PROTEINAS Y VOLUMEN PRIN CIPIO DE GIBBS-DONNAN :

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2. clic OBJETIVOS Se explicarán los fenómenos que contribuyen a la regulación del volumen plasmático, intersticial e intracelular, en relación a la presencia de una membrana semipermeable que separa los diferentes espacios Es muy común la necesidad de reponer líquidos, ya sea por vía oral o por infusión endovenosa. Es necesario tener una hipótesis previa en cuanto al fenómeno presente. El estado estacionario asegura un intercambio adecuado y la falta de balance generalmente se observa como cambios en las estructuras tisulares llamada edema Se desarrolla en esta clase el principio de Gibbs-Donnan, que permite una apreciación cuantitativa de los procesos de intercambio en una membrana semipermeable, que dificulta el paso de proteínas. El modelo propone impermeabilidad para las proteínas, lo que debe después ajustarse con la realidad biológica. 50% de las proteínas plasmáticas se intercambian al cabo de una jornada y son reabsorbidas, junto con el agua, por la circulación linfática Lea la clase Ecuación de Nernst

3. PRINCIPIO GIBBS-DONNAN 4 Modelo de Starling Modelo capilar 20 Menú general

4. PRINCIPIO de 180 180 clic clic 180 180 GIBBS- DONNAN 180 180 Con el Principio de Gibbs- Donnan se analizan aspectos específicos de un sistema que contiene iones o moléculas que no atraviesan la membrana epitelial o celular. Para entender este fenómeno de manera cuantitativa se puede proponer un modelo que contiene inicialmente igual concentración de cloruro y de sodio, tanto en el espacio intra como extracelular. Las proteínas son moléculas de alta complejidad, que presentan numerosas cargas negativas a pH intracelular normal. En este modelo se supone que no atraviesan la membrana. Al añadir 10 mM de proteínas, con 18 cargas negativas cada una, completan un total de 180 cargas negativas que deberán acompañarse por igual número de cargas positivas o de sodio. . . Menú 1 de 2

5. PRINCIPIO de clic clic aumentadas Partículas GIBBS- DONNAN 180 La electroneutralidad se cumple cuando las cargas negativas (Pr -y Cl -) igualan las cargas positivas ( Na+) por reordenamiento con el lìquido extracelular. Obviamente, como las proteínas no pueden difundir , se genera un aumento intramembrana de partículas. El aumento de las cargas negativas de las proteínas debe acompañarse de iones sodio con cargas positivas y redistribución de los iones cloruro. ------ Las partículas en exceso producen una atracción del agua extracelular que se puede cuantificar y generan un gradiente de presión osmótica entre los espacios transmembrana. . ++++ ------ La nueva distribución significa retención de proteínas y aumento de iones difusibles (sodio y cloruro en este modelo simplificado), es decir dos efectos que generan la presión osmótica. Menú 2 de 2

6. Aspectos Físicos Generales Modelo de Starling Presión hidrostática Presión de Filtración Presión osmótica Presión Neta de filtración Menú general

7. Aspectos Físicos Generales Presión absoluta Presión relativa Hidrostática Presión osmótica Menú general

8. Existen numerosas variables que se usan de manera confusa y es necesario ajustar los conceptos fisiológicos a las definiciones físicas. clic clic clic FISICA FISIOLOGIA PRESION se expresa como peso ( p ) de una columna líquida de cierta altura (h = cm) y de superficie unitaria (S = 1cm2 ) PRESION ABSOLUTA: es la fuerza ejercida por unidad de superficie P = dinas/cm2 p =r * g * h P =rH20 * g * hH20 = r Hg* g * hHg P = F / S = dinas / cm2 El peso específico (r) vale 1 g / cm3 para el agua y 13.6 g / cm3 para el mercurio (Hg) También suele expresarse como el peso de una columna líquida por unidad de superficie, que se equilibra con la presión ejercida sobre el líquido. P =1 * hH20 = 13.6 * hHg El peso o fuerza ( p, F ) es igual al peso específico ( r = gr / cc) del líquido por la aceleración de la gravedad ( g ) y por la altura ( h, cm) de la columna por cada centímetro cuadrado de superficie La forma común de expresión es en mmHg o cmH20 1 mmHg es equivalente a 1.3 cmH20 1 cmH20 es equivalente a 0.73mmHg MENU 1 de 4

