Capítulo 27: Composición y compartimientos líquidos del organismo

El agua es el principal componente de los seres vivos. En general se puede aceptar que la mitad o un poco más de la mitad del peso de un ser vivo, corresponde con el agua; el resto corresponde con sólidos. Por lo tanto, el cuerpo humano se puede considerar como una disolución acuosa, en la cual el agua constituye el solvente y las sustancias orgánicas e inorgánicas los solutos. Toda el agua que conforma un organismo vivo se denomina agua corporal total (ACT).

Factores que determinan el ACT

El ACT puede ser expresada de varias formas, la más útil de ellas es la relación entre el peso corporal total y el porcentaje o la proporción de agua. Un adulto normal presenta un contenido de ACT que fluctúa entre 50 y 70% de su peso corporal, en promedio 60%. El porcentaje restante del peso, entre 30 y 50%, son solutos. Sin embargo, la proporción de ACT no es constante durante toda la vida, varía con dos condiciones fisiológicas básicas que deben ser tenidas en cuenta siempre: edad y sexo (figura 27-1).

La edad: La proporción de agua corporal, con relación al peso, disminuye con el aumento de la edad. La mayor proporción de agua en el humano se encuentra en las primeras semanas de desarrollo embrionario, cuando el 90% del peso del embrión es agua. El recién nacido muestra una proporción de agua ligeramente menor que el embrión, debido al desarrollo celular que se ha presentado durante la vida intrauterina y varía entre 75 y 80% de su peso. A medida que aumenta la edad, el ACT continúa en disminución. Hacia el tercer mes de vida posnatal, el ACT se acerca al 70% del peso del lactante. Durante la primera y la segunda infancia, la proporción de ACT está casi sólo en función del estado nutricional y la constitución física del niño. Cuando se inicia la secreción de hormonas sexuales durante la adolescencia, se establecen las diferencias debidas al sexo, las cuales permanecen durante años con pequeñas variaciones relacionadas con el contenido de tejido graso. Con el proceso del envejecimiento, muchas funciones declinan y se presentan cambios inherentes a la edad, como la caída progresiva de la secreción hormonal, desecación de los tejidos, disminución de la actividad física acompañada de pérdida del trofismo muscular (hipotrofia muscular), etc. Estos cambios conducen a una pérdida adicional del 5% del agua corporal total.

El sexo: Por la acción metabólica de las hormonas sexuales, aparecen diferencias importantes entre hombres y mujeres al iniciarse la adolescencia. Estos cambios incluyen la composición hídrica: los andrógenos, estimulan la síntesis proteica, el aumento de masa muscular y los cambios corporales típicos de esta etapa. La grasa corporal disminuye. El hombre adulto normal, muestra un contenido de ACT de 60 a 65% de su peso. Los estrógenos redistribuyen el tejido graso pero no necesariamente lo disminuyen. El ACT de una mujer adulta normal fluctúa entre 50 y 60% del ACT.

En el cuadro 27-1 se muestra cómo se relaciona el sexo, la edad y la proporción del tejido adiposo. De forma arbitraria se han denominado como tejidos de sostén a aquellos diferentes del adiposo. Es importante aclarar que el contenido de ACT presenta muy poca variabilidad y es fijo, si se considera de forma aislada a un individuo en particular. La constancia en el peso corporal, de un día a otro, es evidencia del equilibrio hídrico que se realiza de manera constante, para mantener las condiciones internas a pesar de los continuos ingresos y egresos de agua durante un periodo de 24 horas.

Cuando se observa el contenido porcentual de ACT, en un grupo de individuos con condiciones semejantes de edad y sexo, es posible encontrar variaciones que se relacionan en esencia con la proporción de grasa del organismo. Como el contenido de agua del tejido adiposo es relativamente bajo, mientras que en el músculo es muy alto, quienes tengan mayor proporción de grasa, tendrán menor de agua.

El tejido adiposo es el más variable de todos los componentes, con oscilaciones que van desde 5 a 50%, aunque se considera que el rango normal es de 10 a 30%. El agua suele ser responsable de la mayoría de las fluctuaciones del peso corporal en plazos breves. El compartimiento graso, después del hídrico, es el más variable en los cambios de estado nutricional.

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.

La membrana celular origina dos compartimientos:

• 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.

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.

