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Un experimento práctico para comprender los efectos de diferentes soluciones en las células. Se explora la osmolaridad, tonicidad y el movimiento de agua a través de las membranas celulares. Se incluyen instrucciones detalladas para la extracción de sangre venosa, la preparación de soluciones y la observación de los cambios celulares.
Tipo: Apuntes
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El estudiante estará en la capacidad de: Describir el mecanismo que produce el movimiento de líquidos en los diferentes compartimentos. Dar a conocer la distribución de los líquidos corporales y su composición química. Diferenciar los tipos de soluciones y sus características Identificar los cambios que provoca en las células la administración de soluciones. Manipular las técnicas de asepsia y antisepsia. Practicar la extracción de sangre venosa, mediante las técnicas aprendidas. Identificar los cambios que provoca en las células la administración de soluciones. . MATERIALES: Torundas de algodón Alcohol Solución salina al 0,9% (154 mEq/L) y al 1,8% (290 mEq/L) Jeringuilla 10 cc y aguja hipodérmica No^ 20 descartable. Solución glucosada al 5% (50 mg/L) y al 50% (500 mg/L) Torniquete Tubos de ensayo de vidrio de 10 cc 3 pipetas de 5 ml Porta-cubreobjetos Solución de urea al 0,3 M Centrífuga Solución de anticoagulante: citrato de sodio al 3,8% Microscopio. FUNDAMENTOS Cuando los organismos unicelulares marinos primitivos evolucionaron en organismos multicelulares y emergieron a la tierra, se enfrentaron a varios retos fisiológicos, incluyendo el mantenimiento del balance de agua y sal en ambientes bajos. Ya no estaban rodeados por un mar externo, ahora poseían su propio mar interno o líquido extracelular (LEC), en el cual, sus células podían bañarse en un ambiente químico constante, que el fisiólogo Claude Bernard llamó “medio interno”. Las células retienen potasio con el fin de neutralizar las cargas negativas de las proteínas y otros iones. TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANAS Estructura de las membranas. Las membranas biológicas son bicapas formadas por lípidos y proteínas. Los fosfolípidos tienen una cadena principal de glicerol, con una cabeza hidrófila (soluble en agua), y dos colas de ácidos grasos, que son hidrófobas (insolubles en agua). Las colas hidrófobas se enfrentan entre sí y forman una bicapa. 1 Ver la Figura No^ 1.
Figura 1 Esquema de la estructura de las membranas celulares. Las sustancias solubles en lípidos (por ejemplo, O2, CO2, hormonas esteroides) pueden disolverse en la bicapa lipídica hidrofóbica y cruzar transversalmente las membranas celulares transversales. 1 Las sustancias solubles en agua (por ejemplo, Na +, Cl-, glucosa, H2O) no pueden disolverse en los lípidos de la membrana, pero pueden cruzar a través de canales llenos de agua, poros o por transportadores especiales. 1 Las proteínas de membrana en general se dividen en 2 grupos: Proteínas integrales de membrana, las cuales están incrustadas en la bicapa lipídica y no se pueden extraer sin alterar estructura de la bicapa. Incluyen: canales iónicos, proteínas transportadoras, receptores y proteínas GTP de unión a proteínas G. 1, 2, 3 Proteínas periféricas, no están incrustadas en la membrana celular y se encuentran unidas a las cabezas polares hidrolíticas de los lípidos o a las proteínas integrales y contribuyen al cito esqueleto. 2, 3 Transporte a través de las membranas. El movimiento de las moléculas a través de las membranas puede clasificarse de acuerdo a los requerimientos de energía. El transporte que no requiere energía se conoce como pasivo, en tanto que el transporte activo requiere un aporte de energía desde alguna fuente externa, como el enlace fosfato de alta energía del ATP. 3 Ver la Figura No^ 2.
