Efecto de la expansión de volumen con solución salina hipertónica e isotónica y glucosa isotónica sobre el transporte de sodio y agua en las células principales del riñón

En el presente estudio examinamos el efecto de una carga aguda de volumen intravenoso de 0.9% de solución salina, 3% de solución salina e infusiones de glucosa isotónica sobre la u-AQP2 y la u-ENaCγ en un estudio aleatorio y cruzado de sujetos sanos. El objetivo era evaluar la actividad de transporte a través de los canales de agua de la acuaporina 2 y los canales de sodio epiteliales en las células principales de la parte distal de la nefrona.

Durante la infusión y en el período inmediatamente posterior, se producen cambios fisiológicos adaptativos en la función renal y en las hormonas vasoactivas. Por lo tanto, cabe esperar que los principales cambios en las variables de efecto se produzcan después de la infusión. En el presente estudio, se prestó especial atención a los cambios en las variables de efecto en el último período posterior a la infusión (Post infusión 210-240), es decir, entre 60 y 90 minutos después de haber cesado la infusión. Durante este periodo, la u-AQP2 aumentó tras la infusión de solución salina hipertónica e isotónica y disminuyó tras la infusión de glucosa. Al mismo tiempo, u-ENaCγ aumentó tras la infusión de solución salina hipertónica y permaneció sin cambios tras la infusión de solución salina isotónica y de glucosa.

U-AQP2 tras la infusión de solución salina hipotónica e isotónica y de glucosa isotónica

La aquaporina-2 (AQP2) se localiza en las células principales del conducto colector y se expresa en la membrana plasmática apical . La vasopresina (AVP) regula la AQP2 al unirse a los receptores V2 de la membrana basolateral, . La exposición a corto plazo a la AVP provoca el tráfico y la inserción de las vesículas intracelulares, que contienen AQP2, en la membrana apical y aumenta la permeabilidad y la absorción de agua. La regulación a largo plazo se produce a lo largo de un período de horas a días, y está causada por la transcripción de genes regulada por el AVP, que da lugar a un aumento de la abundancia de AQP2 en toda la célula. Los experimentos en ratas mostraron que la infusión de dDAVP aumentó la u-AQP2 . Esto es coherente con la opinión de que el aumento de la entrega de los canales de AQP2 a la membrana apical resulta en un aumento de la excreción de AQP2 después de la estimulación con AVP . Aproximadamente el 3% de AQP2 en el conducto colector se excreta en la orina, pero se desconocen los mecanismos subyacentes.

La expansión del volumen con solución salina hipertónica al 3% aumenta la osmolaridad del plasma más allá del umbral de los osmorreceptores hipotalámicos, lo que desencadena la liberación de AVP y el consiguiente aumento de u-AQP2. Saito et al encontraron una relación significativa entre la excreción urinaria de AQP2 y p-AVP en sujetos sanos tras una infusión de solución salina hipertónica al 5% . Pedersen et al. encontraron una correlación positiva entre la u-AQP2 y la p-AVP durante 24 horas de privación de agua y tras una infusión de solución salina hipertónica al 3%. Así, estudios anteriores en humanos han demostrado que la actividad de los canales de agua AQP2 puede determinarse midiendo la u-AQP2 . Sorprendentemente, Baumgartner et al no encontraron ningún cambio en la u-AQP2 tras la infusión de NaCl al 2,5% en voluntarios sanos, a pesar de un aumento significativo tanto de la osmolaridad de la orina como de la AVP . Sin embargo, la carga de agua oral fue 3-4 veces mayor antes de la infusión en comparación con nuestro estudio. Así, la gran carga de agua antes de la infusión podría haber anulado los efectos estimulantes de la solución salina hipertónica. Como se esperaba, nuestro estudio mostró que la u-AQP2 aumentó después del 3% de NaCl con un aumento correspondiente de la osmolaridad de la orina y una reducción del CH2O. Por lo tanto, nuestros resultados indican un aumento de la reabsorción de agua a través de los canales de agua de la acuaporina-2 en los túbulos distales. Antes del aumento de la u-AQP2, se produjo un aumento brusco de la p-osm y la p-AVP inducido por la infusión salina hipertónica. Los estudios en animales han demostrado que la hipertonicidad puede provocar una regulación al alza de la expresión de AQP2 en la membrana apical comparable a la conseguida con AVP solo. No se puede excluir que esto pueda desempeñar un papel activo en el aumento de la excreción de u-AQP2. Lo más probable es que el aumento de la reabsorción de agua estuviera mediado por un aumento de la p-AVP. U-AQP2 continuó aumentando durante todo el día de examen, lo que sugiere que los canales de AQP2 permanecieron insertados y activos en la membrana apical debido a las acciones del elevado p-AVP.

