UNIVERSIDAD VERACRUZANA Facultad de Medicina
Efectos osmóticos en glóbulos rojos y células vegetales, en soluciones con diferente osmolaridad Catedrático:
Jorge Parrazal Cobos
Jueves 13 de octubre de 2011
Alumnos: Astudillo López Itzel Cesta Mendoza Gustavo Galindo López Patricia Martínez Rosete Luis Antonio Reyes bravo Susana Rivera morales Norberto
INTRODUCCIÓN
El conocimiento adecuado del metabolismo y los electrolitos es de gran interés médico, como los casos de perdida de líquidos y sales por vómitos y diarreas, traumatismos y quemaduras, o los de retención de aguay sales en la insuficiencia cardiaca congestiva, la insuficiencia renal del síndrome nefrótico. Los líquidos corporales muestran gran constancia en la concentración de sus componentes iónicos, pH, temperatura; además tiene mecanismos muy efectivo para su regulación y sistemas de protección contra a perdida de agua, como la piel el riñón, cuyo fin es conservarla constante, al grado máximo posible, la concentración de distintos componentes del medio interno; es en rigor, la expresión del clásico aforismo de Bernard: “la constancia del medio interno es la condición de a vida libre”
Efectos osmóticos en glóbulos rojos humanos y en células vegetales, con soluciones de diferente osmolaridad
Antecedentes El descubrimiento de la ósmosis es anterior al de la difusión, antecedida ésta a su vez, por un mundo reinante de confusiones. Se considera que la primera luz sobre este tema es dada en 1748 por J. A. Nollet (1700-1770) el cual después de obtener una membrana de vejiga animal, colocando alcohol de un lado y agua del otro, observó que el agua fluía a través de la vejiga para mezclarse con el alcohol, pero de ninguna manera el alcohol se mezclaba con el agua; descubriendo así la existencia de membranas semipermeables. 1 El hallazgo de la ósmosis en membranas semipermeables fue realizado por Henri Dutrochet, el cual observó que la difusión del solvente a través de una membrana semipermeable ocurría siempre de la solución de menor concentración de un soluto, que no puede pasar, hacia la solución de mayor concentración; además, el solvente que fluye es capaz de desarrollar una presión sobre la membrana a la que denominó presión osmótica. 1 Posteriormente, gracias a los experimentos y aportaciones de grandes entes, como lo fueron Robert Brown (describió el movimiento que lleva a cabo una partícula inmersa en un fluido), Thomas Graham (el padre de la química de los coloides y creador de la ley de difusión de los gases), el fisiólogo alemán Adolf Eugen Fick (autor de la ley del flujo de difusión, habló del efecto que tiene en este una diferencia de concentraciones), y otras grandes personalidades, se pudieron vislumbrar las características e importancia de la ósmosis en los seres vivos. 1 Efectos osmóticos de los fluidos
Los fluidos, de acuerdo a sus efectos osmóticos, son definidos en términos de osmolaridad, osmolalidad, presión osmótica, tonicidad, y presión coloidosmótica. 2 La osmosis se define como la difusión neta de agua a través de una membrana semipermeable. La cual va a estar determinada por dos aspectos fundamentales: 1. Diferencia de concentración de soluto. 2. La presencia de una membrana, que debe de ser relativamente impermeable al soluto.3 Las partículas osmóticamente activas (POA) son aquellos solutos que atraen agua a través de una membrana semipermeable hasta alcanzar un equilibrio, siendo así, de importancia trascendental conocer el efecto directo de las mismas en las células de cuerpo. 2
Eritrocitos
La sangre es tejido vivo formado por líquidos y sólidos. La parte líquida, llamada plasma, contiene agua, sales y proteínas. Más de la mitad del cuerpo es plasma. La parte sólida de la sangre contiene glóbulos rojos (eritrocitos), glóbulos blancos (leucocitos) y plaquetas. Un eritrocito es una célula sanguínea a nucleada, también denominada glóbulo rojo o hematíe, de color rosado y de forma redondeada u oval, con un diámetro aproximado de 7 µm, cuya misión fundamental es la captación de oxígeno y su transporte a los tejidos. Este se origina en la médula ósea y atraviesa distintos estadios de maduración, que van desde la célula madre, el proeritroblasto, el eritroblasto basófilo, el policromatófilo y el ortocromático, hasta el reticulocito y el eritrocito. La vida media de esta célula es de 110-120 días, al cabo de los cuales es eliminada de la corriente sanguínea y destruida por el sistema reticuloendotelial. Su número oscila entre 4,5 y 5 millones por mm 3 en el hombre y entre 4 y 4,5 millones en la mujer. 