Fisiología Renal
Julia Carracedo
1
, Rafael Ramírez
2
1: Departamento de Genética, Fisiología y Microbiología, Universidad Complutense/Instituto de
Investigación Sanitaria Hospital 12 de Octubre (imas12),
2 Departamento de Biología de Sistemas, Facultad de Medicina y Ciencias de la Salud (IRYCIS),
Universidad de Alcalá, Alcalá de Henares, Madrid.
Fecha actualización: 2020/10/05
TEXTO COMPLETO
Bibliografía recomendada
Renal Pathophysiology. The Essentials. 5ª Edición WOLTERS KLUWER
Rennke, H. - Denker, B. ISBN-13: 9781975109592
Fisiología Humana. Un Enfoque Integrado 8ª Edición. Editorial Medica Panamericana
S.A.Silverthorn, D ISBN-13: 9786078546220
Ganong Fisiología Médica. 26ª Edición LANGE MCGRAW HILL
Barrett, K. - Barman, N. - Brooks, H. - Yuan, J.
Medical Physiology. Principles for Clinical Medicine 5ª Edición WOLTERS KLUWER
Rhoades, R. - Bell, D. ISBN-13: 9781496388186
ÍNDICE
1. GENERALIDADES SOBRE LA FUNCIÓN RENAL
2. CARACTERISTICAS MORFO-FUNCIONALES DE LOS RIÑONES. LA NEFRONA
3. FISIOLOGÍA RENAL Y MANTENIMIENTO DEL AMBIENTE INTERNO.
4. FORMACIÓN DE LA ORINA. FILTRADO GLOMERULAR
4.1 Proceso de filtración
4.2 Presiones que afectan al filtrado glomerular.
4.3 Regulación del filtrado glomerular
4.4 Tasa de filtración glomerular
5. FORMACIÓN DE LA ORINA. INTERCAMBIO TUBULAR
5.1 Mecanismos de reabsorción y secreción tubulares.
5.2 Transporte en el túbulo contorneado distal y conducto colector
5.3 Secreción de substancias en la formación de la orina
6. FUNCION ENDOCRINA DEL RIÑON
6.1 Eritropoyetina y hematopoyesis
6.2 Producción de renina, regulación de la presión sanguínea y el pH
6.3 Hormona paratiroidea y calcitriol
6.4 Otros mediadores asociados a la actividad renal con función vascular y/o presora
6.5 Otras funciones endocrinas del riñón
7. REFLEXIÓN SOBRE LA FISIOLOGÍA RENAL
1. GENERALIDADES DE LA FUNCIÓN RENAL
Los riñones son órganos esenciales que, además de actuar a modo de filtro eliminando productos
metabólicos y toxinas de la sangre, participan en el control integrado del líquido extracelular, del
equilibrio electrolítico y del equilibrio acido-básico. Producen hormonas como el calcitriol o la
eritropoyetina, y en ellos se activan metabolitos como la enzima renina. Por ello, al describir la
fisiología renal, hay que recordar que va mucho más allá del estudio del órgano que regula la
excreción de productos de desecho
(Tabla 1). Esto es especialmente relevante en el ámbito de la
Nefrología, donde en ocasiones, la valoración de mantener, aunque solo sea de forma parcial esta
funcionalidad renal, alcanza una gran importancia.
Como ocurre con el resto de nuestro organismo, la fisiología renal está ligada a la estructura del
aparato excretor renal, diseñada para mantener un flujo unidireccional. Este flujo hará que la orina,
que inicia su formación en los riñones, órganos principales del sistema, pase a través de los uréteres
a la vejiga urinaria para su almacenamiento, para que posteriormente pueda ser eliminada a través
de la uretra. Para que esta actividad se lleve a cabo, los riñones cuentan con una vascularización
muy significativa, que facilita que, a pesar de su pequeño tamaño, reciban aproximadamente un 20%
del gasto cardiaco. Además, una destacada inervación por fibras nerviosas simpáticas, regula entre
otras actividades la liberación de renina, el flujo sanguíneo renal o la reabsorción de Na+ en las
células tubulares.
2. CARACTERISTICAS MORFO-FUNCIONALES DE LOS
RIÑONES. LA NEFRONA
Desde un punto de vista macroscópico (Figura 1), los riñones son dos órganos ovalados con una
indentación medial. Miden aproximadamente 11 x 7 x 3 cm y pesan unos 150 g, siendo normalmente
el riñón izquierdo algo mayor que el derecho. Los riñones se localizan en la zona retroperitoneal, en
la pared posterior del abdomen a ambos lados de la columna vertebral, desde la altura de la última
vértebra dorsal hasta por encima de la tercera vértebra lumbar. El riñón derecho suele estar algo
más bajo que el izquierdo, debido a la ocupación del espacio derecho por otros órganos
abdominales, como el hígado. La cara medial de cada riñón contiene una región con una muesca,
llamada hilio, por la que pasan la arteria y la vena renales, los vasos linfáticos, la inervación y el
uréter.
En un corte sagital del riñón pueden observarse las estructuras que conforman el órgano y que
clásicamente se conocen como corteza externa y regiones internas de la médula. La médula se
divide en 8-10 masas de tejido en forma de cono llamadas pirámides renales. La base de cada
pirámide se origina en el borde entre la corteza y termina en la papila, que se proyecta en el espacio
de la pelvis renal. El borde externo de la pelvis renal se divide en los cálices mayores, que se
extienden hacia abajo y se dividen en los cálices menores, que recogen la orina de los túbulos de
cada papila.
A nivel microscópico, se establece una unidad funcional renal, la nefrona
(Figura 2). Cada riñón
humano contiene alrededor de 800.000 a 1.000.000 nefronas, cada una de las cuales es capaz de
formar orina. A lo largo del envejecimiento renal normal, por lesión o por enfermedad, el número de
nefronas se puede reducir gradualmente debido a que no se pueden regenerar. Sin embargo, la
pérdida de nefronas no suele comprometer la función renal porque se producen cambios adaptativos
que suplen la funcionalidad en el resto del sistema.
Cada nefrona está formada por un agrupamiento de vasos capilares llamado glomérulo
(Figura 3),
por el que se filtran grandes cantidades de líquido desde la sangre, y por un túbulo largo en el que el
líquido filtrado se convierte en orina en su trayecto hacia la pelvis renal.
