Fuerzas Que Establecen El Movimiento de Sustancias No Ionicas a Traves de Membranas Celulares

Tema 5Tema 5

Fuerzas que establecen el Fuerzas que establecen el movimiento de sustancias no imovimiento de sustancias no ióónicas nicas a trava travéés de las membranas celularess de las membranas celulares

Prof. Miguel Skirzewski

Universidad Centroccidental “Lisandro Alvarado”

Decanato de Medicina –

Dep. Ciencias Funcionales

Sección de Fisiología –

Fisiología I

ÓÓsmosis smosis (del griego (del griego osmososmos,,””eempujarmpujar””))

1748, 1748, AbbeAbbe Jean Jean AntoineAntoine NolletNolletseseññalalóó queque……

Célula

Animal

Agua PuraNúcleo

Citoplasma

Agua Pura

Agua de Mar

Responsable del movimiento neto de agua

a través de las membranas celulares y de los

epitelios.

Solución Fisiológica

¿¿QuQuéé

ocurre con las propiedades coligativas del solvente?ocurre con las propiedades coligativas del solvente?

Agua PuraPunto Congelación = 0 ºC

Punto de Ebullición = 100 ºC

Presión de Vapor = 47 mmHg

Agua + Soluto

Descenso del punto de Congelación

Aumento del punto de Ebullición

Disminución de la presión de vapor

Incremento de la presión osmótica

Sabemos

que

ocurre

con el soluto:

Qué

ocurre

cuando

agregamos

sal

a una

olla de agua?

Qué

ocurre

cuando

agregamos

sal

al hielo?

La propiedad coligativa mLa propiedad coligativa máás fs fáácil de medir es la cil de medir es la disminucidisminucióón del punto de congelacin del punto de congelacióón o n o DESCENSO DESCENSO CRIOSCCRIOSCÓÓPICOPICO

Descenso Crioscópico = Temperatura de congelación del

agua pura-

Temperatura de congelación de la

solución

Existe una PROPORCIONALIDAD entre el Existe una PROPORCIONALIDAD entre el nnúúmero de partmero de partíículas de soluto en la soluciculas de soluto en la solucióón y el n y el

descenso crioscdescenso crioscóópicopico

Dc

= Kc

. Osmolalidad

Kc: constante

de proporcionalidad, Osmolalidad: número

de partículas

por

kilogramo

de solvente

(Osmol/Kg).

2da Ley

de Raoult

Kc

Agua = -1,86ºC/osmol

Dc

= -1,86ºC

por cada 1 osmol en el agua

¿Qué

es un osmol?

1 Osmol es la cantidad de cualquier soluto que agregado a 1 litro de agua, hace descender el punto de congelación de esta en 1,86ºC

Conociendo el punto de congelación de cualquier solución será

posible predecir la cantidad de partículas osmóticamente activas en la misma.

Ejemplos:

1 mol de Na+ = 1 osmol Na+

1 mol de CaCl2

=

1 mol de glucosa

=

osmol = mol x n

1 mol de NaCl = 2 osmoles de NaCl

n: número de partículas

Determinación del número de osmoles:

3 osmoles de CaCl2

1 osmol de glucosa

La La OsmolaridadOsmolaridad–– Es la cantidad de partEs la cantidad de partíículas culas

osmosmóóticamente activas (osmoles) ticamente activas (osmoles) disueltas en un volumen total de 1 litro disueltas en un volumen total de 1 litro de solvente (de solvente (OsmOsm/L)/L)

La La OsmolalidadOsmolalidad–– Es la cantidad de osmoles por kilogramo Es la cantidad de osmoles por kilogramo

de solvente (de solvente (OsmOsm/Kg)/Kg)

Osmolaridad Osmolaridad --

OsmolalidadOsmolalidad

EstimaciEstimacióónn

prpráácticactica El plasma El plasma sangusanguííneoneo

Muestra

de sangre

Centrifugación Plasma

Células

Fracción

rica

en solutos

y proteínas

¿Cómo

se puede estimar

el total de

osmoles por volumen

de agua?Dc

= Kc

. Osmolalidad

•

El plasma de un paciente

normal congela

a una

temperatura

de -0,53 a -0,55oC.

