1 – Líquidos Extracelular, Intracelular e Edema
Em condições de equilíbrio dinâmico, como as exigidas para a homeostasia, o volume total dos líquidos corporais e as quantidades totais de solutos e suas concentrações permanecem relativamente constantes. A ingestão de água deve ser cuidadosamente contrabalançada pelas perdas diárias que ocorrem a partir do organismo.
A evaporação de líquido do trato respiratório e a difusão através da pele constitui as denominadas perdas insensíveis através da pele. O restante das perdas ocorre principalmente através das fezes, do suor e da urina excretada pelos rins constituindo as perdas sensíveis de água. Os líquidos corporais totais encontram-se distribuídos em dois compartimentos principais: o líquido extracelular e o líquido intracelular.
Por sua vez, o líquido extracelular é subdividido em líquido intersticial e plasma sanguíneo. No ser humano adulto a água corresponde a cerca de 60% da massa corporal. À medida que o indivíduo envelhece, a porcentagem de líquido em relação à massa corporal diminui gradualmente. O líquido contido em cada célula tem sua própria mistura de diferentes constituintes; todavia, as concentrações destas substâncias são razoavelmente semelhantes de uma célula para outra. Os líquidos intersticiais possuem aproximadamente a mesma composição, exceto pelas proteínas, que são encontradas em maior concentração no plasma.
O sangue contém tanto líquido extracelular (o líquido no plasma) quanto líquido intracelular (o líquido contido nos eritrócitos). Todavia, o sangue é considerado como um compartimento líquido separado, uma vez que é contido numa câmara própria, o sistema circulatório. O volume sanguíneo é especialmente importante no controle da dinâmica cardiovascular. O hematócrito refere-se à fração do sangue constituída pelos eritrócitos.
Como o plasma e o líquido intersticial são separados apenas pelas membranas altamente permeáveis dos capilares, suas composições iônicas são semelhantes. Entretanto, o plasma apresenta maior concentração de proteínas. O líquido intracelular é separado do líquido extracelular por uma membrana celular seletiva que é altamente permeável a água, mas não à maioria dos eletrólitos existentes no organismo. A membrana celular mantém uma composição líquida no interior das células que é semelhante para as diferentes células do organismo.
Em contraste com o líquido extracelular, o líquido intracelular contém apenas pequenas quantidades de íons sódio, cloreto e quase nenhum cálcio. Inversamente, contém grandes quantidades de íons potássio e fosfato. Um problema freqüentemente observado no tratamento de pacientes gravemente enfermos reside na dificuldade de manter líquidos adequados no compartimento intracelular, no compartimento extracelular ou em ambos.
As quantidades relativas de líquido extracelular distribuída entre o plasma e os espaços intersticiais são determinadas principalmente pelo equilíbrio das forças hidrostática e coloidosmótica através da membrana capilar. Por outro lado, a distribuição de líquido entre os compartimentos intracelular e extracelular é determinada principalmente pelo efeito osmótico dos solutos que atuam através da membrana celular. As membranas celulares são altamente permeáveis a água, de modo que o líquido intracelular permanece isotônico em relação ao líquido extracelular.
A osmose refere-se à difusão efetiva de água de uma região onde ela exista em alta concentração, para uma região em que esta concentração de água for menor. O número total de partículas numa solução é medido em termos de osmols. Um osmol é igual a 1 mol de partículas de soluto. Se uma molécula sofrer dissociação em dois íons como ocorre com o cloreto de sódio ao sofrer ionização, uma solução contendo 1 mol/litro terá uma concentração osmótica de 2 osm/litro.
A concentração osmolar de uma solução é denominada osmolalidade quando expressa em osmoles por quilograma de água; é denominada osmolaridade, quando expressa em osmoles por litro de solução. A osmose de moléculas de água através de uma membrana seletivamente permeável pode ser impedida pela aplicação de uma pressão em sentido oposto ao da osmose.
