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Facultad de Medicina Departamento de Ciencias Preclnicas
Control del medio interno: Equilibrio hdrico y electroltico
Jorge Sanhueza S.1,2, Carolina Cerda V.3 1Departamento de Ciencias Preclnicas, 2Laboratorio de Biologa Molecular y Farmacogentica / Ncleo de Desarrollo Cientfico-Tecnolgico en Biorecursos (BIOREN), Universidad de La Frontera, Temuco,
Chile, 3Alumna de Medicina Universidad de La Frontera
1. Introduccin
Al hablar de medio interno se hace referencia al ambiente en el que viven nuestras clulas, el cual est representado por el lquido extracelular. La regulacin del equilibrio de ste medio est determinada por el balance de electrolitos, agua, pH y otras molculas orgnicas, lo que a
su vez se determina por la interaccin entre los sistemas orgnicos y el control general de stos por mecanismos locales que desarrollan los tres grandes sistemas reguladores de nuestro organismo: sistemas nervioso, endocrino e inmunolgico.
Los mecanismos mediante los cuales los diferentes sistemas orgnicos buscan mantener de manera ptima las condiciones del medio interno, de modo que sean las ideales para la vida, se denominan mecanismos homeostticos.
El concepto de homeostasis fue introducido por primera vez durante el siglo XIX por el
fisilogo francs Claude Bernard, quien subray que la estabilidad del medio interno es una condicin de vida libre". Para que un organismo pueda sobrevivir debe ser, en parte, independiente de su medio; esta independencia est proporcionada por la homeostasis. El
trmino homeostasis fue acuado en 1926 por Walter Cannon para hacer referencia a la capacidad del cuerpo de regular la composicin y volumen de la sangre y, por lo tanto, de todos los fluidos que baan las clulas del organismo, el lquido extracelular.
El trmino homeostasis deriva del griego homeo que significa igual, y stasis que significa
posicin. En la actualidad, se aplica al conjunto de procesos que previenen fluctuaciones en la fisiologa de un organismo o aquellos que lo retornan a su estado basal, e incluso se considera aplicarlo a la regulacin de variaciones en los diversos ecosistemas o del universo como un
todo.
En los organismos vivos la homeostasis implica un consumo de energa, necesario para mantener un equilibrio dinmico (tasa metablica basal). Esto significa que, aunque las condiciones externas puedan estar sujetas continuamente a variaciones, los mecanismos
homeostticos aseguran que los efectos de estos cambios sobre los organismos sean mnimos.
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Si el equilibrio se altera y los mecanismos homeostticos son incapaces de recuperarlo, entonces el organismo puede enfermar y con el tiempo morir.
La homeostasis es necesaria debido a que los organismos metabolizan molculas de forma
continua, originando productos de desecho potencialmente txicos, los que necesariamente deben ser eliminados. Adems de esto, los organismos precisan mantener un medio celular (medio interno) constante, indiferente a los potenciales efectos de las variaciones originadas
en su medio externo.
Entender la homeostasis como un todo o como la perfecta interaccin entre los distintos sistemas corporales es el objetivo principal del aprendizaje de la fisiologa. Un ejemplo de ello
es la regulacin del equilibrio hdrico: la correcta interaccin del sistema nervioso central (hipotlamo-hipfisis), endocrino (sistema renina-angiotensina-aldosterona-ADH), digestivo (absorcin de lquidos y sales ingeridas), renal (reabsorcin de lquidos) y cardiovascular
(regulacin de la presin arterial y redistribucin del flujo plasmtico), busca mantener la composicin lquida corporal dentro de sus rangos fisiolgicos y regular el balance de electrolitos para que estos volumenes de agua no sufran mayores modificaciones.
En esta revisin se pretende dar a conocer ambos aspectos, por una parte el balance hdrico y
por otra los mecanismos reguladores de la ingesta.
2. Propiedades del agua
El agua, en conjunto con los lpidos, constituyen los principales solventes del cuerpo.
El agua posee propiedades que la hacen fundamental para la homeostasis corporal.
Existen tres propiedades del agua que lo hacen ser ms que un simple solvente:
1. Una elevada concentracin molar: En los sistemas biolgicos, el agua es la que presenta una mayor concentracin molar: 55,5 M (Na+: 0,14 M). La importancia de
esto es que el agua est siempre ms concentrada que cualquier otro compuesto en una solucin, pudiendo ejercer funciones, tales como: mantencin de la presin arterial, mantencin de la tensin intraocular y formacin de matriz extracelular, en
conjunto con las protenas. En definitiva, esta propiedad del agua permite que nuestras clulas tengan volumen, el cual les otorga la forma esencial para su funcionamiento. Veremos que casi el 60% de nuestro peso corporal es agua, entre
otros aspectos asociados a esta importante propiedad del agua, lo que ms adelante seguiremos complementando.
2. Una elevada constante dielctrica: Esto permite que tengamos soluciones con iones, osea el agua impide la atraccin electrosttica entre iones, lo cual se expresa mejor en la Ley de Coulomb. Un ejemplo de ello es lo que ocurre con la sal, la gran constante
dielctrica del agua permite que la fuerza entre los iones de sal se reduzca, pudiendo tener iones separados de Na+ y Cl-. Estos iones separados se rodean por los extremos con carga opuesta de los dipolos de agua y se hidratan, ya que los tomos de
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Hidrgeno son capaces de aglomerarse y son los responsables de la constante dielctrica del agua.
Ley de Coulomb
F = (k q1 q2) / D r2
Donde:
F: Fuerza entre dos cargas elctricas. k: Constante de proporcionalidad (dependiente del medio). q1 y q2: Fuerzas de atraccin entre dos molculas. D: Constante dielctrica del solvente. r2: Cuadrado de la distancia que las separa.