naturales, como L-glucosa. En la difusión simple, no se distingue entre los dos isómeros, ya que no utiliza transportadores. 1 ,^4 Saturación. La velocidad de transporte aumenta a medida que aumenta la concentración del soluto, hasta que los transportadores están saturados. La máxima de transporte (Tm) es análoga a la velocidad máxima (V máxima) en la cinética de la enzima. 1 ,^4 Competencia, se refiere a que los sitios de unión de las proteínas transportadoras son específicos para ciertas moléculas, sin embargo, moléculas estructuralmente relacionadas pueden competir por estos sitios de unión. Por ejemplo, D-galactosa es un inhibidor competitivo del transporte de D-glucosa en el intestino delgado. 1 ,^4 Transporte activo Ocurre cuando el movimiento neto está en contra de un gradiente de concentración, por lo que requiere de energía metabólica, esto es ATP, y por lo tanto se denomina activo. Como es mediado por un transportador presenta estereoespecificidad, saturación y competencia. 1,^3 Transporte activo primario. El ATP se consume directamente por la proteína transportadora.^3 Tenemos varios ejemplos de este tipo de transporte:
dirección se denomina cotransporte. Ahora bien, la célula gasta ATP para crear el gradiente (por eso es transporte activo), pero no para introducir Na+ y glucosa, el transporte de ellos fue secundario a la formación del gradiente. 1, 2, 3, 6. Figura 4. Transporte activo secundario - cotransporte. Reabsorción de glucosa. La figura No^5 representa una célula cardiaca, en la que la misma bomba Na, K-ATPasa ha creado un gradiente de Na+, pero en esta célula hay bombas Na+/Ca+ que aprovechan la energía acumulada por este gradiente e introducen Na+ a la célula, sacando al mismo tiempo Ca++. La célula gastó ATP en crear el gradiente, la entrada de Na+ y salida de Ca++ son secundarios a la formación de dicho gradiente. 1, 2, 3, 6 Figura 5. Transporte activo secundario - contra transporte. COMPARTIMENTOS CELULARES Distribución del agua corporal. El agua es el elemento más abundante del cuerpo humano y como porcentaje del peso corporal varía en función de la edad. Un feto tiene una considerable agua corporal total (ATC) que disminuye de manera progresiva hasta un 75% del peso en el momento del nacimiento. Durante el primer año de vida, el ACT disminuye hasta un 60% del peso corporal y así se mantiene hasta la pubertad, y al
HCO 3 - (mmol/L) 22 – 30 Total Ca2+^ (mmol/L) 2,2 – 2, Ca2+^ ionizado (mmol/L) 1,1 – 1, Mg2+^ (mmol/L) 0,8 – 1, Glucosa (mmol/L) 3,5 – 5, Urea (mmol/L) 2,5 – 6, Creatinina (umol/L) 60 – 120 Ph (^) 7,35 – 1, Lactato (mmol/L) 0,6 – 1, Albúmina (g/L) 33 – 55 Osmolaridad (mOsm/L) 275 – 295 Recuerda que: La concentración de electrolitos se expresa en miliequivalentes por litro (mEq/L) una medida de la cantidad de cargas eléctricas en un litro de solución. mEq/L = (concentración de iones en (mg/L) / el peso atómico del ion) × número de cargas eléctricas en un ion. Para iones univalentes, 1 mEq = 1 mOsm. Para iones bivalentes, 1 mEq = 1/2 mOsm. DESPLAZAMIENTO DEL AGUA ENTRE LOS COMPARTIMENTOS INTRACELULAR Y EXTRACELULAR. Osmosis Es el flujo de agua a través de una membrana semipermeable desde una solución con baja concentración de solutos a una solución con alta concentración de solutos; o de una mayor concentración de agua a otra con menor concentración de agua; hasta que la concentración de solutos es igual en los dos lados. 1, 2, 5, 6, 10 Osmolaridad Es la concentración de partículas osmóticamente activas (capaces de atraer agua) en una solución. Dos soluciones que tienen la misma osmolaridad calculada son isosmóticas. Si dos soluciones tienen diferentes osmolaridades calculadas, la solución con la mayor osmolaridad será hiperosmótica y la de menor osmolaridad será hiposmótica. 1 La concentración de aniones y cationes en el LEC es la misma, aproximadamente 150mEq/L para cada uno; es así, que en total tenemos 300mEq/L que tienen la capacidad de ejercer una “fuerza de atracción de agua”, denominada presión osmótica. Ésta es proporcional a la cantidad de átomos/iones/moléculas en solución y se expresa en mOsm/litro (osmolaridad) o mOsm/kg (osmolalidad) de la solución. En química clínica el término "osmolaridad" es el que se usa con más frecuencia. Por ejemplo, de los aproximadamente 280-290 mOsm/L del LEC el mayor contribuyente individual es NaCl. Este se disocia en solución y por lo tanto su componente de partes Na + y Cl- ejercen una presión osmótica independientemente, es decir, Na+ (140 mmol/L), contribuye 140 mOsm/L, y Cl- (100 mmol/L) contribuye 100 mOsm/L. El equilibrio de cargas negativas adicionales
