Guia Osmorregulacion

COLEGIO SAGRADOS CORAZONES VALPARAÍSO – VIÑA DEL MAR. BIOLOGÍA : SEGUNDO NIVEL PPV

3. Función renal

Resumen de contenidos:

- Función renal- Regulación de la función renal- Respuesta frente al estrés

Habilidades a desarrollar:

- Razonar, inferir y hacer conjeturas, en base a conocimientos previos y problemas.

- Utilizar distintas fuentes de información.- Interpretar gráficos, fotografías, dibujos

y esquemas funcionales.

La excreción de orina cumple un rol homeostático fundamental

En los gráficos de la figura 7a y 7b puede evidenciarse el rol de la orina en la regulación hidrosalina. El gráfico 7a muestra dos efectos fisiológicos tras incrementar artificialmente la ingesta de agua de una persona. El gráfico 7b, por su parte, muestra las variaciones de NaCl plasmático y orinado, mientras se mantiene un régimen alto en sales.

Figura 7a Figura 7b

Actividad 6 (P). ¿Bastan dos experimentos para validar la función del riñón?a) ¿Cuál es la cantidad normal de orina producida por una persona, según el gráfico 7a? ¿y cuál es la cantidad normal

de NaCl excretado diariamente por una persona, según el gráfico 7b?…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

b) En el primer experimento, la única variable que se modificó fue la ingesta de agua (sería la variable experimental) ¿Qué variables tendrían que haberse mantenido constantes para que los resultados tuvieran validez? ¿Y en el gráfico de la figura 7b?

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c) Interpreta los dos resultados experimentales. Puede decirse que un experimento apoya al otro?………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

d) Si da la sensación que el organismo siempre vuelve a la normalidad tras los procedimientos experimentales, ¿para qué cuidar la ingesta de sal o de otras sustancias?

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En detalle, la excreción de orina conseguida por los riñones permite: Excreción de ciertos productos finales del metabolismo celular proteico y nucleico. Ej. urea, ácido úrico, creatinina,

etc. Regular y mantener la cantidad de agua en nuestro organismo, especialmente en el plasma y el intersticio Mantener constante la composición de ciertos iones inorgánicos (fundamentales para muchas funciones del cuerpo)

como: Na+, K+, H+, Mg++, Cl-, (HCO3)- (bicarbonato). Mantener constante el pH del medio Regular la concentración de otras moléculas no electrolíticas (los iones son electrolíticos), como la glucosa y la urea Excreción de diversas enzimas, coloides, pigmentos, medicamentos.

Cabe destacar que los riñones además poseen una función endocrina, al elaborar dos hormonas: renina (relacionada con la mantención de la presión sanguínea) y eritropoyetina (relacionada con la producción de glóbulos rojos).

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Los riñones poseen una estructura basada en subunidades morfo-funcionales: los nefrones

Los riñones son dos órganos en forma de poroto, de coloración rojo pardo, situados en la pared posterior de la cavidad abdominal, por detrás del estómago y del hígado, a ambos lados de la columna vertebral (figura 8). Su masa oscila entre 120 y 200 gramos y miden 10 a 12 centímetros de longitud por 5 a 6 centímetros de ancho.

Cada riñón presenta un borde cóncavo, en cuyo centro hay una depresión llamada el hilio renal, lugar por el cual llegan o salen del riñón la arteria renal, venal renal y nervios, para desembocar en una cámara en forma de embudo llamada uréter, el que desemboca en la vejiga. Ésta está ubicada en la región pélvica, presenta forma globosa y tiene una capacidad fisiológica de alrededor de 300 cc. de orina. De la vejiga sale la uretra, conducto por el cual la orina sale al exterior. En el hombre la uretra es más larga y se extiende desde el cuello de la vejiga hasta la extremidad libre del pene, en donde finaliza en un orificio llamado meato urinario. En el hombre la uretra sirve de conducto de salida tanto de orina como semen. En la mujer, la uretra es corta (3 a 4 cm) y se extiende desde la vejiga hasta el meato urinario ubicado en el vestíbulo vaginal.

