CCaappttuulloo 11 PPAARRTTEE 11//441.1 EL HOMBRE COMO SISTEMA FISICOQUIMICO

En las ciencias morfolgicas, como la histologa y la anatoma, losestudiantes reciben una instruccin basada, fundamentalmente, en ladescripcin de las formas, caractersticas y relaciones entre los rganos ytejidos, En FISIOLOGIA debern aprender cmo, por qu, de qu maneraesos rganos funcionan. Debern llegar a comprender los mecanismospor los cuales el hombre camina, piensa, se emociona, se reproduce.Tambin debern aprender cmo reaccionan los tejidos, los rganos y elhombre en su totalidad, frente a cambios en el medio exterior y en elmedio que rodea sus clulas. Deber comprender, en ltima instancia,cmo y por qu el hombre VIVE.

Para poder aproximarnos a algo tan complejo es conveniente utilizar unmodelo simple, basado en dos conceptos elementales:

a) El hombre est compuesto, en un 60-65%, por AGUA y, desde elpunto de vista fisicoqumico, puede ser considerado una solucin cuyoSOLVENTE es agua y cuyos SOLUTOS son Ias protenas, la glucosa, laurea, el sodio, el cloruro, el potasio, etc., disueltos en ella. No interesa, alos fines de este modelo, que el tejido seo tenga slo 22 % de agua oque la piel tenga 72% de agua: el CUERPO de un adulto tiene agua enuna proporcin igual al 60-65% de su peso corporal.

b) El hombre es una mquina capaz de transformar una forma deenerga en otra. As, toma la energa qumica almacenada en losalimentos y la utiliza para producir CALOR y TRABAJO. Habr gasto deenerga cuando el hombre realice una contraccin muscular, cuandorespire, cuando su sangre circule, cuando estudie o digiera sus alimentos.Tambin se gastar energa cuando se deba mantener una diferencia deconcentracin de un ion, por ejemplo, entre los dos lados de unamembrana celular. Se liberar calor siempre que se realice un trabajo ytambin para mantener una temperatura corporal diferente a la del medioexterior.

INDICE Parte 1 Pg

1.1 EL HOMBRE COMO SISTEMAFISICOQUIMICO

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1.2 EL AGUA CORPORAL TOTAL

- Los indicadores y el mtodo dedilucin- Influencia de la edad y el sexo en elagua corporal total

2

34

1.3 LOS COMPARTIMIENTOS EXTRAE INTRACELULARES 5

1.4 ENTRADAS Y SALIDAS DE LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES- Distribucin de las sustancias entre loscompartimientos

7

9

1.5 COMPOSICION DE LOS COMPARTIMIENTOS CORPORALES

- Dispersiones de slidos en agua- Masa y concentracin

10

1011

1.6 CANTIDAD DE SUSTANCIA Y SOLUCIONES MOLARES

- Soluciones molares

14

17

Cap 1 Parte 1 p. 1

andersonRJBTypewriterBIBLIOTECA MEDICA 21

1.2 AGUA CORPORAL TOTAL

Reducido, de este modo, el hombre a un sistema simple, hay queprecisar sus Imites: decir lo que es adentro y lo que es afuera. En laFig. 1.1 el hombre est representado por su COMPARTIMIENTOCORPORAL, que est separado del exterior por EPITELIOS. As, lamucosa del tracto digestivo, la del aparato respiratorio y la del sistemarenal son los lmites del compartimiento corporal. Es a travs estosepitelios que el hombre intercambia agua, sales, oxgeno, dixido decarbono, calor, glucosa y todo lo que necesita para la vida.

Una persona puede tragar algo, pero esto seguir estando "afuera"hasta que no haya pasado el epitelio intestinal y se encuentre"adentro", en el interior del compartimiento corporal. Del mismo modo,la orina est fuera del compartimiento corporal desde el mismomomento que sale del extremo distal de los tbulos colectores renales,aun cuando despus se almacene en Ia vejiga.

En un hombre de 70 kg se puede decir que su compartimientocorporal est compuesto por 42 litros de agua y 26 kg de solutos. Paradecir esto hemos considerado que el 60% del peso corporal es agua yque 1 kg de agua es igual a 1 litro de agua. Entonces, el AGUACORPORAL TOTAL es:

70 kg. 0,6 = 42 kg = 42 litros de agua.

De los solutos, las protenas representan el 16% del peso corporal, lassustancias minerales el 7% y las grasas el 15%.

- Peso hmedo / peso seco y agua corporal total

Si alguien desea saber el contenido de agua de un trozo de hgado, porejemplo, lo que deber hacer es pesarlo en una balanzainmediatamente despus de extrado (PESO HMEDO) y colocarloluego en una estufa para evaporar el agua que est contenida en l.Cuando el peso del tejido alcanza un valor constante, se considera quese ha llegado al PESO SECO. La relacin:

[1 - (peso seco/peso hmedo)] . 100

le dar el porcentaje de agua.