procede del bicarbonato (HCO3-) y otros aniones. En el espacio intracelular, el K + es el catión predominante. 10 Debido a que la glucosa no se disocia en solución, cada molécula, aunque mucho más grande que la sal, se comporta como una sola entidad en disolución y una concentración de 5 mmol/L, contribuye sólo con 5 mOsm/L a la osmolaridad total de plasma. 10 El movimiento de agua a través de las membranas depende de la diferencia de osmolaridades entre dos soluciones. Dos soluciones que tienen la misma osmolaridad van a ejercer la misma presión osmótica y por ende son isotónicas, es decir no fluye agua a través de la membrana que las separa. Si dos soluciones separadas por una membrana semipermeable tienen diferentes osmolaridades, la solución con la mayor presión osmótica efectiva es hipertónica y la de menor presión osmótica efectiva es hipotónica; el agua fluye desde la solución hipotónica a la hipertónica. 1,^ 6,^10 Entonces, podemos definir a la tonicidad como la osmolaridad efectiva , capaz de movilizar agua de un compartimento a otro. Ver la Figura No^ 7. Figura 7. Diferencia entre osmolaridad y tonicidad. A. Muestra dos soluciones isosmolares e isotónicas, no hay movimiento de agua. B. Muestra que el LEC es Hiperosmolar e hipertónico, el agua saldrá de la célula. C. Muestra líquidos intracelular y extracelular hiperosmolares con respecto a lo normal, sin embargo, al ser isosmolares e isotónicos entre sí, no habrá movimiento de agua. Dem uestra líquidos intracelular y extracelular hiposmolares con respecto a lo normal, sin embargo, al ser isosmolares e isotónicos entre sí, no habrá movimiento de agua. La osmoralidad del plasma se calcula por las siguientes fórmulas: 𝑂𝑠𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑚 á 𝑡𝑖𝑐𝑎 = 2. 1 𝑥𝑁𝑎 𝑂𝑠𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑚 á 𝑡𝑖𝑐𝑎 = 2 𝑁𝑎 +
Solución salina al 0,9% Contiene 0,9 gramos de NaCl o 154mEq de Na y 154mEq de Cl en 1 litro de agua, con una osmolaridad de 308mOsm/L. 5,^10 Esta solución se distribuye en todo el LEC (incluyendo el plasma) y clásicamente se sugiere que amplía el volumen de sangre por 1/3 del volumen de solución infundido. En la práctica, sin embargo, la eficacia de estas soluciones para expandir el volumen de plasma es sólo el 20-25%, el resto siendo secuestrado en el espacio intersticial. Aunque esta solución se utiliza con éxito para este propósito el precio pagado por el llenado intravascular adecuado es una expansión excesiva del espacio intersticial y edema, que tiene que ser excretado una vez que se pasa la fase aguda de la enfermedad. 10 Lactato Ringer Contiene 130mEq de Na, 109 mEq de Cl, 28mEq de Lactato (precursor de HCO3), 3mEq de Ca y 4mEq de K por litro de solución. Debido a que tiene concentraciones muy parecidas a las séricas, se la considera una solución equilibrada. Su osmolaridad es de 273mOsm/L. 5,^10 La concentración sérica de Cl es menor que la concentración de Cl contenida en una S.S. 0,9% de NaCl (Sérica de 94-104mEq/L vs S.S. 0,9% de 154mEq/L); debido a esto ocasiona que el pH sanguíneo se acidifique (acidosis hiperclorémica); y la hipercloremia ocasiona disminución del flujo sanguíneo renal con menor filtración glomerular, acidosis de la mucosa gastrointestinal e íleo (parálisis intestinal), disfunción celular y alteración de la función mitocondrial, además del edema ocasionado por su excesiva administración. Por estas razones, en la mayoría de los casos, y sobre todo en pacientes con cuadros de acidosis, se prefiere administrar soluciones equilibradas como el Lactato Ringer, frente a la S.S. 0,9%; siendo ésta la utilidad de su administración, ya que el efecto de volumen que se consigue con las dos soluciones es muy similar. 5, 10, 12 Suero glucosado al 5% Es una solución isotónica, que contiene 50 gramos de glucosa por litro de solución y cuya osmolaridad es de 278mOsm/L. Sus dos indicaciones principales son la rehidratación en deshidrataciones hipertónicas y como agente aportador de energía. La glucosa se metaboliza en las células convirtiéndose en agua metabólica y permitiendo una expansión del LIC. Además, se distribuye en los demás compartimentos, diluyendo los electrolitos y disminuyendo la presión osmótica del LEC. 10,^14 Las soluciones hipotónicas de glucosa pueden causar hiponatremia significativa (Na + <130 mEq/L), y se debe tener cuidado para evitar este efecto potencialmente perjudicial, especialmente en niños y ancianos. 8,^10 Soluciones glucosalinas isotónicas
