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Unidad 1: Sistemas Compartimentales
COMPARTIMIENTO INTRACELULAR
- Compuesto por: la suma de los volúmenes de TODAS las células del organismo.
- Delimitado por: las membranas celulares.
- Composición muy compleja por el alto grado de organización estructural.
- Composición de gel.
- Transformaciones sol-gel, gel-sol muy frecuentes (debido a formación y disociación de redes proteicas, lo que sucede constantemente).
- Abundante concentración de proteínas - , fosfatos - , ácidos orgánicos y K+ COMPARTIMIENTO INTRAVASCULAR O PLASMÁTICO Compuesto por: todo el líquido extracelular del árbol vascular (plasma), incluyendo las cavidades cardíacas y los vasos sanguíneos.
- Delimitado por: endotelio vascular.
- El plasma contiene sustancias disueltas o en suspensión:
- Macromoléculas en suspensión coloidal: albúmina, globulinas, lipoproteínas, etc. Ocupan un 7% del volumen.
- Pequeños solutos en solución: urea, glucosa, iones (bicarbonato - , Cl-, Na+).
ELEMENTOS FIGURADOS DE LA SANGRE: glóbulos rojos, glóbulos blancos, plaquetas → Ocupan el 40-45% del volumen sanguíneo. Son células, por lo que se pueden considerar parte del compartimiento intracelular. COMPARTIMIENTO INTERSTICIAL Compuesto por: todo el líquido que se encuentra fuera del árbol vascular, entre las células.
- Delimitado por: endotelio vascular y la cara externa de la membrana plasmática de las células de los tejidos.
- Tiene una composición similar al plasma, pero con muy baja concentración de proteínas (debido a la impermeabilidad de las paredes vasculares).
- La concentración de electrolitos es similar a la del plasma, pero no idéntica.
- La distribución asimétrica de proteínas, genera una distribución asimétrica de iones (equilibrio Donnan).
Balance de agua y solutos en el hombre: LA HOMEOSTASIS ¿A qué llamamos MEDIO INTERNO? Son todos los líquidos extracelulares en el que se encuentran inmersas las células del organismo. Para que las células puedan vivir y desarrollarse, reciben nutrientes y otras sustancias desde el medio interno. Por lo tanto es vital que éste tenga las concentraciones adecuadas de: glucosa, aminoácidos, lípidos, iones, oxígeno, etc. Además, las células vierten hacia el medio interno las sustancias de excreción producto de sus reacciones metabólicas.
Pese a las variaciones en el medio externo, el medio interno tiene una gran estabilidad.
HOMEOSTASIS “Conjunto de mecanismos fisiológicos, encargados de mantener la constancia del medio interno ”. (Walter Cannon, 1928). Conjunto de mecanismos de regulación y control que contribuyen a mantener o adecuar los valores de las variables a las necesidades de las circunstancias, manteniéndolos en cada caso dentro de los límites que permitan la supervivencia del individuo y la especie. El hombre es un sistema abierto en estado estacionario. Intercambia materia y energía con el entorno (medio externo) al mismo tiempo que mantiene constantes las propiedades de su medio interno. Esto se logra con gasto de energía. Ejemplos de procesos homeostáticos: Regulación de la presión arterial, Cambios en la frecuencia cardíaca, Cambios en la frecuencia respiratoria, Regulación de la volemia, Regulación de la glucemia insulina/glucagón, Regulación de los iones plasmáticos, Regulación del pH sanguíneo, Transpiración, Hambre, Sed, Respiración, Tiritar de frío, Formación de orina. SÍNDROME DE REALIMENTACIÓN Conjunto de alteraciones metabólicas desencadenadas tras la rápida reintroducción del soporte nutricional (oral, enteral o parenteral) en pacientes con malnutrición calórico-proteica o privados de alimento. Durante el ayuno prolongado, existe una reducción plasmática de electrólitos (magnesio, potasio y fósforo) que genera el movimiento de estos iones desde el espacio intracelular hacia el extracelular para mantener los niveles séricos. Si se reintroduce de forma brusca la alimentación, especialmente basada en hidratos de carbono, se produce una rápida liberación de insulina que desencadena la entrada masiva de fosfato, potasio y magnesio al espacio intracelular y la disminución plasmática de los mismos.