FIG. 1.1 REPRESENTACION ESQUEMATICA DELESPACIO CORPORAL CON SUS LIMITES EPITELIALES

Cap 1 Parte 1 p. 2

- Los indicadores y el mtodo de dilucin

El procedimiento de secado en una estufa para medir el aguacorporal total es algo que se puede intentar, tambin, en animales deexperimentacin pequeos pero que, sin duda, por ser un mtododestructivo, no tiene ninguna posibilidad de ser aplicado en un ser vivo.Para el hombre, la cifra que hemos usado de 60-65% del peso corporalcomo agua, proviene de un procedimiento que se puede utilizar in vivo:la tcnica de dilucin de un INDlCADOR.

Si se quiere conocer el volumen de agua contenido en el recipientede la Fig. 1.2, bastar agregar una cierta cantidad, o masa conocida,de algn colorante, por ejemplo. Como se comprende, el color quealcance la solucin depender de la MASA de colorante que se hayaagregado y del VOLUMEN en que se haya distribuido esa masa. En elcaso de la figura, el volumen de distribucin ser el del recipiente. Concualquier mtodo colorimtrico se podr determinar la concentracinque el colorante alcanz al diluirse.

Como, en general:

MASA CONCENTRACION = VOLUMEN

En nuestro caso, usando un indicador:

MASA AGREGADAVOLUMEN DE DISTRIBUCION = CONCENTRACION ALCANZADA

En el caso del AGUA CORPORAL TOTAL se puede utilizar, comoindicador, agua tritiada (THO): agua en la que, en algunas de susmolculas, el TRITIO (31H) reemplaza al hidrgeno (11H) (Fig. 1.3).Como el tritio es un istopo radiactivo del hidrgeno y es un emisor ,la masa incorporada, en este caso por inyeccin endovenosa, alcompartimiento corporal, y la concentracin alcanzada, puede serdeterminada con un contador de radiactividad.

FIG. 1.2 METODO DE DILUCION PARA LADETERMINACION DEL VOLUMEN DE UNCOMPARTIMIENTO

FIG. 1.3 AGUA TRITIADA

Cap 1 Parte 1 p. 3

- Influncia de la constitucin corporal y el sexo sobre el aguacorporal total.

En la prctica mdica diaria no es posible medir, en cada uno de lospacientes, el agua corporal total inyectndole agua tritiada u otroindicador. Es un procedimiento relativamente sencillo, pero querequiere de un personal y un laboratorio especializado. Por eso sesuele aceptar que TODO individuo adulto y sano tiene un agua cor-poral total que es aproximadamente igual al 60% de su peso corporal.Este razonamiento tiene el inconveniente de no tomar en cuenta lasvariaciones por edad, constitucin y sexo del individuo.

Edad: Un nio recin nacido tiene un porcentaje de agua, conrespecto a su peso, del 76%, mientras que en un anciano steporcentaje declina hasta ser del 51%. El "signo del pliegue" se obtienetomando, entre el pulgar y el ndice, una porcin de la piel delantebrazo, por ejemplo. Si queda formado un pliegue, para un pediatraes una seal de deshidratacin en un nio, mientras que esto esnormal en un anciano. En ambos casos indicar la prdida de agua dela piel y, muy posiblemente, de todo el compartimiento corporal.

Constitucin: Los OBESOS tienen, con respecto a su peso, unporcentaje de agua corporal menor que un individuo de su mismaedad, sexo y altura, pero de una constitucin normal. Este menorporcentaje es debido a la diferente masa de tejido adiposo en uno y enotro. Mientras el msculo, por ejemplo, tiene hasta un 75% de agua, eltejido adiposo slo tiene el 10% de su peso como agua. Si, como sedijo, un adulto tiene el 15% de su peso como grasa, esto significa, parauna persona de 70 kg, 10,5 kg de lpidos, en los que habr 1,05 litrosagua. Si esa persona, que debera pesar 70 kg, pesa, por ejemplo, 100kg, tiene un sobrepeso de 30 kg y la casi totalidad de esos 30 kg estnformados por grasa. Entonces, no tendr 60 litros de agua corporal,sino

(70 . 0,6) = 42 litros ms (30 . 0,1 ) = 3 Iitros.

As, estos 45 litros de agua corporal del obeso slo representan el 45%de su peso.

Este razonamiento es fundamental cuando, en las salas de ciruga, porejemplo, se debe mantener el balance hdrico de un obeso.

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Existen procedimientos destinados a conocer Ia MASA MAGRA, omasa corporal desprovista de grasa, de un individuo. Estos van desdela estimacin del peso especfico (la relacin masa/volumen delsujeto), hasta Ia medicin de Ia masa muscular con 42K, un istoporadiactivo del potasio. Por lo general bastar encontrar, en las tablas,cul es el peso que le corresponde a su edad, sexo y altura. A partir deese PESO TEORICO se calcular, entonces, el agua corporal como el60% del peso.

Sexo: En la mujer adulta, el porcentaje de grasa es algo mayor que enun hombre de su misma edad, altura y peso. Por lo tanto, el porcentajede agua de una mujer es algo menor que el de un hombre. Sinembargo. no hay inconveniente en tomar la cifra de 60% como vlidapara ambos sexos.

