Regulação Renal de Potássio

Descrição Geral

Introdução

Distribuição de potássio:

• Espaço de fluido intracelular (FIC): 98%
  • Mantido pela ATPase Na⁺/K⁺ (requer energia)
  • Crítico para a condução nervosa e para a contração muscular
• Espaço de fluido extracelular (FEC): 2%
  • Os níveis séricos de K⁺ representam apenas o K⁺ no FEC.
  • Valores normais: 3,5-5,2 mEq/L

Mecanismos de equilíbrio do K⁺:

• Ingestão através da dieta
• Perdas pelo trato gastrointestinal (5%–10%)
• Perdas renais (90%–95%)
• Deslocação transcelular de K⁺:
  • Redistribuição entre o FIC e o FEC
  • Evita o ↑ excessivo na concentração de K⁺ no FEC
  • O K⁺ desloca-se principalmente do FEC para as células musculares e hepáticas.

Processos renais para regular a água, os electrólitos e os resíduos

• Filtração: O plasma é filtrado nos capilares glomerulares, criando um filtrado que passa através dos túbulos renais.
• Reabsorção: Os solutos e a água necessários são reabsorvidos do lúmen do túbulo de volta para o sangue.
• Secreção: Os produtos residuais são secretados intencionalmente para o lúmen.
• Excreção: O filtrado restante nos túbulos é excretado como urina.

Revisão da anatomia do nefrónio

Os nefrónios são as unidades funcionais do rim.

Segmentos do nefrónio (na ordem pela qual o filtrado flui):

• Cápsula de Bowman
• Túbulo contornado proximal
• Ansa de Henle:
  • Porção descendente fina
  • Porção ascendente fina
  • Porção ascendente espessa
• Túbulo contornado distal
• Ducto coletor

Tipos de nefrónios:

• Cortical (ou superficial): as ansas de Henle só penetram até à profundidade da medula externa.
• Justamedular:
  • Nefrónios cujas ansas penetram até à medula interna
  • Permitem o ↑ concentração da urina (devido ao ↑ osmolalidade na medula interna)

Regulação do Potássio no Glomérulo, no Túbulo Proximal e na Ansa de Henle

Glomérulo

• O K⁺ é filtrado livremente do sangue que passa pelos capilares glomerulares para o espaço de Bowman.
• Não há nenhuma ação reguladora no glomérulo.

Túbulo proximal

As células do túbulo contornado proximal têm a maior capacidade de absorção de todo o nefrónio. Toda a glicose, aminoácidos e cerca de 65% do Na⁺ e água são reabsorvidos no túbulo proximal, além da maioria do K⁺.

• Cerca de 65%-70% do K⁺ filtrado é reabsorvido.
• A reabsorção é paracelular (entre as células) em vez de transcelular (que é um processo ativo que requer energia).
• O transporte paracelular passivo ocorre via:
  • Difusão
  • Arrasto pelo solvente

Lembre-se dos 3 Ps:

• Túbulo proximal
• Transporte passivo
• Paracellular

Porção ascendente espessa da ansa de Henle

Cerca de 10%–25% do K⁺ filtrado é reabsorvido na ansa de Henle. A reabsorção envolve as seguintes 2 proteínas de transporte na membrana luminal:

• Cotransportador NKCC2:
  • Transporte ativo (requer energia da ATPase Na⁺/K⁺ basolateral)
  • Transporta o seguinte para dentro da célula a partir do lúmen do túbulo:
    • 1 Na⁺
    • 1 K⁺
    • 2 Cl^–
  • Mantém a neutralidade elétrica ao mover 2 iões com carga positiva e 2 iões com carga negativa juntos, tudo na mesma direção
  • Os diuréticos da ansa (furosemida, torsemida, bumetanida) inibem o NKCC2 → retém Na⁺, K⁺, e Cl^– no lúmen.
• ROMK (canal externo renal medular de potássio):
  • Permite que o K⁺ saia da célula para o lúmen tubular
  • Um canal regulado para o transporte passivo
  • Estimulado pelo ATP intracelular baixo: a ATPase Na⁺/K⁺ utilizou o ATP para trazer o K⁺ para a célula, que precisa de ser excretado.
  • Importante para a reciclagem do K⁺ para permitir que o NKCC2 continue a sua função:
    • Há uma concentração muito maior de Na⁺ do que de K⁺ no lúmen do túbulo.
    • A reciclagem do K⁺ no lúmen do túbulo permite ao NKCC2 continuar a trazer mais Na⁺ para as células.

Regulação de Potássio nos Ductos Coletores

Embora as maiores quantidades de K⁺ sejam reabsorvidas nos túbulos contornados proximais, os locais primários de regulação significativa de K⁺ ocorrem nos ductos colectores, dentro das células principais e das células α-intercaladas.

