Manual de Laboratorio de Fisiologia_booksmedicos.org

Nancy E. Fernandez G.

Quinta edici6n

MANUAL DE LABORATORIO DE

FISIOLOGÍA

ERRNVPHGLFRV RUJ



MANUAL DE LABORATORIO DE

FISIOLOGÍA
Quinta edición

Dra. en Med. Nancy Esthela Fernández Garza

Jefa del Departamento de Fisiología,
Facultad de Medicina,

Universidad Autónoma de Nuevo León
Monterrey, Nuevo León, México

ERRNVPHGLFRV RUJ

MÉXICO • BOGOTÁ • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA • MADRID • NUEVA YORK
SAN JUAN • SANTIAGO • SAO PAULO • AUCKLAND • LONDRES • MILÁN • MONTREAL
NUEVA DELHI • SAN FRANCISCO • SINGAPUR • ST. LOUIS • SIDNEY • TORONTO

Director editorial: Javier de León Fraga
Editor Sponsor: Gabriel Arturo Romero Hernández
Corrección de estilo: Guillermina del Carmen Cuevas Mesa
Editor de desarrollo: Héctor F. Guerrero Aguilar
Supervisor de producción: José Luis González Huerta

NOTA
La medicina es una ciencia en constante desarrollo. Conforme surjan nuevos conocimientos, se requerirán cambios de la
terapéutica. El (los) autor(es) y los editores se han esforzado para que los cuadros de dosificación medicamentosa sean
precisos y acordes con lo establecido en la fecha de publicación. Sin embargo, ante los posibles errores humanos y cambios
en la medicina, ni los editores ni cualquier otra persona que haya participado en la preparación de la obra garantizan
que la información contenida en ella sea precisa o completa, tampoco son responsables de errores u omisiones, ni de los
resultados que con dicha información se obtengan. Convendría recurrir a otras fuentes de datos, por ejemplo, y de manera
particular, habrá que consultar la hoja informativa que se adjunta con cada medicamento, para tener certeza de que la
información de esta obra es precisa y no se han introducido cambios en la dosis recomendada o en las contraindicaciones
para su administración. Esto es de particular importancia con respecto a fármacos nuevos o de uso no frecuente. También
deberá consultarse a los laboratorios para recabar información sobre los valores normales.

MANUAL DE LABORATORIO DE FISIOLOGÍA

Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra,
por cualquier medio, sin la autorización escrita del editor.

DERECHOS RESERVADOS © 2011, 2008, 2005, 1998 respecto a la quinta edición, por
McGRAW-HILL INTERAMERICANA EDITORES, S.A. de C.V.
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Delegación Álvaro Obregón,
C.P. 01376, México, D. F.
Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana, Reg. Núm. 736

ISBN: 978-607-15-0524-8

1234567890 109876543210
Impreso en México Printed in Mexico

Colaboradores

Dr. Daniel Alberto Mata Mendoza
Profesor del Departamento de Fisiología,

Facultad de Medicina,
Universidad Autónoma de Nuevo León,

Monterrey, Nuevo León, México

Lic. Nohemí Liliana Negrete López
Profesora del Departamento de Fisiología,

Facultad de Medicina,
Universidad Autónoma de Nuevo León,

Monterrey, Nuevo León, México

Dr. José Humberto Treviño Ortiz
Profesor del Departamento de Fisiología,

Facultad de Medicina,
Universidad Autónoma de Nuevo León,

Monterrey, Nuevo León, México



Contenido

Práctica 1 Sistema Internacional de Unidades (SI) 1
Práctica 2 Unidades de concentración de las soluciones 7
Práctica 3 Ósmosis 13
Práctica 4 Variación en el volumen y la osmolaridad del líquido extracelular y su efecto 21
en la osmolaridad y distribución de los líquidos corporales
Práctica 5 Difusión 27
Práctica 6 Medición de los compartimientos líquidos corporales utilizando el 29
método de dilución
Práctica 7 Potencial de membrana en reposo 33
Práctica 8 Potencial de acción 37
Práctica 9 Sinapsis química 43
Práctica 10 Estimulador, electrodos, transductores y sistemas de registro 51
Práctica 11 Contracción muscular 59
Práctica 12 Electromiografía 69
Práctica 13 Funcionamiento del huso muscular 79
Práctica 14 Reflejos de tracción o de estiramiento (miotáticos) 85
Práctica 15 Tiempo de reacción ante un estímulo 93
Práctica 16 Sensibilidad somática 97
Práctica 17 Sentidos químicos: gusto y olfato 103
Práctica 18 Visión 107

vii

viii Contenido

Práctica 19 Audición 117
Práctica 20 Aparato vestibular 121
Práctica 21 Electroencefalografía 125
Práctica 22 Respuestas del sistema nervioso autónomo a las emociones 133
Práctica 23 Aprendizaje y memoria 143
Práctica 24 Reflejos condicionados 147
Práctica 25 Hormona del crecimiento y acromegalia 149
Práctica 26 Hormonas tiroideas 153
Práctica 27 Detección de gonadotropina coriónica humana como base 157
de la prueba de embarazo
Práctica 28 Curva de tolerancia a la glucosa 161
Práctica 29 Valoración nutricional mediante antropometría 169
Práctica 30 Grupos sanguíneos 177
Práctica 31 Hemostasia 183
Práctica 32 Electrocardiografía 187
Práctica 33 Vectocardiografía 197
Práctica 34 Relación del electrocardiograma con la respiración y el pulso 201
Práctica 35 Electrocardiografía y fonocardiografía 205
Práctica 36 Efectos cardiovasculares del ejercicio 211
Práctica 37 Respuesta cardiovascular a la inmersión en agua (buceo) 215
Práctica 38 Hemodinamia 221
Práctica 39 Presión arterial 231
Práctica 40 Mecánica de la respiración 237
Práctica 41 Volúmenes y capacidades pulmonares 241
Práctica 42 Respiración 249
Práctica 43 Diuresis acuosa y osmótica 255
Manejo adecuado de las muestras de sangre 259
Apéndice Índice alfabético 261

Prólogo

La actividad profesional del médico est á centrada en la Cada una de las p rácticas contenidas en la p resente
atención a pacien tes, lo q ue implica el ejer cicio de una obra está diseñada para que el estudiante relacione, de una
actividad intelectual denominada razonamiento clínico, manera objetiva, la fisiología con las ciencias clínicas,
que consiste en integrar la información de la historia clí- ya que al analizar el f uncionamiento normal del c uerpo
nica, los resultados de exámenes y la e videncia científica humano es fac tible identificar la pa togenia y fisiopato-
disponible para identificar la patogenia y la fisiopatología logía que explican los signos y sín tomas presentes en el
que explican el c uadro clínico, y p ermite establecer un paciente, llegando al est ablecimiento de un diagnóstico
diagnóstico que se convierte en la directriz que determi- funcional o fisiopatológico.
na su tra tamiento, prevención, predicción, pronóstico y
rehabilitación. Lo anterior permite concluir que el razo- Dra. en Med. Nancy Esthela Fernández Garza
namiento clínico es la co mpetencia central del médico y Jefa del Departamento de Fisiología
por lo tanto, una educación por competencias debe estar Facultad de Medicina
orientada hacia el desarrollo del mismo.
Universidad Autónoma de Nuevo León

ix



1Práctica

Sistema Internacional
de Unidades (SI)

Competencias

• Aplicar las unidades básicas y derivadas del Sistema Internacional de Unidades (SI)
en situaciones propias de la práctica médica, así como las unidades de litro y
Angström, que no se incluyen en el SI, pero que se utilizan en medicina.

• Escribir correctamente las unidades del Sistema Internacional de Unidades.
• Utilizar los prefijos, símbolos y el factor de potencia para escribir una magnitud.

Revisión de conceptos titución de la C onferencia General de Pesos y Medidas por
parte de 17 países. A este tratado, que firman en la actualidad
La fisiología es una ciencia cuantitativa. Los fisiólogos miden 51 países, se adhirió México en 1890. Los avances científicos
constantemente los cambios que ocurren en los organismos y tecnológicos hacen necesaria la revisión periódica del SI,
vivos bajo determinadas situaciones con la finalidad de com- por lo que los integrantes de la Conferencia General de Pesos
prender la base de su funcionamiento. Por lo tanto, en fisio- y Medidas se reúnen cada cuatro años; México está represen-
logía, igual que en otras ciencias cuantitativas, se requiere de tado en estas reuniones por el Centro Nacional de Metrolo-
un sistema de medición estandarizado. gía, que es el la boratorio nacional de referencia en materia
de mediciones en este país; la Ley Federal sobre Metrología
Medir es comparar con un patrón; el problema aparece y Normalización establece que el S istema Internacional de
cuando se utilizan diferentes patrones de co mparación. A Unidades es el sistema de medición oficial en México.
principios del sig lo xviii, la confusión relacionada con los
sistemas de medición existentes era enorme. Como ejemplo Como resultado de las dif erentes resoluciones emitidas
se menciona que mientras en algunos pa íses se utilizaba el por la Conferencia General de Pesos y Medidas, actualmente
kilogramo para medir peso, en otros se usaba la libra, pero el Sistema Internacional de Unidades se constituye por siete
además existían diferentes definiciones para la lib ra en el unidades básicas y 22 unidades derivadas.
Reino Unido, París y Berlín, y se carecía de un patrón. Esto
generaba problemas no s ólo en el m undo científico, sino Unidades básicas
también en el co mercio, por lo q ue en 1790 s e formó una
comisión de la Academia de Ciencias de Francia conforma- Consisten en siete unidades independientes una de la otra; la
da por Lavoisier, Coulomb, Laplace y Tayllerand, lo mejo r última que se agregó fue el mol, en 1971 (cuadro 1.1).
de la co munidad científica francesa en es e momento. Esta
comisión logró la aprobación de un decreto que la autorizó a Definiciones
crear medidas con sus múltiplos y submúltiplos. Los resulta-
dos iniciales se modificaron con el paso de los años, pero su Según se mencionó antes, la medició n no es sino la co m-
importancia radica en que dio inicio al sistema métrico que paración con un patrón; la definición de los patrones de las
culminó en el actual Sistema Internacional de Unidades (Sys- unidades básicas se describe a continuación. Es importante
tème International d’Unitès), conocido en su forma abreviada señalar que algunos de est os patrones han sido reemplaza-
como SI. Los trabajos de esta comisión dieron como resulta- dos por patrones más precisos, como el metro, cuyo original
do, en 1875 la firma del Tratado del Metro en París y la cons- creado en 1889 era una ba rra de platino-iridio que se con-

1

2 Manual de laboratorio de fisiología Nombre Símbolo
metro m
Cuadro 1.1 Unidades básicas kilogramo kg
segundo s
Magnitud amperio A
Longitud Kelvin K
Masa mol mol
Tiempo candela cd
Intensidad de corriente eléctrica
Temperatura termodinámica
Cantidad de sustancia
Intensidad luminosa

servaba en S evres, Francia, y a la c ual reemplazó, en 1960, elementales debe especificarse, y ést as pueden ser áto-
un patrón basado en la longitud de onda de una radiación de mos, moléculas, iones, electrones, otras partículas o gru-
criptón 86. Est as modificaciones han sido neces arias y p o- pos específicos de tales partículas.
sibles gracias al a vance tecnológico, lo q ue representa una • Candela (cd). Es la intensidad luminosa en una dirección
de las razones por las que la Conferencia General de Pesos determinada de una f uente que emite radiación mono-
y Medidas debe reunirse periódicamente. El número entre cromática a una frecuencia de 540 × 1012 Hz y que tiene
paréntesis al final de cada una de las definiciones representa una intensidad radiante en esa dirección de 1/683 vatios
el año de la última modificación. por esterradián (1979).

