Compartimientos Líquidos del Organismo

El volumen de agua total (ATC) en una persona es aproximadamente el 60% de su peso corporal. Los líquidos del organismo se dividen en dos compartimientos principales:

• Líquido Intracelular (LIC)

  Ocupa 2/3 del ATC. En una persona con 42L de agua total, el LIC sería de unos 28L. Está separado del líquido extracelular por la membrana celular/plasmática.

• Líquido Extracelular (LEC)

  Representa el medio interno que rodea a las células, constituyendo 1/3 del ATC (aproximadamente 14L en el ejemplo). El LEC se subdivide en:

  • Líquido Intersticial: Constituye el 75% del LEC (10.5L en el ejemplo).

  • Plasma Sanguíneo: Representa el 25% restante del LEC (3.5L en el ejemplo). Está separado del líquido intersticial por las paredes de los capilares.

Definiciones Clave

• Medio Interno

  Sinónimo de LEC. Su constancia, en términos de composición y volumen, es crucial para la supervivencia celular. Sirve como medio de transporte de nutrientes y desechos. Claude Bernard destacó la importancia de la constancia del medio interno frente a las fluctuaciones del medio externo.

• Homeostasis

  Es el mantenimiento de las condiciones óptimas del medio interno, incluyendo concentraciones de gases, nutrientes, iones, temperatura corporal (alrededor de 37°C) y volumen de los líquidos corporales.

• Sistemas de Control Homeostáticos

  Mecanismos de retroalimentación que corrigen las desviaciones de las variables fisiológicas de sus valores óptimos. Existen dos tipos:

  • Retroalimentación Negativa: Corrige la variable, retornándola al intervalo óptimo.

  • Retroalimentación Positiva: Potencia la desviación de la variable, alejándola del valor normal para cumplir un objetivo específico.

Ejemplo de Sistema Homeostático: Hemostasia

La hemostasia, el proceso de detener el sangrado, es un ejemplo de sistema homeostático. Involucra las plaquetas y se divide en las siguientes fases:

1. Fase Vascular

   Se produce un espasmo muscular en el vaso sanguíneo dañado para reducir el flujo de sangre. Contribuyen a este proceso:

   • Factores del músculo: Espasmo muscular.

   • Factores eléctricos: Neuronas, especialmente nociceptivas, contribuyen al espasmo.

   • Factores del tejido dañado y plaquetas: Liberación de vasoconstrictores y factores de coagulación como tromboxano A2 y serotonina.

2. Fase Plaquetaria

   Las plaquetas se adhieren al sitio de la lesión, liberan factores de coagulación y forman un tapón plaquetario (trombo) para sellar la rotura.

3. Fase de Coagulación

   El fibrinógeno se convierte en fibrina, formando una red que estabiliza el tapón plaquetario y forma el coágulo. Las plaquetas interactúan con el colágeno del vaso, entre sí y con la fibrina mediante enlaces covalentes.

4. Disolución del Coágulo

   Una vez que la hemorragia cesa, el plasminógeno se convierte en plasmina, disolviendo el coágulo para restaurar la hemostasia y la homeostasis.

Difusión, Coeficiente de Difusión y Coeficiente de Permeabilidad

• Difusión

  Movimiento pasivo de moléculas a través de la membrana plasmática a favor de gradiente, sin gasto energético. Existen dos tipos:

  1. Difusión Simple: Movimiento aleatorio de partículas debido a la agitación térmica.

  2. Difusión Facilitada: Mediada por proteínas transportadoras que son saturables, específicas e inhibidas por ciertas sustancias.

  Los canales iónicos facilitan la difusión de iones, que son impermeables a la bicapa lipídica.

• Coeficiente de Difusión (D)

  Facilidad con la que una partícula atraviesa una membrana hidrofílica. Depende de la constante de Boltzmann (k), la temperatura (T) e inversamente de la fuerza de fricción (6πηr), donde η es la viscosidad del medio y r es el radio de la partícula.

• Coeficiente de Permeabilidad (P)

  Facilidad con la que una molécula atraviesa una membrana lipofílica. Depende del coeficiente de difusión (D) e inversamente del grosor de la membrana (Δx).

Canalopatías

Enfermedades causadas por alteraciones en los canales iónicos. Las causas pueden ser:

1. Genéticas: Mutaciones en los genes que codifican para los canales iónicos.

2. Transcripciónales: Expresión anormal (mayor o menor) de canales iónicos, aunque la secuencia de aminoácidos sea correcta.

3. Autoinmunes: El sistema inmune ataca a los canales iónicos del propio organismo.

Primera Ley de Fick para Moléculas No Cargadas

Describe la difusión simple a través de una membrana. Establece que el flujo (J) de una sustancia es directamente proporcional al área de la membrana (A), al coeficiente de difusión (D) y a la diferencia de concentración (ΔC) entre los dos compartimentos, e inversamente proporcional a la distancia (Δx) entre ellos:

J = -DA (ΔC/Δx)

Regulación del Calcio y del pH Intracelular

Regulación del Calcio

El calcio intracelular se mantiene a bajas concentraciones en reposo (0.0001 mM) en comparación con el extracelular (1.2 mM). Mecanismos que contribuyen a esta regulación incluyen:

• Bomba SERCA: Bombea calcio hacia el retículo endoplasmático/sarcoplasmático.

• Bomba de calcio de la membrana plasmática: Expulsa calcio al exterior celular.

