Universidad San SebastiánFacultad de ciencias de la SaludAsignatura: Fisiología

UNIDAD I: FISIOLOGÍA GENERAL

Capítulo nº 1: Fisiología Celular

INTRODUCCIÓN A LA FISIOLOGÍA

La palabra fisiología procede del griego physiologia, que significa conocimiento de

la naturaleza. Fisiología animal puede definirse como el estudio de las funciones de los

animales y de sus partes constituyentes (células, tejidos, órganos y sistemas de órganos). A

modo más general la fisiología es una ciencia que estudia las funciones de nuestro cuerpo.

Esta ciencia integradora dedicada a analizar y conocer los acontecimientos y las actividades

(funciones) que se llevan a cabo en los sistemas vivos con la finalidad de comprender en

términos físicos y químicos, los mecanismos que actúan en los organismos vivos.

Podríamos decir, que fisiología intenta hacer la diferencia entre un “cuerpo anatómico” y

un “cuerpo funcional o fisiológico”. Antes de aclarar esta diferencia, debemos recordar el

origen de la energía que permite que los seres subsistan, se desarrollen, procreen, y a las

estrategias de nuestro organismo para transformar y utilizar esa energía. El comportamiento

de la energía de los organismos vivos, así como la de todo el universo, opera de acuerdo

con las leyes de la termodinámica. No es el objetivo de este curso hablar de termodinámica,

pero si es perentorio recordar la primera ley de esta ciencia y es; “la energía del universo

es constante”, la segunda ley dice; “todas las reacciones espontáneas se caracterizan por

un aumento en su nivel de entropía” (entropía: es una medida del grado de desorden de un

sistema). La diferencia fundamental entre un cuerpo anatómico y un cuerpo fisiológico es

que el primero es un conjunto de estructuras inertes, estáticas y despojadas de energía. Por

el contrario, el cuerpo fisiológico posee funciones interdependientes y equilibradas

(homeostasis), y por esa razón requiere energía. Por lo tanto, se puede decir que la

Fisiología es una “energía sintonizada” por un cuerpo anatómico. Todas las funciones

fisiológicas por revisar en esta asignatura se relacionan con la utilización y el intercambio

de energía; la constitución de los potenciales de membrana, la síntesis de

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macromoléculas o el funcionamiento de los llamados “motores moleculares” serían

inimaginables sin energía. Ahora en el plano multiorgánico, la fisiología es el estudio de la

sintonización de la energía por parte de un cuerpo capaz de hacerlo. Cuerpo que si alcanza

propiedades de autonomía mayores, como la posibilidad de reproducirse, se constituye en

un ser vivo. Desde el punto de vista de Fisiología, la vida es el fenómeno que se produce

como consecuencia de un conjunto de reacciones químicas relacionadas en un sustrato

anatómico capaz de adquirir propiedades de autonomía mayores gracias a esas reacciones

como la existencia individual y la capacidad para reproducirse. El poder para vivir lo

otorgan las reacciones químicas que se producen en el cuerpo. El poder que moviliza las

reacciones lo aporta la energía del universo, que opera de acuerdo con las leyes de la

termodinámica.

Los cinco pilares básicos que sustentan la fisiología son:

Homeostasis

Relación estructura y función

Adaptación

Sistemas de control por retroalimentación

Conformación y regulación

La palabra fisiología ha tenido diferentes significados y tanto su enfoque como

metodología han ido evolucionando a lo largo de la historia. Estudia los sistemas

altamente organizados y controlados de los animales que se pueden explicar desde 2

enfoques diferentes:

Teológico o Vitalismo. Aceptada por filósofos desde Aristóteles hasta el siglo

XIX. Supone que la vida es el resultado de un principio especial “entelequia”

“alma sensible” “espíritu animal” o “fuerza vital” que se encuentra fuera del

dominio de la materia física.

Mecanicismo. Plantea todas las explicaciones desde el punto de vista que la

vida se basa en leyes que gobiernan la materia y que no difieren mucho de las

del mundo inanimado (leyes de la física y de la química). Fue expresado de

forma completa por primera vez en 1664 por Descartes en De homine. Los

fisiólogos esperan llegar a comprender, finalmente, las bases físicas, químicas y

biológicas de la función.

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Actualmente, se utiliza el método científico en la investigación fisiológica para conocer

como funcionan los sistemas, que como regla general, sigue un protocolo basado en:

observación, seguida por la postulación de la hipótesis (que pretende explicar las

observaciones) y experimentación en condiciones controladas (para probar la validez de las

hipótesis). Por último, se intenta aproximarse a la realidad, repitiendo el proceso para

refinar las explicaciones.