1.3 COMPARTIMIENTOS EXTRA E INTRACELULARES

El COMPARTIMIENTO CORPORAL, que describimos como formadopor el agua corporal total y los solutos totales, separado del medioexterior por los epitelios, se encuentra, a su vez, dividido en dosgrandes compartimientos: el COMPARTIMIENTO lNTRACELULAR y elCOMPARTIMIENTO EXTRACELULAR.

Si el agua corporal total de un adulto de 70 kg es de 42 litros, 28litros estarn dentro de las clulas, formando el agua intracelular y14 litros estarn fuera de las clulas, formando el agua extracelular.Con respecto al peso corporal, se puede decir que el agua extracelulares el 20% del peso corporal y el agua intracelular es el 40% del pesocorporal (Fig. 1.4).

A su vez, el agua extracelular est distribuida en dos compar-timientos: el INTRAVASCULAR, formado por el volumen contenidodentro del rbol vascular y el lNTERSTICIAL, el comprendido entre lasmembranas celulares, por un lado, y la pared de arterias, venas ycapilares, por el otro.

El volumen de cada uno de estos compartimientos puede de serdeterminado usando tcnicas de dilucin similares a las descriptaspara el agua corporal total. En cada caso. como muestra la Fig. 1.5,ser cuestin de elegir apropiadamente el lNDlCADOR.

FIG. 1.4 REPRESENTACION ESQUEMATICA DE LAPROPORCION DE SOLIDOS Y AGUA EN UN HOMBREADULTO

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- Compartimiento intravascular: Para el agua intravascular habr queusar una sustancia que se distribuya en el agua contenida en el interiorde los vasos, pero que no pase al intersticial. Las protenasplasmticas, por ejemplo, son macromolculas que atraviesan en muypequea proporcin las paredes capilares. Se puede inyectar,entonces, un colorante (Azul de Evans, por ejemplo) que se adhiera asu superficie, lo que "marcar" su espacio de distribucin. Como lasprotenas se distribuyen en el agua plasmtica, pero no entran en losglbulos rojos, si se quiere conocer el volumen total intravascular habrque conocer el hematocrito del paciente (Fig. 1.6). Este indicar laproporcin de glbulos y de plasma que tiene el sujeto y se podrconocer, entonces, el volumen sanguneo total a partir del volumenplasmtico.

- Compartimiento extracelular: El extracelular est formado por elintravascular y el intersticial, de modo que habr que buscar unindicador que, inyectado en una vena, salga de los capilares, sedistribuya en ambos compartimientos por igual, pero que no entre a Iasclulas, Este papel lo cumplen sustancias como la inulina y el istopo35S, entre otros.

- Compartimiento intersticial: No existe una sustancia que, inyectadapor una vena, salga por los capilares y se quede atrapada SOLO en elintersticial. Entonces, se deben usar dos indicadores simultneamente:uno que se distribuya en el intravascular y otro en el extracelular. Laresta del espacio de distribucin de uno y otro dar el volumen delcompartimiento intersticial.

- Compartimiento intracelular: Para determinar el agua intracelular,en la medida en que no existe un indicador que quede slo en lasclulas, se deben usar tambin dos indicadores: uno que mida el aguacorporal total y otro el agua extracelular. La resta dar el intracelular.

A estos compartimientos biolgicos hay que agregar el volumen delos lquidos TRANSCELULARES, que comprende el lquidocefaloraqudeo, el lquido sinovial, el humor acuoso, etc. Son, por logeneral, productos de secrecin celular y pueden considerarse unaextensin del extracelular, aunque su velocidad de intercambio con elexterior es mucho ms lenta

FIG. 1.5 EL USO DE INDICADORES ESPECIFICOSPERMITE DETERMINAR LOS VOLUMENES DELOS ESPACIOS CORPORALES.

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TABLA 1.I DISTRIBUCION DEL AGUA CORPORAL DE UN ADULTO DE 70 kg

AGUATOTAL

INTRACELULAR EXTRA-CELULAR

INTRA-VASCULAR

INTERSTICIAL

% DELPESO

60 40 20 5 15

LITROS 42 28 14 3,5 10.5

La Tabla 1.1 resume, en un adulto, la distribucin del agua corporal en los distintos compartimientos.

1.4 SALIDAS Y ENTRADAS DE LOS COMPARTIMIENTOS CORPORALES

Los compartimientos corporales no son compartimientos cerrados y,como se muestra en la Fig. 1.7, hay un permanente movimiento deagua y solutos entre ellos y entre el compartimiento corporal y elexterior. Debe notarse que toda sustancia que INGRESA alcompartimiento corporal, ya sea por va digestiva o respiratoria, debeatravesar, forzosamente, para llegar al intersticial y a las cIulas, elcompartimiento intravascular. Del mismo modo, toda sustancia queEGRESA del compartimiento corporal, ya sea por va digestiva,respiratoria, urinaria o a travs de Ia piel, tambin debe atravesar elcompartimiento intravascular para alcanzar el exterior.

