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ÓSMOSIS EN GLÓBULOS ROJOS Yenny López, Dairon Machado y Natalí Duque Instituto de Biología, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Universidad de Antioquia 4 de junio de 2012
RESUMEN: Durante la práctica se estudió el comportamiento de eritrocitos de muestra de sangre humana frente a NaCl y glucosa a diferentes concentraciones. Las diversas reacciones observadas se deben a las propiedades osmóticas de los glóbulos rojos y permitieron determinar el rango de concentración isotónica fisiológica de las antedichas sustancias.
INTRODUCCIÓN La ósmosis en un fenómeno físico relacionado con la difusión de un solvente a través de una membrana membrana semipermeable. Entendemos por semipermeable aquella que permite el paso de solvente pero no de soluto. Esto es claramente observable al interponer una membrana de estas características entre dos soluciones de un mismo soluto a diferente concentración: se podrá observar el movimiento del agua desde la concentración más baja hasta la concentración más alta, y así hasta que, a ambos lados de la membrana, se alcance la misma concentración. Las membranas de las células son semipermeables, convirtiéndose la ósmosis en un factor importante para el funcionamiento de la célula. Esto permite realizar diferentes estudios en los que se pueda conocer qué concentraciones de determinados solutos son hipotónicas, isotónicas o hipertónicas respecto de ciertas células, y así conocer de manera indirecta la concentración de éstos en el citosol. En efecto, cuando cuando la célula es expuesta a un un medio hipotónico respecto a su interior, el agua entrará a ella hasta ocasionar el rompimiento de la membrana; si la concentración del medio extracelular es hipertónica, ocurrirá que la célula se deshidratará hasta encogerse y perder así actividad metabólica; metabólica; en cambio, en una solución isotónica respecto al medio intracelular, la célula permanecerá intacta. intacta. Una de las magnitudes que nos permiten estudiar la ósmosis es la presión osmótica ( ), la cual consiste en una medida indirecta de la presión que ejerce el soluto sobre la membrana; es una medida indirecta, en efecto, porque lo que realmente se puede medir es la presión necesaria (generalmente presión hidrostática) para detener el flujo neto de disolvente a través de la membrana. Se puede inferir claramente que a mayor concentración de soluto mayor será la presión osmótica.
En general, a cada soluto y a cada concentración del mismo corresponde una presión osmótica particular, lo que dificulta el estudio tratándose de una célula en donde encontramos muchos solutos en una disolución. En estos casos entra en consideración el coeficiente de reflexión de Staverman ( i) que indica el grado en el que los solutos pueden penetrar en una membrana. Es un coeficiente de reflexión ya que ilustra la fracción de moléculas de soluto que chocan contra la membrana sin atravesarla y por lo mismo, son reflejados; por tanto, i = 1 indica que la membrana es impermeable, mientras que i = 0 indica que la membrana es totalmente permeable. En relación con lo anterior, existe el concepto de arrastre por disolvente , que indica que si por alguna razón aumenta el flujo de agua que pasa a través de la membrana, así mismo aumentará el flujo de soluto que pase, pues el agua “arrastra” al soluto; con todo, para qu e esto sea plenamente efectivo, es necesario que los poros de la membrana permitan el paso, pues si es demasiado pequeño como para dejar pasar el soluto, entonces el arrastre tendrá como efecto un aumento de la presión osmótica. Por tanto, entre más pequeño sea el coeficiente de reflexión mayor será el flujo de soluto por arrastre de disolvente. Otro concepto relacionado con la ósmosis es la primera Ley de Fick: el flujo de difusión de una sustancia que atraviesa un plano de superficie unitaria (que para este caso es la membrana) es directamente proporcional al gradiente de concentración, lo cual se expresa en la siguiente ecuación:
Donde J es el flujo de difusión, D es el coeficiente de difusión, c es el gradiente de concentración y es el espesor de la membrana.
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Instituto de Biología, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Finalmente, tenemos la ecuación de Nernst que nos permite conocer la distribución de iones a cada lado de la membrana en función de un campo eléctrico. Esta ecuación sólo es útil para determinar el potencial de membrana a partir de concentraciones de iones que se difundan pasivamente y que estén desigualmente distribuidos a cada lado de la membrana, como es el caso del ión cloruro, pues la ecuación supone un estado de equilibrio eléctrico que las bombas de iones (como la bomba sodio-potasio) presentes en la membrana no permiten alcanzar. La formulación es la siguiente:
Donde es la diferencia de potencial de membrana, R es la constante de los gases ideales, T es la temperatura, zA es la valencia del ión con su respectiva carga, F es la constante de Faraday, c A II es la concentración del ión afuera de la célula y c A I es la concentración del ión adentro de la misma.
MATERIALES Y METODOS Se hizo uso de 10 tubos de ensayo, depositándose en cada uno 5 mL de distintas soluciones con diversas concentraciones de sal o de glucosa; de sal se hizo uso de concentraciones al 0.1%, 0.2%, 0.4%, 0.7% y 0.9%; de glucosa se usaron concentraciones al 0.5%, 1%, 2%, 4% y 6%. En otro tubo de ensayo, se colocaron 5 mL de agua destilada. Cada tubo fue debidamente rotulado indicando la concentración de sal o de glucosa respectiva o, en el caso del tubo con agua destilada, rotulado como “control”.
