NEFROLOGIA. Vol. XIV. Núm. 5. 1994 Significado biológico de los inhibidores circulantes de la bomba de sodio L. Rivas-Cabañero, O. Flores-García, R.J. Bosch y A. Rodríguez-Barbero Departamento de Fisiología y Farmacología, Universidad de Salamanca. La Na+, K+, ATPasa es un sistema enzimático situado en la membrana celular de prácticamente todas las células de los mamíferos. Este sistema bombea aproximadamente tres iones sodio fuera de la célula y dos iones potasio dentro por cada molécula de ATP hidrolizada. Esta bomba es capaz de establecer una elevada concentración intracelular de potasio y una baja concentración de sodio, la inversa de la concentración relativa de iones en los fluidos extracelulares. Esto es fundamental para mantener la excitabilidad celular y para que, ante un estímulo despol a r i z a n t e , la membrana aumente la permeabilidad para el sodio y éste penetre en la célula. Debido a que muchos procesos metabólicos dependen de la a l t a concentración intracelular de K+ y de la baja concentración intracelular de Na+, la función electrogénica de la Na+, K+, ATPasa es crucial para células y tejidos. EVIDENCIAS DE LA EXISTENCIA DE UNA H O R M O N A NATRIURETICA En 1957, Homer Smith1 sugirió la existencia de un «tercer factor» o factor natriurético que, junto con la filtración glomerular y el sistema renina-angiotensina-aldosterona, regulan el volumen del líquido extracelular. Pocos años después, De Wardener y cols. 2 confirmaron esta hipótesis en estudios de circulación cruzada en perros. L a producción de esta hormona natriurética se postuló para explicar la natriuresis que se produce después de la expansión de volumen, así como el fenómeno de «escape» tras la administración de mineralocorticoides 3. Este fenómeno de «escape» se proCorrespondencia: Dra. Alicia Rodríguez Barbero. Departamento de Fisiología y Farmacología. Universidad de Salamanca. Edificio Departamental. Avda. Campo Charro, s/n. 37007 Salamanca. duce para proteger al organismo de la sobrecarga continua de volumen extracelular y de la formación de edema. Numerosas investigaciones sugieren que este fenómeno no puede ser explicado por cambios en la filtración glomerular o por la producción de aldosterona. Hay evidencias de que esta situación induce la aparición de factores natriuréticos 4,5 . En 1969, Kramer y cols. 6,7 describieron la existencia de un posible inhibidor endógeno de la Na+, K+, ATPasa. Dos años más tarde, estos mismos investigadores demostraron que la sobrecarga aguda de volumen extracelular inducía un aumento en los niveles plasmáticos de este inhibidor. Por ello sugirieron que la hormona natriurética actuaba inhibiendo l a bomba de sodio en el sistema tubular renal. Gruber y cols. 8 lo confirmaron al descubrir la presencia de un factor endógeno semejante a digoxina (digoxin-like) en plasma de perro. Esta investigación llevó a detectar un aumento en los niveles plasmáticos de factores con inmunorreactividad semejantes a digoxina, después de una sobrecarga aguda de volumen. Muchos investigadores reafirmaron esta hipótesis al detectar factores inmunorreactivos endógenos semejantes a digoxina (FIESD) en circunstancias asociadas a sobrecarga aguda de volumen extracelular. Estos factores tienen reacción cruzada con antic u e r p o s antidigoxina, como el glucósido digitálico ouabaína 4,5,8 . E n 1980, Haddy y Pamnani 9, en USA, y De Wardener y Mc Cregor 10, en Inglaterra, incorporaron la hormona natriurética como inhibidor de la Na+, K+, ATPasa dentro del esquema patogénico de la hipertensión. En este mismo año, De Bold y cols. 11 descubrieron un factor natriurético procedente del extracto de aurícula de rata. El descubrimiento de est e factor, ahora denominado péptido natriurético atrial (ANP) 