Mecanismos de Acidificação Urinária

Mecanismos de Acidificação Urinária

(Parte 1 de 3)

Capítulo

5 Mecanismos de Acidificação Urinária

Alexander J. Rouch

O rim, para cumprir o seu papel na manutenção do balanço ácido-básico, deve excretar ácido não-volátil numa proporção igual à sua produção metabólica, que sob as condições de dieta normal é cerca de 1,0 mEq/kg por dia. Portanto, a excreção de ácido (EA) para um indivíduo que pesa 70 kg deve ser de aproximadamente 70 mEq/dia. A excreção renal de ácido (EA) pode ser determinada através da seguinte equação:

Esta equação mostra que a excreção de ácido, EA, é igual à taxa de excreção de amônia (UV)NH4 mais a taxa de excreção de ácido titulável (UTAV) menos a taxa de excreção de bicarbonato (UHCO3 V).

Para excretar esse ácido, o rim deve acidificar a urina.

Mecanismos de acidificação urinária envolvem secreção de H ao longo do néfron, particularmente no túbulo contornado proximal e no ducto coletor. É importante observar que a taxa de secreção de H foi “projetada” para manter normal a concentração plasmática de [HCO3 ]. Isto requer que o rim reabsorva todo o HCO3 filtrado e gere novo

HCO3 para substituir aquele que foi usado para tamponar o ácido não-volátil.

Pontos-chave:

•O principal papel do rim é no balanço ácido-básico de todo o organismo

•O rim acidifica a urina a fim de excretar ácido não-volátil e manter normal a concentração plasmática de bicarbonato

Investigações sobre os mecanismos de acidificação urinária têm enfocado o transporte celular da secreção renal de H e a reabsorção de HCO3 . Neste capítulo, discutiremos primeiro estes mecanismos de transporte celular no túbulo proximal e no túbulo distal. A importância da anidrase carbônica (AC) será enfatizada. Os fatores determinantes da excreção de ácido titulável serão então apresentados seguidos por uma discussão sobre a síntese e a excreção renal de amônia e, finalmente, a regulação da acidificação urinária.

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Pontos-chave:

•EA produção de ácido não-volátil

•Mecanismos de ação celular

•Túbulo proximal

•Túbulo distal

•Excreção de ácido titulável

•Síntese e excreção de amônia

•Regulação de acidificação urinária

O túbulo proximal reabsorve cerca de 80% do HCO3 filtrado.

Pesquisadores acreditam que a reabsorção de HCO3 pode ocorrer através de dois mecanismos: 1) secreção de próton pela célula para o lúmen; ou 2) transporte direto do

HCO3 filtrado através da membrana apical. Estudos utilizando diferentes tipos de eletrodos sensíveis ao pH e me- dindo o pH intracelular na presença e na ausência de inibição da anidrase carbônica (AC) demonstraram que a secreção de H é o mecanismo responsável pela acidificação do fluido luminal e pela reabsorção de HCO3 no túbulo proximal, e não o transporte direto de HCO3 . O leitor pode obter mais detalhes desta técnica nos trabalhos indicados nas referências 1 a 3. A Fig. 5.1 ilustra os mecanismos fundamentais da secre- ção de H e da reabsorção de HCO3 no túbulo proximal. A secreção de H ocorre primariamente através da troca

Na /H na membrana apical, embora haja também a participação da H -ATPase. O primeiro processo está ligado à entrada passiva de Na para o interior da célula e o último é um mecanismo de transporte primariamente ativo.

O H secretado combina-se com o HCO3 filtrado para formar H2CO3, que é convertido em CO2 e H2O no lúmen.

O CO2 difunde para o interior da célula, onde a reação química é revertida e então formando íons H para poste- rior secreção de íons HCO3 , que deixa a célula pelo lado basolateral e entra para o fluido peritubular. A anidrase carbônica (AC) estimula a reação química tanto no lúmen quanto no citoplasma celular e mantém alta a taxa de se- creção de H (ver adiante). O transporte de HCO3 para fora da célula pela membrana basolateral ocorre passiva- mente através de dois principais processos: cotransporte

Na /3HCO3 e troca HCO3 /Cl . Algumas discussões sobre esses transportadores estão em ordem.