La membrana capilar o endotelio capilar separa el LEC en dos:

• Intersticial: Está en contacto con la membrana celular y con el plasma.

• Plasma: Es el componente extracelular de la sangre que se intercambia de continuo con el líquido intersticial.

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.

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).

Líquido intracelular (LIC)

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).

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.

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.

Líquido extracelular (LEC)

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.

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).

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.

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.

El líquido extracelular comprende:

• El agua localizada en los intersticios de las células (líquido intersticial).

• El agua del plasma.

• El líquido transcelular.

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.

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.

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.

Líquidos transcelulares

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.

Principales iones de los compartimientos líquidos

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.

Sodio

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.

Las principales funciones del sodio son:

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.

Cloro

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.

Las principales funciones del cloro son:

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.

Calcio

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%.

Las principales funciones del calcio son:

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.

Potasio

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.

Las principales funciones del potasio son:

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.

Fósforo

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.

Las principales funciones del fósforo son:

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.

Magnesio

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.

Las principales funciones del magnesio son:

Activación intracelular de los sistemas enzimáticos para la transferencia de radicales fosfato. Síntesis de ácidos nucleicos y proteínas. Metabolismo general.

La mayoría de los compartimientos hídricos pueden ser calculados en vivo, si utilizamos el principio de Fick, que establece que el volumen (V) de distribución de una sustancia, en un compartimiento acuoso del organismo, es igual a la cantidad de la sustancia (Q) presente en el compartimiento, dividida por su concentración en el mismo (C).

El volumen de uno de los compartimientos líquidos puede ser medido, si se añade una sustancia marcadora del compartimiento y se mide su concentración una vez que se alcance el equilibrio.

Por ejemplo, si cinco gramos de una sustancia marcadora son añadidos a un recipiente con agua, cuyo volumen se desconoce y la concentración de este marcador, una vez que se ha alcanzado el equilibrio, es de 0.1 g/dl, el contenido total de agua en el recipiente es:

Para que una sustancia pueda ser usada como marcador en un compartimiento específico debe:

• Quedar localizada en el compartimiento que se va a medir y distribuirse de forma homogénea en él.

• Ser inerte y eliminarse fácilmente.

• Ser de fácil determinación.

Los compartimientos que pueden medirse por el método de la dilución son:

• El volumen de plasma (VP), con sustancias como albúmina marcada (¹²⁵ I), azul de Evans (T-1824). Si se conoce el VP y el valor del hematócrito (Hto), se puede determinar el volumen sanguíneo: VS = VP/1 – Hto.

• El volumen del líquido extracelular (LEC), con sustancias que atraviesen la membrana capilar, pero no la celular, como inulina, manitol, tiocianato, tiosulfato, Na marcado.

• El agua corporal total (ACT), con sustancias que atraviesen la membrana capilar y la membrana celular, como antipirina, óxido de deuterio, óxido de tritio, urea.

El líquido intersticial se determina indirectamente, al restar, del líquido extracelular, el volumen del plasma: líquido intersticial = LEC – VP.

El líquido intracelular (LIC) también se determina indirectamente, al restar del agua corporal total, el LEC: LIC = ACT – LEC.

La presencia de membranas con características biofísicas propias establece la distribución del ACT y de los solutos en compartimientos hídricos, cada uno con composición y características definidas. Las propiedades de los solutos, tamaño, forma, carga y solubilidad, se deben relacionar con las propiedades de las membranas, para comprender el movimiento y el intercambio entre los compartimientos. El movimiento pasivo de los solutos para igualar su concentración, se denomina difusión, mientras que el movimiento pasivo del agua a través de una membrana se denomina ósmosis.

Difusión

Es un proceso mediante el cual, las moléculas de una sustancia tienden a alcanzar una distribución homogénea en todo el espacio que les es accesible, debido al movimiento caótico de sus partículas, que las lleva a ocupar todo el volumen disponible. Cuando las partículas de un soluto están disueltas en un solvente, también están en continuo movimiento al azar, si en una determinada zona hay mayor concentración del soluto, el choque, entre las partículas, es más frecuente, de manera que después de cierto tiempo estarán repartidas de forma homogénea en el seno del disolvente. Así se logra que cada unidad de volumen tenga la misma concentración de soluto, se ha alcanzado el equilibrio.