Figura 8. Ubicación de los riñones en la cavidad abdominal Figura 9. Estructura interna de un riñón

Internamente el riñón presenta dos zonas:a) La corteza, zona más externa, apreciándose como una capa granulosa, donde s distinguen una estructuras

puntiformes de color rojo oscuro: los corpúsculos de Malpighi.b) La médula, zona más interna del riñón, con estrías longitudinales que corresponden a 10 a 20 estructuras en forma

de pirámides (pirámides de Malpighi), separadas entre sí y que confluyen hacia los cálices renales, que finalmente desembocan en la pelvis renal. (ver figura 7)

La unidad anatómica y funcional del riñón es el nefrón (figura 8). Se calcula que ambos riñones humanos poseen juntos más de dos millones de nefrones. El nefrón se compone de las siguientes partes:

Nefrón

Zona vascular

Arteriolas aferente y eferenteGloméruloCapilares peritubularesVénula

Zona tubular

Cápsula de BowmanTúbulo contorneado proximalAsa de HenleTúbulo contorneado distal

El nefrón comienza con una protuberancia esférica, el corpúsculo renal, el cual se compone a su vez del glomérulo, un ovillo de capilares conectados a una arteriola aferente (que ingresa a la cápsula) y una arteriola eferente (que sale de la cápsula) y de la cápsula de Bowman, la cual consta de una doble pared y recubre la madeja de capilares. De este modo, la arteriola aferente transporta la sangre desde la arteria renal al glomérulo y la arteriola eferente la conduce fuera del mismo, a una red de capilares que envuelve los diversos segmentos del túbulo renal (de ahí su nombre: "capilares peritubulares"). Posteriormente se transforman en capilares venosos, que fluyen a vénulas, las que a su vez, se reúnen en la vena renal.

La cápsula de Bowman se continúa en un túbulo constituido por tres segmentos: el túbulo contorneado proximal1, que se ubica en la corteza; luego viene un conducto recto, de diámetro menor y en forma de "U", el cual penetra en la médula y luego vuelve a la corteza, llamada asa de Henle. Una vez en la corteza este tubo se ensancha constituyendo el túbulo contorneado distal2.

Finalmente, el túbulo contorneado distal desemboca en un tubo recto de mayor diámetro, el que se dirige hacia la médula y se vacía en la pelvis renal. Este último es el tubo colector y en él desembocan los túbulos contorneados distales de varios nefrones.

1 Proximal: cercano, en este caso a la cápsula de Bowman2 Distal: lejano, en este caso, respecto a la cápsula de Bowman

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Nota curiosa: la longitud total de los túbulos de todos los nefrones de una persona adulta es de 80 kilómetros aproximadamente, es decir, ¡poco menos que la distancia entre Santiago y Rancagua!

Actividad 7 (P). El camino de la orinaa) En el esquema de la figura 11, identifica las estructuras rotuladas de la figura 10 y ...b) marca la dirección del flujo de sangre (zona vascular) y de orina en formación (zona tubular) mediante flechas

Figura 10: Esquema de la estructura general de un nefrón Figura 11. Esquema simplificado de un nefrón

El funcionamiento del nefrón se basa en tres procesos: filtración, reabsorción y secreción

La sangre llega al glomérulo por la arteria renal y sus ramificaciones, donde se filtra a través de la pared capilar de la cápsula de Bowman. Esta es una membrana semipermeable, sirve de filtro ya que pasan sustancias de moléculas menores que todos los poros que presenta.

En el espacio interior de la cápsula de Bowman se secreta la orina primitiva, por ultrafiltración desde el glomérulo, que por reabsorción y secreción, se transforma en orina final a su paso hacia la pelvis renal, en el sistema tubular del nefrón y en los tubos colectores. El filtrado glomerular contiene todos los componentes del plasma sanguíneo (glucosa, iones como Cl -, Na+, K+, aminoácidos, etc.) excepto las proteínas, cuyas moléculas no pueden atravesar la cápsula de Bowman debido a su mayor tamaño. La mayor parte de esta orina primitiva se reabsorbe, es decir, se recupera. La cantidad total de filtrado se eleva a 180 litros diarios, pero sólo se excretan 1,5 litros de orina. Los capilares peritubulares reabsorben el agua y gran parte de las sustancias disueltas en ésta. Dicho líquido vuelve a la circulación sanguínea a través de la vena renal. El resto -lo no reabsorbido- se vierte por los tubos colectores a la pelvis renal. La orina final continúa fluyendo por los uréteres hacia la vejiga.