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FIG.1.6 HEMATOCRITO (Ht). EN UN TUBO SE COLOCA LA MUESTRA DESANGRE Y SE CENTRIFUGA. EL SOBRENADANTE ESTARA FORMADOPOR PLASMA Y EL SEDIMENTO POR ERITRICITOS. EN UNA PERSONANORMOHIDRATADA, LA PROPORCION DE DE ERITROCITOS/PLASMA ESDE 45% Y SE REDUCE EN LAS ANEMIAS. EL Ht AUMENTA EN LASDESHIDRATACIONES

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Es importante recordar que, aunque el compartimiento intravascular, y en especial el agua plasmtica, es la VIA OBLlGADA para elpaso de todas las sustancias que entran y salen del organismo, ste es slo una pequea parte de todo el compartimiento corporal.Es habitual extraer, en un paciente, una muestra de sangre por puncin de una vena del pliegue del codo, analizar laCONCENTRACION de una determinada sustancia disuelta en el agua plasmtica y procurar estimar la situacin de esa sustanciaen todo el compartimiento corporal. Ms an, es frecuente, a partir de esa muestra, inferir conclusiones sobre el estado de salud oenfermedad del individuo. Esto slo ser posible, hasta cierto punto, si se conoce cmo esa sustancia se DISTRIBUYE entre losdistintos compartimientos.

FIG. 1.7 EL INTRAVASCULAR ES LA VIA DE ENTRADA Y SALIDA DE AGUA, SOLUTOS Y GASES AL COMPARTIMIENTO CORPORAL. A)EL AGUA Y LOS ALIMENTOS ENTRAN POR LA BOCA AL TUBO DIGESTIVO. ALLI SON ABSORBIDOS, PASANDO AL ESPACIOINTERSTICIAL A TRAVES DE LA PARED DE LOS CAPILARES Y DE ALLI AL INTRACELULAR (IC) A TRAVES DE LAS MEMBRANASCELULARES. EL AGUA Y LOS PRODUCTOS DEL METABOLISMO PASAN DE LAS CELULAS AL INTERSTICIAL Y DE ALLI ALINTRAVASCULAR, DE DONDE SON EXCRETADOS POR VIA RENAL Y DIGESTIVA. B) LOS GASES ATMOSFERICOS SIGUEN UN CAMINOSIMILAR, SIENDO ABSORBIDOS Y ELIMINADOS POR VIA PULMONAR. C) LAS GLANDULAS SUDORIPARAS PERMITEN LA ELIMINACIONDE CALOR DEL AGUA QUE TOMAN DEL PLASMA

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- Distribucin de sustancias entre los compartimientos: Para entenderms claramente qu significa esto de la distribucin entre loscompartimientos, pongamos cuatro ejemplos muy claros.

a) La distribucin de los glbulos rojos.

b) La distribucin de la urea.

c) La distribucin del ion Na+.

d) La distribucin del agua.

Los GLOBULOS ROJOS estn presentes en el compartimientointravascular en una concentracin que, de acuerdo al individuo y acircunstancias, est entre 4 y 5 millones /mm3 (1 mm3 = 1 L). No hayglbulos ni en el intersticial ni en el intracelular, simplemente porque,en condiciones normales, los glbulos rojos no pueden atravesar elepitelio capilar.

La UREA est presente en el intravascular, el intersticial y elintracelular en, aproximadamente, la misma concentracin (0,3 g/ L).Sin hacer en ninguna otra consideracin, podemos decir que la urea sedistribuye homogneamente y que ni el endotelio capilar ni lamembrana celular significan barreras efectivas para su movimiento.As es que la urea "marcada" (14C-urea) puede ser usada comoindicador para medir el agua corporal total de un individuo.

El SODIO est presente en el agua plasmtica y en el aguaintersticial en concentraciones muy similares (~140 mEq/L), y aunquela concentracin en el intersticial es algo menor (ver p. 32), se sueleconsiderar que la distribucin es homognea entre estos doscompartimientos. Lo llamativo es que en el intracelular la concentracinde Na+ es de tan slo 12 mEq/L. Sin entrar a juzgar el mecanismo porel cual esta concentracin intracelular se mantiene baja, queda claroque la membrana celular debe estar actuando sobre el Na+ ,impidiendo que sus concentraciones intra y extracelulares se igualen.Al mismo tiempo, es obvio que el endotelio capilar no es una barreraefectiva para este ion.