REGULACIÓN Y HOMEOSTASIS

Los seres vivos mas avanzados están formados por una multitud de subunidades,

que son parte de su herencia evolutiva. Por ejemplo, el cuerpo humano es un agregado

aproximadamente de cien billones de células, organizadas en diversas estructuras

funcionales, algunas de las cuales reciben el nombre de órganos. Las células vivas bañadas

por una solución acuosa (medio interno) de composición definida de las que toman las

sustancias necesarias y a las que vierten sus residuos. El medio interno se refiere a los

líquidos corporales de un organismo, en el que viven las células; torrente sanguíneo, líquido

intersticial, líquido intracelular u otros líquidos. En este contexto, el concepto de regulación

atraviesa todo el pensamiento fisiológico, siendo la función de mantenimiento automático

de una variable de importancia fisiológica. En fisiología “regulación” implica un estado de

salud, o condición normal, en el cual las variables del sistema biológico se mantienen

siempre dentro de márgenes “normales o fisiológicos”. En 1879, Claude Bernard propuso

que “la estabilidad del medio interno es un requisito para la supervivencia de los

organismos”. Fue el primer investigador en resaltar la importancia de esta estabilidad en la

función animal al describir la habilidad de los mamíferos de regular el estado de su

ambiente interno dentro de estrechos límites. Cincuenta años después (1929) Walter

Cannon amplió esas ideas e introdujo el término Homeostasis para referirse a la

“constancia del medio interno y los mecanismos fisiológicos que la determinan”. El

estudio de la evolución de la homeostasis enseña que ésta ha permitido a los animales

aventurarse a invadir ambientes desfavorables al proceso vital, ya que mientras se

mantengan las condiciones normales en el medio interno, las células del cuerpo continuaran

viviendo y funcionando adecuadamente. Como decía Claude Bernard, “el fenómeno de la

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vida no reside enteramente ni en el organismo ni en el medio: es el resultado del contacto

entre le organismo viviente y el medio que lo rodea”. Para que las células sobrevivan ante

cambios bruscos del medio externo, deben regular las variables del medio interno como el

pH, la temperatura, la concentración de sales, el contenido en agua, el contenido en

nutrientes, etc. En esta labor, cada estructura funcional del organismo coopera en parte para

mantener las condiciones homeostáticas del medio interno.

El correcto mantenimiento de la homeostasis, así como la integración funcional de

tejidos, órganos y sistemas, sólo es posible gracias a la existencia, en el propio organismo,

de sistemas de comunicación y control. Estos últimos son los encargados de mantener

relativamente estables las condiciones del medio interno y operan predominantemente en

forma local, pero también en todo el organismo; las células viven en un medio

relativamente constante respecto a temperatura, pH, concentración sanguínea de glucosa,

nivel de oxígeno, la concentración de solutos, etc. Estos sistemas realizan sus funciones

gracias a la labor auxiliar de sensores (receptores sensoriales), que son estructuras capaces

de medir el valor de las variables a regular, y efectores, elementos estructurales que realizan

las acciones de corrección (ver fig nº 1).

RELACIÓN ENTRE ESTRUCTURA Y FUNCIÓN

Existe una estrecha relación entre estructura y función a todos los niveles de organización

biológica desde células y tejidos a órganos y sistemas de órganos. La función depende de

la estructura a lo largo de todos los rangos de los procesos fisiológicos, ya que la

estructura y la función son, sin duda, entidades inseparables en el animal, y siempre ha

existido una estrecha relación entre las áreas que la estudian, pues los mecanismos

fisiológicos son posibles gracias a su diseño estructural.

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Fig nº 1. Esquema que muestra los principales sistemas que participan en la homeostasis de un animal completo. Si las alteraciones proceden del medio externo, el animal puede responder en todos los niveles, desde el celular al animal completo. Si los trastornos son internos, las respuestas del propio organismo suelen ser a nivel celular o de órganos. En todos los casos, la estabilidad del medio interno es conservada mediante un ajuste constante de parámetros fisiológicos. La regulación incluye mecanismos bioquímicos, fisiológicos, de comportamiento y otro para el mantenimiento de la homeostasis.

No todos los animales se enfrentan a un cambio en su medio externo de igual forma.

Cuando los animales se enfrentan a un cambio en su medio externo, disponen de dos

patrones básicos de actuación; ser reguladores (son aquellos organismos que regulan su

medio interno y lo mantienen relativamente constante frente a cambios en su medio externo

de alguna variable como la tº o concentración de sales) y los que son conformistas (son

aquellos organismos que NO pueden mantener la homeostasis de las condiciones internas, y

a medida que una variable dada cambia en el medio externo, su medio interno se altera con

respecto a ésta). En realidad pocos animales son reguladores o conformistas estrictos dentro

de límites amplios de variables ambientales. Diferentes animales presentan distinto grado

de capacidad reguladora que además puede cambiar con la edad.

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ADAPTACIÓN

Se entiende por adaptación, cualquier cambio o respuesta de un organismo que

favorezca su supervivencia ante las modificaciones del medio externo. La adaptación se

produce gradualmente por selección natural después de muchas generaciones, generalmente

es irreversible, y denota características heredadas.

SISTEMAS DE CONTROL. ANÁLISIS DE SISTEMAS

Uno de los objetivos de cualquier ciencia es encontrar algunos esquemas

conceptuales, cuantitativos y rigurosos que puedan utilizarse para poder describir

sistemas complejos. Durante mucho tiempo la fisiología ha carecido de estas

generalizaciones y ha sido principalmente una ciencia descriptiva no orientada a las

matemáticas. Hoy en día, el análisis de sistemas introduce un marco conceptual

cuantitativo para muchos problemas de regulación y control en fisiología.