La infusión de solución salina isotónica deprime la reabsorción fraccional de agua y sal en los túbulos proximales de los animales . En el presente estudio, la infusión de NaCl al 0,9% provocó la misma respuesta en u-AQP2, u-osm y CH2O que la infusión de NaCl al 3%, aunque en menor medida. Hubo un pequeño aumento de la p-osm hasta un nivel máximo de 286 mosmol/kg que corresponde a un aumento del 0,5%. Este aumento está por debajo del umbral osmorreceptor, y no vimos, ni esperamos, ningún cambio significativo en la p-AVP. Por lo tanto, la AVP no podría ser el principal regulador de la AQP2 durante el 0,9% de NaCl. Lo más probable es que el aumento del transporte de agua a través de la AQP2 sea un fenómeno compensatorio para antagonizar una disminución de la absorción renal de agua en los túbulos proximales, que se produce tras la expansión isotónica de volumen. El mecanismo podría deberse a un aumento de la actividad del sistema de péptidos natriuréticos.

La infusión de glucosa al 5% provoca una expansión de volumen distribuida por todas las fases fluidas del organismo con sólo un aumento muy pequeño del volumen plasmático. Esto se ilustra en las mediciones de la albúmina plasmática, donde las concentraciones a los 240 min eran prácticamente iguales a las de la línea de base (Tabla 4), lo que indica que no hay cambios en el líquido extracelular. Según nuestros conocimientos, ningún estudio ha medido la u-AQP2 tras la infusión de glucosa. Un estudio de sujetos sanos demostró que tras una carga de agua oral de 20 mL/kg durante 15 minutos (ingesta media de 1605 ml) la u-AQP2 disminuyó un 17% tras 210 minutos. En un estudio reciente, los sujetos recibieron una carga de agua oral de 20 ml/kg durante 15 minutos (ingesta media de 1.389 ml), con la consiguiente disminución del 27% de la u-AQP2 después de 240 minutos. Tanto la osmolaridad plasmática como la p-AVP disminuyeron. Así, se ha demostrado que la u-AQP2 se reduce durante la diuresis hídrica tras la ingesta de agua por vía oral.

En nuestro estudio, los sujetos recibieron una media de 1736 ml de glucosa IV. En el último periodo post infusión se produjo la respuesta acuática esperada, con una disminución del 16% de la u-AQP2cr, una disminución de la u-osm y un aumento de la UO y CH2O. La osmolaridad plasmática disminuyó de 285 mosm/kg a 280 m0sm/kg, es decir, un descenso del 2%, pero sin que se produjera una reducción de la p-AVP. Nuestros resultados indican una menor reabsorción de agua a través de los canales de agua de la acuaporina-2 en los túbulos distales tras la infusión de glucosa isotónica. La falta de cambios en la p-AVP podría explicarse, en primer lugar, por el hecho de que los sujetos habían recibido 1225 ml de carga de agua por vía oral antes del inicio de la infusión, y esto podría haber suprimido la AVP en los periodos basales previos. En segundo lugar, las mediciones de la concentración de p-AVP podrían no ser lo suficientemente sensibles como para detectar una pequeña disminución. El péptido recientemente descubierto, Apelin, también puede desempeñar un papel. La Apelina se coloza con la AVP en las neuronas magnocelulares del hipotálamo . En voluntarios varones sanos, la disminución de la osmolaridad plasmática mediante la carga de agua redujo modestamente la p-AVP, pero la p-Apelina aumentó rápidamente. La regulación de la apelina es opuesta a la de la AVP y los datos sugieren que la apelina, al igual que la AVP, puede participar en la regulación de la homeostasis del agua. No medimos la p-Apelina, pero podría haber sido interesante investigar la apelina plasmática en paralelo con la p-AVP en condiciones de diferentes expansiones de volumen.

Así, en el último período post-infusión, la u-AQP2 aumentó aproximadamente en la misma medida después de las infusiones salinas hipertónicas e isotónicas, mientras que se observó una marcada caída después de la infusión de glucosa isotónica. Una posible explicación del retraso en los cambios de u-AQP2 podría ser que los cambios de AVP tardan pocos minutos en actuar sobre la célula principal, ya sea por inserción o eliminación de AQP2 de la membrana apical, pero se necesitan varios minutos antes de que el efecto se observe en la excreción de u-AQP2 en la orina.