9. r P = g h clic b P P b b 760 0 760 P = 760 mmHg absoluta P = 0 mmHg relativa MANOMETRO Es un instrumento que permite medir presiones relativas y no absolutas pues compara las presiones desconocidas o a medir, con la de referencia que es la presión barométrica. Sus unidades son cm de H20 o mm de Hg. PRESIONES ESTATICAS BAROMETRO Es un instrumento que permite medir las presiones absolutas que en general se expresan en atmósferas (Atm) unidad equivalente a 760 mmHg. El kPascal es equivalente a 7,5 mmHg y el Torr a 1 mmHg. MENU 2 de 4

10. El cero del sistema se obtiene cuando elmanómetro está desconectado o ambas ramas están en contacto con el medio ambiente; como no hay diferencia entre los meniscos se acepta que la presión es cero. clic clic clic Lapresión barométrica absoluta o medida con unbarómetro es 760 mmHg. Lapresión barométrica relativao medida con un manómetro en U es 0 cmH20 o 0 mmHg según el líquido que lo llena. Cuando se llena conaguael peso de la columna líquida es proporcional al peso específico de 1 g/cc y a su altura; la unidad es cm H2O. Una presión arterial de 164 cmH20 es equivalente a 120 mmHg (1cmH20 = 0,73mmHg). . . Cuando se llena conmercurioel peso de la columna líquida es proporcional al peso específico de 13.6 g/cc y a su altura; la unidad es mmHg. Cuando una presión es de 120 mmHg es equivalente a 164 cmH20 (1mmHg= 1,3 cmH20). MENU 3 de 4

11. 750 < 760 750 – 760 = -10 P < Pb < 0 clic clic Pb P = x P = x 0 P absoluta = 760 P relativa = P - Pb = 0 Si el menisco desciende en la rama conectada al recipiente la presión medida es mayor que la barométrica. Presión + supra atmosférica Cuando se conecta un manómetro a un recipiente cuya presión se desconoce y ella es igual a la barométrica los meniscos se mantienen sin modificación. P=0 Si el menisco asciende en la rama conectada al recipiente la presión medida es menor que la barométrica. Presión – sub atmosférica MENU 4 de 4

12. ENERGIA PV EFECTIVA ENERGIA m g h GRAVITACIONAL Cuando los fluidos están en reposo la energía total del sistema (Et) es la ENERGIA ESTATICA ( Eest ), que tiene un componente estático efectivo ( Eef ) y otro estático gravitacional ( Egrav ). Su valor cambia con la presión ( P ), con el volumen ( V ), con la masa de fluido ( m ), con la aceleración de la gravedad ( g ) y con la altura de la columna del fluido ( h ). HIDROSTATICA Et = Eest = ( Eef + Egrav ) Et = Eest = ( PV + m g h ) MENU 1 de 3

13. En fisiología es común el uso de la variable presión en razón de que la energía expresada por unidad de volumen es la presión total de un fluido. Et / V = Pt HIDROSTATICA PRESION EFECTIVA = Pt V / V = Pe = P PRESION GRAVITACIONAL = ( m / V ) g h = d g h = P g = G PRESION TOTAL = Pest = P + G = P + d g h MENU 2 de34

14. Pt = 1 P = 0 G = 1 1 1 1 Pt = 1 P = 0.5 G = 0.5 2 2 2 Pt = 1 P = 1 G = 0 3 3 3 Según elPRINCIPIO DE PASCAL todos los puntos de un mismo plano horizontal tiene la misma PRESION ESTATICA EFECTIVA (P) y como son puntos que están a la misma altura tienen la misma PRESION GRAVITACIONAL (G). SUPERFICIE DEL LIQUIDO Pt1 = 1 P1 = 0 G1 = 1 En la parte superior del líquido toda la energía del sistema se manifiesta como ENERGIA GRAVITACIONAL (G) O POTENCIAL, que no puede ser medida salvo cuando se transforma en PRESION EFECTIVA (P). FONDO DEL RECIPIENTE Pt3 = 1 P3 = 1 G3 = 0 En la capa del fondo del recipiente hay una columna líquida que ejerce una PRESION GRAVITACIONAL (G) y toda la energía se ha transformado en PRESION ESTATICA EFECTIVA (P). MENU 3 de 3

15. clic Cuando hay un soluto, conectado con unasolución PRESION OSMOTICA a través de una membrana semipermeable ( impide el paso de los solutos de la solución) normalmente el solvente difunde hacia la solución atraído por las partículas de soluto, por lo que aumenta su volumen. La presión osmótica es la fuerza por unidad de superficie que se debe ejercer para que el solvente no se desplace entre ambos recipientes MENU 1 de 1