Los capilares glomerulares se ramifican y anastomosan y, comparados con otros capilares de otros
sistemas, tienen una presión hidrostática elevada (alrededor de 60 mmHg). Todo el glomérulo está
cubierto por la denominada cápsula de Bowman. El líquido filtrado desde los capilares glomerulares
circula hacia la cápsula de Bowman y después al túbulo proximal. Estas estructuras de la nefrona se
encuentran en la corteza del riñón. Desde el túbulo proximal, el líquido filtrado discurre hacia el asa
de Henle, que desciende hasta la médula renal. El asa de Henle está constituida por una rama
descendente y otra ascendente. Las paredes de la rama descendente y el segmento inferior de la
rama ascendente del asa de Henle son muy finas, y se llaman segmento fino del asa de Henle. Una
vez la rama ascendente del asa de Henle vuelve a la corteza renal, la pared se engruesa
denominándose segmento grueso del asa ascendente. En la zona final del segmento grueso de la
rama ascendente del asa de Henle, se localiza una placa de células epiteliales especializadas que es
la mácula densa, cuya función es fundamental como veremos más adelante. A continuación del asa
de Henle, el líquido llega al túbulo distal que se localiza en la corteza renal.
Al túbulo distal le siguen el túbulo colector cortical. Hay de 8 a 10 conductos colectores corticales
que se unen para formar un solo conducto colector mayor que discurre hacia el interior de la médula
y se convierte en el conducto colector medular. Los conductos colectores se van uniendo y formando
progresivamente conductos cada vez mayores que vacían su contenido en la pelvis renal.
Dentro de las características anatómo-funcionales del riñón hay que destacar la importancia de la
vasculatura. La arteria renal entra en el riñón a través del hilio y después se ramifica hasta formar
las arterias interlobulares, las arterias arciformes, las arterias interlobulillares y las arteriolas
aferentes, que terminan en los capilares glomerulares, donde se produce la filtración de grandes
cantidades de líquido y solutos para comenzar la formación de orina. Los extremos distales de los
capilares glomerulares coalescen hasta formar la arteriola eferente, que llega a la segunda red
capilar formando los capilares peritubulares, que rodean a los túbulos renales. En definitiva, se
puede afirmar que la circulación renal tiene dos lechos capilares, los capilares glomerulares y los
capilares peritubulares, que están dispuestos en serie y están separados por las arteriolas eferentes.
Estas arteriolas participan en la regulación de la presión hidrostática en los dos grupos de capilares,
ajustando la resistencia de las arteriolas aferente y eferente. Los capilares peritubulares continúan
hacia los vasos del sistema venoso, que discurren paralelos a los vasos arteriolares, abandonando la
sangre el riñón junto a la arteria renal y el uréter.
3. FISIOLOGÍA RENAL Y MANTENIMIENTO DEL
AMBIENTE INTERNO.
Si bien el concepto de "función renal" incluye todas las actividades desarrolladas en el riñón para el
mantenimiento de la homeostasis
(Tabla 1), si tuviésemos que elegir un concepto que refleje la
función renal, este sería su capacidad para mantener la homeostasis liquida en nuestro organismo a
través de la capacidad para depurar sustancias circulantes en el plasma sanguíneo. Esta es una
actividad estrechamente relacionada con la capacidad de los riñones para regular la concentración
de agua, la composición de iones inorgánicos, y mantener el equilibrio ácido-base.
Como una consecuencia de esta actividad reguladora del medio líquido, los riñones excretan
productos como la urea, generada del catabolismo de proteínas, el ácido úrico producido a partir de
ácidos nucleicos, la creatinina, derivada en gran medida de la actividad muscular, o productos
finales de la degradación de la hemoglobina. También a través de los riñones, se eliminan drogas y
otras sustancias químicas, como los aditivos utilizados en alimentación.
Proceso renal básico: Formación de orina
Los riñones procesan un volumen enorme de sangre cada día. Cada minuto, el flujo sanguíneo que
llega a los glomérulos renales es de unos 1200 mililitros de sangre, de los cuales, 650 ml
corresponden a plasma sanguíneo y de este, una quinta parte aproximadamente será filtrado en el
glomérulo. Esto implica que cada 24 horas, los riñones filtran más de 60 veces todo el plasma
sanguíneo.
Para evitar el enorme coste que la perdida de líquidos y otros elementos esenciales puedan
derivarse del proceso de depuración renal; tras el filtrado glomerular, la formación de orina se
completa con la reabsorción y filtración tubular, de forma que la orina contenga finalmente menos
del 1% de la parte liquida filtrada, y no se eliminen sales, iones y otros metabolitos que puedan ser
útiles
(Figura 4).
4. FORMACIÓN DE LA ORINA. FILTRADO
GLOMERULAR
Desde una perspectiva funcional, la formación de la orina se inicia en la cavidad glomerular, en la
que se puede distinguir una capa parietal externa de epitelio escamoso simple, que contribuye a su
mantenimiento estructural pero no participa en la formación de la orina; y una capa visceral, en la
que la red capilar vascular y las estructuras glomerulares prácticamente forman una unidad
funcional gracias a la actividad de células epiteliales ramificadas altamente modificadas llamadas
podocitos, que literalmente, van a abrazar a los capilares glomerulares.
4.1 Proceso de filtración
La filtración glomerular es un proceso pasivo. De hecho, este proceso de filtración no tiene apenas
gasto energético para el organismo, por lo que podríamos considerarlo un proceso meramente
mecánico en el que la presión hidrostática de la arteria aferente empuja literalmente a la sangre
contra la membrana de filtración glomerular.
4.1.1 Membrana de filtración glomerular. Esta membrana constituye una barrera que evita el
paso al túbulo renal de células y de la mayor parte de las proteínas plasmáticas, generando un
¿ultrafiltrado¿ compuesto fundamentalmente por agua y elementos de pequeño tamaño circulantes
en la sangre. Para realizar esta función, la membrana de filtración consta de un endotelio capilar
fenestrado, es decir, con poros capilares cuyo tamaño impide el paso de células o la mayor parte de
las proteínas.
4.1.2 Membrana basal. Situada entra la capa endotelial y la epitelial. Presenta un grosor de 240 a
340 nm. Está constituida fundamentalmente por colágenos de tipo IV y V, glicoproteínas, y
proteoglicanos como el heparán sulfato. Esta composición hace que presente una carga electro-
negativa que repele a pequeñas proteínas y otros elementos cargados negativamente que hubiesen
atravesado la barrera endotelial fenestrada.
