<>

Daniel de Haro

Agua y electrólitos, equilibrio hidroelectrolítico y ácido base

Estrategias de aprendizaje

12/06/2012

Agua y electrólitos, equilibrio hidroelectrolítico y ácido base

Las formas de vida primitiva aparecieron en medio acuoso y la evolución de los organismos dependió de su capacidad para conservar ese líquido de manera constante                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           el protoplasma es una estructura compleja formada por agua, sales inorgánicas y compuestos orgánicos. La composición del ambiente externo varia de forma significativa y los organismos poseen mecanismos para adecuarse a estas variaciones,
El agua constituye de 75% a 85% de el peso de la mayoría de las células.
De todos los componentes de un organismo, el agua es el más abundante ya que constituye un aproximado del  70% en el peso total del cuerpo humano. Los tejidos y organismos más jóvenes tienen más agua, de igual manera, los tejidos de vitalidad más intensa son más ricos en agua que los inertes.

Propiedades fisicoquímicas y fisiológicas del agua

La molécula del agua, aparentemente sencilla, tiene propiedades insólitas. Los hidrógenos no están situados en forma simétrica en virtud de que los orbitales híbridos sp³ tienen un ángulo de 104.5° y el núcleo de oxigeno ejerce mayor atracción por los electrones de los hidrógenos, lo cual creo carga parcial negativa en el oxigeno y carga parcial positiva en los hidrógenos. Estas cargas parciales permiten que cada molécula de agua atraiga otras cuatro.

La formación de puentes de hidrogeno entre moléculas es la que da al hielo su estructura cristalina. Un carácter importante en la estructura cristalina del hielo es su patrón dodecaedrico pentagonal que determina la gran cantidad de espacio vacío en el cristal, lo que explica su baja densidad.
Aunque cuando el hielo se funde se rompe su estructura cristalina, del calor de fusión del hielo se deduce que solo el  15% de los enlaces por puente de hidrogeno se rompen, lo que significa que en el agua líquida existe cierto grado de organización cristalina. Roentgen sugirió en 1892 que el agua líquida es una mezcla de moléculas parecidas a las del hielo y de otras parecidas a las del vapor.

Se considera en la actualidad, que en el agua existen estructuras cristalinas llamadas clatratos o complejos de inclusión en los cuales los puentes de hidrogeno se forman y destruyen a gran velocidad, siendo la vida media del enlace de hidrogeno de 10^-10 a 10^-9 segundos.
Teóricamente, si el agua siguiera el comportamiento de otros líquidos, al congelarse debería tener una densidad de 1.8 a 1.9 en lugar de 0.9 que es la que presenta. Esto se explica por vacíos en la estructura cristalina del hielo los cuales están ocupados por agua libre en el agua líquida. En el agua líquida estos espacios pueden ser ocupados por molécula cuyo tamaño permita su acomodo.

La alta afinidad entre moléculas de agua es causa de sus propiedades:

Calor especifico. El calor específico es el número de calorías que es necesario suministrar a un gramo de material para aumentar su temperatura 1°C. Los procesos metabólicos generan calor, lo que tiende a elevar la temperatura corporal. Debido al poder del agua para almacenar calor por su alto calor especifico, el organismo posee un mecanismo que evita la elevación de la temperatura corporal.

Calor latente de vaporización. Es la energía necesaria para romper las fuerzas de atracción entre las moléculas de un punto que permita, en su punto de ebullición, pasar a la fase de vapor. Los elevados calor específico y calor de vaporización del agua permiten que el calor liberado en las reacciones bioquímicas exotérmicas, como al realizar ejercicio intenso, sea fácilmente absorbido y eliminado con pequeñas variaciones de temperatura del individuo.

Conductividad térmica. Gracias a este elevado valor, mayor que el de ningún otro liquido orgánico, el agua influye en la termorregulación corporal, ya que por esta propiedad se iguala con rapidez la temperatura del medio interno.  

Densidad. El agua aumenta su volumen, disminuyendo su densidad, al congelarse.

Tensión superficial. Íntimamente ligados a la tensión superficial están los fenómenos de capilaridad, esta propiedad permite que el agua ascienda por los capilares del suelo hacia las raíces de las plantas. En toda superficie de un líquido se establecen fenómenos de membrana, es probable que la formación de las primeras membranas biológicas se haya llevado a cabo por acumulación de sustancias orgánicas en la superficie o interfase del agua.

Constante dieléctrica. Se define como la fuerza con que se atraen dos placas cargadas eléctricamente con signo contrario en un condensador lleno con el líquido o gas a valorar. Esta constante permite saber el grado de solubilidad e ionización de un soluto en determinado liquido. En otras palabras, la constante dieléctrica indica la tendencia del disolvente a oponerse a la atracción electrostática entre iones positivos y negativos.

Las sustancias polares no iónicas se disuelven en agua con facilidad ya que forman puentes de hidrogeno con moléculas de agua. Las moléculas no polares no se disuelven en agua por no formar puentes de hidrogeno.

Distribución del agua en el organismo

El agua total del organismo, como se menciono antes, constituye alrededor del 60% a 70% del peso corporal y se encuentra distribuida en dos grandes compartimentos, el intracelular y el extracelular, siendo el intercelular las dos terceras partes del agua total y es ahí donde se llevan a cabo los procesos metabólicos con la participación de enzimas disueltas.

El agua extracelular es el medio ambiente inmediato a la célula, siendo casi un tercio del agua total y distribuyéndose  entre plasma o volumen vascular e intersticial. Edelman considera además otro espacio, el transcelular, constituido por secreciones especiales de concentración iónica similar a la del extracelular.

El liquido intersticial es el intermediario de los líquidos corporales, es un sistema de transferencia. Es el medio a través del cual pasan los nutrimentos de la sangre a las células y los productos de desecho de la célula a la sangre, además diversas moléculas reguladoras (hormonas) que coordinan las funciones de las células muy alejadas entre sí, lo hacen por este espacio.

Balance hídrico

Diariamente se ingieren y se eliminan por diferentes vías, cantidades variables de agua según las condiciones ambientales y la actividad del individuo. Estas entradas y pérdidas de agua deben ser iguales para que el organismo conserve el equilibrio hídrico.

Pérdidas diarias. El organismo pierde agua a través de la piel como transpiración sensible o insensible, por los pulmones como vapor de agua en el aire espirado, por los riñones a través de orina y por el intestino a través de las heces. El aire espirado esta mas saturado de agua que el inspirado, y por pulmón se pierde alrededor de 700ml/día, pero este valor puede aumentar, igual que la perdida cutánea de 200ml, en estados febriles, por hiperventilación y en climas cálidos. El agua secretada por el intestino es disolvente de los productos de desecho y es necesaria para asegurar la consistencia adecuada de las heces. La eliminación diaria por esta vía es de 200ml aunque puede aumentar en casos de diarrea y vómito. La excreción renal es muy flexible, si se ingiere gran cantidad de agua, el riñón excreta el exceso, normalmente se eliminan de 1200 a 1500ml por día.

Ingresos diarios. Las reservas de agua en el organismo pueden reponerse de varias maneras, agua ingerida como tal o en bebidas, agua en los alimentos y agua metabólica, que es la que se produce en la oxidación. Se calcula que al oxidarse 100g de carbohidratos se producen 55ml de agua; 100g de grasa producen 107ml y 100g de proteínas 41ml de agua. El requerimiento promedio sería de 1ml por caloría de alimento, para el recién nacido es de 150ml por kg de peso corporal, lactantes (6 meses) 125ml por kg de peso corporal, y niños de un año 100ml por kg de peso.