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Agua
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El Agua Concepto Básico El agua es el principal e imprescindible componente del cuerpo humano. El ser humano no
puede estar sin beberla más de cinco o seis días sin poner en peligro su vida. El cuerpo
humano tiene un 75 % de agua al nacer y cerca del 60 % en la edad adulta. Distribución
del agua corporal:
Agua intracelular, se encuentra en el interior de las células.
Agua extracelular que constituye el 20% del peso corporal, se subdivide en otros dos
compartimientos, el intersticial (líquido que rodea las células) y el intravascular que es
el líquido presente en los vasos sanguíneos y que corresponde al plasma sanguíneo.
A pesar de que estos dos compartimientos son de diferente tamaño (el vascular es 1/3
y el intersticial ¾ del extracelular, respectivamente) el volumen de cada uno de ellos no
cambia porque ambos compartimientos mantienen un equilibrio de régimen
estacionario, es decir, la cantidad de agua que cada uno gana o recibe es igual a la
que pierde.
En las reacciones de combustión de los nutrientes que tiene lugar en el interior de las
células para obtener energía se producen pequeñas cantidades de agua. Esta formación
de agua es mayor al oxidar las grasas - 1 gr. de agua por cada gr. de grasa, que los
almidones -0,6 gr. por gr., de almidón.
El agua producida en la combustión de los nutrientes se llama agua metabólica, y es
fundamental para los animales adaptados a condiciones desérticas. Así es como los
camellos pueden aguantar meses sin beber, todo debido a que utilizan el agua producida
al quemar la grasa acumulada en sus jorobas. En los seres humanos, la producción de
agua metabólica con una dieta normal no pasa de los 0,3 litros al día.
Como se muestra en la siguiente figura, el organismo pierde agua por distintas vías. El
agua ha de ser recuperada compensando las pérdidas con la ingesta y evitando así la
deshidratación.
Estructura del agua
La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes. El ángulo entre los enlaces H-O-H es de 104'5º. El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.
El resultado es que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar, alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa, mientras que los núcleos de hidrógeno quedan parcialmente desprovistos de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva.
Por ello se dan interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua,
formándose enlaces por puentes de hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno de
una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los
átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes.
Aunque son uniones débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se
dispongan otras cuatro moléculas unidas por puentes de hidrógeno permite que se forme
en el agua (líquida o sólida) una estructura de tipo reticular, responsable en gran parte de
su comportamiento anómalo y de la peculiaridad desus propiedades fisicoquímicas.
Propiedades del agua
a) Acción disolvente: El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno. En el caso de las disoluciones iónicas, los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua
La capacidad disolvente es la responsable de que sea el medio donde ocurren las
reacciones del metabolismo.
b) Elevada fuerza de cohesión: Los puentes de hidrógeno mantienen las
moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la
convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede
funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático.
c) Gran calor específico: También esta propiedad está en relación con los
puentes de hidrógeno que se forman entre las moléculas de agua. El agua puede
absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los puentes de
hidrógeno por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Esto permite que el
citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se
mantiene la temperatura constante.
c) Elevado calor de vaporización: Sirve el mismo razonamiento anterior, también
los puentes de hidrógeno son los responsables de esta propiedad. Para evaporar
el agua, primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las
moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a
la gaseosa.
Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de
20º C y presión de 1 atmósfera.
Funciones del agua
Están íntimamente relacionadas con las propiedades anteriormente descritas, se podrían
resumir en los siguientes puntos:
En el agua de nuestro cuerpo tienen lugar las reacciones que nos permiten estar vivos.