4.1.3 Membrana podocitaria. Los podocitos son células polarizadas, con una parte apical
orientada hacia el espacio de la cápsula de Bowman y otra hacia la lámina basal del endotelio.
Presentan un citoplasma aplanado, que emite multitud de prolongaciones a modo de dedos que
literalmente abrazan a la lámina basal del endotelio, constituyendo los ¿pies interdigitados¿. Estos
pies, suelen contactar con otros ¿pies¿ de podocitos vecinos mediante complejos moleculares para
formar diafragmas de ranura, a través de los cuales moléculas de pequeño tamaño y elementos
líquidos pasaran de la estructura glomerular al túbulo.
Los podocitos mantienen una baja actividad mitótica, y su número permanece prácticamente
invariable al estar reprimida su capacidad replicativa. Pero esto no quiere decir que sean células
funcionalmente inactivas. De hecho, sintetizan y liberan entre otras moléculas colágeno de tipo IV,
fibronectina, laminina, o heparán sulfato, que hacen que presenten una carga electro-negativa muy
importante y colaboren en la actividad funcional de las células de la membrana basal.
Pero quizás la actividad más relevante de los podocitos en el filtrado glomerular sea la ligada a su
función en la arquitectura de la capsula glomerular. De una parte, al abrazar mediante los pies
interdigitados a los capilares glomerulares, contribuyen a que estos soporten la presión hidrostática,
ya que los podocitos tienen un citoesqueleto formado sobre todo por filamentos de actina que al
formar el complejo actina-miosina modulan la respuesta de los capilares a la presión hidrostática.
Por otra parte, a través de las ranuras que dejan estos pies podocitarios, el líquido y las pequeñas
moléculas que atraviesan las membranas precedentes salen del glomérulo renal. Para ello, resulta
clave la distribución homogénea de las podocitos mantenida gracias a su baja actividad replicativa, y
también que en las ranuras podocitarias se expresen moléculas de adhesión y proteínas de superficie
que mantienen una constante interacción entre podocitos vecinos.
Como resultado del proceso de filtración en la estructura glomerular, las moléculas de menos de 3
nm de diámetro, como el agua, la glucosa, aminoácidos y desechos nitrogenados, atraviesan este
filtro; mientras que las moléculas más complejas y con cargas eléctricas como proteínas o ciertos
oligoelementos, permanecen en la sangre, lo que resulta clave para el mantenimiento de la presión
coloidal osmótica en la misma, entre otras ventajas.
4.2 Presiones que afectan al filtrado glomerular.
Al tratarse de un proceso físico dependiente de presiones, los principios que rigen la filtración
glomerular no difieren de los establecidos para cualquier otro lecho vascular, y por tanto depende de
los siguientes factores:
4.2.1 Presión hidrostática sanguínea: La presión hidrostática en capilares glomerulares es
esencialmente la fuerza principal que empuja a la sangre contra la barrera de filtración glomerular.
Por esta razón, la presión sanguínea en el glomérulo renal es excepcionalmente elevada
(aproximadamente 55 mmHg) en comparación con la observada en otros lechos capilares que es de
26 mmHg. Para mantener esta elevada presión hidrostática sanguínea, arteriolas aferentes y
eferentes en el glomérulo presentan unas diferencias en su diámetro importantes. Esto hace que se
dificulte el drenaje capilar por la arteriola eferente, y se mantenga en todo el lecho capilar
glomerular una elevada presión hidrostática, generándose a nivel de arteria eferente una presión
promedio de 30 mmHg.
4.2.2 Presión hidrostática capsular: es la presión hidrostática ejercida contra la membrana de
filtración por el líquido del espacio capsular. Esta presión se opone a la filtración hacia el túbulo
renal y oscila alrededor de 15 mm Hg.
4.2.3 Presión osmótica coloidal en los capilares glomerulares: es la presión ejercida por las
proteínas en la sangre, que tiende a recuperar el agua filtrada. A nivel de la capsula glomerular se
mantiene de forma más o menos constante una presión coloidal de aproximadamente 30 mmHg.
Como se muestra en la (Figura 5), las presiones anteriores determinan la presión de filtración neta.
Esta representa el resultado de la suma de las presiones que favorecen o se oponen al filtrado
glomerular. En definitiva, a nivel capilar renal se genera una fuerza de empuje extremadamente
elevada y constante de unos 10 mmHg.
4.3 Regulación del filtrado glomerular
Como hemos comentado con anterioridad, el proceso de filtrado glomerular está condicionado por la
presión hidrostática capilar, que tiene que ser constante para garantizar una actividad funcional
eficaz de los riñones. Pero la presión sanguínea glomerular depende de la presión sanguínea
sistémica, y ambas presiones no siempre van a ir paralelas. Por ejemplo, si aumenta la presión
hidrostática glomerular, se producirá más filtrado y en consecuencia, más orina y una reducción en
la volemia con el consiguiente descenso de la presión sistémica. Por lo tanto, el mantenimiento de la
presión capilar renal depende de la regulación nerviosa y endocrina que regula la presión sistémica,
pero también cuenta con un sistema de autorregulación local o intrínseco que garantiza su
mantenimiento (Tabla 2):
4.3.1 Controles intrínsecos.
La arquitectura glomerular requiere que, para mantener una tasa de filtración casi constante, la
presión hidrostática capilar presente mínimas diferencias. Para ello, la red capilar glomerular cuenta
con un sistema de autorregulación que compensa las fluctuaciones que pueda sufrir la presión
sistémica. La autorregulación renal utiliza dos mecanismos diferentes de control:
a) Control miogénico. Depende de las células musculares lisas presentes en la pared de los capilares
aferentes. Estas células poseen canales de sodio/calcios sensibles al estiramiento, de forma que,
frente a un aumento de presión sistémica, las células musculares se contraen disminuyendo la luz
capilar y con ello, el flujo vascular. Por el contrario, un descenso en la presión sistémica provoca la
dilatación de las arteriolas aferentes.
b) El sistema de retroalimentación túbulo-glomerular actúa cuando las células de la mácula densa en
el túbulo distal detectan un incremento en sodio y/o cloruro. En respuesta a este incremento de
electrolitos, las células de la macula densa secretan sustancias vasoconstrictoras como adenosina,
ATP y/o tromboxano, que por mecanismos mal conocidos llegan a la arteria aferente provocando
vasoconstricción y con ello un descenso de la presión capilar glomerular y de la filtración
glomerular.