¿Qué es un sistema?

Un sistema es cualquier parte del universo que el científico desee estudiar. Se puede

considerar al sistema como un grupo de componentes interactuantes e interconectados.

Un sistema complejo puede fraccionarse en varios subsistemas, que a su vez están

constituidos por componentes básicos aun más sencillos.

Todos los sistemas poseen al menos las siguientes partes:

Una o más entradas. Es decir uno o mas factores que actúan sobre él o lo

afectan (entrada)

Una o más salidas. Por ejemplo, cambios en las propiedades o a nivel del

componente pueden afectar a otros componentes (salida)

Relaciones entre la(s) entrada(s) y la(s) salida(s)

Medio que lo rodea

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El concepto de sistema es útil para comprender una gran cantidad de datos y

relaciones analíticas que de ellos derivan. Nos proporcionan un marco dentro del cual

pueden ajustarse los datos y análisis de forma que tengan un significado para la mente

humana. Todos los sistemas vivos son complejos. Además es imposible predecir el

comportamiento de cualquier sistema solo por análisis separado del comportamiento de

cada una de las partes que lo componen, por muy detallado que este sea. Cualquier sistema

viviente debe ser analizado necesariamente en fragmentos, si se quiere entender las

propiedades químicas y físicas de sus constituyentes. Pero este tipo de análisis debe

complementarse, pues no toma en cuenta la estructura, organización e interacciones que

están presentes en un animal intacto, hecho de valor inestimable desde el punto de vista

funcional. En un sistema múltiple y complejo, como lo es el humano, con muchos

subsistemas superpuestos, resulta necesario estudiar cada uno de ellos con tanto detalle

como sea posible; de aquí la gran complejidad del problema de la investigación fisiológica.

Los subsistemas moleculares y los celulares, así como los sistemas de órganos, deben

analizarse aisladamente y en conjunto, ya que la interacción de los subsistemas es una

determinante fundamental de las propiedades y leyes del sistema intacto.

No obstante, es necesario comenzar por algún sitio, y el fisiólogo comienza por

suponer que (1) los sistemas vivos pueden ser explicados en los mismos términos de las

leyes químicas y físicas que describe la materia inanimada y (2) que por medio del análisis

y una experimentación cuidadosa podemos definir las relaciones existentes entre las

subporciones o subsistemas del organismo que son de importancia. Aunque la validez de

estas suposiciones pueda ser discutible, la ciencia de la fisiología se apoya decididamente

en ambas.

Tipos de sistemas

Según las naturalezas de entradas y salidas un sistema puede ser:

Cerrado: es el sistema que puede intercambiar energía con su medio, pero no

materia.

Abierto: Es aquel que puede intercambiar tanto energía como materia

Según el funcionamiento de las entradas y las salidas, existen dos categorías principales de

sistemas de control:

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Los sistemas de circuito o bucle abierto: Es aquel en que la salida no influye en la

entrada (fig nº 2).

Fig nº 2. Sistema o Circuito de bucle abierto

Los sistemas de circuito o bucle cerrado: en él, puede existir retroalimentación, es

decir, una parte de su salida “retroalimenta” y participa como entrada al mismo

sistema, afectando por tanto, a su vez, la salida (fig nº 3)

Fig nº 3. Sistema o Circuito de bucle cerrado

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RETROALIMENTACIÓN Y CONTROL

La retroalimentación o feedback es un concepto que se define como la influencia de

la salida de un sistema sobre la entrad del mismo.

RETROALIMENTACIÓN POSITIVA: se produce cuando la salida o alguna función de la

salida misma se agrega a la entrada, dando como resultado una salida mayor (Fig nº 4).

Fenómeno conocido como “circulo vicioso”.

Fig nº 4. Retroalimentación positiva. Cuando el sensor detecta algún cambio desde el centro de control, se produce una señal de error. Esta señal de error es amplificada para convertirse en la señal de la salida que retroalimenta el sistema, alterando aun más la perturbación.

Características de la retroalimentación positiva:

Fenómeno altamente inestable

Se emplea en beneficios de funciones no homeostáticas

Es alteradora de la homeostasis

Desestabiliza mas la variable regulada

Ejemplos de retroalimentación (+): (1) Parte ascendente del potencial de acción.

Ésta es una reacción feedback positiva entre Vm y G Na (Potencial de membrana y

conductancia a iones sodio, respectivamente). Este ciclo de feed back (+) solo

termina, cuando se han abierto todos los canales para el Na+ y su permeabilidad es

máxima. ¿Cómo vuelve la permeabilidad para el Na+ a la normalidad?

Otros ejemplos: son la liberación de LH desde la adenohipófisis y estrógenos

ováricos, además de reflejos de búsqueda u orientación, etc.