A quantidade precisa de pressão necessária para impedir a osmose é denominada pressão osmótica. Quando uma célula é colocada numa solução de igual concentração ou isotônica, o volume da célula permanece inalterado. Quando uma célula é colocada numa solução de menor concentração, o volume da célula aumenta. Quando uma célula é colocada numa solução de maior concentração, o volume da célula diminui.
Quando uma solução salina isotônica é adicionada ao líquido extracelular, não ocorre osmose através das membranas celulares. Quando adiciona-se uma solução hipertônica ao líquido extracelular ocorre osmose de água das células para o compartimento extracelular. Quando uma solução hipotônica é adicionada ao líquido extracelular, parte da água extracelular difunde-se para o interior das células até que os compartimentos intracelular e extracelular tenham a mesma osmolaridade.
São administrados muitos tipos de soluções por via venosa com o objetivo de proporcionar nutrição a indivíduos que não podem ingerir quantidades adequadas de alimentos. Quando essas soluções são administradas, suas concentrações de substâncias osmoticamente ativas costumam ser ajustadas para torná-las quase isotônicas, ou são administradas com velocidade lenta o suficiente para não comprometer o equilíbrio osmótico dos líquidos corporais.
O edema refere-se à presença de líquido em excesso nos tecidos corporais. Na maioria dos casos, o edema ocorre no compartimento de líquido extracelular. Duas condições exibem especial tendência a provocar edema intracelular: a depressão dos sistemas metabólicos dos tecidos e a falta de nutrição adequada para as células. Além disso, pode ocorrer edema intracelular em tecidos inflamados. Existem duas causas gerais de edema extracelular: o extravasamento normal de líquido do plasma para os espaços intersticiais através dos capilares e a incapacidade de os linfáticos levarem o líquido do interstício de volta ao sangue.
Qualquer uma das alterações seguintes é capaz de aumentar a filtração capilar: aumento do coeficiente de filtração capilar, aumento da pressão hidrostática capilar ou diminuição da pressão coloidosmótica do plasma. Algumas das causas sistêmicas de edema extracelular são: retenção renal excessiva de sal e água, pressão venosa elevada (insuficiência cardíaca, obstrução venosa e falência das bombas venosas, i.e; paralisia dos músculos ou insuficiência das válvulas venosas), diminuição das proteínas plasmáticas, aumento da permeabilidade capilar e bloqueio do retorno linfático.
2 – Formação da Urina pelos Rins
A – Filtração Glomerular, Fluxo Sanguíneo Renal e Seu Controle
As principais funções dos rins consistem em livrar o corpo dos produtos de degradação que são ingeridos ou produzidos pelo metabolismo e o controle do volume e da composição dos líquidos corporais. Entre as múltiplas funções dos rins, incluem-se a regulação do equilíbrio hidroeletrolítico, a regulação da osmolaridade dos líquidos corporais e das concentrações dos eletrólitos, a regulação do equilíbrio ácido-básico, a excreção de produtos de degradação metabólica e substâncias químicas estranhas, a regulação da pressão arterial, a secreção de hormônios e a gliconeogênese.
Em condições normais, o fluxo sanguíneo para os dois rins corresponde a 21% do débito cardíaco. A artéria renal penetra no rim através do hilo, juntamente com o ureter e a veia renal, e, a seguir, ramifica-se progressivamente para formar as artérias interlobares, artérias arqueadas, artérias interlobulares (também denominadas artérias radiais) e arteríolas aferentes, que desaguam nos capilares glomerulares nos glomérulos, onde grandes quantidades de líquidos e solutos (exceto as proteínas plasmáticas) são filtradas, dando início à formação da urina.