A partir de lo anterior se deduce que si la orina eliminada fuese igual a la del filtrado glomerular, la excreción sería un proceso desastroso, pues así se perdería una gran cantidad de: agua, glucosa, aminoácidos, sales minerales, etc. Pero la cantidad y calidad de las sustancias presentes en la orina son muy diferentes de la de los filtrados glomerulares. La composición de la orina puede sufrir modificación a su paso por los túbulos renales, pero ya no se modifica a su paso por la pelvis renal, uréteres, vejiga y uretra.

Las paredes de los túbulos renales están formadas por una simple fila de células epiteliales cuboides o planas (figura 12). Las células que constituyen el túbulo proximal poseen gran cantidad de mitocondrias y el borde superior de sus células posee una serie de microvellosidades, llamadas en su conjunto, "ribete en cepillo". Estas prolongaciones son las que permiten absorber del filtrado glomerular gran parte de su composición. Esta reabsorción es selectiva, de acuerdo a las necesidades del organismo y para reintegrarlas a la corriente sanguínea se debe realizar un proceso de transporte activo en la mayoría de los casos, pues el traslado de sustancias es contra la gradiente de concentración. Tales sustancias son: glucosa, aminoácidos, fructosa, hormonas, vitamina C, iones inorgánicos (Na+, K+, Ca+2, (HCO3)-, (PO4)-3, (SO4)-3). El agua, por su parte, es reincorporada a la sangre mediante osmosis.Nota curiosa: El transporte activo ejercido por las células del túbulo contorneado proximal requiere tanto ATP, que 1 cc

de tejido renal gasta más energía que 1 cc de tejido muscular del corazón

Figura 12. Esquema que muestra la relación entre el epitelio cuboidal de los túbulos renales y los vasos sanguíneos subyacentes

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El filtrado pasa al asa de Henle y cuando se acerca al túbulo distal nuevamente se produce salida de Na+

mediante transporte activo. La diferencia es que esta vez la salida de agua no va acompañada de agua, porque las paredes del asa de Henle son poco permeables, lo que determina finalmente que el filtrado dentro del asa se vuelva hipotónico respecto de la sangre y continúe su paso al túbulo distal que posee permeabilidad variable. Aquí es donde se reabsorbe Na+.

Finalmente, el filtrado llega al tubo colector, que también es de permeabilidad variable y también deja salir agua por osmosis cuando el organismo lo requiere.

El riñón humano elabora aproximadamente 125 litros de filtrado por cada litro de orina eliminada. Los 124 litros de agua restante son reabsorbidos por el riñón, resultando una orina hipertónica. El proceso de reabsorción determina la

concentración de las sustancias que se excretan en la orina.En la figura 13 se resume la mayoría de los pasos involucrados en la formación de una orina.En primer lugar, el líquido que ingresa en el túbulo contorneado proximal es isotónico3 con el plasma

sanguíneo. Si bien a este nivel el sodio y otros solutos son bombeados fuera del túbulo, el líquido permanece isotónico porque también se desplaza agua por osmosis. Al avanzar por la rama descendente del asa de Henle, el líquido se hace más hipertónico por la salida de agua por osmosis. A medida que el líquido asciende por la otra rama del asa de Henle, se vuelve más diluido al ser bombeado el Na+ y el Cl- al exterior. Al llegar al túbulo contorneado distal, el líquido es hipotónico con respecto al plasma y permanece en ese estado a través del túbulo contorneado distal. El líquido pasa después al túbulo colector, atravesando una vez más la zona medular de elevada concentración salina.

La secreción tubular es un proceso por el cual las moléculas que permanecen en el plasma después de la filtración y reabsorción son extraídas selectivamente de la circulación peritubular por las células de las paredes tubulares y luego secretadas por ellas al filtrado. Ej. penicilina, iones hidrógeno (H+), iones amonio (NH4)+. Estos dos últimos influyen en el control de la homeostasis del pH del organismo.

