COMPORTAMIENTO RENAL
DEL MAGNESIO
SU IMPLICACIÓN EN LA REGULACIÓN DE LA PRESIÓN ARTERIAL
Patrick Wagner Grau*
. ANÁLISIS SEGMENTARIO DEL
TRANSPORTE DE Mg.
. ASA DE HENLE (5)
. RAMA ASCENDENTE ANCHA: SEGMENTO
CORTICAL
. RAMA ASCENDENTE ANCHA: SEGMENTO
MEDULAR
. TÚBULO CONTORNEADO DISTAL Y CANALES COLECTORES (5)
. MECANISMOS DE
TRANSPORTE
. RAMA ASCENDENTE
ANCHA. SEGMENTO CORTICAL
. MAGNESIO
INTRACELULAR
. TÚBULO CONTORNEADO DISTAL
. MODULACIONES DEL TRANSPORTE DE MAGNESIO AL NEFRÓN
. ASA DE
HENLE Y RAMA ASCENDENTE ANCHA
. MECANISMOS DEL EFECTO
DE LAS HORMONAS EN EL SEGMENTO CORTICAL
. RECEPTORES SENSIBLES AL CAMBIO
. EFECTOS DE LA HIPOMAGNESEMIA
. REGULACIÓN DE LA PERMEABILIDAD DE LA VÍA PARACELULAR
. EFECTOS DE LA
HIPERMAGNESEMIA Y DE LA HIPERCALCEMIA
. TÚBULO CONTORNEADO DISTAL
. SIGNIFICACIÓN
FISIOLÓGICA DEL CONTROL HORMONAL MÚLTIPLE
Implicado en numerosos procesos
biológicos, el ión magnesio, Mg ++, desempeña un rol primordial en la vida de los
organismos vivientes (biosfera). Participa, principalmente, en la activación de diversas
enzimas, gracias a sus características fisicoquímicas, las que le permiten crear
complejos ternarios muy estables, como por ejemplo con los nucleótidos, que activan los
procesos de fosforilación. A este respecto, constituye el Mg++, uno de los elementos
esenciales del medio interno.
Como para todo el resto de los constituyentes del medio interno, que adaptan su excreción
a las fluctuaciones de los aportes cotidianos, es -naturalmente- el riñón quien mantiene
el equilibrio u homeostasis del balance de Mg++. No obstante, la exacta naturaleza de los
factores hormonales y no hormonales, implicados en dicha regulación, se nos escapa aún.
Esta situación no es, paradójicamente, consecuencia de la carencia de observaciones en
este campo, sino, por el contrario, proviene, en gran parte, del sinnúmero de datos que
no nos permite asignar a tal o cual factor un preciso rol regulador. Sucede, en realidad,
con el magnesio, lo mismo que con el resto de los constituyentes iónicos; en efecto, se
puede hoy precisar con exactitud la naturaleza y el grado de implicación de los elementos
que intervienen en la regulación del balance de sodio, de cloro y de potasio.
En esta breve revisión, trataremos de examinar el comportamiento renal del Mg++ y, luego,
la influencia de diversos factores, tanto no hormonales como hormonales, sobre la
excreción renal de este ión.
A consecuencia de los trabajos de Brown y su equipo (6), diversos estudios han revelado la
presencia, en la membrana plasmática o en el citoplasma de las células-blanco, de
receptores sensibles a los solutos extracelulares: desempeñarían un rol, al igual que
las hormonas, de primeros mensajeros. Existen tales receptores, sensibles al calcio, en
las membranas baso laterales de las células epiteliales renales (7), cuyo gen ha sido
clonado en la rata (8). Diversos índices funcionales permiten plantear la existencia, en
ciertos segmentos del nefrón, de receptores sensibles al sodio (9), a la urea (10), y,
también, de receptores sensibles al magnesio a los que acordaremos una especial
atención. Abordaremos, por fin, el análisis más general del control hormonal múltiple
de los epitelios renales, responsables de la regulación del medio interno. El análisis
del comportamiento renal del magnesio y de su control permite, en efecto, plantearse la
cuestión del reconocimiento de los factores que colocan al epitelio en la configuración
requerida para cumplir, de manera selectiva, su función reguladora frente a tal o cual
especie iónica, independientemente de las otras (11), (12). Sin hallarnos aún en
condiciones de resolver el intrincado complejo de los múltiples factores de regulación,
susceptibles de intervenir en esta función altamente integrada, nos permitiremos indicar
nuevas pistas que pudieran, en un futuro próximo, ponemos sobre la vía de la solución.
Filtración glomerular
y transporte proximal (5)
Alrededor del 70% del magnesio plasmático circula bajo una forma que es ultrafiltrable
por las membranas glomerulares. La fracción restante forma complejos con los iones
citrato, oxalato o fosfato o está ligada a proteínas no ultra-filtrables. Se encuentra
en la orina, según las circunstancias, entre el 5 y el 20% del magnesio ultrafiltrado.
Cualquiera que sea la especie animal considerada, el túbulo proximal sólo transporta, en
el adulto, una pequeña cantidad, de alrededor del 10 - 15%, del magnesio que llega hasta
él. Esta limitada capacidad de transporte es consecuencia de la escasa permeabilidad al
magnesio de la vía paracelular de este epitelio y, con mucha probabilidad, de la pequeña
densidad, o incluso de la ausencia, de sistemas de transporte en las membranas de las
células proximales. En el animal joven, en cambio, parece que el túbulo proximal es
capaz de resorber entre el 50 y el 60% del magnesio filtrado, vale decir, un porcentaje
equivalente al del sodio o del agua. Esta resorción fraccionaria decrece con la edad
mientras que la del sodio y del agua se hallan ya definitivamente establecidas.