Las soluciones glucosalinas (314 mOsm/L) son eficaces como hidratantes y para cubrir la demanda de agua y electrolitos. Cada litro de infusión de suero glucosalino aporta 35 gramos de glucosa ( kcal), 77 mEq de sodio y 77 mEq de cloro. 5, 13. Soluciones hipertónicas Salinas Hipertónicas Han empezado a utilizarse como agentes expansores de volumen en la reanimación de pacientes en shock hemorrágico, ya que producen una expansión de volumen transitoria más potente y rápida que los demás sueros empleados con anterioridad. 14 Los mecanismos de acción más ampliamente descritos son: El aumento de volumen viene aportado desde el espacio extravascular por la diferencia de las concentraciones de osmolaridad que se forman al introducir el suero hipertónico en el torrente circulatorio 15, 16. Pero para explicar la potencia y rapidez de acción que tienen estas soluciones hipertónicas tienen que influir también otros mecanismos distintos a los que usan los sueros regulares. Un reflejo simpático-parasimpático a nivel pulmonar que produciría una vasoconstricción venosa y una vasodilatación precapilar actuando directamente sobre el músculo liso. 17 Una explicación más reciente y que parece más importante es que este volumen también viene donado por el espacio intracelular, que evita así el edema celular, ya que restaura la bomba de Na/K, y con ello el pH, Ca, y niveles de ATP. Las células que más contribuyen a esto son las endoteliales y los glóbulos rojos de los tejidos ya edematizados con lo que mejora la perfusión del territorio capilar. 15, 18, 19, 20, 21^ En estudios han concluido que desde el punto de vista volumétrico, la administración de 250 ml de SS. 7% a un paciente de 70 Kg que ha perdido 2 l de sangre equivaldría a administrarle 700 ml de sangre. Esto si lo quisiésemos hacer con Lactato Ringer necesitaríamos administrarle 3 litros para conseguir los mismos efectos. 22 Dentro de los efectos a nivel cardiaco y vascular, destacamos el aumento del gasto cardiaco gracias al aumento de la precarga por la expansión intravascular y la disminución de las resistencias periféricas. También aumenta la contractilidad y el ritmo cardiaco. 23 Suero glucosado al 10, 20 y 40% Son consideradas soluciones glucosadas hipertónicas, que al igual que la solución de glucosa isotónica, una vez metabolizadas desprenden energía y se transforma en agua. A su vez, y debido a que moviliza sodio desde la célula al espacio extracelular y potasio en sentido opuesto, se puede considerar a la glucosa como un proveedor indirecto de potasio a la célula. 13 La indicación más importante de las soluciones de glucosa hipertónica es el tratamiento del colapso circulatorio y de los edemas cerebral y pulmonar, porque la glucosa produciría una deshidratación celular y atraería agua hacia el espacio vascular, disminuyendo así la presión del líquido cefalorraquídeo y a nivel pulmonar. 13 Tabla 2. Comparación entre el plasma y algunas soluciones empleadas en medicina. Plasma
(NaCl) Solución de Hartmann’s Lactato Ringer
(NaCl) Dextrosa 5%
Figura 9. Venas del dorso de la mano Cuando las venas de esta región no están disponibles o no son accesibles, las venas del dorso de la mano también pueden ser utilizadas para la venopunción. Las venas de la parte inferior del puño no deben ser utilizadas porque, al igual que ellas, los nervios y tendones están próximos a la superficie de la piel en esa zona. No se deben utilizar zonas alternativas como tobillos o extremidades inferiores sin la autorización del médico, debido al potencial significativo de complicaciones médicas que implican, por ejemplo: Flebitis, trombosis o necrosis tisular Técnica. 5,^24
elevados para todos los analíitos basados en medidas de proteínas, alteración del volumen celular y de otros elementos celulares. El uso inadecuado puede llevar a la situación de error de diagnóstico (como hemólisis, que puede tanto elevar el nivel de potasio como alterar la dosis de calcio, etc.), así como dar lugar a complicaciones durante la extracción (hematomas, hormigueo, entre otros) Aplicar el torniquete de 7,5 a 10 cm por encima de la zona de la punción para evitar la contaminación de la zona. No utilizar el torniquete de forma continuada durante más de 1 minuto. Al aplicar el torniquete, pedir al paciente que cierre la mano para hacer visible la vena. No apretar el torniquete con intensidad, puesto que el flujo arterial no debe ser interrumpido. El pulso debe permanecer perceptible.