As extremidades distais dos capilares de cada glomérulo coalescem para formar a arteríola eferente, que leva a uma segunda rede capilar, os capilares peritubulares, que circundam os túbulos renais. Os capilares peritubulares desaguam nos vasos do sistema venoso, que correm paralelamente aos vasos arteriolares, formando progressivamente a veia interlobular, a veia arqueada, a veia interlobar e a veia renal, que deixa o rim ao lado da artéria renal e ureter. O néfron é a unidade funcional do rim.
No ser humano, cada rim é constituído de cerca de 1 milhão de néfrons, cada um dos quais é capaz de formar urina. Cada néfron possui dois componentes principais: um glomérulo (capilares glomerulares) através do qual grandes quantidades de líquidos são filtradas do sangue, e um longo túbulo no qual o líquido filtrado é convertido em urina no seu trajeto até a pelve renal. O glomérulo é constituído de uma rede de capilares glomerulares que se ramificam e se anastomosam; essa rede, quando comparada a outras redes capilares, apresenta elevada pressão hidrostática.
Os capilares glomerulares são recobertos por células epiteliais, e o glomérulo como um todo encontra-se envolvido pela cápsula de Bowman. O líquido filtrado dos capilares glomerulares flui para o interior da cápsula de Bowman e, a seguir, para o túbulo proximal, situado no córtex renal. A partir do túbulo proximal, o líquido flui para a alça de Henle, que mergulha na medula renal. Cada alça consiste num ramo descendente e num ramo ascendente.
As paredes do ramo descendente e da extremidade inferior do ramo ascendente são muito finas, de modo que estes segmentos são conhecidos como segmento delgado da alça de Henle. Depois de o ramo ascendente da alça ter percorrido parte do trajeto de volta ao córtex, sua parede torna-se espessa como a de outras porções do sistema tubular, sendo portanto denominado segmento espesso do ramo ascendente. Na extremidade do ramo ascendente espesso existe um segmento curto que, na verdade, é uma placa na parede, conhecida como mácula densa. Depois da mácula densa, o líquido penetra no túbulo distal que, a exemplo do túbulo proximal, situa-se no córtex renal. Seguem-se o túbulo conector e o túbulo coletor cortical, que leva ao ducto coletor cortical.
As porções iniciais de oito a 10 ductos coletores corticais juntam-se para formar um único ducto coletor maior que segue seu trajeto até a medula, passando a constituir o ducto coletor medular. Os ductos coletores unem-se para formar ductos progressivamente maiores que eventualmente desaguam na pelve renal através das extremidades das papilas renais. A formação da urina resulta da filtração glomerular, reabsorção tubular e secreção tubular. A intensidade da excreção urinária é igual à intensidade da filtração menos a intensidade da reabsorção mais a intensidade da secreção.
A formação da urina começa com a filtração, a partir dos capilares glomerulares na cápsula de Bowman, de grande quantidade de líquido praticamente isento de proteínas. Quando o líquido filtrado deixa a cápsula de Bowman e passa pelos túbulos, ele é modificado pela reabsorção de água e solutos específicos de volta ao sangue ou pela secreção de outras substâncias dos capilares peritubulares para os túbulos. Para cada substância existente no plasma, ocorre uma combinação particular de filtração, reabsorção e secreção.
A membrana dos capilares glomerulares é semelhante à de outros capilares, exceto pelo fato que possui três camadas principais (em lugar das duas habituais): o endotélio do capilar, uma membrana basal e uma camada de células epiteliais (podócitos) que circunda a superfície externa da membrana basal capilar. Em seu conjunto, estas camadas formam a barreira de filtração que, apesar de suas três camadas, filtra centenas de vezes mais água e solutos do que a membrana habitual dos capilares.
Mesmo com essa elevada intensidade de filtração, a membrana capilar dos glomérulos normalmente impede a filtração das proteínas plasmáticas. O endotélio capilar apresenta milhares de pequenos orifícios denominados fenestras. Como estas fenestrações são relativamente grandes, o endotélio não atua como importante barreira para as proteínas plasmáticas. A membrana basal impede eficazmente a filtração de proteínas plasmáticas, em parte devido a fortes cargas elétricas associadas a proteoglicanos.