12, supuso uno de los mayores avances en este campo. Además, ya que el ANP no inhibe la bomba de sodio 13, se apunta la existencia de, al menos, dos sistemas natriuréticos humorales 4,5 con distinta estructura bioquímica y distinto mecanismo de acción. El primero, ANP(s), constituido por una fami- L. RIVAS-CABAÑERO y cols. lia de péptidos con acción natriurética, diurética y vasodilatadora y que además pueden inhibir el sistema renina-angiotensina y a la vasopresina; el ANP actúa como hormona antihipertensiva 12,14,15 . El segundo, inhibidores endógenos de la Na+, K+, ATPasa con actividad semejante a digoxina, se han encontrado en plasma, en orina y en distintos órganos 16. Existen pruebas de que el origen de los FIESD podría estar en el hipotálamo 4, 17-19 o en las glándulas adrenales 19-23. Los FIESD son sustancias no proteicas, que producen diuresis y natriuresis. Además, estos factores tienen un efecto vasoconstrictor y provocan aumento en la presión arterial 4, 15, 17, 24. Tanto el ANP circulante 12,25 como el inhibidor circulante de la bomba de sodio 26,27 pueden jugar un papel importante en la homeostasis de los fluidos y electrólitos, y de esta forma en la fisiopatología de la hipertensión. Sin embargo, su papel definitivo no ha sido establecido. El ANP podría estimular la liberación del inhibidor de la bomba de sodio cuando el balance de Iíquido está alterado 28. El inhibidor de la bomba de sodio es natriurético y vasoconstrictor, lo que contribuye a la excreción de sodio y a la reducción de volumen. La propiedad natriurética del ANP contribuye a este efecto, mientras que su acción vasodilatadora se opone a la vasoconstrictora del inhibidor circulante de la Na+, K+, ATPasa. El desarrollo eventual de hipertensión puede deberse a un desequilibrio y/o una disfunción de la interacción entre las dos hormonas tanto a nivel central como periférico 29. Ambos sistemas natriuréticos tienen distintos mecanismos de acción sobre el riñón 5,17 . El ANP está involucrado en el ajuste rápido de la excreción renal de sodio, mientras que FIEDS podría ser más importante en la fase crónica de la regulación del volumen extracelular 30. La función de estas sustancias en el SNC está siendo investigada. Ratas con el área anteroventral del tercer ventrículo lesionada muestran una disminución en la respuesta renal a la sobrecarga aguda de sal 31. Según Buckalew es posible que esta región cerebral tenga algún tipo de control sobre la liberación tanto de ANP como de FIESD 5. En este sentido, Songu-Mize y cols. 29 observaron que la administración de ANP en el ventrículo lateral cerebral inducía la aparición del inhibidor circulante de la bomba de sodio. Ambos sistemas natriuréticos son modulados por receptores centrales de dopamina; los agonistas de los receptores D-l inducen producción de ANP 32, mientras que los agonistas de los receptores D-2 promueven la liberación de FIESD 33. Hay evidencias de que FIESD puede ser el inhibidor endógeno de la Na+, K+, ATPasa 34,35 . Existen sitios de unión de alta afinidad para glicósidos digitálicos en la Na+, K+, ATPasa de la membrana celular, lo 556 que confirma la existencia de ligandos endógenos para este receptor. La idea es importante, ya que un inhibidor endógeno de la Na+, K+, ATPasa podría afectar a la regulación del tono del músculo liso vascular, a la actividad del sistema nervioso simpático y a la homeostasis del Na+. Aún no se conoce bien el mecanismo de acción de estos compuestos para inhibir la bomba de Na+. Mc Cans y cols. 36 describieron en perros la producción de anticuerpos que impiden la unión de la ouabaína a la Na+, K+, ATPasa, pero no la actividad de ésta, un hecho que es coesistente con la hipótesis de que los sitios de unión para los digitálicos