Dc

= Kc

. Osmolalidad

Despejando:

Osmolalidad

= Dc / Kc

Osmolalidad

= -0,53 a -0,55 / -1,86 = 0,285 a 0,295

El plasma humano

tiene

285-295 mOsm/Kg

ConociendoConociendo la la OsmolalidadOsmolalidad del plasma:del plasma:

Transtornos

Electrolíticos

Intoxicación etílica

Hiperlipidemias

Disproteinemias

Deshidratación

Para Para determinardeterminar el el descensodescenso criosccrioscóópico se pico se requiererequiere de un de un osmosmóómetrometro

Osmómetro

de Dutrochet

Osmómetro

de Pfeffer

Osmómetros

modernos

FFóórmularmula empempííricarica parapara calcularcalcular la la osmolalidadosmolalidad::

Osmolalidad

= 2(Na+) + Urea + glucosa

La osmolalidad

plasmática

está determinada

principalmente

por

el Na+

Diabetes MellitusInsuficiencia

renal

Jn

Sacarosa

Jn

Agua

Sacarosa 1M Sacarosa 0.1M

Jn

Sacarosa

Jn

Agua

Sacarosa 1M Sacarosa 0.1M

Incrementa volumen

Proceso termodinámicamente favorable

Membrana impermeable a la sacarosa

Sacarosa Agua

• Paso de Paso de aguaagua

a a travtravééss

de de unauna

membranamembrana

• Coeficiente

de permeabilidad

osmótica(P)

-

Determina

el flujo

de agua

a través

de distintos

tipos

celulares

a favor de su

gradiente

osmótico.

Pagua

cm/seg

Túbulo

proximal (rata) 0,231

Túbulo

colector

(rata) 0,038

Mucosa gástrica

(perro) 0,069

Intestino

(rata) 0,011

Piel

(sapo) 0,002

PresiPresióónn

OsmOsmóóticatica

La presión osmótica, es equivalente a la fuerza que hay que aplicar para contrarrestar la presión de difusión del agua,

Presión Osmótica

Jacobus

van’t Hoff (1852-1911): “las moléculas de soluto se comportan termodinámicamente como moléculas de gas”

PV = nRT

Ley universal de los gases ideales

n: equivalentes molares de soluto, V: volumen en litros, T: temperatura en ºK,

R: constante molar de los gases (0,082 L.atm/ºK.mol)

π

= R.T.OsmM

Ley de van’t Hoff

πV

= n.R.T

La La Tonicidad de una soluciTonicidad de una solucióónn se define en se define en base a la respuesta de las cbase a la respuesta de las céélulas de los lulas de los tejidos inmersos en la solucitejidos inmersos en la solucióón.n.

Solución Isotónica

Agua entrante

Agua saliente

Turgencia celular inalterada

Tonicidad

OsmM

= 0,1

OsmM

= 0,1

Soluciones Soluciones HiposmHiposmóóticasticas

e e HiperosmHiperosmóóticasticas::

POsm12 POsm21

POsm1>POsm2

Solución Hiperosmótica

Solución Hiposmótica

POsm12 POsm21POsm1=POsm2

Soluciones IsosmSoluciones Isosmóóticas:ticas:

Solución Isotónica

Agua entrante

Agua saliente

Turgencia celular inalterada

Solución Hipotónica

Agua entrante

Agua saliente

Turgencia celular alterada

Solución HipertónicaAgua entrante

Agua saliente

Turgencia celular alterada

La fragilidad

osmótica

del eritrocito

se presenta

en soluciones

salinas

de 0,45%

Crenocitos

Esferocitos

Empleo de soluciones isotEmpleo de soluciones isotóónicas:nicas: en los en los casos de intervenciones quircasos de intervenciones quirúúrgicas, rgicas, quemaduras, diarreas, vquemaduras, diarreas, vóómitos repetidos, mitos repetidos, etc. etc. La soluciLa solucióón de n de NaCl al 0,9% o la de NaCl al 0,9% o la de dextrosa al 5%dextrosa al 5%. Son isosm. Son isosmóóticas, asticas, asíí como como tambitambiéén son isotn son isotóónicas.nicas.No ocurre igualNo ocurre igual con la solucicon la solucióón isosmn isosmóótica tica de urea.de urea.

El caso de la UreaEl caso de la UreaPM Urea = 60g/mol

-

Se emplean 18g/L de urea para obtener

300 mOsm/L de Urea = osmolaridad del plasma

El Hecho:

al colocar glóbulos rojos en una solución de urea 300 mOsm/L ocurre hemólisis. Esto indica que la solución no es isotónica.

¿¿¿Por qué???

Membranas permeables, semipermeables, Membranas permeables, semipermeables, impermeables: coeficiente de reflexiimpermeables: coeficiente de reflexióón (n (σσ))

Coeficiente de reflexiCoeficiente de reflexióón (n (σσ) de ) de StavermanStaverman

π

= R.T.Osmolaridad

Esta ecuación considera el caso de que todos

los solutos son impermeables a la membrana.

