OBJETIVOS

1. A partir del peso corporal, estimar a) el volumen de agua corporal total, b) el volumen de agua extracelular c) el volumen de agua intracelular d) el volumen sanguíneo, y e) el volumen plasmático.
2. Identificar la osmolaridad normal del plasma y las concentraciones normales en plasma de Na+, K+, Cl-, HCO3-, proteínas, glucosa, urea y creatinina, y compararlos con los valores normales en el líquido intracelular.
3. Demostrar la utilidad del principio de dilución de un indicador para medir el volumen plasmático, volumen sanguíneo, volumen de líquido extracelular y agua corporal total, enumerando los compuestos empleados para medir cada volumen.
4. Empleando los principios de la difusión y la ósmosis, comparar el movimiento de líquido entre compartimientos extracelular e intracelular causado por aumentos o disminuciones en la osmolalidad del fluido extracelular.
5. A partir de la composición y osmolalidad de una solución, identificarla como hipertónica, isotónica o hipotónica. Predecir los cambios en el intercambio de líquido a través de la membrana celular que provocaríamos al colocar un eritrocito en soluciones de diferente tonicidad.
6. Conocer las principales vías y los valores habituales de ingesta y pérdida de agua, y predecir cómo los cambios en los mismos pueden afectar a la distribución del agua corporal total.
7. Predecir los cambios en osmolalidad extracelular, volumen extracelular, osmolalidad intracelular y volumen intracelular causados por la infusión de diferentes soluciones.

GUIÓN

La idea central, es que todo el funcionamiento celular y en consecuencia el del organismo, depende de su entorno inmediato líquido, lo que supone la organización de un complejo sistema de control diseñado para mantener lo más estable posible dicho medio líquido, denominado también Medio Interno.

La razón principal por la que deben estudiarse los líquidos corporales radica en el hecho de que todas las células del organismo están bañadas por un entorno líquido del que dependen estrechamente. Este diseño es un recuerdo del origen líquido de la vida, que supuso un reto evolutivo cuando los organismos ya organizados en grandes complejos celulares, se independizaron de su entorno líquido para conquistar el entorno aéreo. Este cambio trajo consigo la creación de superficies limítrofes que pudieran conservar el líquido original con objeto de permitir la superviviencia celular, y con ello el desarrollo de sistemas capaces de controlar la estabilidad del mismo, dado que dicha estabilidad se ve continuamente amenazada por el funcionamiento de las mismas células, y la presión del entorno exterior, entorno que en todo momento provoca entre otras cosas la pérdida de líquido en el organismo. Estos sistemas de control compensan en todo momento las continuas variaciones de este medio líquido interno, pero además lo sincronizan con las fluctuaciones periódicas constantes del medio externo con objeto de adaptar al organismo a las mejores condiciones de supervivencia posible.

Expuestas estas razones, se puede deducir que el estudio de los líquidos corporales, su volumen y composición y las fuerzas que determinan el equilibrio entre los distintos compartimentos líquidos, es esencial porque suponen la base de la Fisiología.

COMPARTIMENTOS LÍQUIDOS (Figura)

La existencias de barreras físicas dentro de los organismos y la necesidad de crear sistemas que permitan el movimiento del líquido para su renovación han determinado la aparición de distintos compartimentos líquidos, limitados por barreras con características de permeabilidad específicas que determinan en consecuencia la composición y el volumen de cada uno de estos compartimentos.

Estos compartimentos son:
Compartimento intracelular, formado por todas las células del sistema orgánico.

Compartimento extracelular formado por el medio externo a todas las células, pero encerrado en el organismo mediante superficies que lo aíslan del entorno exterior.

Este último compartimento esta subdividido a su vez en distintos subcompartimentos como son:
-compartimento circulatorio
-compartimento óseo
-compartimento conectivo
-compartimento transcelular (volumen líquido separado de la sangre por el endotelio y el epitelio)
-compartimento intersticial, formado por el líquido que no se encuentra en los otros compartimentos mencionados.

El elemento principal en la composición del medio líquido orgánico es el AGUA. Su volumen en los distintos compartimentos líquidos puede medirse por técnicas de dilución, que veremos a continuación, mediante las cuales tenemos los siguientes valores:

AGUA ORGÁNICA TOTAL (AOT): supone el 60% del peso corporal en el arquetipo fisiológico. En la mujer el porcentaje es de 50%. Esta diferencia se debe al mayor contenido graso subcutáneo en las mujeres. En consecuencia hay que tener en cuenta la composición grasa del sujeto, dado que cuanto mayor sea ésta menor será el contenido líquido. También se produce una pérdida de volumen líquido con la edad. Por lo tanto son tres los factores que modifican el volumen de AOT: la edad, el sexo y el porcentaje de grasa corporal (Tabla).