Pontos-chave:

•O túbulo proximal reabsorve cerca de 80% do HCO3 filtrado •Secreção de H é o mecanismo responsável pela acidificação do fluido luminal e pela reabsorção de HCO3 no túbulo proximal e não o transporte direto de HCO3 •A secreção de H ocorre primariamente através da troca Na /H na membrana apical, embora haja também a participação da H -ATPase

Troca Na /H . Vários estudos têm sido realizados para examinar as características funcionais e moleculares do antiporte Na /H na membrana apical do túbulo proximal (ver Cap. 4). A troca Na /H foi primeiro demonstrada nas vesículas de membrana da borda em escova do córtex renal de ratos.4 Outros trabalhos demonstraram que o antiporte apresenta uma saturação cinética de Michaelis- Menten e que pode ser inibida pelo amiloride.5,6 Estudos utilizando medidas de pH intracelular no túbulo proximal e técnicas de substituição de Na confirmaram a existência de um transportador Na /H na membrana apical do túbulo proximal.7-9 Além disso, este transportador é diferente do chamado “housekeeping” trocador Na /H , que ajuda a controlar o pH e o volume celular.10

(NHE 1-5) através de estudos em ratos e coelhos, e NHE-1 a NHE-4 foram identificados no rim.1,12 Pesquisas empregando técnicas de imuno-histoquímica, expressão molecular de RNAm e métodos de “knockout” de gens confirmam que a isoforma NHE-3 é a proteína da membrana apical do túbulo proximal responsável pela secreção de H .13,14 Esta isoforma é sensível ao amiloride e apresenta um peso molecular apa-

Fig. 5.1 Mecanismos de secreção e reabsorção de HCO3 no tú- bulo proximal.

capítulo 551 rente de 92.997, e assim como as outras NHEs ela possui sítios de fosforilação para proteína-quinase.

A maior parte da secreção de H no túbulo proximal ocorre via trocador NHE-3 dependente de Na . O restante, via H -ATPase, independente de Na . Isso tem sido demonstrado nas vesículas de membrana da borda em escova e túbulo proximal de ratos.15,16 Existem evidências que demonstram que as células do túbulo proximal podem defender o pH intracelular em presença de uma carga de ácido na ausência de Na extracelular, e este mecanismo é eletrogênico, criando uma voltagem luminal positiva sob condições apropriadas.17,18

Quando a célula secreta H para o interior do lúmen, uma base equivalente é formada e esta deve ser transportada. Existem dois mecanismos aparentes para a saída da base através da membrana basolateral: transporte eletrogênico

tador Na /3HCO3 . Técnicas eletrofisiológicas bem como termodinâmicas foram usadas para determinar a estequio-

trado que a absorção de HCO3 no túbulo proximal é muito mais dependente de Na do que de Cl.21 Estudos empregan- do técnicas de cloning sobre esse transporte certamente fornecerão mais detalhes para melhor entendimento da regu- lação da absorção de HCO3 .2

Pontos-chave:

•Mecanismos de secreção de H e absorção de HCO3 no túbulo proximal •A maior parte da secreção de H no túbulo proximal ocorre via trocador NHE-3 dependente de Na

•Secreção de H através da membrana apical –NHE-3 e H -ATPase

•A absorção de HCO3 no túbulo proximal é muito mais dependente de Na do que de

•Transporte de HCO3 através da membrana basolateral

Porção espessa ascendente. Na alça de Henle, particularmente na porção espessa ascendente, a secreção de H e a reabsorção de HCO3 ocorrem através de mecanismos semelhantes que ocorrem no túbulo proximal. 23,24 A secreção de H é sensível ao amiloride e mediada pelo antiporte

NHE-3, e a absorção de HCO3 ocorre via cotransporte Na /3HCO3 . A alça de Henle reabsorve cerca de 10 a 15% do HCO3 filtrado. Portanto, apenas 5 a 10% do HCO3 filtrado é liberado para o túbulo distal e ducto coletor.