• Metro (m). Longitud que recorre la luz en el vacío en el Unidades derivadas
intervalo correspondiente a 1/299 792 458 de s egundo
(1983). Estas unidades resultan de la combinación algebraica de las
unidades básicas. Los nombres y símbolos de algunas de es-
• Kilogramo (kg). Es la mas a del prototipo internacional, tas unidades pueden ser reemplazados por nombres y sím-
que es un cilindro hecho de una aleación de platino-iri- bolos especiales, que a su vez pueden utilizarse para formar
dio (1901). expresiones y símbolos de otras unidades derivadas. En los
cuadros 1.2 y 1.3 s e muestran las unidades derivadas que se
• Segundo (s). Es la duración de 9 192 631 770 períodos de utilizan con mayor frecuencia en medicina.
la radiación correspondiente a la transición entre los dos
niveles hiperfinos del estado base del átomo de cesio 133 • Grados Celsius. La unidad der ivada con el no mbre de
(1967). grado Celsius y el sím bolo °C merecen un comentario
aparte. La Conferencia General de Pesos y Medidas esta-
• Amperio (A). Es la intensidad de una corriente constan- bleció el uso de la temperatura Celsius, expresada con el
te que, mantenida en dos co nductores paralelos, recti- símbolo t y definida por la expresión: t = T − T0, en don-
líneos, de longitud infinita, de s ección circular despre- de T0 = 273.15 K corresponde al punto de congelación.
ciable, colocados a un metr o de distancia entre sí en el
vacío, produce entre estos conductores una fuerza igual Es importante señalar que una unidad Kelvin es de la misma
a 2 × 10−7 newton por metro de longitud (1948). magnitud que un grado Celsius, y hacer notar que la unidad
Kelvin se representa como K; es inco rrecto utilizar °K, en
• Kelvin (K). Es la fracción 1/273.16 de la temperatura ter- tanto que el símbolo para representar el grado Celsius es °C.
modinámica del punto triple del agua (1967). En la práctica, los instrumentos de uso común en medicina
para registrar la temperatura miden en °C.
• Mol (mol). Es la ca ntidad de sust ancia de un sist ema
que contiene tantas partículas elementales como áto-
mos existen en 0.012 kilogramos de carbono 12 (1971).
Cuando se utiliza el mol, la naturaleza de las pa rtículas

Cuadro 1.2 Unidades derivadas

Magnitud Nombre Expresión
Área metro cuadrado m2
Volumen m3
Velocidad metro cúbico m/s
Aceleración metro por segundo m/s2
metro por segundo cuadrado

Práctica 1 Sistema Internacional de Unidades (SI) 3

Cuadro 1.3 Unidades derivadas con nombres y símbolos especiales

Magnitud Nombre Símbolo Expresión
Frecuencia herzio Hz s−1
Fuerza newton N
Presión pascal Pa m kg s−2
Trabajo julio J m−1 kg s−2
Potencia vatio W m2 kg s−2
Cantidad de carga eléctrica culombio C m2 kg s−3
Fuerza electromotriz voltio V
Capacitancia faradio F As
Resistencia eléctrica ohmio Ω m2 kg s−3 A−1
Conductancia eléctrica siemens S m−2 kg−1 s4 A2
Temperatura Celsius grado Celsius °C m−2 kg s−3 A−2
m−2 kg−1 s−3 A−2

T − T0

Unidades no incluidas en el SI Múltiplos y submúltiplos

Existen otras unidades que, a pesar de no estar incluidas en La Conferencia General de Pesos y Medidas también esta-
el SI, se utilizan con frecuencia en medicina y por la ciencia bleció los prefijos que deben utilizarse para los múltiplos y
en general (cuadro 1.4). submúltiplos de las unidades. L a última revisión de est os
prefijos se realizó en 1991; el avance de los sistemas de medi-
• Litro. Es una unidad de v olumen y su us o es muy fre- ción, que permite medir cada vez cantidades más pequeñas y
cuente; aunque se acepta escribirlo con minúscula (l), se más grandes, ha obligado a estas adecuaciones.
recomienda utilizar mayúscula (L) para evitar la confu-
sión con el número 1. En medicina son de particular importancia los submúlti-
plos, ya que las cantidades de ciertas sustancias presentes en
• Angström. Unidad de medición de longitud equivalente a el organismo son muy pequeñas.
la diezmillonésima parte de un milímetro; su uso es cada
vez menos frecuente, pero aún se puede encontrar en al- Es importante hacer notar que el kilogramo es la única
gunos textos. 1 Å = 0.1 nm = 1 × 10 −10 m. La Conferen- unidad del SI con un prefijo (kilo) como parte de su nombre.
cia General de Pesos y Medidas incluye esta unidad en la Debido a que no pueden utilizarse múltiples prefijos, los de
categoría de temporal y considera aceptable su uso en al- kilogramo se usan con la unidad gramo, como en miligramo,
gunas situaciones hasta que se pueda prescindir de ella. y con el símbolo g, como en mg (cuadro 1.5).

Cuadro 1.4 Otras unidades utilizadas frecuentemente y no incluidas en el Sistema Internacional de Unidades

Nombre Símbolo Magnitud en el SI
minuto min 1 min = 60 s
hora h 1 h = 60 min = 3 600 s
día d 1 d = 24 h = 86 400 s
grado ° 1° = (π/180) rad
minuto ’ 1’ = (1/60)° = (π/10 800) rad
segundo ” 1” = (1/60)’ = (π/648 000) rad
litro L 1 L = 1 dm3 = 10−3 m3
tonelada t 1 t = 103 kg

4 Manual de laboratorio de fisiología

Cuadro 1.5 Múltiplos y submúltiplos

Prefijo Símbolo Factor Múltiplo Submúltiplo
yotta Y 1 × 1024 1 000 000 000 000 000 000 000 000
zetta A 1 × 1021 1 000 000 000 000 000 000 000 0.1
exa E 1 × 1018 1 000 000 000 000 000 000 0.01
peta P 1 × 1015 1 000 000 000 000 000 0.001
tera T 1 × 1012 1 000 000 000 000 0. 000 001
giga G 1 × 109 1 000 000 000 0. 000 000 001
mega M 1 × 106 1 000 000 0. 000 000 000 001
kilo k 1 × 103 1 000 0. 000 000 000 000 001
hecto h 1 × 102 100 0. 000 000 000 000 000 001
deca da 1 × 101 10 0. 000 000 000 000 000 000 001
deci d 1 × 10−1 0. 000 000 000 000 000 000 000 001
centi c 1 × 10−2
mili m 1 × 10−3
micro μ 1 × 10−6
nano n 1 × 10−9
pico p 1 × 10−12
femto f 1 × 10−15
atto a 1 × 10−18
zepto z 1 × 10−21
yocto y 1 × 10−24

Reglas para escribir los símbolos del SI • Los símbolos se escriben igual en singular y plural.
Ejemplo para kilogramos:
Los símbolos del Sistema Internacional de Unidades forman Correcto: kg
parte del idioma de la ciencia, y como todo idioma tiene re- Incorrecto: kgs
glas para su escritura, las más im portantes se mencionan a
continuación: • La multiplicación de unidades se indica por espacio en-
tre ellas o un punto a media altura. Por ejemplo:
• Los símbolos se escriben con minúscula. Ejemplo para Culombio = A s; otra forma de expresarlo es A • s
metro:
Correcto: m • Para expresar una unidad derivada, formada por una di-
Incorrecto: M visión entre unidades, puede utilizarse una línea oblicua,
una línea horizontal o exponentes negativos. Por ejem-
Una excepción es c uando el símbolo deriva de un no mbre plo, para metro sobre segundo puede ser:
propio; en es e caso se escribe con mayúscula y sin p unto.
Ejemplo: K, V, F, por Kelvin, Volta y Faraday. m/s, m • s−1 o bien m
s
• Los símbolos no llevan punto al final, ya que son un sím-
bolo y no una a breviatura; sólo preceden a un p unto si • El símbolo % se utiliza para representar 0.01.
van al final de una oración. Ejemplo para segundo: • Los términos ppm para partes por millón, cps para ciclos
Correcto: s
Incorrecto: s. por segundo, cc para centímetro cúbico y otros pareci-
dos son incorrectos.

Práctica 1 Sistema Internacional de Unidades (SI) 5

ACTIVIDADES

• Utilice una báscula con estadímetro para obtener el peso y • Seleccione cinco unidades derivadas con nombres específicos
estatura de por lo menos tres de sus compañeros. y discuta con sus compañeros en qué áreas de la fisiología se
utilizan.
• Utilice la unidad básica para escribir los pesos obtenidos, un
equivalente empleando un múltiplo o submúltiplo y el equi- 1.
valente utilizando el factor de potencia.
2.
Por ejemplo, si el peso es de 68 kg (unidad básica), también se
puede expresar como 68 000 g (submúltiplo) o 68 × 103 g (factor 3.
de potencia).
4.
Sujeto Unidad Múltiplo Factor
básica o submúltiplo de potencia 5.
1
2 • Mencione el nombre de cinco unidades de medición cuyo
3 símbolo se escriba con mayúscula y explique por qué.

Ahora haga lo mismo con los valores obtenidos para la estatura. 1.

Sujeto Unidad Múltiplo Factor 2.
básica o submúltiplo de potencia
1 3.
2
3 4.

• Escriba por lo menos cinco unidades derivadas con base en el 5.
metro y cinco unidades que deriven del kilogramo.
Las siguientes preguntas hacen referencia a unidades utilizadas
DERIVADAS DEL METRO ampliamente en medicina:

Sujeto Expresión Símbolo • La concentración de algunas sustancias en sangre, como la
glucosa, se expresa con frecuencia en mg/dl.
1 ¿Cuántos mililitros hay en un decilitro? ¿Cuántos decilitros
hay en un litro?
2
• La concentración de hormonas en sangre se encuentra en el
3 intervalo de 1 × 10−9 a 1 × 10−12 mol/L de moléculas. ¿Cuál es
el nombre correspondiente al submúltiplo de estas cantida-
4 des?

5 • La concentración de células sanguíneas se expresa en células/
µl. ¿Cuántos µl hay en un litro?
DERIVADAS DEL KILOGRAMO
• El volumen corpuscular medio normal de un eritrocito es de
Sujeto Expresión Símbolo 80 a 90 fl. ¿Cómo se expresa esta cantidad en litros utilizando
el factor de potencia?
1
• La cantidad de hemoglobina contenida en un eritrocito (he-
2 moglobina corpuscular media) es de 29 pg. ¿Cómo se expresa
esta cantidad en gramos utilizando el factor de potencia?
3
• ¿Cuántos picogramos hacen un nanogramo?
4 • ¿Cuántos microgramos hay en un miligramo?
• Si la temperatura corporal normal es de 37°C. ¿A cuánto
5
equivale en unidades Kelvin?
• Si en una biometría hemática se informa de 4.6 × 106 eritro-

citos por µl. ¿Cuántos eritrocitos hay por µl?
• ¿Cuál es la diferencia entre 1 kg de glucosa y un mol de glu-

cosa?

6 Manual de laboratorio de fisiología

CONCLUSIONES

Escriba los datos que considere relevantes.

2Práctica

Unidades de concentración
de las soluciones

Competencias

• Calcular la concentración de las soluciones en moles, equivalentes y osmoles,
principalmente de aquellas utilizadas en la práctica clínica: solución fisiológica
y glucosada al 5%.

• Preparar soluciones con una concentración predeterminada en mmol, mEq
y mOsm.