• Intercambiador sodio/calcio: Introduce sodio y expulsa calcio.

• Bomba Na+/K+: Mantiene el gradiente de sodio necesario para el intercambiador sodio/calcio.

Regulación del pH Intracelular

Mecanismos que contribuyen a la regulación del pH intracelular:

• Bomba Na+/K+

• Intercambiador Na+/H+

• Cotransportador Na+/2HCO3-

• Intercambiador Cl-/HCO3- (proteína banda 3 en eritrocitos)

En los tejidos, el CO₂ entra en los eritrocitos y se convierte en bicarbonato, que sale al plasma. En los pulmones, el proceso se invierte, permitiendo la eliminación del CO₂.

Características Generales de los Canales Iónicos

Proteínas oligoméricas transmembrana que permiten el paso selectivo de iones a favor de su gradiente electroquímico. Son codificados por más de 300 genes. Muchos canales iónicos tienen compuertas que regulan su apertura y cierre. Pueden ser dependientes de voltaje, de ligando, de temperatura, mecanosensibles, etc.

Modelos Cinético-Básicos de Canales Iónicos

Canales Dependientes de Voltaje

Poseen un sensor de voltaje (segmento S4) que detecta cambios en el potencial de membrana. Presentan tres estados:

1. Activo y cerrado: En reposo.

2. Activo y abierto: Tras la despolarización.

3. Inactivo: Tras una despolarización prolongada. Requiere un tiempo para volver al estado activo y cerrado.

Canales Dependientes de Ligando

Su apertura es regulada por la unión de un ligando. Presentan tres estados:

1. Cerrado y desocupado: Sin ligando unido.

2. Abierto y ocupado: Con ligando unido.

3. Cerrado y desocupado (desensibilizado): El ligando permanece unido, pero el canal no se abre. Requiere la disociación del ligando para volver al estado cerrado y desocupado funcional.

Equivalencia entre Membrana y Circuito RC en Paralelo

La membrana celular se puede representar como un circuito RC en paralelo. La bicapa lipídica actúa como un condensador (Cm) y los canales iónicos como resistencias (Gk). La fuerza electromotriz (Ek) representa el gradiente electroquímico del ion.

Fases del Potencial de Acción

1. Fase Ascendente o Despolarización: Apertura rápida de canales de sodio dependientes de voltaje.

2. Fase Descendente o Repolarización: Inactivación de canales de sodio y apertura de canales de potasio dependientes de voltaje.

3. Posthiperpolarización: Cierre lento de canales de potasio, llevando el potencial de membrana a valores más negativos que el potencial de reposo.

Naturaleza Autorregenerativa del Potencial de Acción

La despolarización inicial abre más canales de sodio, lo que amplifica la despolarización en un ciclo de retroalimentación positiva.

Bases Iónicas y Moleculares del Potencial de Acción

La despolarización se debe a la entrada de sodio y la repolarización a la salida de potasio. La disminución del sodio extracelular reduce la amplitud del potencial de acción.

Períodos Refractarios

• Período Refractario Absoluto: Imposible generar un nuevo potencial de acción debido a la inactivación de los canales de sodio.

• Período Refractario Relativo: Se puede generar un nuevo potencial de acción con un estímulo supraumbral, ya que algunos canales de sodio se han recuperado de la inactivación.

Técnica de Fijación de Voltaje

Permite estudiar las corrientes iónicas a un voltaje de membrana fijo. Se utiliza un par de electrodos: uno para inyectar corriente y otro para medir el voltaje. Un sistema de retroalimentación mantiene el voltaje constante.

Técnica de Patch-Clamp

Permite estudiar las corrientes a través de canales iónicos individuales. Se utiliza una micropipeta para sellar un parche de membrana. Existen diferentes configuraciones: cell-attached, whole-cell, inside-out y outside-out.

Corrientes de Na+ y K+

Se utilizan bloqueantes específicos (tetraetilamonio para canales de K+ y tetrodotoxina para canales de Na+) para estudiar las corrientes iónicas por separado. La corriente de Na+ es de entrada a potenciales negativos, mientras que la corriente de K+ es de salida a potencial de reposo.

Conducción Continua y Saltatoria

• Conducción Continua: En axones amielínicos, el potencial de acción se propaga continuamente a lo largo del axón.

• Conducción Saltatoria: En axones mielínicos, el potencial de acción se propaga saltando entre los nodos de Ranvier, donde se concentran los canales iónicos.

Factores que Determinan la Velocidad de Conducción Nerviosa

• Diámetro de la fibra: A mayor diámetro, menor resistencia axial y mayor velocidad.

• Mielina: Disminuye la capacitancia de la membrana y aumenta la velocidad.

• Densidad de canales iónicos: Mayor densidad de canales de Na+ aumenta la velocidad.

• Constante de longitud: A mayor constante de longitud, mayor distancia recorrida por el potencial de acción.

• Resistividad del citoplasma: A mayor resistividad, menor velocidad.

Teoría de la Neurona y Teoría Reticular

Ramón y Cajal propuso la teoría de la neurona, que establece que el sistema nervioso está compuesto por células individuales (neuronas). Golgi defendía la teoría reticular, que postulaba una red continua de células nerviosas.

Permeabilidad y Regulación de los Conexones

Los conexones forman canales en las sinapsis eléctricas, permitiendo el paso de iones y moléculas pequeñas. Su permeabilidad se regula por el calcio, el pH y, en algunos casos, el voltaje.