COMPARTIMIENTOCOMPARTIMIENTOS CORPORALESS CORPORALES

Rafael Labrador; Rafael Labrador; MD, MSc, PhDMD, MSc, PhD

ORGANIZACIÓN Y ORGANIZACIÓN Y COMPOSICIÓN CORPORALCOMPOSICIÓN CORPORAL

Líquido extracelular: medio donde : medio donde se encuentran sumergidos los se encuentran sumergidos los tejidos, y de donde captan el O2 y tejidos, y de donde captan el O2 y los nutrienteslos nutrientes

Líquido intersticialLíquido intersticial: parte : parte del LEC que baña las del LEC que baña las células y se localiza células y se localiza fuera del sistema fuera del sistema vascularvascular

Líquido intravascularLíquido intravascular: : llena el sistema vascular llena el sistema vascular y conforma el volumen y conforma el volumen sanguíneo totalsanguíneo total

Líquidos TranscelularesLíquidos Transcelulares

Líquido intracelularLíquido intracelular: medio interno de la : medio interno de la célulacélula

PESO CORPORALPESO CORPORAL Proteínas: 18%Proteínas: 18% Grasa: 15%Grasa: 15% Minerales: 7%Minerales: 7% Agua: 60%Agua: 60%

VOLÚMENES DE LOS LÍQUIDOS VOLÚMENES DE LOS LÍQUIDOS CORPORALESCORPORALES

Volumen de distribuciónVolumen de distribución de una sustancia:de una sustancia:

cantidad inyectadacantidad inyectada - - cantidad extraídacantidad extraída concentración de la muestraconcentración de la muestra

VolúmenesVolúmenes plasmáticoplasmático yy sanguíneo totalsanguíneo total; calculables; calculables Volumen delVolumen del LEC LEC es difícilmente calculable:es difícilmente calculable:

- velocidad de distribución en el espacio versus el - velocidad de distribución en el espacio versus el mantenimiento dentro del mismo; limites imprecisosmantenimiento dentro del mismo; limites imprecisos

- líquidos transcelulares (oculares, articulares, LCR)- líquidos transcelulares (oculares, articulares, LCR) Volumen delVolumen del LL. . IntersticialIntersticial: LEC-volumen plasmático: LEC-volumen plasmático

VOLÚMENES CORPORALESVOLÚMENES CORPORALES

Volumen delVolumen del LL. . IntracelularIntracelular:: - se utiliza el cálculo del- se utiliza el cálculo del agua corporal totalagua corporal total, que se calcula , que se calcula también mediante el volumen de distribución de una también mediante el volumen de distribución de una sustanciasustancia- índice LEC/LIC es mayor en lactantes y niños, por lo que la - índice LEC/LIC es mayor en lactantes y niños, por lo que la deshidratación se desarrolla más rápidamentedeshidratación se desarrolla más rápidamente

Contenido de agua en tejido magro: 71-72 mL/100g

CONCENTRACIÓN DE CONCENTRACIÓN DE SOLUTOSSOLUTOS

Es más significativo el Es más significativo el número de moléculasnúmero de moléculas, las , las cargas eléctricascargas eléctricaso las o las partículas de sustancia por unidad de volumenpartículas de sustancia por unidad de volumen, que su peso, que su pesopor unidad de volumenpor unidad de volumen

MolMol: peso molecular (suma de pesos atómicos) de una : peso molecular (suma de pesos atómicos) de una sustancia expresado en gramos. Un mol ≈ 6 x 10sustancia expresado en gramos. Un mol ≈ 6 x 102323 moléculasmoléculas

ElEl peso molecularpeso molecular de cada sustanciade cada sustancia es un índicees un índice (carece (carece de dimensiones) que se calcula utilizando como de dimensiones) que se calcula utilizando como referencia 1/12 de la masa de un átomo de carbono-12referencia 1/12 de la masa de un átomo de carbono-12

UnUn DaltonDalton es la unidad de masa molecular de una es la unidad de masa molecular de una sustancia, equivalente a 1/12 de la masa de un átomo de sustancia, equivalente a 1/12 de la masa de un átomo de carbono-12;carbono-12; expresa la masa pero no el peso molecularexpresa la masa pero no el peso molecular