3. Una pequea constante de disociacin: el agua se disocia en iones y su constante de
disociacin es muy pequea (Kw = 4.3 x 10-16 mmol/l). Esto posee una importancia
vital en los sistemas biolgicos, al ser el agua una fuente importante de protones, lo que permite regulacin del pH corporal.
3. Cmo se mueve el agua en nuestro organismo?
Si bien, uno de los principios elementales del agua que fcilmente recordamos es el que
expresa que el agua y el aceite no se mezclan, tambin hemos aprendido que dentro de los principales componentes de nuestras clulas tenemos fosfolpidos y colesterol; entonces, Cmo es que el agua es capaz de moverse fcilmente por todo nuestro cuerpo?
El agua pasa a travs de las capas de lpidos por dos vas principales: a travs de la membrana
lipdica y por los poros de agua.
3.1 Movimiento de agua a travs de la bicapa.
El paso del agua a travs de la bicapa lipdica se produce por difusin, lo cual se contrapone al hecho de que el agua y el aceite no se mezclen. Existen algunos aspectos a considerar al
momento de analizar esta situacin, relacionados con los principios de difusin establecidos en la Ley de Fick, siendo el primero la concentracin de agua.
La concentracin del agua es extremadamente elevada y la superficie de membrana para la difusin de sta es tambin de gran tamao. La composicin de lpidos de las membranas es
otro factor que modifica la difusin de agua.
Ley de Fick:
El movimiento de agua, se denomina osmosis y se ve favorecido por dos aspectos principales:
a. Presin hidrosttica: el agua, al estar altamente concentrada, ejerce tensin sobre las membranas que delimitan los espacios que la contienen, lo cual se denomina presin hidrosttica y se define como la fuerza del agua sobre las diferentes membranas
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biolgicas; as, el agua tiende a salir del interior de la clula, pero a esta fuerza se opone la presin hidrosttica del liquido intersticial y a su vez a la tensin del liquido
intersticial se opone la presin hidrosttica del capilar. Es por esto que, existiendo un movimiento constante del agua entre estos tres compartimientos, el flujo neto de agua es 0 en condiciones de equilibrio (movimiento igual en ambos sentidos).
b. Presin osmtica: como antes se mencion, las molculas cargadas tienen la particularidad de rodearse de agua, lo que se traduce en que ellas tienen la capacidad
de atraer agua, es decir, ejercen una fuerza de atraccin para el agua. La suma de estas fuerzas la denominamos presin osmtica. Esto tambin ocurre con las protenas que, como recordamos, presentan carga negativa y por ende tambin son capaces de
atraer o rodearse de agua, para ellas esta propiedad se denomina presin onctica. As entonces, las presiones osmtica y onctica se oponen a la perdida de agua del espacio en el que se analice; por ejemplo, la presin onctica ejercida por las
protenas del capilar se opone a la presin hidrosttica del mismo espacio e impide que el agua abandone por completo el capilar a pesar de las fenestraciones q ue presentan los capilares en el tejido perifrico.
El equilibrio de estas fuerzas, fuerzas de Starling, es el determinante de la distribucin estable del volumen entre los diferentes compartimentos. En general, estas fuerzas son las que permiten que existan diferentes volmenes de agua en el espacio intracelular y extracelular. La ley de Starling, de los capilares puede expresarse por la ecuacin:
Qf = Kf [( PHc - PHi ) S ( POc - POi)]
Qf: Flujo total de lquido a travs de la membrana capilar. Kf: Coeficiente de filtracin de lquido. PHc: Presin hidrosttica capilar. PHi: Presin hidrosttica intersticial. S: Coeficiente de reflexin. POc: Presin onctica capilar (plasmtica). POi: Presin onctica intersticial (osmtica). El estudio de esta ecuacin revela la presencia de cuatro fuerzas de Starling, coloidales e hidrostticas, que actan a cada lado de la pared capilar. La presin hidrosttica dentro del capilar (PHc) es la fuerza dominante que filtra lquido fuera del espacio vascular. La presin hidrosttica intersticial (PHi) es generalmente negativa al filtrado, pero se acerca a cero con acumulacin de lquido de edema, y puede hacerse positiva si se acumula en grandes cantidades. La presin onctica plasmtica (POc) es la nica fuerza de Starling que retiene lquido dentro del espacio vascular y es, bsicamente, la atraccin que ejercen las protenas. La presin onctica intersticial (POi), que es principalmente originada por los proteoglucanos, favorece, en cambio, la retencin de lquido en el espacio intersticial. El aumento de PHi y la reduccin de POi sirven como asas de retroalimentacin negativa que limitan la formacin de edema. Segn esto, el gradiente neto de presin hidrosttica (PHc - PHi), que desplaza lquido a travs de la membrana, y el gradiente neto de presin onctica, que retiene lquido dentro del espacio vascular (POc - POi ), determina el flujo de lquidos a travs de las membranas capilares. Por ltimo, el sistema linftico sirve de drenaje,
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demorando la acumulacin del exceso de lquido filtrado. De este modo, el aumento de flujo linftico compensa el aumento de desplazamiento de lquido transvascular. El coeficiente de filtracin de lquido (Kf) representa la cantidad neta de lquido que cruza el lecho capilar para un desequilibrio dado de las fuerzas de Starling. Adems de la propia membrana capilar, que puede ser el sitio principal de ingreso de protenas, el movimiento de lquidos y solutos del espacio vascular hacia los linfticos es afectado por la conductividad hidrulica de la membrana basal vascular, el gel intersticial y el linftico terminal. El coeficiente de reflexin (S) es una medida de la capacidad de la membrana capilar para servir como barrera contra el movimiento de protenas. Para que una membrana capilar sea totalmente impermeable a las protenas, S debe ser igual a uno y las protenas deben ejercer toda su fuerza osmtica a travs de esta perfecta membrana-barrera. Para una membrana capilar, en que las protenas pueden atravesar con tanta facilidad como el agua, S sera igual a cero y las protenas no ejerceran ninguna fuerza osmtica. Se ha calculado que el S promedio es de 0.9 para los lechos capilares sistmicos y 0.7 para los capilares pulmonares. En estados de permeabilidad capilar aumentada (inflamatorios) este valor puede disminuir a 0.4 La hiptesis de Starling (1896) menciona que el movimiento de lquidos debido a la filtracin a
travs de la pared de un capilar depende del equilibrio entre el gradiente de presin hidrosttica y el gradiente de presin onctica en los capilares. Finalmente, la difusin de agua siempre es mayor o esta aumentada hacia los espacios que presentan una mayor
concentracin de solutos, o por incrementos de la presin hidrosttica. En los capilares esto se favorece y se crea un ambiente favorable transitorio gracias a la disminucin de la velocidad del flujo.