A lo largo de los nefrones
superficiales, asequibles a la micropunción, más del 60% del magnesio filtrado es
resorbido en el asa de Henle. Este transporte neto resulta esencialmente de la actividad
de la rama ascendente ancha. En la extremidad de las asas de Henle de los nefrones más
largos, asequible en la superficie de la papila en la rata joven, el débito fraccionario
de magnesio que llega es sensiblemente igual al del túbulo proximal, lo que sugiere
ausencia de movimientos netos de este ión a lo largo de los segmentos de la rama
descendente del asa.
Sin embargo, no es posible excluir la existencia de intercambios entre estos dos sitios
anatómicos, pues en la rata, después de una sobrecarga de magnesio, o también en un
roedor del desierto (Psammomys obesus), ha podido verse la adición de magnesio en el
fluido que llega a la extremidad de estas asas largas. La importancia cuantitativa de la
resorción, en el asa de Henle, está dada por la correlación que liga al débito de
magnesio que llega del asa de Henle al túbulo distal y el débito de magnesio excretado
por el riñón. Dicho de otro modo, toda variación de la resorción en el asa se traduce
por una modificación de la excreción de magnesio.
En razón de su facilidad
de obtención por microdisección, los segmentos corticales y medulares de la rama
ascendente ancha han sido particularmente bien estudiados, gracias a las técnicas de
microperfusión in vitro.
En la rata y el conejo, el flujo de resorción de magnesio es muy elevado en la porción
cortical. Su intensidad está ligada al valor de la diferencia de potencial, que es
generalmente de alrededor de + 12 a + 15 mV en condiciones normales en la rata (luz
positiva con relación al baño). El segmento cortical de la rama ascendente ancha
desempeña, pues, un rol primordial en el control del balance de este ión ya que es,
finalmente, él quien es directamente responsable de la tasa de excreción renal de
magnesio puesto que los segmentos terminales del nefrón sólo desempeñan un rol de
ajuste menor, dada la pequeña amplitud de los flujos, como lo señalaremos más adelante.
En la rata, el flujo neto
de resorción es muy limitado, incluso nulo, a nivel de la porción medular, aun si,
mediante un artificio experimental, se aumenta la diferencia de potencial transepitelial,
haciéndola pasar, por ejemplo, de +8mV, valor habitual para segmentos prefundidos in
vitro, a un valor del orden de +20 mV (13), (14). En síntesis, no se ha visto nunca
resorción neta alguna de magnesio, sea cual sea la diferencia de potencial. Curiosamente,
por el contrario, se ha visto que en condiciones en que el flujo neto de resorción de Na
Cl es nulo, se afecta el comportamiento de los iones divalentes (Ca++ y Mg++) (14).
En efecto durante la inhibición total del transporte activo de NaCl por furosemida, a
pesar de la caída de la diferencia de potencial a un valor cercano a cero, se constata
una significativa secreción de calcio y magnesio a la luz de las ramas ascendentes anchas
medulares, secreción que, paradójicamente, aumenta si se crea una diferencia de
potencial desfavorable a los movimientos pasivos de estos iones, de alrededor de + l8mV.
Esta secreción puede, así mismo, ser fuertemente inducida, sin aplicación de
furosemida, perfundiendo simplemente la luz con una solución que sólo contiene 5OmM de
NaCI mientras que el baño se mantiene en 150mM, condición que genera una diferencia de
potencial del orden de +24mV. Estos flujos de secreción no se modifican con la presencia
de AVP en el baño. Además, si se sustituye Na+ por K+ (25mM de K + reemplazan a 25 mM de
la N+ en la luz tubular), en presencia de furosemida, la diferencia de potencial permanece
muy cercana a cero. Se constata, no obstante, una secreción masiva de calcio y de
magnesio a la luz. Si, por el contrario, se crea una diferencia de potencial negativo del
lado de la luz, del orden, por ejemplo de - l5mV, no se constata movimiento alguno en
dichos iones divalentes en un sentido u otro. Sólo se puede concluir, por el momento,
teniendo en cuenta la impermeabilidad a los iones divalentes de la vía paracelular de
este segmento, que esta secreción tiene ciertamente un origen celular, pero ignoramos
todo acerca del o de los mecanismos responsables de dichos movimientos.
En la rata, el túbulo
contorneado distal resorbe alrededor del 5% del magnesio filtrado, lo que representa
aproximadamente la mitad del débito que sale del asa de Henle. La cantidad de magnesio
resorbida está en correlación con la cantidad que llega al túbulo distal. Ello se
observa cuando la cantidad que llega es modificada tanto por una variación de la
concentración de magnesio intratubular como por una modificación del débito de agua.
Dicha correlación no es modificada ni por la elevación de la concentración intratubular
del calcio ni por las variaciones en la resorción de sodio. Una amplia fracción de la
resorción de magnesio tiene lugar, con mucha probabilidad, en la primera porción del
túbulo: no se sabe a ciencia cierta si la segunda porción, vale decir, el túbulo
colector, es también sede de dicho transporte.
Disponemos de escasos datos acerca del transporte de magnesio a lo largo de los canales
colectores. Aquellos que resultan de la comparación del débito fraccionario en la
porción final del túbulo contorneado distal con el débito fraccionario en la orina
final o definitiva, parecen indicar un transporte neto nulo a lo largo de este trayecto
terminal del nefrón. Esta comparación, sin embargo, no puede ser sino una estimación
muy aproximada en razón del desconocimiento de la parte correspondiente a los nefrones
profundos en la elaboración de la composición de la orina. Empero, los estudios de
microperfusión de los canales colectores corticales o por micropunción en la porción de
estos canales, asequibles a la superficie de la papila, no han permitido detectar una
capacidad de transporte alguna de dichas estructuras en relación con el magnesio,
corroborando de esta manera las conclusiones obtenidas de modo indirecto.
Túbulo proximal
En razón de su pequeña intensidad en el adulto, el transporte de magnesio por el túbulo
proximal ha sido poco estudiado. Se trate de la porción contoneada o de la recta, la vía
paracelular posee una permeabilidad relativamente baja frente al ión magnesio, si se la
compara con la permeabilidad al sodio, que es muy elevada. Teniendo en cuenta la
orientación favorable de la gradiente eléctrica a lo largo de prácticamente todo el
túbulo proximal (alrededor de +3mV), es posible, pues, suponer que el magnesio pudiera
desplazarse a lo largo de la vía paracelular por simple difusión pasiva.
