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La presencia de membranas en los sistemas biológicos, establece el concepto de compartimientos, cuyos límites están definidos por ellas. En este caso, la membrana que separa un compartimiento de otro es una barrera física, de cuyas características depende el intercambio de agua y de solutos.
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La membrana celular origina dos compartimientos:
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Intracelular: Resulta de la suma de todos los componentes líquidos localizados en el interior de las células.
Extracelular: Está compuesto por los componentes líquidos que hay fuera de la membrana celular.
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Estos dos compartimientos tienen una alta proporción de agua, que se intercambia y moviliza para mantener la concentración de solutos igual en ambos lados de la membrana.
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La membrana capilar o endotelio capilar separa el LEC en dos:
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Las propiedades y características de cada compartimiento están determinadas por la naturaleza de la membrana que lo limita. Como la membrana celular es semipermeable y selectiva, la diferencia en la composición del compartimiento intracelular y extracelular depende, en muy buena parte, de dichas características. El endotelio capilar difiere de la membrana celular, su permeabilidad es mayor y los compartimientos extracelulares son semejantes en muchos aspectos.
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Como la gran mayoría de las barreras que separan compartimientos del cuerpo son permeables al agua, ésta se mueve libre a través de ellas; en situación de equilibrio, el organismo muestra una característica muy importante: Cada unidad de volumen tiene el mismo número de partículas (es isoosmótica).
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Líquido intracelular (LIC)
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Es el resultado de la suma de toda el agua que compone las células del organismo. Es un compartimiento discontinuo y muy heterogéneo, en cuanto a contenidos intracelulares. Las células tienen diversos componentes, de acuerdo con su función, pero todas muestran semejanzas en cuanto a su contenido iónico; el principal catión es el potasio y el principal anión corresponde al grupo de los fosfatos orgánicos e inorgánicos. Hay poco sodio y casi no hay cloro. El contenido de bicarbonato es la tercera parte del que hay por fuera de la célula. Sin importar la composición de los líquidos corporales, la concentración total de cationes es igual a la de aniones, pues se mantiene el estado de neutralidad eléctrica (cuadro 27-2).
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Las diferencias entre el LEC y el LIC se pueden atribuir a varios factores, las bombas Na-K-ATPasa de las membranas celulares, las características de permeabilidad de la membrana y las propias de cada célula. En un adulto normal el LIC corresponde con 2/3 partes del ACT y representa entre 30 y 40% del peso corporal.
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La proporción de agua de las células vivas varía de una a otra. Hay tejidos con alta proporción de agua, por ejemplo el tejido nervioso con 80%; otros con muy baja cantidad de agua, como el tejido adiposo con el 10%. En el cuadro 27-3 se muestran otros tejidos y su proporción de agua.
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Líquido extracelular (LEC)
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Es todo el líquido que se localiza por fuera de la membrana celular y rodea las células; está separado del LIC por la membrana celular. El LEC es el compartimiento que recibe el impacto de los intercambios con el medio ambiente. Lo que debe llegar al interior de la célula, necesariamente debe atravesar el compartimiento extracelular. De igual forma, lo que se debe eliminar de la célula, pasa al LEC y luego al exterior por cualquiera de las vías de excreción.
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El LEC es bastante uniforme en su composición. La permeabilidad del endotelio establece el movimiento por difusión de la mayor parte de los solutos, hasta lograr su distribución casi uniforme, lo que determina concentraciones muy parecidas en el plasma y en el intersticio. El sodio y su complemento de aniones, sobre todo cloruro y bicarbonato, constituyen la casi totalidad de los solutos iónicos. Calcio, magnesio, potasio, fosfato y sulfato se encuentran en concentraciones relativamente bajas. Aunque cada uno de ellos es importante, por razones fisiológicas, tienen poca relevancia, desde el punto de vista osmótico y por consiguiente en la distribución de los líquidos (cuadro 27-4).