Forma el medio acuoso donde se desarrollan todos los procesos metabólicos que
tienen lugar en nuestro organismo. Esto se debe a que las enzimas (agentes proteicos
que intervienen en la transformación de las sustancias que se utilizan para la
obtención de energía y síntesis de materia propia) necesitan de un medio acuoso para
que su estructura tridimensional adopte una forma activa
Gracias a la elevada capacidad de evaporación del agua, podemos regular nuestra
temperatura, sudando o perdiéndola por las mucosas, cuando la temperatura exterior
es muy elevada es decir, contribuye a regular la temperatura corporal mediante la
evaporación de agua a través de la piel
Posibilita el transporte de nutrientes a las células y de las sustancias de desecho
desde las células.
El agua es el medio por el que se comunican las células de nuestros órganos y por el
que se transporta el oxígeno y los nutrientes a nuestros tejidos.
Y el agua es también la encargada de retirar de nuestro cuerpo los residuos y
productos de deshecho del metabolismo celular.
Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando
hidrogeniones (H3O+) o hidroxilos (OH -) al medio.
El agua es un participante esencial en todos los equilibrios ácido–base que ocurren en ella. Incluso la definición realizada de ácido y base viene dada por el hecho de que el agua se ioniza en H+ y OH–:
El agua pura tiene la capacidad de disociarse en iones, por lo que en realidad se puede
considerar una mezcla de:
Agua molecular (H2O).
Protones hidratados (H3O+).
Iones hidroxilo (OH-).
En realidad esta disociación es muy débil en el agua pura, y así el producto iónico del agua
a 25º es:
Este producto iónico es constante. Como en el agua pura la concentración de
hidrogeniones y de hidroxilos es la misma, significa que la concentración de hidrogeniones
es de 1 x 10 -7. Para simplificar los cálculos Sörensen ideó expresar dichas
concentraciones utilizando logaritmos, y así definió el pH de una disolución como el
logaritmo negativo de la concentración del ión hidrógeno expresado en (mol/litro), la escala
de pH se define por la ecuación:
pH = - log [H+]
El logaritmo negativo proporciona un número positivo para el pH, además el termino [H+]
corresponde a la parte numérica de la expresión para la concentración del ión hidrógeno.
Debido a que el pH solo es una manera de expresar la concentración del ión hidrógeno,
las disoluciones ácidas y básicas (25°C), pueden identificarse por sus valores de pH como
sigue:
- disolución neutra pH = 7
- disolución ácida pH < 7
- disolución básica pH =7
En la figurase señala el pH de algunas soluciones. En general hay que decir que la vida se
desarrolla a valores de pH próximos a la neutralidad.
Los organismos vivos no soportan variaciones de pH mayores de unas décimas de unidad
(menores de 7,35 es alcalemia y mayores de 7,45 es alcalemia) y por eso han desarrollado
a lo largo de la evolución sistemas de tampón o buffer, que mantienen el pH constante.
Los sistemas tampón consisten en un par ácido-base conjugada que actúan como dador y
aceptor de protones respectivamente. El tampón bicarbonato es común en los líquidos
intercelulares, mantiene el pH en valores próximos a 7,4, gracias al equilibrio entre el ión
bicarbonato y el ácido carbónico, que a su vez se disocia en dióxido de carbono y agua:
Si aumenta la concentración de hidrogeniones en el medio por cualquier proceso químico,
el equilibrio se desplaza a la derecha y se elimina al exterior el exceso de CO2 producido.
Si por el contrario disminuye la concentración de hidrogeniones del medio, el equilibrio se
desplaza a la izquierda, para lo cual se toma CO2 del medio exterior. Una disolución
reguladora, amortiguadora, tampón o “buffer” tiene la propiedad de mantener un pH casi
constante cuando se le adicionan pequeñas cantidades de ácidos o bases. Una disolución
amortiguadora está compuesta por cantidades similares de un ácido o base débil y de su
base o ácido conjugado. La capacidad reguladora de una disolución amortiguadora viene
dada por la cantidad de ácido o base que se le puede adicionar sin destruir su capacidad
amortiguadora y depende de la cantidad de ácido-base conjugada que contenga. El pH de
una disolución amortiguadora no cambia al ser diluida.