Capacidad amortiguadoraCapacidad amortiguadora: : conservación de una concentración conservación de una concentración estable de iones Hestable de iones H++

CONCENTRACIÓN DE CONCENTRACIÓN DE SOLUTOSSOLUTOS Equivalente eléctricoEquivalente eléctrico: es un mol de una sustancia : es un mol de una sustancia

ionizada, dividido entre la valencia de sus ionesionizada, dividido entre la valencia de sus iones Equivalente químicoEquivalente químico: : es el peso de una sustancia es el peso de una sustancia

equivalente a 8000 g de Oequivalente a 8000 g de O22. Así, la normalidad de . Así, la normalidad de una solución (N) es el número de gramos una solución (N) es el número de gramos equivalentes en un litroequivalentes en un litro

pHpH: es el logaritmo negativo de la : es el logaritmo negativo de la [H[H++]. En agua pura a 25]. En agua pura a 25C, el pH es de C, el pH es de 7.0, lo que significa iones 7.0, lo que significa iones equivalentes de Hequivalentes de H++ y OH y OH--

HH22COCO33 H H++ + HCO + HCO33--

DIFUSIÓNDIFUSIÓN

DifusiónDifusión: movimiento aleatorio : movimiento aleatorio constante de las moléculas de constante de las moléculas de un gas o los iones y moléculas un gas o los iones y moléculas disueltos de una solución, que disueltos de una solución, que tiende a distribuirlas en forma tiende a distribuirlas en forma difusa en un volumen difusa en un volumen determinadodeterminado

Este movimiento aleatorio tiende Este movimiento aleatorio tiende a eliminar ela eliminar el gradiente de gradiente de concentraciónconcentración y a distribuir las y a distribuir las moléculas de manera uniformemoléculas de manera uniforme

UnUn gradiente de concentracióngradiente de concentración es un estado de baja entropíaes un estado de baja entropíaque tiende hacia una alta entropía (que tiende hacia una alta entropía (22dada ley de la termodinámica ley de la termodinámica))

Difusión neta

DIFUSIÓN A TRAVÉS DE LA DIFUSIÓN A TRAVÉS DE LA MEMBRANA PLASMÁTICAMEMBRANA PLASMÁTICA

¥ La membrana no supone barrera para la difusión deLa membrana no supone barrera para la difusión de moléculas moléculas apolaresapolares (O(O22, hormonas), ni para, hormonas), ni para moléculas pequeñas sin moléculas pequeñas sin cargacarga (CO(CO22, H, H22O, etanol, urea)O, etanol, urea)

¥ LasLas moléculas polares grandesmoléculas polares grandes (glucosa) o los iones cargados (glucosa) o los iones cargados (Na(Na++, K, K++) no pueden atravesar la membrana y requieren) no pueden atravesar la membrana y requieren proteínas transportadoras especialesproteínas transportadoras especiales (canales, (canales, transportadores)transportadores)

ÓSMOSISÓSMOSIS

§ ÓsmosisÓsmosis: difusión neta de agua : difusión neta de agua a través de una membrana con a través de una membrana con permeabilidad selectiva (más permeabilidad selectiva (más permeable al agua que por lo permeable al agua que por lo menos a una especie de soluto)menos a una especie de soluto)

§ La La difusión neta de aguadifusión neta de agua se se da, al igual que para un soluto, da, al igual que para un soluto, desde el lado con mayor desde el lado con mayor concentración de agua (solución concentración de agua (solución más diluida) hacia el de menor más diluida) hacia el de menor concentración de agua (solución concentración de agua (solución más concentrada)más concentrada)

§ Algunas células tienen (o Algunas células tienen (o instalan como respuesta instalan como respuesta reguladora) canales especiales reguladora) canales especiales para el agua: para el agua: acuaporinasacuaporinas