16. clic Existe siempre dificultad para asociar el análisis y la nomenclatura usada en física con las habituales en fisiología y clínica. El modelo de Starlling es un capilar simplificado, donde no se incorpora la acción de la aceleración de la gravedad (presión gravitacional ) y el flujo se mantiene sin movimiento, es decir no se incorpora la presión cinética en el análisis. La Presión Hidrostática del modelo es equivalente a la Presión Estática Efectiva que se usa en física y se ha mostrado en las pantallas anteriores. Son presiones relativas, ya que por la forma en que son medidas, se comparan con la presión barométrica. Para un individuo con presión arterial normal, en un capilar habrá una oscilación permanente de la presión por la actividad cardiaca. Además presentará una mayor presión en un capilar de las piernas comparado con uno de los brazos, pues existe una presión gravitacional que se añade por la mayor columna líquida. Se podría seguir añadiendo modificaciones como realización de esfuerzo, cambio de temperatura, posición de pié o acostado, cambios hormonales Es decir, que comprender el modelo es el comienzo de un análisis que se complica a infinito añadiendo variaciones normales o patológicas. MENU 4 de 4

17. clic clic Entender el Principio Gibbs - Donnan es fundamental para encarar numerosos aspectos de aplicación práctica en el balance de líquidos y electrolitos. MODELO De STARLING El hecho de que las proteínas estén en gran medida retenidas en el espacio vascular y celular, determina una desigual distribución iónica, de cargas eléctricas y de agua. La presencia de mayor número de cargas positivas intracelulares, genera un desequilibrio eléctrico, de menor importancia que el generado por la difusión de potasio analizado para el transporte activo de ese ión. Pero existe un potencial eléctrico de aproximadamente 1 miliVolt, de valor negativo intracelular debido a este fenómeno. No suele mencionarse por su baja incidencia pero no puede ignorarse su existencia. . . La presencia de proteínascircunscritas parcial o totalmente al capilar del sistema circulatorio determina la reabsorción de agua luego de los procesos de filtración por presión hidrostática y conduce a la retención de agua en la célula y en el sistema circulatorio. Starling describe el fenómeno como presión osmótica de las proteínas o presión oncótica y es fundamental en la .............................. comprensión del funcionamiento renal y el balance ....................... líquido en los diferentes espacios del organismo. Menú 1 de 3

18. La Presión se define en física como una fuerza por unidad de superficie y se llama hidrostática(o hidráulica) al describir fluidos estáticos, sin movimiento, en filtración Ph clic clic Pf Pi + Ph Pi - Pf PRESIÓN HIDROSTÁTICA Ph Ph = F * S = dinas / cm2 = mmHg = cmH20 Pf Las unidades dependen del sistema de medición PRESIÓN DE FILTRACIÓN (Pf) se refiere a la fuerza que favorece el paso de líquido a través de la membrana capilar. Si en el espacio fuera de la membrana hay una presión intersticial ( Pi ), que es negativa, la presión de filtración ( Pf ) aumentará con respecto a la hidrostática (o hidráulica) . Si hay una presión intersticial ( Pi ) en el espacio fuera de la membrana, que es positiva la presión de filtración ( Pf ) disminuirá con respecto a la hidrostática (o hidráulica) Pf = Ph -Pi Si dentro del tubo hay sustancias que no atraviesan la membrana, generalmente proteínas o grandes moléculas, se genera una presión osmótica(Po)(se refiere a partículas en general.) u oncótica(Po) (se refiere a proteínas). Disminuye la presión de filtración Menú 2 de 3

19. Pf clic clic clic Se describió antes la influencia de la presión fuera de la membrana. Ph Poc Si hay proteínas dentro del capilar producirán una atracción de las moléculas de agua por aumento de la presión osmótica capilar ( ) y disminuirán la presión de filtración. Pf Pi+ PNF = Ph – Pi - Poc Poc La Presión Neta de Filtración (PNF) aumenta si hay proteínas en el espacio extracelular. Se ejercerá una presión osmótica ( ) que atraerá agua desde el capilar hacia el espacio intersticial. Poi PNF = Ph – Pi - Poc - Poi Como resultante de numerosos cambios la presión hidrostática inicial se transforma en una Presión Neta de Filtración, responsable del paso de líquido a través de la membrana A continuación se desarrollará el modelo de Starling en el análisis simplificado del funcionamiento fisiológico real. Menú 3 de 3 Ver la clase Sistema Renal : Filtración

