hacia ellos desde arriba., Las estructuras restantes continúan funcionando normalmente, con la forma de la papila sin cambios, la vasa recta abierta con flujo sanguíneo, y los bucles de Henle abiertos con fluido que continúa fluyendo a través de ellos.

la pared pélvica es necesaria para el peristaltismo

si se reseca la pared pélvica, el flujo sanguíneo en los capilares es continuo y el flujo en los bucles de Henle y a través de los conductos colectores también es ininterrumpido., Del mismo modo, si una pelvis intacta es paralizada por el anestésico local, el peristaltismo ureteral se desacopla de la pelvis y la pelvis se paraliza. Los flujos en los conductos colectores, bucles de Henle y vasa recta son ahora continuos, como lo es cuando la pared pélvica es removida o paralizada. Los hallazgos fisiológicos han demostrado que, cuando la pared pélvica es removida o paralizada, la osmolalidad y la concentración de sodio del tejido papilar disminuye significativamente (17).,

mecanismos que concentran la orina en la papila

para concentrar la orina en los conductos colectores, se debe eliminar el agua de los conductos colectores en exceso de solutos. Parte de esta eliminación de agua es causada por la acumulación de solutos en el intersticio papilar, una consecuencia del transporte iónico que ocurre en la médula externa. Sin embargo, los modelos matemáticos no pueden explicar las concentraciones reales alcanzadas por algunos animales (12, 13). El modelo presentado aquí (Fig., 4) propone que la presión hidrostática generada por el peristaltismo de la pared pélvica contribuye a la eliminación de agua del lumen del conducto colector en cuatro pasos. En primer lugar, la fuerza de la contracción peristáltica mueve el bolo de orina no solo por el conducto colector, sino también en las células que recubren el conducto (Fig. 4A). En segundo lugar, las presiones intersticiales negativas que se desarrollan durante el rebote tienden a mover el agua desde las células epiteliales hacia el intersticio. Tercero, el Vasa recta ascendente atado tiende a abrirse antes que otras estructuras (Fig. 4B; Ref., 14), generando una fuerza hidrostática intravascular negativa y dibujando líquido intersticial en la luz. En cuarto lugar, el Vasa recta ascendente tiene una permeabilidad hidráulica inusualmente grande y un bajo coeficiente de reflexión a la albúmina (14), lo que permite la absorción vascular tanto de partículas osmóticamente activas grandes como pequeñas. Juntos, estos cuatro pasos constituyen un mecanismo altamente efectivo para el movimiento del fluido intersticial fuera de la médula para cualquier gradiente hidrostático u osmótico dado.

La estructura del modelo es diferente a otros mecanismos que se han propuesto. Lo más importante, no es una función continua del tiempo; en cambio, las consecuencias físicas de las contracciones pélvicas renales deben integrarse en un ciclo peristáltico completo para que ocurra el transporte de agua. En segundo lugar, la energía termodinámica no se deriva de ATP o gradientes iónicos dentro de la papila., Esto es afortunado, porque el tejido parece tener escasas reservas de energía: el flujo sanguíneo es lento, la presión parcial de oxígeno es baja (<10 Torr), las mitocondrias son pocas y la mayor parte de la energía se deriva de la glucólisis anaeróbica (8). En cambio, proponemos que la energía termodinámica se deriva de una fuente externa, a saber, la contracción del músculo liso en la pared ricamente vascularizada de la pelvis renal. En tercer lugar, ciertos mecanismos propuestos requieren que los compartimentos intersticiales tengan un volumen fijo o que la papila renal tenga un bajo cumplimiento (12, 14)., De hecho, la papila renal debe ser muy obediente, no tener cápsula y poco colágeno. En su lugar, proponemos que las contracciones periódicas de la pared pélvica renal imponen un volumen constante, moviendo rítmicamente el líquido desde los conductos colectores hacia el vasa recta ascendente.

Este modelo no se ocupa explícitamente de los bucles de Henle, aunque su contenido se vacía por peristalsis tanto como los conductos colectores., Tampoco se ocupa del transporte de solutos, ni del efecto dinámico de los movimientos repetidos de agua pura en el intersticio papilar en las bocas de los canales de acuaporina, un flujo que puede alterar la naturaleza físico-química de las proteínas, hialuronan y proteoglicanos que llenan ese espacio. Anticipamos que la aplicación de técnicas contemporáneas comenzará a dilucidar estas características de la actividad urodinámica renal.