Difusión a través de membranas

La magnitud de la tendencia a difundir, desde una zona a otra, si está presente una membrana que separe las dos zonas, está claramente definida por la ley de difusión de Fick, que relaciona el gradiente entre las dos zonas (gradiente químico o de concentración) y las características de la membrana (grosor, área de sección transversal, permeabilidad para un determinado soluto); si el soluto es un ion, se debe tener en cuenta el gradiente eléctrico.

La ley de Fick expresa que la velocidad del movimiento de un soluto, a través de una membrana (J), es directamente proporcional a la superficie de la membrana (A) y a la diferencia de concentración del soluto entre los dos lados (Δc) e inversamente proporcional al espesor (grosor) de la membrana (Δx). Además, la velocidad de la difusión es proporcional a una constante de difusión (D), que depende de las propiedades de la membrana y de cada soluto en particular. La constante es directamente proporcional a la solubilidad del soluto e inversamente proporcional a la raíz cuadrada del peso molecular.

Este tipo específico de difusión es el de mayor importancia biológica, porque el intercambio o el paso de solutos y solventes, entre la célula y el medio que la rodea, se realiza a través de la membrana celular, mientras que el paso de solutos entre el plasma y el intersticio se lleva a cabo a través de la membrana capilar, cuyas características difieren de la membrana celular.

En forma sencilla, las membranas biológicas pueden considerarse como estructuras laminares, caracterizadas por la presencia de canales o poros de determinadas dimensiones, de tal forma que, cuando una membrana se interpone en una disolución y se establecen dos medios diferentes, el resultado final dependerá de la relación entre el diámetro de los poros o canales de la membrana y el diámetro de las partículas o solutos disueltos.

Clasificación de las membranas

De acuerdo con la permeabilidad de la membrana (determinada por la presencia o no de poros —canales— y por el tamaño de dichos poros), las membranas se clasifican en tres grupos fundamentales:

1. Membranas impermeables: Por sus características no pueden ser atravesadas por el solvente ni por solutos. En consecuencia no hay movimiento de solutos ni flujo de solvente a través de ellas y ninguno de los compartimientos, limitados por membranas impermeables, se modifica fácilmente.

2. Membranas permeables: Permiten el paso del solvente y de los solutos, sin mayores restricciones; por lo tanto, los solutos y el solvente se distribuyen uniformes de un lado y del otro de la membrana y la composición de los compartimientos es la misma.

3. Membranas semipermeables: Permiten movimiento libre de solvente, pero no de solutos. El agua fluye libre de un lado y del otro de la membrana, hasta igualar la concentración. El resultado final es que cada compartimiento mostrará igual número de partículas por unidad de volumen, sin importar la naturaleza de ellas. El movimiento de agua, propiciado por la diferencia de concentración de solutos, se denomina ósmosis.

Ósmosis

Se define como el movimiento del solvente a través de una membrana, con el fin de igualar la concentración de solutos en ambos lados de la misma. Se presupone entonces, que la membrana es semipermeable y separa dos soluciones con diferente concentración de solutos, por lo tanto permite el paso libre al agua, pero no a los solutos.

El agua tiende a atravesar la membrana, pasa de la solución más diluida (con menos partículas por unidad de volumen de agua) a la más concentrada (con más solutos por unidad de volumen de agua), hasta alcanzar el equilibrio, el cual se logra cuando las concentraciones de las dos soluciones son iguales.

Un soluto en solución produce movimiento del agua cuando no puede atravesar la membrana que lo separa del otro lado y las concentraciones iniciales son diferentes. A medida que crece la diferencia de concentración entre los lados, aumenta la “fuerza de atracción” donde hay más partículas del soluto y el movimiento de agua (ósmosis) es mayor. Se establece un flujo neto de agua hacia el lado que muestra más soluto, que continúa hasta igualar las concentraciones del soluto por unidad de solvente.

Si se quiere impedir el paso del agua (evitar el desplazamiento osmótico), se debe ejercer una presión (fuerza por unidad de área) en sentido contrario al movimiento. Esta presión se denomina “presión osmótica”.

Presión osmótica

De las propiedades de las soluciones, la presión osmótica es la que más interesa en el ser vivo, porque se relaciona con la distribución del agua en el organismo. Para comprender el concepto es indispensable recordar que por definición, una membrana semipermeable es aquella que sólo permite el paso de solvente; para que haya paso de solvente debe haber diferente concentración de soluto de lado y lado de la membrana.

