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Apunte agua

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Academic year: 2020

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BIOELEMENTOS

El análisis químico de la materia viva revela que los seres vivos están formados por una Serie de elementos y compuestos químicos. Los elementos químicos que forman parte de la materia viva se denominan bioelementos, que, en los seres vivos, forman moléculas, que podemos clasificar en:

· Inorgánicas o Agua

o Sales minerales

o Algunos gases: O2, CO2, N2, ...

· Orgánicas o Glúcidos o Lípidos o Proteínas

o Ácidos Nucleicos

En cualquier ser vivo se pueden encontrar alrededor de setenta elementos químicos, pero no todos son indispensables ni comunes a todos los seres. Atendiendo a su abundancia se pueden clasificar en:

a) Bioelementos primarios, que aparecen en una proporción media del 96% en la materia viva, y son carbono, oxigeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Estos elementos reúnen una serie de propiedades que los hacen adecuados para la vida:

· Forman entre ellos enlaces covalentes muy estables, compartiendo pares de electrones. El carbono, oxígeno y nitrógeno pueden formar enlaces dobles o triples.

· Facilitan la adaptación de los seres vivos al campo gravitatorio terrestre, ya que son los elementos más ligeros de la naturaleza.

b) Bioelementos secundarios, aparecen en una proporción próxima al 3,3%. Son: calcio, sodio, potasio, magnesio y cloro, desempeñando funciones de vital importancia en fisiología celular.

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AGUA

Conceptos básicos

El agua es el principal e imprescindible componente del cuerpo. Los animales no pueden estar sin beberla más de cinco o seis días sin poner en peligro su vida. El cuerpo tiene un 75 % de agua al nacer y cerca del 60 % en la edad adulta. Aproximadamente el 60 % de este agua se encuentra en el interior de las células (agua intracelular). El resto (agua extracelular) es la que circula en la sangre y baña los tejidos.

En las reacciones de combustión (metabolismo) de los nutrientes que tiene lugar en el interior de las células para obtener energía se producen pequeñas cantidades de agua. Esta formación de agua es mayor al oxidar las grasas – 1 gr. de agua por cada gr. de grasa -, que los glúcidos-0,6 gr. por gr.de glucógeno-. El agua producida en la respiración celular se llama agua metabólica, y es fundamental para los animales adaptados a condiciones desérticas. Si los camellos pueden aguantar meses sin beber es porque utilizan el agua producida al quemar la grasa acumulada en sus jorobas.

El papel primordial del agua en el metabolismo de los seres vivos se debe sus propiedades físicas y químicas, derivadas de la estructura molecular.

A temperatura ambiente es líquida, al contrario de lo que cabría esperar, ya que otras moléculas de parecido peso molecular (SO2, CO2, SO2, H2S, etc.) son gases.

Estructura y propiedades del agua

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hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras cuatro moléculas unidas por puentes de hidrógeno permite que se forme en el agua (líquida o sólida) una estructura de tipo reticular, responsable en gran parte de su comportamiento anómalo y de la peculiaridad de sus propiedades fisicoquímicas.

PROPIEDADES DEL AGUA

ACCIÓN DISOLVENTE

El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares o con carga iónica (alcoholes, azúcares con grupos R-OH, aminoácidos y proteínas con grupos que presentan cargas + y - , lo que da lugar a disoluciones moleculares. También las moléculas de agua pueden disolver a sustancias salinas que se disocian formando disoluciones iónicas.

En el caso de las disoluciones iónicas, los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados.

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ELEVADA FUERZA DE COHESIÓN.

Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático. Algunos seres vivos, como los anélidos, presentan esqueletos hidrostáticos que funcionan a partir de la contracción muscular.