Revisión de conceptos tículas libres de sodio; sin embargo, aunque cada vez es más
frecuente el uso del mol en la f orma antes mencionada, en
Concentración es la proporción relativa de soluto y solvente; medicina aún persiste el uso del equivalente cuando se trata
por lo tanto: de cargas eléctricas y del osmol cuando lo que se mide es la
cantidad de partículas libres. El mol se reserva para referirse
Concentración = Cantidad de soluto a la cantidad de moléculas.
Volumen del solvente
Es importante saber cómo se relacionan el mol, el equi-
La unidad que se utiliza con mayor frecuencia para de- valente y el osmo l entre sí, ya que para todas las soluciones
terminar el volumen del solvente es el li tro, en tanto que la pueden calcularse los tres, y al co nocer el valor de uno de
cantidad de soluto puede expresarse en diversas formas; una ellos y las características químicas del soluto se pueden calcu-
de ellas con respecto a la masa o peso del soluto, y entonces lar los otros dos.
se utiliza como unidad el kg y se refiere a concentraciones de
kg/L, g/L, mg/dl, etc. Sin embargo, al considerar los efectos A partir de la definición de mol se establece que 1 mol de
de diversas sustancias importantes desde el p unto de vist a carbono equivale al número de partículas contenidas en 12 g
fisiológico y sus interacciones en el medio interno del orga- de carbono, y al saber que el peso atómico del carbono es 12,
nismo, a menudo tiene ma yor importancia conocer el nú- entonces 1 mol de carbono es igual a su peso atómico expre-
mero de moléculas que hay en una s olución, el número de sado en gramos, y esto es válido pa ra todos los elementos.
partículas libres disueltas o el número de cargas eléctricas en Así, el peso atómico del sodio es 23, entonces 1 mol de sodio
la solución. De acuerdo con el Sistema Internacional de Uni- es igual a 23 gramos; para el potasio, con un peso atómico de
dades, el mol es la unidad básica para determinar la cantidad 39, 1 mol es igual a 39 gramos; al referirse a la concentración
de una sust ancia. Su definición es: “la ca ntidad de sust an- de las soluciones, una solución 1 molar de sodio tiene 23 gra-
cia de un sistema que contiene tantas partículas elementales mos de sodio disueltos en 1 litro de solvente y una solución
como átomos existen en 0.012 kg de ca rbono 12”; y agr ega 1 molar de p otasio tiene 39 gra mos disueltos en 1 li tro de
que, “cuando se utiliza el mol, debe especificarse la natura- solvente. Ahora bien, si lo q ue se quiere saber es a c uánto
leza de las pa rtículas elementales, éstas pueden ser átomos, corresponde 1 mol de una sustancia conformada por varios
moléculas, iones, electrones, o bien otras partículas o grupos elementos, por ejemplo el cloruro de sodio (NaCl), entonces
específicos de tales partículas”. Se puede mencionar 1 mol de se debe sumar el peso atómico del sodio, que es 23, al p eso
moléculas de NaCl, 1 mol de iones de sodio o 1 mol de par- atómico del cloro, que es 35.5, p or lo que 1 mol de NaCl es

7

8 Manual de laboratorio de fisiología Símbolo Ion Peso molecular
Na Na+ 23
Cuadro 2.1 Pesos moleculares Cl Cl 35.5
K K+ 39
Nombre Ca Ca++ 40
Sodio
Cloro
Potasio
Calcio

igual a 58.5 g; por lo tanto, una solución 1 molar tiene 58.5 g vente. Sin embargo, el número de cargas eléctricas presentes
de NaCl en un litro de solvente. (positivas y negativas) es doble; es decir, se tienen 2 moles de
cargas eléctricas en s olución por cada mo l de mo léculas
Los pesos atómicos de los iones más importantes en los de NaCl, y como ya se mencionó, la unidad utilizada en for-
líquidos corporales se muestran en el c uadro 2.1, y a pa rtir ma habitual para referirse a la cantidad de cargas eléctricas es
de éste se puede calcular que 1 mol de moléculas de KCl es el Eq; por lo tanto, en este ejemplo:
igual a 74.5 g y 1 mol de moléculas de CaCl2 es igual a 111 g,
cantidades que disueltas en un litro de solvente constituyen 1 mol/L de moléculas de NaCl = 2 mol/L de cargas eléctricas
soluciones 1 molar. En el ejemplo del CaCl2 se debe conside- = 2 Eq/L
rar que esta molécula está formada por dos átomos de cloro
y uno de calcio. Vale la pena recalcar que al utilizar el mol, como se ve
en el ejemplo anterior, hay que especificar la partícula de la
Otro concepto que debe recordarse es q ue de ac uerdo que se trata.
con la ley de Avogadro, el número de partículas contenidas
en 1 mol, independientemente de la partícula de que se trate, Si ahora se analiza el ejemplo de una solución 1 molar de
es de 6.022 × 1023, número conocido como número de Avo- CaCl2, se verá lo siguiente:
gadro; por lo tanto, en 1 mol de moléculas de NaCl hay 6.022
× 1023 moléculas de NaCl. 1 litro de solvente

Por ser una sustancia electrolítica, el NaCl al estar en so- 111 g de
lución se disocia en los io nes Na+ y Cl−, y en est a forma se Cl–
encuentra en los líquidos corporales. Debido a que la canti- Ca++
dad de cargas eléctricas influye en el funcionamiento celular, Cl–
es importante conocer la ca ntidad de ca rgas eléctricas que
hay en una s olución; en est e caso la unidad u tilizada para
medir cantidad de cargas eléctricas es el equivalente (Eq). Si
se ejemplifica gráficamente lo que ocurre con una solución 1
molar de NaCl se verá lo siguiente:

1 litro de solvente

58.5 g Figura 2.2 Solución 1 molar de CaCl2.
de
En este caso, en 1 mol de moléculas de CaCl2 hay cuatro
Na+Cl– cargas eléctricas por cada molécula, por lo tanto:

Figura 2.1 Solución 1 molar de NaCl. 1 mol/L de moléculas de CaCl2 = 4 mol/L de cargas eléctricas
Este esquema corresponde a una s olución 1 mo lar de = 4 Eq/L
NaCl, lo que significa que, de acuerdo con la ley de Avogadro,
hay 6.022 × 1023 moléculas de NaCl disueltas en 1 litro de sol- Ello significa que a partir de una solución molar se puede
calcular el número de cargas eléctricas en la solución (equi-
valentes), si se sabe en cuántas partículas se disocia el soluto
y cuántas cargas tiene cada partícula (valencia).

En ocasiones al estudiante le resulta algo difícil saber si
una molécula se disocia y en qué se disocia; sin embargo, esto

Práctica 2 Unidades de concentración de las soluciones 9

puede deducirse a partir del nombre de la sustancia. El bicar- porales es de 290 ± 10 mO sm/L, y este valor se utiliza como
bonato de sodio se disocia en bicarbonato y sodio, el lactato referencia para catalogar a las soluciones utilizadas en la prác-
de calcio en lactato y calcio, el sulfato de sodio en sulfato y so- tica médica en: isoosmolares, cuando su osmolaridad es igual
dio, en tanto que la glucosa y la urea no se disocian. Una vez a la osmolaridad plasmática normal; hipoosmolares, cuando
que se sabe en cuáles y cuántas partículas se disocia el soluto, es menor, e hiperosmolares si es mayor a la del plasma.
el otro dato necesario es conocer la valencia de cada partícula.
Por ejemplo, el sulfato de sodio (Na2SO4) se disocia en 2 iones Continuando con los ejemplos anteriores, si se ve nueva-
de sodio (Na+) y 1 de sulfato (SO4=), dando un total de cuatro mente la figura 2.1, se observa que el NaCl se disocia en dos
cargas eléctricas por mol de moléculas de Na2SO4, por lo que: partículas, por lo que 1 mol de NaCl/L es igual a 2 Osm/L de
NaCl, o si se utiliza el SI:
1 mol/L de moléculas de Na2SO4 = 4 mol/L de cargas eléctricas
= 4 Eq/L 1 mol/L de moléculas de NaCl = 1 mol/L de iones sodio
+ 1 mol/L de iones Cl = 2 Osm/L de partículas libres
El cuadro 2.2 contiene una lista de las sustancias electro-
líticas más utilizadas en solución en medicina, incluyendo su En el ejemplo de la s olución de CaCl2, esta molécula se
peso molecular y las partículas en las que se disocia. disocia en tres partículas: dos de c loro y una de calcio , por
lo que:
La tercera unidad que se usa en medicina para medir la
cantidad de s oluto es el osmo l (Osm); en est e caso lo q ue 1 mol/L de moléculas de CaCl2 = 1 mol/L de iones calcio
importa es la cantidad de partículas libres en solución, inde- + 2 mol/L de moléculas de cloro
pendientemente de su masa y de su valencia. = 3 Osm/L de partículas libres

La importancia del número de partículas libres en una so- Por lo tanto, la osmolaridad de una s olución se obtiene
lución es, entre otras cosas, que determina la magnitud de la multiplicando la concentración molar del soluto en solución
presión osmótica que genera la solución y por lo tanto el mo- por el número de partículas en las que se disocia. Sin embar-
vimiento osmótico del agua entre los compartimientos líqui- go, aquí debe tomarse en cuenta que los solutos no siempre
dos corporales. La osmolaridad normal de los líq uidos cor-

Cuadro 2.2 Sustancias electrolíticas utilizadas en medicina

Nombre Fórmula Catión Anión Núm. part. PM
SALES DE SODIO
Cloruro de sodio NaCl Na+ Cl− 2 58.5
Bicarbonato de sodio NaHCO3 Na+ HCO3− 2 84
Acetato de sodio Na(C2H3O2) Na+ C2H3O2− 2 82
Lactato de sodio Na(C3H5O3) Na+ C3H5O3− 2 112
Sulfato de sodio Na2SO4 2 Na+ SO4= 3 142
Fosfato dibásico de sodio Na2HPO4 2 Na+ HPO4= 3 142
Fosfato monobásico de sodio NaH2PO4 Na+ H2PO4 2 120
Gluconato de sodio Na(C6H11O7) Na+ (C6H11O7) 2 218
SALES DE POTASIO
Cloruro de potasio KCl K+ Cl− 2 74.5
Fosfato dibásico de potasio K2HPO4 2 K+ HPO4= 3 174
Fosfato monobásico de potasio KHPO4 K+ HPO4= 2 136
SALES DE CALCIO
Cloruro de calcio CaCl2 Ca++ 2 Cl− 3 111
Gluconato de calcio Ca(C6H11O7)2 Ca++ 2(C6H11O7)− 3 430
SALES DE MAGNESIO
Cloruro de magnesio MgCl2 Mg++ 2 Cl− 3 95

10 Manual de laboratorio de fisiología

se disocian por completo; por ejemplo, el NaCl en solución • Para calcular la molaridad se necesita saber cuántos gra-
forma los iones Na+ y Cl− que se separan, pero debido a las mos hay en un litro.
cargas eléctricas de estos dos iones, algunos de ellos perma- Un litro de NaCl al 0.9% tiene 9 g de NaCl.
necen unidos. Además, la cantidad de moléculas que no se
disocian no es co nstante, sino q ue varía con la co ncentra- • El siguiente paso es s aber cuántos gramos hay en una
ción del soluto; como era de esperar, a mayor concentración solución 1 molar de esa sustancia.
mayor número de moléculas no disociadas. Esta desviación Una solución 1 molar de NaCl tiene 58.5 g/L, que co-
del comportamiento ideal de un soluto, al no disociarse por rresponde al p eso molecular de N aCl expresado en
completo, se corrige utilizando el coeficiente osmótico, que gramos.
se representa con la letra g. El valor del coeficiente osmótico
varía de 0, para una sustancia que no se disocia, a 1, para las • Con los datos anteriores podemos decir q ue una s olu-
sustancias que se disocian por completo. Los líquidos cor- ción con 9 g/L de N aCl tiene una mo laridad menor a
porales son soluciones muy diluidas, por lo que las molécu- 1 mol/L, específicamente la molaridad es 9/58.5 = 0.153
las se disocian casi en 100%; p or ejemplo, para el NaCl a la mol/L o 153 mmo l/L. En medicina s e prefiere utilizar
concentración de 140 mmo l/L de moléculas, que es la co n- mmol en vez de mol, ya que en las soluciones corporales
centración a la q ue se encuentra en el líq uido extracelular, los valores se encuentran en este rango, y lo mismo es
corresponde un coeficiente osmótico de 0.9295. válido para mEq y mOsm.

Por ello, la fórmula para calcular con mayor exactitud la • A partir del valo r anterior se puede calcular cuántos
osmolaridad de una solución es: mEq hay en la solución. Para esto es necesario saber en
cuántas partículas se disocia el NaCl y cuál es la valencia
Osmolaridad = C × n × g de cada una de ellas.
El NaCl se disocia en Na+ y Cl−, y cada io n tiene una
En donde C es igual a la concentración molar de la solu- valencia de 1, por lo que una solución con 153 mmol/L
ción, n es el número de partículas en las que se disocia y g es tiene el doble de cargas eléctricas que corresponde a
el coeficiente osmótico. 306 mEq/L.