O néfron distal reabsorve o restante do HCO3 filtrado através de mecanismos que secretam H . A secreção de H no néfron distal também resulta em titulação de ânions tampões, primariamente fosfato, e em amônia impulsionando dois processos necessários para a formação de novo bicarbonato (discutidos adiante). A pequena quantidade do HCO3 filtrado é liberada para o ducto coletor e reabsorvida da mesma forma básica que foi descrita no túbulo proximal. Isto é, o íon H secretado combina-se com o íon

HCO3 e forma CO2 e H2O no lúmen. O CO2 então se di- funde para o interior da célula e é convertido em HCO3 , que deixa a célula através da membrana basolateral.

O néfron distal apresenta uma considerável heterogeneidade em relação à morfologia e à função celular. Segmentos distais que precedem o ducto coletor parecem acidificar o lúmen via membrana apical pela troca Na /H mediada pela NHE-2.25,26 O túbulo coletor cortical (TCC) e o ducto coletor da medula externa (DCME) acidificam o lúmen por uma via eletrogênica, mecanismo independente de Na que tem sido atribuído ao H -ATPase na membrana apical das células intercaladas.27,28 Técnicas de imuno-histoquímica têm sido empregadas para identificar H -ATPase na membrana apical e na basolateral do túbulo coletor cortical e na membrana apical do ducto coletor da medula externa.15 Estes resultados são consistentes com o modelo atual de transporte funcional das células intercaladas do túbulo distal. Estas células podem ser divididas em tipo alfa e tipo beta (IC e IC ). O mecanismo básico destas células é ilustrado na Fig 5.2. A

IC secreta H e absorve HCO3 , enquanto a IC secreta HCO3 e absorve H . Pesquisas têm mostrado que no TCC a absorção de HCO3 predomina durante as condições de acidose, enquanto a secreção de HCO3 predomina durante as condições de alcalose.29

Pontos-chave:

•A alça de Henle reabsorve cerca de 10 a 15% do HCO3 filtrado •O néfron distal reabsorve o restante do

HCO3 filtrado através de mecanismos que secretam H

•A secreção de H no néfron distal também resulta em titulação de ânions tampões, primariamente fosfato, e em amônia, impulsionando dois processos necessários para a formação de novo bicarbonato

•No TCC, a absorção de HCO3 predomina durante as condições de acidose, enquanto a secreção de HCO3 predomina durante as condições de alcalose

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Evidências também indicam que H /K -ATPase no ducto coletor funciona para promover a absorção de K e secreção de H .30 A depleção de K estimula a H /K - ATPase no ducto coletor.31,32 A significância deste transportador sobre regulação global da acidificação urinária não está ainda esclarecida, e é a H -ATPase o método predominante para secreção de H no túbulo distal.

Assim como no túbulo proximal, a secreção de um próton através da membrana apical do néfron distal obriga a saída de uma base equivalente através da membrana basolateral. Evidências indicam que no túbulo distal o troca- dor Cl /HCO3 na membrana basolateral é o mediador neste mecanismo.3 O íon Cl que entrou na célula via este trocador deixa a célula através da membrana basolateral via canal condutor de Cl . 34

Pontos-chave:

Mecanismos de secreção de H1 e absorção de

Pontos-chave:

Papel funcional da anidrase carbônica

•Esta enzima catalisa a reação entre CO2 e

•CO2  OHHCO3

OH para formar HCO3 •Acelera a secreção de H e a absorção de

HCO3

Como já foi mencionado anteriormente, o organismo produz uma quantidade de ácido fixo ou não-volátil através do metabolismo de uma dieta normal. Estes ácidos primariamente incluem ácido sulfúrico produzido a partir do metabolismo de aminoácidos contendo enxofre, ácido fosfórico produzido pelo metabolismo de fosfolípides e ácido clorídrico produzido pelo metabolismo de aminoácidos catiônicos. A produção de ácido metabólico é par-