Como consecuencia aparecen, a los pocos días del inicio de la realimentación,
manifestaciones cardiovasculares, respiratorias, neurológicas, hematológicas e incluso la muerte.
EDEMA
Acumulación anómala de líquido en el compartimiento intersticial.
Se produce por desequilibrio de los factores que regulan el paso del líquido de un
compartimiento al otro. Causas:
- Disminución de la presión oncótica: la disminución de las proteínas plasmáticas genera la movilización de líquido para contrarrestar las variaciones dicha presión.
- Aumento de la permeabilidad capilar: se produce la movilización de proteínas a los espacios intersticiales, arrastrando líquido.
- Aumento de la presión hidrostática: el aumento del volumen sanguíneo genera la movilización de líquido para contrarrestar las variaciones de dicha presión.
Unidad 1: Grandes Mecanismos
Disipativos Y Sus Fuerzas
Impulsoras
El hombre está conformado por compartimientos acuosos rodeados por membranas. Entre los compartimientos y en el seno de ellos, es posible observar la existencia de gradientes de diversos tipos, los cuales determinan flujos de masa y energía a través del sistema. Recordar:
- El sistema se encuentra en estado estacionario, por lo que estos gradientes se mantienen y ello demanda un gasto de energía.
- Las membranas biológicas tienen una PERMEABILIDAD SELECTIVA. Esto también influye en los gradientes. GRADIENTE: Es la variación de cierta magnitud en función de la distancia. FUERZA IMPULSORA: Es la que da origen a los movimientos o desplazamientos de agua y/o solutos entre o dentro de los compartimientos
Ley de Fick
•Si reemplazamos D por D m (coeficiente de difusión de una especie de membrana) nos va a determinar la especie de membrana, y el grado de resistencia que pone al paso del soluto (este coeficiente se mide experimentalmente y toma un valor para cada membrana en relación a un soluto en particular).
- D m/ΔX tiene una relación constante (ya que tanto el coeficiente como el espesor corresponden a una membrana particular), e indica la velocidad con la que un soluto determinado atraviesa una membrana determinada. Esto se denomina Pe (coeficiente de permeabilidad) y se expresa en cm/s.
- A mayor Pe --- > más fácilmente o más rápidamente difunde el soluto a través de esa membrana. Gradiente de concentración: ΔC/Δx
- A mayor variación en la concentración de soluto, mayor es la velocidad del flujo. Velocidad de difusión Depende de:
- La magnitud del gradiente de concentración. A mayor gradiente, mejor será la difusión.
- Permeabilidad de la membrana: - Coeficiente de permeabilidad. Depende del tipo de membrana. Ej: neuronas 20 veces más permeables al K+ que al Na+. - Temperatura. A mayor temperatura, mayor velocidad.
- Superficie de difusión. A mayor superficie, mayor velocidad. Ej: las microvellosidades del epitelio del intestino delgado, aumentan la superficie de contacto con los nutrientes, mejorando la velocidad de absorción hacia el interior del enterocito. Difusión y potencial químico La disipación de un gradiente libera cierta energía y por ende permite la realización de un trabajo. El potencial químico(m) expresa la energía libre asociada a este gradiente y disponible para realizar un trabajo.
El potencial químico(m) es función de la concentración.
2. GRADIENTE ELÉCTRICO
Diferencia de cargas (iones) entre dos puntos de un sistema separados por una cierta distancia, o entre dos soluciones separadas por una membrana.
- La fuerza impulsora para mover cargas es la diferencia de potencial (ΔV).
- Asociado a las funciones biológicas: potencial de membrana, contracción muscular, transmisión nerviosa, etc. Flujo eléctrico o iónico El flujo de iones está dado por la diferencia de cargas a un lado y otro de la membrana.
- Es directamente proporcional al ΔV y depende de la permeabilidad de membrana por cada ión.