4 La membrana de los eritrocitos corresponde a la teoría del modelo del mosaico fluido propuesto en 1972 por S. J. Singer y Garth Nicolson. 5 Según este modelo, la membrana celular se compone de capa bimolecular de lípidos, en la cual a determinados intervalos se incluyen unidades proteicas que forman un mosaico en la doble capa lipídica. La doble capa lipídica es relativamente impermeable a la mayoría de las moléculas hidrosolubles y representa la estructura básica de la membrana. Las moléculas de proteína se encuentran incluidas o disueltas en la doble capa lipídica de la membrana celular, y protruyen en diverso grado sobre las superficies interna o externa de la membrana células, o ambas. Se han demostrado cientos de distintas proteínas, que desempeñan determinadas funciones de membrana específicas, por ejemplo, proteínas de transporte, receptores y sitios de anclaje para componentes extracelulares o intracelulares. 6 Hay considerables gradientes de concentración de iones y moléculas entre un lado y otro de la membrana plasmática de todas las células porque el citoplasma celular es un fluido muy distinto al fluido extracelular. En su papel, la membrana plasmática proporciona dos tipos de movimiento: el transporte pasivo y el transporte activo. 7 Siendo la principal diferencia entre ambos la utilización o no de energía; ya que por un lado el transporte pasivo (ya sea por difusión simple o facilitada) se da sobre la base de un gradiente de
concentración (en una dirección termodinámicamente favorable), mientras que en el transporte activo se necesita energía (pues va en contra del gradiente de concentración). Las soluciones que tienen una concentración total de solutos inferior a la del plasma y, por lo tanto, una presión osmóticamente más baja, son hipoosmóticos respecto al plasma. Si el soluto es osmóticamente activo, estas soluciones también son hipotónicas respecto al plasma. Los eritrocitos colocados en soluciones hipotónicas ganan agua y pueden estallar - un proceso que se denomina hemólisis-; mientras que al colocar eritrocitos en una solución hipertónica (como el agua de mar) que contiene solutos osmóticamente activos
a una osmolalidad y presión osmótica más elevadas que las del plasma, se contraen debido a que el agua sale de las células por ósmosis, este proceso se denomina crenación (crena=muesca) debido a que la superficie celular adopta un aspecto festoneado. 3 Siendo por esta razón, junto con otras, tan importante el conocimiento respecto a las necesidades de líquidos y electrolitos y el impacto de sus desequilibrios sobre la salud. Importancia en la clínica de la reposición de líquidos
La reposición de volumen en pacientes críticos ha experimentado cambios significativos en los últimos veinte años que se han traducido en disminución de la morbimortalidad de estos pacientes. Gran parte de estos avances tienen más relación con cambios en la actitud por parte de los médicos y a guías más estrictas en la política transfusional, que a la generación de nuevos tipos de fluidos. Estos avances son fácilmente apreciables en la reanimación inicial de pacientes hipovolémicos o traumatizados que ingresan a Unidades de Urgencia, donde se observa mayor agresividad en el aporte de fluidos no sanguíneos en el intento de recuperar rápidamente a los pacientes del estado de shock; mientras que por otra parte es posible apreciar la dificultad al evaluar la reposición de volumen en pacientes críticos hospitalizados, en quienes el efecto a largo plazo de las distintas soluciones es enmascarado por las complejas alteraciones fisiopatológicas propias de estos pacientes. 2 Regulación del volumen circulante efectivo