PRESIÓN OSMÓTICAPRESIÓN OSMÓTICA§ El agua se mueve por ósmosis hacia la El agua se mueve por ósmosis hacia la

solución de mayor concentración, hasta solución de mayor concentración, hasta que se igualan las concentraciones a que se igualan las concentraciones a ambos lados de la membrana y se ambos lados de la membrana y se produce un produce un aumento de volumenaumento de volumen en el en el compartimiento de la solución compartimiento de la solución concentradaconcentrada

§ La variación de volumen ocurre por la La variación de volumen ocurre por la presión hidrostática del agua que entra presión hidrostática del agua que entra por ósmosis, y la presión necesaria para por ósmosis, y la presión necesaria para contrarrestar esta variación de volumen, contrarrestar esta variación de volumen, es igual a la es igual a la presión osmóticapresión osmótica de la de la soluciónsolución

PRESIÓN OSMÓTICAPRESIÓN OSMÓTICA

§ Y esta medida indica con qué fuerza la solución Y esta medida indica con qué fuerza la solución concentrada “extrae” agua hacia ella por concentrada “extrae” agua hacia ella por ósmosis: ósmosis: cuanto mayor es la concentración cuanto mayor es la concentración de solutos de una solución, mayor es su de solutos de una solución, mayor es su presión osmóticapresión osmótica

MOLARIDAD Y MOLALIDADMOLARIDAD Y MOLALIDAD

§ Si la temperatura se conserva constante, Si la temperatura se conserva constante, la presión la presión osmótica es proporcional al osmótica es proporcional al # de partículas en la # de partículas en la solución por unidad de volumen de la soluciónsolución por unidad de volumen de la solución (osmoles)(osmoles)

§ OsmolaridadOsmolaridad: : ## de osmoles por litro de solución de osmoles por litro de solución§ Aunque un mol de un compuesto debe contener el mismo Aunque un mol de un compuesto debe contener el mismo # #

de moléculas que el de otro compuesto, no necesariamente de moléculas que el de otro compuesto, no necesariamente ocupa el mismo volumen, por lo que ocupa el mismo volumen, por lo que la osmolaridad no la osmolaridad no especifica el cociente exacto entre soluto y aguaespecifica el cociente exacto entre soluto y agua

§ Osmolalidad: Osmolalidad: ## de osmoles por Kg. de solvente de osmoles por Kg. de solvente§ Si una membrana de permeabilidad selectiva separa dos Si una membrana de permeabilidad selectiva separa dos

soluciones con la misma osmolalidad, no se producirá soluciones con la misma osmolalidad, no se producirá ósmosisósmosis

OSMOLALIDADOSMOLALIDAD

§ Los electrólitos (como el Los electrólitos (como el NaCl) se ionizan cuando se NaCl) se ionizan cuando se disuelven en agua, y disuelven en agua, y cada cada ión constituye un molión constituye un mol (p.e., una solución 1.0 m de (p.e., una solución 1.0 m de NaCl tiene una [total] de 2.0 NaCl tiene una [total] de 2.0 Osm)Osm)

§ Entre dos sustancias de Entre dos sustancias de igual molalidad, igual molalidad, la la ionizable tendrá mayor ionizable tendrá mayor osmolalidad que la no osmolalidad que la no ionizableionizable

§ El descenso del punto El descenso del punto crioscópico es una medida crioscópico es una medida de la osmolalidadde la osmolalidad

TONICIDADTONICIDAD TonicidadTonicidad: efecto de una solución : efecto de una solución

sobre el movimiento osmótico del sobre el movimiento osmótico del agua respecto al tejido sanguíneoagua respecto al tejido sanguíneo

Una solución puede ser Una solución puede ser isoosmótica pero no isotónica, por isoosmótica pero no isotónica, por solutos que pueden atravesar solutos que pueden atravesar libremente la membrana celular o libremente la membrana celular o ser metabolizados ser metabolizados

Las soluciones, con solutos Las soluciones, con solutos osmóticamente activos, pueden osmóticamente activos, pueden ser ser hipotónicashipotónicas o o hipertónicashipertónicas respecto al plasma, por lo que respecto al plasma, por lo que pueden modificar el volumen pueden modificar el volumen celularcelular

El NaEl Na++, el Cl, el Cl-- y el HCO y el HCO33-- son los son los

principales contribuyentes a la principales contribuyentes a la osmolalidad del plasmaosmolalidad del plasma