Si se desea saber la osmolaridad de una solución de NaCl • Para pasar de la molaridad a la osmolaridad es necesario
con 140 mmol/L de moléculas, de acuerdo con lo menciona- saber en cuántas partículas se disocia el NaCl sin impor-
do antes: tar su valencia. En el punto anterior se mencionó que se
disocia en dos partículas: sodio y cloro.
Osmolaridad = 140 × 2 × 0.9295 = 260 mOsm/L La osmolaridad de una s olución de NaCl al 0.9% es
Según se mencionó, el valo r del co eficiente osmótico igual a 153 mmol/L × 2 = 306 mOsm/L.
adquiere relevancia en soluciones concentradas; sin embar-
go, tanto los líquidos corporales como las soluciones de más • La solución de NaCl al 0.9% t ambién se conoce como
uso en medicina s on soluciones diluidas, razón por la que solución fisiológica; sin em bargo, de ac uerdo con el
con frecuencia no se considera el coeficiente osmótico. Sin valor obtenido, su osmo laridad es su perior a la de los
embargo, vale la p ena recordarlo, sobre todo en situaciones líquidos corporales, que es de 290 ± 10 mO sm/L. Pero
de trabajo de laboratorio, cuando se requiere mayor preci- si se considera que el co eficiente osmótico de est a so-
sión. Por otro lado, el coeficiente osmótico explica en parte lución es de 0.9295, en tonces la osmolaridad es de 284
las diferencias que se observan entre los cálculos teóricos de mOsm/L (306 × 0.9285), q ue cae en el ra ngo del valor
la osmolaridad y la medición de la misma con el osmómetro. normal.
Debe señalarse que en medicina se utilizan los submúl-
tiplos milimol (mmol), miliequivalente (mEq) y miliosmo l La fórmula utilizada en la práctica clínica para determinar la
(mOsm) en vez de mol, equivalente y osmol. osmolaridad plasmática toma en cuenta las concentraciones
Otra manera de exp resar la co ncentración de una s o- plasmáticas de Na+, K+, glucosa y nitrógeno ureico, en oca-
lución es en f orma porcentual. La solución más u tilizada siones reportado como BUN (blood urea nitrogen). El Na+
en la práctica clínica es la de N aCl al 0.9%, lo q ue significa y el K+ se expresan en el la boratorio clínico en mEq/L o en
que hay 0.9 g de NaCl en cada 100 ml de solución; otra es la mmol/L, y como no se disocian, el valor dado en est as uni-
de glucosa al 5%, que corresponde a 5 g de g lucosa en cada dades es igual al valor en mOsm/L. En el caso de la glucosa y
100 ml de solvente. el nitrógeno ureico, el laboratorio los reporta en mg/dl o en
A continuación se ejemplifica cómo a partir de una solu- mmol/L; como estas dos sustancias tampoco se disocian, su
ción porcentual se puede calcular la concentración molar, os- valor expresado en mmol/L es igual al valor en mOsm/L; por
molar y de equivalentes, tomando como ejemplo la solución lo tanto, cuando todos los valores se reportan en mmol/L, la
de NaCl al 0.9%. Los pasos a seguir para estos cálculos son: fórmula que se utiliza es:
• Una solución porcentual indica la ca ntidad de gra mos
que hay en 100 ml de solución. Osmolaridad = [Na+ + K+] × 2 + [glucosa] + [nitrógeno ureico]
plasmática
Una solución 0.9% de NaCl tiene 0.9 g en 100 ml.
Sin embargo, cuando glucosa y nitrógeno ureico se re-
gistran en mg/dl es necesario hacer la conversión a mmol/L,
que por no dis ociarse corresponden también al valo r en
mOsm/L; en este caso se utiliza la siguiente fórmula:

Práctica 2 Unidades de concentración de las soluciones 11

Osmolaridad = [Na+ + K+] × 2 + [glucosa/18] + [nitrógeno ureico/2.8] que corresponden a 18 g/dl, y lo mismo aplica para el nitró-
plasmática geno ureico, que se divide entre 2.8.

De acuerdo con esta fórmula, el valor dado de g lucosa En ambas fórmulas, la suma de s odio y potasio se mul-
en mg/dl se divide entre 18, ya q ue el peso molecular de la tiplica por 2, debido a q ue por cada uno de est os cationes
glucosa es 180, por lo que una solución 1 molar tiene 180 g/L, existe un anión para mantener la elec troneutralidad de los
líquidos corporales.

ACTIVIDADES

• Determine la cantidad de soluto en gramos y la cantidad de • Usted colabora en un proyecto de investigación sobre el efec-
solvente que necesita para preparar las siguientes soluciones: to de ciertas sustancias en la función cardíaca, para lo que
el investigador principal le pide que prepare 10 ml de cada
Solución Cantidad Cantidad una de las siguientes soluciones utilizando como solvente la
100 ml de NaCl al 1.8% de soluto de solvente solución de Krebs, y le proporciona el peso molecular y la
500 ml de NaCl al 0.9% presentación farmacéutica de las sustancias que va a utilizar.
1 L de NaCl al 0.4%
1 L de solución glucosada al 5% Sustancia Peso Concentración Preparar
500 ml de solución glucosada al 10% Acetilcolina molecular en cada ampolleta solución con una

181.7 en mg/ml concentración

10 10−2 mol/L

Adrenalina 219.7 1.22 10−3 mol/L

Atropina 676.8 0.5 10−4 mol/L

• Calcule la osmolaridad de una solución de glucosa al 5% que Fentolamina 377.5 10 10−3 mol/L
es, junto con una solución de NaCl al 0.9%, de las más utili-
zadas en la práctica clínica. Propranolol 295.8 1 10−3 mol/L

• Calcule la osmolaridad de una solución de NaCl al 0.4%. Verapamilo 491.1 2.5 10−3 mol/L
• En esta misma solución de NaCl al 0.4%, ¿cuál es la concen-
Ouabaína 584.7 2.5 10−3 mol/L
tración en mEq/L?
• Calcule la osmolaridad de una solución glucosada al 50%. • Escriba a continuación la cantidad que debe tomar de la
• Calcule la osmolaridad de una solución que contiene 110 mg/dl ampolleta correspondiente a cada una de las sustancias, y
la cantidad de solvente que requiere para preparar estas so-
de glucosa. luciones:
• Calcule la osmolaridad de una solución que contiene 142 mEq/L
Solución Cantidad Cantidad de
de Na y 142 mEq/L de Cl. tomada solvente para
• Calcule la molaridad, osmolaridad y cantidad de equivalentes Acetilcolina 10–2 molar de la ampolleta completar los 10 ml
Adrenalina 10−3 molar
de una solución de cloruro de calcio al 5%. Atropina 10−4 molar
• La concentración normal de sodio en plasma es de 140 mmol/L. Fentolamina 10−3 molar
Propranolol 10−3 molar
¿Cómo se expresa esta concentración en forma porcentual? Verapamilo 10−3 molar
• La concentración normal de potasio en plasma es de 4 mEq. Ouabaína 10−3 molar

¿Cómo expresa esta concentración en forma porcentual?
• ¿Qué cantidad de CaCl2 necesita disolver en un litro de

solvente para obtener una solución con una osmolaridad
de 290 mOsm/L?
• Calcule la osmolaridad plasmática de un paciente con los si-
guientes datos de laboratorio: sodio = 140 mEq/L, glucosa =
90 mg/dl, nitrógeno de la urea (BUN) = 40 mg/dl y potasio =
3.5 mEq/L.
• Calcule la osmolaridad plasmática de un paciente con los si-
guientes resultados de laboratorio: sodio = 125 mEq/L, glu-
cosa = 90 mg/dl y nitrógeno de la urea (BUN) = 40 mg/dl y
potasio = 3 mEq/L.

12 Manual de laboratorio de fisiología

CONCLUSIONES

Escriba los datos que considere relevantes.

3Práctica

Ósmosis

Competencia

• Calcular la presión osmótica de una solución y predecir la dirección del
movimiento osmótico del agua en los compartimientos líquidos corporales.

Revisión de conceptos A 2
1
El término ósmosis se refiere al movimiento de agua a través
de una membrana semipermeable, debido a una dif erencia B 2
en la osmolaridad o concentración de solutos a ambos lados 1
de la membrana, lo que genera una diferencia de presión os-
mótica, fuerza necesaria para el movimiento del agua. Figura 3.1 Generación de presión osmótica y movimiento osmótico
del agua a través de una membrana semipermeable.
En la figura 3.1 se ejemplifica cómo la osmolaridad pro-
duce movimiento de agua a través de una membrana. En esta En este momento es im portante señalar que el mo vi-
figura, en A se observan dos compartimientos; en el uno hay miento osmótico del agua a tra vés de una membrana es di-
un soluto en solución y en el dos hay sólo agua; los dos com- ferente a la difusión de agua a través de ella. El movimiento
partimientos están separados por una membrana permeable osmótico es más rápido que la difusión y la fuerza impulsora
al agua pero impermeable al soluto. Después de algún tiem- es una diferencia de presión. La razón de que el movimien-
po, la situación cambia, como se observa en B: la cantidad de to osmótico sea más rápido es que éste se basa en la le y de
agua en el compartimiento uno aumenta y en el dos disminu- Poiseuille, que establece que el flujo a través de un t ubo es
ye hasta alcanzar un nuevo nivel de equilibrio. El movimien- proporcional al radio del t ubo elevado a la c uarta potencia
to de agua del co mpartimiento dos al uno o currió debido a (r4), en este caso el tubo está representado por los canales en
que se generó una p resión osmótica en el co mpartimiento la membrana celular a través de los cuales se mueve el agua.
uno y el movimiento de agua s e detuvo cuando la cantidad
de agua en el co mpartimiento uno aumentó la presión hi-
drostática de este compartimiento hasta un valor suficiente
para contrarrestar la presión osmótica. En otras palabras, el
movimiento osmótico del agua s e detiene, debido a que la
presión osmótica que atrae agua hacia el co mpartimiento
uno es de igual magnitud que la presión hidrostática en este
mismo compartimiento que tiende a sacar agua de él.

La forma en que se genera la presión osmótica no está
completamente explicada. Algunos físicos mencionan que se
debe a que la presencia de s oluto disminuye la presión hi-
drostática del solvente en el q ue se encuentra, en tanto que
otros argumentan que las partículas del soluto al chocar con-
tra la membrana impermeable y rebotar, producen un vacío
momentáneo que atrae las moléculas de agua hacia él.

13

14 Manual de laboratorio de fisiología

Por otro lado, la dif usión se debe a una dif erente con- A 2
centración de las mo léculas de agua a a mbos lados de la 1
membrana. Esta diferencia de concentración es la fuerza im-
pulsora, por lo que, igual que en todo proceso de difusión, B 2
el movimiento del agua a través de la membrana es propor- 1
cional a la superficie que se atraviesa, lo que corresponde al
área de los canales; y si área = r2, en este caso el flujo de agua Figura 3.3 Membrana poco permeable al soluto.
es proporcional al radio de los canales a la segunda potencia.
en la que el soluto sí atraviesa la membrana pero no alcanza
El movimiento osmótico del agua depende, por tanto, de a igualar la osmolaridad; en este caso se genera una presión
la magnitud de la presión osmótica que se genera, y ésta a su osmótica de menor magnitud que en la figura 3.2, y por tanto
vez está dada por dos factores: osmolaridad de la solución, es la ósmosis es menor.
decir, número de partículas en solución y permeabilidad de
la membrana al soluto. Los resultados que se observan en estos ejemplos permi-
ten clasificar los osmoles o partículas libres en la solución en:
En relación con el primer punto, existe vínculo directo osmoles efectivos cuando generan presión osmótica y osmo-
entre el n úmero de pa rtículas y la magni tud de la p resión les no efectivos cuando atraviesan la membrana y por ello no
osmótica que se genera. Para ver cómo influye el s egundo generan presión osmótica.
factor, que es la permeabilidad de la membrana al soluto, se
presentan tres ejemplos: Si se considera lo mencionado hasta aquí se puede calcu-
lar la presión osmótica de una s olución utilizando la ecua-
• Membrana impermeable al s oluto: el s oluto es incapaz ción de Van’t Hoff:
de atravesar la membrana.
π=CngσRT
• Membrana poco permeable al soluto: el soluto atraviesa
difícilmente la membrana.