- La energía asociada al gradiente eléctrico, disponible para realizar trabajo, se la conoce como potencial eléctrico. GRADIENTE ELECTRO-QUÍMICO
- Existen 2 fuerzas impulsoras que afectan a la partícula. Se mueve no sólo por diferencia de concentración sino también por diferencia de cargas.
- Ej: el ión Na+ tiende a ingresar a la célula, a favor de gradiente eléctrico y químico.
TONICIDAD
- Es la osmolaridad de una solución respecto del plasma.
- ISOTÓNICO: osmolaridad igual al plasma.
- HIPERTÓNICO: osmolaridad mayor que la del plasma.
- HIPOTÓNICO: osmolaridad menor que la del plasma. Diarrea osmótica Se debe a la ingesta de sustancias poco o no absorbibles y osmóticamente activas que atraen agua hacia la luz intestinal , suele ser de volúmenes no mayores a 1 litro y cede con el ayuno. CAUSAS: •Déficit de disacáridasas, intolerancia a lactosa y fructosa. •Antiácidos con magnesio. •Laxantes osmóticos (lactulosa, polietilenglicol, fosfatos, sulfato). •Ingesta excesiva de carbohidratos poco absorbibles: lactulosa; sorbitol, manitol, fructosa. •Síndrome de la malabsorción. 4. GRADIENTE DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA: FILTRACIÓN
- Diferencia de presión hidrostática entre dos soluciones separadas por una membrana semipermeable, a través de la cual pasan agua y solutos pequeños hidrosolubles.
- Las moléculas se mueven a favor de gradiente de presión hidrostática.
- La pared capilar es distinta de otras membranas que separan el líquido intracelular del tejido intersticial.
- Depende de:
- GRADIENTE DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA
- SUPERFICIE DE MEMBRANA
- PERMEABILIDAD DE LA MEMBRANA
FILTRACIÓN Y DIÁLISIS
- FILTRACIÓN: es el pasaje neto de fluido a través de una membrana impulsado por un gradiente de presión hidrostática. La membrana es permeable a unos solutos e impermeable a otros.
- A partir de una solución que contiene proteínas, sales y pequeñas moléculas, llamamos diálisis al proceso de filtración a través de una membrana con propiedades que permiten el pasaje de pequeños solutos, pero retiene proteínas. En insuficiencia renal severa las sustancias que deben eliminarse por el riñón se acumulan en el líquido extracelular, por lo tanto toxinas, agua y electrolitos deben ser eliminados artificialmente mediante la utilización de hemodiálisis extracorpórea (pasaje por un sistema de membranas semipermeables de plástico). Por diferencia de concentración entre la sangre del paciente y la solución de diálisis las sustancias a eliminar se difunden entre ambos compartimientos durante el tiempo necesario hasta que se elimina el gradiente de concentración y como la solución fluye en forma continua terminan siendo extraídas las sustancias a eliminar.
Proteínas de membrana Se dividen en: 1) Intrínsecas o integrales: que se sumergen profundamente en la membrana. 2) Extrínsecas o periféricas: están sobre los fosfolípidos retenidas por uniones químicas no muy fuertes. Funciones: receptores, sistemas enzimáticos, transportadores, canales, etc. Mecanismos de pasaje de sustancias MOLECULAR:
- Transporte pasivo a) Difusión simple b) Difusión facilitada canales transportadores único acoplado - Transporte activo a) Primario b) Secundario CITOQUÍMICO:
- FAGOCITOSIS
- PINOCITOSIS A) DIFUSIÓN SIMPLE
- Movimiento pasivo, sin gasto de energía.
- A favor de gradiente.
- Pasaje de solutos no polares (O2 , CO2 )
B) DIFUSIÓN FACILITADA
Movimiento con la ayuda de una proteína transportadora o de canal: continúa hasta que se alcanza el equilibrio. Este proceso permite el paso de iones pequeños tales como K+ , Na+ , Cl-, monosacáridos, aminoácidos y otras moléculas polares muy pequeñas. Características: ➢A favor de gradiente ➢Especificidad ➢Competición ➢Saturación Difusión facilitada a través de canales Especialmente de pequeños electrolitos (Na+,K+ H+) y por el agua en ciertos casos. Los canales son estructuras proteicas que atraviesan la membrana celular y poseen varias características: Son selectivos en mayor o menor grado (dejan pasar casi exclusivamente a una sola especie iónica). Pueden sufrir estados conformacionales que les permite pasar de un estado abierto a otro cerrado. Difusión facilitada a través de canales Que estén abiertos o cerrados depende de: Canales voltaje dependientes: en respuesta a cambios en el potencial de membrana. Canales sensibles a presión: responden a estimulo mecánico. Canales ligando dependientes: dependen de la unión de una molécula especifica.