El AGUA, por su parte, es, de todas las sustancias del organismo, laque ms fcilmente atraviesa los lmites de Ios compartimientos. DeIall que no sea posible encontrar, ms que por brevsimos

INDICADORES QUE SE ESCAPAN DE LOSCOMPARTIMIENTOS

La idea de inyectar una MASA de un indicador y al tiempo medirla CONCENTRACION requiere que, en el lapso que media entreel momento de la inyeccin y la extraccin de la muestra, no sehaya perdido indicador. Esta prdida ocurre sobre todo con losmarcadores extravasculares, como la inulina y el agua tritiada:cuando se los inyecta se distribuyen rpidamente en la sangre yluego pasan al extracelular y a toda el agua corporal. Mientrasesto sucede, parte del indicador es eliminado por la orina hacia elexterior. De ese modo, cuando se calcula el volumen dedistribucin de acuerdo a la frmula V = M / C se comete un errorsi se toma a M como la masa inyectada. Debera usarse la mesareal presente en el compartimiento al tiempo de la extraccin ysta no es ms que (masa inyectada - masa perdida). Hacer estorequerira medir la masa del indicador en la orina, por ejemplo, yesto no es fcil de hacer, en especial porque el volumen de orinaque se puede conseguir, en un tiempo corto, es generalmentepequeo y con mucho error. Por eso se prefiere CALCULAR culhubiera sido la concentracin si no se hubiera perdido nada.Cmo se logra esto? Simplemente se toman VA- RIAS muestrasde sangre a distintos tiempos despus de la inyeccin delindicador y se analiza, en cada una de ellas, la concentracin. Segrfica la concentracin en funcin del tiempo y se obtiene Losiguiente:

El grfico de la izquierda es la representacin de la concentracinen una escala uniforme y el de la derecha en una escalalogartmica. Como la funcin es EXPONENCIAL, se obtiene unarecta y se puede extrapolar hasta que corte el eje y (lneapunteada). La interseccin corresponde a la concentracin quehabra en el compartimiento a tiempo cero: un tiempo en el que nopuede haberse perdido NADA. Usando ahora la masa inyectada yla concentracin a tiempo cero, se puede calcular el espacio dedistribucin del indicador y, lgicamente, el volumen delcompartimiento.

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intervalos, diferencias de concentracin de agua entre uno y otrocompartimiento.

1.5 COMPOSICION DE LOS COMPARTIMIENTOS BIOLOGICOS

Para comprender por qu puede haber una diferente relacin entre unSOLUTO determinado y el SOLVENTE (agua), en los distintoscompartimientos, se hace necesario conocer:

a) Qu tipo de DISPERSION forma la sustancia en el compartimiento.

b) Qu MASA y qu CONCENTRACION hay de esa sustancia.

c) Qu FLUJO hay de esa sustancia entre los compartimientos.

d) Qu FUERZA IMPULSORA gobierna esos movimientos.

- Dispersiones de slidos en agua en los compartimientos

Los trminos soluto y solvente se han usado, hasta ahora, de unmodo muy general, para indicar, en el primer caso, la sustancia que seencuentra en menor proporcin y, en el segundo (obligatoriamenteagua para los compartimientos biolgicos), la que se encuentra enmayor proporcin. Estrictamente hablando, el agua no es un solventepara los glbulos rojos, por ejemplo, en la medida en que estos no sedisuelven en el agua, sino que se encuentran suspendidos en ella. Enfisicoqumica se suele clasificar a las mezclas o DISPERSIONES desustancias en agua, como:

1) Suspensiones groseras.2) Suspensiones coloidales.3) Soluciones verdaderas.

En Ia TABLA 1.ll se muestran algunos elementos que diferencian unade otra a estas dispersiones. Sin embargo, la clave est en elTAMAO de las partculas del soluto y su ESTABILIDAD. As, en lasangre, los glbulos rojos forman una suspensin grosera y bastardejar en reposo un tubo con sangre para ver que los glbulossedimentan, se van hacia el fondo, separndose la sangre en dosfases: PLASMA y GLOBULOS. Si ahora, en ese plasma, se quiereseparar Ias protenas, que estn formando una suspensin coloidal, enel agua plasmtica, se ver que estas no sedimentanespontneamente

LOS PUNTOS a) y b) referidos a lascaractersticas de las soluciones sontratados en este captulo mientras que lospuntos c) y d), que tienen que ver con elmovimiento de soluto y de solvente serntratados en el captulo 2

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TABLA 1.II CLASIFICACION DE LAS DISPERSIONES AGUA -LIQUIDO

Dimetro de laspartculas (nm)

Visibilidad de laspartculas

Estabilidad Difusin atravs de

membranasSuspensiones

groseras mayor de 100 Buena Escasa Nula

Suspensionescoloidales 1 a 100

slo alultramicrsocopio oal m. electrnico

Regular Escasa

Soluciones menor de 1 Nula Buena Buena

Sin embargo, si se agrega un cido al plasma, se formarn agregadosproteicos y la suspensin pasar de coloidal a grosera, con lo que lasprotenas PRECIPITAN. Por ltimo, si se quiere separar el Na+ o elCl- del agua plasmtica, se ver que stos no sedimentan, no seforman dos fases y slo por procedimientos ms enrgicos, como ladestilacin, por ejemplo, se logra separar el agua y los iones. Esto sedebe a que estn formando una solucin verdadera.

- Masa y concentracin

- Masa: La unidad de MASA en el Sistema lnternacional (Sl) es el

kilogramo (kg), pero, en Medicina, solo se usar esta unidad cuandose quiera, por ejemplo, expresar el peso de un individuo. Tambin sepuede usar para expresar Ia masa de agua de una solucin, pero, porlo general, para indicar cantidades de solutos es ms habitual usargramos

(g) o miligramos (mg), por ser unidades ms apropiadas.