En dicho caso, el débito de magnesio que utilizaría esa vía sería del orden de 1 p
mol. min-1, mm-1.mV-1, lo que constituye un valor elevado, como lo veremos más adelante,
en relación con el del débito del íón que utiliza la vía paracelular del segmento
cortical de la rama ascendente ancha.
Un cálculo como éste se halla, sin embargo, sujeto a error en la medida en que, por un
cálculo de flujo, no es ciertamente la longitud del segmento tubular la que debe ser
tomada en cuenta, sino, específicamente, la geometría tubular.
Transporte activo
versus pasivo (5)
Tanto en la rata como en el conejo, el transporte de magnesio a través del segmento
cortical de la rama ascendente ancha depende del sentido y del valor de la diferencia de
potencial transepitelial. Si se perfunde un túbulo de rata, en condiciones simétricas
(150 mM de Na+ en el baño y la luz), el débito de resorción se sitúa próximo a 0,02 p
mol. min-1. mm-1. mV-1. Este valor permanece sensiblemente el mismo cualquiera sea el
valor o el origen de la diferencia de potencial, que ésta sea fijada experimentalmente
(bloqueando el transporte activo de Na Cl e imponiendo el sentido y el valor de la
gradiente eléctrica por medio de gradientes transepiteliales apropiadas de Na Cl), o que
la diferencia de potencial sea generada espontáneamente por el transporte activo de Na Cl
(5). Como lo indica la figura 1, sólo cambia el signo cuando el sentido del potencial se
invierte.
En presencia de furosemida y en ausencia de gradiente transepitelial de Na Cl, la
diferencia de potencial se derrumba y, paralelamente, el flujo de magnesio disminuye
considerablemente, sin alcanzar, empero, un valor nulo en la rata (15). Como en el caso
del segmento medular, evocado más arriba, se constata aquí también una ligera
secreción de magnesio en la luz, en presencia de este inhibidor, aun cuando la diferencia
de potencial sea nula. Ello hace suponer que pudieran también suscitarse fenómenos de
secreción de manera análoga en el segmento cortical.
Además, la aplicación en la región basolateral de ácido difenilámino -2- carboxílico
reduce la diferencia de potencial transepitelial, por inhibición de los canales de cloro
basolaterales, y disminuye proporcionalmente, en la misma proporción, el flujo de
resorción del magnesio. Cuando se perfunde la luz del túbulo con una solución que sólo
contiene 50 mM de Na+, mientras que el baño está en 150 mM, el potencial de dilución
así creado, establece una diferencia de potencial transepitelial muy elevada, de
alrededor de +30mV, que genera un importante flujo neto de resorción de magnesio (16),
(17), mientras que el flujo neto de sodio es nulo puesto que el flujo activo de resorción
se equilibra con el flujo pasivo dirigido en sentido inverso.
El conjunto de estas observaciones establece el carácter pasivo del transporte de
magnesio a través del epitelio del segmento cortical de la rama ascendente ancha,
transporte que debe, muy verosímilmente, utilizar la vía paracelular. Dado el sentido y
el valor de la diferencia de potencial transmembranal de la célula (del orden de -8OmV en
relación con el medio extracelular) y el nivel de la actividad del Mg++ intracelular
(alrededor de 0,5 mM) (18), el paso a través de la membrana basolateral tendría lugar,
en efecto, en contra de una fuerte gradíente electroquímica, que requiere un sistema de
transporte activo que debiera permanecer operativo en el curso de las diversas situaciones
experimentales descritas más arriba.
Quamme y su equipo,
empleando células de origen renal en cultivo, determinaron la actividad intracelular del
Mg++ con la ayuda de una sonda fluorescente, la mag - fura 2 (18). Reportaron valores
cercanos a 0,5 mM, que son del orden de los generalmente determinados en otros tipos
celulares, de origen epitelial o no. El magnesio libre sólo representa del 1 al 3% del
magnesio total. La mayor parte de este elemento se halla ligado a compuestos tanto
orgánicos como inorgánicos.
Cuando se cultivan células provenientes de ramas ascendentes anchas, aisladas de la
corteza renal porcina mediante una técnica de doble anticuerpo, durante 16 a 24 horas en
un medio sin magnesio "0,1 mM), la actividad intracelular de este ión se establece
alrededor de 0,2 mM (19). Poniéndolas nuevamente (a las células) en presencia de un
medio rico en magnesio (5mM), se constata un aumento de la actividad del magnesio
intracelular hasta un valor de equilibrio de 0,6 mM. Los movimientos del magnesio que dan
cuenta de dicho aumento son relativamente específicos puesto que la carencia en Mg no
afecta a los movimientos de calcio y son, asimismo, independientes del contenido del medio
externo en cationes divalentes (Sr++, Cd++, Co++, Ba++ y Ca++). La misma técnica ha sido
puesta en práctica sobre cultivos de células renales de perro (MDCK) y de opossum (OK)
(18), (20). Dai y col han mostrado que la actividad intracelular de Mg podía hallarse
aumentada por el factor atrial natriurético y el 8-bromoguanosín 3´5 'monofosfato
cíclico (8BNPc), disminuida por la PTH, la calcitonina y el 8 -bromoadenosín Y 3´5´
monofosfato (21) y no influenciada por el pH intracelular o el contenido en ATP (21),
(22). Es probable que estos movimientos de Mg no tengan que ver con el transporte
transepitelial y estarían destinados a asegurar los requerimientos metabólicos de la
célula en relación con este elemento.
