PROTEINAS Y
VOLUMEN
PRIN CIPIO DE GIBBS-DONNAN :
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ESC
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
PRINCIPIO GIBBS-DONNAN 4
Modelo de Starling
Modelo capilar 20
Menú
general
Con el Principio de Gibbs- Donnan se analizan aspectos
específicos de un sistema que contiene iones o moléculas que no
P
R
I
N
C
I
P
I
O
atraviesan la membrana epitelial o celular.
180
180
d
e
G
I
B
B
S
D
O
N
N
A
N
180
180
180
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.
180
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
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
P
R
I
N
C
I
P
I
O
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.
---
d
e
G
I
B
B
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N
A
N
++
++
---
---
P
a
r
t
í
c
u
l
a
s
a
u
m
e
n
t
a
d
a
s
180
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
.
Aspectos Físicos Generales
Modelo de Starling
Presión hidrostática
Presión de Filtración
Presión osmótica
Presión Neta de filtración
Menú
general
Aspectos Físicos Generales
Presión absoluta
Presión relativa
Hidrostática
Presión osmótica
Menú
general
Existen numerosas variables que se usan de manera confusa y es necesario
ajustar los conceptos fisiológicos a las definiciones físicas.
FISICA
PRESION
ABSOLUTA: es
la fuerza ejercida
por unidad de
superficie
FISIOLOGIA
P = dinas/cm2
p= r*g*h
P = F / S = dinas / cm2
También suele expresarse como el
peso de una columna líquida por
unidad de superficie, que se
equilibra con la presión ejercida
sobre el líquido.
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
PRESION se expresa como peso
( p ) de una columna líquida de
cierta altura (h = cm) y de
superficie unitaria (S = 1cm2 )
P = rH20 * g * hH20 = r
Hg *
g * hHg
El peso específico (r) vale 1 g / cm3
para el agua y 13.6 g / cm3 para el
mercurio (Hg)
P = 1 * hH20 = 13.6 * hHg
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
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Pb=
r gh
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.
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.
Pb
760
Pb
0
760
P absoluta = 760 mmHg
P relativa = 0 mmHg
2 de 4
MENU
El cero del sistema se obtiene cuando el
manómetro 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.
La presión barométrica absoluta o medida con
un barómetro es 760 mmHg.
La presión barométrica relativa o medida con un
manómetro en U es 0 cmH20 o 0 mmHg según el
líquido que lo llena.
.
.
Cuando se llena con agua el 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 con mercurio el 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).
3 de 4
MENU
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 desciende
en la rama conectada al
recipiente la presión
medida es mayor que la
barométrica.
750 < 760
750 – 760 = -10
Presión +
supra atmosférica
P < Pb < 0
Pb
PP == x
0
P absoluta = 760
P relativa = P - Pb = 0
Si
el
menisco
asciende en la rama
conectada
al
recipiente la presión
medida es menor que
la barométrica.
Presión –
sub atmosférica
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A
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 ).
Et = Eest = ( Eef + Egrav )
Et = Eest = ( PV + m g h )
PV
ENERGIA
EFECTIVA
ENERGIA
GRAVITACIONAL
mgh
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A
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
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
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MENU
Pt 1 = 1 P 1 = 0 G 1 = 1
Pt 2 = 1 P 2 = 0.5 G 2 = 0.5
Pt 3 = 1 P 3 = 1 G 3 = 0
Según el PRINCIPIO 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).
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Cuando hay un soluto,
conectado con una solución
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
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MENU
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.
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G
Entender el Principio Gibbs - Donnan es fundamental para encarar
numerosos aspectos de aplicación práctica en el balance de líquidos
y electrolitos.
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 proteínas circunscritas 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
Menú
proteínas o presión oncótica y es fundamental en la ..............................
comprensión del funcionamiento renal y el balance .......................
líquido en los diferentes espacios del organismo.
1 de 3
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Ph
Pf
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 = F * S = dinas / cm2
= mmHg
Las unidades dependen del sistema de medición
= cmH20
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,
Ph
Ph
que es positiva
la presión de
Pf
Pi +
Pf
filtración
( Pf ) disminuirá con
Pi respecto a la hidrostática (o
Pf = Ph - Pi
hidráulica)
Si dentro del tubo hay sustancias que no atraviesan la
membrana, generalmente proteínas o grandes moléculas, se
Menú
genera una presión osmótica (Po) (se refiere a partículas
en general.) u oncótica (Po) (se refiere a proteínas).
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Disminuye la presión de filtración
Ph
Pi+
Poc
PfPf
PNF = Ph – Pi - Poc
Se describió antes la influencia
de la presión fuera de la
membrana.
Si hay proteínas dentro del capilar
producirán una atracción de las
moléculas de agua por aumento
de la presión osmótica capilar
( Poc ) y disminuirán la presión
de filtración.
La Presión Neta de Filtración (PNF) aumenta si hay proteínas en el espacio
extracelular. Se ejercerá una presión osmótica ( Poi ) que atraerá agua
desde el capilar hacia el espacio intersticial.
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.
Ver la clase Sistema Renal : Filtración
Menú
3 de 3
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.
Ph
Ph
Po
Po
PNF
filtración
PNF
reabsorción
Ver la clase Sistema Renal : Filtración
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.
Menú
1 de 5
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.
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.
reabsorción
El
agua
filtrada
se
reabsorbe casi en su
totalidad, pero el remanente
que queda en el espacio
intersticial es removido por
la circulación linfática.
Menú
filtración
2 de 5
reabsorción
filtración
Filtración = reabsorción + flujo linfático
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.
La filtración está 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

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
 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
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
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Diapositiva 1