- Volumen: La unidad de VOLUMEN en el Sl es el metro cbico (m3),pero resulta ms conveniente usar el decmetro cbico (dm3 ) y elcentmetro cbico (cm3). Estas unidades de volumen debern irreemplazando al tradicional litro (L) y mililitro (mL). Una unidad muyusada en Medicina es el decilitro (dL), igual a 100 mL o 100 cm3.

-

-

TABLA 1.III UNIDADES DE MASA gramos (g)

kilogramo (kg)gramo (g)miligramo (mg)microgramo (g)nanogramo (ng)

1031

10-310-610-9

UNIDADES DE VOLUMEN

cm3 litroscentmetro cbico (cm3) 1 10-3decmetro cbico (dm3) 1000 1litro (L) 1000 1decilitro (dL) 100 10-1mililitro (mL) 1 10-3microlitros (L) 10-3 10-6milimetro cbico (mm3) 10-3 10-6nanolitro (nL) 10-6 10-9

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- Concentracin: Para conocer la situacin de una sustancia en uncompartimiento biolgico se hace necesario conocer la masa de lasustancia en estudio y el volumen en que se encuentra distribuida.As, ser posible decir que un determinado paciente tiene un volumenplasmtico de 3800 mL y una masa de urea, disuelta en ese plasma,de 14 g. Se est dando Ia informacin completa sobre el soluto UREAen el compartimiento PLASMA. Sin embargo, sta no es la formahabitual de expresar la relacin existente entre el soluto y el solvente.Lo corriente es que al paciente se la extraiga una MUESTRA desangre, generalmente de unos pocos mililitros y se separe, porcentrifugacin, el plasma, y en l se analice. con algn mtodoapropiado, la CONCENTRACION de esa sustancia (Fig. 1.8). En elejemplo que hemos puesto de la urea, sera:

MASA: 1,14 g

VOLUMEN: 3800 mL

CONCENTRAClON = MASA / VOLUMEN = 1,14 g / 3800 mL =. = 0,3 g/L

En la prctica mdica, por lo general se mide slo la concentracin y apartir de ella se calculan los otros elementos. Ntese que laconcentracin es una PROPIEDAD INTENSIVA de las soluciones y,como tal, es independiente de la masa y del volumen que se hayatomado en la muestra.

Por esa misma razn, TODOS los valores siguientes expresanexactamente lo mismo:

Concentracin de urea en plasma 0,3 g/L300 mg/L30 mg/100 cm330 mg/dL0,3 mg/mL0,3 g/L

A estas expresiones se podra agregar una variedad enorme decombinaciones. Desgraciadamente, no existe, pese a todos losesfuerzos realizados, una unidad de criterio para indicar lasconcentraciones y se debe, permanentemente, convertir una unidaden otra

Fig. 1.8 EN MEDICINA, LA INFORMACION ACERCA DE LASITUACION DE UNA SUSTANCIA EN EL CUERPO SEOBTIENE, POR LO GENERAL, EXTRAYENDO UNAMUESTRA DE SANGRE DE UNA VENA DEL PLIEGUEDEL CODO, LA QUE SE COLOCA EN UN TUBO CONANTICOAGULANTE, SE CENTRIFUGA Y SE SEPARA ELPLASMA. EN EL SE ANALIZA,, POR ALGUN METODOAPROPIADO, LA CONCENTRACION DE LA SUSTANCIA

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El concepto de propiedad intensiva puede, quizs, ser mejorentendido si se recuerda que la TEMPERATURA es una propiedadintensiva, mientras que el CALOR es una propiedad extensiva. Unaaguja de coser puede tener la misma temperatura que un bloque deacero de una tonelada, pero su calor es infinitamente ms pequeo. Sidel bloque se extrae una masa, ya sea de 1 gramo o de 100 kg, latemperatura ser, en ambos, la misma. Esto tambin ocurre con laconcentracin: si la solucin es homognea, la concentracin ser lamisma para cualquier volumen.

- Concentracin y masa de un soluto en un paciente: Si, como sedijo (pg.9), la urea est homogneamente distribuida en loscompartimientos biolgicos, su concentracin ser la misma en elintracelular y el extracelular. Esto no quiere decir, por supuesto, que lamasa de urea en cada uno de ellos sea la misma, ya que el volumenintracelular es el doble del volumen extracelular. Imaginemos que alhospital llega un paciente con una insuficiencia renal crnica, unaenfermedad que determin, como signo caracterstico, un aumento dela concentracin de urea en plasma. Supongamos que en este caso laconcentracin medida de urea es de 0,9 g/L, tres veces superior a lonormal. Podramos limitarnos a decir que la concentracin es... ALTA.Sin embargo, como sabemos que laurea se distribuye sin restriccionespor todos los compartimientos,podemos ecir que el paciente tiene0,9 g gramos de urea por cada litrode agua corporal. Si el pacientepesa, por ejemplo, 70 kg, tendr 42litros de agua corporal y 37,8 g deurea en TODO su cuerpo. Cuntodebera tener si estuviera sano?Multiplicando la concentracinnormal de 0,3 g/L por 42 litros darauna MASA normal de 12,6 g. Elmdico que trate al paciente debepensar que, cualquiera sea eltratamiento que use, debe sacar delpaciente (37,8 g - 12,6 g) = 25,2 g de+urea. Esto es ms lgico quelimitarse a decir que hay que "bajarle"la urea.