A filtrabilidade dos solutos é determinada pelo seu tamanho e carga elétrica. As moléculas de carga negativa são filtradas menos facilmente que as moléculas de carga positiva. O aumento da pressão hidrostática na cápsula de Bowman diminui a filtração glomerular. O aumento da pressão coloidosmótica nos capilares glomerulares diminui a filtração glomerular. O aumento da pressão hidrostática nos capilares glomerulares aumenta a filtração glomerular.
O fluxo sanguíneo nos vasos retos da medula renal é muito baixo em comparação com o fluxo no córtex renal. A ativação do sistema nervoso simpático diminui a filtração glomerular. Diversos hormônios e autacóides também podem influenciar a filtração glomerular e o fluxo sanguíneo renal. A norepinefrina, a epinefrina e a endotelina provocam constrição dos vasos sanguíneos renais e diminuição da filtração glomerular.
A angiotensina II provoca constrição das arteríolas eferentes. O óxido nítrico proveniente do endotélio diminui a resistência vascular renal e aumenta a filtração glomerular. Outros vasodilatadores como as prostaglandinas e a bradicinina também aumentam a filtração glomerular.
B – Processamento Tubular do Filtrado Glomerular
Quando o filtrado glomerular penetra nos túbulos renais, flui seqüencialmente através das sucessivas partes do túbulo – o túbulo proximal, a alça de Henle, o túbulo distal, o túbulo coletor e o ducto coletor – antes de ser excretado na forma de urina. Ao longo deste trajeto, algumas substâncias são seletivamente reabsorvidas dos túbulos de volta ao sangue, enquanto outras são secretadas do sangue para o lúmen tubular. A reabsorção tubular é altamente seletiva.
Algumas substâncias, como a glicose e os aminoácidos, são quase totalmente reabsorvidas a partir dos túbulos. Certos produtos de degradação, como a uréia e a creatinina, por outro lado, são pouco reabsorvidos e excretados em grandes quantidades. A reabsorção tubular inclui mecanismos passivos e ativos. A reabsorção passiva de água por osmose está acoplada principalmente à reabsorção de sódio. Em condições normais, a maior parte da água e do sódio são reabsorvidos no túbulo proximal.
A alta capacidade de reabsorção do túbulo proximal se deve ao grande número de mitocôndrias e à superfície das membranas celulares ampliada devido à característica de borda em escova. A alça de Henle é constituída por um seguimento descendente delgado, um segmento ascendente delgado e um segmento ascendente espesso. Os segmentos ascendente e descendente delgados têm membranas epiteliais finas sem borda em escova, poucas mitocôndrias e níveis mínimos de atividade metabólica.
O segmento espesso da alça de Henle tem células epiteliais espessas de alta atividade metabólica e com capacidade de reabsorção ativa de sódio, cloreto e potássio. O túbulo distal e o túbulo coletor apresentam grande atividade metabólica, com atividade de reabsorção e secreção. A permeabilidade do túbulo distal, do túbulo coletor e do ducto coletor é amplamente sensível à concentração de ADH ou vasopressina. Na presença de níveis elevados de ADH, a água é avidamente reabsorvida reduzindo o volume de urina.
A ocorrência de pequenos aumentos da pressão arterial quase sempre provoca aumentos pronunciados na excreção urinária de sódio e água. O pequeno aumento da filtração glomerular que ocorre contribui, em parte, para o efeito da pressão arterial elevada sobre o débito urinário. Um segundo efeito do aumento da pressão arterial renal é a diminuição da reabsorção de sódio e água pelos túbulos. O terceiro fator que contribui para esse mecanismo é a formação reduzida de angiotensina II, que aumenta a reabsorção de sódio pelos túbulos, além de estimular a secreção de aldosterona, que aumenta ainda mais a reabsorção de sódio.