son distintos de los sitios catalíticos. Kelly y cols. 37 han caracterizado 4 fracciones de FIESD en plasma humano. Estos autores apuntaron que tres de estas fracciones tenían acciones parecidas a los glicósidos digitálicos, pero que una de ellas no inhibía la bomba de Na+. Al contrario que los digitálicos, las tres fracciones inhibidoras de la Na+, K+, ATPasa estimulan la actividad de la Ca2+, ATPasa del retículo sarcoplásmico de músculo esquelético. De esto, concluyeron que el papel de FIESD como regulador endógeno de la Na+, K+, ATPasa todavía está por demostrar. Hamlyn y cols. 38 han encontrado que FIESD se une competitivamente en o cerca del sitio de unión de los glicósidos cardíacos, con una afinidad aparente de 8-20 veces mayor que cualquier glucósido cardiactivo conocido. Estos autores sugieren que los FIESD podrían regular la actividad de la bomba de Na+. La importancia de la existencia de un inhibidor endógeno de la bomba de sodio en la regulación de la función renal es evidente. En el rinón, la reabsorción neta de NaCI en el epitelio tubular es debida a la actividad de la Na+, K+, ATPasa en combinación con otros sistemas análogos secundarios. La reabsorción tubular incluye el transporte vectorial de solutos y agua. Una característica necesaria del transporte epitelial es la polarización de cada una de las membranas celulares apical y basolateral. En realidad, la Na+, K+, ATPasa se encuentra solamente en la membrana basolateral a lo largo de todo el epitelio tubular. El cotransporte Na+-glucosa se encuentra solamente en la membrana apical. Como consecuencia de esta distribución de proteínas de transporte, los solutos y el agua fluyen a través del epitelio de forma vectorial. Hay evidencias de que la Na+, K+, ATPasa media directamente al menos el 50 % de la reabsorción total de Na+ en el riñón de mamíferos. La importancia de la bomba de Na+ se demuestra también en estudios experimentales que muestran que la infusión de grandes dosis de ouabaína en la arteria renal de perros bloquea la reabsorción de Na+ en un 34 % de la carga filtrada 39; no extraña por ello que el aumento de la concentración INHIBIDORES CIRCULANTES DE LA BOMBA DE SODIO plasmática de una sustancia que inhiba la bomba de sodio produzca natriuresis. En el músculo liso vascular, la inhibición de la bomba de Na+ produce un incremento de la [Na+]i, lo que impide el funcionamiento del intercambiador Na+-Ca2+, provocando un incremento de la [Ca2+]i, y así un aumento de la presión arterial. Esto ocurre porque en el músculo liso vascular, como en la mayoría de los músculos, un aumento de la concentración de Ca2+ citosólico libre es el desencadenante normal de la contracción. Estas hipótesis vienen corroboradas por estudios recientes de nuestro laboratorio, que demuestran que un inhibidor de la bomba de sodio aislado del hipotálamo y de la hipófisis es capaz de inducir la contracción y la proliferación de células mesangiales en cultivo 40. Este efecto se asocia a un aumento lento y progresivo de la concentración de calcio libre intracelular (Rodríguez-Barbero y cols.. sin publicar). mamífero 45, en intestino 46, recién nacido 47,48, Iíquido amniótico, leche materna y plasma de cordón umbilical 48. También se ha aislado FIESD en plasma de hembras preñadas 49, en situaciones de fracaso renal crónico 50-52 y daño hepático 53. Además, se ha encontrado actividad inhibitoria de la Na+, K+, ATPasa en plasma de humanos normales 54,55, con hipertensión arterial esencial 56 y acromegalia 57. IMPLICACIONES FISIOPATOLOGICAS 1. Hipertensión arterial Dahl y cols. 58 demostraron que la hipertensión pod í a transmitirse de forma humoral. Blaustein y DeWardener 59,60 han sugerido que el desarrollo de hipertensión arterial implica la