RETROALIMENTACIÓN NEGATIVA: se produce cuando la salida o alguna función de

la salida, se sustrae de la entrada del sistema, dando como resultado el aumento o la

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disminución de la salida. La salida se encuentra regulada por un cierto nivel preestablecido,

denominado set point o punto de referencia o de ajuste.

Fig nº 5. Retroalimentación negativa. Cuando el sensor detecta algún cambio desde el centro de control, se produce una señal de error. Esta señal de error es amplificada e invertida, para convertirse en la señal de la salida que retroalimenta el sistema, contrarrestando de esta forma la perturbación. La inversión del signo es la característica fundamental del control de retroalimentación negativa que contrarresta la perturbación, reduce la señal de error y el sistema tiende a estabilizarse cerca del punto de ajuste.

Compartimentos líquidos del organismo

En adultos el agua representa un 60 % del peso corporal total. Este 60 % puede

variar según; la edad, el sexo, masa muscular y el tejido adiposo. El agua corporal total

(ACT) se divide en 2 compartimientos principales separados por las membranas celulares

(Fig nº 6). (1) El mayor de estos compartimientos se denomina líquido intracelular (LIC),

y representa el agua contenida dentro de las células. El LIC constituye aproximadamente un

40 % del peso corporal. 2). El otro compartimiento líquido es el líquido extracelular

(LEC), que representa el agua fuera de las células, y constituye un 20% del peso corporal.

A partir de este líquido, las células captan O2 y nutrientes; en él se descargan los productos

metabólicos de desecho. El LEC se subdivide en diversos compartimentos, el mayor de

ellos es el llamado líquido intersticial ó LIS, que es el líquido que rodea a las células en

los diversos tejidos del organismo. También se incluyen en este compartimiento el agua

contenida en la linfa, hueso y tejido conectivo denso. Tres cuartas partes del LEC se

localizan en el espacio intersticial; el cuarto restante es el plasma sanguíneo o líquido

intravascular (LIV). El plasma y los elementos figurados de la sangre, llenan el sistema

vascular, conformando el volumen sanguíneo total. También existen unos líquidos

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especiales que se agrupan como líquidos transcelulares (LTC) y corresponden a los

líquidos ubicados en órganos particulares (p.ej; líquido pleural, líquido cefalorraquídeo,

líquido articular, líquido ascítico, entre otros).

Ejemplo: Un adulto normal de 70 Kg de peso, la cantidad total de agua representada, por

término medio, el 60 % del peso corporal total, es decir unos 42 litros. Este porcentaje

puede cambiar con la edad, el sexo y el grado de obesidad. Conforme aumenta la edad, el

porcentaje de líquido que contiene el cuerpo disminuye paulatinamente. Esto se debe, en

parte, al hecho de que el envejecimiento suele asociarse a un aumento del peso corporal

causado por la grasa, la cual a su vez disminuye el porcentaje de agua corporal. Como las

mujeres suelen tener mas grasa corporal que los varones, ellas tienen una cantidad algo

menor de agua en el cuerpo que los varones para un mismo peso corporal.

Fig nº6. Volúmenes de los principales compartimientos líquidos del organismo calculados para un individuo

de 70 kg.

Composición de los compartimentos líquidos corporalesLas células en diversos tejidos difieren tanto en contenido como en concentración de

soluto. Sin embargo los principales iones del LEC : son sodio (Na+) y sus aniones cloruro

(Cl-) y bicarbonato (HCO3-). La composición de los 2 compartimientos principales del LEC

(LIS y plasma) es muy similar. Dado que estos dos compartimientos están separados sólo

por el endotelio capilar, y dado que esta barrera es libremente permeable a iones pequeños.

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ACT = 60 % del peso corporal

42 Lt de agua

LEC20% del peso

corporal = 14 Lt

8.4 Kg

LIC40% del peso

corporal = 28 Lt

LIS(Líq.intersticial)

13-15%

Linfa

±5%

LIV(Líq.intravascular)

5%

LTC(Líq.transcelular)

1%

La principal diferencia entre el LIS y el plasma es que éste contiene significativamente

más proteínas. La presencia de proteínas en el plasma también pueden afectar la

composición iónica del LIS y del plasma a través del efecto Donan. El LEC funciona como

conductor entre células y órganos y regula el volumen del LIC y la fuerza iónica.

El SODIO y sus aniones acompañantes (Cl- y HCO3-) son los determinantes

principales de la osmolalidad del LEC. Puede obtenerse un cálculo aproximado de la

osmolalidad del LEC, que mide el número de partículas disueltas en un kilogramo de agua,

simplemente multiplicando la concentración plasmática de sodio por dos, para tener en

cuenta los aniones asociados con el sodio. Por ejemplo, si la concentración de sodio

plasmática es 142 mEq/L, la osmolalidad del plasma y del LEC puede calcularse así:

Osmolalidad plasmática = 2 ([Na+] plasmática)

= 284 mOsm/kg H2O

La osmolalidad plasmática normal oscila entre aproximadamente 285 y 295 mOsm/kg H2O.