La presión osmótica es función del número de partículas o de moléculas, cuando la temperatura es constante. También depende de la naturaleza del soluto, si éste es un electrólito y se ioniza, el número de partículas aumenta en forma proporcional al número de iones resultantes.

El número de partículas de soluto, presente en un volumen de agua se puede expresar por medio de la unidad específica denominada “osmol”. Cada osmol corresponde “al número de Avogadro (6.02 × 10²) de partículas”. El litro es la unidad común de volumen para el agua.

El número de partículas expresado en osmoles por unidad de volumen, se denomina osmolaridad: osmoles/litro de solución. El número de partículas expresado en osmoles por kilogramo de agua se denomina osmolalidad: osmoles/kilo de agua. El agua se mueve de un área de baja osmolalidad a una de mayor osmolalidad.

En la gráfica, que aparece a continuación (figura 27-2), se considera un recipiente separado en dos compartimientos, por una membrana semipermeable (volúmenes iguales de uno y de otro lados de la membrana). En el lado A hay 4 moléculas de soluto X, mientras que en el lado B hay la misma cantidad de solvente, pero hay ocho moléculas de soluto X. Como la membrana es semipermeable y deja pasar solvente, el agua se desplazará desde A hacia B para igualar la concentración del soluto. Después del desplazamiento osmótico, el resultado final será igual concentración en los dos compartimientos, disminución del volumen contenido en el lado A y aumento del volumen del lado B. Así, si el lado A y el B tienen inicialmente 1 litro de agua cada uno, el desplazamiento osmótico reducirá el volumen del compartimiento A hasta 0.66 litros y aumentará el volumen del compartimiento B a 1.33 litros, lo que conduce que cada compartimiento tenga el mismo número de partículas por unidad de volumen.

Si se quiere evitar que el agua pase desde el lado A al lado B, se debe ejercer una presión (fuerza por unidad de área) sobre la superficie de B o en la membrana desde el lado B, con el propósito de evitar el movimiento de agua. La presión que impide el movimiento del solvente, se denomina “presión osmótica” (figura 27-3).

La presión osmótica de una solución es la diferencia de presión, que debe existir entre la solución y su solvente puro (sin solutos), para que ésta no pase a través de una membrana semipermeable, interpuesta entre el solvente puro y la solución. Para una solución acuosa, la presión osmótica π (en atmósferas) puede ser calculada por la ecuación:

En esta ecuación V es el volumen en litros de la solución; n_o es el número de moles, de partículas de soluto, en ese volumen; T es la temperatura absoluta y R es la constante universal de los gases. Si una solución tiene la misma presión osmótica que otra, se denomina solución isoosmótica. Si es mayor, hiperosmótica; si es menor, hipoosmótica.

Además del mol, existen otras unidades cuyo propósito es expresar la relación entre soluto y solvente, al considerar propiedades particulares del soluto. Los iones se combinan entre sí proporcionalmente a sus valencias químicas, más que a sus pesos atómicos. Un equivalente de una sustancia es el peso atómico o el peso de su fórmula (en gramos), dividido por la valencia iónica. Este número brinda un índice cuantitativo de las proporciones, en que se combinan todos los tipos de iones, debido a que interactúan entre sí equivalente a equivalente y no gramo a gramo. En el caso de los iones monovalentes, 1 equivalente (peso molecular/valencia) es igual a 1 mol. Los iones que poseen dos cargas eléctricas reaccionan con dos moles de un ion monovalente, ya que requiere los 2 equivalentes, presentes en los dos moles del ion monovalente. Los iones polivalentes, debido a lo anterior, tienen un poder de combinación química mayor, relacionado con el número de cargas.

Un mol (1 equivalente) de un catión monovalente necesita 1 mol (1 equivalente) de un anión monovalente, para formar 1 mol del compuesto:

Un ion bivalente que tiene dos cargas eléctricas reaccionará con dos iones monovalentes; por tanto, 1 mol de un ion bivalente (que son 2 eq) precisa 2 moles de ion monovalente (que son dos equivalentes):

En consecuencia:

Tonicidad de los líquidos corporales

Si los líquidos intra y extracelular tienen la misma presión osmótica, ambos compartimientos son isoosmóticos, es decir, no existe flujo neto de agua a través de la membrana celular; la célula, por lo tanto, no gana ni pierde agua (no se sobrehidrata ni se deshidrata). Si, por el contrario, una solución tiene mayor osmolaridad que otra, la primera solución es hiperosmótica, con respecto de la segunda; en este caso, la segunda solución será hipoosmótica con respecto de la primera.