La diferencia de potencial
transepitelial del túbulo distal es, generalmente, del orden de -5mV a -1OmV y la
resistencia transepitelial es elevada. La actividad del Mg intracelular es cercana a 0,5
mM mientras que la concentración de este catión en el fluido tubular se halla
comprendida ente 0,2 y 1 mM, de acuerdo con las situaciones fisiológicas. Estas
características implican, por tanto, la intervención de un transporte activo y excluye,
a priori, la participación de la vía paracelular. La perfusión in vivo de túbulos
distales, además, con soluciones sin magnesio muestra que el flujo es unidireccional,
dirigido de la luz hacia la sangre, sin retorno en sentido inverso (23). Las exploraciones
in vivo o in vitro en túbulos aislados han proporcionado muy pocos datos acerca del o de
los mecanismos de transporte que prevalecen, en razón de la heterogeneidad del túbulo,
que comprende diversos tipos celulares muy diferentes entre sí, que se hallan más o
menos dispersos a lo largo de toda la estructura (24).
Los trabajos, actualmente en curso, sobre cultivos de células, provenientes de túbulos
contorneados distales, han de permitir, sin duda, hacer progresar nuestros conocimientos
en este campo. Quamme y su grupo han mostrado que la entrada al interior de la célula,
por la posible vía de canales específicos, se halla fuertemente influenciada por la
gradiente eléctrica transmembrana apical (25). La salida por la membrana basolateral,
necesariamente activa, implica la participación de un mecanismo aún desconocido.
Túbulo contorneado
proximal.
La resorción proximal de Mg es tan modesta, en comparación con la de los demás
constituyentes del ultrafiltrado glomerular, que no se justifica el determinar
experimentalmente la influencia de las situaciones que modifican el transporte de agua y
de solutos en esta porción del nefrón. En el estado actual de los conocimientos, está
uno tentado de decir que dicho transporte no parece estar afectado por ninguna de las
situaciones fisiológicas o fisiopatológicas (5) como la expansión del volumen
extracelular, la hipermagnesemia o la hipercalcemia o aun la administración de hormonas
como la PTH, la calcitonina o el glucagon que inhiben la resorción proximal de agua,
mientras que la arginina-vasopresina, aun cuando no afecta al débito de agua, no posee
tampoco efecto alguno.
Los efectos de un cierto
número de hormonas o agonistas (PTH, calcitonina, glucagon, arginina-vasopresina,
isoproterenol, insulina) sobre el transporte de los iones mono y divalentes han sido
estudiados in vivo en el asa de Henle de la rata (fig. 2) e in vitro sobre los segmentos
corticales o medulares de la rama ascendente ancha de ratón (fig. 2) o de conejo (27).
Brevemente, todos estos agentes estimulan estos transportes en el asa de la rata,
ejerciendo sin embargo, efectos diferentes en ambos segmentos. En los roedores (rata,
ratón) es posible concluir que estos agentes estimulan el transporte de magnesio y de
calcio sólo a nivel del segmento cortical y estimulan, así mismo, el transporte de Na Cl
en ambos segmentos (salvo la PTH, en ambas especies, y la calcitonina, en el ratón, que
sólo actúa sobre el segmento cortical). La cinética de las respuestas a las hormonas es
sensiblemente la misma, sea cual sea la naturaleza de la hormona y la especie iónica que
se considere. No sucede lo mismo para el retorno a las condiciones iniciales; la
reversibilidad es, en efecto, relativamente rápida en el caso de los iones monovalentes
mientras que es mucho más lenta para los divalentes.
En el conejo, a nivel del segmento cortical, la PTH y la calcitonina estimulan el
transporte de los iones divalentes, no así el de los monovalentes. A nivel del segmento
medular, sus efectos no han sido estudiados.
En las tres especies citadas, las respuestas hormonales se corresponden con la
distribución de las actividades adenil-ciclásicas a lo largo de estos dos segmentos
(28).
Los efectos en el asa se traducen, in vivo, por una reducción de la excreción urinaria
de magnesio como también sucede en las situaciones de hipocalcemia o de hipomagnesemia.
Por fin, un número importante de situaciones, tales como la expansión del volumen
extracelular, la hipermagnesemia, la hipercalcemia, la acidosis metabólica, la
administración de diuréticos tienen fuertes repercusiones sobre las funciones del asa de
Henle donde inhiben la resorción de Mg, desencadenando, así, una fuga urinaria de este
ión (5).
En el conejo y la rata
pequeña, la adición de PTH al baño aumenta el flujo neto de resorción de Ca y Mg. Lo
mismo sucede con el flujo neto de Na Cl y con la diferencia de potencial transepitelial en
el ratón, mas no en el conejo. Los efectos de diversos otros agonistas u hormonas como
calcitonina, glucagon, arginina-vasopresina, isoproterenol e insulina, estudiados en el
ratón, indican un incremento del flujo de Na Cl por las hormonas después de un período
de alrededor de una hora (29), lapso después del cual, los flujos iónicos alcanzan sus
máximos valores y se vuelven refractarios a toda estimulación. En el curso de este mismo
período, las hormonas logran, no obstante, estimular los flujos de calcio y de magnesio
(30). Además, siempre en esta especie, cuando el túbulo alcanza un estado estacionario,
después del período refractario, el aumento del flujo de los iones divalentes, bajo el
efecto de las hormonas, no es proporcional al incremento de la diferencia de potencial.
Sin hormona, el flujo basal de Mg es del orden de 0,02 p mol. min-1. mm-1-, mV-1, mientras
que el componente del transporte hormono-dependiente es del orden de 0,12 p mol.min
-l,mm-1, mV-1, lo que indica o la participación de un componente activo expresado por la
hormona o un aumento de la permeabilidad de la vía paracelular con respecto a dichos
iones.
