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AGUA, DIFUSIÓN, TRANSPORTE, etc.

Recordemos los conceptos centrales en fisiología

•Relación estructura-función

•Niveles de organización

•Teoría general de sistemas

•Cibernética


•HOMEOSTASIS

Claude Bernard:

Fixité du milieu interieur


Efectividad del control:

GANANCIA = corrección / error

Ejemplo:

Presión arterial 100 -> 175 mmHg

100 -> 125 mmHg

Corrección: 50 mmHg

Error: 25 mmHg

GANANCIA: 50/25 = 2


EL MEDIO INTERNO

EL AGUA

•75% de la superficie terrestre (95% en océanos)

•1/5 de la “tierra” es nieve y hielo

•50% de las nubes son vapores “abrigo”

•Se dilata al enfriarse

•Alta capacidad calorífica y calor de vaporización.

•Gran tensión superficial

•Se intercambia en grandes cantidades

(150-500 g en los pulmones, 250 g en

glándulas sudoríparas)

•Almacenes sanguíneos y musculares

Ejercicio intenso

Normal y prolongado

Ingresos Líquidos Ingeridos 2100 ? Del metabolismo 200 200

Ingresos totales 2300 ?

Pérdidas Insensibles (piel) 350 350 Insensibles (pulmones) 350 650

Sudor 100 5000 Heces 100 100 Orina 1400 500

Pérdidas totales 2300 6600

•Solvente polar y de electrolitos (ej. iones).

EL AGUA EN EL CUERPO

Líquido transcelular

1.0 L

(LCR, peritoneal, sinovial, pericárdico, intraocular)

60% del peso corporal

42 L para un individuo de 70 kg.

EL AGUA EN EL CUERPO: Medición por indicadores Masa = cte.

Volumen

Concentración Volumen= Masa / Concentración

Plasma

•Azul Evans

•Azul Chicago

•125-I (afines por albúmina)

Glóbulos rojos

•51-Cr

•32-P

Extracelular (Plasma + Intersticial)

•Tiosulfato Na

•Inulina

Total

•Antipirina

•D2O

•3H20

Intracelular

•V = Vt – Ve

Intersticial

•V = Ve – Vp

Indicador:

•Atóxico

•Difusión rápida

•Difusión uniforme

•No sale del compartimiento

Vcomp= Vi x Ci / Ccomp

SINDICATO DEL TRANSPORTE

•Potencial químico

•Ecuación de Nernst

•Equilibrio Gibbs-Donnan

Difusión simple

Transporte de no-electrolitos: LEY DE FICK

café

azúcar


azúcar

café


Explicación fenomenológica:

Membrana

imaginaria de

área A y espesor

x

Js


Cx

As

D

sJ

18


x

C2 C1

A

Js12

Js12 C1 = C2

19


x

C2 C1

A

Js12

Js12 C1 > C2

EQUILIBRIO

J1-2 = J2-1 = 0

- [S]I = [S]II

- flujo neto = 0

- [S]I = [S]II

- J1-2 > 0

Ley de Fick

J= D A (C1-C2)/ x

Donde J = tasa neta de difusión

D = coeficiente de difusión (soluto, solvente)

A = área de difusión

C1-C2/x= gradiente de concentración

x= distancia entre compartimientos

ÓSMOSIS ->

del griego osmos, empujar

nro. de partículas Sol B > Sol A

- Sol B es hiperosmótica respecto de Sol A

- Sol A es hiposmótica respecto de Sol B

- isosmótica igual nro. de partículas

DIFUSIÓN DE AGUA

Con respecto al número de partículas en la solución:

ÓSMOSIS

- propiedad coligativa depende del número de partículas disueltas

Josmótico agua

Josmótico agua = Jhidrostático agua

Presión osmótica p

PRESIÓN OSMÓTICA

PRESIÓN OSMÓTICA

- soluciones ideales diluidas de electrólitos

p = k1C , C: concentración osmolar = n x [C]molar

p = k2T

Ley de Van`t Hoff: p = R T n [C]