Microfotografía de eritrocitos crenados,debido a la pérdida de agua por ósmosis

MEMBRANAS CELULARES Y MEMBRANAS CELULARES Y LÍQUIDOS CORPORALESLÍQUIDOS CORPORALES

Las proteínas, los fosfatos y Las proteínas, los fosfatos y otros otros aniones orgánicosaniones orgánicos que no pueden salir de la que no pueden salir de la célula, crean una célula, crean una carga carga negativa fijanegativa fija en el interior en el interior celularcelular

Esto atrae cationes que se Esto atrae cationes que se acumulan en > concentración acumulan en > concentración en el interior celularen el interior celular

Este movimiento de Este movimiento de cationes favorecido por el cationes favorecido por el gradiente eléctrico está gradiente eléctrico está limitado, a su vez, por el limitado, a su vez, por el gradiente químicogradiente químico

En presencia de un ión no En presencia de un ión no difusible, los iones difusibles se difusible, los iones difusibles se distribuyen buscando la distribuyen buscando la equivalencia de sus índices de equivalencia de sus índices de concentración (concentración (Donnan y GibbsDonnan y Gibbs))

FUERZAS QUE ACTÚAN FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE LOS IONESSOBRE LOS IONES Los iones con > Los iones con >

[extracelular] ([extracelular] (ClCl--, p.e.) , p.e.) tienden a difundir hacia el tienden a difundir hacia el interior a favor de su interior a favor de su gradiente químicogradiente químico, lo que , lo que está limitado por su está limitado por su gradiente eléctricogradiente eléctrico

Los iones con >[intracelular] Los iones con >[intracelular] ((KK++, p.e.), difunden al , p.e.), difunden al exterior a favor del exterior a favor del gradiente químicogradiente químico, , movimiento también limitado movimiento también limitado por el por el gradiente eléctricogradiente eléctrico

Y hay iones (Y hay iones (NaNa++, p.e.) cuyos , p.e.) cuyos dos gradientes se dirigen dos gradientes se dirigen hacia el interior celularhacia el interior celular

Cada célula se comporta como una pilaCada célula se comporta como una pilacon un voltaje muy pequeño (<1/10 V),con un voltaje muy pequeño (<1/10 V),pero de importancia crucial en procesospero de importancia crucial en procesoscomo como contracción muscularcontracción muscular y y génesis degénesis deimpulsos nerviososimpulsos nerviosos

EFECTO DONNAN Y EFECTO DONNAN Y DIFERENCIA DE POTENCIAL DE DIFERENCIA DE POTENCIAL DE

EQUILIBRIOEQUILIBRIODistribución de iones en el cuerpo a partir del Efecto Distribución de iones en el cuerpo a partir del Efecto

DonnanDonnan:: En el estado de equilibrio, el gradiente eléctrico y el químico En el estado de equilibrio, el gradiente eléctrico y el químico

son iguales y contrarios, por lo que hay una distribución son iguales y contrarios, por lo que hay una distribución asimétrica de los iones permeables a través de la membrana: asimétrica de los iones permeables a través de la membrana: diferencia eléctrica transmembrana diferencia eléctrica transmembrana (ecuación de(ecuación de Nernst Nernst))

RTRT

FZFZClCl

EEClCl = = lnln[Cl [Cl --

ee]]

[Cl [Cl --i i ]]

EFECTO DONNAN Y POTENCIAL EFECTO DONNAN Y POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSODE MEMBRANA EN REPOSO

Distribución de iones en el cuerpo a partir del Efecto Distribución de iones en el cuerpo a partir del Efecto DonnanDonnan::

El potencial de membrana en reposo (EEl potencial de membrana en reposo (Emm) está lejos de los ) está lejos de los valores de equilibrio para el Navalores de equilibrio para el Na++ (+60) y el K (+60) y el K++ (-90) (-90)

Esto depende de Esto depende de la permeabilidad específicala permeabilidad específica de la de la membrana para cada ión, y del membrana para cada ión, y del cociente de concentracionescociente de concentraciones extra e intracelular de cada ión (ecuación deextra e intracelular de cada ión (ecuación de Goldman Goldman))