De hecho, el conjunto de observaciones recolectadas hasta ahora militan en favor de la
segunda hipótesis. En efecto, cuando se anula la diferencia de potencial, con la
administración de furosemida por ejemplo, las hormonas son incapaces de generar el menor
transporte de iones divalentes (15). Por el contrario, cuando se fija experimentalmente la
diferencia de potencial en un cierto valor, imponiendo, por ejemplo, una gradiente
transepitelial de Na Cl (50 mM en la luz y 150 mM en el baño), las hormonas son capaces
de incrementar el flujo de resorción de los iones divalentes, en ausencia de toda
variación de potencial así como en presencia o ausencia de un transporte activo de Na Cl
(16), (17). La presencia de PTH en el baño provoca un elevado transporte de Mg. Si se le
retira del baño, se produce una caída de dicho transporte iónico, a pesar del
mantenimiento del valor de la diferencia de potencial. Por lo tanto, parece evidente que,
en el segmento cortical de la rama ascendente ancha en la rata pequeña, el aumento de
flujo de Ca y Mg, por acción de las hormonas, resulta de los efectos sínérgicos de dos
factores: un aumento de la permeabilidad de la vía paracelular y un incremento de la
diferencia de potencial transepitelial (17). En el conejo, parece que sólo la
permeabilidad de la vía paracelular se vería modificada (fig. 4).
Se evoca, desde hace ya
algún tiempo, la existencia de receptores sensibles a los solutos: receptores sensibles a
la glucosa o a la presión osmótica que generan informaciones transmitidas, en los
organismos superiores, al SNC bajo la forma de potenciales de acción.
En la levadura Saccharomyces cerevisiae dos receptores sensibles al Na Cl extracelular
activan una sucesión de quinasas en respuesta a variaciones de la tonicidad del medio
ambiente, llevando a la fosforilación y a la activación simultánea de HQG1 (31), (32),
(33), una quinasa homóloga a la MAPK (mítogen-activated protein kinase) de los
eucariotas superiores. En las células epiteliales de la medular renal, han sido ya
identificadas tres quinasas activadas por la hiperosmolaridad (34). Se cuenta con una ERK
(extracellular signal-regulated kinase), una JNK/SAPK (es decir, una cjun N-terminal
Kinase) a la que también se denomina stressactivated protein kinase y una HOGI Kinase,
que desempeña un rol crucial en la respuesta celular al estímulo osmótico y en la
regulación de la expresión de los genes de los osmolitos.
Los trabajos de Cohen y col (34) han logrado establecer, sobre una línea de células de
canales colectores de la médula interna, que la úrea hipertónica (200 mM) aumenta la
transcripción de diversos genes de expresión precoz (lEG: immediate early gene),
especialmente de Egr-I, que es un factor de transcripción. Además, la urea hipertónica
aumenta la producción de inositol 1, 4, 5-trifosfato (IP3) por dichas células e induce
la fosforilación del residuo de tirosína de la isoforma de la fosfolipasa C específica
de la tirosina quinasa (PLC-TK).
Riccardi y col han aislado, a partir del riñón de rata, un receptor sensible al Ca++
(RaKCar), sigla de "rat kídney extracellular calcium receptor" (35), que
presenta un grado de homología elevado, cerca de 90% al nivel de aminoácidos, con
BoPCarl o bovine parathyroid extracellular calcium receptor. Esta nueva familia de
receptores pertenece a la superfamilia de receptores acoplados a las proteínas G. Posee
también la capacidad de activar la vía de la fosfolipasa C.
El receptor calcio-sensible se expresa tanto en los segmentos corticales como en los
medulares, lo que pudiera parecer paradójico pues, en la rata, estos últimos no
transportan ni Ca++ ni Mg++.
En realidad, es altamente probable que este receptor desempeñe un papel regulador en
relación con diversas funciones celulares, incluyendo los transportes iónicos. Se
concibe que la naturaleza de las especies iónicas que son objeto de esta regulación
puede ser diferente de la del ión que activa el receptor y dependa más bien de la
cascada bioquímica de eventos intracelulares que él (el receptor) desencadena.
Es interesante señalar que el receptor es también sensible al Mg++ extracelular, en
menor grado, sin embargo, que lo es al Ca++, lo que sugiere que el ión Mg pudiera,
asimismo, activar a este "sensor". El Mg, al igual que el Ca, podría pues
(indiferentemente) desempeñar un rol de primer mensajero ante este tipo de receptor,
hipótesis que algunos autores hacen ya suya (8).
La hipomagnesemia, de
origen alimenticio, aumenta la resorción de Mg (y de calcio) en el asa de Henle y, de
este modo, reduce la excreción de dicho ión (36), (37). Estos fenómenos intervienen muy
rápidamente, en menos de 24 horas, mientras que la concentración de Mg en plasma no
tiene aún tiempo de modificarse, de modo detectable, por la dieta (18). El vínculo entre
el contenido de la dieta y la resorción en el asa, no ha sido establecido. Sea como
fuera, el hecho de que esta dieta aumente la capacidad de transporte del asa de Henle para
Mg y Ca, se halla objetivada por los resultados obtenidos por Di Stefano y Witner (38), en
segmentos corticales de ramas ascendentes anchas, obtenidas de ratas pequeñas machos de 8
semanas, sometidas a una dieta carente de magnesio durante 36 horas. En relación con
ratas de la misma edad, sometidas a una dieta habitual, el transporte de Mg se incrementó
en un 143% y el de calcio en un 73%. Estos aumentos de flujo no se acompañaron de
variación alguna de diferencia de potencial transepitelial ni del flujo neto de Na Cl y
es signo de un aumento de la permeabilidad de la vía paracelular a estos cationes. Es muy
importante la edad del animal. Si los efectos de una dieta desprovista de Mg son
estudiados en ratas pequeñas que tienen sólo cuatro semanas, aquéllos no se
manifiestan: el transporte de los iones divalentes aún no se modifica. Se ha establecido
así que el flujo neto de resorción de Mg y de Ca aumenta muy significativamente entre la
cuarta y la octava semana, y también en este caso, dicho aumento tiene lugar sin
variación paralela de la diferencia de potencial transepitelial ni del flujo neto Na CI.