55% de AOT Líquido intracelular (LIC)
45% de AOT Líquido extracelular (LEC), de éste último:
20% de AOT es líquido intersticial (LIT) y linfa
7,5% de AOT es plasma
7,5% de AOT es líquido cristalizado en hueso
7,5% de AOT es líquido del tejido conectivo denso
2,5% de AOT es líquido transcelular, el cual a su vez
líquido tractos gastrointestinales
líquido biliar
líquido urinario
líquido cefalorraquídeo
líquido intraocular
líquido de los espacios serosos
pleural, peritoneal, pericárdico

Aunque cuando se habla del volumen de un compartimento asumimos volumen de agua, es cierto a medias, ya que el volumen de un compartimento está formado por el agua y todos sus constituyentes disueltos. Así para el plasma el volumen de agua es el 93% del compartimento, pero para el compartimento intracelular solo es del 75 al 80%. pero en la práctica se asume como volumen de agua por ser el componente mayoritario.

MEDIDA DE LOS VOLÚMENES (Figura)

La medida directa de los volúmenes líquidos es difícil en los organismos vivos, pues requerirían métodos invasivos de difícil aplicación. Por esa razón los valores obtenidos provienen de medidas indirectas, para lo cual se utiliza el método de la dilución de un indicador. Estas medidas son de interés fundamentalmente para realizar estudios de estados nutricionales y metabólicos, ya que en clínica se suelen utilizar los porcentajes indicados en el apartado anterior como valores normalizados.

El método de la dilución de un indicador consiste en la inyección de una cantidad (QIi) conocida de indicador en el compartimento que se quiera estudiar, se espera un tiempo para que éste se distribuya y luego, se toma una muestra donde se analiza su concentración [I].

QiI = Cantidad conocida de indicador suministrado 
QfI = Cantidad final de indicador recogido en el compartimento de estudio

QiI = QfI

QI = V x [I]

QiI = Vf x [I]f

Vf = QiI / [I]f

¿Cómo se calcula la concentración?: Mediante métodos colorimétricos, radioactivos o inmunofluorescentes, etc. Para lo cual se realiza una curva patrón y sobre ella se localiza la concentración problema.

Para tener una medida más exacta, hay que considerar la cantidad de indicador separado del compartimento durante el periodo de distribución (por metabolización, excreción, etc.), de esta forma la ecuación anterior quedaría de la siguiente forma:

Vf = (QiI - QeI )/[I]f

Si por ejemplo inyectamos en plasma 150 mg de sacarosa, tras un tiempo de distribución se obtiene una concentración de sacarosa igual a 0,01 mg/ml y una cantidad de sacarosa metabolizada de 10 mg, de esta forma y aplicando la fórmula anterior tendríamos:

Vf = (150 mg - 10 mg) / 0,01 mg/ml = 14.000 ml. A este valor se le denomina espacio de sacarosa.

PROPIEDADES DE UN INDICADOR (Figura)

Naturalmente para que este sistema de medida sea efectivo, es necesario que los indicadores utilizados cumplan una serie de requisitos, que a continuación se enumeran:

- no sean tóxicos
- que se distribuyan uniformemente
- que no ejerzan efecto por sí mismo en la distribución del agua y los sustratos del organismo.
- no ser cambiado por el organismo, o conocer la cantidad cambiada.
- que sea fácil de medir. Para ello se utilizan indicadores que puedan medirse por métodos colorimétricos, radioactivos o inmunofluorescentes.

INDICADORES Y COMPARTIMENTOS LÍQUIDOS

Para medir el volumen de AOT, la antipirina da resultados menores.

Para el LEC todos los indicadores pasan en mayor o menor grado a las células.
- los iones radioactivos dan valores sobreestimados.
- los sacáridos no metabolizables se distribuyen mal y dan valores subestimados.

El volumen plasmático se puede estudiar bien porque moléculas como las proteínas no pueden abandonar el sistema circulatorio, por lo que se presentan como buenos indicadores, aunque la albúmina tiene algo de pérdida, por lo que se usa la albúmina unidad al azul de Evans.

Para obtener el volumen sanguíneo es necesario realizar una pequeña conversión, dado que hay que tener en cuenta el volumen que ocupan los elementos formes, lo cual puede ser estudiado con eritrocitos marcados con iones radioactivos o con antígenos.

Hct = hematocrito; Vp= volumen plasmático; Vs = volumen sanguíneo

Vs = Vp x 100/100-Hct

Para el estudio del LIT, no hay posibilidades de medida, por lo que se utiliza la ecuación siguiente que siempre da valores sobreestimados.