ELEVADA FUERZA DE ADHESIÓN

Esta fuerza está también en relación con los puentes de hidrógeno que se establecen entre las moléculas de agua y otras moléculas polares y es responsable, junto con la cohesión del llamado fenómeno de la capilaridad. Cuando se introduce un capilar en un recipiente con agua, ésta asciende por el capilar por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente, donde la presión que ejerce la columna de agua se equilibra con la presión capilar. En veterinaria se aprovecha este fenómeno con la sangre para establecer parámetros cuando ingresa un paciente en el consultorio al extraer sangre y evaluarla mediante el hematocrito.

GRAN CALOR ESPECÍFICO

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ELEVADO CALOR DE VAPORIZACIÓN.

Sirve el mismo razonamiento, también los puentes de hidrógeno son los responsables de esta propiedad. Para evaporar el agua, primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa. Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de 20º C y presión de una atmósfera (760 mm de Hg).

Las funciones del agua, íntimamente relacionadas con las propiedades anteriormente descriptas, se podrían resumir en los siguientes puntos:

 En el agua del cuerpo tienen lugar las reacciones que permiten la vida. Forma el medio acuoso donde se desarrollan todos los procesos metabólicos que tienen lugar en nuestro organismo. Esto se debe a que las enzimas (catalizadores biológicos) necesitan de un medio acuoso para que su estructura tridimensional adopte una forma activa.

 Debido a la elevada capacidad de evaporación del agua, se puede regular la temperatura, sudando o perdiéndola por las mucosas, cuando la temperatura exterior es muy elevada; es decir, contribuye a regular la temperatura corporal mediante la evaporación de agua a través de la epidermis o con el jadeo en el caso de los perros.

 Posibilita el transporte de nutrientes a las células y de las sustancias de desecho desde las células. El agua es el medio por el que se comunican las células de nuestros órganos y por el que se transporta el oxígeno y los nutrientes a nuestros tejidos. El agua es también la encargada de retirar de nuestro cuerpo los residuos y productos de deshecho del metabolismo celular.

 Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando hidrogeniones (H3O+) o hidroxilos (OH-) al medio.

IONIZACIÓN Y EQUILIBRIO IÓNICO DEL AGUA:

El agua pura es un electrolito débil que se disocia en muy baja proporción en sus iones hidronio o hidrógeno H3O+(también escrito como H+) e hidróxido o hidroxilo OH–.

De todos modos, dos moléculas polares de agua pueden ionizarse debido a las fuerzas de atracción por puentes de hidrógeno que se establecen entre ellas. Aunque lo haga en baja proporción, esta disociación del agua en iones, llamada ionización, se representa según la siguiente ecuación:

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Al producto de la concentración de iones hidronio (H3O+) por la concentración de

iones hidróxido o hidroxilo (OH−) se le denomina producto iónico del agua y se representa como Kw. Las concentraciones de los iones H+y OHse expresan en

moles / litro (molaridad).

Este producto tiene un valor constante igual a 10−14a 25º C, como se grafica en la

siguiente ecuación:

Debido a que en el agua pura por cada ion hidronio (o ion hidrógeno) hay un ion hidróxido (o hidroxilo), la concentración es la misma, por lo que:

De esta expresión se deduce que las concentraciones de hidronios (también llamada de protones) (H+) y de hidroxilos (OH-) son inversamente proporcionales; es decir, para que el valor de la constante de disociación se mantenga como tal, el aumento de una de las concentraciones implica la disminución de la otra.

IONIZACIÓN DEL AGUA Y EL PH

El agua no es un líquido químicamente puro, ya que se trata de una solución iónica que siempre contiene algunos iones H3O+y OH–. (Ya vimos que se utiliza el símbolo H+, en lugar de H

3O+).

También ya mostramos el producto [H+]•[OH-]= 10–14, que se denomina producto

iónico del agua. Pues bien, ese valor constituye la base para establecer la escala de pH, que mide la acidez o alcalinidad de una disolución acuosa; es decir, su concentración de iones [H+] o [OH], respectivamente.

El pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución. Lo que el pH indica exactamente es la concentración de iones hidronio (o iones hidrógeno) -[H3O+] o solo [H+] - presentes en determinadas sustancias. La sigla pH significa "potencial de hidrógeno" (pondus Hydrogenii o potentia Hydrogenii; del latín pondus, = peso; potentia, = potencia; hydrogenium, = hidrógeno).

Este término fue acuñado por el químico danés Sorensen, quien lo definió como el logaritmo negativo de base 10 de la actividad de los iones hidrógeno.

Desde entonces, el término "pH" se ha utilizado universalmente por lo práctico que resulta para evitar el manejo de cifras largas y complejas. En disoluciones diluidas, en lugar de utilizar la actividad del ion hidrógeno, se le puede aproximar empleando la concentración molar del ion hidrógeno.

Por ejemplo, una concentración de [H3O

+] = 1 × 10–7M (0,0000001) es simplemente

un pH de 7 ya que: pH = –log [10–7] = 7.

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FUNCIONES DEL AGUA

Las funciones del agua se relacionan íntimamente con las propiedades anteriormente descritas. Se podrían resumir en los siguientes puntos:

1. Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas 2. Amortiguador térmico

3. Transporte de sustancias

4. Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos 5. Favorece la circulación y turgencia

6. Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos

7. Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando hidrogeniones o hidroxilos al medio.

8. Ósmosis y presión osmótica: Si tenemos dos disoluciones acuosas de distinta concentración separadas por una membrana semipermeable (deja pasar el disolvente pero no el soluto), se produce el fenómeno de la ósmosis (también osmosis) que sería un tipo de difusión pasiva caracterizada por el paso del agua (disolvente) a través de la membrana semipermeable desde la solución más diluida (hipotónica) a la más concentrada (hipertónica), este proceso continuará hasta que las dos soluciones tengan la misma concentración (isotónicas o isoosmóticas).

Entendiéndose entiende por presión osmótica la presión que sería necesaria para detener el flujo de agua a través de una membrana semipermeable. La membrana plasmática de la célula puede considerarse como semipermeable, y por ello las células deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos que las bañan.

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Y si por el contrario los medios extracelulares se diluyen, se hacen hipotónicos respecto a la célula, el agua tiende a entrar y las células aumentan de tamaño, se vuelven turgentes (turgescencia), llegando incluso a estallar (lisis celular). Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos se hacen

hipertónicos respecto a la célula, y ésta pierde agua, se deshidrata y mueren (plasmólisis o plasmolisis).

Los líquidos presentes en los organismos son dispersiones de diversas sustancias en el seno del agua. Según el tamaño de las partículas se formarán dispersiones moleculares o disoluciones verdaderas como ocurre con las que se forman con las sales minerales o por sustancias orgánicas de moléculas pequeñas, como los azúcares o aminoácidos.

Las partículas dispersas pueden provocar además del movimiento de ósmosis otros dos: la diálisis en este caso pueden atravesar la membrana además del disolvente, moléculas de bajo peso molecular y éstas pasan atravesando la membrana desde la solución más concentrada a la más diluida. Es el fundamento de la hemodiálisis que intenta sustituir la filtración renal deteriorada.

La difusión sería el fenómeno por el cual las moléculas disueltas tienden a distribuirse uniformemente en el seno del agua. Puede ocurrir también a través de una membrana si es lo suficientemente permeable.

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COMPARTIMIENTOS DE LOS LÍQUIDOS EN EL ORGANISMO

El agua representa el componente más abundante en el cuerpo. Constituye aproximadamente el 60 por ciento de su peso corporal total.

Clasificación/Componentes del Agua/Líquido Corporal

El cuerpo se puede subdividir en varios fluidos o líquidos dentro de ciertos compartimientos especializados del organismo. Básicamente existen dos tipos de líquidos o compartimientos del cuerpo, a saber, el líquido extracelular (LEC) y el líquido intracelular (LIC).