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La diferencia más importante en la composición entre el plasma y el intersticio, es la concentración de proteínas que existen como aniones polivalentes en el plasma, pero no en el intersticio, que determinan una distribución asimétrica de los iones difusibles, como se puede predecir de acuerdo con el “equilibrio de Gibbs-Donan”: Un anión no difusible (proteínas) en uno de los lados de la membrana semipermeable, altera el equilibrio de los iones difusibles, de tal manera que éstos se desplazan hacia el intersticio y su concentración es ligeramente mayor, en el compartimiento donde no hay proteínas, mientras que los cationes tienden a aumentar en el compartimiento donde está el anión no difusible.
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En clínica pueden darse, con frecuencia, situaciones en las que se producen diversas alteraciones en la composición iónica y el volumen del líquido extracelular. Estos cambios en el compartimiento extracelular afectan de modo notable a la composición y el volumen del compartimiento intracelular, al producirse el equilibrio entre ambos compartimientos, cuando se igualan sus presiones osmóticas. En un adulto normal, el LEC corresponde con 1/3 del ACT. Representa entre 18 y 25% del peso corporal.
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El líquido extracelular comprende:
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El compartimiento del líquido intersticial resulta de la suma de todos los intersticios de los diversos tejidos del organismo. Está en contacto con la membrana celular y con la membrana endotelial. Es el paso intermedio obligado de los solutos y el solvente, desde el plasma hacia la célula o desde la célula al plasma. Las células sanguíneas no poseen intersticio.
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La gran diferencia entre los dos compartimientos extracelulares es la mayor concentración de proteínas del plasma. Esta diferencia se debe a que el endotelio es libremente permeable al agua y a solutos pequeños de bajo peso molecular (llamados cristaloides), tales como iones inorgánicos, glucosa, aminoácidos, urea, etc.; pero tiene una permeabilidad muy limitada a solutos de mayor tamaño (coloides), como las proteínas y algunos lípidos de peso molecular alto, unidos a proteínas.
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Los únicos solutos que ocupan parte del volumen del plasma, son las proteínas; de un volumen dado de plasma, el 93% está ocupado por plasma y 7% por proteínas plasmáticas y una pequeña cantidad de lípidos.
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Líquidos transcelulares
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Forman un grupo heterogéneo de líquidos especiales y cada uno de ellos es relativamente único, de manera que no es posible generalizar en lo que se refiere a su composición. En su formación participan las células, pero su composición final no es semejante ni a LIC ni a LEC. Están separados de LEC por una capa de células epiteliales que pueden participar en su formación. Forman parte de dicho grupo el líquido cefalorraquídeo, el humor vítreo, el humor acuoso, el líquido intraarticular, el intrapleural, el peritoneal, etc. Muchos de ellos se encuentran ubicados en espacios cerrados y no es fácil que se intercambien con otros líquidos del organismo, ni permiten la difusión de los solutos que los componen. En condiciones normales se consideran parte de LEC, aunque, si aumentan mucho de tamaño, se consideran un compartimiento independiente. El compartimiento transcelular corresponde con el 1.5% del peso.
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Principales iones de los compartimientos líquidos
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Como se ve en los cuadros 27-2 y 27-4, la composición iónica de los dos principales compartimientos hídricos, LIC y LEC, difiere sustancialmente, debido a la presencia de la membrana celular. Los principales iones intracelulares son potasio, fosfatos y proteínas, mientras que en los líquidos extracelulares son sodio y cloro. La osmolaridad del LIC está determinada en esencia por potasio y fosfatos, así como la de LEC por sodio y cloro.
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El Na total en el organismo adulto es de 90 g o 4 000 meq. Este elemento es un ion de predominio extracelular y representa, junto con el Cl, el 90% de las partículas osmóticas activas en el LEC. La mitad del Na del organismo (50-55%) está en el tejido óseo y no se intercambia con facilidad. El 45% se halla en el LEC, en concentraciones que fluctúan entre 140 a 145 meq/L. El restante 5% está en el LIC, en concentraciones que varían de 5-15 meq/L. La bomba Na-K mantiene las concentraciones en los compartimientos y conserva el gradiente químico del exterior, al interior de la célula.