NaNa++-K-K++ ATPasa ATPasa

Distribución de iones en el cuerpo a partir del Efecto Distribución de iones en el cuerpo a partir del Efecto DonnanDonnan::

La célula no está en equilibrio respecto a las concentraciones La célula no está en equilibrio respecto a las concentraciones de Nade Na++ y K y K++, pero estas se mantienen constantes mediante la , pero estas se mantienen constantes mediante la acción de la acción de la NaNa++-K-K++ATPasa ATPasa que, a su vez,que, a su vez, mantiene el E mantiene el Emm

Existen más partículas osmóticamente activas en el LIC que Existen más partículas osmóticamente activas en el LIC que en el L. Intersticial: en el L. Intersticial: el volumen y la presión celulares el volumen y la presión celulares normales dependen de la Na+-K+ATPasanormales dependen de la Na+-K+ATPasa

EFECTO DONNAN E EFECTO DONNAN E INTERCAMBIO EN LA PARED INTERCAMBIO EN LA PARED

CAPILARCAPILARDistribución de iones en el cuerpo según el Efecto Distribución de iones en el cuerpo según el Efecto

DonnanDonnan:: Existen más partículas osmóticamente activas en el plasma Existen más partículas osmóticamente activas en el plasma

que en el L. Intersticial: que en el L. Intersticial: el Efecto Donnan describe el el Efecto Donnan describe el movimiento de los iones a través de la pared capilarmovimiento de los iones a través de la pared capilar

TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANAMEMBRANA Transporte con intervención Transporte con intervención

de transportadoresde transportadores:: Puede ser Puede ser pasivopasivo (a favor del (a favor del

gradiente de concentración) o gradiente de concentración) o activoactivo (en contra del gradiente (en contra del gradiente de concentración)de concentración)

SaturaciónSaturación: hay un T: hay un Tmm

CompetenciaCompetencia: la velocidad de : la velocidad de transporte disminuye cuando transporte disminuye cuando están presentes dos moléculas están presentes dos moléculas transportables por el mismo transportables por el mismo transportadortransportador

EspecificidadEspecificidad: a pesar de que : a pesar de que dos moléculas pueden dos moléculas pueden “competir” por un “competir” por un transportador, no todas las transportador, no todas las moléculas (incluso las moléculas (incluso las familiares) son transportadas familiares) son transportadas por el mismopor el mismo

CANALES CANALES IÓNICOSIÓNICOS

Ocurre Ocurre a favor del gradiente a favor del gradiente de concentraciónde concentración

Los iones en disolución están Los iones en disolución están rodeados por moléculas de rodeados por moléculas de agua, atraídas por la carga del agua, atraídas por la carga del ión (naturaleza polar), que ión (naturaleza polar), que se se suman a su tamaño efectivosuman a su tamaño efectivo

El abandono de este ambiente El abandono de este ambiente polar para introducirse en uno polar para introducirse en uno apolar (bicapa lipídica) implica apolar (bicapa lipídica) implica un balance energético un balance energético desfavorable, por lo que se desfavorable, por lo que se necesitan “necesitan “aberturasaberturas” ” especiales en la membranaespeciales en la membrana

El concepto de canal es antiguo El concepto de canal es antiguo (finales del siglo XIX), pero la (finales del siglo XIX), pero la naturaleza proteínicanaturaleza proteínica de su de su estructura se conoce hace estructura se conoce hace poco poco

CANALES IÓNICOS: MODELOS CANALES IÓNICOS: MODELOS PARA EL NaPARA EL Na++ Y EL K Y EL K++

El El canal de Kcanal de K++ selecciona iones selecciona iones porque porque excluyeexcluye los hidratados de los hidratados de mayor diámetromayor diámetro que el del poro que el del poro

El El canal de Nacanal de Na++ tiene un tiene un filtrofiltro constituido por constituido por dos dos aminoácidosaminoácidos (residuos con (residuos con carga -), uno que estabiliza la carga -), uno que estabiliza la carga del ión y otro que une una carga del ión y otro que une una molécula de agua molécula de agua

