Regulación Renal de Potasio

Descripción General

Introducción

Distribución de potasio:

• Espacio de líquido intracelular: 98%
  • Mantenido por la Na⁺/K⁺ ATPasa (requiere energía)
  • Crítico para la conducción nerviosa y la contracción muscular
• Espacio de líquido extracelular: 2%
  • Los niveles séricos de K⁺ representan el K⁺ en el líquido extracelular únicamente.
  • Rango normal: 3,5–5,2 mEq/L

Mecanismos de equilibrio del K⁺:

• Ingesta a través de la dieta
• Pérdidas gastrointestinales (5%–10%)
• Pérdidas renales (90%–95%)
• Desplazamiento de K⁺ transcelular:
  • Redistribución entre el líquido intracelular y el líquido extracelular
  • Previene el ↑ excesivo en la concentración de K⁺ en el líquido extracelular
  • El K⁺ se desplaza principalmente desde el líquido extracelular hacia las células musculares y hepáticas.

Procesos renales para regular el agua, electrolitos y desechos

• Filtración: el plasma se filtra en los capilares glomerulares, creando un filtrado que pasa a través de los túbulos renales.
• Reabsorción: los solutos y el agua requeridos se reabsorben desde la luz del túbulo hacia la sangre.
• Secreción: los productos de desecho se secretan intencionalmente en la luz.
• Excreción: el filtrado que queda en los túbulos se excreta como orina.

Repaso de la anatomía de las nefronas

Las nefronas son las unidades funcionales del riñón.

Segmentos de nefrona (en orden a través del cual fluye el filtrado):

• Cápsula de Bowman
• Túbulo contorneado proximal
• Asa de Henle:
  • Rama descendente delgada
  • Rama ascendente delgada
  • Rama ascendente gruesa
• Túbulo contorneado distal
• Conducto colector

Tipos de nefronas:

• Cortical (o superficial): Las asas de Henle solo penetran hasta la capa externa de la médula renal.
• Yuxtamedular:
  • Nefronas cuyas asas penetran hasta la capa interna de la médula renal
  • Permiten ↑ concentración de la orina (debido a ↑ osmolalidad en la capa interna de la médula renal)

Regulación del Potasio en el Glomérulo, Túbulo Proximal y Asa de Henle

Glomérulo

• El K⁺ se filtra libremente desde la sangre que pasa a través de los capilares glomerulares hacia el espacio de Bowman.
• No se producen acciones reguladoras en el glomérulo.

Túbulo proximal

Las células del túbulo contorneado proximal tienen la mayor capacidad de absorción de toda la nefrona. Toda la glucosa, los aminoácidos y alrededor del 65% del Na⁺ y agua se reabsorben en el túbulo proximal, además de la mayoría del K⁺.

• Alrededor del 65%–70% del K⁺ filtrado se reabsorbe.
• La reabsorción es paracelular (entre células) en lugar de transcelular (que es un proceso activo que requiere energía).
• El transporte paracelular pasivo se produce a través de:
  • Difusión
  • Arrastre de solvente

Recuerda las 3 P:

• Túbulo Proximal
• Transporte Pasivo
• Paracelular

Rama ascendente gruesa del asa de Henle

Alrededor del 10%–25% del K⁺ filtrado se reabsorbe en el asa de Henle. La reabsorción involucra las siguientes 2 proteínas de transporte en el lado luminal:

• Multiportador NKCC2:
  • Transporte activo (requiere energía de la Na⁺/K⁺ ATPasa basolateral)
  • Transporta lo siguiente hacia la célula desde la luz del túbulo:
    • 1 Na⁺
    • 1 K⁺
    • 2 Cl^–
  • Mantiene la neutralidad eléctrica al mover 2 iones cargados positivamente y 2 cargados negativamente juntos, todos en la misma dirección
  • Los diuréticos del asa (furosemida, torsemida, bumetanida) inhiben la NKCC2 → retienen Na⁺, K⁺ y Cl^– en la luz.
• Canal ROMK:
  • Permite que el K⁺ salga de la célula hacia la luz tubular
  • Un canal regulado para el transporte pasivo
  • Estimulado por trifosfato de adenosina (ATP, por sus siglas en inglés) intracelular bajo: Na⁺/K⁺ ATPasa ha utilizado ATP para llevar K⁺ a la célula, que necesita ser excretado.
  • Importante para el reciclaje de K⁺ para permitir que el NKCC2 continúe con su función:
    • Hay una concentración mucho mayor de Na⁺ que de K⁺ en la luz del túbulo.
    • El reciclaje de K⁺ en la luz del túbulo permite que el NKCC2 siga trayendo más Na⁺ a las células.