3.2 Movimiento de agua a travs de poros de agua.
En algunas membranas el flujo de agua es extremadamente elevado, por lo cual la difusin simple se limita. Es por ello que en ellas existen protenas que participan como poros de agua, facilitando el transporte de sta, conocidas como acuaporinas.
La presencia de poros especficos (canales) en la membrana celular para el agua se conoce
desde hace mucho, pero las protenas implicadas en estos canales de agua, slo se han caracterizado recientemente. En la actualidad, por lo menos 6 acuaporinas diferentes han sido encontradas en las membranas de clulas en seres humanos. Estas acuaporinas forman
complejos proteicos que atraviesan la membrana y el agua se mueve a travs de estos canales de forma pasiva en respuesta a un gradiente osmtico. Estos canales proteicos estn presentes en mayor concentracin en tejidos con rpido movimiento de agua, como lo son los tbulos
renales.
Algunos ejemplos de ellas:
Acuaporina 0: se encuentra en la lente en el ojo. Tiene un papel en el mantenimiento de la transparencia del lente. El gen de esta protena se localiza en el cromosoma 12.
Acuaporina 1: est presente en la membrana del eritrocito, el tbulo contorneado proximal y la rama descendente delgada del asa de Henle en el rin, implicada en la secrecin y absorcin de los tejidos del ojo, plexo coroideo, msculo liso, capilar endotelial no fenestrado,
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glndulas sudorparas ecrinas, epitelio de los conductos biliares y vescula biliar. Su gen se localiza en el cromosoma 7.
Acuaporina 2: es el canal de agua en respuesta a la hormona antidiurtica (ADH) en el conducto colector de la mdula interna de la nefrona. La insercin del canal en la membrana
apical se produce despus de la estimulacin de ADH. El gen se localiza en el cromosoma 12.
Aquaporinas 3 y 4: estn presentes en la membrana basolateral en el conducto colector. Ellos no son alterados por los niveles de ADH. Recientemente, acuaporina 4 se ha encontrado en las neuronas secretoras de ADH en los ncleos supraptico y paraventricular en el hipotlamo y se
ha sugerido que pueden estar implicados en la osmorrecepcin hipotalmica que regula el equilibrio del agua corporal. El gen de la acuaporina 3 se encuentra en el cromosoma 7.
Acuaporina 5: se encuentran en las glndulas lagrimales y salivales y en el pulmn. Las acuaporinas tienen una topologa similar, consistente en 6 dominios transmembrana (ver
figura). La investigacin acerca de las acuaporinas es campo activo en la actualidad. Estas protenas se han identificado en todos los organismos vivos. Los inhibidores de las acuaporinas (nuevos diurticos) pueden resultar de utilidad en el tratamiento de muchas afecciones
crnicas.
Figura 1: esquema de acuaporina 1. Organizacin tetramrica transmembrana, cada unidad est formada por 6 subunidades, las cuales permiten el paso de agua (Nielsen y col. 2001).
4. Composicin lquida corporal
Un humano adulto promedio de 70 kilos contiene 42 litros de agua correspondientes a casi el
60 % de su peso vivo. La cantidad de agua corporal vara entre individuos segn la composicin de tejido adiposo, siendo inversamente proporcional a la cantidad de este tejido; tal como en las mujeres, la cantidad de agua corresponde al 55% de su peso vivo, debido a su mayor
porcentaje de grasa corporal.
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La mayor parte de este lquido se encuentra en las clulas (67%) y se denomina lquido intracelular (LIC), otro porcentaje (33%) se distribuye en los espacios extracelulares (LEC):
intersticio (26%) y plasma (7%) y corresponde al lquido extracelular. El movimiento de lquido entre estos compartimentos es continuo, depende principalmente de la concentracin de solutos (balance electroltico) y diferentes mecanismos de control que permiten mantener un
medio isotnico (iguales concentraciones).
El agua corporal total representa 50-70% del peso corporal con un valor promedio de 60%. Este porcentaje es mayor en recin nacidos, representando entre un 75 y 80% del peso
corporal, principalmente debido a una mayor cantidad de lquido extracelular, ya que en recin nacidos la cantidad de lquido intersticial es tres veces superior a la del adulto. Estas cantidades se regulan al llegar a los 12 meses de vida, en los que alcanza aproximadamente el
definitivo 60% de su etapa adulta.
A medida que envejecemos la cantidad de agua corporal va disminuyendo, principalmente debido a un aumento proporcional del tejido adiposo, es as como en hombres adultos este valor puede llegar al 50% y an ms bajo en mujeres adultas y adultos con gran cantidad de
tejido adiposo.
Adems, se debe mencionar que en deportistas de elite el porcentaje de agua corporal se incrementa, pudiendo representar hasta un 65% del peso corporal, debido principalmente a una expansin del fluido extracelular libre.
Fgura 2: Distribucin del agua corporal total y en tejidos como el adiposo y otros tejidos (izquierda). Porcentaje de agua corporal total en relacin al peso corporal en recin nacidos,
adultos (hombres y mujeres) y ancianos (hombres y mujeres).