Figura 13. Vena perforada. En este caso, se debe retroceder un poco la aguja, observando que el flujo se restituye. La Figura No 14 presenta una penetración parcial de la vena. En este caso es eminente la formación de hematoma. Se puede observar el desbordamiento de la sangre bajo la piel. Para evitar realizar una segunda punción, se debe introducir un poco más la aguja en el brazo del paciente, tranquilizándolo. Después de terminar la extracción, realizar la compresión con hielo. Figura 14. Extravasación de sangre debido a penetración parcial del bisel en la vena. 1.2. Obtención de suero y plasma. 5 Obtenida la muestra de sangre, vierta 5 cc de sangre en cada tubo de ensayo, cuidadosamente por las paredes. En el tubo de ensayo sin anticoagulante vierta 5cc de sangre y colóquelo en posición vertical y en reposo a medio ambiente durante 30-60 minutos. El otro tubo de ensayo con anticoagulante y con 5cc de sangre, centrifúguelo durante 10 minutos a una velocidad de 2000 rpm. 1.3. Deshidratación hipertónica. 5
En un tubo de ensayo ponga una gota de sangre con 5cc de S.S. 0,9% y agite suavemente, ésta será la solución madre. Coloque 1 cc de la solución madre en cada una de las 3 cajas de Petri numeradas del 1 al 3. Añada 2 cc de las soluciones: Salina isotónica 0,9% (en la caja 1) Salina hipertónica 1,8% (en la caja 2) Salina hipotónica 0,45% (en la caja 3) Déjelas en reposo durante 30 minutos. Tome una muestra de cada caja de Petri y realice una extensión del material en portaobjetos y coloque el cubreobjetos. Observe al microscopio usando el lente de 100 X y Observe las células y sus características. 1.4. Deshidratación osmótica Coloque 1cc de la solución madre en cada una de 2 cajas de Petri numeradas como 4 y 5. Añada 2 cc de soluciones: Glucosada al 5% (en la caja 4) Glucosada al 50% (en la caja 5) Déjelas en reposo durante 30 minutos. Tome una muestra de cada caja de Petri y realice una extensión del material en portaobjetos y coloque el cubreobjetos. Observe al microscopio usando el lente de 100 X y Observe las células y sus características. 1.5. Deshidratación isosmolar-hipotónica. 5 La urea es un soluto osmótico no iónico, que entra fácilmente en la célula debido a la gran permeabilidad de la pared celular a la misma; es decir, no es un soluto osmóticamente efectivo. Colocar 1cc de la solución madre en 1 caja de Petri y añadir 2 cc de solución de urea 0,3M (caja
Deje en reposo durante 30 minutos. Tome una muestra de cada caja de Petri y realice una extensión del material en portaobjetos y coloque el cubreobjetos. Observe al microscopio usando el lente de 100 X y Observe las células y sus características. 1.6. Características diferenciales entre suero y plasma. En el tubo de ensayo en el que se encuentra la sangre sin anticoagulante en reposo, después del tiempo señalado, se presenta en la superficie la presencia de líquido llamado suero. 5 , 24 En el tubo de ensayo en el que se aplicó el anticoagulante y fue puesto en la centrífuga se evidencia claramente el líquido celular llamado plasma. 5