LÍQUIDO EXTRACELULAR

Este tipo de fluido constituye el ambiente inmediato (interno) para las células que baña. Es el líquido que se halla por fuera de las células (las rodea). Representa aproximadamente el 20% del peso corporal. Posee una gran importancia para la función homeostática del organismo. Esto se debe a que dentro de este líquido las células son capaces de vivir, desarrollarse y efectuar sus funciones especiales mientras dispongan en el medio interno de concentraciones adecuadas de oxígeno, glucosa, diversos aminoácidos y sustancias grasas.

Los compuestos disueltos del líquido extracelular incluyen grandes cantidades de iones de sodio, cloruro y bicarbonato. Además, contiene elementos nutritivos vitales para la sobrevivencia de las células, tales como oxígeno, glucosa, ácidos grasos y aminoácidos.

En adición, este compartimiento celular cuenta con una variedad de desechos metabólicos, entre los cuales encontramos el dióxido de carbono (el cual es transportado desde las células a los pulmones) y otros productos de excreción celular que son transportados hacia los riñones.

El líquido extracelular se caracteriza por hallarse en movimiento constante por todo el cuerpo. Además, continuamente se intercambia con la circulación sanguínea y por difusión entre la sangre y los espacios tisulares.

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Líquido Intersticial

Este tipo de fluido es el que completa los espacios microscópicos entre las células y los tejidos. Se encuentra entre los espacios vasculares y las células. Es similar al plasma excepto que contiene muy pocas proteínas. Cuando se produce enfermedad, un incremento en el líquido intersticial se refleja en edema; una falta de líquido intersticial produce deshidratación. El líquido intersticial es relativamente mayor en volumen en lactantes que en adultos.

El plasma. Representa el líquido extracelular existente en los vasos sanguíneos,

la porción líquida de la sangre.

Representa el componente dinámico del líquido extracelular. Constituye el 15-20% del líquido extracelular. Algunas de las funciones del plasma son el intercambio oxígeno, nutrientes, desechos y otros productos metabólicos con el líquido intersticial al pasar la sangre a través de los vasos capilares del cuerpo. De esta manera se refresca continuamente el líquido intersticial que baña las células.

Líquido transcelular. Es un tipo particular que incluye el líquido cefalorraquídeo,

intraocular, pleural, peritoneal y sinovial. El líquido en el tracto gastrointestinal, aunque transcelular, también puede considerarse extracorpóreo. Las colecciones patológicas de trasudado transcelular se denominan de acuerdo al sitio: ascitis (cavidad peritoneal), derrame pleural (cavidad pleural) y derrame pericárdico o hidropericardio (saco pericárdico).

LÍQUIDO INTRACELULAR

El fluido intracelular representa aquel que se halla dentro de las células. Constituye el 40% del peso corporal. Se compone de grandes cantidades de iones de potasio, magnesio y fosfato, al compararse con los iones de sodio y cloruro que se encuentran en el líquido extracelular. En adición, cuenta con mecanismos especiales para transportar iones a través de las membranas celulares conservan estas diferencias entre los líquidos extracelular e intracelular.

ELECTROLITOS

El movimiento de líquido en el cuerpo está determinado en gran parte por cambios en el equilibrio de electrólitos, especialmente la concentración de sodio. Los compuestos químicos en solución pueden permanecer intactos o pueden disociarse. Ejemplos de las moléculas que permanecen intactas son dextrosa, creatinina y urea. Son no electrólitos. Las que se disocian` en solución se degradan en partículas separadas conocidas como iones. Los compuestos que se comportan de esta forma se conocen como electrólitos. Han atravesado el proceso de ionización y tienen una función importante en el mantenimiento del equilibrio ácido-base. Cada una de las partículas disociadas, o iones, de un electrólito lleva una carga electrolítica, ya sea positiva o negativa.