incapacidad del riñón para mantener la excreción de Na+. El incremento de Na+ induce retención de líquidos y expansión del volumen extracelular. Como resultado, se liberan factores natriuréticos para compensar la tendencia a esta expansión de volumen. Estos factores reducen la reabsorción renal de Na+ por inhibición de la Na+, K+, ATPasa en las células epiteliales renales. Además, el inhibidor endógeno de la bomba de Na+ también inhibe la bomba de Na+ en otras células, incluidas las nerviosas y las del músculo liso vascular. Este efecto puede producir hipertensión, ya que al aumentar el Na+ y el Ca2+ intracelular aumenta el tono y la reactividad vascular. La inhibición de la bomba de sodio en células musculares cardíacas provoca un aumento en la contractilidad cardíaca 61, vasoconstricción 62 e incrementa la reactividad de los vasos sanguíneos a agentes vasoactivos63. La vasoconstricción parece estar mediada por despolarización electrogénica de la membrana y alteración del mecanismo intercambiador sodio-calcio 64. En este contexto, Poston y cols. 65 demostraron que en la hipertensión esencial existía un inhibidor circulante del transporte de Na+. Muchos autores han encontrado en eritrocitos de pacientes con hipertensión esencial un incremento en la concentración intracelular de Na+ y una alteración en sus sistemas de transporte. Recientes estudios sugieren que los FIESD y el ANP podrían tener una interrelacción en el control de la presión arterial. Caramelo y cols. 66 han demostrado que en presencia de ANP se inhiben los sistemas de transporte de Na+ y Ca2+ y se bloquea el efecto de la ouabaína en células en cultivo de músculo liso vascular. Esto podría explicar la aceleración del desarrollo de hipertensión en ratas por bloqueo crónico de ANP con anticuerpos monoclonales contra ANP. Asimismo, los estudios de nuestro laboratorio anteriormente citados demuestran que un inhibidor de la bomba de sodio de 557 SIGNIFICADO BIOLO ICO DE FIESD G Meyer-Lehnert y cols. 41 encontraron mediante estudios de cromatografía que las propiedades atribuidas a los factores natriuréticos y a los FIESD residían en compuestos diferentes. La mayoría de los inhibidores endógenos de la Na+, K+, ATPasa conocidos han sido ya extraídos y purificados, aunque su estructura química no está aún definida. Parece que son sustancias de bajo peso molecular, no lipídicas y no proteicas. Se han propuesto criterios empíricos específicos para definir las propiedades necesarias para que un compuesto endógeno sea considerado FIESD 42. Estos criterios incluyen que tenga una determinada potencia inmunorreactiva que permita obtener concentraciones fisiológicas y que tenga unas determinadas propiedades bioquímicas y de unión a proteínas. Recientes investigaciones apuntan que hay más de una sustancia que puede ser identificada como FIESD. Kelly y Smith 43 sugieren que el inhibidor de la bomba de Na+ puede actuar a nivel intracelular durante la síntesis de la misma. La actividad natriurética es diferente del efecto vasopresor (FIESD) que se relacciona estrechamente con la movilización de Ca2+ y la inhibición de la bomba de Na+. Se ha aislado un FIESD en orina de pacientes sometidos a una sobrecarga de sal. Este aumenta los niveles de calcio y el pH intracelular 44. Procedente de hipotálamo y de hipófisis se ha purificado un FIESD de bajo peso molecular conocido como HHIF (Hypothalamic, Hypophysary Inhibitory Factor), cuyos efectos han sido estudiados en nuestro laboratorio, como se ha mencionado anteriormente 40. La presencia de FIESD se ha descrito también en corteza adrenal de L. RIVAS-CABAÑERO y cols. o r i g e n hipotalámico que estimula la proliferación mesangial podría ser un nexo de unión entre la hipertensión y la proliferación