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Las principales funciones del sodio son:
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Determinar, con el cloro, la osmolaridad del LEC, así como el volumen extracelular e indirectamente contribuir a mantener la presión arterial sistémica. Interviene en la despolarización de los tejidos excitables y en la conducción de impulsos. Participar en la absorción intestinal de nutrientes y en la reabsorción renal de bicarbonato, glucosa y aminoácidos, por un mecanismo similar al intestinal. Intervenir en la regulación renal del equilibrio ácido-básico.
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El Cl total en un adulto es de 2 100 meq o sea 80 g. Es el principal anión del compartimiento extracelular. El 87.5% se halla en el líquido extracelular, 95-105 meq/L. El 12.5% se encuentra en el líquido intracelular, pero en concentraciones variables que dependen del tejido.
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Las principales funciones del cloro son:
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Es el anión más abundante del LEC y con el Na mantiene la osmolaridad extracelular; de forma indirecta contribuye a mantener la volemia. Del manejo renal del ion y de su relación con las concentraciones plasmáticas del bicarbonato, se infiere su importancia como parte de los mecanismos reguladores del pH extracelular. Es uno de los componentes del jugo gástrico en forma de ácido clorhídrico.
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El calcio total en un adulto es de 1 100-1 200 g o de 15-18 g/kilo. El 99% del calcio del organismo, está en el hueso en forma de cristales. El restante 1% se encuentra en los líquidos extracelulares, una parte como calcio ionizado (0.45%) y el resto unido a las proteínas del plasma, como fracción no difusible (0.55%). Por tal razón, la concentración del calcio queda mejor expresada en miligramos por decilitro, es decir de 9-11 mg%.
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Las principales funciones del calcio son:
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Actúa en la transmisión nerviosa y en la liberación de neurotransmisores, así como en la contracción de los diferentes tipos de músculo. Interviene en los procesos de hemostasia y de coagulación, también en la formación de huesos y dientes; así como en la activación de complejos enzimáticos y como segundo mensajero de hormonas y neurotransmisores.
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El potasio total en un adulto de 70 kilos es de 4 000 meq, es decir es de 160 gramos. El 98% se halla en el líquido intracelular: 150 meq/L. El restante 2% en el líquido extracelular: 4 a 6 meq/L. El potasio es mantenido en el compartimiento intracelular por un mecanismo activo, en contra de su gradiente de concentración, la bomba Na/K-ATPasa.
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Las principales funciones del potasio son:
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Mantener el potencial de membrana: movilizarse durante el potencial de acción e intervenir en la función de las células excitables (neuronas y células musculares); equilibrio ácido-base, funciones cardiovasculares y metabólicas.
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En un adulto de 70 kilos, el fósforo total es cercano a 700 g. El 85% forma parte del tejido óseo, el 14% está dentro de las células (la mayor parte en forma orgánica) y cerca del 1% se encuentra en el líquido extracelular (en forma orgánica el 70% e inorgánica el 30%). La concentración plasmática de fosfato, incluye el contenido de fósforo inorgánico: 2.5 a 4.5 mg/dl.
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Las principales funciones del fósforo son:
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Dentro de la célula forma compuestos de alta energía (ATP), como segundos mensajeros (AMPc), ácidos nucleicos, fosfoproteínas, enzimas y factores reguladores. En huesos y dientes forma los cristales de hidroxiapatita. El fósforo extracelular se intercambia de forma permanente con el óseo, actúa como buffer en el plasma, pero máxime en la nefrona distal.
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El Mg total del organismo es 25 g. Es un ion predominante intracelular y su concentración no es igual en todas las células. En el hueso se encuentra un poco más de 50% del magnesio del organismo. La concentración promedio en LIC es de 26 meq/L. En el LEC la concentración es de 1.5 a 3 meq/L. En el plasma, aproximadamente el 30% está unido a las proteínas.
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Las principales funciones del magnesio son:
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Activación intracelular de los sistemas enzimáticos para la transferencia de radicales fosfato. Síntesis de ácidos nucleicos y proteínas. Metabolismo general.