Finalmente, el líquido resultante, ahora orina, abandona el nefrón y pasa a la pelvis renal, que en esencia es un embudo. La orina gotea continuamente a través del uréter hacia la vejiga, órgano que almacena la orina hasta que es excretada a través de la uretra.

Actividad 8 (G). Cuatro pasos para orinarLa siguiente serie de dibujos muestra células epiteliales a distintos niveles de los túbulos del nefrón.

Simultáneamente se señala la composición de la orina en tales niveles. Tus tareas son:a) Relacionar la ubicación de la célula tubular con la concentración osmótica correctab) Explicar la diferencia estructural que tienen las células tubulares a lo largo del túbulo

A B C DConcentración osmótica (mosm4)

600 100 1200 300

c) Usando la siguiente tabla, identifica cuál de las columnas corresponde a las sustancias filtradas, reabsorbidas, secretadas y excretadas durante 24 horas de funcionamiento renal.

d) Completa la columna con el porcentaje de reabsorción de cada sustancia

Sustancia Porcentaje reabsorbido

Sitio del nefrón

Ion sodio (meq4) 25850 26000 150 0 PADCIon potasio (meq) 560 600 90 50 PADC

3 Isotónico: líquido que produce la misma presión osmótica que otro, por cuanto poseen una concentración de solutos idéntica4 meq = miliequivalente. 1 equivalente = 1 mol de sustancia en estado iónico dividido por su valencia. Como la valencia del Na y del Cl es 1, en tales casos, 1 mol = 1 eq

Figura 13. Etapas en la formación de la orina

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Ion cloruro (meq) 17850 18000 150 0 PADCIon bicarbonato (meq) 4900 4900 0 0 PDUrea (mmol5) 460 870 410 0 PADCGlucosa (mmol) 800 800 0 0 PAgua (mL) 179000 180000 1000 0 PADC

e) Revisa el siguiente examen de orina, verificando si la presencia de alguna de las sustancias resulta anormal

La eliminación de orina (diuresis) es regulada por mecanismos endocrinos y nerviosos

Normalmente son eliminados entre 1000 y 1500 mililitros de orina al día. Este volumen fluctuará de acuerdo a la cantidad de agua y sales que se incorporen al organismo, mediante la participación de varios factores, especialmente hormonales.

El agua es de libre filtración en el glomérulo y aproximadamente un 99% es reabsorbido al pasar por los túbulos. Este proceso se efectúa por osmosis y depende directamente de la reabsorción activa del sodio, siendo ésta la fuerza principal de su reabsorción.

Sin embargo, esta reabsorción del agua puede ocurrir tan solo si el epitelio tubular es altamente permeable al agua, sin que importe la magnitud de la gradiente de concentración de ella. La permeabilidad de las últimas partes de los túbulos (distal y colector) al agua está sometida a control fisiológico.

El factor determinante de esta permeabilidad es la hormona antidiurética (ADH), la que es producida en el hipotálamo, transportada a la neurohipófisis, desde donde es acumulada y liberada a la circulación. (figura 14). La ADH actúa sobre el túbulo distal y colector produciendo un aumento de la permeabilidad de éstos, favoreciéndose la absorción de agua, lo que restablece la cantidad de agua plasmática a valores normales.

La señal que promueve la liberación de ADH es originada por osmorreceptores ubicados en el hipotálamo (exactamente en un grupo de neuronas llamado núcleo supraóptico). Éstos vigilan la concentración de solutos en la sangre y aumentan o disminuyen la secreción de ADH para corregir cualquier cambio en la osmolaridad (proporción de partículas que producen presión osmótica respecto al total de partículas en solución).

En ausencia de ADH, la permeabilidad del túbulo distal y colector al agua es muy baja y el líquido diluido que entra en el túbulo colector procedente del asa de Henle pasa por éste casi sin cambio y es excretado como una orina muy diluida. En la diabetes insípida, una enfermedad en que hay deficiencia de ADH, la excreción de orina puede alcanzar 30 o 40 litros por día, es decir 20 a 40 veces más que lo normal.