Estos mecanismos de autorregulación son muy eficaces para mantener la presión hidrostática
glomerular prácticamente constante, con independencia de las fluctuaciones que sufra la presión
sistémica; en consecuencia, mantienen el flujo renal sin estar condicionados por mecanismos
sistémicos cuando la presión arterial sistémica se mantiene en rangos entre 80 y 180 mmHg, Sin
embargo, son incapaces de compensar grandes fluctuaciones de presión. Cuando la presión arterial
cae por debajo de 80 mm Hg, cesa la autorregulación intrínseca, y se activan los mecanismos
reguladores sistémicos que tienden a preservar la actividad de elementos fundamentales como el
corazón o el sistema nervioso central.
4.3.2 Mecanismos de regulación extrínsecos o sistémicos
a) Mecanismos neurogénicos. El control del sistema nervioso simpático mantiene la homeostasis
vascular sistémica independiente de lo que ocurra a nivel renal. Sin embargo, cuando el volumen de
líquido extracelular es extremadamente bajo (como en el shock hipovolémico durante una
hemorragia severa), la actividad del sistema simpático provoca una vasoconstricción general, que
hace que se limite el flujo sanguíneo glomerular hasta el punto de dañar los riñones, con
independencia de la actividad del control intrínseco renal.
b) Sistema renina-angiotensina-aldosterona. Frente a una caída importante de la presión sistémica,
la secreción de renina hace que se pierda la capacidad de regulación intrínseca por diferentes vías:
- La actividad de retroalimentación con el sistema nerviosos simpático.
- Un efecto sobre las células de mácula densa que, frente al descenso de filtrado glomerular, dejan
de producir elementos vasoconstrictores.
4.4 Tasa de filtración glomerular
La cantidad de filtrado glomerular que se forma en todos los corpúsculos renales de ambos riñones
por minuto es la tasa de filtración glomerular (TFG), que suele ser de unos 125 mL/min, en los
hombres, y algo menor, unos de 105 mL/min, en las mujeres. Esta TFG se mantiene relativamente
constante. Si se eleva de forma importante, el ultrafiltrado glomerular sería tan alto que se
dificultaría la actividad de reabsorción tubular que veremos a continuación. Si es muy baja, un
exceso de reabsorción en el túbulo dificultaría la excreción de productos a este nivel.
La TFG depende básicamente de tres condicionantes
(Figura 5). La presión hidrostática sanguínea
con la que el agua y los solutos son empujados contra la membrana de filtración; la longitud o
extensión de esta membrana de filtración, y la permeabilidad de la misma. En condiciones
fisiológicas, la membrana glomerular presenta muy pocas diferencias en su extensión o en su
permeabilidad, por lo que la presión de filtración neta, es decir, la presión total que promueve la
filtración, es regulada fundamentalmente por:
- La presión hidrostática sanguínea en los capilares glomerulares. Su valor suele ser alto, en torno a
los 55 mm Hg.
- La presión hidrostática capsular ejercida contra la membrana de filtración por el líquido que ha
penetrado en el espacio capsular. Esta presión se opone a la filtración y su, valor promedio es de 15
mm Hg.
- La presión osmótica coloidal de la sangre. También se opone a la filtración, y es de unos 30 mm Hg.
Así pues, la presión neta es de unos 10 mm Hg, y mantenerla estable hace que el filtrado glomerular
sea continuo y eficaz. Por ejemplo, una pérdida importante de sangre reduce la tensión arterial
media, y con ello, la presión hidrostática glomerular. Si esta desciende por debajo de 45 mm Hg,
cesa el filtrado, y con él la actividad renal en gran medida. Sin embargo, en el sentido contrario los
elementos de regulación de la presión glomerular son muy eficaces. Cuando la tensión arterial
sistémica se eleva por encima de lo normal, la presión de filtración neta y la TFG aumentan muy
poco, y en la práctica, son capaces de trabajar con rangos de presión sanguínea entre 80 y 180 mm
Hg.
Aspectos relevantes en el proceso de filtración renal
Se realiza en el corpúsculo renal en la nefrona. Su principal característica es poseer un dintel
máximo de filtración de aproximadamente 4,5 nm de diámetro, y mantener una carga electrostática
que repele a proteínas y otros elementos.
Para ello cuenta con: a) Un endotelio capilar capaz de mantener estable el flujo y a presión
sanguínea, con poros de 50 a 100 µm de diámetro que permita la salida de elementos del plasma; b)
Una membrana basal glomerular, con células cargadas electronegativamente; c) Una capa de células
podocitarias, contráctiles, que envuelven a los capilares regulando la actividad capilar y dejando a
su vez entre ellas espacios libres que permitan el paso de pequeñas substancias.
Cuantificación del proceso de filtración: Se consigue calculando la depuración de un soluto indicador
que se filtre totalmente a su paso por el riñón. Por ejemplo, la inulina o la creatinina, utilizada
habitualmente en clínica que, aunque es secretada parcialmente en los túbulos (entre un 10 y un
15%), se compensa con la sobrevaloración entre un 10 y 15% en el método colorimétrico de su
medida. Se calcula que cada glomérulo mantiene una TFG media de 125 ml/ min., que va
disminuyendo a medida que aumenta la edad.
La filtración glomerular sigue fundamentalmente leyes físicas reguladas por presiones que afectan al
flujo plasmático, estando implicadas:
Presión hidrostática del capilar glomerular, se mantiene muy estable por la capacidad de regulación
de la resistencia de la arteriola aferente como en la de la eferente. Su valor promedio es de 55 mm
de Hg
Presión hidrostática en la cápsula de Bowman, con un valor prácticamente despreciable en
condiciones fisiológicas ya que el líquido filtrado pasa inmediatamente al túbulo.
Presión oncótica de las proteínas plasmáticas, que, aunque crece ligeramente hacia el final del
glomérulo por la disminución de volumen líquido filtrado, suele mantenerse estable salvo en estados
de deshidratación, hipoproteinemia, etc.