La difusión de los iones depende del gradiente de concentración y del de carga

En una solución de ELECTROLITOS …

Permeabilidad selectiva al K+

fem = EK+ potencial de equilibrio para K+

POTENCIAL ELECTROQUÍMICO

Transporte de electrolitos a través de membranas biológicas

X X

X

X

X

X

X

Gibbs (de cada compartimiento)

Concentración, cargas, temperatura

G2>G1 => J2-1 hasta que G2=G1

dG potencial electroquímico µ

dm

µ = µ0 + RTlnC1+ zFψ1 µ0: potencial estándar (273ºK, 1 mol)

Z: valencia del ion

F: cte. de Faraday

R: cte. de los gases

Ψ1: potencial eléctrico en 1

1 2

E Gibbs molar = (a T, P, constantes)

Transporte de solutos a través de membranas biológicas

En el equilibrio, G2=G1 => µ1= µ2

µ= potencial electroquímico = µ0 + RTlnC1+ zFψ1

=> µ0 + RTlnC1+ zFψ1 = µ0 + RTlnC2+ zFψ2

=> RT (lnC1- ln C2) = zF (ψ2-ψ1)

=> (lnC1- ln C2) = zF (ψ2-ψ1)

RT

=> ln C1 = zF (ψ2-ψ1) =>

C2 RT

Si C2=C1 => ΔV= 0

ΔV= RT ln C1 ecuación de Nernst

zF C2

Mientras tanto, en la célula…

P- Ce+

Ci+

Ai- Ae-

Compartimentos electroneutros =>

P-+Ai- =Ci+ => Ai- < Ci+

Ae- =Ce+

(ψe-ψi)= RT ln Ci = RT ln Ai

zF Ce zF Ae

=> Ci = Ae => Ci * Ai = Ce * Ae

Ce Ai

como Ai<Ci , Ae=Ce

=> Ci>Ce y Ae>Ai => ψe-ψi > 0

EQUILIBRIO GIBBS-DONNAN

Aniones, Cationes

Mientras tanto, en la célula…

Na+ext > Na+int

PK+ >> 0 PNa+ > 0

Y cómo se mantiene K+ int. elevado…?

Por qué no se acumula Na+ int…?

K+ext < K+int

EQUILIBRIO: no existe en células vivas

- Equilibrio Donnan

JNa+ , JK+ 0

- Bomba Na+/K+

flujo en estado estacionario de Na+ y K+

TRANSPORTE DE SOLUTOS

- J = P x [Ce-Ci]

DIFUSIÓN PASIVA

D(s,m) K

X

K

P

P =

Ley de Fick

DIFUSIÓN PASIVA vs. TRANSPORTE (pasivo o activo)

Canales y transportadores

TRANSPORTE DE IONES

Canales iónicos

- pasivos

- dependientes de voltaje

- de estímulos mecánicos

- de ligandos

- de segundos mensajeros

Transporte activo de Na+ y K+

TRANSPORTE ACTIVO

- secreción de H+

en células parietales del estómago

- secreción de H2CO3 en epitelio de branquias

COTRANSPORTE acoplado a gradiente electroquimico

COTRANSPORTE

- en células del epitelio intestinal

- Glu en contra de gradiente

SINDICATO DEL TRANSPORTE: tres ejemplos fuera del equilibrio

TRANSPORTE OSMÓTICO DE AGUA

PEZ DE AGUA DULCE

PROPIEDADES OSMÓTICAS DE LAS CÉLULAS

En general:

- K+e << K+

i

- Na+i << Na+e

- Cl-i << Cl-e

- Ca2+cit << Ca2+

e

VOLUMEN CELULAR - TONICIDAD

- solución isosmótica, V = 0

solución isotónica

- solución hiposmótica, V > 0

solución hipotónica

- solución hiperosmótica, V < 0

solución hipertónica

SÓLO PARA OSMÓMETROS IDEALES…

Si, pero…

Es

Tonicidad Osmolaridad

- Las células no son osmómetros ideales

solución hipertónica

solución hipotónica

En el TP del martes:

- Medir V de eritrocitos

- osmómetros ideales…!

- MÉTODO: medición de hematocrito (Htc) en sol. de osmolaridad

Htc ~ V

p = RTn[C]

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