La diferencia entre la osmolalidad real y la cifra calculada a partir de la [Na+] plasmática se

debe a la presencia de otros solutos en el plasma, como sales de K+, glucosa y urea (ver

tabla nº 1). En el LIC , la [Na+] es extremadamente baja, y el POTASIO (K+) es el catión

intracelular predominante. Esta distribución del sodio y potasio se mantiene por la acción

de la bomba Na+- K+- ATPasa. La composición aniónica del LIC difiere también mucho de

la del LEC. Los principales aniones intracelulares son fosfatos y aniones orgánicos,

mientras que la concentración de Cl- es relativamente baja. En el LIC se realizan las

principales procesos celulares, reacciones enzimáticas, por tanto el cuerpo se esfuerza por

mantener un ambiente iónico estable.

¿Existe alguna diferencia fisiológica entre osmolalidad y osmolaridad?

La concentración osmolal de una solución se llama osmolalidad cuando la

concentración se expresa en osmoles por kilogramo de agua; y se llama osmolaridad

cuando se expresa en osmoles por litro de solución. En las soluciones diluidas, como las de

los líquidos corporales, estos dos términos pueden utilizarse casi como sinónimos, porque

las diferencias son pequeñas. Por lo tanto la mayoría de los cálculos que se expresan en

clínica se refieren a la osmolaridad y no a la osmolalidad.

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Tabla n º1.- Sustancias osmolares en el LEC y LIC

Sustancia osmolar Plasma(mOsm/LH2O) Intersticial

(mOsm/LH2O)

Intracelular

(mOsm/L H2O)

Na+

K+

Ca++

Mg+

Cl-

HCO3-

HPO4-, H2PO4-

SO4-

Fosfocreatina

Carnosina

Aminoácidos

Creatina

Lactato

Trifosfato de adenosina

Monofosfato de hexosas

Glucosa

Proteínas

Urea

Otras

mOsm/litro

142

4.2

1.3

0.8

108

24

2

0.5

2

0.2

1.2

5.6

1.2

4

4.8

301.8

139

4.0

1.2

0.7

108

28.3

2

0.5

2

0.2

1.2

5.6

0.2

4

3.9

300.8

14

140

0

20

4

10

11

1

45

14

8

9

1.5

5

3.7

4

4

10

301.2

Actividad osmolar corregida

(mOsm/litro) 282.0 281.0 281.0

Presión osmótica total a 37 ºC

(mmHg) 5443 5423 5423

Medición de los volúmenes de líquidos corporalesPara medir el tamaño de cada compartimento de líquido corporal se debe inyectar

sustancias que permanezcan sólo en un compartimento para luego calcular el volumen de

líquido en el que se distribuye la sustancia de prueba. El volumen de distribución es igual a

la cantidad inyectada, dividida entre la concentración de la sustancia en la muestra.

Ejemplo; se inyectan 150 mg de sacarosa a un varon de 70 kg. El nivel plasmático de

sacarosa después de la mezcla es de 0.01 mg/dL y se excretaron 10 mg durante el periodo

de muestreo. El volumen de distribución de sacarosa es: (150 mg – 10 mg/ 0.01 mg/ml) =

14.000ml. Por lo tanto estos 14.000 ml corresponden al espacio en el que sacarosa se

distribuyó, también se le llama el “espacio de la sacarosa”.

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Consideraciones previas al utilizar sustancias para medir volúmenes:

1. Material inyectado no debe ser tóxico

2. Debe mezclarse en forma uniforme por todo el compartimiento

3. No debe ejercer efecto alguno en la distribución del agua de cualquier

compartimiento

4. No debe ser metabolizado, ni sintetizado o conocer la concentración que

sufre modificación, ya sea que se excrete o secrete.

5. Material de fácil medición.

Para medir el volumen plasmático, volumen sanguíneo total y volumen eritrocitario

se utilizan los siguientes métodos:

a) Azul de Evans como ejemplo de colorante que se une a las proteínas

b) Albúmina sérica marcada con yodo radioactivo

c) Si se conoce el volumen plasmático (3.500 ml corresponden al 5% del LEC) y el

hematocrito (ej: 38%), puede calcularse el volumen sanguíneo total. Ej; 3500 ml x

(100/100- 38) = 5.645 ml de volumen sanguíneo total

d) Volumen eritrocitario = Volumen sanguíneo total – volumen plasmático. También

se puede medir inyectando eritrocitos marcados con 51Cr.

Líquidos: Los ingresos y las pérdidas deben ser equivalentes en

condiciones de estabilidadLa cantidad total de líquidos corporales y las cantidades totales de solutos así como

sus concentraciones se mantienen relativamente constantes en condiciones de equilibrio

dinámico, como exige la homeostasis. Esta constancia llama la atención porque

normalmente existe un intercambio continuo de líquidos y de solutos entre el organismo y

el medio externo, y también entre los distintos compartimentos del cuerpo.

Ingresos diarios de agua: Existen 2 fuentes de ingreso de agua a nuestro

organismo; (1) la que se ingiere como tal en líquidos o formando parte de los alimentos

sólidos, que bordean alrededor de unos 2100 ml/diarios. (2) La que se sintetiza en el

organismo como resultado de la oxidación de los carbohidratos, que representan unos 200

ml/diarios. Con esto se obtiene un ingreso total de 2.300 ml/diarios (Ver tabla Nº 2).