Recuerde, el agua es una sustancia anfótera es decir que se comporta como ácido o como
base y su comportamiento depende de la sustancia con la que actúe.
Necesidades diarias del aguaEl agua es imprescindible para el organismo. Por ello, las pérdidas que se producen por la
orina, las heces, el sudor y a través de los pulmones o de la piel, han de recuperarse
mediante el agua que bebemos y gracias a aquella contenida en bebidas y alimentos.
Es muy importante consumir una cantidad suficiente de agua cada día para el correcto
funcionamiento de los procesos de asimilación y, sobre todo, para los de eliminación de
residuos del metabolismo celular. Necesitamos unos tres (3) litros de agua al día como
mínimo, de los que la mitad aproximadamente los obtenemos del metabolismo de
losalimentos (agua metabólica) y la otra mitad debemos conseguirlos bebiendo.
Por supuesto en las siguientes situaciones, esta cantidad debe incrementarse:
Al practicar ejercicio físico.
Cuando la temperatura ambiente es elevada.
Cuando tenemos fiebre.
Cuando tenemos diarrea.
El volumen de agua obtenida por el metabolismo de los alimentos varía con el tipo de
alimento metabolizado, así tenemos:
1 g de proteína proporciona 0,38 g de agua.
1 g de almidón proporciona 0,56 de agua.
1 g de grasa proporciona 1,07 de agua.
Es en el hipotálamo donde se produce la "alarma", de la necesidad de consumir
agua.
Antes de ser una sensación, la sed es, ante todo, la prueba por parte de nuestras células
de un déficit de agua. Cuando las células pierden agua, comienzan a contraerse. Atacadas
como todas las otras células del cuerpo por este principio de deshidratación, las células
nerviosas del hipotálamo transmiten el mensaje al cerebro, que a su vez activa la
sensación de sed.
Sin embargo, la sed no sólo traduce la necesidad de beber. Combinada con otros
procesos, también tiene como objetivo mantener el equilibrio de la concentración de sales
(en particular los electrolitos, y el sodio que desempeña un papel fundamental) en los
líquidos que componen nuestras células y en los que las rodean (medio intracelular y
medio extracelular).
Fíjese, cuando eliminamos agua, aumentamos la concentración de las sales en los
líquidos que rodean nuestras células (líquidos extracelulares). Por lo tanto, la
concentración de sales de los medios extracelular e intracelulares, pierden su equilibrio. A
fin de equilibrar dicha concentración, el organismo hará pasar agua desde el interior de las
células hacia el exterior. Entonces, las células sufren un principio de deshidratación que
constituye la señal de la sed.
Las necesidades de sed tiene una naturaleza doble: agua para reemplazar el líquido
perdido y sal para restablecer el equilibrio del medio interior. De carácter singular, está sed
llamada hipovolémica, no está señalada por las células, sino por otros detectores entre los
cuales se encuentran dos hormonas que desempeñan un papel fundamental: la
angiotensina y la aldosterona.
Protege tu salud ¡bebe agua!
Si quieres cuidar tu salud debes beber agua antes de experimentar la sensación de sed.
Nada en nuestro organismo permite almacenar el agua como lo hacemos con las calorías,
somos hipodípsicos, es decir, que nos falta agua permanentemente.
Cuando nuestro cuerpo manifiesta la sed, ya estamos al principio de una deshidratación.
Por el contrario, la sensación de haber bebido lo suficiente surge antes de que se hayan
saciado nuestras necesidades hídricas. Conclusión: ¡hay que beber agua antes de tener
sed!
¿Cuándo termina la sed?
Sabemos cuándo empieza la sed pero, ¿sabemos cómo se frena?. A partir del primer
sorbo, nuestro cerebro es informado sobre la presencia del agua, pero no esperará la
finalización de su recorrido para indicar la suspensión de la producción de angiotensina, la
hormona que provoca la sensación de sed. De la misma manera, el cerebro transmite la
orden a los riñones para que produzcan orina antes de que el agua sea absorbida a nivel
intestinal.