de músculo liso vascular y de las células mesangiales que caracteriza a la hipertensión. Por otra parte, la ouabaína inhibe la captación normal de noradrenalina en los nervios simpáticos; esto tiende a aumentar la concentración de neurotransmisores en los receptores 67. Si FIESD tuviera un efecto similar a la ouabaína en la captación de noradrenalina podría causar un incremento en la actividad simpática. Este efecto podría explicar el incremento de actividad simpática observada en ratas espontáneamente hipertensas 60. Gregoire y cols. 68 han encontrado que un factor que desplaza la ouabaína podría jugar un papel importante en la hipertensión inducida por embarazo. A d e m á s , Seon y cols. 69 han descrito un aumento en la concentración intracelular de Na+ en eritrocitos y leucocitos de pacientes con hipertensión en el embarazo. Por otra parte, los FIESD y el transporte de Na+ eritrocitario no parecen ser marcadores de hipertensión secundaria por una enfermedad renal crónica o por transplante renal. cias de que la actividad de la bomba de Na+ está deprimida en el fracaso renal crónico incluso antes de la necesidad de diálisis 76. De Wardener sugirió que la expansión de volumen extracelular secundaria a la i n s u f i c i e n c i a renal promueve la liberación de un FIESD, que podría explicar tanto la disminución de la actividad de la bomba de Na+ como la hipertensión asociada al fracaso renal 74. Recientemente se ha detectado un FIESD 50 en pacientes urémicos sometidos a diálisis. En este estudio, los niveles plasmáticos de FIESD no se correlacionaban con los cambios agudos de volumen extracelular durante la diálisis. Es posible que FIESD pueda modular los cambios crónicos de volumen extracelular, pero no los agudos. Sin embargo, Bisordi y cols. 77 encontraron una buena correlación entre los niveles plasmáticos de FIESD y los cambios en volumen extracelular agudos y crónicos inducidos por hemodiálisis. Bibliografía 1. Smith HW: Salt and water volume receptors: an exercise in physiologic apologetics. Am J Med 23:623-652, 1957. 2. De Wardener HE, Mills JH, Clapham WF y Hayter CJ: Studies on the efferent mechanism of sodium diuresis which follows the administration of intravenous saline in the dog. Clin Sci 21:249-258, 1961. 3 . Knox FC, Burnett JC, Kohan DE, Spielman WS y Strand LC: Escape from sodium retanied effects of mineralocorticoids. Kidney Int 17:263-276, 1980. 4 . De Wardener HE y McGregor GA: Concept of Natriuretic Hormone. Physiol Rev 65:658-759, 1985. 5. Buckalew VM Jr: Natriuretic Hormone. En The Kidney in Liver Diseases, ed. Epstein M, third edition. Williams & Williams, 417, Baltimore, 1988. 6. 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En esta misma línea, Poston y cols. 72 han encontrado que la orina de pacientes cir r ó t i c o s tenía menor capacidad inhibitoria para el transporte de sodio en leucocitos. En un estudio posterior, Tejedor y cols. 73 encontraron ausencia de un regulador endógeno de Na+, K+, ATPasa en ratas con cirrosis hepática. Esto podría explicar la deficiencia en la regulación de volumen extracelular que se produce en los pacientes cirróticos. 3. Enfermedades renales Se ha sugerido que FIESD podría estar implicado en el síndrome nefrótico e hipertensión secundaria al fracaso renal crónico 74,75 . Hay considerables eviden558 70:665-699, 1990. 13. Hernando N, Caramelo C, Tejedor A, Fernández-Cruz A y López-Novoa JM: Lack of effect of synthetic atrial natriuretic factor on Rubidium uptake by human erythrocyte. Biochem Biophys Res Comm 130:1066-1071, 1985. INHIBIDORES CIRCULANTES DE LA BOMBA DE SODIO 14. Haddy FJ: Endogenous digitals-like factor or factors. New Engl J Med 316:621-623. 1987. 15. 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