LIT = LEC - Vp

Para el estudio del LIC, tampoco pueden realizarse medidas, por lo que también se utiliza: LIC = AOT - LEC

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS LÍQUIDOS CORPORALES (Figura)

Analizando la composición química de los líquidos corporales se puede observar que éstos están constituidos por los siguientes componentes:

Componente inorgánico
electrolítico
no electrolítico

Componente orgánico

Las unidades de medida de estos componentes se dan en moles, equivalentes eléctricos y osmoles, porque lo que interesa en Fisiología es el número de moléculas, de cargas eléctricas o de partículas osmóticamente activas, más que el peso de las mismas.

Normalmente la concentración plasmática se mide en laboratorio en mEq(1) o mmol/litro de plasma, y para evitar el volumen que ocupan las grandes moléculas del plasma que no pueden pasar la barrera endotelial, es necesario expresar estas medidas en litros de agua plasmática, para ello se divide el valor obtenido en el laboratorio por 0,93.

Si analizamos la figura donde se representa la composición en solutos de los distintos líquidos orgánicos, podemos observar la existencia de diferencias, no en cuanto al tipo de solutos, que prácticamente en todos es igual, sino en la proporción de cada uno de ellos es decir, todos los líquidos corporales contienen los mismos componentes, aunque éstos se encuentran en distintas concentraciones. En el LEC predominan las sales de sodio, responsables del 90 al 95% de su osmolalidad (280 mOsm/Kg de agua de los 300) y presión osmótica, mientras que en el LIC las sales de sodio solo representan 30 mOsm/Kg de agua, siendo las principales responsables de su osmolalidad las sales de potasio, magnesio, fosfatos y proteínas.

Las causas de estas diferencias son debidas a: La existencia de barreras selectivas que separan dichos compartimentos.

MOVIMIENTOS TRANSMEMBRANOSOS DE LÍQUIDO Y SOLUTOS (Figura)

El movimiento de los solutos y el agua a través de dichas barreras, originados por las fuerzas físico-químicas creadas entre ambos lados de dichas barreras.

Estos movimientos son:

Difusión
ósmosis
arrastre por solvente
difusión facilitada
transporte activo
exocitosis y endocitosis

El movimiento de agua a través de la membrana plasmática es libre, pues no hay restricciones de permeabilidad para la misma. Así todo el agua podría moverse con total libertad de un lado a otro. Esta capacidad de movimiento supone un peligro para la célula pues cada una de ellas funciona óptimamente a un volumen determinado. Esto significa que se deben crear sistemas que controlen y restrinjan el movimiento del agua.

Los movimientos del agua a través de la membrana plasmática se rigen por equilibrios osmóticos y eléctricos.

Los equilibrios osmóticos se generan como consecuencia de la presencia de una membrana semipermeable, es decir selectiva para algunas sustancias, y la presencia de sustancias cargadas eléctricamente que modifican la relación de cargas existentes en una solución.

Ver simulación interactiva de un proceso de ósmosis

Siempre que dos soluciones de una misma sustancia se separan mediante una membrana impermeable para dicha sustancia, se produce un trasiego de agua en dirección de la más concentrada, con objeto de alcanzar un equilibrio hídrico entre ambas soluciones. La presión hidrostática necesaria para que no se produzca este movimiento de agua se denomina presión osmótica y lógicamente dependerá de la diferencia de concentración para dicha sustancia y de la actividad osmótica de la misma, es decir del número de partículas libres por unidad de volumen del solvente. Es independiente al tamaño de la partícula.

La osmolalidad es una de las unidades de medida de mayor interés en Fisiología, dado que el volumen líquido de los distintos compartimentos líquidos depende en gran medida del número de partículas osmóticamente activas, es decir partículas que ven limitado su paso a través de las barreras selectivas que separan dichos compartimentos. Esta limitación en el paso de solutos supone movimientos de agua hasta alcanzar un equilibrio hídrico entre los distintos compartimentos. Estos movimientos de agua suponen variaciones de volumen que determinan una presión frente a las superficies que limitan dichos compartimentos, esta presión se denomina osmótica, y es la presión hidrostática que deberíamos ejercer contra esa superficie para que no saliera el agua.

La ecuación que mide la presión osmótica que ejerce un soluto en una solución puede quedar así: Posm = nCRT, donde n es número de partículas disociables por molécula; C es concentración total de solutos, R constante de los gases (0,082 atmxL/molxºK) y T es tempertura en grados kelvin (0ºC = 273 ºK).

