Os mecanismos que assegurem a excreção renal de fármacos são os mesmos que intervêm na formação da urina, uma função do néfron, unidade anátomo-fisiológica dos rins. Esses mecanismos compreendem a filtração glomerular, a secreção tubular ativa e a reabsorção tubular passiva.
Em um primeiro momento o fármaco é filtrado ou secretado para a luz tubular; em um próximo passo pode ser eliminado com a urina ou reabsorvido, ativa ou passivamente, pelo epitélio tubular.
A quantidade de fármaco que entra na luz tubular por filtração, bem como a velocidade com que ocorre esse processo, depende de sua fração ligada à proteína plasmática, da taxa de filtração glomerular e do fluxo plasmático renal.
Já a secreção tubular ativa não é afetada pelo teor de ligação a proteínas plasmáticas, é um transporte mediado por carreadores que apresenta alta velocidade, podendo ser saturável. Muitas substâncias de caráter ácido são transportadas por um sistema destinado a secreção de substâncias de ocorrência natural, como o ácido úrico.
As bases orgânicas são transportadas por outro sistema que secreta base endógena, como a histamina, assim pode ocorrer competição entre ácidos ou entre bases orgânicas pelo sítio de ligação de seu carreador. Por exemplo, a probenicida retarda a excreção urinária da benzilpenicilina, o que aumenta sua vida média no organismo e consequentemente a duração de seu efeito farmacológico. Ambos os sistemas de transporte podem ser bidirecionais, entretanto o transporte de substâncias exógenas é predominantemente secretor.
Esse mecanismo é influenciado pelas propriedades físico-químicas do fármaco e pH urinário. Ácidos orgânicos fracos, por não se dissociarem em pH ácido, são reabsorvidos. Podemos acelerar sua excreção alcalinizando a urina, o que os converte em formas ionizadas não livremente difusíveis.
A alcalinização da urina teria efeito oposto na excreção de bases fracas, artifícios que podem ser utilizados em casos de intoxicação.
Fatores fisiológicos ou patológicos com a função renal influenciam decisivamente na excreção de fármacos por esta via. Em presença de insuficiência renal, fármacos e metabólitos ativos excretados fundamentalmente pelo rim podem acumular-se, ocasionando efeitos tóxicos. Para evitar tal ocorrência são necessários ajustes nos esquemas terapêuticos.
O fator idade figura entre os fatores fisiológicos, como um dos principais interferentes na excreção renal de fármacos. Em recém-nascidos e prematuros, a filtração glomerular e o fluxo plasmático renal são aproximadamente 30 a 40% inferiores aos dos adultos, somente aproximando-se a estes aos três meses de idade, logo a cinética dos fármacos nestas crianças será totalmente diferenciada, devendo ser levada em conta nos regimes terapêuticos de substâncias administradas no período pós-natal.
A reabsorção tubular renal de ácidos e bases fracas em suas formas não ionizadas (lipossolúveis) se processa por difusão passiva no nível dos túbulos proximal e distal, sendo potencialmente bidirecional. Porém, como a água é progressivamente abstraída do lúmen tubular ao longo do néfron, o aumento da concentração intraluminal do fármaco cria um gradiente de concentração para retrodifusão.
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