• Membrana permeable al soluto: el soluto atraviesa libre-
mente la membrana.

En estos tres ejemplos se ve claramente que cuando el soluto
no atraviesa la membrana se genera la mayor presión osmó-
tica, y por tanto, la ósmosis o movimiento de agua es mayor
(figura 3.2); en t anto que en el o tro extremo, cuando el so-
luto atraviesa libremente la membrana, no se genera presión
osmótica y por tanto no hay ósmosis (figura 3.4), aunque en
sentido estricto se genera algo de presión osmótica transi-
toria al inicio, que desaparece cuando la concentración del
soluto se iguala a los dos lados de la mem brana; es decir,
cuando la osmolaridad es igual. Entre estos dos extremos es-
tán todos los valores intermedios, como se ve en la figura 3.3,

A 2 A 2
1 1

B 2 B
1 1

2

Figura 3.2 Membrana impermeable al soluto. Figura 3.4 Membrana permeable al soluto.

Práctica 3 Ósmosis 15

En donde: libremente la membrana de los capilares, la osmolaridad del
líquido intravascular se iguala con la del líquido intersticial y
π representa la presión osmótica no hay movimiento de agua; ocurre lo mismo que en la figura
C es la concentración de moléculas del soluto en mmol/L 3.4. En este momento, tanto el líquido intravascular como el
n es el n úmero de pa rtículas en las q ue se disocia la intersticial quedan con una osmolaridad igual, aunque mayor
a lo normal; por lo t anto, son isoosmolares uno del o tro, y
molécula del soluto como la presión osmótica que generan es igual, también son
g es el coeficiente osmótico isotónicos entre sí. Ahora el líquido extracelular es hiperos-
σ es el coeficiente de reflexión, su valor varía entre 0 y 1 molar en relación con el líquido intracelular, y debido a que la
R es la constante de los gases membrana celular es muy poco permeable al sodio, éste casi
T es la temperatura absoluta en unidades Kelvin no la atraviesa, y se genera una diferencia de presión osmóti-
ca; el líquido extracelular es hipertónico en relación con el lí-
Debido a que: quido intracelular, lo que produce movimiento de agua desde
el interior de la célula hacia el líquido extracelular.
osmolaridad = C n g
Ahora debe compararse lo que ocurre si en vez de una so-
La fórmula también se puede expresar como: lución de NaCl se inyecta una solución de urea con la misma
osmolaridad de 320 mOsm/L. La urea tiene la característica
π = Osm σ R T de atravesar libremente la membrana capilar y la membrana
celular, por lo que una vez que se encuentra en la sangre atra-
De las variables utilizadas para calcular la presión osmótica, viesa la membrana capilar y la osmolaridad entre el plasma y
la única que hasta ahora no se ha mencionado es el coeficien- el líquido intersticial se iguala; no hay generación de presión
te de reflexión (σ). Éste se refiere a la ca pacidad del s oluto osmótica y por lo tanto tampoco hay ósmosis, los dos com-
para atravesar una membrana; su valor varía desde 0, para las partimientos son isoosmolares e isotónicos. Como se men-
sustancias que atraviesan libremente la mem brana, o b ien, cionó, la urea atraviesa libremente la membrana celular, por
hasta 1 para aquellas que no la atraviesan en absoluto. lo que se iguala la osmo laridad entre el líquido intracelular
y el extracelular, y no s e produce presión osmótica ni mo-
En este momento es necesario introducir el término de vimiento de agua deb ido a que los compartimientos intra-
tonicidad, que se refiere a la presión osmótica generada por celular y extracelular son isotónicos entre sí. Estos ejemplos
una solución. Cuando dos s oluciones separadas por una demuestran cómo dos soluciones con la misma osmolaridad
membrana semipermeable tienen la misma p resión osmó- producen efectos diferentes en el o rganismo, dependiendo
tica, se dice q ue son isotónicas y no ha y ósmosis. S in em- de su coeficiente de reflexión.
bargo, cuando dos soluciones separadas por una membrana
semipermeable tienen diferente presión osmótica, entonces La unidad utilizada con mayor frecuencia para medir la
hay ósmosis por la diferencia de presión. A la s olución con presión osmótica es el mmH g, y a la t emperatura corporal
la presión osmótica mayor se le llama hipertónica y a la q ue una solución con una concentración de 1 Osm/L produce una
tiene la presión menor, hipotónica. presión de 19 300 mmH g, lo que corresponde a 19.3 mmHg
de presión por cada mOsm/L. Por lo tanto, la presión osmó-
Es frecuente confundir el significado de los t érminos tica calculada para los líquidos corporales con una osmolari-
hipo-, hiper- e isoosmótico con los de hipo-, hiper- e isotóni- dad de 290 mOsm/L es de 5 597 mmHg; el valor real es algo
co. Para diferenciarlos hay que recordar que la osmolaridad menor debido a que los líquidos corporales no son solucio-
depende del número de partículas libres en una s olución y nes ideales, por lo que los iones en solución no se encuentran
la tonicidad depende de la ca pacidad para generar presión disociados por completo.
osmótica.
Por otro lado, la unidad de p resión de ac uerdo al S is-
Como ejemplo, véase lo q ue ocurre si hipotéticamente tema Internacional de Unidades es el pas cal; cada mmHg
se le in yecta a una p ersona una s olución hiperosmolar de de presión equivale a 0.133 kP a, por lo que la presión os-
cloruro de sodio con 320 mOsm/L. Recuérdese que para ser mótica de los líquidos corporales de 5 597 mmHg equivale
llamada hiperosmolar, esta solución debe tener osmolaridad a 744 kPa.
superior a la del plasma, que es de 290 mOsm/L.

Una vez inyectada la s olución, ésta se localiza en el
líquido intravascular, y co mo el c loruro de s odio atraviesa

16 Manual de laboratorio de fisiología

ACTIVIDADES

U Ósmosis a través de la membrana celular Se lleva el portaobjetos al chorro de agua y se deja secar.
Una vez seco el frotis, se coloca junto con el tubo de micro-
En situaciones normales, la osmolaridad del líquido intracelular y hematócrito de control normal para ser observado al mi-
extracelular es la misma, con un valor de 290 ± 10 mOsm/L, por croscopio posteriormente.
lo que estos líquidos también son isotónicos. Sin embargo, si la • Centrifugue los cuatro tubos de ensayo A, B, C y D a 3 000 Hz
osmolaridad del plasma disminuye y los solutos del líquido intra- durante 4 min, para separar las células del plasma.
celular no pueden atravesar libremente la membrana, el líquido • Mida el volumen de plasma en cada tubo de ensayo, anó-
intracelular se vuelve hiperosmolar e hipertónico con respecto al telo en el cuadro correspondiente del reporte de laborato-
plasma con generación de presión somática que mete agua a la rio, y sustitúyalo por un volumen igual de las soluciones A, B,
célula, lo que provoca aumento de volumen que puede llegar a C y D; mezcle, espere 5 min, observe las diferencias entre los
la rotura celular. Por lo contrario, cuando la osmolaridad del plas- tubos y descríbalas en el cuadro correspondiente del reporte
ma aumenta, a expensas de un soluto que no atraviesa libremente de laboratorio.
la membrana celular, el plasma se vuelve hiperosmolar e hipertó- • Marque cuatro portaobjetos con las letras A, B, C y D.
nico con respecto al líquido intracelular, lo que provoca la salida • Obtenga de cada tubo de ensayo una gota de sangre, pónga-
de agua de la célula con disminución de su tamaño. la en el portaobjetos correspondiente y realice la tinción de
Wright en la forma ya descrita.
El efecto de soluciones con diferente tonicidad puede demos- • Identifique cuatro tubos capilares para microhematócrito con
trarse fácilmente en los glóbulos rojos, que en una solución hipo- las letras A, B, C y D.
tónica se hinchan, pierden la concavidad central y pueden llegar a • Llene por capilaridad los tubos capilares para microhemató-
librarse con salida de hemoglobina; esto se observa fácil a simple crito, tomando la muestra del tubo de ensayo correspondien-
vista, pero si se exponen a una solución hipertónica disminuyen su te A, B, C o D.
volumen y pierden su apariencia redondeada y forman crenocitos. • Coloque en la microcentrífuga para microhematócrito los
cuatro tubos capilares para microhematócrito A, B, C y
Para demostrar lo anterior, realícense las siguientes manio- D, junto con el tubo capilar control normal y centrifugue por
bras experimentales: 5 min.
• Lea los cinco tubos capilares para microhematócrito y escriba
U Ósmosis a través de la membrana los resultados en el cuadro correspondiente del informe de
de los eritrocitos laboratorio.
• Observe en el microscopio los cinco frotis a 100× utilizando
En este experimento se requiere el uso de sangre; si la muestra una gota de aceite de inmersión, y dibuje y describa la forma
proporcionada es de sangre humana, deben utilizarse guantes des- de los eritrocitos en cada uno de ellos en el informe de labo-
echables y tomarse todas las precauciones para el manejo adecua- ratorio.
do de muestras de sangre (Apéndice 1).
Informe de laboratorio
• Prepare 100 ml de las siguientes cuatro soluciones:
Solución A: NaCl al 1.8%. • Calcule la osmolaridad y la presión osmótica que se genera
Solución B: NaCl al 0.9%. a 37°C para cada una de las cuatro soluciones empleadas,
Solución C: NaCl al 0.4%. asumiendo un valor de σ de 1:
Solución D: solución glucosada al 5%.
Solución Osmolaridad Presión Presión
• Agite suavemente el frasco que contiene la sangre anticoagu- A. NaCl 1.8% osmótica osmótica
lada a fin de mezclarla por completo. en mmHg
en kPa
• Marque un tubo capilar para microhematócrito como con-
trol normal; se llena y se coloca aparte, y éste será un control B. NaCl 0.9%
normal que se utilizará posteriormente.
C. NaCl 0.4%
• Marque cuatro tubos de ensayo con las letras A, B, C y D, y
pónganse 5 ml de sangre en cada tubo. D. Solución glucosada
al 5%
• Marque un portaobjetos como control normal.
• Obtenga una gota de sangre del tubo A; se coloca en el por- • Anote el volumen plasmático sustituido y las observaciones
de cada uno de los tubos de ensayo:
taobjetos marcado como control normal y se realiza la tinción
de Wright conforme a los siguientes pasos:

Se extienden las células (frotis).
Se deja secar el frotis.
Se coloca el portaobjetos sobre las dos varillas puestas en la
tarja del laboratorio.
Se cubre el frotis con el colorante de Wright durante 5 min.
Sin mover el portaobjetos y evitando tirar el colorante, se
agrega agua y se espera 5 min.

Tubo Volumen sustituido Observaciones Práctica 3 Ósmosis 17
A Descripción y observaciones:
B
C Tubo B
D Descripción y observaciones:

• Lecturas obtenidas en los tubos capilares para microhema-
tócrito:

Tubo de microhematócrito Lectura
Control normal
A
B
C
D

• Dibujos de los frotis vistos al microscopio:
Descripción y observaciones:

Tubo control normal Tubo C
Descripción y observaciones: Descripción y observaciones:

Tubo A Tubo D
• Explique por qué la lectura de los tubos de microhematócrito

es diferente.
• Explique la variación en la forma de los eritrocitos en los frotis.
• Escriba sus conclusiones de los resultados que se obtuvieron

en esta práctica.