El fenómeno de maduración es, pues, muy selectivo puesto que, durante este período,
sólo afecta al transporte paracelular de estos dos iones, sin comprometer el transporte
transcelular (y sin duda, paracelular) de NaCI. La existencia de una maduración selectiva
de las funciones de transporte del asa está de acuerdo con los datos obtenidos, en la
rata, por estudios de micropunción (39). En esta especie, entre la segunda y la cuarta
semana, se constata un aumento de la resorción fraccionaria de Mg en el asa sin
variación de la resorción fraccionaria del sodio. Además, este aumento compensa la
disminución de resorción proximal del ión divalente, de suerte que la excreción
fraccionaria de Mg permanece constante. Desde un punto de vista fisiológico, una
compensación, por el asa, de la disminución de transporte proximal, sería capaz de
proteger al organismo de los efectos deletéreos de una fuga de magnesio especialmente
durante la infancia, en que una insuficiencia de este tipo puede acompañarse de
trastornos de las funciones del SNC.
Si resumiéramos las
observaciones recogidas sobre la permeabilidad de la vía paracelular del segmento
cortical de rata pequeña, se constata que, en ausencia de toda intervención, la
dirección y la intensidad del flujo neto de Mg, son fijadas por la diferencia de
potencial transepitelial. En los roedores, esta permeabilidad puede ser aumentada en forma
importante mediante una estimulación hormonal, y esta amplificación puede tener lugar
sin o con variación simultánea del flujo neto de Na Cl y de la diferencia de potencial
transepitelial, siendo los efectos sinérgicos en este último caso. En el conejo, ella
(la amplificación) interviene sin variación simultánea de estos parámetros. Puede,
asimismo, ser observada en ausencia de todo flujo neto de Na CI, anulando éste mediante
inhibidores específicos o por la instalación de una gradiente de concentración
transepitelial, que induce un flujo paracelular (pasivo) de igual intensidad, pero de
signo opuesto al flujo transcelular (activo). Cuando los flujos de resorción de los iones
mono y divalentes son estimulados por una hormona, la cinética de retorno a las
condiciones iniciales es más lenta para los iones divalentes.
La permeabilidad de la vía paracelular a los iones divalentes sigue un proceso de
maduración. Entre la cuarta y la octava semana, el transporte de dichos iones aumenta,
sin una variación del flujo neto de Na CI ni de la diferencia de potencial. Cuando los
túbulos son obtenidos de ratas pequeñas de 8 semanas, después de una dieta pobre en
magnesio a lo largo de las 36 últimas horas, es posible constatar que los flujos de Mg y
Ca están muy importantemente aumentados mientras que el flujo neto de Na Cl y la
diferencia de potencial no experimentan modificación. Este fenómeno aún no se produce
si las ratas pequeñas sólo tienen 4 semanas de vida.
El conjunto de todas estas observaciones sugiere, pues, fuertemente, la puesta en marcha,
en la vía paracelular, de un sistema de transporte específico del calcio y del magnesio,
que sigue un proceso de maduración y que es sensible al AMPc y a las modificaciones del
balance de Mg (o de calcio).
Se constata que una
sobrecarga del organismo en Mg o en Ca, que lleva a una hipermagnesemia o a una
hípercalcemia y, por tanto, a un aumento de la cantidad filtrada de estos iones, se
traduce por una inhibición simultánea de la resorción fraccionaria de Mg y de Ca, aun
cuando en valor absoluto, la cantidad resorbida de uno o del otro catión aumente en cada
caso (40), (41), (42). Sin embargo, cuando se perfunden segmentos corticales de ramas
ascendentes de conejo in vitro, el aumento de la concentración de Mg en el baño sólo se
acompaña de una inhibición de la resorción de este mismo ión, mientras que el
transporte de Ca no se modifica (43). Es posible observar un fenómeno similar con el
calcio: inhibición del transporte de Ca sin modificación del transporte de Mg (43). Las
experiencias de Quamme y Dirks (44) subrayan la diferencia entre las respuestas de la rama
ascendente ancha según el condicionamiento, in vivo o in vitro, empleado. En efecto, si
las asas de Henle son perfundidas in vivo, en la rata, los autores observan que la
cantidad de Mg resorbida aumenta con la cantidad de ión que llega y ello vale igualmente
para el Ca (40). Estas conclusiones han sido validadas por Shareghi y Agus (42), (43). Sin
embargo, según que esta relación se investigue en el animal normal o en el que presenta
una hipermagnesemia, es posible observar que a cada débito de magnesio que llega a la
rama ascendente, corresponde una cantidad resorbida tanto de Mg como de Ca muy inferior en
el animal con hipermagnesemia en relación con el animal normal mientras que el transporte
de Na+ y de Cl no se modifica (44).
De la misma manera, la hipercalcemia inhibe, a la vez, el transporte de Mg y de Ca, sin
afectar al transporte de Na+ y de CI-(40). Se pensó que la hipercalcemia (o la
hipermagnesemia), al disminuir la secreción de PTH, reduciría también el transporte de
los iones divalentes.
Esta interpretación no puede sostenerse ya hoy por dos razones principales: por una
parte, en los roedores, la PTH estimula tanto el transporte de los iones monovalentes como
el de los divalentes, en la porción cortical de la rama ascendente ancha (45). Sin
embargo, se observa aquí una disociación de los efectos sobre ambas clases de iones.
Además, debido a la existencia de un múltiple control hormonal de dichos transportes en
esta porción del nefrón (46), se sabe que la supresión, en la sangre circulante, de una
sola de las hormonas que estimulan al sistema adenilciclásico de las células de la rama
ascendente ancha, resulta insuficiente para modificar los transportes iónicos (27).