Existen varios electrólitos biológicamente importantes. Los cationes, o iones cargados positivamente, en el líquido corporal incluyen sodio (Na+), potasio (K+),

calcio (Ca+2) y magnesio (Mg+2). Los aniones, o iones cargados negativamente, en

el líquido corporal incluyen cloro (Cl-), bicarbonato (HCO

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Cada compartimento líquido tiene su propia composición electrolítica, que difiere de la del otro. Los miliequivalentes (mEq) indican el número de cargas iónicas o uniones electrovalentes en la solución ionizada en cada compartimento. En el tratamiento de un paciente particular, se obtienen los niveles sanguíneos de electrólitos. Estos niveles miden los electrólitos en el compartimento intravascular pero no dan una medida verdadera de los electrólitos en el propio espacio celular.

elevada de potasio produce un efecto clínico sobre el músculo cardíaco. Un nivel extracelular bajo de potasio puede producir síntomas de lasitud y debilidad, con pérdida del tono tanto del músculo liso como estriado. Puede observarse fallo circulatorio en un período de tiempo.

COMPOSICION IONICA DE LOS LIQUIDOS DEL ORGANISMO

La composición de los dos compartimentos principales, extracelular e intracelular, difieren en forma significativa. Además, ningún compartimento es completamente homogéneo, y también varían los diversos tipos celulares que los componen. Por supuesto, la amplia diferencia en la composición de los compartimentos intracelular y extracelular es el resultado de barreras de permeabilidad y mecanismos de transporte, tanto activos como pasivos, que existen en las membranas celulares. Dentro de los factores que determinan el movimiento entre los distintos compartimentos, la ósmosis es el principal factor que determina la distribución de los líquidos en el organismo. La osmolaridad de todos los fluidos orgánicos es el resultado de la suma de electrolitos y no electrolitos presentes en un compartimento. Un organismo fisiológicamente estable mantiene una presión osmótica casi constante y uniforme en todos los compartimentos. Cuando se producen cambios de concentración de solutos confinados preferentemente en un compartimento, se trata de restablecer el equilibrio osmótico mediante la redistribución del disolvente, el agua. Por lo tanto, un cambio en un compartimento como el vascular tiene repercusión en el intracelular.

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COMPOSICIÓN DEL LÍQUIDO EXTRACELULAR

La composición del líquido extracelular es muy distinta a la del líquido intracelular. En cambio, la composición de los diferentes espacios en que se divide el líquido extracelular es muy parecida.

En el suero, el sodio (Na+) es el catión predominante y alcanza una concentración

media de 142 mEq/L (normal: 136-145 mEq/L). Las concentraciones de otros cationes como el potasio (K+), el calcio (Ca+2) y el magnesio (Mg+2) son mucho

menores. El K+tiene una concentración media de 4 mEq/L (normal: 3,5-5,0 mEq/L)

el Ca+2de 5 mEq/L (normal: 3,5-5,5 mEq/L) y el Mg+2de 2 mEq/L (normal: 1,5-2,5

mEq/L). Los iones hidrógeno (H+) se hallan a una concentración muy baja (4 x 10-5

mEq/L), pero ésta es crítica, ya que de ella depende el pH del medio (pH de 7.4 ). El anión predominante en el suero es el cloro (Cl-) cuya concentración es de

alrededor de 103 mEq/L (normal: 96-106 mEq/L), seguido del ión bicarbonato (COH3) de 26 mEq/L (normal: 24-27 mEq/L) y de las proteínas de

aproximadamente 6-8 gr/dl. En cantidades menores, se hallan los iones sulfato (SO-), fosfatos (HPO

4y H2PO4 -) y diversos ácidos orgánicos. Entre estos últimos,

figuran el ácido láctico, pirúvico, cítrico y otros procedentes del metabolismo de los hidratos de carbono, de los lípidos, así como de diferentes aminoácidos. En condiciones normales, la concentración de los ácidos orgánicos es muy baja, inferior a 1 mEq/L, excepto para el ácido láctico.

La composición iónica del líquido intersticial es muy parecida a la del suero, pero no idéntica. Las proteínas, debido a su elevado peso molecular, apenas difunden al líquido intersticial y su concentración en este medio es inferior a 2 gr/dL.

COMPOSICION DEL LÍQUIDO INTRACELULAR

Referencias

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