MECANISMO DE MECANISMO DE APERTURA Y APERTURA Y CIERRE DE CIERRE DE CANALESCANALES

ESTÍMULOS QUE CONTROLAN ESTÍMULOS QUE CONTROLAN LA APERTURA Y CIERRE DE LA APERTURA Y CIERRE DE

CANALESCANALES

DIFUSIÓN FACILITADADIFUSIÓN FACILITADA

Ocurre Ocurre a favor del a favor del gradiente de gradiente de concentraciónconcentración

Utiliza Utiliza proteínas proteínas transportadorastransportadoras que se que se incorporan a la membrana incorporan a la membrana a partir de un estímulo a partir de un estímulo específico (ejercicio, específico (ejercicio, insulina)insulina)

Presenta saturación, Presenta saturación, competencia, especificidadcompetencia, especificidad

Ocurre Ocurre en contra de un en contra de un gradiente de concentracióngradiente de concentración

Incluye las fases de:Incluye las fases de:1- reconocimiento1- reconocimiento2- degradación de ATP 2- degradación de ATP y y fosforilación de la proteína fosforilación de la proteína transportadoratransportadora3- cambio conformacional3- cambio conformacional del del transportador (movimiento transportador (movimiento ““bisagrabisagra”)”)4-4- liberación de molécula o ión liberación de molécula o ión transportado en el lado opuestotransportado en el lado opuesto

Entre las bombas, las más Entre las bombas, las más importante es la de sodio-potasio importante es la de sodio-potasio (desde unas 200/eritrocito hasta (desde unas 200/eritrocito hasta millones/célula túbulos renales)millones/célula túbulos renales)

BOMBAS Y TRANSPORTE BOMBAS Y TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIOACTIVO PRIMARIO

FUNCIONES DEL GRADIENTE FUNCIONES DEL GRADIENTE DE NaDE Na++ y K y K++

1.1. Proporciona energía para el “Proporciona energía para el “transporte transporte acopladoacoplado” de otras moléculas” de otras moléculas

2.2. La actividad de las bombas NaLa actividad de las bombas Na++/K/K++ se puede se puede ajustar (hormonas tiroideas) para ajustar (hormonas tiroideas) para regular gasto regular gasto calórico en reposocalórico en reposo e e índice metabólico basalíndice metabólico basal

3.3. En las membranas plasmáticas del tejido En las membranas plasmáticas del tejido excitable se emplea para excitable se emplea para producir los producir los impulsos electroquímicosimpulsos electroquímicos imprescindibles imprescindibles para su funcionamiento para su funcionamiento

4.4. La extrusión activa de NaLa extrusión activa de Na++ es importante por su es importante por su poder osmóticopoder osmótico

TRANSPORTE ACTIVO TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO O “ACOPLADO”SECUNDARIO O “ACOPLADO”

En el En el transporte acopladotransporte acoplado, la energía para , la energía para mantener el gradiente de concentración de un mantener el gradiente de concentración de un elemento es aprovechada, cuando el elemento elemento es aprovechada, cuando el elemento difunde a favor de dicho gradiente, para transportar difunde a favor de dicho gradiente, para transportar otra molécula en contra de su gradienteotra molécula en contra de su gradiente

TRANSPORTE TRANSPORTE ACTIVO ACTIVO

SECUNDARIO SECUNDARIO Si la molécula se mueve en la Si la molécula se mueve en la misma dirección del Namisma dirección del Na++ (hacia el interior celular), se (hacia el interior celular), se denomina denomina co-transporte co-transporte oo simportesimporte; y si lo hace en ; y si lo hace en dirección opuesta, se dirección opuesta, se denomina denomina contratransporte contratransporte oo antiporte antiporte

La distribución de las bombas La distribución de las bombas NaNa++/K/K++ y de los y de los transportadores de transportadores de membrana (los GLUT, p.e.) en membrana (los GLUT, p.e.) en los epitelios, trabajan en los epitelios, trabajan en conjunto para lograr el paso conjunto para lograr el paso de moléculas desde un de moléculas desde un compartimiento a otrocompartimiento a otro