La aldosterona es una hormona de naturaleza esteroidal, secretada por la corteza suprarrenal. Actúa sobre las células del túbulo distal y el colector para que éstas retengan sodio y eliminen el potasio por la orina. Cuando la excreción de sodio es demasiado alta, la cantidad de agua que se elimina también lo es. Esto conlleva dos

5 mmol = milimolar: 1/1000 mol. Por ejemplo, 1 mmol de NaCl = (23 g + 35,5 g)/1000 = 58,5 mg de NaCl

Figura 14. Control de la reabsorción de agua mediante la ADH

Figura 15. Control de la reabsorción de sodio mediante la aldosterona

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Figura 11

LABORATORIO CLÍNICO

BIOTECNINOMBRE: CARLOS MARTÍNEZ G.MÉDICO: SEBASTIÁN MUÑOZ C.FECHA ANÁLISIS: 10-08-06

Proteínas : 0 g/LGlucosa : 0 g/LUrea : 18 g/LÁcido úrico : 0,5 g/LPotasio : 2,5 g/LBicarbonato : 0 g/LSodio : 4 g/L


consecuencias: se produce una disminución del volumen extracelular y un descenso de la presión arterial. La disminución de la presión activa el sistema nervioso simpático, el cual disminuye el flujo renal mediante vasoconstricción y estimula al riñón para que éste libere la hormona renina.

La renina induce la formación de angiotensina I, la que se transforma en angiotensina II, sustancia que finalmente estimula la producción de aldosterona. (Ver figura 15)

Actividad 9 (G). Regulación máxima

a) Completa el siguiente diagrama del sistema renina - angiotensina – aldosterona, usando los recuadros de la zona sombreada

b) Construye un diagrama similar al anterior, para la regulación vía ADH

c) Identifica cuál de los siguientes esquemas corresponde al que origina orina hipotónica y cuál produciría orina hipertónica. Justifica

A: B:

d) Finalmente, analiza el siguiente gráfico y luego señala:a. cuáles son las únicas sustancias que se reabsorben

y secretan a lo largo del nefrónb. el porcentaje de sodio aproximado que es

reabsorbido en el túbulo proximalc. Sabiendo que los osmoles son las sustancias

disueltas que tienen mayor influencia en la presión osmótica del solvente, ¿cuál sería la sustancia más responsable de la osmolaridad del líquido tubular?

d. ¿por qué conviene que el control del sodio y el agua se realice justamente en el túbulo distal y el colector?

PREGUNTAS DE SELCCIÓN MÚLTIPLE

1. En la formación de la orina el volumen de agua más grande se reabsorbe por:a) la cápsula de Bowmanb) el túbulo contorneado proximal

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c) el asa de Henled) el túbulo contorneado distale) el túbulo colector

2. Si se obstruyen las arterias renales de una rata impidiendo la irrigación de sangre a los riñones, lo más probable es que el animal experimente:

a) aumento del volumen de orina excretadab) aumento de la secreción tubularc) disminución de la reabsorción renald) aumento del volumen sanguíneoe) Ninguna

3: Si un mamífero sufre la paralización de la actividad renal sobrevendrá la muerte porque su organismo:a) elimina exceso de aguab) produce mayor cantidad de ureac) experimenta un alza de glicemiad) es incapaz de excretar ureae) experimenta aumento del volumen sanguíneo

4. La función de los riñones en el proceso de excreción se realiza mediante la formación de orina. ¿Cuál(es) de los siguientes hechos tiene(n) lugar durante la formación de este flujo?

I. La ultrafiltración da lugar a la formación de 18 litros de filtrado nefrítico al díaII. En el recorrido del filtrado por el nefrón se reabsorben totalmente la glucosa y los

aminoácidosIII. Cuando no hay reabsorción total de la glucosa, ésta puede se encontrada en la

orina: a este trastorno se le denomina diabetes mellitusIV. En este proceso también hay secreción de sustancias, las que son eliminadas

junto con la orina; entre estas sustancias se encuentran el Na+ y proteínas plasmáticas

a) Sólo II b) Sólo IV c) I y II d) I y IV e) II y III

5. La concentración de urea en la orina humana es de alrededor de 60 veces mayor que el plasma sanguíneo: ¿Qué función(es) del nefrón explica este resultado?