Aparte, se extrajo una muestra de sangre periférica en un vacuotainer, la cual fue mezclada posteriormente con heparina, que es cofactor de la antitrombina III, que inhibe la acción de la trombina, responsable de la coagulación de la sangre. De esta muestra de sangre se tomaron y añadieron, con una micropipeta, 50 L por cada uno de los tubos de ensayo previamente preparados. Luego se procedió a sellar debidamente cada tubo, y posteriormente se agitó cada uno por inversión. Se dejaron reposar las mezclas por 10 minutos. Pasado el tiempo, se hicieron las observaciones pertinentes, comparando entre si los tubos con distintas concentraciones de sal y aparte, los tubos con distintas concentraciones de glucosa, y todos con el tubo control. El método contemplaba también realizar una lectura de la absorbancia en el espectrofotómetro a 550 nm, pero este paso se omitió debido a la ausencia de espectrofotómetro.
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RESULTADOS Y DISCUSIÓN La membrana celular tiene propiedades que le permiten mantener el control del paso de sustancias a su interior, situación en la que se encuentra constantemente. Como se pudo observar en el laboratorio, las condiciones biológicas son muy importantes en el desempeño celular, su funcionamiento, su control, sus necesidades entre otros, ya que la osmosis generada por el intercambio de soluto con el medio y por las concentraciones de éste, nos permitieron observar la actividad dada por las modificaciones de concentraciones y solutos en el exterior celular de los glóbulos rojos presentes en la muestra de sangre. En los tubos marcados con sal (NaCl), con unas concentraciones de 0.1%, 0.2%, 0.4%, se observó todo el contenido en un color rojizo que nos afirma la producción de una lisis celular debido a la presencia de concentraciones más bajas de sal que las concentraciones biológicas en la sangre. Los glóbulos rojos perdieron su forma debido a que la tendencia osmótica que adoptan las células es de equilibrar las concentraciones en el medio, dándose un flujo de agua de afuera hacia adentro, pues la concentración de sal en las células es mayor. El control que contenía agua destilada nos proporcionó los datos necesarios para realizar este análisis puesto que esta muestra también se mostró de un color rojizo en todo su contenido, apoyando de esta manera el comportamiento osmótico de la membrana celular a favor del interior de ésta. Por el contrario, se observó que los tubos tratados con concentraciones de sales más altas (0.7% y 0.9%) y cercanas a las concentraciones biológicas no presentaron coloración en todo el contenido del tubo, sino un precipitado color rojo oscuro correspondiente a los glóbulos rojos intactos acompañado de un sobrenadante transparente. Este comportamiento se debe a la presencia de un fenómeno isotónico que nos muestra la membrana celular ya que la célula se encuentra en un equilibrio con respecto a la concentración de soluto en el medio y su interior. La Ilustración 1 muestra los resultados obtenidos para las células sanguíneas expuestas a diferentes concentraciones de sal (NaCl) y la muestra control tratada con agua destilada. Para el caso del tratamiento de las muestras con diferentes concentraciones de glucosa, observamos la misma relación de los resultados obtenidos con las muestras tratadas con NaCl, pues a menor concentración de glucosa más cambio de tono a rojo poseen las muestras (0.5%, 1%, 2%) a que la concentración de glucosa menor afuera que adentro, y de nuevo la tendencia de la célula es
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Posiblemente, en caso de aumentar las concentraciones (mayor que la concentración fisiológica) ya sea de NaCl ó de glucosa el efecto que se esperaría sería una deshidratación de las células expuestas debido a la tendencia de la ellas a igualar las concentraciones permitiendo la salida de agua de su interior hacia el exterior.
Ilustración 1: Células sanguíneas tratadas con NaCl.
permitir el paso del agua hacia el interior con el fin de mantener las condiciones de concentración iguales a las del exterior. Las concentraciones de glucosa (4% y 6%) aplicadas a las muestran, presentaron de nuevo un precipitado rojo y un sobrenadante translucido correspondientes al punto isotónico para las células sanguíneas en donde la concentración de glucosa es la misma en el interior y en el exterior de la célula. En la Ilustración 2 se observan los resultados obtenidos para las muestras de células sanguíneas tratadas con diferentes concentraciones de glucosa.
Ilustración 3: Tubos de ensayo con células sanguíneas y diferentes concentraciones de NaCl y glucosa.
CONCLUSIONES. El fenómeno de la ósmosis, que afecta a toda membrana semipermeable, es fundamental para el ciclo vital de la célula, por lo que es importante su debida comprensión. Así mismo es útil para conocer aproximadamente las concentraciones de distintos solutos al interior de la célula, al someter la célula a distintas concentraciones de la sustancia en cuestión y observar sus diferentes reacciones, ya sea lisando o deshidratándose.
Ilustración 2: Células sanguíneas tratadas con Glucosa.
Las reacciones de la célula ante los medio hipertónicos, isotónicos e hipotónicos se hacen evidentes por medio de cambios observables, como en el caso de los eritrocitos. Mientras conservaran su forma, tendían a precipitar, en cambio si presentaban rompimiento, se evidenciaba en el color rojo indicando que la hemoglobina que contenías había sido liberada. Para evidenciar una crenación, dado
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Instituto de Biología, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales que también precipitarás, sería preciso una observación con microscopio óptico para detallar si presentan la forma túrgida o si, por el contrario, se han deshidratado. La ausencia total de soluto en el medio hará que la célula lise, como pudo observarse en el tubo control, pues toda el agua tendrá arrastre hacia el interior de la célula. Se pudo observar que la concentración isotónica de NaCl en la sangre es de 0.9%, y de glucosa de aproximadamente 5%. Este es un dato importante para usos médicos, pues determina las concentraciones de los sueros intravenosos con que se asiste a los pacientes en los hospitales. Si estas concentraciones se vieran alteradas, los pacientes presentarían complicaciones que podrían terminar en la muerte.
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