5. FORMACIÓN DE LA ORINA. INTERCAMBIO
TUBULAR
Aproximadamente cada 22 minutos, la totalidad del plasma sanguíneo ha sido filtrado en los
glomérulos. Esto quiere decir que los riñones filtran aproximadamente 180 L/día de plasma. Sin
embargo, el volumen de orina en 24 horas suele ser algo inferior a 1,5 litros, de los que
aproximadamente el 95 % es agua y el 5% restante son sustancias de desecho. Por tanto, la
composición del ultrafiltrado glomerular, durante su paso por los túbulos renales es modificado para
que gran parte del agua y los oligoelementos filtrados sean reabsorbidos y transportados a los
capilares peritubulares para ser reutilizados. Pero a nivel tubular no solo se produce un proceso de
reabsorción. En sentido contrario, es decir, desde los capilares peritubulares hacia la luz del túbulo
renal, algunas substancias son secretadas.
Estos procesos de reabsorción y secreción permiten por ejemplo que, solutos importantes como la
glucosa se recuperen completamente, mientras que la mayoría de las toxinas son secretadas y no
reabsorbidas. Por lo tanto, son procesos adaptativos que varían en función de las necesidades
fisiológicas. En este sentido, prácticamente todos los nutrientes orgánicos como la glucosa y los
aminoácidos se reabsorben por completo para mantener o restaurar concentraciones plasmáticas
dentro de un rango de normalidad
(Tabla 3).
En el túbulo, se reabsorbe más del 90% del agua y el cloruro sódico filtrados y aproximadamente el
70% del potasio y el 80% del bicarbonato. A pesar de que todo el túbulo está involucrado en la
reabsorción de los diferentes productos, existen diferencias estructurales en el mismo que
condicionan esta reabsorción. En particular, la reabsorción de Na+ y agua se verá condicionada por
mecanismos de ajuste en las regiones terminales del túbulo, que permitirán de manera precisa
regular la cantidad de estos elementos reabsorbidos en función de las necesidades hídricas del
organismo; mientras que, en la región proximal, más del 65% de Na+ será reabsorbido y con él,
gran parte del agua, aminoácidos o la glucosa
(Tabla 3). La actividad de hormonas en los túbulos
distal y colector condicionará que pequeñas cantidades de agua y algunos iones que han llegado
hasta aquí (en torno al 10% de sales), se reabsorban en caso necesario.
5.1 Mecanismos de reabsorción y secreción tubulares. 5.1.1
Reabsorción de grandes moléculas
A pesar del dintel de filtración glomerular, unos 30 g de proteínas con peso molecular inferior a
70.000 atraviesan diariamente el glomérulo. Estas proteínas, junto con otros elementos como
pequeñas hormonas peptídicas, se recuperan en su totalidad en el túbulo proximal mediante un
proceso de endocitosis que tiene lugar en el borde en cepillo de la cara apical del túbulo proximal.
5.1.2 Reabsorción de glucosa y otras moléculas importantes para el organismo
Glucosa, aminoácidos y vitaminas, son también reabsorbidos en su práctica totalidad en el túbulo
proximal por un mecanismo de transporte activo secundario, mediante cotransporte con el Na+.
Este mecanismo de transporte utiliza bombas y otras unidades de transporte específicas situadas
principalmente en la membrana luminal de la célula tubular, que son diferentes a las encontradas en
la membrana basolateral. Esta distribución polarizada de transportadores permite un
desplazamiento transcelular neto de substancias.
En general, la máxima absorción de estos elementos se produce en la primera porción del túbulo
contorneado proximal. En la cara apical de las células del túbulo, y más concretamente, a nivel del
borde en cepillo de las mismas, transportadores de Na+ ionizado cotransportan estos elementos al
interior de la célula tubular. Desde aquí, los aminoácidos salen por difusión pasiva o facilitada hacia
el líquido intersticial.
Otros elementos utilizaran bombas de transporte como la Na, K-ATPasa, o canales de cloro para ser
extraídos al espacio intersticial. Quizás el elemento de esta familia mejor estudiado es el transporte
de glucosa. Aproximadamente se filtran 180g de glucosa cada día, de los que más del 99% es
reabsorbida a nivel tubular. Este proceso ocurre a diferentes niveles en el túbulo y dado que la
glucosa no difunde a través de la bicapa lipídica celular, se hace a expensas de los transportadores
de membrana de sodio y glucosa SGLT (sodium-glucose transporters). El 90% de la glucosa se
reabsorbe en el segmento contorneado del túbulo proximal utilizando transportadores SGLT2,
mientras que el 10% restante se reabsorbe en el segmento recto del túbulo proximal descendente
mediante transportadores SGLT1.
Como indica su nombre, estos transportadores son proteínas situadas en la membrana luminal de las
células tubulares, que utilizan el movimiento de Na+ por gradiente electroquímico para que glucosa
entre en la célula del túbulo. La unión del Na+ que estaba en el interior de la célula al SGLT genera
un cambio de conformación que permite la unión de la glucosa al mismo. El Na+ saldrá de la célula
por gradiente electroquímico para permitir que la glucosa unida a los SGLT penetre en la célula, y
desde allí, de nuevo los transportadores de glucosa la extraerán hacia el compartimiento
intravascular para que entre por difusión a los capilares.
De esta manera se genera un balance a través de SGLT de dos moléculas de Na+, una de glucosa y
260 moléculas de agua, lo que hace que estos transportadores soporten una alta tasa de actividad.
De hecho, el valor máximo de transporte de glucosa es de aproximadamente 320 mg/min. Aunque no
todas las nefronas tienen un mismo índice de saturación, por lo que el umbral de glucosa se sitúa en
una carga tubular de 220 mg/min, equivalente a una concentración plasmática de 180 mg/dL
(Umbral renal de glucosa); cifra a partir de la cual comienzan a aparecer cantidades significativas de
glucosa en orina. La glucosa plasmática es filtrada y recuperada por completo. La reabsorción de
glucosa está sujeta a un máximo de transporte tubular y la cantidad reabsorbida por unidad de
tiempo constituye el transporte de glucosa (Tg), expresado en mg/min, hasta que se alcanza el
máximo de transporte tubular (Tmg), a partir del cual el transporte se hace constante y
concentraciones superiores conllevan la eliminación del exceso por la orina. El valor de Tmg es de
320 mg/min e indica el máximo de glucosa que puede transportar el sistema. Sin embargo, debido a
que unas nefronas difieren de otras en su capacidad de saturación, el umbral de glucosa se sitúa en
una carga mg/dL, (Umbral renal) a partir de la cual comienzan a aparecer cantidades significativas
de glucosa en orina.