U-ENaCγ tras infusión con solución salina hipotónica e isotónica y glucosa isotónica

El transporte de sodio a través del conducto colector se produce a través del canal de sodio epitelial y es responsable de la reabsorción del 3-5 % del sodio filtrado . El ENaC está compuesto por tres subunidades distintas: α, β y γ y se localiza en la membrana plasmática apical de las células principales . La ENaC es una diana de la aldosterona que actúa sobre el receptor mineralocorticoide. La aldosterona aumenta el transporte de sodio mediante la redistribución de las subunidades ENaC desde ubicaciones intracelulares a la membrana apical, así como la alteración de la transcripción de genes . Mientras que la acción de la aldosterona se produce a lo largo de horas o días, otra vía sinérgica implica al AVP . En los conductos colectores corticales de las ratas, la AVP se une a los receptores V2, estimula el AMPc y aumenta la reabsorción de sodio promoviendo el tráfico y la inserción de los ENaC en la membrana apical, induciendo un rápido cambio en la actividad del canal. Estudios recientes en humanos han demostrado que la AVP, a través de los receptores V2, estimula la reabsorción de sodio mediada por el ENaC a través de las células principales.

Fracciones del ENaC se excretan normalmente en la orina. Se supone que la cantidad de fracciones de ENaC refleja la actividad del transporte de sodio a través de los canales de sodio epiteliales, al igual que u-AQP2 refleja el estado funcional de los canales de agua AQP2. Recientemente, nuestro grupo introdujo un nuevo método para evaluar la reabsorción de sodio en las células principales de los túbulos distales. Lauridsen et al demostraron una correlación significativa entre los cambios en la excreción urinaria de sodio y los cambios en la excreción urinaria de la fracción beta (u-ENaCβ) en humanos sanos . Aparentemente, u-ENaCβ puede utilizarse como biomarcador del transporte de sodio vía ENaC. En el presente estudio, medimos la fracción gamma de la proteína de los canales de sodio epiteliales para evaluar la regulación ascendente y descendente de la expresión de γ-ENaC y el transporte de sodio a través de ENaC, tal y como informó previamente nuestro grupo.

El simportador de sodio-cloruro (NCC) en los túbulos contorneados distales (DCT) es como otra de las principales vías de reabsorción de sodio. La reabsorción de sodio en el DCT es esencial para definir la cantidad de entrega de sodio a las células principales del conducto colector. Está ampliamente aceptado que la NCC está regulada por la Ang II y la aldosterona . Los estudios también han demostrado que la AVP elevada aumenta la fosforilación del NCC y presumiblemente da lugar a una mayor reabsorción de sodio.

Los estudios experimentales con animales han demostrado que la solución salina isotónica e hipertónica IV redujo la reabsorción de sodio en los túbulos proximales y, por tanto, aumentó la cantidad de sodio en la orina . Andersen LJ et al estudiaron los efectos de la solución salina hipertónica e isotónica en sujetos sanos con una dieta controlada. Los sujetos recibieron una carga de sodio por vía intravenosa de 25 ml/kg de solución salina isotónica o 4,5 ml/kg de solución salina hipertónica al 3% durante 90 minutos. La excreción urinaria de sodio aumentó tanto con la solución salina isotónica como con la hipertónica, y la natriuresis tras la solución salina hipertónica superó a la de la solución salina isotónica. El sodio plasmático y la osmolaridad plasmática aumentaron sustancialmente después de la solución salina hipertónica, al igual que la p-AVP. Nuestro estudio mostró que la infusión de NaCl al 3% aumentó el u-ENaCγ, el FENa, el p-Osm, el p-Na y el p-AVP. Por lo tanto, nuestros hallazgos reflejan un aumento de la reabsorción de sodio vía ENaC en las células principales, y además confirmaron los resultados de Andersen et al . El aumento de la u-ENaCγ podría explicarse en parte por una disminución considerable de la absorción renal de sodio proximal en la nefrona, compensada y ajustada por un aumento de la absorción en la parte distal. Sin embargo, el aumento de la p-AVP observado inmediatamente después de la infusión de NaCl al 3% también podría indicar que el aumento de la u-ENaCγ está causado por acciones de la AVP. Un mayor movimiento de sodio desde el lumen a la célula a través de ENaC teóricamente impulsaría la secreción de potasio a través de los canales ROMK . Sorprendentemente, medimos un descenso en la excreción de potasio en la orina. Esto podría argumentar en contra de un papel importante del transporte de sodio mediado por ENaC. Si el NCC aumentara la reabsorción de sodio, tanto para compensar la disminución de la reabsorción proximal como debido a la elevada p-AVP, entonces se transportaría menos sodio por el ENaC y, por tanto, no se produciría la secreción de potasio. Un posible papel del NCC después de la infusión con solución salina hipertónica es puramente especulativo ya que no medimos la actividad del NCC. Quizás no vimos el efecto positivo en la secreción de potasio dentro de nuestros límites de tiempo. Sin embargo, el transporte de potasio es complejo y los factores que modulan el transporte de potasio, como la alteración del flujo tubular y el aldosterón, son muchos.