El agua corporal total corresponde aproximadamente al 60% del peso del individuo. De éste, las dos terceras partes comprenden el compartimento o líquido intracelular (LIC), y una tercera parte el líquido extracelular (LEC), el cual es el que más importa en términos de reposición de volumen, por cuanto es el encargado de la perfusión tisular, si bien, en ocasiones, el médico puede modificar la tonicidad de los fluídos para utilizar el LIC en la restauración de la perfusión tisular. El LEC consta de dos compartimentos, el fluído intersticial y el volumen intravascular (VIV). El volumen de sangre, a su vez, está dado por la suma del VIV y la masa de glóbulos rojos, siendo de aproximadamente 70 a 80 ml/Kg en un adulto sano. 2 La mantención de una perfusión tisular adecuada es fundamental para el metabolismo celular normal. El volumen circulante efectivo (VCE) se refiere a aquella fracción del LEC que está en el sistema arterial (700 ml en un hombre de 70 Kg) y que está efectivamente perfundiendo los tejidos. Este volumen es vigilado por los cambios de presión en los baroreceptores arteriales (seno carotídeo y arteriola aferente glomerular), más que por alteraciones del flujo o del volumen; y por otros mecanismos reguladores. Por ejemplo, en un caso de deshidratación la sangre se concentra más al reducirse el volumen sanguíneo y se produce un aumento de la osmolalidad, lo que propicia la estimulación de los Osmorreceptores en el hipotálamo. Como resultado de este aumento de estimulación de los Osmorreceptores la persona experimentara sed y a consecuencia beberá agua; lo cual irá acompañado de la excreción de un
volumen menor de orina, debido al efecto de la hormona antidiurética (ADH) directamente en los riñones, que promueve la retención de agua. 2 Por otro lado una persona con un valor sanguíneo normal que ingiere comidas saladas también se vuelve sedienta, lo que hace que se libere más ADH por la neurohipófisis; así bebiendo más y eliminando menos agua por la orina la sal de los alimentos se diluirá para restablecer la concentración sanguínea normal, pero con un volumen sanguíneo mayor. En caso de privación de sal sucede lo contrario, y así al haber una osmolalidad plasmática más baja, los Osmorreceptores se estimulan menos y la neurohipófisis libera menos ADH. En consecuencia se elimina más agua por la orina para restaurar de nuevo la concentración plasmática adecuada, pero con un volumen sanguíneo menor 3 Aunado a lo anterior es importante resaltar la importancia del sodio en la regulación de la osmoticidad del suero, ya que este es el principal soluto que participa en esta, es muy probable que la osmoticidad anormal del suero se asocie con trastornos que producen una concentración anormal del sodio, un volumen anormal de agua o ambos. Así es probable que el plasma hiperosmótico sea causado por un aumento del sodio sérico o pérdida de agua; lo cual puede asociarse con diabetes insípida, hipercalemia, diuresis durante la hiperglucemia severa o con recuperación inicial de anuria; y/o a causas externas al organismo como lo es la ingestión de alcohol. De forma análoga, es probable que el suero hipoosmótico se deba a una disminución del sodio y/o a un exceso de agua, lo cual puede asociarse con el estado posoperatorio, el tratamiento con drogas diuréticas y dieta hiposódica (como en pacientes con insuficiencia cardíaca, cirrosis, etc.) enfermedad suprarrenal (p. ej., enfermedad de Addison, síndrome adrenogenital) síndrome de secreción inapropiado de hormona antidiurética (SIADH) o enfermedades que hacen que se libere de forma inadecuada la ADH (carcinoma de pulmón de células en avena, carcinoma broncógeno, insuficiencia cardíaca congestiva, lesiones pulmonares inflamatorias, porfiria, hipotiroidismo severo o la enfermedad cerebral). 8
OBJETIVO GENERAL Observar los efectos osmóticos en eritrocitos cuando estos son expuestos a soluciones con diferentes concentraciones de soluto.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS Observar los efectos causados por las soluciones isotónicas en los eritrocitos Observar los efectos causados por las soluciones hipotónicas en los eritrocitos Observar los efectos causados por las soluciones hipertónicas en los eritrocitos Estudiar la conducta osmótica de las células y la penetración de solutos de las mismas, observando y midiendo. La plasmólisis y el tiempo en que ocurre. La plasmólisis y el intervalo de tiempo entre la plasmólisis y la desplàsmolisis Observar las modificaciones morfológicas, celulares, como resultado en respuesta a la presencia de medios con distintas concentraciones.