El término osmolaridad se refiere a la concentración de solutos en una solución comparada con otra y el efecto de movimiento de agua, cuando ellas están separadas por una membrana semipermeable.

El término tonicidad que semeja a osmolaridad, se refiere al efecto de las diferentes concentraciones de solutos no difusibles en el líquido extracelular, sobre el volumen celular. Con frecuencia se utilizan de forma indistinta, pero se debe recordar que la tonicidad hace referencia a la osmolaridad efectiva, es decir, a la que determina movimiento de agua a través de la membrana celular, para igualar la osmolaridad.

La isotonía es fundamental para mantener el equilibrio entre los componentes de los corporales (líquidos intra y extracelular, véase más adelante).

Clínicamente se consideran isotónicas a las soluciones de ClNa al 0.9% o de glucosa al 5%, ya que no alteran el equilibrio osmótico de los líquidos corporales, cuando son inyectadas intravenosas, es decir, no producirán ósmosis en ninguna dirección a través de la membrana. En cambio, cuando una célula está rodeada de una solución hipotónica, se producirá entrada de agua en la célula, ello aumentará el volumen de ésta. Por último, si la célula se rodea de una solución hipertónica, se producirá salida de agua de la célula al exterior, con la consiguiente reducción del volumen celular. A la primera situación se le denomina hiperhidratación celular y a la segunda deshidratación celular.

Como componente mayor y responsable de más de la mitad del peso de un adulto sano, la proporción del agua debe ser mantenida dentro de límites normales, por medio de mecanismos que ajusten de continuo las ganancias y las pérdidas. Los seres vivos ingresan y egresan agua, así como solutos continuamente. En periodos cortos, los ingresos o ganancias pueden exceder a los egresos o pérdidas, pero en periodos mayores, debe existir un equilibrio entre las ganancias y las pérdidas hídricas.

Ingresos o ganancias de agua

La ganancia total de agua del adulto en 24 horas, en un clima templado con una actividad física media, fluctúa entre 1 500 a 3 500 mL/día y se deriva de dos tipos de fuentes:

Exógena

Está constituida por la suma del contenido de agua de los alimentos y el agua consumida en forma líquida. La cantidad que ingresa por vía exógena es la más importante y está determinada en gran medida por factores culturales. El contenido del agua en los alimentos no líquidos puede variar de forma considerable, pero una dieta promedio de un adulto aporta cerca de 800 a 1 000 mL/día. El volumen de agua consumido como líquido presenta variaciones mayores y está determinado por factores, como las condiciones ambientales, el trabajo físico y los hábitos individuales.

Endógena

Es el agua que se produce durante la oxidación de los alimentos y corresponde a 300 o 400 mL/día: 1 g de carbohidratos proporciona 0.55 mL de agua, 1 g de proteína proporciona 0.41 mL y 1 g de grasa libera 1.07 mL. Por ejemplo, la oxidación de 1 mol de glucosa (180 g), genera 6 moles de agua (108 mL).

Egresos o pérdidas de agua

La pérdida total de agua del adulto en 24 horas en un clima templado, con una actividad física media, fluctúa entre 1 000 a 3 500 mL/día. Como se puede observar, las ganancias y pérdidas de agua deben ser iguales, en un periodo que permita los ajustes por parte de los órganos y sistemas encargados de ello. Ese tiempo es de 24 horas (figura 27-4).

Las pérdidas de agua del organismo se producen por cuatro vías (cuadro 27-5): la piel, los pulmones, el tubo digestivo y el riñón.

Pérdida de agua por la piel

La piel es una vía por la cual se pierde agua de dos formas, pasiva y activa. La pérdida pasiva de agua ocurre por desplazamiento, desde las capas más profundas y por tanto “más húmedas”, a las capas más superficiales y secas; también sucede evaporación de agua desde las mucosas y los tractos. Esta pérdida no depende en esencia de la temperatura corporal o de la temperatura ambiental, juega un papel muy importante en la termorregulación, pues la evaporación de 1 mL de agua elimina cerca de 0.58 kcal. Cerca del 25% de la pérdida de calor del cuerpo, ocurre por este mecanismo.