Transporte Máximo
Los sistemas de transporte transcelular para los diversos solutos requieren un funcionamiento
coordinado y aunque presentan cierta especificidad para la sustancia que transportan, son
saturables. De ahí que se establezca un transporte máximo para casi todas las sustancias que se
reabsorben utilizando transportadores de membrana, que se determina como los mg/min de
sustancia trasportada, y que presenta diferencias para los diferentes solutos. Por ejemplo, la
necesidad de reabsorber casi toda la glucosa que se filtra hace que el transporte máximo para esta
sustancia sea alto, ya que dispone de muchos transportadores. Por el contrario, los elementos de
desecho que no tienen transportadores son excretados en su mayor parte.
El hecho de que la glucosa tenga un transporte máximo elevado no quiere decir que no pueda
saturarse. En general, cuando los niveles de glucosa exceden de 80 mg/dl, los trasportadores se
saturan y aparece glucosuria a pesar de que los túbulos renales siguen funcionando normalmente.
5.1.3 Reabsorción de iones y agua:
Agua, iones y algunos nutrientes son reabsorbidos fundamentalmente a nivel del túbulo proximal por
diferentes mecanismos. El agua, seguirá un proceso de transporte pasivo por arrastre osmótico. Por
el contrario, iones y algunos pequeños nutrientes no reabsorbidos utilizarán trasportadores que
necesitan energía. Esta energía, será aportada en gran medida por intercambiadores ligados al
sodio.
Al igual que ocurría con los restantes elementos útiles para el organismo, el agua, y la mayor parte
de los iones son recuperados. De hecho, más del 90% del agua y del cloruro sódico filtrado son
reabsorbidos. El 10% restante tendrá una reabsorción condicionada a las necesidades del
organismo. La actividad del túbulo depende en gran medida de mantener una presión osmótica del
fluido similar a la del plasma. Puesto que proteínas y otros elementos que participan en el
mantenimiento de la presión osmótica plasmática no atraviesan la barrera glomerular, en el túbulo,
la presión isoosmótica con el plasma está condicionada fundamentalmente por el contenido de agua
y sal (disociado como cloro y Na+) del ultrafiltrado.
a) Transporte de sodio: Como hemos comentado, la reabsorción de Na+ es el principal motor para
el transporte de múltiples elementos que se acoplan a los intercambiadores de sodio en las células
del túbulo.
El Na+, es el catión más abundante en el ultrafiltrado, y en función de la región del túbulo donde se
reabsorba, parte del Na+ entra por difusión facilitada a través de canales situados en la cara apical
de las células del túbulo. Pero el mayor porcentaje de Na+, se reabsorbe en la región proximal del
túbulo utilizando un mecanismo de transporte activo con gran gasto energético. De hecho,
aproximadamente el 80% de la energía utilizada para el transporte activo a nivel tubular se
consumirá en el transporte de Na+, de ahí, que las células del túbulo en la región proximal
contengan muchas mitocondrias que serán necesarias para suministrar el ATP que requerirá el
transporte a este nivel.
- Transporte de sodio a través de la membrana basolateral
El sodio es transportado fuera de la célula del túbulo por un transportador activo primario, la bomba
de Na+-K +-ATPasa de la membrana basolateral. A partir de ahí, el Na+ es arrastrado por el agua
hacia los capilares peritubulares. Este arrastre es favorecido porque el agua fluye rápidamente por
las diferencias de presiones entre un intersticio con muy baja presión osmótica hacia un capilar que
al contener proteínas y otros coloides presenta una elevada presión osmótica.
Es importante recordar que la bomba Na+-K+-ATPasa es una enzima ATPasa que saca tres iones
sodio (Na+) a la vez que ingresa dos iones potasio (K+) en el interior de la célula, generando un
gradiente electronegativo intracelular
- Transporte de sodio a través de la membrana apical
El gradiente electronegativo generado en el interior de la célula del túbulo favorece la entrada del
Na+ desde el ultrafiltrado, y para ello, se utilizan diferentes mecanismos en función de la región del
túbulo La bomba de Na+-K+-ATPasa de la pared basal había generado un gradiente electronegativo
en el interior de la célula del túbulo, al sacar 3 Na+ hacia fuera por 2 K+ que entra, por lo que se
favorece la entrada de Na+ desde el borde apical. Pero además este Na+ que entra abre canales de
escape para el K+ que difunde rápidamente hacia el intersticio, acentuando la electronegatividad
intracelular y favoreciendo la incorporación de Na+.
b) Reabsorción de cloro: Se produce por vía paracelular, sin requerir energía para su transporte,
en el último segmento del túbulo proximal, y asa de Henle. Pero un pequeño porcentaje de cloro es
absorbido mediante un cotransportador Na+/2Cl¿/K+, que aprovecha el movimiento de cargas
positivas para recuperar cloro.
c) Transporte del Agua: En el asa de Henle, la permeabilidad de las células del túbulo cambia, y
esta modificación, tiene una función primordial en la capacidad renal para concentrar la orina en
función de la dinámica de reabsorción del agua mediante un mecanismo de intercambio a
contracorriente condicionado en gran medida por su disposición en forma de U, paralela al conducto
colector, y penetrando hasta la papila de la médula renal, lo que ocasiona que las nefronas se
dispongan de forma radial en el riñón.
En el asa de Henle se distingue un segmento delgado, que da continuidad al tubo proximal, formado
por células epiteliales muy delgadas, con pocas mitocondrias, y en consecuencia baja actividad
metabólica. Sin embrago, en esta rama descendente siguen estando presente aquaporinas que
permitirán la reabsorción de agua.
La rama delgada del asa, se continua con una rama ascendente gruesa, de células epiteliales con
bombas de Na¿-K¿-2Cl- en su región apical y bombas de Na+-K+-ATPasa en su zona basolateral, que
al mantener una alta actividad metabólica permiten la reabsorción de iones como el sodio (Na+),
cloro (Cl-) y potasio (K+). Sin embargo, en la región ascendente, las acuaporinas son escasas, lo que
prácticamente imposibilita la reabsorción de agua a este nivel.