18 Manual de laboratorio de fisiología

U Ósmosis a través de la membrana U Cálculo de la presión osmótica y predicción0.15 mol/L de glucosa
de céluas vegetales de la dirección del movimiento osmótico+

La membrana de las células vegetales también puede usarse para • En los siguientes esquemas, las dos ramas del tubo están se-0.20 mol/L de manitol
demostrar el movimiento osmótico del agua. paradas por una membrana semipermeable que sólo permiteMembrana
el paso del agua; considere la osmolaridad de las soluciones
• Prepare las siguientes soluciones: contenidas en cada una de las ramas del tubo para indicar sisemipermeable
Solución A: agua destilada. ocurre ósmosis y en qué dirección. 0.20 mol/L de manitol
Solución B: NaCl al 0.4%. AB
Solución C: NaCl al 0.9%.
Solución D: NaCl al 5%. Explicación
Solución E: NaCl al 10%.
AB
• Obtenga de la parte interna de una papa (sin cáscara) cinco
piezas de unos 5 cm de longitud y 1 cm de diámetro. Explicación

• Determine el volumen de cada pieza: sumérjalo en un volu- • En el siguiente esquema se colocó un pistón para aplicar pre-
men conocido de agua contenido en una probeta graduada de sión en la rama derecha del tubo; la presión aplicada por este
10 ml, y mida el aumento en el volumen de agua en la probeta. medio es de +0.18 MPa. En este mismo tubo se determina
que la presión osmótica ejercida por una solución 0.2 molar
• Anote los valores obtenidos en el cuadro del Informe de labo- de manitol es de 0.36 MPa. Con esta información y los datos
ratorio en la columna “Antes”.

• Espere dos horas, saque la pieza de papa de la solución y mida
nuevamente el volumen en la forma antes descrita. Anote los
resultados en el cuadro del informe de laboratorio en la co-
lumna “Después”.

• Calcule el porcentaje de variación en cada una de las piezas
de papa y anote el valor en el cuadro del informe de labora-
torio en la columna “Variación”, especifique si hubo aumento
(+) o disminución (–).

Informe de laboratorio

• Calcule la osmolaridad y la presión osmótica que se genera a
37°C para cada una de las soluciones empleadas, asumiendo
un valor de 1.

Solución Osmolaridad Presión Presión
osmótica osmótica
en mmHg 0.15 mol/L de glucosa
en kPa +

A. Agua destilada 0.20 mol/L de manitol
Membrana
B. NaCl al 0.4%
semipermeable
C. NaCl al 0.9% 0.20 mol/L de manitol

D. NaCl al 5% +
0.10 mol/L de NaCl

E. NaCl al 10%

• Escriba los volúmenes de las piezas de papa.

Pieza Antes Después Variación
A
B
C
D
E

• Explique las variaciones en el volumen de las cinco piezas de
papa.

Práctica 3 Ósmosis 19

adicionales que se muestran en la gráfica, determine si hay o • En la siguiente ilustración, la membrana que separa las dos
no ósmosis y en qué dirección. ramas del tubo es permeable al agua y a la glucosa. Tome en
cuenta las condiciones que se muestran en la gráfica y deter-
+0.18MPa mine si ocurre movimiento osmótico y en qué dirección.
AB
AB
0.20 mol/L de manitol
Membrana

semipermeable
0.10 mol/L de NaCl
0.15 mol/L de glucosa

+
0.20 mol/L de manitol

Membrana permeable
al agua y a la glucosa
0.35 mol/L de manitol

Explicación Explicación

CONCLUSIONES

Escriba los datos que considere relevantes.



4Práctica

Variación en el volumen y la
osmolaridad del líquido extracelular

y su efecto en la osmolaridad
y distribución de los líquidos corporales

Competencias

• Clasificar las alteraciones en la distribución de los líquidos corporales con base en los
cambios de volumen y osmolaridad del compartimiento extracelular.

• Analizar el efecto de la pérdida o ganancia de soluto, agua o ambos en la osmolaridad
y distribución de los líquidos corporales en diferentes situaciones clínicas.

Revisión de conceptos alteraciones en la distribución de los líquidos corporales, las
cuales se muestran en el c uadro 4.1 con sus características
Esta práctica es continuación de la número 3, por lo que los y ejemplos. En este cuadro se incluyen, además de las va-
conceptos que ahí se revisaron también son de utilidad para riaciones de volumen y osmolaridad, las alteraciones en la
comprender las actividades que aquí se incluyen, las cuales concentración de proteínas plasmáticas y en el hematócrito
se basan fundamentalmente en el mo vimiento de líq uidos (Hct).
entre los co mpartimientos intracelular y extracel ular se-
cundarios a al teraciones en la osmo laridad y v olumen del El efecto en la concentración de proteínas plasmáticas se
líquido extracelular, como ocurre en dia rrea, sudoración e deduce fácilmente: en las alteraciones por expansión de volu-
hipoaldosteronismo, entre otros. men hay mayor dilución y, por tanto, su concentración dis-
minuye, mientras que en las alteraciones por contracción su
Toda alteración en la distr ibución del agua co rporal se concentración aumenta al haber menor volumen.
inicia por una mo dificación en el líq uido extracelular que
pierde o gana agua, soluto o ambos, lo que ocasiona movi- El hematócrito representa el p orcentaje de v olumen
miento del agua entre los compartimientos intracelular y ex- sanguíneo dado p or las células sanguíneas, principalmente
tracelular que iguala la osmolaridad del líquido intracelular eritrocitos. Las variaciones en el valor del Hct en las altera-
(LIC) con la del líquido extracelular (LEC), por lo que estos ciones por expansión o co ntracción de v olumen requieren
dos compartimientos siempre tienen la misma osmolaridad. un análisis un poco más detallado; de primera intención se
puede pensar, igual q ue con la co ncentración de p roteínas
Las alteraciones en la distr ibución de los líq uidos cor- plasmáticas, que en las al teraciones por expansión el H ct
porales se clasifican tomando en cuenta dos factores: el vo- disminuye, en tanto que en las alteraciones por contracción
lumen del líquido extracelular y la osmolaridad del mismo. aumenta. Sin embargo, es importante recordar que los er i-
trocitos son células y que las alteraciones en la osmolaridad
De acuerdo con la variación de volumen del LEC, est as del LEC también ocasionan entrada o salida de líquido de los
alteraciones se clasifican en: a) expansión de volumen, cuan- eritrocitos, con el consiguiente aumento o disminución de su
do aumenta el volumen del LEC, y b) contracción de volu- volumen, y esto afecta el valor del Hct.
men, cuando éste disminuye.

A su vez, cada una de est as alteraciones puede ser iso-,
hipo- o hiperosmótica, lo q ue da un t otal de s eis posibles

21

22 Manual de laboratorio de fisiología

Cuadro 4.1 Clasificación de las alteraciones en la distribución de los líquidos corporales

Tipo Ejemplo Vol. LEC Vol. LIC Osmolaridad Hct Proteínas plasmáticas

Contracción Diarrea SC SC
isoosmótica

Contracción Sudación SC
hiperosmótica

Contracción Insuficiencia
hipoosmótica suprarrenal

Expansión Administración de SC SC
isoosmótica solución fisiológica

Expansión Ingreso elevado de
hiperosmótica sales como NaCl

Expansión Síndrome de secreción SC
hipoosmótica inapropiada de ADH

En las al teraciones isoosmóticas no ha y modificación hipoosmolaridad del LEC p roduce entrada de agua al er i-
del volumen de los er itrocitos, por lo q ue en la co ntrac- trocito con aumento de volumen; de nuevo estos dos efectos
ción isoosmótica el Hct aumenta y en la expa nsión isoos- se contrarrestan y el Hct no cambia. En la contracción hipo-
mótica disminuye. En el caso de la contracción hiperosmó- osmótica, el Hct aumenta por pérdida de LEC, y p or efecto
tica, la disminución de volumen del LEC produce aumento de la hipoosmolaridad entra agua al er itrocito aumentando
del Hct; sin embargo, la hiperosmolaridad del LEC ocasiona su volumen; estos dos efectos se suman y hay elevación del
salida de agua del er itrocito con disminución de su v olu- Hct. Algo semejante, pero en dirección opuesta, ocurre en
men; estos dos ef ectos se contrarrestan y p or ello no ha y la expansión hiperosmótica: el Hct disminuye por dilución
modificación del Hct. y la hiperosmolaridad saca agua del eritrocito, disminuyen-
do su volumen: los dos efectos se suman y hay disminución
En la expansión hipoosmótica el efecto inicial es la dis- del Hct.
minución del Hct por medio de dil ución; sin em bargo, la

ACTIVIDADES

Para demostrar cómo la ganancia o la pérdida de soluto, de líquido U Inicio del programa e instrucciones
o de ambos afecta la distribución de líquidos corporales y su os- generales
molaridad, se utiliza un programa computacional llamado osmo-
laridad, diseñado por los doctores Michael J. Davis y Thomas W. Si el programa no se encuentra abierto en la pantalla de su compu-
Peterson, del Departamento de Fisiología Médica del Texas A&M tadora, haga clic en el ícono correspondiente del escritorio, o
University System Health Science Center. bien pulse el botón inicio, seleccione programas, y en la lista que
se despliega seleccione osmolaridad. Maximice la ventana dando
Si por alguna razón este programa no puede usarse, los pro- clic en el cuadro que se encuentra en la esquina superior derecha.
blemas que aquí se presentan pueden resolverse en forma manual La imagen desplegada debe ser como la de la figura 4.1. En este
haciendo los cálculos correspondientes; incluso si se cuenta con el cuadro se presenta el diagrama típico de Darrow-Yannet o diagra-
programa, es un buen ejercicio hacer los cálculos manualmente y ma de osmolaridad-volumen. Con los volúmenes para el líquido
comparar los resultados con los que se obtienen en el programa.

Práctica 4 Variación en el volumen y la osmolaridad del líquido extracelular y su efecto en la osmolaridad y distribución de los líquidos corporales 23

+ Darrow.vi

File Edit Operate Windows Help

ECF ICF

OSMOLARITY

300 mosm/I

15 L 30 L
–Final Conditions_
VOLUME (L)

–Initial Conditions_

ECF amt Change ECF vol Change 15.0 ECF vol final 30.0 ICF vol final
(mosm) (Liters) 300 ECF osm final 300 ICF osm final
4500 ECF amt final 9000 ICF amt final
1500

0

–1500 0.0 Step 1
Step 2
0

Figura 4.1 Pantalla de inicio del programa OSMOLARIDAD.

extracelular (LEC) (ECF, extracellular fluid) e intracelular (LIC) (ICE, flecha que indica la dirección en la que ocurre la ósmosis y se mo-
intracellular fluid) que se representan en forma horizontal, y la os- difican los valores del diagrama osmolaridad-volumen. Volumen y
molaridad que se representa en forma vertical, los valores iniciales osmolaridad finales, que se obtienen como resultado de los cambios
dados son: para el LIC, 30 L; para el LEC, 15 L, con una osmolaridad efectuados, se muestran en la parte inferior derecha de la pantalla
de 300 mOsm/L. bajo el título FINAL CONDITIONS (CONDICIONES FINALES).

En la parte inferior izquierda de la gráfica, bajo el título INITIAL Para regresar a los valores iniciales y hacer una nueva mo-
CONDITIONS (CONDICIONES INICIALES), se encuentran los controles dificación, dar clic en el menú OPERATE y seleccionar REINITIALIZE
que permiten modificar el LEC agregando o sustrayendo solutos ALL TO DEFAULT. Si se quiere agregar una segunda intervención a
(ECF amt Change en mOsm) o (ECF vol Change en L), o ambos. La los cambios previamente efectuados sin volver a los valores ori-
cantidad que se desea agregar o sustraer se determina deslizando ginales, es necesario seleccionar STEP 2 en la parte inferior de la
el control correspondiente hacia arriba o abajo, tecleando la can- pantalla, antes de teclear los nuevos datos y correr el programa;
tidad en el recuadro que está en la parte inferior de este control, o esto puede hacerse las veces que se quiera, siempre y cuando STEP 2
haciendo clic en las flechas hacia arriba o abajo que se encuentran esté seleccionado, pues cuando el switch está en STEP 1 no se
a la izquierda de ese recuadro. toman en cuenta los cambios realizados con anterioridad.