Importância da anidrase carbônica. Esta enzima já foi mencionada anteriormente, sendo importante reconhecer a sua função na acidificação urinária. Ela catalisa a reação entre CO2 e OH para formar HCO3.35 Sem a anidrase carbônica (AC), as reações químicas no lúmen e na célula ocorreriam num ritmo muito lento e a secreção de H e a reabsorção de HCO3 seriam significantemente reduzidas. Ânions monovalentes e sulfonamidas inibem a AC.36 É bem conhecido que a acetazolamida, inibidor da AC, re- duz a secreção de H e a reabsorção de HCO3 e pode causar uma acidose metabólica.

No organismo existem quatro isoformas de AC (I-IV) e sua distribuição ao longo do néfron tem sido muito estudada.37,38 A isoforma tipo I é encontrada no citoplasma das células renais, enquanto a do tipo IV é encontrada na membrana plasmática. Nas células do túbulo contornado proximal, a AC é encontrada tanto no citoplasma quanto na membrana apical e na basolateral. A atividade enzimática é aparentemente reduzida nos segmentos terminais do túbulo proximal. A porção espessa ascendente da maioria das espécies estudadas mostrou uma atividade da AC no citoplasma e nas membranas apical e basolateral, embora o segmento do coelho seja uma exceção. As células intercaladas no ducto coletor contêm altos níveis de AC, que está correlacionada com o seu papel na acidificação urinária.

Fig. 5.2 Transporte de H e HCO3 pelas células intercaladas (Cl capítulo 553 cialmente balanceada pela produção de HCO3 através do metabolismo de aminoácidos aniônicos e ácidos orgânicos.

Entretanto, o efeito global do metabolismo é a produção resultante de ácido que entra na corrente sanguínea e é tamponado pelo HCO3 extracelular. Estes ácidos são filtrados no glomérulo e titulados pelo mecanismo de secre- ção de H , descrito anteriormente.

A Fig. 5.3 ilustra um exemplo de titulação de fosfato em que a quantidade de ácido titulável na urina pode ser determinada medindo a quantidade de base forte necessária para trazer de volta o pH urinário para o mesmo pH plasmático, que é em torno de 7,4. Quantitativamente, é o ácido titulável mais importante. O H secretado combina-se com o fosfato monoidrogênico para formar o fosfato diidrogênico que é excretado pela urina final. O im- portante evento neste processo é que um novo íon HCO3 (isto é, aquele que não foi filtrado) é formado na célula e absorvido para repor o HCO3 usado no tamponamento extracelular.

Três fatores determinam a eficácia da excreção de ácido titulável: 1) a quantidade total de ácido fraco disponível para a titulação; 2) o pK do ácido fraco; e 3) o limite de capacidade do rim acidificar a urina (isto é, o menor pH urinário). A reação de equilíbrio de fosfato é um bom exemplo:

O menor pH urinário que o rim é capaz de produzir é cerca de 4,5 ([H ] 3,2 10 5 M). A este nível, H -ATPase não é capaz de bombear íons H contra um gradiente de concentração (entre a célula e o lúmen) tão grande (maior que 1:1.0). A um pH de 4,5, virtualmente todo o fos-

H3PO4 não pode ser formado em grande quantidade na urina porque o baixo pK desta reação está fora da ampli- tude de variação do pH urinário. Deve ser observado que o menor pH urinário é obtido no ducto coletor, enquanto o pH no final do túbulo proximal é cerca de 6,5. Se mais fosfato puder ser liberado para o ducto coletor, então mais H2PO4 poderá ser formado no lúmen e mais

HCO3 novo poderá ser liberado para a corrente sanguínea. Outros ácidos que são titulados são: citrato acetato e creatinina, mas eles contribuem muito pouco para a quantidade total de ácido titulável comparado ao fosfato. Simplesmente não há ácido titulável suficiente para o rim re- por completamente o HCO3 usado no tamponamento de ácidos não-voláteis. Felizmente, o rim utiliza um outro mecanismo para gerar novo HCO3 , que é a síntese e a excreção de amônia.

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