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Pérdidas diarias de agua: Tenemos 2 tipos de pérdidas, las sensibles e insensibles.

Las pérdidas insensibles, constituida por una pérdida continúa de líquidos por evaporación

en el aparato respiratorio y por difusión a través de la piel, que en conjunto representan

unos 700 ml de líquidos en condiciones normales. Esto se conoce como pérdida insensible

de agua porque ocurre sin que el individuo la perciba o sea consciente de ella, a pesar de

que está produciéndose constantemente en todos los seres humanos vivos.

Las pérdidas sensibles, constituyen el sudor, la pérdida de agua por las heces

(diarrea) y la pérdida de agua por los riñones (orina). La cantidad de líquido que se pierde

por el sudor es muy variable y depende del ejercicio físico y la temperatura del ambiente.

El volumen de sudor es normalmente de 100 ml/diario, pero en un clima cálido o con

ejercicio intenso, la pérdida de agua por el sudor se eleva en ocasiones hasta 1 a 2 Lt/Hora

(Tabla nº2).

Tabla nº2. Ingresos y pérdidas diarias de agua (en ml/Día)

Normal Ejercicio intenso

prolongado

INGRESOS

Líquidos ingeridos

Agua origen metabólico

Ingresos totales

PERDIDAS

Insensibles (cutáneas)

Insensibles (pulmonares)

Sudor

Heces

Orina

Pérdidas totales

2.100

200

2.300

350

350

100

100

1400

2.300

¿?

200

¿?

350

650

5000

100

500

6.600

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Mecanismos de intercambio de nutrientes y líquidos entre compartimientos

Intercambio transcapilar: Para entender como ocurre el tráfico de nutrientes a través de

un capilar debemos recordar como está formado la pared de uno de ellos. La pared de los

capilares está formada por una célula endotelial rodeada por una membrana basal sobre la

que se apoya. Tiene un espesor de 0.5 y el radio interno del capilar alcanza unos 4 a 9

micrones, lo suficientemente amplio para permitir el desplazamiento de glóbulos rojos y

otras células. La pared capilar se encuentra interrumpida en el contacto establecido entre

dos células endoteliales adyacentes. Recordar también que las cualidades de los capilares

varían de acuerdo al órgano donde se encuentren (p.ej., el hígado posee capilares con

interrupciones que permiten el pasaje de moléculas tan grandes como la albúmina. Más

aún, los capilares renales dejan pasar mayor cantidad de agua que los capilares pulmonares

y cerebrales).

El modo de transferir sustancias desde la luz capilar hacia el intersticio es la difusión.

Difusión: Es un proceso por el cual un gas o una sustancia en solución se dispersa por el

movimiento de sus partículas para llenar todo el volumen disponible. Este movimiento de

partículas desde un lugar mas concentrado hacia uno menos concentrado depende de las

siguientes factores:

1. El tiempo necesario para alcanzar el equilibrio.

2. Temperatura

3. Tamaño de la partícula a difundir

4. Superficie donde se produce la difusión

5. Gradiente electroquímico o gradiente de concentración: Es la diferencia de

concentración de la sustancia que difunde dividida entre el grosor de la

barrera (ley de Difusión de Fick)

J = Velocidad de difusiónD = coeficiente de difusión

A = área ∆c = Gradiente de concentración

∆x =

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J = - DA ∆c ∆x

Ejemplos de sustancias que se transportan a través de la difusión son; O2, CO2 o la mayoría

de los psicofármacos. Las sustancias no liposolubles, como el agua, el sodio o la glucosa, se

difunden a través de la hendidura intercelular antes mencionada. Aunque actualmente se

sabe que existen transportadores específicos de membrana para cada una de las sustancias

como por ejemplo el agua se transporta a través de las aquaporinas (canales trasportadores

de agua), la glucosa se transporta a través de los GLUTs (transportadores facilitativos de

glucosa). Existe un tipo especial de difusión llamada osmósis, cuando se realiza un

experimento de 2 cámaras o espacios separados por una membrana semipermeable.

Osmosis: Es la difusión de moléculas de solvente hacia una región en la que hay mayor

concentración de soluto al cual la membrana es impermeable (fig nº7). Este movimiento de

solvente hacia la zona de mayor soluto se puede prevenir si aplico la fuerza necesaria para

impedir la migración del solvente, a esta fuerza se le denomina Presión osmótica de la

solución. La presión osmótica depende del nº y no del tipo de partículas en solución.

Agua: círculo claros

Soluto: círculos negros

Fig nº 7. Representación de osmósis. Izquierda, el agua se coloca en un lado de una membrana permeable al agua, pero no al soluto, y se coloca un volumen igual de una solución del soluto en el otro lado. Las moléculas de agua se desplazan hacia la solución a favor de su gradiente de concentración y como se muestra en el lado derecho del diagrama, el volumen de la solución aumenta. Como indica la flecha de la derecha, la presión osmótica es la presión que debería aplicarse para prevenir el movimiento de las moléculas de agua.