La mayora de los tejidos contienen entre un 70% y 80% de agua, a excepcin de los huesos (20%), plasma (93%) y grasa (10-15%)
A pesar de la variacin entre tejidos, el agua corporal se distribuye principalmente en 2 compartimientos vitales: lquido intracelular (LIC) y lquido extracelular (LEC).
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Plate7.11
Body
FluidHom
eostasis
Deficit
Excess
Increasedthirst
Increasedurine output
0.3L
0.9L
1.3L
Intake:ca. 2.5L/day
Supplied by:
water of oxidation
food
beverages
Output:ca. 2.5L/day
Excreted:in feces
by respirationand perspiration
as urine 0.9L
1.5L
0.1 L
H2O:
0.46 0.75L/kgbody weight
0.75
0.64
0.530.460.2
Fat Other bodytissues
Young Old
WomenMen
Infant
Tota
l bod
yH
2O =
0.6
ECF
ICF
0.015
0.045
ca. 0.19
ca. 0.35
Transcellular H2O
Plasma H2O
Interstitial H2O
Cellular H2O(ICF)
Evan
s blu
e Inul
in
Antip
yrin
e
Indicator
Fraction ofbody weight
WomenMen
0.73
0.53
1.00
Frac
tion
of T
BW to
bod
y w
eigh
t
Water balance
A. Water balance
B. Total body water (TBW) content
C. Fluid compartments of the body
Despopoulos, Color Atlas of Physiology 2003 ThiemeAll rights reserved. Usage subject to terms and conditions of license.
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4.1 Lquido intracelular
A pesar de que las clulas son unidades independientes separadas por una membrana, el
concepto unificador de lquido intracelular es muy prctico desde el punto de vista fisiolgico, ya que comparten similitud de ubicacin, composicin y comportamiento:
El liquido intracelular (LIC) corresponde a los 2/3 del agua corporal total (40% del peso corporal, 28 L en un hombre de 70 Kg). Los cationes que se encuentran en mayor
concentracin son el K+ y Mg+2. Los niveles de Na+ son bajos debido a la accin de la ATPasa Na+/K+. Los aniones del LIC son las protenas y fosfatos orgnicos (ATP, ADP y AMP).
4.2 Liquido extracelular
El lquido extracelular (LEC) corresponde a 1/3 del agua corporal total (20 % del peso corporal,
14 L en una persona de 70 Kg).Est compuesto por fluido intersticial (LIS), plasma y lquidos transcelulares (ocular, peritoneal, cefaloraqudeo, etc)
El catin que se encuentra en mayor concentracin es el Na+. Los aniones del LEC son el Cl- y HCO3-. El Plasma corresponde a del LEC o 4.5 - 5% del peso corporal (alrededor de 3.5 L en
una persona de 70 Kg). Si el hematocrito de esta persona es de 45%, luego el volumen sanguneo es 3.5 L (1-Htc) = 6.36. Las protenas ms importantes son la albmina y globulinas.
El lquido intersticial (LIS) corresponde a del LEC o 15 % del peso corporal. Corresponde a 10.5 L. Su composicin es la misma que el plasma, debido a que el endotelio capilar es
permeable a iones inorgnicos y pequeas molculas. El plasma difiere del LIS en que tiene una mayor concentracin de protenas. As, el LIS es un ultra filtrado del plasma, ya que se forma por filtracin a travs de las paredes capilares. Los poros de la pared capilar permiten el
libre paso del agua y solutos pequeos, pero no permiten el paso de las protenas.
El agua difunde pasivamente a travs de las membranas plasmticas, gracias a que es una molcula bipolar. El transporte de agua a travs de la membrana plasmtica depende principalmente de la concentracin de solutos a cada lado de la membrana. Este transporte se
denomina osmosis y se define como el paso de agua desde una zona de menor concentracin de solutos (hipotnica) a una zona de mayor concentracin de solutos (hipertnica),
resultando con ella una dilucin similar a ambos lados de la membrana conocida como medio isotnico.
El movimiento diferencial de agua se explica gracias a la diferencia de presin osmtica que existe a ambos lados de la membrana. Entendemos por presin osmtica a aquella que sera
necesaria para detener el flujo de agua a travs de la membrana semipermeable y debe ser la misma entre los diferentes compartimentos. Desde un punto de vista ms prctico, es la energa generada por los solutos capaces de atraer lquidos denominadas sustancias
osmticamente activas. Una sustancia osmticamente activa es aquella que tiene la propiedad
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de atraer agua y que no puede atravesar la membrana con facilidad, como por ejemplo las protenas, la glucosa, etc. Un ejemplo bsico sera la sal; si nosotros ponemos un trozo de
carne dentro de un recipiente y a este le agregamos sal, al cabo de unos minutos la sal se encuentra hmeda y el trozo de carne se deshidrata. Lo mismo ocurre en nuestro organismo si se modifica la concentracin de solutos, es decir, se modifica la presin osmtica en un lado de
la membrana, el agua difunde para mantener el equilibrio entre un espacio y otro, manteniendo una concentracin isotnica de solutos y agua.
Los riones son los principales responsables de la regulacin del balance hdrico y, en la
mayora de los casos, representan la principal va de excrecin de lquidos. Otra forma de perder agua es a travs de la evaporacin desde las clulas de la piel y por los movimientos respiratorios, lo que en conjunto se denominan perdidas insensibles de agua, debido a la
inconsciencia del individuo al momento de perderlas. Otro mecanismo de prdida es a travs de las perdidas sensibles de agua, las que corresponden al sudor, la orina y la perdida por las heces (ver tabla).
Tabla 1: Prdidas de agua corporal en condiciones fisiolgicas, influenciadas por la temperatura y el ejercicio.
4.3 Notas clnicas:
Prdidas del lquido intracelular causan disfuncin celular, que suele manifestarse con letargia, confusin y coma. Esta prdida ocurre en estadios avanzados de deshidratacin, cuando el fluido intersticial no es capaz de reponer las perdidas y se rompe el equilibrio
homeosttico. Prdidas del lquido extracelular generalmente son evidentes cuando superan el 5% y
pueden generar un colapso cardiovascular y renal y cursar con shock.