¿Cómo volver compatibles entre sí todas estas observaciones- Se podría imaginar que
los transportes de Ca y Mg están asegurados por dos "sistemas de transporte"
paracelulares, distintos para cada uno de los dos iones. Ello permitiría dar cuenta de
las observaciones de Sharaghi y Agus (43). La actividad de estos dos sistemas estaría
bajo un control común, regido por las hormonas que activan -directa o indirectamente la
vía del AMPc, que inducirían así una respuesta rápida. Ello explicaría las
observaciones realizadas con las hormonas, administradas in vivo e in vitro (27). Pero, es
perfectamente posible que la actividad de dichos sistemas se halle, asimismo, bajo la
influencia de receptores sensibles al Ca o al Mg extracelulares que, a través de la vía
de la fosfolipasa C, inducirían una respuesta más lenta, por inhibición o activación
de la trascripción de genes de expresión precoz cuyos productos estarían en relación
con estos sistemas. Gracias a este mecanismo, se daría cuenta del hecho que la
hipercalcemia o la hipermagnesemia, producidas in vivo, inhiben el transporte simultáneo
de los dos cationes divalentes (39), (43), y que la hipomagnesemia, inducida in vivo,
exalte, a la vez, la resorción tanto de Ca como de Mg, sin alterar el transporte de los
iones monovalentes (36), (37), (38). Para estudiar la influencia del calcio extracelular
sobre el transporte de los iones divalentes in vitro, habría que emprender la
investigación sobre túbulos renales de animales a los que se haya inducido
experimentalmente hipercalcemía o hipermagnesemia en las horas previas al estudio.
El conjunto de
observaciones realizadas in vivo e in vitro indican que la PTH, la calcitonina y el
glucagon estimulan el transporte de Mg en esta porción del nefrón (5). No se trata
ciertamente de las únicas hormonas que deban actuar sobre este transporte, puesto que un
gran número de agentes tienen como blanco a este mismo segmento, como las
prostaglandinas, ciertos factores de crecimiento, algún agonista adrenérgico y
colinérgico, la bradiquinina, ciertos mineralocorticoides.
La hipermagnesemia o la hipercalcemia inducen un aumento de la cantidad de Mg que llega al
túbulo, que se traduce por una disminucíón de la resorción fraccionaria del ión (44).
Es posible que situaciones tales como las modificacíones del equilibrio ácido básico,
la carencia de Mg, de fosfato o de potasio sean capaces de modificar el transporte del Mg
en este segmento. Estas hipótesis habrán de ser confirmadas en los próximos años.
De acuerdo a los trabajos de Gesek y Friedman y de Dai, Friedmann y Quamme (47), (48),
parece ser que la PTH, la calcitonina y el glucagon son capaces de estimular la entrada de
Mg al interior de la célula (48). Según Quamme, los mecanismos implicados serían de la
misma naturaleza que los que se ponen en acción para el transporte de calcio (47).
Al igual que en el caso del calcio (49), la hiperpolarización de la membrana apical
incrementa el ingreso del Mg. Las hormonas son capaces de provocar dicha
hiperpolarización (50). El NPPB, un inhibidor de los canales de cloro, aplicado en el
región basolateral, bloquea la estimulación hormonal para esta entrada de Mg, como lo
hace también la supresión de cloro ex terno.
De acuerdo con Gesek y Friedman(47), que se han interesado en los movimientos del calcio,
el AMPc activaría a los canales de cloro basolaterales, disminuyendo así la actividad
intracelular de cloro, favoreciéndose su ingreso apical. El aumento del flujo ingresante
de cloro hiperpolarizaría la membrana apical, lo cual favorecería la entrada del catión
(Ca++) a la célula.
Al igual que ocurre en el segmento ascendente ancho, una dieta pobre en Mg. se acompaña,
en el día mismo, de un aumento de la resorción distal de magnesio, sin variaciones del
transporte de Na ni del Ca (36), (37). La velocidad de entrada del Mg en las NDCK o
células hechas inmortales del túbulo contorneado distal de rata, está aumentada cuando
se cultivan en un medio sin Mg. La respuesta es relativamente rápida, bastando una a dos
horas de exposición.
Sin embargo, dicha respuesta se desarrolla en el tiempo, alcanzándose el efecto máximo
entre 4 a 5 horas después de la exposición (19). Se halla enlentecida por los
inhibidores de la síntesis proteica. Las células serían, pues, capaces de adaptarse
ellas mismas a la disponibilidad del organismo en magnesio mediante un mecanismo que aún
queda por dilucidar (25).
Además de las hormonas, otros agentes son capaces de modular los movimientos de Mg a lo
largo del túbulo distal. Amiloride tiende a disminuir la excreción de este catión. Este
hecho, bien establecido en el hombre, ha sido hallado también en la rata (51). Sin
embargo, los efectos de la clorotiazida son menos netos in vivo (25). Se reporta con
cierta frecuencia, aún cuando no en forma sistemática, una elevación de la tasa de
excreción de Mg bajo la influencia de dicho diurético.
En efecto, la clorotiazida induce una inhibición muy marcada de la resorción renal de Na
que sobrepasa ampliamente, en valores relativos, la disminución, cuando se observa, de la
resorción del Mg.
Los movimientos de Mg y de Na, sitio de acción de clorotiazida pueden, por tanto, ser
disociados, en el túbulo distal, por acción de dicho diurético así como por las
maniobras descritas más arriba.
El esquema de la figura 7
ilustra los principales sistemas de transporte del epitelio del segmento cortical, así
como las vías de regulación, entre las cuales, algunas no han sido formalmente
identificadas, que participan en el control de estos sistemas. La significación
fisiológica de estas múltiples vías de regulación está aún lejos de ser clara. En
efecto, la similitud de las respuestas celulares observadas con la mayor parte de las
hormonas que actúan sobre este segmento, plantea la cuestión de su redundancia (11),
(12).
Apoyándose en el hecho de que los receptores de calcitonina y de PTH parecen refractarios
a toda maniobra de desensibilización, mientras que los receptores de glucagon, de
catecolamina y sobre todo de AVP, son mucho más sensibles (52), podría plantearse la
existencia de dos clases funcionalmente distintas de receptores (5). Como la PTH y la
calcitonina son, evidentemente, las hormonas más importantes de homeostasis del calcio,
pudiera ser pertinente que dichas hormonas puedan mantener el nivel de transporte de los
cationes divalentes en circunstancias en que el transporte de Na CI debe ser deprimido.