COMO SE PREPARA UNA SOLUCION

Las expresiones g/L mg / 100 mL y, msan la muy usada %, como indicacin deuna solucin, suelen crear dudas sobrecmo se hace para prepararlas en ellaboratorio. Cul es la masa y cul es elvolumen que hay que poner para prepararuna solucin de glucosa al 5%?Bsicamente ser cuestin de pesar 5gramos de glucosa, ponerlos en un matrazde 100 mL y agregar agua hasta la marca.En la medida que la glucosa que esta en elmatraz ocupa un volumen, el agua agregadaser menor a los 100 mL, pero no esnecesario saber cuanta agua se puso. Laexpresin 5% indica que hay 5 g deglucosa por cada 100 mL de SOLUCION yque esta est formada por el volumen delsoluto y el volumen del solvente. Losproductos farmacuticos y las recetasmagistrales se preparan de ese modo y asel recipe o receta de la solucin al 5%dira:

Rp/glucosa ... 5 g agua

agua destilada csp . 100 mL

donde csp quiere decir cantidad suficientepara, el volumen necesario para completarlos 100 mL . Sabiendo que la concentracines una propiedad intensiva, ser cuestin depreparar, manteniendo la concentracinconstante, el volumen de solucin que sedesee. Si se necesitan 500 mL de solucinal 5% se pesaran 25 g de glucosa y seagregar agua hasta 500 mL, si senecesitan 10 litros se pesarn 500 g, etc.

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1.6 CANTIDAD DE SUSTANCIA Y SOLUCIONES MOLARES

- Concepto de mol: Las concentraciones expresadas como"gramos por litro", (g/L), o cualquiera de sus variantes, son de usocotidiano en medicina. Sin embargo, tienen el grave inconveniente deno permitir conocer, inmediatamente, el nmero de molculas desolutos que hay una cierta unidad de volumen. Supngase quetenemos 2 soluciones: una de glucosa al 5% (5 g/100 cm3 5 g/dL) yotra de urea, tambin al 5%. No habr duda que la MASA de glucosa,por unidad de volumen, ser igual a la MASA de urea por unidad devolumen. Lo que no se puede afirmar es que el nmero deMOLECULAS de glucosa sea igual al nmero de MOLECULAS deurea.

Imaginemos que, como muestra la Fig. 1.9, una membrana, conpropiedades parecidas a las de una membrana celular, separa en doscompartimientos el volumen de un recipiente. En el recipiente dearriba (A) hay glucosa al 5% en el lado 1 y agua en el lado 2. En el deabajo (B) hay urea al 5% en el lado 1 y agua en el lado 2. Como sever ms tarde, en sistemas como ste se pueden describirfenmenos como difusin, smosis, transporte activo, etc. En TODOSellos, el fenmeno estar relacionado con el NUMERO DEMOLECULAS, ATOMOS, IONES y, en general, PARTICULAS desolutos y de agua que hay cada uno de los compartimientos. En estecaso hay la misma masa por unidad de volumen de glucosa que deurea, pero hay 3 veces ms molculas de urea, por unidad devolumen, que de glucosa.

Esta afirmacin de que hay ms molculas de urea que de glucosaviene del concepto de MOL. As, 1 mol de CUALQUIER SUSTANCIAtiene el mismo nmero de molculas, tomos, iones o, para usar unaexpresin general, partculas. Actualmente se define al mol como:

1 MOL ES LA CANTIDAD DE SUSTANCIA DE UN SISTEMA QUECONTIENE TANTAS UNIDADES ELEMENTALES COMO

ATOMOS HAY EN 0,012 kg DE CARBONO-12.

De all podemos deducir: 12 g (0,012 kg) es el peso atmico delcarbono-12, el elemento que se toma como base para determinar elpeso atmico de todos los otros elementos. Por lo tanto, un mol decualquier sustancia es una cantidad de esa sustancia, expresada

EN ESTE MOMENTO USTED DEBERESOLVER EL PROBLEMA 1, CONSUS 4 PARTES PLANTEADO ALFINAL DEL CAPITULO

FIG. 1.9 DOS SOLUCIONES, UNA DE UREA Y OTRA DEGLUCOSA, TIENEN CONCENTRACIONES IGUALES SISE LAS EXPRESA COMO MASA/VOLUMEN, PERO SONDIFERENTES SI SE LAS CALCULA COMOMOLES/LITRO

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en gramos, igual a su peso atmico. Por extensin, para sustanciasque se encuentra formando molculas, es la cantidad de esasustancia, expresada en gramos, igual a su peso molecular. Lofundamental, en todo caso, reside en que:

UN MOL DE CUALQUIER SUSTANCIA CONTlENE EL NUMERO DEAVOGADRO DE ATOMOS, IONES, MOLECULAS Y, EN GENERAL,

PARTICULAS Y ESTE ES IGUAL A 6,02 . 1023 PARTICULAS.