En la parte inferior derecha se encuentran, bajo el título FI- Nota importante. Debe recordarse que todas las pérdidas y ga-
NAL CONDITIONS (CONDICIONES FINALES), los valores que se modifican nancias de líquido y solutos ocurren inicialmente en el LEC, y que
cada vez que se agrega o sustrae líquido o soluto, y corresponden los cambios que se observan en el LIC son secundarios a la pérdida
al volumen (vol), concentración osmolar (Osm) y osmolaridad total de equilibrio osmótico entre el LEC y el LIC. Con fines didácticos,
(omt) de los líquidos extracelular e intracelular. este programa muestra primero los cambios que ocurren en el LEC,
y después cómo se logra el equilibrio entre el LEC y el LIC.
Una vez que se ha determinado la cantidad de líquido o de
osmoles, o de ambos, que se desea agregar o sustraer en el panel Sin embargo, es importante recalcar que, en la realidad, el mo-
de CONDICIONES INICIALES, dar clic en la flecha que se encuentra en vimiento osmótico se inicia tan pronto como se altera el equilibrio
la parte superior izquierda en la barra de herramientas (→), o bien osmótico entre los compartimientos intracelular y extracelular.
en OPERATE y seleccionar RUN del listado que se despliega. Al correr
el programa, lo primero que se observa son los cambios que ocurren Antes de iniciar, anote los valores informados bajo el título
en volumen, osmolaridad, o ambos, del LEC, y después aparece una CONDICIONES FINALES, con el fin de que los pueda comparar con los
valores obtenidos después de cada modificación.

24 Manual de laboratorio de fisiología

CONDICIONES FINALES Volumen del LIC • De acuerdo con la clasificación de las alteraciones en la dis-
Volumen del LEC mOsm/L tribución de los líquidos corporales, esta alteración corres-
mOsm/L ponde a una:
osmoles totales osmolaridad total
• ¿Cómo se encuentra la concentración de proteínas plasmáti-
U Pérdida de soluto, agua, o ambos cas y por qué?

Determinar los cambios que se producen cuando se pierden dos li- • ¿Cuál es la variación en el valor del Hct y por qué?
tros de agua sin pérdida de soluto, situación que se presenta cuan-
do no se ingiere agua. Para establecer los parámetros de esta si- Coloque de nuevo el switch en STEP 2 y seleccione diferentes opcio-
tuación, disminuya la cantidad de líquido a dos litros utilizando los nes para reemplazar la pérdida que no coincida con ésta; describa
controles de las CONDICIONES INICIALES (INITIAL CONDITIONS). y explique los resultados que obtenga.

• Observe las modificaciones en el diagrama de osmolaridad- Pérdida de 2 L de volumen con una osmolaridad de 300 mOsm/L,
volumen y en los valores informados en las CONDICIONES FINA- como ocurre, por ejemplo, en la diarrea. Recuerde que la pérdida to-
LES y explique los cambios que se indican a continuación: tal de soluto es de 600 mOsm. Antes de hacer los cambios no olvide
en la osmolaridad de los líquidos corporales volver a los valores iniciales y colocar el switch en STEP 1.
en el volumen del líquido extracelular
en el volumen del líquido intracelular • Observe las modificaciones en el diagrama de osmolaridad-
volumen y en los valores informados en las CONDICIONES FINA-
• De acuerdo con la clasificación de las alteraciones en la dis- LES y explique los siguientes cambios:
tribución de los líquidos corporales, esta alteración corres- en la osmolaridad de los líquidos corporales
ponde a una hiperosmolaridad: en el volumen del líquido extracelular
en el volumen del líquido intracelular
• ¿Cómo se encuentra la concentración de proteínas plasmáti-
cas y por qué? • De acuerdo con la clasificación de las alteraciones en la dis-
tribución de los líquidos corporales, esta alteración corres-
• ¿Cuál es la variación en el valor del hematócrito y por qué? ponde a una:

Seleccione el switch STEP 2 para realizar una segunda intervención • ¿Cómo se encuentra la concentración de proteínas plasmáti-
que permita ver el efecto de reemplazar la pérdida de los 2 L de cas y por qué?
agua con una solución que no corresponde a las características del
líquido que se perdió, por ejemplo, con 1 L de solución fisiológica. • ¿Cuál es la variación en el valor del Hct y por qué?
Recuerde que 44 L de esta solución tienen 314 mOsm/L.
Pérdida de 0.5 L de volumen con una osmolaridad de 800 mOsm/L,
• Observe las modificaciones en el diagrama de osmolaridad- como ocurre en el hipoaldosteronismo.
volumen y en los valores informados en las CONDICIONES FINA-
LES y explique los cambios que se indican: • Observe las modificaciones en el diagrama de osmolaridad-
en la osmolaridad de los líquidos corporales volumen y en los valores informados en las CONDICIONES FINA-
en el volumen del líquido extracelular LES y explique estos cambios:
en el volumen del líquido intracelular en la osmolaridad de los líquidos corporales
en el volumen del líquido extracelular
• De acuerdo con la clasificación de las alteraciones en la dis- en el volumen del líquido intracelular
tribución de los líquidos corporales, esta alteración corres-
ponde a una hiperosmolaridad: • De acuerdo con la clasificación de las alteraciones en la dis-
tribución de los líquidos corporales, esta alteración corres-
• ¿Cómo se encuentra la concentración de proteínas plasmáti- ponde a una:
cas y por qué?
• ¿Cómo se encuentra la concentración de proteínas plasmáti-
• ¿Cuál es la variación en el valor del Hct y por qué? cas y por qué?

Pérdida de 3 L de agua con una osmolaridad de 100 mOsm/L, como • ¿Cuál es la variación en el valor del Hct y por qué?
ocurre, por ejemplo, en la sudación. Recuerde que en este caso la
cantidad de soluto que se pierde es de 300 mOsm (100 mOsm por U Ganancia de soluto, agua, o ambos
litro). Antes de aplicar estos nuevos valores no olvide regresar a
los valores originales seleccionando REINITIALIZE ALL TO DEFAULT en Observe el efecto al ganar 1 L de agua libre de soluto, lo que ocurre,
el menú OPERATE, y colocar el switch en STEP, y una vez hecho lo por ejemplo, al tomar agua solamente.
anterior seleccione RUN.
• Observe las modificaciones en el diagrama de osmolaridad-
• Observe las modificaciones en el diagrama de osmolaridad- volumen y en los valores informados en las CONDICIONES FINA-
volumen y en los valores informados en las CONDICIONES FINA- LES y explique estos cambios:
LES y explique los cambios que se indican: en la osmolaridad de los líquidos corporales
en la osmolaridad de los líquidos corporales en el volumen del líquido extracelular
en el volumen del líquido extracelular en el volumen del líquido intracelular
en el volumen del líquido intracelular
• De acuerdo con la clasificación de las alteraciones en la dis-
tribución de los líquidos corporales, esta alteración corres-
ponde a una:

• ¿Cómo se encuentra la concentración de proteínas plasmáti-
cas y por qué?

• ¿Cuál es la variación en el valor del Hct y por qué?

Práctica 4 Variación en el volumen y la osmolaridad del líquido extracelular y su efecto en la osmolaridad y distribución de los líquidos corporales 25

Observe el efecto al ingerir un exceso de sodio igual a 600 mOsm en • De acuerdo con la clasificación de las alteraciones en la dis-
500 ml de líquido. tribución de los líquidos corporales, esta alteración corres-
ponde a:
• Observe las modificaciones en el diagrama de osmolaridad-
volumen y en los valores informados en las CONDICIONES FINA- • ¿Cómo se encuentra la concentración de proteínas plasmáti-
LES y explique estos cambios: cas y por qué?
en la osmolaridad de los líquidos corporales
en el volumen del líquido extracelular • ¿Cuál es la variación en el valor del Hct y por qué?
en el volumen del líquido intracelular
Naufragio en el mar
• De acuerdo con la clasificación de las alteraciones en la dis-
tribución de los líquidos corporales, esta alteración corres- Un marino ha naufragado en el océano y no tiene agua para be-
ponde a una: ber. lnicialmente este náufrago tiene pérdida de 2 L de líquido sin
pérdida de soluto. ¿Cuál es la situación de los líquidos corporales
• ¿Cómo se encuentra la concentración de proteínas plasmáti- del náufrago en este momento?
cas y por qué?
Observe que es la misma situación que en el primer ejemplo.
• ¿Cuál es la variación en el valor del Hct y por qué?
El náufrago no puede soportar más la sed y decide tomar agua
Observe el efecto al ganar 2 L de líquido con una osmolaridad de de mar; ingiere 500 ml de agua de mar con una osmolaridad de
300 mOsm/L, como ocurre al administrar 2 L de solución. 1 000 mOsm/L. ¿Cómo se encuentran ahora los líquidos corporales
del náufrago? ¿Es la deshidratación celular igual, mejor o peor que
• Observe las modificaciones en el diagrama de osmolaridad- antes de tomar agua de mar?
volumen y en los valores informados en las CONDICIONES FINA-
LES y explique estos cambios. En esta nueva situación, ¿qué cantidad de agua es necesario
en la osmolaridad de los líquidos corporales que ingiera el náufrago para tener una osmolaridad normal de
en el volumen del líquido extracelular 300 mOsm/L?
en el volumen del líquido intracelular

CONCLUSIONES

Escriba los datos que considere relevantes.



5Práctica

Difusión

Competencia

• Analizar el efecto que tiene sobre la difusión cada uno de los factores que
integran la ley de Fick y aplicarlo en situaciones clínicas.

Revisión de conceptos El coeficiente de difusión depende del tamaño de la mo-
lécula de la sust ancia que difunde, de su s olubilidad en el
El desplazamiento de las moléculas de una sustancia de una medio en el que difunde, de la viscosidad del medio en el que
zona de mayor concentración a otra de menor concentración difunde y de la temperatura: esto se expresa como:
recibe el nombre de difusión; esto permite que la sustancia
se distribuya de manera uniforme en el espacio q ue la con- D= kT
tiene. La difusión de moléculas persiste mientras exista un 6πaη
gradiente de concentración entre las diferentes partes del sis-
tema. La difusión termina cuando se alcanza el equilibrio y En donde k es la constante de Boltzmann, T es la tempe-
la concentración de la sustancia es igual en todo el sistema. ratura absoluta, a es el radio de la partícula en solución y η es
la viscosidad del medio.
Los diferentes factores que influyen en este fenómeno se
expresan en la ley de Fick de la difusión, que establece que la Es importante comprender los meca nismos que deter-
velocidad de difusión por unidad de superficie en dirección minan la velocidad de difusión de una sustancia debido a que
perpendicular a ésta es proporcional al gradiente de la con- este mecanismo de transporte está presente en una gran can-
centración de soluto en esa misma dirección. tidad de funciones que se realizan en el s er humano. Como
ejemplo se puede mencionar lo que ocurre con el oxígeno, el
Esta ley se expresa con la siguiente fórmula: cual se introduce al organismo por la respiración y llega a la
sangre por difusión a través de la membrana alveolocapilar,
j = DA = (C1 − C2) se introduce al eritrocito también por difusión, y de n uevo
d por difusión llega a los tejidos periféricos para su uso.

En donde: De igual forma se lleva a cabo la movilización del CO2
j difusión desde los t ejidos que la p roducen hacia el ext erior del o r-
D coeficiente de difusión ganismo. Por lo tanto, la difusión del oxígeno desde el aire
A área de difusión atmosférico hasta la s angre puede verse afectada si s e mo-
C1 mayor concentración difica la distancia que tiene que recorrer el oxígeno para pa-
C2 menor concentración sar del alveolo a la circulación, por ejemplo, cuando hay un
d distancia recorrida engrosamiento de la mem brana alveolocapilar por fibrosis
pulmonar.
(C1 − C2)
d gradiente de concentración

27

28 Manual de laboratorio de fisiología

ACTIVIDADES

U Efecto de la temperatura U Efecto del gradiente de concentración
en la velocidad de difusión en la velocidad de difusión

Para esta actividad se requieren tres probetas graduadas iguales, Para esta actividad se utilizan de nuevo tres probetas graduadas
cada una con 100 ml de agua destilada, pero a diferente tempera- iguales con 100 ml de agua destilada en cada una, pero ahora
tura: una a temperatura ambiente, otra a 5°C, y la tercera a 70°C; todas a la misma temperatura. Coloque las tres probetas juntas
esta última debe manipularse con cuidado. y ponga al mismo tiempo diferente cantidad de azul de metileno
en cada una. Determine la velocidad de difusión y anótela en el
Coloque un cristal de azul de metileno en una de las probetas cuadro correspondiente.
y determine con ayuda de un cronómetro la velocidad de difusión.
Anote el resultado en el cuadro correspondiente y haga lo mismo Explique los resultados que obtuvo.
con la segunda y tercera probetas.
Probeta Cantidad de azul Velocidad
Explique los resultados que obtuvo. de metileno de difusión
1
Probeta Velocidad de difusión 2
Temperatura ambiente 3
5 °C
70 °C

U Efecto de la viscosidad del medio • ¿De dónde proviene la energía necesaria para el movimiento
en la velocidad de difusión de las moléculas del soluto que difunde?