Después de la expansión de volumen con solución salina isotónica, la presión oncótica se reduce ligeramente, lo que conduce a un aumento inmediato de la TFG y a una menor reabsorción de agua en el túbulo proximal. Medimos un pequeño aumento de la TFG y de la producción de UO. La excreción de sodio aumentó, pero el u-ENaCγ, el p-Na, el p-osm y el p-AVP permanecieron inalterados, por lo que los resultados fueron los esperados. En cuanto al CCN, no cabría esperar ningún cambio en la reabsorción de sodio mediada por el CCN durante la salina isotónica.

Ningún estudio ha evaluado el u-ENaCγ durante la diuresis de agua. En nuestro estudio, medimos una tendencia a la reducción de u-ENaCγ tras la infusión de glucosa que refleja una pequeña reducción de la reabsorción de sodio vía ENaC en la célula principal. Como se ha mencionado anteriormente, medimos una caída del 2% en la p-osmolalidad tras la infusión de glucosa, lo que teóricamente debería desencadenar una disminución de la AVP. No detectamos una caída en la p-AVP, presumiblemente debido a una baja p-AVP causada por la carga oral de agua por adelantado o al hecho de que las mediciones de la concentración de p-AVP pueden no ser lo suficientemente sensibles para detectar pequeños cambios. Podría plantearse la hipótesis de que la disminución de la u-ENaCγ podría deberse a la falta de unión de la AVP a los receptores V2 en la membrana basolateral de la célula principal. La falta de estímulos de AVP conduce a un aumento de la endocitosis de los canales ENaC desde la superficie de la membrana hacia las vesículas de reciclaje, disminuyendo así la reabsorción de sodio.

Por lo tanto, en el último período posterior a la infusión, u-ENaCγ aumentó notablemente después de la infusión de solución salina hipertónica, se mantuvo aproximadamente en el mismo nivel después de la solución salina isotónica y disminuyó o tendió a disminuir en respuesta a la infusión de glucosa. El aumento del p-osm y del p-AVP se observó inmediatamente después de la interrupción de la infusión de NaCl al 3%. El retraso y el nivel constante de u-ENaCγ tras la solución salina hipertónica podrían explicarse por el hecho de que se necesitan pocos minutos para aumentar el tráfico de los depósitos intracelulares de los canales ENaC hacia la membrana apical, pero varios minutos para excretar ENaC en la orina tras la estimulación con AVP.

Hormonas vasoactivas

Además de la AVP, el sistema renina-angiotensina-aldosterona (RAAS) es un regulador clave de la excreción renal de sodio y, por tanto, del volumen de líquido corporal. Es bien sabido que la depleción de sodio activa y que la carga crónica de sodio reduce el SRAA. Los estudios in vitro e in vivo han demostrado que la aldosterona estimula el receptor mineralocorticoide para aumentar la transcripción de los genes que codifican las proteínas implicadas en el transporte de sodio, es decir, el ENaC y la Na,K-ATPasa.

Numerosos estudios sobre los cambios en el volumen sanguíneo han demostrado que los cambios agudos se asocian con ajustes inversos del sistema renina-angiotensina-aldosterona . En el presente estudio, la expansión de volumen con solución salina al 3% y al 0,9% dio lugar a una reducción similar y significativa de la RPC, la p-AngII y la Aldo, consistente con un aumento del volumen extracelular. Esto está de acuerdo con estudios anteriores.

Después de la infusión de glucosa, no medimos ningún cambio significativo en la RPC, p-AngII o p-Aldo. Esto era de esperar, ya que la infusión de glucosa no provoca ningún cambio marcado en el volumen extracelular. Nuestro estudio no fue diseñado para permitir cualquier efecto regulador de la aldosterona ya que la acción de la aldosterona ocurre durante horas o días. Por lo tanto, otros factores deben estar implicados en la regulación de la ENaC.

Fortalezas y limitaciones

La mayor fortaleza de este estudio fue el diseño como un estudio cruzado aleatorio con un grupo homogéneo de hombres y mujeres jóvenes sanos. Las condiciones de la prueba estaban muy bien definidas en cuanto a la dieta, la ingesta de sodio y de líquidos. Por lo tanto, los resultados no están confundidos por el diferente equilibrio de sal o agua. Este estudio sólo exploró los efectos agudos de la expansión de volumen. Sin duda, podríamos haber obtenido más información sobre los efectos a largo plazo de la expansión de volumen y la excreción urinaria de AQP2 y ENaCγ si el período posterior a la infusión hubiera sido más largo. Además, el estudio no fue controlado con placebo, mediante la infusión con una cantidad insignificante de solución salina al 0,9%. Esto podría haber distinguido los efectos de la expansión de volumen de la variabilidad general de la reabsorción de agua y sal. En este estudio no fue posible realizar mediciones de PNA. Esto podría haber contribuido positivamente a nuestros resultados.

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