Prdidas de agua (ml)
Temperaa normal Calor ambiental Ejercicio prolongado
Sensibles:
Sudor
Orina
Heces
100
1500
200
1400
1200
200
5000
500
200
Insensibles:
Cutneas
Pulmonares
350
350
350
250
350
650
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La anamnesis y exploracin fsica del paciente (mucosas, pulso, turgencia de la piel, diuresis y estado de conciencia), son los factores ms relevantes para determinar el estado
del lquido extracelular. Una hipercalemia (K+ sobre 7.0 mmol/L) puede terminar con la vida de un paciente al
generar un paro cardiaco, por lo tanto es una urgencia electroltica grave.
5. Electrolitos
Los electrolitos son iones cargados positiva o negativamente y constituyen el 95% de los solutos suspendidos en los fluidos orgnicos. La diferencia de las concentraciones de cationes (iones cargados positivamente) y aniones (molculas cargadas negativamente) debe ser igual a
cero entre los diferentes compartimentos y as el fluido de cada uno de los espacios es elctricamente neutral y qumicamente isosmolar.
El principal catin del lquido extracelular es el Na+ y el principal anin el Cl-. El bicarbonato (HCO3-) es un anin predominante y tambin se encuentran otros en cantidades menores
como urea, protenas y glucosa.
El principal catin del lquido intracelular es el potasio (K+) y las protenas y el fosfato son los principales aniones.
El ion Na+ es el que existe en mayor concentracin (135-145 mmol/L) y, por lo tanto, es quien
determina la osmolaridad del plasma (su valor normal es 290 +/- 10 mOsm/L). Se calcula teniendo en cuenta la concentracin de ste y otras sustancias en la sangre, como la glucosa y el BUN (nitrgeno ureico en sangre).
El K+ se mantiene en pequeas concentraciones en el plasma (4.5 mmol/L). Los cambios en su
concentracin son muy importantes y pueden tener consecuencias que comprometan la vida.
Osmolaridad =2 (Na+ + K+ + (Glicemia (mg/dl)/18 + BUN (mg/dl)/2.8))
mEq/l LEC LIC
Na+ 145 12
K+ 4 150
Ca+2 5 0,001
Cl- 105 5
HCO3- 25 12
Pi 2 100
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pH 7,4 7,1
Tabla 2: Distribucin de algunos cationes y aniones en el LEC y el LIC.
6. Regulacin de la ingesta de lquidos y electrolitos
En los sujetos normales, la osmolaridad plasmtica se mantiene relativamente constante en un rango comprendido entre 285 y 295 mOsm/L de agua, a pesar de amplias variaciones en la ingesta de agua o solutos. Su balance es el resultado final de la regulacin del sodio, la actividad del centro hipotalmico de la sed y del crtex cerebral, que va a regular la ingesta de lquidos en relacin a la voluntad. El balance de la osmolaridad responde a la estabilidad de la relacin entre solutos y solvente. En condiciones fisiolgicas, la mayor variacin se produce en los niveles de agua, siendo sus principales reguladores la sed y la formacin de orina, ya que representan la principal va de ingesta y prdida, respectivamente.
Fgura 3: Representacin esquemtica del balance de agua. Un incremento de la ingesta nos lleva a un exceso, corregido por un aumento de la formacin de orina; mientras que un dficit es representado por un aumento en las prdidas, lo que nos lleva a un incremento de la sed y, por ende, de la ingesta.
La regulacin del volumen y la osmolaridad de los fludos corporales son fundamentales para la sobrevivencia. El Na+ representa uno los componentes determinantes de la osmolaridad del
lquido extracelular (LEC) (aproximadamente el 92%). En los mamferos, los dficits en los lquidos corporales o cambios en la osmolaridad determinan la presencia de la sensacin de sed y la respuesta neuroendocrina asociada. Sin embargo, la respuesta a los desbalances es
desigual; as, una elevacin en la osmolaridad de 1-2% induce la sed, es decir, cambios mnimos. Por su parte, una reduccin del 10% del volumen plasmtico o en la presin arterial de un 5%, induce la necesidad de consumir lquidos (otras condiciones tambin pueden inducir
sed tales como boca seca y respirar aire seco).
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La ingesta oral de lquidos induce un saciamiento transitorio de la sed, posiblemente mediado por receptores locales orofarngeos. A pesar de la induccin, la sed solo cesa cuando se han
recuperado el volumen y la osmolaridad sangunea. Muy diferente es lo que ocurre con la ingesta de alimentos, puesto que la presencia de alimentos en el tubo digestivo da la sensacin de saciedad (mecanismos de proteccin).
Estudios clsicos introducen el concepto de la osmolaridad efectiva y la presencia de
osmoreceptores involucrados en la liberacin de arginina vasopresina (AVP) o ADH, cuando aumenta la osmolaridad. Se ha postulado que los osmoreceptores ubicados en regiones de la
barrera hematoenceflica controlan adems la ingesta de Na+ y su excrecin en respuesta a cambios de la concentracin de Na+ en LEC cerebral (figura 4).
Figura 4: Regin experimental que induce adipsia en ratas[1].
El control del volumen y la osmolaridad de los lquidos corporales en mamferos se produce en respuesta a la estimulacin que se ejerce desde los compartimentos intra y extracelular. Estos
estmulos pertenecen a tres clases de receptores: los osmoreceptores de Na+ (osmolaridad plasmtica), receptores de volumen (voloreceptores) y receptores de presin (baroreceptores). Esta informacin converge en reas especficas del sistema nervioso central
para integrar la respuesta. La estimulacin de estas estructuras puede determinar respuestas que involucran: induccin de sed, apetito de sal o ambas, cambios en la actividad simptica,
activacin del sistema renina-angiotensina-aldosterona (SRAA), secrecin de arginina vasopresina (hormona antidiurtica), oxitocina (OT) y liberacin de pptidos natriurticos.