Células principais

• Localizadas nos ductos coletores corticais
• Membrana basolateral:
  • ATPase Na⁺/K⁺: 3 Na⁺ saem da célula, 2 K+ entram na célula
• Membrana luminal:
  • Canal epitelial de sódio (ENaC): 1 Na⁺ move-se para a célula.
    • Por cada Na⁺ que entra na célula, um Cl^– permanece no lúmen tubular.
    • Cria um gradiente elétrico onde a membrana luminal é mais negativa.
  • Canal ROMK: Um K⁺ move-se para fora da célula.
• O K⁺ move-se para as células principais a partir dos capilares através da ATPase Na⁺/K⁺ (transporte ativo) e para o lúmen através dos canais ROMK (transporte passivo regulado).

Excreção de K⁺ das células principais

O potássio sai para o lúmen através dos canais ROMK, que são controlados por fatores que afetam o transporte passivo:

• Gradiente de difusão:
  • ↑ Intracelular de K⁺ (o K⁺ está localizado principalmente no FIC devido à ATPase Na⁺/K⁺)
  • ↓ K⁺ luminal
  • Favorece o efluxo de K⁺ para o lúmen
• Gradiente elétrico:
  • No lúmen tubular, cada Na⁺ é acompanhado por um Cl^–.
  • Quando um ião de Na se move através do canal ENaC, o ião de cloreto que o acompanha permanece no lúmen tubular e gera o gradiente elétrico.
  • A carga luminal cada vez mais negativa atrai K⁺.
  • ↑ atividade do canal ENaC → ↑ eletronegatividade do lúmen tubular → ↑ afinidade para o K⁺ passar para o lúmen tubular através do canal ROMK
• Permeabilidade da membrana luminal ao K⁺ :
  • Os canais ROMK podem abrir e fechar.
  • Os canais ROMK abrem quando o ATP intracelular é baixo.

Regulação da excreção de K⁺ a partir das células principais

Existem 4 fatores primários que regulam a excreção de K⁺ ao nível das células principais:

• Aldosterona:
  • Estimula a ATPase Na⁺/K⁺ basolateral para trazer mais K⁺ para as células
  • ↑ Número de canais luminais abertos:
    • Canais ENaC E
    • Canais ROMK
  • Efeito final: ↑ excreção de K⁺
• Aumento da concentração plasmática de K⁺ (igual a aldosterona):
  • Estimula a ATPase Na⁺/K⁺ basolateral
  • ↑ Número de canais luminais abertos:
    • Canais ENaC E
    • Canais ROMK
  • Efeito final: ↑ excreção de K⁺
• Fluxo tubular distal:
  • Alto fluxo (por exemplo, poliúria):
    • K+ secretado pelo canal ROMK é rapidamente movido para a porção seguinte do nefrónio.
    • O gradiente de concentração favorece a difusão do K+ para o fluido tubular.
    • Efeito final: ↑ fluxo de urina = ↑ excreção de K+ (e ↓ K+ sérico)
  • Baixo fluxo (por exemplo, oligúria):
    • O K+ tubular permanece mais próximo do canal ROMK após a secreção.
    • Há menos gradiente de concentração para a difusão do K⁺ através do canal ROMK.
    • Efeito final: ↓ fluxo de urina = ↓ excreção de K⁺ (e ↑ K⁺ sérico)
• Entrega distal de Na⁺:
  • Entrega distal de Na⁺ elevada:
    • Há mais Na⁺ a mover-se para dentro da célula através do canal ENaC.
    • = Mais Cl^– deixado para trás no lúmen tubular
    • = Lúmen tubular mais eletronegativo
    • = Maior gradiente elétrico para secreção de K⁺ através do canal ROMK
  • Entrega distal de Na⁺ baixa:
    • Há menos Na⁺ a entrar na célula através do canal ENaC.
    • = Menos Cl^– deixado para trás no lúmen tubular
    • = Lúmen tubular menos eletronegativo
    • = menor gradiente elétrico para secreção de K⁺ através do canal ROMK
  • Os diuréticos da ansa e tiazídicos bloqueiam os canais NKCC2 na ansa de Henle:
    • Permite ↑ entrega de Na⁺ nos ductos coletores mais distais
    • Representa o mecanismo de hipocalemia devido a estes diuréticos.

Células α-intercaladas

As células α-intercaladas permitem o ajuste ótimo da excreção de K⁺ urinário.

• Localizadas no ducto coletor
• ATPase H⁺/K⁺ na membrana luminal:
  • 1 H⁺ para fora da célula, 1 K⁺ para dentro da célula
  • Proteína de transporte ativo (requer ATP para energia)
• Mecanismo de conservação de K⁺: permite a excreção de K⁺ urinário < 15 mmol/dia em estados hipocaliemicos devido a perdas não renais

Resposta à Ingestão de K⁺

Resposta normal à ingestão de K⁺

Uma dieta ocidental normal contém aproximadamente 40-120 mmol K⁺ por dia. A resposta normal ao K⁺ ingerido ocorre da seguinte forma:

1. O intestino absorve o K⁺ da dieta para a corrente sanguínea.
2. Deslocações transcelulares:
   • Os iões de potássio deslocam-se principalmente para as células musculares e hepáticas.
   • Evita aumentos excessivos na concentração de K⁺ no FEC
   • Promovidas pela insulina e atividade β₂-adrenérgica, uma vez que ambos ↑ a atividade da ATPase Na⁺/K⁺
3. O aumento da concentração do K⁺ do FEC desencadeia mecanismos para excreção de K⁺ renal
   • Nas células principais:
     • A ATPase Na⁺/K⁺ basolateral é estimulada.
     • ↑ Número de canais luminais ENaC e ROMK abertos
   • A produção de aldosterona é estimulada:
     • Estimula ainda mais a ATPase Na⁺/K⁺
     • Mais ↑ nos canais luminais ENaC e ROMK nas células principais
4. O deslocamento transcelular para as células musculares/hepáticas inverte-se gradualmente.
5. O restante da carga de K⁺ ingerida é excretada renalmente.