O ADH aumenta a reabsorção de água. O peptídeo natriurético atrial diminui a reabsorção de sódio e água. O parathormônio aumenta a reabsorção de cálcio. A ativação do sistema nervoso simpático aumenta a reabsorção de sódio.
3 – Mecanismos de Controle para os Líquidos Corporais e seus Constituintes
Para que as células do corpo funcionem adequadamente, devem estar banhadas pelo líquido extracelular com uma concentração relativamente constante de eletrólitos e outros solutos. O rim normal tem a extraordinária capacidade de variar as proporções relativas de solutos e de água na urina em resposta a várias situações de desafio. Através desse mecanismo, os rins excretam o excesso de água através da formação de urina diluída. O nível do hormônio antidiurético ou vasopressina constitui o sinal que indica aos rins a necessidade de excretar urina diluída ou concentrada.
Quando surge um déficit de água no organismo, o rim forma urina concentrada através da excreção contínua de solutos, enquanto a reabsorção de água aumenta, com a conseqüente diminuição do volume de urina formada. Embora múltiplos mecanismos controlem a quantidade de sódio e água excretada pelos rins, os principais sistemas de controle são o sistema do ADH e o mecanismo da sede. O aumento da osmolaridade do líquido extracelular provoca a contração de células nervosas especiais localizadas no hipotálamo anterior.
A contração das células osmorreceptoras provoca a emissão de sinais para a hipófise posterior. Estes potenciais de ação estimulam a liberação de ADH, que penetra na corrente sanguínea e é transportado até os rins, onde aumenta a permeabilidade dos túbulos distais, túbulos coletores e ductos coletores à água. Por conseqüência, a água é conservada no corpo, enquanto o sódio e outros solutos continuam a ser excretados na urina.
Esse processo provoca diluição dos solutos no líquido extracelular, corrigindo, assim, o líquido extracelular excessivamente concentrado. A seqüência oposta de eventos é observada quando o líquido extracelular torna-se muito diluído (hiposmótico). Os rins minimizam a perda de líquido durante déficits de água através do sistema de feedback osmorreceptor-ADH. Todavia, a ingestão de líquido é necessária para contrabalançar sua perda, o que pode ocorrer através da sudorese, da respiração e pelo trato gastrintestinal.
A mesma área ao longo da parede ântero-lateral do terceiro ventrículo que promove a liberação de ADH também estimula a sede através do centro da sede. Os neurônios do centro da sede respondem a injeções de soluções hipertônicas de sal, estimulando o comportamento da ingestão de água.
4 – Regulação do Equilíbrio Ácido-Básico
A regulação do equilíbrio dos íons hidrogênio é, em alguns aspectos, semelhante à regulação de outros íons no organismo. Além do controle feito pelos rins, existem outros mecanismos de tamponamento ácido-básico envolvendo o sangue, as células e os pulmões, que são essenciais para a manutenção das concentrações normais dos íons hidrogênio nos líquidos extra e intracelular. O pH normal do sangue arterial é de 7,4, enquanto o pH do sangue venoso e dos líquidos intersticiais é de cerca de 7,35 devido ao dióxido de carbono liberado dos tecidos para formar ácido carbônico.
O indivíduo apresenta acidose quando o pH cai abaixo de 7,4 e alcalose quando o pH aumenta de 7,4. Três sistemas primários regulam as concentrações de íons hidrogênio para evitar o desenvolvimento de acidose ou alcalose: os sistemas químicos de tampões ácido-básicos dos líquidos corporais; o centro respiratório que regula a remoção de dióxido de carbono e, portanto, de ácido carbônico; e os rins, que têm a capacidade de excretar urina ácida ou alcalina durante a acidose ou a alcalose.