6.1 Regulacin central de la ingesta
Es aceptado que en el mecanismo de la sed est involucrado el osmoreceptor de Na+ ubicado en el rgano subfornical (SFO), el rgano vasculoso de la lamina terminal (OVLT) y ncleo
preptico medial (MnPO), tres estructuras circumventriculares ubicadas en la regin anterior y ventral del tercer ventrculo (figura 5). Estas estructuras poseen receptores sensoriales, osmoreceptores, que responden a las modificaciones plasmticas y del fluido cerebroespinal
(CSF) de las concentraciones de Na+. Estas clulas estn conectadas directamente con los
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ncleos paraventriculares, adems desde la lmina terminal hasta los ncleos del Raphe y locus coeruleus. Estas conexiones son importantes en inducir la respuesta hormonal y
autonmica involucrada en la regulacin del balance hdrico.
La aplicacin de virus pseudorabiaque genera un infeccin retrograda que ha permitido identificar conexiones de la vasculatura renal con neuronas de orden superior hasta regiones del cerebro medio que incluyen OVLT, MnPO, SFO, ncleos de la estra terminal, antero-
ventral, periventricular, el rea medial y lateral preptica, ncleo supraptico, ncleo retroquiasmtico, corteza motora primaria y el rea visceral de la corteza insular. Esta
inervacin renal participa activamente de tres aspectos del control de la funcin renal: flujo sanguneo renal, reabsorcin tubular de electrolitos y secrecin de renina.
Figura 5: Modelo del rgano circumventricular (CVO) y barrera glial. Estmulos provenientes desde el rgano subfornical (SFO) llegan hasta las clulas del rgano vasculoso de la lamina terminal (OVLT) que
est separado del ncleo MnPO por la barrera glial. Las clulas del epndimo cerca de OVLT poseen uniones estrechas y las sustancias solo se pueden mover a travs de los tanicitos. La angiotensina II
plasmtica accede a los receptores de la OVLT pero la barrera glial previene la difusin dentro del ncleo MnPO. Las clulas contienen angotensina II en su interior. Desde aqu la informacin viaja hacia los
ncleos suprapticos (SON) y paraventriculares (PVN)[2, 3].
Los osmoreceptores de Na+ han sido identificados adems en terminaciones aferentes neurales adyacentes a vasos renales, hepticos e intestinales. Los receptores hepticos son
activados por incrementos en las concentraciones de Na+ portales y envan aferencias al ncleo
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del tracto solitario, que genera seales eferentes incrementando la excrecin renal de Na+ y, de forma concomitante, disminuye la absorcin de Na+ intestinal.
La angiotensina II puede estimular la sed en los CVO por incrementos en la osmolaridad, esto
ha sido demostrado inyectando antagonistas del receptor de angiotensina II en el tercer ventrculo de ratas machos, induciendo en estos animales deshidratacin por disminucin de la ingesta de lquidos (figura 6).
.
Figura 6: distribucin de la inmunoreactividad del receptor de angiotensina II en una seccin medio-sagital de cerebro de rata. Zonas matizadas representan receptores y crculos slidos y lneas
representan clulas y axones. Nomenclatura: AP, rea postrema; HIPP, hippocampus; LC, locus coeruleus, ME, median eminence; MnPO nucleus, median preoptic nucleus; NTS, nucleus tractus
solitarius; OVLT, organum vasculosum laminae terminalis; PVN, paraventricular nucleus; SEPT, septum; SC, superior colliculus; SCN, suprachiasmatic nucleus; SON, supraoptic nucleus; STH, subthalamic nucleus.
En la dcada del 60 Grossman demostr que las vas colinrgicas y noradrenrgicas
hipotalmicas estaban involucradas en el aumento de la ingesta de lquidos. La estimulacin colinrgica y angiotensinrgica est involucrada en incremento de la ingesta de lquidos en animales bien hidratados as como un incremento en la natriuresis. Tambin se observ, con la
inyeccin de agonistas colinrgicos en el tercer ventrculo, que stos favorecen la caliuresis (adems de la natriuresis y antidiuresis). Antagonistas noradrenrgicos alfa abolen la natriuresis. Agonistas beta exhiben antinatriuresis y anticaliuresis, por estimulacin de la
sntesis de renina.
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Figura 7: Angiotensinrgicas (lneas solidas) y catecolaminrgicas (lneas punteadas) vas de proyeccin
hacia y desde la lamina terminal. Note la presencia de neuronas angiotensinrgicas en SFO [3].
Nomenclatura: Arc, arcuate nucleus; BNST, bed nucleus stria terminalis; Cg, cingulate cortex; CG, central
gray; CM, central medial thalamic nucleus; DG, dentate gyrus; DMH, dorsal medial hypothalmus; DR, dorsal raphe;DTg, dorsal tegmentum; IL, infralimbic cortex; LC, locus ceruleus; LH/PFA, lateral
hypothalamus perifornical area; LPBN, lateral parabrachial nucleus; LS, lateral septum; MnPO nucleus, median preoptic nucleus; MnR, medial raphe; MPO, medial preoptic nucleus; MS, medial septum;NTS, nucleus solitary tract; OVLT, organum vasculosum lamina terminalis; PV, paraventricular nucleus of
thalamus; PVN, paraventricular nucleus hypothalamus; Re, reuniens nucleus; SI, substantial innominata; SON, supraoptic nucleus; VLM, ventrolateral medulla; ZI, zona incerta.
6.2 Sistema hipotalmico-neurohipofisiario
El control central del equilibro hdrico es en el hipotlamo, aun cuando no existe un centro nico anatmicamente definido de integracin de la respuesta a cambios en el balance hdrico. Para esto existen una serie de vas interconectadas a varios centros o reas hipotalmicas. Los osmoreceptores se ubican en la regin conocida como la porcin anteroventral del tercer ventrculo (AV3V). Lesiones en la regin AV3V producen adipsia en ratas (figura 4).