La pérdida activa es la que se produce por sudoración; está modificada por el ejercicio, por la temperatura corporal y la ambiental. Cuando la temperatura ambiental no excede los 30°C y la temperatura corporal es normal, la sudoración ocurre en las áreas de aposición de la piel, es decir en los pliegues. A medida que la temperatura aumenta, se compromete progresivamente la superficie corporal y la cantidad de sudor aumenta para convertirse en una pérdida considerable.

El sudor es un líquido hipoosmolar, si se compara con el plasma. De manera que una pérdida de volumen de LEC por sudoración profusa conduce a una deshidratación hiperosmolar, por hipernatremia principalmente. En el sudor también hay otros iones como potasio y cloro.

Las pérdidas de agua por piel se relacionan con la superficie corporal del individuo. En promedio fluctúan entre 400 a 600 mililitros por día.

Pérdida de agua por los pulmones

El aire que ingresa a los pulmones durante la inspiración, es una mezcla de gases con una proporción de 4:1 entre el nitrógeno y el oxígeno, respectivamente. El aire seco entra a las vías respiratorias y se humidifica, de manera que llega a los alvéolos con una proporción alta de agua en forma de vapor. Durante la espiración, el aire que sale de los pulmones lleva el agua que ganó en forma de vapor. La pérdida de agua por la respiración se modifica con la frecuencia respiratoria y con la humedad del aire. No se pierden iones, de manera que la deshidratación, producto de las pérdidas por la respiración, produce un aumento de la osmolaridad del LEC.

El ejercicio físico y el aumento de temperatura corporal aumentan la frecuencia respiratoria y son las situaciones en las que se observa una pérdida considerable de agua por la respiración. Algunas patologías que se acompañan de taquipnea (aumento de la frecuencia respiratoria) pueden conducir a deshidratación hiperosmolar.

El valor promedio de pérdida de agua de un adulto normal, por esta vía, fluctúa entre 400 a 600 mililitros en 24 horas.

Pérdidas insensibles: La suma de los volúmenes de agua que se pierden por piel y pulmones se denominan pérdidas insensibles y varían muy poco, en condiciones normales. Dependen de la superficie corporal y se modifican con los cambios en la temperatura corporal, ambiental, en la frecuencia respiratoria y en el metabolismo celular. En un adulto de 70 kilogramos son aproximadamente 1 litro/24 horas

Para calcular las pérdidas insensibles de un adulto normal, para un periodo de 24 horas, se toma en cuenta el peso:

Cuando se calculan las pérdidas insensibles en un adulto, cuya temperatura corporal está aumentada, se debe sumar entre 150 a 200 mL de agua/24 horas, por cada grado centígrado que esté aumentada la temperatura corporal, por encima del valor normal o de referencia.

Los niños tienen pérdidas insensibles, en proporción mayores que los adultos. Para un periodo de 24 horas se calculan:

El movimiento de los líquidos en los lactantes y niños difiere sustancialmente del manejo del adulto. Cambia con el aumento de peso (cuadro 27-6) y en los recién nacidos, las necesidades de líquidos se modifican en periodos muy cortos.

Pérdida de agua por tracto digestivo

El tubo digestivo moviliza una gran cantidad de agua en las dos direcciones, de la luz intestinal hacia el LEC y desde el LEC hacia la luz. El volumen de líquidos que se vierte en el tubo digestivo, que forma parte de las secreciones digestivas, es considerable; en un adulto normal es de 7-9 litros en 24 horas, de los cuales 1-1.5 litros provienen de la dieta. Sin embargo, la pérdida de agua y de iones por el tubo digestivo es muy pequeña. La mayor parte se reabsorbe y tan sólo se eliminan en las heces de 100 a 200 mL de agua/día.