Como consecuencia de estas características diferenciales en la absorción en el asa de Henle, se
genera un intercambio de solutos y solventes hacia el espacio intersticial que será clave en la
reabsorción de elementos a este nivel. Aproximadamente el 20% del agua que llega a la rama
descendente será reabsorbida siguiendo un gradiente osmótico, y como consecuencia por difusión
simple sin consumo de energía. Es más, esta difusión es tan importante que arrastrara algo de Na+
con el agua que difunde. Por el contrario, en la rama ascendente la actividad de transportadores
hace que se lleguen a reabsorber hasta un 25% del Na+, al que acompañaran otros iones como el
K+ o el Cl- o calcio, bicarbonato y magnesio que también se reabsorben a este nivel.
Como consecuencia, se genera un mecanismo a contracorriente por el que a medida que el filtrado
glomerular pasa por el asa de Henle, el ultrafiltrado pierde agua y va concentrándose. Al llegar a las
ramas ascendentes ocurrirá el proceso opuesto, la salida de solutos del filtrado al espacio
extracelular. El resultado neto es que en el asa se ha generado un gradiente osmótico que arrastra
agua, que pasa posteriormente a los capilares peritubulares de las nefronas, devolviéndola a la
circulación sistémica.
Un elemento muy importante en la reabsorción en el asa de Henle es la urea. La urea, principal
producto final del metabolismo proteico, es eliminada en su mayor parte por la orina. Pero una parte
será reabsorbida en la rama ascendente del asa de Henle contribuyendo a aumentar la
concentración de solutos en el espacio extracelular. Su excreción no sólo está determinada por la
filtración glomerular sino también por la reabsorción tubular que le permite jugar un papel
importante en la producción de una orina concentrada y en el mantenimiento del agua corporal.
5.2 Transporte en el Túbulo contorneado distal y conducto
colector
Mientras que en el túbulo proximal y en el asa de Henle la dinámica de movimientos de solventes y
solutos solamente estaba condicionada por principios físicos y la disponibilidad de transportadores;
en esta porción de la nefrona se va a regular la reabsorción de los elementos presentes en el
ultrafiltrado en función de los requerimientos homeostáticos. Fundamentalmente una regulación
endocrina a este nivel permitirá, adaptar la excreción o reabsorción de agua y otras sales a las
necesidades hídricas en cada momento
5.2.1 Hormona antidiurética (ADH). Como su nombre indica, la ADH inhibe la secreción de agua
y con ello la producción de orina al regular la cantidad de aquaporinas permeables para la
reabsorción de agua. Cuando el cuerpo está sobrehidratado, desciende la osmolalidad del líquido
extracelular, y en paralelo, desciende la secreción de ADH en la secreción por la hipófisis posterior.
Como consecuencia, a nivel de túbulos colectores, la actividad de las aquaporinas desciende y se
excreta más agua.
Junto a esta actividad sobre las aquaporinas, la ADH aumenta la reabsorción de urea a nivel de
túbulos colectores como veremos más adelante
5.2.2 Aldosterona. La aldosterona actúa modulando la reabsorción del Na+ que ha llegado hasta la
región terminal de la nefrona. De hecho, hasta el 5% del Na+ filtrado puede ser reabsorbido gracias
a la acción de la aldosterona.
Aunque desde una perspectiva fisiológica la función de la aldosterona se relaciona con la regulación
de la presión arterial, para ejercer esta actividad, esta hormona que se sintetiza en la corteza de las
glándulas suprarrenales, tiene su efecto principalmente en el riñón, específicamente a nivel del
túbulo contorneado distal y del túbulo colector donde se expresan receptores de
mineralocorticoides. Tras su unión a estos receptores, la aldosterona provoca la actividad de bombas
de Na+/K+/ATPasa, provocando la reabsorción de Na+ y con el de Cl- y agua en aquellas regiones
con aquaporinas; y la salida de K+ hacia la zona luminal del túbulo que será excretado en la orina.
5.2.3 Péptido natriurético atrial o auricular (PNA). Este péptido forma parte de una familia de
al menos tres péptidos con actividad hipotensora. El PNA es sintetizado fundamentalmente en los
miocitos auriculares y ventriculares, y tiene un efecto natriurético disminuyendo la reabsorción del
sodio a nivel de nefrona terminal inhibiendo la expresión de los transportadores de Na+ en esta
región.
Junto a esta actividad modulando la reabsorción de Na+, y con él, los elementos que pueden
acompañarle, a nivel renal, el PNA actúa sobre el músculo liso vascular disminuyendo su actividad
en respuesta a substancias vasoconstrictoras; disminuye la secreción de aldosterona, e inhibe la
secreción de ADH, así como la secreción de renina. Además, dilata la arteria aferente glomerular;
contrae la arteria eferente glomerular y relaja las células mesangiales, con incremento de la tasa de
filtrado glomerular.
5.2.4 Hormona paratiroidea (PTH), también actúa a este nivel, aumentando la reabsorción de
calcio principalmente en el tubo contorneado distal.
5.3 Secreción de substancias en la formación de la orina
El plasma vehicula diferentes metabolitos y elementos que no son útiles para el organismo, y que, en
consecuencia, deben ser eliminados. La forma más directa es no reabsorberlos a partir del
ultrafiltrado. Pero en ocasiones además de no ser reabsorbidas, es necesario que elementos no útiles
del plasma sean secretados hacia la luz del túbulo para ser excretados en la orina. Sustancias como
H+, K+, NH4+ (ion amonio), creatinina, y algunos ácidos y bases orgánicos son secretados desde los
capilares peritubulares hacia la luz tubular. Pero también substancias que se han producido como
resultado de la actividad metabólica en las células el túbulo en la reabsorción de solventes (como
CO3H-) son secretadas para ser eliminadas por la orina.
Por tanto, en la formación de la orina es importante considerar la secreción de:
¿ Medicamentos y metabolitos, que sobre todo al estar unidos a proteínas transportadoras no son
filtrados, y por lo tanto, deben secretarse.
¿ Sustancias fisiológicamente no útiles o productos intermedios que se han utilizado en la
reabsorción tubular.
