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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
Recordemos los conceptos centrales en fisiología
•HOMEOSTASIS
Claude Bernard:
Fixité du milieu interieur
Recordemos los conceptos centrales en fisiología
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
Recordemos los conceptos centrales en fisiología
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
Transporte de no-electrolitos: LEY DE FICK
azúcar
café
Transporte de no-electrolitos: LEY DE FICK
azúcar
café
Transporte de no-electrolitos: LEY DE FICK
azúcar
café
Transporte de no-electrolitos: LEY DE FICK
Explicación fenomenológica:
Membrana
imaginaria de
área A y espesor
x
Js
Transporte de no-electrolitos: LEY DE FICK
Cx
As
D
sJ
18
Transporte de no-electrolitos: LEY DE FICK
x
C2 C1
A
Js12
Js12 C1 = C2
19
Transporte de no-electrolitos: LEY DE FICK
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]