Um tampão é qualquer substância capaz de ligar-se reversivelmente a íons hidrogênio. O gás carbônico e a água combinam-se reversivelmente para formar ácido carbônico, em um sistema de equilíbrio químico com a presença da enzima anidrase carbônica. Existe uma relação matemática definida entre a proporção das concentrações dos elementos ácidos e básicos de cada sistema tampão e o pH da solução.
Essa relação para o sistema tampão bicarbonato é dada pela equação de Henderson-Hasselbalch. As proteínas são importantes tampões intracelulares, como a hemoglobina nos eritrócitos. Na regulação respiratória, o aumento na ventilação elimina o gás carbônico do líquido extracelular, o que reduz a concentração de íons hidrogênio. Inversamente, a diminuição da ventilação aumenta o gás carbônico e, assim, também aumenta a concentração de íons hidrogênio no líquido extracelular.
Conseqüentemente, o aumento na concentração de íons hidrogênio estimula a ventilação alveolar através da sensibilização do centro respiratório. Os rins regulam a concentração de íons hidrogênio do líquido extracelular através de três mecanismos básicos: secreção de íons hidrogênio, reabsorção de íons bicarbonato filtrados e produção de novos íons bicarbonato.
Na acidose, há excreção aumentada de íons hidrogênio e adição de íons bicarbonato ao líquido extracelular. Na alcalose, há secreção tubular diminuída de íons hidrogênio e aumento da excreção de íons bicarbonato.
5 – Doença Renal
Muitas doenças renais podem ser divididas em duas categorias principais: insuficiência renal aguda, em que os rins param de funcionar abruptamente, por completo ou quase por completo, podendo eventualmente recuperar uma função quase normal e insuficiência renal crônica, em que ocorre perda progressiva da função de cada vez mais néfrons, diminuindo gradualmente a função renal global.
Insuficiência Renal Aguda:
A insuficiência renal aguda pode resultar da diminuição do suprimento sanguíneo para os rins, em consequência de insuficiência cardíaca com redução do débito cardíaco e pressão arterial baixa ou condições associadas como a hemorragia grave. A insuficiência renal aguda intra-renal resulta de anormalidades no próprio rim, incluindo as que afetam os vasos sanguíneos, glomérulos ou túbulos.
A glomerulonefrite aguda é um tipo de insuficiência renal aguda intra-renal geralmente provocada por uma reação imune anormal que lesa os glomérulos. A insuficiência renal aguda pós-renal refere-se à obstrução do sistema coletor urinário em qualquer ponto, desde os cálices até a saída da bexiga.
As causas mais importantes de obstrução do trato urinário fora dos rins incluem cálculos renais produzidos pela precipitação de cálcio, urato ou cistina.
Insuficiência Renal Crônica:
A insuficiência renal crônica resulta da perda irreversível de grande número de néfrons funcionantes. Em geral, pode ocorrer em conseqüência de distúrbios dos vasos sanguíneos, glomérulos, túbulos, interstício renal e trato urinário inferior.
Em muitos casos, a insuficiência renal crônica pode evoluir para insuficiência renal terminal, na qual o indivíduo necessita de tratamento com rim artificial ou transplante de rim natural para sobreviver. Recentemente, o diabetes mellitus e a hipertensão passaram a ser reconhecidos como as principais causas de insuficiência renal terminal. A perda de néfrons funcionais exige que os néfrons sobreviventes excretem mais água e solutos.
Os principais efeitos da insuficiência renal incluem: edema generalizado decorrente da retenção de água e sal, acidose resultante da incapacidade de os rins eliminarem produtos ácidos normais, concentração elevada de nitrogênio não-protéico – sobretudo uréia, creatinina e ácido úrico – em decorrência da incapacidade de o organismo excretar os produtos metabólicos finais das proteínas.
Esta condição global é denominada uremia devido à elevada concentração de uréia nos líquidos corporais. Os pacientes com insuficiência renal crônica quase sempre desenvolvem anemia provocada por secreção diminuída de eritropoetina, que estimula a medula óssea a produzir hemácias.