Especialmente importante es la secreción de urea por su actividad modulando la osmolaridad en la
región medular interna renal. Es obvio que la urea, vista como un simple metabolito de desecho,
debe ser eliminada. Pero, además, en el proceso de reabsorción de agua en la nefrona, la actividad
de la urea es clave para formar el gradiente medular, y en consecuencia, reabsorber el agua en el
asa de Henle. Aproximadamente el 50% de la urea filtrada en el glomérulo se reabsorbe en el túbulo
proximal a través de una vía transcelular por un mecanismo pasivo de arrastre de solventes. El
resto, continua sin ser absorbida por la estructura tubular que es impermeable a la urea, hasta
llegar a la parte distal del tubo colector, donde se expresan transportadores de urea que hacen a
esta región de nuevo permeable a la urea. Por tanto, la práctica totalidad de la urea que entra en el
túbulo colector baja hasta la médula interna, incrementando su concentración en el túbulo colector a
medida que desciende. Obviamente, si además se produce reabsorción de agua a este nivel, se
incrementará aún más la concentración de urea en la región medular. Como el colector en esta
región cuenta con transportadores de urea, que además son estimulados entre otros factores por la
ADH, a medida que se incrementa el nivel de urea y/o se reabsorbe agua, la urea sale del túbulo
colector hacia el intersticio. Esto hace que en la zona medular interna se produzca una alta
concentración de urea. A medida que se incrementa la concentración de urea es secretada por
difusión al asa de Henle, incrementando la osmolaridad en esta región, y con ello el arrastre de
agua. Conforme la nefrona va saliendo de la región medular, el proceso se invierte, y la urea retorna
de nuevo al túbulo colector donde volverá a ser reconcentrada y reabsorbida.
Por lo tanto, una gran cantidad de urea simplemente se recicla a lo largo del túbulo, aunque una
parte importante de esta urea pasa desde el líquido intersticial a los capilares peritubulares para ser
llevada fuera de los riñones. Como la urea reciclada desde el espacio intersticial al colector sigue al
agua que no se ha reabsorbido, el porcentaje de urea reciclado depende en gran medida de volumen
de agua en el túbulo colector, y por tanto de la actividad de la ADH. En ausencia de ADH, los
trasportadores de urea tienen menor actividad. Además, el túbulo colector es más impermeable al
agua. Por lo tanto, concentración de orina es menor y tiene menos trasportadores por lo que será
menos reabsorbida y más excretada en la orina. Por el contrario, si aumenta la secreción de ADH, se
incrementa la concentración de urea en el túbulo colector y se facilita su salida, con lo que se
incrementa el gradiente osmótico medular formando orina más concentrada
Relevancia de la función tubular renal:
El producto filtrado en el glomérulo se verá sometido a procesos de secreción (paso de sustancias
desde el plasma a la luz tubular) y procesos de reabsorción (paso de sustancias desde la luz tubular
al plasma en los diferentes segmentos tubulares; lo que determina que al final, la composición de la
orina sea diferente a la inicial filtrada, tanto en los solutos, como en el contenido de agua.
En la actividad del túbulo, se van a integrar mecanismos de transporte que incluyen
- Vía intercelular: movimiento de agua y solutos mediante arrastre por solvente, siguiendo
diferencias osmóticas.
- Vía transcelular: mediante transportadores activos primarios y secundarios, así como mediante
transporte facilitado (antitransporte y cotransporte). Muchos de estos transportadores muestran
saturación por lo que tienen un transporte máximo. También se da la difusión de solutos, muchos de
ellos dependiente del pH pues la forma difusible es la no disociada. El motor de todos los
movimientos de solutos y agua a través de la superficie transepitelial, son las bombas de Na/K
ubicadas en la membrana basolateral.
Relación anatomo-funcional.
TÚBULO PROXIMAL (TP): En él se realiza la reabsorción y secreción casi total de los principales
solutos, además de la reabsorción del 70% del agua filtrada. El motor fundamental en estos procesos
son movimientos de arrastre del sodio por las bombas de sodio/potasio ubicadas en la membrana
basolateral de sus células.
Junto con el sodio, mediante cotransporte se reabsorbe la glucosa, los aminoácidos, los fosfatos,
sulfatos, etc. Este tipo de transporte presenta saturación y por tanto un máximo (Tm). Significa que
a partir de cierta concentración del soluto en plasma (umbral), todo exceso en la filtración se
excretará. Mientras no se alcance el umbral todo lo filtrado será reabsorbido.
Además, el movimiento de sodio condiciona un antitransporte sodio/hidrogenión (NHE3) que facilita
la secreción de hidrogeniones y la recuperación del bicarbonato filtrado (este antitransporte es
regulado hormonalmente, se inhibe con la PTH y el glucagón y se activa con la angiotensina II, alfa-
catecolaminas o la endotelina.
En la parte final del TP el aumento de la concentración de cloruro hace que éste junto al sodio pasen
en forma de ClNa por las uniones intercelulares.
El potasio se moviliza mediante conductancias específicas y se reabsorbe siempre la misma
proporción del filtrado, aunque en la parte final del TP se produce algo de secreción.
Respecto a la secreción en el TP, se produce secreción de todos los ácidos y bases orgánicas,
toxinas, y drogas, así como la mayor parte del excedente de productos que circulan en el plasma.
En este segmento se reabsorbe el 70% del agua filtrada, y se realiza en condiciones de isotonicidad.
Para ello se establece un gradiente osmolar entre la luz tubular y el espacio basolateral donde se
acumulan sales por la actividad de las bombas de sodio/potasio. El incremento de la presión de agua
en dicho espacio supone el paso de ésta hacia el capilar.
ASA DE HENLE.
RAMA DESCENDENTE DELGADA DE HENLE: Se caracteriza por su alta permeabilidad al agua y
la nula reabsorción de ClNa e impermeabilidad a la urea.
RAMA ASCENDENTE DELGADA DE HENLE: Se caracteriza por su impermeabilidad al agua y la
permeabilidad al ClNa que sale por gradiente químico, así como para la urea que entra por
gradiente químico.
RAMA ASCENDENTE GRUESA DE HENLE: Se caracteriza por su impermeabilidad al agua, la
alta actividad de las bombas basolaterales de sodio/potasio y la ubicación luminal de un
cotransportador sodio/potasio/2cloruros, que saca estos iones del túbulo, por lo que el líquido
tubular se hace aún más hipotónico. Este transportador está regulado por la ADH que lo activa
TÚBULO CONTORNEADO DISTAL: En la superficie apical nos encontramos con el
cotransportador sodio/cloruro. En el lado basolateral nos encontramos el intercambiador 2sodio /
calcio, de forma que la reabsorción de sodio supone secreción de calcio y depende del
cotransportador apical sodio/cloruro. Las bombas sodio/potasio y las de calcio y magnesio.
La mácula densa se encarga de analizar la concentración tubular de sodio, de forma que cuando ésta
aumenta sus células liberan renina.
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