Anomalias

• Os rins regulam eficazmente a excreção de K⁺ (especialmente nas células α-intercaladas).
• Tanto a hipocaliemia como a hipercaliemia, devido à diminuição ou aumento da ingestão, são improváveis.
• Exceção: estados de desnutrição crónica (e.g., alcoolismo)

Relevância Clínica

Causas renais da hipocaliemia

Várias causas comuns de aumento das perdas urinárias de K⁺, levando à hipocalemia, incluem:

• Uso de diuréticos: os diuréticos podem afetar os níveis de K⁺ de várias maneiras. Diuréticos que atuam proximalmente aos ductos coletores, incluindo diuréticos da ansa e tiazídicos, aumentam o fornecimento distal de Na⁺, o que estimula a excreção de K⁺. A depleção de volume resultante da ação dos diuréticos também pode ativar o eixo RAA, aumentando a secreção de aldosterona, que por sua vez aumenta a excreção de K⁺.
• Um aumento primário na atividade mineralocorticoide: na maioria das vezes devido a um adenoma adrenal produtor de aldosterona ou a hiperplasia adrenal bilateral. Os pacientes com aumento da atividade mineralocorticoide geralmente também têm hipertensão arterial.
• Aniões não reabsorvíveis: a presença de aniões não reabsorvíveis no lúmen torna-o mais negativo, aumentando a quantidade de Na⁺ retida até aos ductos coletores. O aumento da entrega distal de Na+ e água leva então a uma maior troca de Na⁺ por K⁺ nas células principais, levando à hipocaliemia. Os aniões não reabsorvíveis incluem bicarbonato (aumenta com os vómitos e com a acidose tubular renal proximal), β-hidroxibutirato (aumenta na cetoacidose), e hipurato (aumenta com o uso de tolueno/inalação de cola).
• Cetoacidose diabética: existem 3 mecanismos diferentes que contribuem para a hipocaliemia na cetoacidose diabética.
  1. Uma diurese osmótica mediada pela glicose resulta num aumento da entrega distal de Na⁺ e água.
  2. A hipovolemia induz o hiperaldosteronismo.
  3. A produção do anião não absorvível β-hidroxibutirato é aumentada.
• Causas menos comuns: poliúria (devido à polidipsia psicogénica), acidose tubular renal, hipomagnesemia, uso de anfotericina B, e dietas hipocalóricas. Mutações nas proteínas tubulares de transporte, incluindo a síndrome de Liddle, síndrome de Bartter e síndrome de Gitelman podem causar ou contribuir para a hipocaliemia.

Causas renais da hipercaliemia

Várias causas comuns de diminuição das perdas urinárias de K⁺, levando à hipercaliemia, incluem:

• Redução da secreção de aldosterona: qualquer situação clínica que reduza a secreção de aldosterona irá reduzir a excreção de K⁺. As causas da redução da secreção de aldosterona podem incluir hipoaldosteronismo hiporreninémico (situações de sobrecarga de volume, nefropatia diabética, neuropatia autonómica e algumas doenças sistémicas) e hipoaldosteronismo hiperreninémico (incluindo insuficiência adrenal primária, uso crónico de heparina e várias anomalias congénitas). Vários fármacos também podem ser causadores, incluindo inibidores da ECA, AINEs, inibidores da calcineurina e heparina.
• Redução da resposta à aldosterona: causada por diuréticos poupadores de potássio como os antagonistas da aldosterona (por exemplo, espironolactona, eplerenona) e antagonistas dos ENaC (por exemplo, amilorida e triamtereno); acidose tubular renal dependente de voltagem (devido à reabsorção de sódio deficiente nas células principais); e pseudo-hipoaldosteronismo (um distúrbio genético raro que causa resistência à aldosterona).
• Redução da entrega de Na⁺ e de água distal:resulta da depleção efetiva do volume de sangue arterial, incluindo perdas gastrointestinais e renais, insuficiência cardíaca e cirrose. Quando a entrega distal de Na e a água diminui, é reabsorvido menos Na⁺ por troca com K⁺; portanto, é excretado menos K⁺.
• Doença renal aguda e crónica: à medida que o número de nefrónios funcionais diminui, a capacidade do rim para excretar K⁺ diminui. A excreção de potássio é mantida normalmente desde que o paciente seja capaz de responder à aldosterona, e a entrega de Na⁺ e água é mantida. A hipercaliemia tende a ocorrer em pacientes que são oligúricos ou que têm problemas adicionais que podem contribuir para a hipercaliemia.