Ver más información

Para una solución que tenga 1 mmol/L de soluto no disociable a 37 ºC la presión osmótica se puede calcular así: Pos (mmHg)= 19,3 x osmolalidad

Donde n =1; C =0,001 mol/L; R= 0,082 atmxL/molxºK y T = 310 ºK (273 + 37). Pasando las atmósferas a mm Hg y realizando la operación de la ecuación, tenemos un valor constante para 37ºC de 19,3.

Igualmente se utiliza la medida de osmolalidad porque al ser referida a un kg de agua, los valores se independizan de la Tª de la solución y el volumen que ocupan los solutos disueltos.

Por otra parte la concentración osmolal se puede medir también, por la caída del punto de congelación de la solución. 1 mol/l de un soluto ideal disminuye el punto crioscópico en 1,86º C, luego el nº de osmoles/ l será igual al punto crioscópico/ 1,86 ºC. En el caso del plasma se sabe que éste disminuye el punto de congelación a -0,53 C luego dividido por 1,86º C nos da 284,95 mosm/l.

La osmolaridad de los líquidos corporales es aproximadamente igual en todos ellos, dado que el agua pasa fácilmente entre los compartimentos. El valor establecido es de 300 mOsm/l aunque en el plasma es 1,3 mOsm/l mayor debido al papel osmótico de las proteínas plasmáticas (La presión osmótica generada por las proteínas plasmáticas se denomina presión oncótica). La presión osmótica de estos compartimentos será por tanto de 5.790 mm Hg en el LEC y 5.815 mmHg en el plasma (debida al aumento de la presión oncótica de las proteínas plasmáticas). Aunque si medimos la presión osmótica utilizando el punto de congelación de la misma, el valor de la osmolaridad es de 285 mOsm/l, lo que supone una presión osmótica de 5.500 mmHg para el LEC. Esta diferencia de osmolaridades entre la calculada teóricamente y la obtenida experimentalmente es debida a las interacciones moleculares que se producen. (Ver iones responsables de la Posm. Figura)

Atendiendo a la presión osmótica de un compartimento, cuando éste se enfrenta a una solución de distinta osmolaridad se producen trasiegos de agua que suponen cambios de volumen. En las células este hecho es importante porque pone en peligro la funcionalidad de la misma. Tomando como referencia la presión osmótica del plasma, una solución es isotónica cuando su presión osmótica es igual a la del plasma, y no genera ningún cambio de volumen en una célula. Una solución es hipertónica cuando su presión osmótica es mayor que la del plasma, y genera una disminución del volumen celular. Una solución es hipotónica, cuando su presión osmótica es menor que la del plasma, y genera un hinchamiento de la célula. Según lo indicado el volumen del LIC dependerá de los cambios de osmolalidad (osmolaridad) del LEC (Figura).

Hay que tener en cuenta, que los iones al ser partículas con carga, no solo se movilizan por su gradiente químico sino también por el eléctrico. Y que por tanto, la osmolalidad final de un compartimento es la consecuencia del gradiente electroquímico para cada partícula. Cuando en uno de estos compartimentos encontramos una partícula cargada no difusible, ésta generará una asimetría de carga entre ambos compartimentos que se intentará compensar movilizando partículas de carga opuesta (Equilibrio Gibbs-Donnan) hasta alcanzar el equilibrio electroquímico para todas ellas. Si no es posible, se establece un vacío de carga en el compartimento donde se encuentra la partícula cargada no difusible y consecuentemente una diferencia de potencial transmembranoso de signo igual a la carga de la partícula no difusible. Sin embargo, cada compartimento por separado es eléctricamente neutro, aunque al nivel de la membrana haya una diferencia de potencial generada por la imposibilidad del equilibrio eléctrico entre compartimentos.

En el momento que se permita la difusión de una partícula con carga opuesta a la causante del potencial del otro compartimento, ésta lo hará en esa dirección hasta que alcance su propio equilibrio electroquímico.

Por tanto, la osmolalidad de un compartimento dependerá de la concentración final de partículas osmóticas, resultado del gradiente electroquímico para cada una de ellas. Las tres partículas más importantes en determinar la osmolalidad de un compartimento son el Na para el extracelular y el K y proteinas para el intracelular.

Filtración: Movimiento de agua a través de una membrana dirigido por la resultante de las diferencias de presión osmótica e hidrostática a ambos lados de la misma.