Debemos agradecer al cerebro esta anticipación, puesto que si realmente tuviéramos que
esperar que el agua produjera todos sus efectos para no tener sed, ¡deberíamos beber
durante 20 minutos sin interrupción! ¡...y es demasiado! En realidad, sólo el potómano se
dedica a tales excesos (potómano: una alteración del centro nervioso de la sed que da
ganas de beber hasta 6 a10 litros de agua por día).
El agua perdida
Cada día, eliminamos agua por perspiración (pérdida no perceptible de sudor)
y transpiración (expiración de vapor de agua mediante la respiración, orinas y heces). De
esta forma, al menos 3 litros de agua se pierden por día sobre los 40 a50 litros que
componen nuestro cuerpo. A este ritmo, ¿qué quedaría de nosotros si no la
reemplazáramos?
DESHIDRATACION: ¿grave o fatal?
Nadie puede quedarse sin tomar agua más de 2 a 5 días. La deshidratación constituye un
riesgo mayor para todo el mundo, pero sobre todo para las personas de edad avanzada,
los deportistas y los bebés (el agua representa en promedio el 75% del cuerpo del bebé).
Una pérdida del 10 al 15% de agua del cuerpo puede ser mortal. Asimismo, son de temer
otras repercusiones de la deshidratación sobre el organismo que pueden tener graves
consecuencias: dolor de cabeza, pérdida del conocimiento, alteración de los reflejos al
conducir, etc.
Fíjese,
a) un prematuro (1,2 kg) su porcentaje del peso está compuesto por 19% de grasa y sólido
seco, 22% de agua intracelular y 59% de agua extracelular;
b) un lactante a término (3,6 kg) su porcentaje de peso corresponde a, 40% de grasa y
sólido seco, 27% de agua intracelular y 42% de agua extracelular;
c) un niño de 1 año (10 kg) su porcentaje del peso está compuesto 40% de grasa y sólido
seco, 28% de agua intracelular y 32%de agua extracelular;
d) un varón adulto de 70 kg, su porcentaje del peso está corresponde a46% de grasa y
sólido seco, 31% de agua intracelular y 23%de agua extracelular y
e) una mujer adulta de 60 kg, su porcentaje del peso está compuesto a 51% de grasa y
sólido seco, 26% de agua intracelular y 23%de agua extracelular.
Concepto del pk
La descripción del grado de acidez en términos de pH tiene la enorme ventaja de evitar
operaciones con potencias decimales de exponentes negativos. Dado que las constantes
de equilibrio vienen dadas, por lo general, como potencias de diez, es posible extender la
idea recogida en la definición de pH al caso de los valores de K. Así, se define el pK, para
una reacción en equilibrio, en la forma:
pK = -log K
En equilibrios ácido-base la constante de equilibrio se denomina constante de acidez o de
basicidad y su pK constituye una forma de expresar su valor. Así, por ejemplo, la constante
de acidez del ácido acético a 25 ºC es Ka = 1,8 · 10-5 y su pK a se calcula, de acuerdo con
la definición, como pK a = -log (1,8 · 10-5) = 4,8.
Dado que el valor de la constante de acidez constituye una medida directa de la fuerza de
un ácido, su pK a es entonces una medida inversa de dicha fuerza; cuanto mayor es la
fuerza de un ácido menor es su pK a. Los ácidos fuertes, como el clorhídrico (HCI) o el
sulfúrico (H2SO4), tienen pK a negativos y los débiles, como el acético (CH3COOH) o el
carbónico (H2CO3), pKa positivos.
De la misma manera puede definirse el pK b de una base, cuyo significado es análogo.