Osmosis en glóbulos rojos humanos expuestos y en células vegetales expuestos Materiales
Agua destilada (sol. Hipotónica) Solución fisiológica 9% (sol. isotónica) Sol de cloruro de sodio al 10% (sol. Hipertónica) Jeringas portaobjetos cubreobjetos tulipanes
Tubos de ensaye Cinta Torunda Ligadura Navaja centrifuga microscopio gotero
Procedimiento para células humanas:
1. se procedio a extraer una cantidad considerable de sangre de nuestro compañero
2. la muestra de sangre posteriormente fue vertida en un tubo de ensaye con heparina, previamente colocada
3. inmediatamente la sangre en el tubo de ensaye fue colocada en la centrifuga y se procedió a realizar centrifugación durante 10 min
4. pasado el tiempo se procedió a colocar gotas del suero en los portaobjetos y se realizó el extendido.
5. Se hizo el mismo procedimiento de extendido en dos portaobjetos más y después de esto se procedió a colocar gotas de soluciones hipertónicas, hipotonías e isotónicas a cada uno de los extendidos y se colocó cubreobjetos
Procedimiento para células vegetales:
6. De los pétalos del tulipán se realizaron cortes tangenciales, dejando una delgada capa de pétalos.
7. Después de esto se procedió a colocar los cortes de pétalo en los portaobjetos
8. Finalmente a cada muestra de pétalo se le agrego solución hipertónica, hipotónica e isotónica. Procedimiento final para ambas practicas:
9. Las muestras se observan al microscopio a 40x y 100x y se ven por separado las muestras con sol. Hipertónica, sol. Hipotónica y sol. Isotónica, agregando a estos aceite de inmersión.
Resultados: Al observar al microscopio, las soluciones de diferente osmolaridad, causaron diversos efectos en las células:
La solución hipertónica hizo que las células vegetales y animales liberaran agua lo que les dio un aspecto de crenadas.
La solución hipotónica creo el efecto de edematizar a las células.
La solución isotónica no creo ningún cambio en las células.
Con esto comprobamos la hipótesis planteada al principio de esta práctica la cual nos dictaba que Las células vegetales vivas y los eritr ocitos se edematizan en un medio hipotónico y se deshidratan en un medio hipertónico.
IMPORTANCIA Mediante la practica pudimos corroborar que la teoría de las reacciones de la células, en este caso eritrocitos, fueron acorde a los esperado. La aplicación Biomédica de estos resultados son los siguientes: Como podemos ver las células en presencia de un liquido hipoosmótico es la de hincharse hasta el grado de estallar, esto nos muestra que si en un paciente que necesita una entrada intravenosa de glucosa, en este caso se usara dextrosa; o que necesita entrada intravenosa de electrolitos y no se guarda bien la relación osmótica con respecto a la sangre, en lugar de hacer un bien al paciente lo estaríamos matando al generar lisis celular en masa debido a la presencia de un liquido hipoosmótico en la sangre. Como los eritrocitos son los que tendrían el primer contacto con susodicha sustancia se ocasionaría anemia hemolítica? En el paciente agravando mas su condición ya delicada. En el caso de la presencia en un liquido hiperosmótico las células se crinan, aplicando el ejemplo anterior, el paciente recibe una intravenosa hiperosmótica, los eritrocitos reacción de primera mano y se genere anemia, no es hemolítica por que las células no son destruidas (lisis) pero están crinadas y no pueden realizar sus funciones como tal. En resumen es importante conocer y saber diferenciar l os efectos que tienen las diversas cualidades osmóticas en la sangre para beneficio tanto propio como del paciente.