El sistema hipotalmico-neurohipofisiario est localizado en la porcin medial del hipotlamo anterior y compromete los ncleos paraventriculares (PVN) y ambos lados de la pared del tercer ventrculo, los ncleos suprapticos (SON). Las neuronas magnocelulares, responsables
de la liberacin de OT y AVP, estn localizadas en ambos ncleos (SON y PVN). Los ncleos PVN poseen abundantes neuronas que liberan OT y los SON principalmente neuronas que liberan AVP. Los axones que se originan en estos ncleos terminan en la neurohipfisis. Algunos de
esos axones se dirigen a la eminencia media en yuxtaposicin de los vasos venosos portales hipofisiarios, donde principalmente terminan en el lbulo neural; desde aqu, la OT y AVP son
llevadas por los vasos portales a la adenohipfisis y terminan en la circulacin en direccin hacia el corazn.
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Cambios en los patrones y frecuencias de disparos sobre las clulas magnocelulares en respuesta a estmulos fisiolgicos regulan los niveles circulantes de las hormonas secretadas.
Los estudios electrofisiolgicos de OT y AVP muestran patrones pulstiles en la liberacin de OT; en contraste, las clulas que liberan AVP exhiben patrones fsicos de liberacin. Todo esto influenciado por la osmolaridad plasmtica, volumen plasmtico y presin arterial; lo que
genera, a su vez, diferencias de las concentraciones hormonales de la respuesta.
Figura 8: Representacin esquemtica del control neuroendocrino de la liberacin del pptido
natriurtico atrial (ANP). OT, oxitocina; AVP, arginina vasopresina; NTS, ncleo tracto solitario; LC, locus coerulus.
6.3 Sensores para el control del balance hidroelectroltico.
Los principales sensores involucrados en el balance hdrico corporal son:
Osmoreceptores.
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Receptores de volumen (voloreceptores o antes llamados baroreceptores de baja presin).
Baroreceptores.
6.3.1 Osmoreceptores:
Los osmoreceptores son clulas especializadas ubicadas en el hipotlamo que responden a cambios de la osmolaridad plasmtica y del lquido extracelular (LEC). El mecanismo de activacin de ellos no est del todo claro. Pero se propone la teora inica para su activacin, mediante canales inicos de respuesta mecnica. El Na+ es el responsable en un 92% de la tonicidad del LEC. En estado fisiolgico existen receptores que monitorean las concentraciones de Na+ en el LEC, los que son llamados por esto receptores osmosodio. Esto no es estricto, debido a que se puede lograr su activacin al infundir manitol, pero en condiciones fisiolgicas su activacin depende principalmente del Na+. Los osmoreceptores son muy sensibles, responden a pequeos cambios de la osmolaridad (del orden de 1 a 2 %). La respuesta frente a la ingesta de agua puede variar hasta en un 10%, pero la respuesta frente a cambios de la osmolaridad es crtica, debido al eficiente y poderoso mecanismo de control acoplado a los osmoreceptores.
Los osmoreceptores monitorean indirectamente el balance hdrico, debido a que verifican su efecto sobre la osmolaridad. El problema se presenta cuando existe un aumento de las dos constantes, agua y Na+; como, por ejemplo, en la sobrehidratacin isotnica, pero es aqu cuando la cooperacin a la regulacin hdrica por los baroreceptores se manifiesta. La concentracin de Na+ extracelular es un efectivo monitor indirecto del agua corporal total.
6.3.2 Receptores de Volumen: El volumen intravascular efectivo puede ser independientemente vigilado por receptores de volumen ubicados en el atrio derecho y en las grandes venas, que responden a frente a cambios de la presin transmural en las paredes de esos vasos. Los receptores de volumen (voloreceptores) estn menos sensibilizados pero son ms potentes en su respuesta que los osmoreceptores. El umbral de respuesta de los receptores de volumen que causa cambios en la secrecin de hormona antidiurtica est frente a variaciones del 8 al 10% del volumen. Pero la estimulacin por los recetores de volumen causa niveles elevados de ADH, an mayores que los generados con la estimulacin osmoreceptora. La hipovolemia es ms potente estimulador de la ADH que la hiperosmolaridad. Un estmulo del hipovolmico para la secrecin ADH pasar sobre una inhibicin hipotnica y el volumen ser conservado a expensas de la tonicidad. En estudios experimentales, los mximos niveles de ADH que se alcanzaron con una reduccin drstica significativa de volumen (20 %) fueron de 40 pg/ml, significativamente mayor que 12-15pg/ml alcanzado con un mximo incremento de la osmolaridad en isovolemia.
6.3.3 Barorreceptores: Los barorreceptores de presin ingresan al hipotlamo por vas adrenrgicas. Estos barorreceptores estn ubicados en el seno carotideo y responden a los cambios de la presin
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arterial media. Las aferencias hipotalmicas de presin y volumen raramente entran en conflicto a menos que a la hipovolemia tenga tendencia a la hipotensin (y viceversa).
7. Regulacin de volumen v/s osmorregulacin
La regulacin del volumen efectivo circulante es un mecanismo diferente al de la regulacin de la osmolaridad. La osmolaridad plasmtica est determinada por la relacin entre solutos y agua (principalmente sales de Na+ y K+), mientras el volumen efectivo circulante est
determinado por las cantidades absolutas de Na+ y agua. Una forma simple de ilustrar esta diferencia se muestra en la siguiente tabla:
Osmorregulacin Regulacin de volumen
Estimulo Osmolaridad plasmtica Volumen circulante efectivo
Sensor Osmoreceptoreshipotalmicos, Osmoreceptores perifricos (portales, renales, etc.)