Ecuación de Henderson-Hasselbach:
Para poder entender la ecuación de Henderson-Hasselbach tenemos primero que saber lo
siguiente:
El equilibrio ácido-base se define como "aquella situación de equilibrio establecido en
el balance entre sustancias de carácter ácido y básico de la sangre como
consecuencia de la interacción entre los sistemas respiratorios y metabólicos"
Los valores normales son:
Sangre arterial = 7.35 / 7.45
Sangre venosa = 7.31 / 7.41
Las alteraciones encontradas en el equilibrio ácido-base pueden ser de dos tipos:
Respiratorias: aquellas en los que la concentración de dióxido de carbono o ácido
carbónico constituye el cambio primario del pH.
Metabólicas: por una alteración en la concentración de bicarbonato
REGULACION DEL EQUILIBRIO ACIDO - BASE.
Debido a los constantes procesos fisiológicos del organismo se generan diariamente una
gran cantidad de sustancias de carácter ácidos y básicos susceptibles de alterar el
equilibrio.
Dicha alteración se traduce en cambios de pH del organismo. Evitar estas variaciones es
tarea de los tampones (sistemas amortiguadores) presentes en el organismo, los cuales
son capaces de captar o ceder protones como respuesta a los cambios de acidez de los
líquidos orgánicos.
La labor de estos tampones se desarrolla en los pulmones y riñones. En condiciones
normales, el dióxido de carbono suele excretarse a través de los pulmones. Por su parte,
los riñones eliminan mediante la excreción tubular los protones originados como
consecuencia de las principales fuentes metabólicas (no respiratorias) y que son
fundamentalmente la oxidación incompleta de grasas e hidratos de carbono y la oxidación
del azufre y de los metabolitos que contienen fósforo.
ALTERACIONES DEL EQUILIBRIO ACIDO - BASE.
La mayor parte de los métodos que se utilizan actualmente para determinar la existencia
de un desequilibrio ácido-base en el organismo, están basados en la aplicación de la
ecuación de Henderson-Hasselbach.
Por lo tanto:
Esta expresión es considerada la ecuación "estándar" de Henderson-Hasselbach y puede
ser aplicada en el caso particular para determinar las variaciones sufridas por el equilibrio
ácido-base del organismo.
Concretamente, en el caso del ácido carbónico de la sangre, la reacción que tiene lugar en
el plasma es:
Aplicación de la ecuación:
Los protones que como consecuencia de un deteriorado proceso orgánico puedan ser
liberados, son temporalmente tamponados por los distintos sistemas amortiguadores
existentes en le organismo.
Cuando la cantidad de protones a neutralizar es excesiva pueden generarse alteraciones
del equilibrio de distinta gravedad que, en ocasiones, llegan a ser incluso incompatibles
con la vida. Estos desequilibrios pueden ser excesos o defectos y generan en el organismo
dos estados denominados "acidosis y alcalosis"
Se llama Acidosis: cuando hay un exceso de protones en la sangre por encima de 44
nmol/l
Y se denomina Alcalosis: cuando existe un déficit de protones en la sangre por debajo de
35 nmol/l
Ahora fíjese, el aparato respiratorio tiene quimiorreceptores sensibles a la concentración
de H+ ubicados en el bulbo raquídeo, en la aorta y en la bifurcación de las carótidas.
La estimulación de estos receptores por acidosis determina un aumento de la actividad
ventilatoria, lo que produce una mayor eliminación de CO2, causando una caída en la
concentración de H2CO3 y, por lo tanto, un aumento del pH que tiende a corregir la
acidosis.
Por el contrario, la alcalosis induce una menor ventilación que tiene el efecto opuesto al
ejemplo anterior.
El aparato respiratorio puede compensar eficientemente y en forma bastante rápida
cambios en la concentración de hidrogeniones debidos a variaciones metabólicas en su
producción, pero su capacidad máxima de compensar estas alteraciones es limitada.
Obviamente, cuando el trastorno del equilibrio ácido base es de causa respiratoria, este
aparato no puede servir para compensar la alteración.