Se puede entonces, redefinir el MOL diciendo que:

1 MOL ES LA CANTIDAD DE SUSTANCIA QUECONTlENE 6,02 .1023 PARTICULAS.

De este modo, como el peso atmico del Na+ es 23, sera necesariopesar 23 g de Na+ para obtener 1 mol de iones sodio y en esa masahabra 6.02 . 1023 iones Na+. En la medida en que un ion Na+ es untomo de sodio que ha perdido un electrn. se puede decir que en molde Na+ hay una defecto del 1 mol de electrones, o de 6,02 . 1023electrones.

No habra inconveniente en hablar de "un mol de honrmigas", sifuera posible obtener la enorme cantidad que significa 6,02 . 1023hormigas! Para el caso de la Fig. 1.9, el peso molecular (pm) de laurea es de 60 por lo que 1 mol pesa 60 g o, ms sencillamente:

pm de la UREA: 60 g/ mol

El peso molecular de la glucosa es 180 y, del mismo modo, pm de laGLUCOSA: 180 g/ mol

En la solucin de urea al 5% hay 5 g de urea por cada 100 cm3 50g urea por cada litro de solucin. Entonces:

60 g/L .......... 1 mol/L de urea 50 g/L .......... x = 0,83 mol/L de urea

Esto equivale a decir que la solucin de urea al 5% tiene unaconcentracin de:

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0,83 mol . 6,02 . 1023 molculas/mol = 4,99 . 1023 molculas de ureapor Iitro de solucin.

En la solucin de glucosa al 5% hay 5 g de glucosa por cada 100cm3 o 50 g de glucosa por cada litro de solucin. De ese modo:

160 g/L ......... 1 mol/L de glucosa 50 g/L ......... x = 0,277 mol/L de glucosa

Esto equivale a tener 1,66 . 1023 molculas de glucosa por litro desolucin. En la Fig. 1.9, en el lado 1 del recipiente B hay MASmolculas de soluto que en el lado 1 de recipiente A. La relacin delos pesos moleculares es:

pm glucosa 180 = = 3 pm urea 60

y la relacin del nmero de molculas es:

nmero de molculas de urea/L 4,99 . 1023 = = 3 nmero de molculas de glucosa/L 1,66 . 1023

Como se ve, cuanto MAYOR es el peso molecular de la sustancia,MENOR ser el nmero de partculas por UNIDAD DE MASA.

En general:

(pm sustancia)1 (N de partculas sustancia)2 =

(pm sustancia)2 (N de partculas sustancia)1

Por eso, al comienzo de esta discusin. afirmamos que haba 3veces ms molculas de urea que de glucosa, a pesar de que lasconcentraciones, en gramos por litro, eran iguales.

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- Soluciones molares

Como se comprende, Ias SOLUCIONES EXPRESADAS EN MOLESson soluciones, como cualquiera de las que sealamos antes, en lasque hay una masa de sustancia disuelta en un volumen. La nicadiferencia es que hay que realizar un CALCULO PREVIO para sabercuanta masa hay que colocar en el matraz para obtener unadeterminada concentracin en moles. As, como vimos, una solucinde glucosa al 5% es una solucin que tiene 0,277 moles por litro y sedir: "Solucin de glucosa: 0,277 mol/L".

Es poco frecuente usar, en Medicina, soluciones de unaconcentracin tan alta como para tener que hablar de MOLES porlitro. Lo habitual es que la sustancia se encuentre en los lquidosorgnicos en concentraciones del orden de los MILIMOLES (1 mmol =10-3 mol ) y, as, la solucin de glucosa ser de 277 mmol/L. Unanotacin muy conveniente, sobre todo cuando se quieren evitarconfusiones en las ecuaciones, es decir:

277 mmol/L = 277 mmol . L-1

Tambin, de acuerdo al Sl:

277 mmol . dm3 = 277 mmol . dm-3

Recordando la propiedad intensiva de las soluciones, estaconcentracin se puede expresar de muchas maneras:

277 mmol/L = 277 mol/mL = 0,277 mmol/mL = 0,277 mol/L

El trmino SOLUCION MOLAR se usa para definir la solucin quetiene una cierta cantidad de moles por litro de solucin y, en nuestrocaso, se dira "solucin de glucosa 0,277 molar" 0,277 M. Aunquesta forma de expresar es muy usada, es preferible sealar siemprelas unidades (0,277 mol/L).

EN ESTE MOMENTO USTED DEBERESOLVER EL PROBLEMA 2, CON SUS 4PARTES, PLANTEADO AL FINAL DE ESTECAPITULO

FFIINN DDEE LLAA PPAARRTTEE 11 DDEELLCCAAPPIITTUULLOO 11

CCOONNTTIINNUUAA PPAARRTTEE 22

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