Clasificación de proteínas transportadoras Transporte único (uniporte): transporta un solo soluto de un lado a otro. Transporte acoplado: transferencia simultánea. A) Cotransporte (simporte) cuando se transportan dos o más solutos en la misma dirección. B) Contratransporte (antiporte) cuando se transportan en dirección opuesta. Proteínas transportadores Tras fijar las moléculas a transportar (A), sufren un cambio de conformación (B) que permite a las moléculas fijadas, atravesar la membrana plasmática. TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO
- Requiere un gasto de energía (ATP) para transportar la molécula de un lado al otro de la membrana.
- En contra de gradiente de concentración, electroquímico o de presión; se crea y mantiene un desequilibrio.
Bomba Na+/K+/ATPasa •Se encuentra en todo tipo de célula. •Es una proteína integral (transmembrana) •Transporta corriente, es electrogénica. •Es responsable de las concentraciones intra y extra celulares de Na+ y K+ (gradiente electroquímico). Un tercio del ATP utilizado por un animal en reposo se consume para mantener la bomba Na+/K+. Otras bombas de transporte activo celular… •Bomba de Ca2+^ ATPasa : mantiene baja la [Ca] en el LIC (10 -^7 M). •Bomba de H+^ /K+^ ATPasa: bombea [H+] del LIC a la luz del estómago.
- Su inhibición reduce la [H+] EQUILIBRIO ENERGÉTICO El organismo maneja su equilibrio energético en tres etapas:
- La energía química proveniente de los alimentos es almacenada y concentrada en forma de moléculas de alta energía (ATP).
- La energía química del ATP es utilizada para mantener un gradiente de concentración fundamentalmente de Na+ (bomba de sodio). 3 ) Este gradiente electroquímico es utilizado en diversas funciones celulares (transporte de la información, producción de trabajo mecánico en el músculo, etc.). Transporte activo El valor del potencial eléctrico generado por la diferencia de permeabilidad de los iones y su distribución a ambos lados de la membrana es de - 70 mV, resultando el interior de la célula negativo con respecto al exterior.
Exocitosis Las vesículas y vacuolas se fusionan con la membrana celular para el transporte y liberación de productos químicos hacia el exterior de la célula Ej: Empaquetamiento de hormona en vesícula secretoria, en respuesta a señales extracelulares, como en el caso de la insulina. Endocitosis Fagocitosis:
- pseudópodos que rodean la partícula sólida.
- pseudópodos se fusionan formando una vesícula alrededor de la partícula = vesícula fagocítica o fagosoma.
- digestión por enzimas liberadas por los lisosomas. ◦ Ej: células del sistema inmune. Pinocitosis: se transporta líquido extracelular. La membrana se repliega creando una vesícula pinocítica. Una vez que el contenido de la vesícula ha sido procesado, la membrana de la vesícula vuelve a la superficie de la célula. Endocitosis mediada por receptor: similar a la pinocitosis. La invaginación de la membrana sólo tiene lugar cuando una determinada molécula, llamada ligando, se une al receptor existente en la membrana. Las "fositas recubiertas" ("coated pits") son invaginaciones de la membrana donde se encuentran los receptores
FLUJO DE H2O
El transporte de agua a través de las membranas biológicas es siempre pasivo
- bicapa - baja permeabilidad
- acuaporinas - canales selectivos Barreras Epiteliales Estructura e importancia: Compartimiento volumétrico: separado del medio externo por una serie de barreras epiteliales. Barrera epitelial típica: está formada por una serie de células unidas por las denominadas uniones estrechas. Reposan generalmente sobre una capa de tejido conjuntivo y músculo.