I. Producción de ureaII. Filtración de sustancias en la cápsula de BowmanIII. Reabsorción de agua en ele túbulo urinífero

a) Sólo I b) I y II c) I y III d) II y III e) Todas

6. Los riñones desempeñan una o más de las siguientes funciones:I. Mantener la homeostasisII. Producir ureaIII. Mantener el equilibrio hídrico

a) Sólo I b) sólo III c) I y II d) I y III e) I, II y III

7. El nefrón es la unidad fisiológica de:a) el hígadob) los riñonesc) los pulmonesd) el intestinoe) la piel

8. El vaso sanguíneo que saca sangre del nefrón se denomina:a) Arteria renalb) Vena renalc) arteriolas aferentesd) arteriolas eferentese) Aorta

9. Cuando se ingieren alimentos que contienen alta concentración de sal, en el organismo se produce:

a) menor reabsorción de agua a nivel de los túbulos renalesb) mayor reabsorción de agua a nivel de los túbulos renales

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c) mayor volumen de orina d) mayor sudoración de la piele) reabsorción normal de agua por los túbulos renales

10. Uno de los siguientes procesos que realiza una planta verde, tiene como único fin eliminar desechos:

a) fotosíntesisb) asimilaciónc) transpiraciónd) respiracióne) digestión

11. En condiciones fisiológicas normales, la concentración de aminoácidos es:a) baja en el filtrado glomerular y en la orinab) alta en el filtrado glomerular y ausente en la orinac) alta en el filtrado glomerular y ausente en la orinad) baja en el filtrado glomerular y alta en la orinae) baja en el filtrado glomerular y ausente en la orina

12. En el proceso de reabsorción que se realiza en el nefrón, el organismo recupera:I. aminoácidosII. aguaIII. ureaIV. glucosaV. ácido úrico

a) II y IV b) I, II y IV c) I, III y IV d) I, III y V e) II,III y V

13. ¿ Cuál de las siguientes aseveraciones NO es correcta?a) Los seres homeotermos mantienen la temperatura corporal independiente de la

temperatura del mediob) La eliminación de sudor permite regular la temperatura corporalc) La melanina de la piel protege al organismo de las radiaciones ultravioletas del sold) La función primordial de las glándulas sudoríparas es eliminar desechos metabólicose) Los seres poiquilotermos mantienen la temperatura corporal, dependiente de la

temperatura del medio 14. ¿Cuál de los siguientes órganos desempeña(n) funciones excretoras en el organismo humano?I. RiñónII. PielIII. PulmónIV. Hígado

a) Sólo I b) I y III c) II y IV d) I, III y IV e) Todas

15. La mayor amenaza fisiológica para los vertebrados terrestres es el peligro de deshidratación. Al respecto, ¿Cuál(es) de los siguientes cambios en la estructura del nefrón evitará(n) una eliminación excesiva de agua a través de la orina?I. Reducción de tamaño del glomérulo de MalpighiII. Aumento de tamaño del glomérulo de MalpighiIII. Reducción de la longitud del túbulo renalIV. Aumento de la longitud del túbulo renal

a) sólo II b) I y III c) I y IV d) II y III e) II y IV

16. La orina formada en los nefrones del riñón para llegar a la vejiga, sigue los siguientes conductos: (en orden descendente)a) cálices, pelvis, uréter, uretrab) tubo colector, cálices, pelvis, uréterc) pelvis, cálices, tubo colector, uréterd) tubo colector, pelvis, uretra, urétere) pelvis, cálices, uretra, uréter

17. La reabsorción a nivel del nefrón, se produce:a) por transporte activo contra un gradienteb) por arrastre de la reabsorción del solvente

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c) por simple diferencia de osmolaridadd) todas son correctas e) ninguna es correcta

Tabla de Respuestas.

1 B 6 D 11 C 16 E 2 D 7 B 12 B 17 C3 D 8 D 13 D 18 D 4 E 9 B 14 C 19 5 D 10 C 15 D 20

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