La permeabilidad relativa disminuye la presión osmótica, por debajo del cálculo teórico

((σσ) es el c) es el coeficiente de reflexioeficiente de reflexióón n de de StavermanStavermanσσ = 1 indicar= 1 indicaráá una membrana impermeable a una membrana impermeable a cualquier solutocualquier solutoσσ = 0 indicar= 0 indicaráá una membrana totalmente una membrana totalmente permeable a cualquier soluto. permeable a cualquier soluto.

πcorregida

= R.T.Osmolaridad.σ

Cálculo de σ:

σ

=πreal

πteórico

ValoresValores

de de coeficientecoeficiente

de de reflexireflexióónn de de variosvarios

compuestoscompuestos

Permeante

Valor de σAcetamida

0.58

Malonamida

0.83Urea

0.20

Tiourea

0.85Etanodiol

0.63

Glicerol

0.88NaCl 0.97

El coeficiente de reflexiEl coeficiente de reflexióón para la urea es de n para la urea es de σσ==0,200,20

La osmolaridad calculada indica que es 300 La osmolaridad calculada indica que es 300 mOsm/L pero la osmolaridad real es 60 mOsm/LmOsm/L pero la osmolaridad real es 60 mOsm/L

En este caso la soluciEn este caso la solucióón de urea 18g/L n de urea 18g/L es es isosmisosmóótica pero no es isottica pero no es isotóónicanica

El Caso de la UreaEl Hecho:

al colocar glóbulos rojos en una solución de urea

300 mOsm/L ocurre hemólisis. Esto indica que la solución no es isotónica.

π = (0,082 L.atm/osmol.ºK) x (293ºK) x (0,3 osmol/L) = 7,2 atm

Sin σσ

Aplicación de σσ

Urea = 18 g/L = 300 mM = 300 mOsmM

T = 20 °C = 293 °K

R = 0,082 L.atm/osmol.°K

π

= R.T.Osmolaridad

Con σσ

σσ

urea = 0,2urea = 0,2

π = (0,082 L.atm/osmol.ºK) x (293ºK) x (0,3 osmol/L) x (0,2) = 1,4 atm

CCáálculo de presilculo de presióón osmn osmóóticatica

Conc. 0,83g/100ml 0,42g/100ml

mM 143 72

OsmM

0,285 0,144

1 2

PM NaCl: 58g/mol, T = 20ºC, σ

= 0,97

π

= R.T. OsmM

. σ

π1

= (0,082 L.atm/osmol.ºK) x (293ºK) x (0,285 osmol/L) x (0,97) = 6,6 atmπ2

= (0,082 L.atm/osmol.ºK) x (293ºK) x (0,144 osmol/L) x (0,97) = 3,4 atm

Δπ

= π1 –

π2 = 6,6 –

3,4 = 3,2 atm

0,83% 0,42%

3,2 atm3,2 atmóósferas es una sferas es una presipresióón elevada y n elevada y peligrosa para los tejidospeligrosa para los tejidos si se considera si se considera queque……

Presión aórtica

= 0,13 atm

= Dif. Osmolaridad de 5,5 mOsm/kg

ImportanciaImportancia: la presi: la presióón osmn osmóótica es una tica es una fuerza impulsora que determina el flujo de agua fuerza impulsora que determina el flujo de agua del intersticio al interior de los capilares. del intersticio al interior de los capilares.

desde la luz del desde la luz del ttúúbulobulo colector del ricolector del riñóñón al n al capilar capilar peritubularperitubular……

desde la luz del intestino a la sangredesde la luz del intestino a la sangre……

Purgantes osmóticos: Sulfato de Magnesio, Sulfato sódico hidratado, Lactulosa.

FiltraciFiltracióónnFenFenóómeno frecuentemeno frecuenteAgua plasmAgua plasmáática y solutos que llegan al medio tica y solutos que llegan al medio intersticial a travintersticial a travéés de canales de las paredes de s de canales de las paredes de los capilares.los capilares.La fuerza impulsora es la presiLa fuerza impulsora es la presióón arterial y no la n arterial y no la termodinamiatermodinamia..Los solutos de gran tamaLos solutos de gran tamañño no penetran los o no penetran los canales.canales.Es un flujo hidrodinEs un flujo hidrodináámico y depende de una mico y depende de una presipresióón hidrostn hidrostááticaticaEste Este procesoproceso puedepuede ser ser denominadodenominado comocomo FlujoFlujode de solutosoluto porpor arrastrearrastre..

Capilar glomerular

Luz de la cápsula

de

Bowman

PA > POsm.

PresiPresióón Arterial (n Arterial (hidrosthidrostááticatica))

Presión oncótica