El tubo digestivo constituye una vía potencial de pérdida de agua y de iones de la mayor importancia. Trastornos como la diarrea y el vómito, alteraciones en la motilidad de tubo digestivo, pueden traer consecuencias muy graves en el equilibrio y balance hidroelectrolítico. Las alteraciones que comprometen el tracto digestivo alto, como puede ocurrir cuando hay vómito profuso, van a conducir a una deshidratación con pérdida de iones, entre los que sobresalen cloro (jugo gástrico), potasio (saliva y jugo gástrico) e hidrogenión (jugo gástrico). Por consiguiente, la deshidratación por vómito puede acompañarse de alcalosis, hipocloremia e hipopotasemia. La diarrea en cambio, produce deshidratación con pérdida abundante de bicarbonato (jugo pancreático e íleon) y potasio (depende del flujo). Los otros iones que también se pierden durante la diarrea lo hacen en concentraciones semejantes a la plasmática.

Pérdidas de agua por el riñón

El órgano encargado de mantener el equilibrio hídrico es el riñón, como se discutirá en el capítulo 31. Los egresos de agua por el riñón dependen de los ingresos o ganancias y de las pérdidas por otras vías, de forma tal que, si se aumentan los ingresos en la dieta, el riñón aumenta la eliminación para lograr el equilibrio; si aumentan las pérdidas por cualquier vía, el riñón las disminuye.

Aplicación clínica

Don Pedro de 40 años es conductor de un vehículo de servicio público, ingresa al servicio de urgencias con un cuadro de vómito y diarrea de 24 horas de evolución, compatible con una intoxicación alimentaria. Antes de su enfermedad su peso era de 75 kilogramos y el ACT de 60%. Ahora pesa 73 kilogramos, la frecuencia respiratoria es de 25/minuto y la temperatura corporal es de 39°C.

Con los datos anteriores, responda las siguientes preguntas:

1. ¿Antes de la intoxicación, cuánta agua tenía don Pedro en el LIC y cuánta en el LEC?

2. ¿Si se acepta, que durante una deshidratación aguda el compromiso del LIC es mínimo, cuál es el volumen del plasma y cuál el intersticial, cuando llega a la consulta?

3. Las pérdidas por vómito ¿cómo afectan la composición iónica del plasma?

4. Las pérdidas por diarrea ¿cómo alteran el ionograma de don Pedro?

5. ¿Qué importancia tiene la frecuencia respiratoria y la temperatura corporal de don Pedro en la patología que está presentando?

6. ¿Cómo estará la osmolaridad del LEC comparada con la del LIC?

RESPUESTAS

1. Antes de la intoxicación, si don Pedro pesaba 75 kilogramos y su ACT era del 60% (45 kilos o litros), el LIC corresponde a 2/3 del ACT o sea 30 litros y el LEC a 1/3 del ACT o sea 15 litros.

2. Cuando llega a la consulta ha perdido 2 kilos de peso por diarrea, vómito, sudoración (por la fiebre) y por respiración (aumento de la frecuencia respiratoria). Si se considera que una pérdida aguda compromete poco el LIC, los dos litros o kilos de peso que ha perdido don Pedro, se deben restar del LEC, proporcionalmente entre el plasma y el intersticio. Entonces el LEC ya no es 15 litros sino 13 litros; el intersticio tiene un volumen de 9.75 litros y el plasma muestra un volumen de 3.25 litros.

3. Por vómito se pierden iones, principalmente hidrogeniones, cloruro y potasio. El plasma de un individuo que vomita debe tener cambios en el pH, alcalosis, porque está eliminando hidrogeniones, cambios en la cloremia, hipocloremia y cambios en la potasemia, hipopotasemia.

4. En la diarrea se eliminan las secreciones intestinales bajas, como son el jugo intestinal, la secreción biliar y la pancreática. El ionograma mostraría una disminución de potasio (algunas secreciones del colon tienen abundante potasio), disminución de bicarbonato y en consecuencia una acidosis.

5. El aumento de la frecuencia y de la temperatura corporal tienen un efecto importante sobre las denominadas pérdidas insensibles. En el caso de don Pedro, por cada grado de temperatura corporal que se aumente, por encima de lo normal, en adición se pierden, en promedio, 200 mL/24 horas. La fiebre y el cambio en el pH (si es una acidosis) estimulan el centro respiratorio bulbar y se aumenta la frecuencia respiratoria, lo que contribuye al aumento de la deshidratación.

6. Es posible que la osmolaridad del plasma de don Pedro esté aumentada. Las pérdidas por tubo digestivo son isoosmolares, pero las pérdidas por piel y especialmente las pérdidas por pulmón son hipoosmolares. Por ello, la osmolaridad del LEC tiende a estar aumentada, si se compara con la del LIC.