Regulación del Potasio en los Conductos Colectores

Aunque las cantidades más grandes de K⁺ se reabsorben en los túbulos contorneados proximales, los sitios primarios de regulación significativa de K⁺ ocurren en los conductos colectores, dentro de las células principales e intercaladas α.

Células principales

• Localizadas en los conductos colectores corticales
• Lado basolateral:
  • Na⁺/K⁺ ATPasa: 3 Na⁺ salen de la célula, 2 K⁺ entran en la célula
• Lado luminal:
  • Canal de sodio epitelial: 1 Na⁺ se mueve hacia el interior de la célula.
    • Por cada Na⁺ que entra en la célula, queda un Cl^– en la luz tubular.
    • Crea un gradiente eléctrico donde el lado luminal es más negativo
  • Canal ROMK: un K⁺ sale de la célula.
• El K⁺ se mueve hacia las células principales desde los capilares a través de la Na⁺/K⁺ ATPasa (transporte activo) y hacia la luz a través de los canales ROMK (transporte pasivo regulado).

Excreción de K⁺ de las células principales

El potasio sale a la luz a través de los canales ROMK, que están controlados por factores que afectan el transporte pasivo:

• Gradiente de difusión:
  • ↑ K⁺ intracelular (el K⁺ se encuentra principalmente en el líquido intracelular debido a la Na⁺/K⁺ ATPasa)
  • ↓ K⁺ luminal
  • Favorece la salida de K⁺ hacia la luz
• Gradiente eléctrico:
  • En la luz tubular, cada Na⁺ va acompañado de un Cl^–.
  • Cuando un ion de Na se mueve a través del canal de sodio epitelial, el ion de cloruro que lo acompaña permanece en la luz tubular y genera el gradiente eléctrico.
  • La carga luminal cada vez más negativa atrae K⁺.
  • ↑ Actividad del canal de sodio epitelial→ ↑ electronegatividad de la luz tubular→ ↑ afinidad por el K⁺ para pasar a la luz tubular a través del canal ROMK
• Permeabilidad de la membrana luminal al K⁺:
  • Los canales ROMK pueden abrirse y cerrarse.
  • Los canales ROMK se abren cuando el ATP intracelular es bajo.

Regulación de la excreción de K⁺ de las células principales

Hay 4 factores principales que regulan la excreción de K⁺ a nivel de las células principales:

• Aldosterona:
  • Estimula la Na⁺/K⁺ ATPasa basolateral para llevar más K⁺ a las células
  • ↑ Número de canales luminales abiertos:
    • Canales de sodio epitelial Y
    • Canales ROMK
  • Efecto final: ↑ Excreción de K⁺
• Aumento de la concentración plasmática de K⁺ (igual que la aldosterona):
  • Estimula la Na⁺/K⁺ ATPasa basolateral
  • ↑ Número de canales luminales abiertos:
    • Canales de sodio epitelial Y
    • Canales ROMK
  • Efecto final: ↑ Excreción de K⁺
• Tasa de flujo tubular distal:
  • Flujo alto (e.g., poliuria):
    • El K⁺ secretado por el canal ROMK se traslada rápidamente a la siguiente parte de la nefrona.
    • El gradiente de concentración favorece la difusión de K⁺ en el líquido tubular.
    • Efecto final: ↑ flujo de orina = ↑ excreción de K⁺ (y ↓ K⁺ sérico)
  • Flujo bajo (e.g., oliguria):
    • El K⁺ tubular permanece más cerca del canal ROMK después de la secreción.
    • Hay menos gradiente de concentración para la difusión de K⁺ a través del canal ROMK.
    • Efecto final: ↓ flujo de orina = ↓ K⁺ excreción (y ↑ K⁺ sérico)
• Entrega de Na⁺ distal:
  • Alta entrega distal de Na⁺:
    • Más Na⁺ ingresa a la célula a través del canal de sodio epitelial.
    • = Más Cl^– dejado atrás en el lumen tubular
    • = Luz tubular más electronegativa
    • = Mayor gradiente eléctrico para la secreción de K⁺ a través del canal ROMK
  • Baja entrega distal de Na⁺:
    • Menos Na⁺ ingresa a la célula a través del canal de sodio epitelial.
    • = Menos Cl^– dejado atrás en el lumen tubular
    • = Luz tubular menos electronegativa
    • = Gradiente eléctrico más bajo para la secreción de K⁺ a través del canal ROMK
  • Los diuréticos de asa y tiazídicos bloquean los canales NKCC2 en el asa de Henle:
    • Permite el ↑ de la entrega de Na⁺ a los conductos colectores más distales
    • Representa el mecanismo de la hipopotasemia debida a estos diuréticos.

Células intercaladas α

Las células intercaladas α permiten el ajuste fino de la excreción urinaria de K⁺.

• Localizadas en el conducto colector
• H⁺/K⁺ ATPasa en el lado luminal:
  • 1 H⁺ fuera de la célula, 1 K⁺ dentro de la célula
  • Proteína de transporte activo (requiere ATP para obtener energía)
• Mecanismo de conservación de K⁺: permite la excreción urinaria de K⁺ <15 mmol/día en estados de hipopotasemia debido a pérdidas no renales

Respuesta al K⁺ Ingerido

Respuesta normal al K⁺ ingerido

Una dieta occidental normal contiene aproximadamente 40–120 mmol de K⁺ por día. La respuesta normal al K⁺ ingerido ocurre de la siguiente manera:

1. El intestino absorbe el K⁺ de la dieta en el torrente sanguíneo.
2. Cambios transcelulares:
   • Los iones de potasio se desplazan principalmente hacia las células musculares y hepáticas.
   • Previene aumentos excesivos en la concentración K⁺ en el líquido extracelular
   • Promovido por la insulina y la actividad β₂-adrenérgica, que ↑ la actividad de la Na⁺/K⁺ ATPasa
3. El aumento de la concentración de K⁺ en el líquido extracelular desencadena mecanismos para la excreción renal de K⁺
   • En las células principales:
     • Se estimula la Na⁺/K⁺ ATPasa basolateral.
     • ↑ Número de canales de sodio epitelial y ROMK luminales abiertos
   • Se estimula la producción de aldosterona:
     • Estimula aún más la Na⁺/K⁺ ATPasa
     • Más ↑ en canales de sodio epitelial y ROMK luminales en las células principales
4. El cambio transcelular hacia las células del músculo/hígado se invierte gradualmente.
5. El resto de la carga de K⁺ ingerida se excreta por vía renal.

Anormalidades

• Los riñones regulan eficazmente la excreción de K⁺ (especialmente en las células intercaladas α).
• Tanto la hipopotasemia como la hiperpotasemia debidas a una ingesta disminuida o aumentada son poco probables.
• Excepción: estados de desnutrición crónica (e.g., alcoholismo)

Relevancia Clínica

Causas renales de la hipopotasemia

Causas comunes de aumento de las pérdidas urinarias de K⁺ que conducen a la hipopotasemia incluyen:

• Uso de diuréticos: los diuréticos pueden afectar los niveles de K⁺ de varias maneras. Los diuréticos que actúan proximalmente a los conductos colectores, incluidos los diuréticos del asa y tiazídicos, aumentan la entrega distal de Na⁺, lo que estimula la excreción de K⁺. La depleción de volumen como resultado de los diuréticos también puede activar el sistema renina angiotensina aldosterona, aumentando la secreción de aldosterona, que a su vez aumenta la excreción de K⁺.
• Un aumento primario en la actividad mineralocorticoide: más a menudo debido a un adenoma suprarrenal productor de aldosterona o hiperplasia suprarrenal bilateral. Los pacientes con aumento de la actividad de los mineralocorticoides suelen tener hipertensión concomitante.
• Aniones no reabsorbibles: la presencia de aniones no reabsorbibles en la luz la hace más negativa, aumentando la cantidad de Na⁺ retenida hasta los conductos colectores. El aumento de la entrega distal de Na⁺ y agua conduce a un mayor intercambio de Na⁺ por K⁺ en las células principales, lo que provoca hipopotasemia. Los aniones no reabsorbibles incluyen bicarbonato (aumentado en vómitos y acidosis tubular renal proximal), β-hidroxibutirato (aumentado en cetoacidosis) e hipurato (aumentado con el uso de tolueno/inhalación de pegamento).
• Cetoacidosis diabética: hay 3 mecanismos diferentes que contribuyen a la hipopotasemia en la cetoacidosis diabética.
  1. Una diuresis osmótica impulsada por la glucosa da como resultado un aumento de la entrega distal de Na⁺ y agua.
  2. La hipovolemia induce hiperaldosteronismo.
  3. Se incrementa la producción del anión β-hidroxibutirato no reabsorbible.
• Causas menos frecuentes: poliuria (por polidipsia psicógena), acidosis tubular renal, hipomagnesemia, uso de anfotericina B y dietas hipocalóricas. Las mutaciones en las proteínas de transporte tubular, incluido el síndrome de Liddle, el síndrome de Bartter y el síndrome de Gitelman, pueden causar o contribuir a la hipopotasemia.

Causas renales de la hiperpotasemia

Causas comunes de pérdidas urinarias reducidas de K⁺ que conducen a hiperpotasemia incluyen:

• Reducción de la secreción de aldosterona: cualquier afección que reduzca la secreción de aldosterona reducirá la excreción de K⁺. Las causas de la secreción reducida de aldosterona pueden incluir tanto el hipoaldosteronismo hiporreninémico (situaciones de sobrecarga de volumen, nefropatía diabética, neuropatía autonómica y algunas enfermedades sistémicas) como el hipoaldosteronismo hiperreninémico (que incluye insuficiencia suprarrenal primaria, uso crónico de heparina y varias anomalías congénitas). Varios medicamentos también pueden ser causales, incluidos los inhibidores de la enzima convertidora de angiotensina (IECAs), antiinflamatorios no esteroideos (AINEs), inhibidores de la calcineurina y la heparina.
• Respuesta reducida a la aldosterona: causada por diuréticos ahorradores de potasio como antagonistas de la aldosterona (e.g., espironolactona, eplerenona) y antagonistas de canales de sodio epitelial (e.g., amilorida y triamtereno); acidosis tubular renal dependiente de voltaje (debido a la alteración de la reabsorción de sodio en las células principales); y pseudohipoaldosteronismo (un trastorno genético raro que causa resistencia a la aldosterona).
• Disminución de la entrega distal de Na⁺ y agua: resulta del agotamiento efectivo del volumen sanguíneo arterial, incluidas las pérdidas gastrointestinales y renales, insuficiencia cardíaca y cirrosis. Cuando disminuye la entrega distal de Na⁺ y agua, se reabsorbe menos Na⁺ a cambio de K⁺; por lo tanto, se excreta menos K⁺.
• Enfermedad renal aguda y crónica: a medida que disminuye el número de nefronas en funcionamiento, disminuye la capacidad del riñón para excretar K⁺. La excreción de potasio típicamente se mantiene siempre que el paciente sea capaz de responder a la aldosterona y se mantenga la entrega de Na⁺ y agua. La hiperpotasemia tiende a ocurrir en pacientes con oliguria o con problemas adicionales que pueden contribuir a la hiperpotasemia.