Seno carotideo, arteriola aferente renal, atrios, voloreceptoreshipotalmicos
Efectores ADH
sed
SRAA, SNS, PNA, natriuresis, ADH
Efecto neto Excrecin e ingesta de agua y Na+ Excrecin e ingesta de agua y Na+ Tabla 3: Diferencias entre osmorregulacin y regulacin de volumen.
Cambios en la osmolaridad plasmtica estn determinados por la concentracin plasmtica de
Na+, que es censada por osmoreceptores en el hipotlamo. Estos receptores influencian la ingesta de lquidos y la excrecin de agua por efecto directo sobre los centros de la sed y la liberacin de ADH, respectivamente. La ADH aumenta la expresin de aquaporinas 2 en la
membrana apical de las clulas del tbulo colector y tiene un rol permisivo de la actividad del cotransportador de Na+/K+/2Cl- en el asa de Henle ascendente. Como resultado neto, favorece la retencin de agua y aumenta la osmolaridad urinaria. Se debe destacar que la regulacin de
la osmolaridad se realiza por modificaciones de lquidos y no por directa modificacin del Na+.
La regulacin de volumen, por otra parte, busca mantener la perfusin tisular. Diferentes sensores y efectores estn involucrados en este proceso. El aumento de volumen produce un aumento de la excrecin de Na+ por efecto de los pptidos natriurticos y la oxitocina.
Mientras que una disminucin de volumen produce un incremento de la liberacin de ADH, activacin del sistema renina-angiotensina-aldosterona, respuesta autonmica simptica; lo que desencadena retencin de agua, estimulo de la sed y, como resultado, restituye la
normovolemia.
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8. Deshidratacin v/s Deplecin de volumen
Lo antes descrito nos permite entender las diferencias entre dos trminos que son a menudo
usado como sinnimos, pero realmente son fenmenos diferentes: La deshidratacin y la reduccin drstica de volumen. La deshidratacin se refiere a la prdida de agua que conduce a una elevacin en la concentracin de Na+ del plasma y un dficit intracelular de agua como
resultado del movimiento osmtico de agua de las clulas y el fluido extracelular. En contraste, la reduccin drstica de volumen se refiere a una disminucin en el volumen elocuente extracelular como resultado de la prdida de sodio y agua. Puede ser producida por prdida de
sal y de agua o por prdida de solo agua.
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9. Bibliografa
1. Berne, M.; Levy, M. (2004). Fisiologa. Elsevier Espaa S. A.
2. Costanzo, L. (2003). Physiology; Board Review Series. Terceraedicin. Lippincott
Williams & Wilkins. USA.
3. Gaw, A.; Cowan, R. y col. (2001). Bioqumica Clnica. Ediciones Hartcourt. S. A. Espaa.
4. Guyton, A.; Hall, J. (2001). Tratado de Fisiologa Mdica. Dcima Edicin, Mc Graw-Hill
Interamericana de Espaa
5. Fitzsimons JT. Angiotensin, Thirst, and Sodium Appetite. 1998:583-686.
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Maintenance of Fluid and Electrolyte Homeostasis. Frontiers in Neuroendocrinology.
2007;10.J. T. Fitzsimons. Angiotensin, Thirst, and Sodium Appetite. Physiological
Reviews, 78:583-686, 1998.
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Gua de autoevaluacin
1. Defina el concepto de homeostasis.
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Investigue la importancia de los hidrogeniones en nuestros sistemas biolgicos, adems de su importancia en la regulacin del pH.
2. Qu entiende por tasa metablica basal? Investigue las fuentes de energa y clasifquelas de acuerdo a su orden de utilizacin.
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4. Defina sangre, plasma y suero.
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5. Defina el concepto de osmosis.
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6. Defina presin osmtica. Qu caractersticas posee una sustancia osmticamente activa?
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Qu significa la frase? : elctricamente neutral y qumicamente isosmolar.
7. Que es el sndrome de Sjogren.
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8. Complete la siguiente tabla, en relacin a la concentracin diferencial de iones en el intra y extracelular.
Principales aniones Principales Cationes
Intracelular
Extracelular
9. Defina: hiperosmolar, hipoosmolar e isosmolar.
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10. Complete el siguiente esquema en la relacin a la composicin lquida del cuerpo de un sujeto de 60 kilos.
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Caso 1:
Una mujer de 64 aos de edad ingresa a un centro asistencial con antecedentes de emesis y
diarrea durante dos das, debido a intoxicacin alimentaria. El mdico de turno solicita un anlisis bioqumico, obteniendo los siguientes resultados.
Na+ = 168 mmol/L
K+ = 3,2 mmol/L
Cl- = 86 mmol/L
HCO3- = 22 mol/L
Glucemia = 60 mg/dl
BUN = 10 mg/dl
En base a los anlisis entregados a continuacin responda:
1. Calcule la osmolaridad plasmtica e interprete el resultado.
2. Identifique los valores alterados y trate de explicar el porqu de su alteracin.
3. Que hara con este paciente si tuviese que estabilizarlo, fundamente su respuesta.
4. En relacin a los contenidos vistos anteriormente y a la frmula:
Concentracin = grs de soluto/vol. de disolvente
Explique qu ocurri en este paciente.
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Caso 2:
Un hombre de 55 aos de edad quedo atrapado durante 7 horas en un accidente ferroviario.
Sufri mltiples lesiones graves, incluyendo aplastamiento de ambos muslos, fracturas de pelvis y perforacin del pulmn derecho. Al llegar al servicio el pulso era 130/min y presin arterial 69/40 mmHg. Un perfil bioqumico bsico dio los siguientes resultados:
Na+ = 141 mmol/L
K+ = 8,1 mmol/L
Cl- = 108 mmol/L
HCO3- = 9
BUN = 12 mg/dl
Glicemia = 90 mg/dl
pH = 7,1
1. Cul es la prioridad del tratamiento de este paciente?
2. Cmo explicara la hipercalemia?
3. Investigue un probable tratamiento para este paciente y fundamente su respuesta.