Otra hipótesis posible: es conocido el hecho de que la gradiente longitudinal de
concentración puede ser muy fácilmente anulada. La supresión de PTI, de AVP, de
calcitonina y de glucagon en la sangre circulante derrumba totalmente, en menos de dos
horas, esta gradiente, al punto que la presión osmótica del tejido de la papila alcanza
un nivel cercano al de la sangre. Sin embargo, la reconstitución de dicha gradiente
necesita un período de tiempo mucho más largo, que puede ser de varios días según las
especies (53). Pudiera ser importante que la gradiente se mantuviera en cualquier
circunstancia, cualquiera que sea el nivel de tal o cual hormona circulante.
En el momento actual, parece, sin embargo, que la significación fisiológica de estos
controles hormonales (y también no hormonales, a través de los sensores) es bastante
diferente a lo que se pensaba (11), (12).
Se constata, en efecto, que la mayoría de las hormonas cuyos efectos han sido estudiados
hasta ahora, en la rama ascendente ancha, ejercen individualmente, a nivel del riñón,
dos efectos mayores simultáneos: una disminución de la excreción de Mg y un aumento del
poder de concentración del riñón. Es posible, entonces, preguntarse de qué manera el
riñón logra regular el balance de Mg en forma independiente del de agua. La pregunta es
pertinente puesto que se sabe que la rama ascendente ancha es capaz de adoptar
configuraciones especiales en que el transporte de los iones divalentes puede ser modulado
de modo independiente del de los iones monovalentes, como hemos anotado más arriba. En un
mismo epitelio, los transportes pueden ser, pues, objeto de regulaciones diferenciales, en
función de los requerimientos del organismo.
Las múltiples interacciones entre las diferentes vías de transducción, activadas por
primeros mensajeros, en cada una de sus etapas, sugieren fuertemente una regulación de
las funciones celulares de naturaleza combinatoria (11), (12).
Podría ser, efectivamente, la combinación de los efectos integrados de estas vías de
transducción sobre los diversos efectores celulares, que instalaría al epitelio tubular
en la configuración requerida para cumplir la(s) función(es) que imponen las exigencias
de la homeostasis. Sería la distribución de las hormonas en sangre y la concentración
de ciertos elementos del medio interno, las que, activando a los receptores, cada cual en
grado diverso, modificarían los sistemas de transporte de la célula para cumplir un
trabajo preciso en un momento determinado.
Un modo tal de regulación de tipo combinatorio ha sido ya postulado para la expresión de
los genes (54). La transcripción de un gen se halla sometida al control de numerosos
factores, activadores, o represores, que actúan finalmente sobre una de las tres ARN
polimerasas. La activación de los factores de transcripción en el núcleo puede llevarse
a cabo por intermedio de la superfamilia de las MAP-quinasas, un buen número de las
cuales son reguladas -en los mamíferos- por señales extracelulares (55), (56).
De acuerdo con Hill (57), el conjunto de las vías de transducción intracelulares, que
interaccionan unas con otras, ilustran el carácter combinatorio de las interacciones que
pueden intervenir a nivel del receptor mismo. Dichas interacciones pueden determinar la
naturaleza del complejo transcripcional y, en consecuencia, la naturaleza de la secuencia
de ADN que debe ser activado. Las interacciones combinatorias son capaces, pues, de
incrementar la especificidad de la respuesta. Pueden, asimismo, inducir la expresión de
diversos genes bajo el efecto de un estímulo único, con cinéticas de respuestas
diferentes, Las interacciones combinatorias pueden, por fin, cambiar la respuesta
cualitativa de un promotor ante los factores de transcripción, pudiendo inducir su
combinación una activación o una represión de la trascripción.
Si esta concepción de la regulación pluri-hormonal de la composición del medio interno
demuestra ser la correcta, será esencial orientarse hacía la investigación de los
mecanismos que le permiten a una célula el poder cumplir sus funciones reguladoras
independientemente las unas de las otras.
Ello podría ser explorado, por ejemplo, condicionando previamente a los animales con
dietas alimenticias apropiadas o con la aplicación de "cócteles" hormonales
sobre ramas ascendentes anchas microperfundidas in vitro, composiciones tisulares que
debieran revelar las combinaciones que favorecen tal o cual tipo de transporte o su
disociación, entre aquellos que utilizan la vía transcelular y los que transitan por la
vía paracelular. Sin embargo, como el nefrón está compuesto por una sucesión de
segmentos tubulares capaces de transportar la mayor parte de los elementos filtrados,
será necesario, más allá del nivel celular, alcanzar un nivel de integración
"segmentario" si se quiere comprender realmente la función reguladora del
riñón. Esta investigación a ese nivel resulta ser mucho más ardua que las
investigaciones del tipo anterior.
Una posible vía parece haberse abierto con el conocimiento próximo, o ya disponible, del
genoma de ciertas especies animales o vegetales y, en un futuro ya muy cercano, de la
totalidad del genoma humano. Disponemos, en efecto, de diversos métodos de exploración
que permiten determinar la naturaleza y el grado de expresión de los ARNm de los genes
activados por una situación fisiológica determinada (58), (59). Además de estas
informaciones genéticas, parece ser que, en un futuro bastante próximo, podremos
disponer, asimismo, de bancos de proteínas (60), (61).
Al evaluar, en forma simultánea, los eventos traduccionales y post-traduccionalies, en
respuesta a una situación dada, podremos conocer a los actores de la respuesta, su rol y
su grado de implicación. Es quizás así, como podremos abordar aquello que representa
uno de los grandes desafíos de la biología: otorgar una significación de conjunto a la
organización de los sistemas complejos que constituyen a los seres vivos (62), sistemas
que, entre otras muchas acciones, regulan también los niveles de la presión arterial en
el hombre y en los mamíferos superiores (63).
Bibliografía
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* Médico
Internista-Nefrólogo.
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