Entre los volúmenes de los compartimentos intravascular e intersticial hay una

relación dinámica debido principalmente por la presencia de proteínas en el medio

intravascular (proteínas plasmáticas) y su casi ausencia en el medio intersticial. Como

sabrán las proteínas ejercen una fuerza osmótica tendiente a retener agua dentro de los

capilares. Por esa razón la salida de agua de los capilares requerirá una fuerza que supere la

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presión “retenedora” de las proteínas. Por lo general el equilibrio de fuerzas (fuerzas

denominadas Fuerzas de Starling por honor al científico que las descubrió) favorece un

escaso flujo neto de agua desde el capilar hacia el intersticio. Esta agua debe regresar a la

circulación sistémica a través del sistema linfático. Cualquier alteración de esta relación

dinámica provocará cambios importantes en el volumen de los 2 compartimentos

mencionados.

Fuerzas de Starling

Las Fuerzas de Starling afectan el volumen de los compartimentos plasmático e

intersticial, y condicionan la formación del edema. Las cuatro fuerzas de starling operan

como vectores que compiten por la influencia que ejerce el agua y las moléculas disueltas

en ella, que se encuentran dentro del capilar (fig nº 8).

Fig nº 8. Equlibrio de Starling. PH: Presión hidrostática. PO: Presión oncótica o coloideosmótica.

Así por ejemplo, la pérdida del vector “retenedor” (Presión oncótica) que ocurre en

la Hipoalbuminemia, determina un predominio del poder del vector “expulsador” de la

presión hidrostática, lo que facilita el escape de agua hacia el intersticio y la formación de

Edema.

Las fuerzas de Starling son:

1. Presión hidrostática capilar (Pc)

2. Presión del líquido intersticial (Pfi)

3. Presión oncótica plasmática ( Po)

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4. Presión oncótica interstical( Pfi)

La presión oncótica plasmática tiende a retener líquido dentro de los capilares. El

valor de la presión oncótica es de 28 mmHg y en las condiciones de pH fisiológico (pH:

7.4). En estas condiciones las proteínas plasmáticas cargadas negativamente predominan, lo

que determinan que diferentes cationes se unan a ellas con el fin de neutralizar sus cargas.

Esta unión de cationes se conoce como efecto Donan extracelular (para diferenciarlo del

intracelular). De los 28 mmHg de presión oncótica, solo 19 provienen de las proteínas, los 9

mmHg provienen de los cationes que se unen a las proteínas mediante el efecto Donnan

extracelular. Se debe tener en cuenta que las diferentes proteínas plasmáticas ejercen

diferentes presiones oncóticas, debido a que la presión osmótica se relaciona con el nº de

partículas en solución y no con su masa.

La presión hidrostática del capilar (Pc) tiende a forzar la salida del líquido del

capilar. Su valor aproximado es de 17 mmHg y se halla afectado por las siguientes

variables:

a) tono arteriolar, (si decae el tono arteriolar, se sobrecarga el capilar, ya que aumenta

el aporte de sangre a este, ocurre en el uso de fármacos antihipertensivos que actúan

a este nivel, como los vasodilatadores arteriolares)

b) el tono venoso (cuando aumenta, en el cuadro de insuficiencia cardiaca, produce

aumento de volumen y presión en la luz del capilar)

c) volumen venoso

d) y volumen de sangre contenido en el capilar. (si esta aumenta, se produce aumento

de la presión hidrostática y en consecuencia aumenta la cantidad de agua filtrada.

Esta situación ocurre en el síndrome nefrítico, caracterizado por que el riñón es

incapaz de excretar agua y sal.

Presión oncótica intersticial (fi). Es la presión de las proteínas del intersticio y es

menor que la del compartimento intravascular. Sin embargo, la cantidad de

proteínas es levemente mayor en el compartimiento intersticial que en el

compartimiento intravascular. ¿Como se explica que la presión oncótica del líquido

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intravascular sea mayor que el líquido intersticial siendo que este último posee

mayor cantidad de proteínas?

Presión del líquido intersticial (Pfi): es la presión hidrostática del intersticio que

tiende a forzar el retorno de líquido al capilar. En condiciones normales su valor es

negativo, por lo que en realidad favorece la salida de agua desde el capilar hacia el

intersticio. ¿En que situaciones puede variar este valor negativo y hacerse positivo y

que cuadro o alteración clínica se podrá evidenciar?

¿Qué presiones se ven alteradas en la sepsis, explique?

Líquidos isotónicos, hipotónicos e hipertónicos

Los efectos que las distintas concentraciones de soluto no difusibles del LEC puedan

ejercer sobre el volumen de las células se representan en la figura nº 9.