GLOSARIO
Plasma: Parte líquida de la sangre en la cual están suspendidos los
elementos celulares. Del total del volumen sanguíneo, el 55% está compuesto por plasma. Es un líquido claro, de color amarillo. No contiene células y está constituido por agua, electrólitos, prote ínas, sales inorgánicas, nutrientes, hormonas, enzimas, gases y materiales de desecho de las células. Es esencial para el transporte de los elementos celulares de la sangre, a través de la circulación, y de los nutrientes, para el mantenimiento del equilibrio ácido-base del organismo y para el transporte de productos de desecho procedentes de los tejidos. El plasma y el líquido intersticial tienen un contenido y una concentración de proteínas muy similar, y, por lo tanto, el plasma es importante para mantener la presión osmótica y el intercambio hidroelectrolítico entre los capilares y los tejidos. 4 Osmorreceptor: Receptor nervioso que se estimula por partículas disueltas. Son Osmorreceptores los corpúsculos gustativos, las células neuroepiteliales de la mucosa olfatoria, algunas neuronas de los núcleos supraópticos y paraventricular del hipotálamo, etc. 4 Neurohipófisis: Porción de la hipófisis derivada del hipotálamo, que constituye el lóbulo posterior de la glándula. En ella se almacenan la vasopresina y la oxitocina (en forma de prohormonas) y, una vez activadas, pasan a la sangre. 4 Osmolalidad: Concentración en osmoles por kilogramo de solvente. 4 Osmolaridad: Concentración de una solución expresada en osmoles de soluto por litro de solución. 4 Presión osmótica: Fuerza necesaria para evitar la osmosis 2 Tonicidad: Término que se utiliza para describir el efecto de una solución sobre el movimiento osmótico del agua. 2 Diabetes insípida: Poliuria hipotónica con polidipsia secundaria, que persiste incluso tras la restricción hídrica. 4 Hipercalemia: Elevación de la concentración circulante de potasio. Se puede manifestar con náuseas, debilidad muscular y arritmias cardiacas. 4
Anuria: Ausencia total de orina o en cuantía inferior a 50 ml en 24
horas. Con frecuencia es secundaria a una obstrucción del bajo aparato urinario, fibrosis retroperitoneal y, más raramente, a un infarto renal o a una necrosis cortical bilateral. Su valoración requiere la realización de una ecografía abdominal para descartar la obstrucción. 4 Enfermedad de Adisson: Pigmentación bronceada de la piel, postración grave y anemia, debidas a la hipofunción de las glándulas suprarrenales. 4 Porfiria: Grupo de enfermedades hereditarias con carácter autosómico, de predominio dominante, que se caracteriza por una acumulación de porfirinas o de sus precursores debido a defectos enzimáticos. Estos acúmulos van a producir fotosensibilidad cutánea (acumulación de porfirinas) y/o alteraciones neurológicas (acumulación de precursores
porfirínicos). Desde el punto de vista clínico, se clasifican en porfirias eritropoyéticas o porfirias hepáticas. 4 Síndrome adrenogenital: Conjunto de las enfermedades producidas por un aumento en la secreción de andrógenos en la corteza suprarrenal. Este síndrome puede ser congénito o adquirido. 4 Hipotiroidismo: Disminución patológica de la función tiroidea, que puede estar motivada por causas diversas: falta de iodo en la dieta (como sucede en las zonas de bocio endémico), disminución de la hormona tirotropa de la hipófisis o su factor liberador hipotalámico, o bien por un desarrollo deficiente o una alteración tiroidea. Se produce una disminución del metabolismo, un enlentecimiento en la actividad corporal y psíquica, etc. 4
CONCLUSIÓN Podemos concluir con esta práctica que los eritrocitos están rodeados por una membrana permeable al agua y a algunos electrolitos, la relación de la entrada con la salida de los mismos se verá reflejada en la forma del eritrocito, y será dada por las condiciones de tonicidad en las que se encuentre el líquido circundante a ellos, que en el caso del cuerpo será el líquido intersticial. Definimos a la osmosis como la difusión neta de agua a través de una membrana semipermeable. La importancia médica de esta práctica en el campo medico, no lleva, por ejemplo a explicar cómo es que por medio de soluciones hipotónicas podemos regular un severo caso de deshidratación; o como es que con una solución hipotónica podemos tratar un edema de cualquier tipo.
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