OTROS MOVIMIENTOS TRANSMEMBRANOSOS:

Difusión: Consiste en el movimiento de partículas cargadas o no a través de la membrana dirigidos por su gradiente químico y eléctrico. La presencia de cargas eléctricas modifica la distribución por gradiente químico para una sustancia, y además modifica la distribución del resto de las sustancias cargadas que se encuentren en disolución, con objeto de alcanzar el equilibrio electro neutro. Si en este equilibrio se introducen iones no difusibles en uno de los lados de la membrana se establece un nuevo equilibrio iónico a ambos lados denominado equilibrio Gibbs-Donnan.

Difusión facilitada: Movimiento a favor de gradiente de partículas grandes cargadas que por la dificultad de paso a través de la membrana requieren la presencia de portadores en la misma que faciliten su paso.

Transporte activo: Movimiento de sustancias en contra de gradiente, mediante gasto de energía determinado por sistemas específicos de bombeo.

Arrastre por solvente: Movimiento involuntario de sustancias provocado por el movimiento del agua de acuerdo a fuerzas osmóticas.

Exocitosis y endocitosis: Movimiento de solutos de gran tamaño mediante procesos de invaginación membranosa y englobamiento. En dirección hacia el exterior (exocitosis) y en dirección hacia el interior (endocitosis). Dentro de esta última hay dos tipos la pinocitosis (o sistema de bebida celular) por el cual la membrana se invagina englobando líquido y /o partículas pequeñas externas y las conduce intracelularmente hacia los endosomas. Y la fagocitosis (o sistema de alimentación celular) endocitosis de grandes partículas externas.

Transportes epiteliales: Movimiento de solutos y líquido entre el medio interno y el medio exterior a través de las superficies epiteliales. Este transporte es la resultante del conjunto de movimientos analizados anteriormente.

EL TAMAÑO FINAL DEL COMPARTIMENTO SERÁ CONSECUENCIA DE TODOS LOS MOVIMIENTOS QUE HEMOS MENCIONADO ANTERIORMENTE

BALANCE DIARIO DEL AGUA CORPORAL (Figura)

En condiciones normales el balance acuoso diario es CERO.

SALIDAS:
Orina....... 1500 ml agua 
piel .......... 600 "
pulmón.... 300 " 
heces ...... 100 "
total:       2500 ml agua

ENTRADAS COMPENSATORIAS:
bebida...... 1000 ml agua 
alimentos.. 1200 " 
metabólica 300 "
total:       2500 ml agua

Los excesos de ingestión acuosa se eliminan por la orina.

La ausencia de ingestión de agua no evita la eliminación urinaria: volumen urinario mínimo = 450 ml (en alta concentración). Este volumen mínimo se debe a la necesidad renal diaria de eliminar (en una alimentación normal) unos 1200 mosmoles de sustancias eliminables (urea, creatinina, ácido úrico, amonio, sulfato, fosfato y sales en exceso).

La eliminación por la piel y los pulmones es independiente a la ingestión de agua y depende de la temperatura y humedad exterior y de la temperatura corporal. El mínimo diario es de aproximadamente 900 mililitros. Por la piel se denomina perspiración insensible o difusión transcutánea y son unos 600 ml, distinta a la sudoración. La pérdida pulmonar se utiliza para la saturación del aire respiratorio y son unos 300 ml.

Esta pérdida actúa como regulador de la temperatura corporal.

En condiciones normales el agua de las heces tiene escasa incidencia en este balance. No obstante el volumen/ día de agua que se maneja en el sistema digestivo es del orden de 9000 mililitros (procedentes de la ingestión y de las secreciones digestivas) de los cuales solo se pierden los 100 ml en las heces.

Sumando estas pérdidas mínimas diarias, denominada pérdida obligatoria mínima de agua, supone para el arquetipo fisiológico el 2% del peso corporal en gramos.

Si hay incremento de la temperatura exterior y/o se incrementa el ejercicio (incremento de la temperatura interior) se produce un incremento de la evaporización junto con la sudoración.

Hay situaciones que alteran este balance, como la fiebre, la diarrea, vómitos, etc.

MECANISMOS REGULADORES:

mecanismo de la sed
hormona antidiurética
ambos están íntimamente ligados
la ADH responde a cambios en la osmolaridad, presión y volumen de la sangre.

Aldosterona, que regula los niveles de sodio y potasio en el LEC mediante su acción principal sobre el riñón.

1. equivalente eléctrico: cantidad en gramos de un ión capaz de proveer el mismo nº de cargas eléctricas positivas o negativas que las que provee 1,008 g de ión hidrógeno.

Así para un ión monovalente el peso equivalente eléctrico será igual a su peso molecular, mientras que para un ión divalente el peso del equivalente eléctrico será igual a su molaridad por la valencia.

El equivalente químico es la cantidad de sustancia químicamente equivalente a 8 g de oxígeno, se mide en equivalentes gramo/ litro= normalidad.