Si se coloca a una célula en una solución que contenga solutos no difusibles y cuya

osmolaridad sea de 280 mOsm/L, la célula no se encogerá ni se hinchará por que las

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Fig nº9. Efectos de las soluciones isotónicas (A), hipertónica (B) e hipotónica (C) sobre el volumen de la célula

concentraciones del agua en los líquidos intracelulares y extracelulares son iguales y los

solutos no pueden entrar ni salir de la célula. Se dice entonces que la solución es isotónica

porque no produce retracción ni hinchazón de las células. Son ejemplos de soluciones

isotónicas, la solución de cloruro sódico al 0.9% o la solución de glucosa al 5%, que

también son llamadas soluciones fisiológicas, debido a que tiene idéntica osmolaridad o

molaridad que el plasma. Estas soluciones son importantes en la práctica médica porque

pueden administrarse en la sangre sin peligro de que se altere el equilibrio osmótico entre el

LIC y LEC.

Si se coloca una célula en una solución que contenga menores concentraciones de

solutos no difusibles (menos de 280 mOsm/L), el agua penetrará en la célula haciendo que

ésta se hinche: el agua seguirá pasando y diluyendo el LIC al tiempo que el LEC se irá

concentrando hasta que ambas soluciones tengan la misma osmolaridad. Las soluciones de

cloruro sódico inferior a concentraciones del orden del 0.9% son soluciones hipotónicas y

provocan edema celular.

Si se coloca una célula en una solución con concentraciones de soluto mas alta y no

difusibles, el agua entra a las células hacia el LEC, con lo que se concentrará el LIC y se

diluirá el LEC. En este caso, las células se encogerán hasta que se igualen ambas

concentraciones. Las soluciones que hacen retraerse o encogerse a las células se dice que

son soluciones hipertónicas, como ocurre con las soluciones de cloruro sódico cuya

concentración es mayor del 0.9%.

Líquidos iso-osmóticos, hipo-osmóticos e hiperosmóticos

Los términos isotónico, hipotónico e hipertónico se refieren al hecho de que las soluciones

produzcan o no cambios en el volumen de las células. La tonicidad de las soluciones

depende de las concentraciones de solutos no difusibles. Sin embargo, algunos solutos

pueden atravesar a la membrana celular. Las soluciones que tienen la misma osmolaridad

que las células se llaman iso-osmóticas, independientemente de que los solutos sean

capaces o no de atravesar la membrana celular.

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Los términos hiperosmótico e hipo-osmótico se refieren a las soluciones que tienen

mayor o menor osmolaridad, respectivamente, que el líquido extracelular normal, sin tener

en cuenta si los solutos atraviesan o no la membrana celular

Las sustancias muy permeables, como la urea, pueden producir cambios transitorios

en el volumen de los líquidos que ocupan los espacios intracelulares y extracelular, pero si

transcurre un tiempo suficiente, las concentraciones de estas sustancias acaban por

igualarse en los dos compartimentos y tienen escasos efectos sobre el volumen intracelular

en condiciones de equilibrio dinámico.

El equilibrio osmótico entre LIC y LEC ocurre bastante rápido (segundos o minutos), esto

no significa que se consiga un equilibrio (homeostasis) completo entre los compartimentos

LIC y LEC en la totalidad del cuerpo en un breve periodo de tiempo. La razón de esto es

que los líquidos suelen llegar al cuerpo a través del intestino y deben ser acarreados por la

sangre a todos los tejidos antes de que pueda producirse el equilibrio osmótico completo.

En las personas normales, puede transcurrir incluso 30 minutos antes de que se obtenga el

equilibrio osmótico en todo el cuerpo después de beber agua.

Volumen y osmolalidad del LIC y LEC en condiciones patológicas

Las alteraciones en la composición y en el volumen de los líquidos corporales son uno de

los problemas más frecuentes e importantes en la clínica, también denominadas alteraciones

hidrosalinas (ver y desarrollar seminario nº 1). Para comprender y tratar estos trastornos es

necesario conocer los desplazamientos de los líquidos entre los compartimientos

intracelulares y extracelulares antes y después de aplicar el tratamiento.

Factores que determinan las diferencias de volúmenes del LIC y LEC

1. Ingesta de agua

2. La deshidratación

3. Administración de líquidos vía endovenosa de los diferentes tipos de soluciones

4. Pérdida de gran cantidad de líquido por el tracto gastrointestinal (diarreas)

5. Pérdida de cantidades anormales de líquidos por el sudor ó a través de los riñones

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Se pueden calcular los cambios experimentados por el LIC y LEC y las distintas formas de

tratamiento si se recuerdan los siguientes principios básicos:

1. El agua se desplaza rápidamente a través de las membranas celulares: por lo

tanto las osmolaridades de ambos compartimientos se mantiene casi exactamente

iguales, salvo por algunos escasos minutos.

2. La membrana celular es casi totalmente impermeable a muchos solutos: por

tanto, el número de osmoles del LIC y LEC se mantiene constante salvos que se

añadan o se pierdan solutos en el compartimiento extracelular.

Tareas:

1. Averiguar como ocurre el edema intracelular y extracelular. Buscar sus causas y

factores que lo determinan.

2. Busque las diferentes causas de Hipo o Hiper: natremias (Sodio), potasemias

(Potasio), calcemias (Calcio) y Cloremias (Cloro).

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