Por otro lado, el riñón participa en forma importante en la manutención del equilibrio ácido
base a través de dos mecanismos principales.
Por una parte, es capaz de regular las pérdidas urinarias del bicarbonato circulante, debido
a que puede excretar los excesos de bicarbonato o reabsorber el bicarbonato filtrado, si es
necesario.
Por otra parte, el riñón es capaz de excretar hidrogeniones, en la forma de H2PO4 y de
NH4+.
Durante este proceso se genera nuevo bicarbonato, lo que hace posible el reemplazo del
que se consumió al tamponar los ácidos fijos.
Estas funciones están íntimamente imbricadas con la regulación de la concentración sérica
de Na+ y K+, de manera que las alteraciones de la volemia y de estos electrolitos pueden
interferir en la manutención del equilibrio ácido base y viceversa.
La acidosis estimula la excreción de H+ y la retención de bicarbonato a nivel renal, lo que
tiende a compensar el desequilibrio. La alcalemia tiene el efecto contrario.
Estas funciones compensatorias son lentas, pues demoran 12 a 72 horas en alcanzar su
máxima eficiencia.
Por lo tanto, el riñón participa en la manutención a largo plazo del equilibrio ácido base, ya
que es incapaz de reaccionar ante cambios bruscos en la concentración de hidrogeniones.
EVALUACION DEL EQUILIBRIO ACIDO - BASE.
Además de su eficacia fisiológica, el sistema H2CO3/NaHCO3, se puede evaluar
fácilmente midiendo el pH y la PaCO2. A partir del pH y la PaCO2 (por relaciones
matemáticas) se puede calcular la concentración de HCO3 mediante la ecuación de
Henderson-Hasselbach
Dado que la concentración de H2CO3 es igual a la PCO2 multiplicada por 0,03 (coeficiente
de solubilidad del CO2):
De esta ecuación se desprende que la regulación del pH está ligada a la respiración a
travésde la PaCO2 y al equilibrio hidroelectrolítico a través del anión HCO3 que es
regulado por el riñón.
En condiciones normales los valores numéricos de la ecuación son:
Usualmente en la práctica clínica midiendo dos de estos tres elementos de la ecuación es
posible calcular el HCO3 con lo que se tiene una imagen completa del estado de este
sistema tampón, y como todos los tampones funcionan paralelamente, se puede evaluar el
estado ácido base total del organismo.
En la acidosis el aumento de la concentración de hidrogeniones tiene múltiples efectos
fisiológicos, muchos de ellos de gran trascendencia. Al alterar el estado eléctrico de
múltiples proteínas, los sistemas enzimáticos fallan, lo que determina alteraciones en la
función de varios órganos. Se consideran graves las acidosis con pH menor de 7,20.
Y también en la alcalosis existen múltiples alteraciones, entre las cuales la más
característica es la tetania, que se observa especialmente en alcalosis de rápida
instalación.
Ella es debida a una reducción del calcio iónico, debido a que en alcalosis existe una
mayor afinidad de las proteínas transportadoras por este ión, aumentando la excitabilidad
neuromuscular.
Además, se produce hipokalemia debido a entrada de K+ al intracelular.
También en este caso el mayor problema es el aumento en la susceptibilidad para
desarrollar arritmias.
El tratamiento está dirigido a corregir las causas del trastorno de base.
Por ejemplo en la siguiente figura están representados los valores de [HCO3-] calculados
de este modo.
En la abscisa están lo valores de pH y en ordenadas la concentración de bicarbonato.
La curva fue trazada colocando, en la ecuación anterior, un valor fijo de PCO2 de 40 mm
Hg y dando valores crecientes al pH.
Es una ISOBARA (igual presión) que nos permite calcular, si no queremos usar la
calculadora, la concentración de HCO3 para cada valor de pH, a una PCO2 constante de
40 mm Hg.