20. clic clic clic clic PNF PNF Ph Ph Po Po Mientras la sangre circula por un capilar la presión hidrostática va disminuyendo, por la filtración del líquido y luego aumenta por la reabsorción. Las proteínas no atraviesan la membrana y no acompañan al agua que pasa al intersticio junto con iones difusibles y diferentes sustratos. Hay un aumento simultáneo de la Pre sión Osmótica. La Presión Neta de Filtración disminuye hasta que el proceso se revierte por el aumento de la Presión Osmótica. El líquido comienza a ser reabsorbido, es decir pasa del intersticio al capilar atraído por las proteínas. filtración reabsorción Menú 1 de 5 Ver la clase Sistema Renal : Filtración

21. clic clic clic clic clic reabsorción filtración Se señalaron en la pantalla anterior las modificaciones de la presión hidrostática del capilar y la presión osmótica durante la transferencia de líquidos a nivel de un tejido. Esas dos variables determinan la neta de Filtración y el movimiento del agua. El agua filtrada se reabsorbe casi en su totalidad, pero el remanente que queda en el espacio intersticial es removido por la circulación linfática. Hay un modelo mas simple que los anteriores que se se utliza generalmente en fisiología renal y enm análisis clínicos sin las escalas de presión para simplificar el análisis. Menú 2 de 5

22. clic clic El gráfico que se presenta es una representación simplificada del intercambio de agua en un capilar, que se usa para analizar diferentes patologías. El detalle del intercambio de líquido debe verse en las pantallas anteriores. reabsorción filtración Filtración = reabsorción + flujo linfático La filtraciónestá representada por el primer triángulo en comparación con la línea horizontal que indica una membrana sin paso de agua. La línea horizontal también representa una concentración de proteínas normal en el capilar, lo que reduce la Presión de filtración El área de reabsorción se ve ligeramente menor que la de filtración, pues ya se ha descrito que queda una parte del líquido filtrado en el espacio intersticial que es reabsorbido por la circulación linfática. . La conclusión de normalidad está dada por Filtración = Reabsorción + flujo linfático Menú Las tres variables mencionadas deben analizarse en presencia de edema 3 de 5

23. clic clic clic • Aumento de presión venosa El aumento de presión en el capilar venoso, en insuficiencia cardiaca derecha y otras patologías, genera edema por una reabsorción disminuida. • Presión oncótica • Capilar (Poc) disminuida Cirrosis hepática Nefrosis • Intersticial aumentada (Poi) • Alteración de membrana capilar. La disminución de Poc o Poi se equivale a un aumento de la Presión de Filtración. Pero además se reduce la reabsorción de líquido intersticial Menú 4 de 5

24. clic • Permeabilidad al agua aumentada • Toxinas bacteriales • Histamina • Quemaduras extensas Esta patología puede analizarse como un aumento relativo de la presión hidrostática o una disminución de proteínas intracapílares. Hay disminución en la reabsorción. Se debe señalar la importancia de hacer un diagnóstico diferencial adecuado, ya que de ello depende establecer una forma de corrección efectiva. Si hay aumento de presión venosa se debe identificar el origen y revertir el proceso Para identificar una disminución de proteínas o de presión osmótica se debe proceder a su medición. Menú RESUMEN FINAL 5 de 5

25. clic CONCLUSIONES El principio de Gibbs-Donnan encara la desigual distribución de agua y electrolitos producida por las proteínas que no atraviesan libremente la membrana celular, capilar. La forma cuantitativa de evaluar la desigual distribución por la presencia de una membrana semipermeable se hace con la ecuación de Nernst que concluye que el producto de los iones intracelulares es igual a producto de los extracelulares en condiciones de estado estacionario. [ Ke+ ] * [Cle- ] = [ Ki+ ]* [ Cli- ] Una conclusión importante es que lo que habitualmente se llama presión osmótica de las proteínas o presión oncótica, es ejercida en parte también por iones difusibles que se distribuyen de manera desigual. Los conceptos físicos no son fácilmente aplicables en fisiología y clínica. La diferencia entre diferentes presiones se ha desarrollado en las clases de Presión y de Hidrodinámica La medición de la presión osmótica se realiza por la lectura del descenso de la temperatura de congelamiento (descenso crioscópico) que sufre una solución por la presencia de partículas. Es importante su medición y no su cálculo aproximado (con los valores de sodio, potasio y glucosa plasmática ) cuando se procede al diagnóstico y sobre todo a la corrección de trastornos hidroelectrolíticos. FIN