Para realizar esta actividad se necesitan dos cajas de Petri: una de • Mencione tres ejemplos de procesos fisiológicos que se lleven
ellas con agua destilada y la otra con agar. Coloque en el centro a cabo mediante difusión.
de cada una un cristal de azul de metileno y determine la veloci-
dad de difusión. Anote los resultados en el cuadro correspondiente. • El enfisema pulmonar se caracteriza por rotura de los tabi-
ques interalveolares, lo que ocasiona que grandes sacos de
Explique los resultados que obtuvo. aire sustituyan a los alveolos, y se produzca disminución de la
superficie total de la membrana alveolocapilar.
Solución Velocidad de difusión
Agua destilada Con la ecuación de la ley de la difusión de Fick, explique cómo se
Agar afecta la difusión del oxígeno a través de la membrana alveoloca-
pilar en estos casos.

CONCLUSIONES

Escriba los datos que considere relevantes.

6Práctica

Medición de los compartimientos
líquidos corporales utilizando
el método de dilución

Competencias

• Aplicar el método de dilución para medir el volumen de los compartimientos
líquidos corporales mediante identificación de las sustancias utilizadas para medir
cada uno de ellos, así como sus características.

• Calcular el volumen de los compartimientos líquidos corporales con base en el
peso corporal.

• Calcular el volumen sanguíneo utilizando el peso corporal y el hematócrito.

Revisión de conceptos estos compartimientos son los siguientes: líquido intracelu-
lar, 40% del peso corporal; líquido extracelular, 20% del pe-
El ser humano está constituido en p romedio por 60% so corporal, el cual a su vez se divide en plasma, 5% del peso
de agua; el r estante 40% s e distribuye como sigue: 18% de corporal; líquido intersticial, 15% del peso corporal.
proteínas, 15% de gras a y 7% de minerales. E l conteni-
do de agua va ría en los dif erentes tejidos; por ejemplo, el Para calcular el agua co rporal se considera que 1 kg =
tejido muscular tiene alr ededor de 75%, en t anto que 1 L; p or lo t anto, en un su jeto adulto de 70 kg el agua s e
el tejido adiposo tiene sólo 10%. El porcentaje de agua tam- encuentra distribuida de la siguien te manera: agua co rpo-
bién cambia de acuerdo con la edad, el sexo y la constitución ral total, 42 L; líquido intracelular, 28 L; líquido extracelular,
corporal. En el recién nacido llega a 70%, en tanto que en las 14 L; líquido intravascular o plasma, 3.5 L, y líq uido inters-
personas de la tercera edad es sólo de 50%. En r elación con ticial, 10.5 L.
el sexo, el porcentaje de agua en los varones es mayor que en
las mujeres debido al mayor contenido de grasa en el cuerpo Existen otros compartimientos líquidos en el organismo
femenino. En la ob esidad, el co ntenido de agua p uede ser que reciben en conjunto el nombre de líquidos transcelula-
tan bajo como 45%. Debido a estas variaciones, el límite de res, entre los cuales se incluyen líquido cefalorraquídeo, lí-
normalidad se sitúa entre 50 y 70%; en el ad ulto masculino quido sinovial y humor acuoso. Estos líquidos corresponden
sano de 70 kg es de 60%, que es el ejemplo utilizado para los al líquido extracelular, y tienen en co mún que están muy
valores fisiológicos normales. bien delimitados. El intercambio con el líquido extracelular
es muy lento debido a la barrera que los delimita, y dado que
El agua corporal se distribuye en dos co mpartimientos su volumen es escaso no se les toma en cuenta al medir los
principales: el líquido intracelular (LIC) y el líquido extrace- compartimientos líquidos.
lular (LEC), que se localizan, como sus nombres lo indican,
en el interior y el exterior de las células, respectivamente. Si se conoce el valor del volumen plasmático y el hema-
tócrito (Hct), puede calcularse el volumen sanguíneo con la
El LEC a su v ez se divide en dos co mpartimientos: el siguiente fórmula:
interior del árbol circulatorio, que constituye el líquido in-
travascular o p lasma sanguíneo, y el ext erior de los vas os volumen sanguíneo = volumen plasmático
sanguíneos, que forma el líquido intersticial que se encuen- 1– Hct
tra entre las células. Los porcentajes de agua en cada uno de

29

30 Manual de laboratorio de fisiología

Otra forma de co nocer el v olumen sanguíneo, cuando quido intracelular se necesitaría una sustancia que una vez
no se tienen los valo res de v olumen plasmático y hemató- inyectada en la s angre atravesara la mem brana capilar por
crito, es calc ulando el 8% del p eso corporal; sin em bargo, completo y t ambién saliera del espacio in tersticial sin de-
éste es menos exac to, ya q ue personas con el mismo p eso jar rastro para penetrar en t odas las cél ulas. Un problema
y constitución corporal pueden tener diferente hematócrito. parecido ocurre si s e quiere medir el espacio in tersticial:
una vez inyectada la sust ancia, debe abandonar la s an-
Los compartimientos de líq uido corporal se pueden gre por completo y q uedarse en el espacio in tersticial. Sin
medir utilizando el principio de dilución, que se basa en la embargo, estos dos espacios p ueden medirse en f orma in-
difusión homogénea de una sust ancia en un s olvente, que directa: si s e resta al valo r del agua co rporal total el valo r
alcanza la misma concentración en todo el compartimiento del LEC, s e tiene la ca ntidad de LI C; para obtener el va-
que la contiene. Si se tiene la concentración inicial o la can- lor del líq uido intersticial, se resta al LEC el v olumen del
tidad de sustancia administrada, puede medirse el grado de líquido plasmático.
dilución de la misma, y de t al manera calcular el volumen
en el que se difundió, lo cual recibe el nombre de volumen Otros factores que deben considerarse al seleccionar la
de distribución. Para la medición de la sustancia disuelta se sustancia para medir co mpartimientos líquidos son los si-
emplean métodos espectrofotométricos, químicos, fotoeléc- guientes:
tricos y radiactivos, entre otros, dependiendo de la sustancia
de que se trate. • Conocer la cinética de la sustancia que se utiliza; es decir,
el tiempo necesario para que dicha sustancia se distribu-
Para seleccionar la sust ancia adecuada se deben consi- ya de manera uniforme en el compartimiento que se va
derar, en primer lugar, los límites del compartimiento que se a medir; asimismo, conocer la cantidad de sustancia que
desea medir. El LIC está separado del LEC por la membrana se metaboliza o elimina p or el organismo durante este
celular, y el p lasma o líq uido intravascular está delimitado tiempo.
por la pared de los vasos sanguíneos, en tanto que el inters-
ticial se encuentra en el es pacio entre las cél ulas y los va- • También se deberá poder medir dic ha sustancia con
sos. Por lo tanto, la sustancia que se utilice para medir cada exactitud.
uno de los co mpartimientos debe cumplir con el requisito
de distribuirse únicamente en el co mpartimiento que se va • Deberá ser inocua para el individuo.
a medir. Así, para medir el LEC deb e usarse una sust ancia Si se considera lo mencionado hasta aquí, el procedimiento
que no atraviese la membrana celular, pero que sí cr uce la para medir un compartimiento líquido es el siguiente:
membrana capilar para que se distribuya tanto en el líquido
intravascular como en el líquido intersticial; la sustancia que • Se inyecta una cantidad conocida de la sust ancia selec-
cumple mejor este requisito es la in ulina, un p olisacárido cionada de acuerdo con el compartimiento que se va a
de alto peso molecular; también pueden utilizarse manitol medir.
y sacarosa.
• Se espera el tiempo necesario para que ocurra una distri-
Si se desea medir el p lasma, la sustancia utilizada debe bución homogénea.
permanecer en el líq uido intravascular y no a travesar la
membrana capilar. Con este fin se usa albúmina marcada • Se toma una muestra de sangre y se mide la concentra-
con yodo radiactivo (125I o 131I); también puede usarse azul ción de la sustancia en plasma. Vale la pena recordar que
de Evans, colorante que se une a las proteínas. el plasma forma parte del volumen de distribución, tanto
del agua corporal total como del LEC.
Otra opción es utilizar eritrocitos marcados con cromo
radiactivo (51Cr). Para medir el agua corporal total, la sustan- • Una vez medida la co ncentración de la sust ancia en el
cia que se utilice se deberá distribuir igual que el agua, p or plasma se calcula el espacio de distr ibución de acuerdo
lo que habrá de atravesar tanto la membrana celular como con la siguiente fórmula:
la membrana capilar; para ello suele us arse agua tr itiada o
deuterada. cantidad de sustancia – cantidad metabolizada
administrada o eliminada
El LIC y el líquido del espacio intersticial no se pueden
medir de manera directa, pues no se cuenta con una sustan- concentración en plasma
cia que se distribuya únicamente en estos espacios.
Como en c ualquier cálculo, debe tenerse cuidado con las
La dificultad para encontrar la sustancia adecuada con- unidades de medició n empleadas y hacer las co nversiones
siste en lo siguien te: la vía ha bitual de administració n de necesarias. Si el resultado final será en litros, lo más adecua-
las sustancias es in travenosa, por lo q ue para medir el lí- do es convertir las unidades a litros desde el inicio; con esto
se evitan errores.

Práctica 6 Medición de los compartimientos líquidos corporales utilizando el método de dilución 31

ACTIVIDADES

• Calcule la distribución de agua en los diferentes comparti- • Calcule el volumen de los compartimientos líquidos corpo-
mientos en un varón adulto de 55 kg. rales en un sujeto de 60 kg, a quien dentro de un protocolo
de investigación se le inyectaron 150 mCi de D2O y 400 mg
LEC: de manitol. Durante el período de equilibrio de tres horas el
sujeto eliminó en la orina 10% del D2O y 5% del manitol. Una
Líquido intersticial: vez que se alcanzó el equilibrio de distribución se tomó una
muestra de sangre que contenía 3.2 mCi/dl, 2.85 mg/dl de
LIC: manitol y hematócrito de 45.

Plasma: LEC:
• En este mismo sujeto, calcule el volumen sanguíneo tomando
Líquido intersticial:
en cuenta un Hct de 45.
LIC:
Volumen sanguíneo:
• Con los mismos valores, calcule el volumen sanguíneo si el Plasma:
• Calcule el volumen sanguíneo.
Hct fuera de 40. • Calcule en este mismo sujeto el valor que debe corresponder

Volumen sanguíneo: a cada compartimiento líquido de acuerdo con su peso.
• Ahora, en este mismo sujeto calcule el volumen sanguíneo
LEC:
tomando en cuenta que representa 8% del peso corporal.
Líquido intersticial:
Volumen sanguíneo:
• Explique las variaciones en los resultados obtenidos. LIC:
• Si en lugar de un varón se tratara de una mujer con el mismo
Plasma:
peso de 55 kg, ¿qué variación esperaría encontrar en la can-
tidad de agua corporal y por qué? Volumen sanguíneo:
• En un varón adulto con peso de 120 kg, en quien se determina • Compare estos valores con los que se obtuvieron con la me-
que 30% de su peso es tejido adiposo, ¿cuál es la cantidad de
agua corporal total? Recuerde que el tejido adiposo sólo tiene dición anterior y determine si son normales para el peso
10% de agua. corporal.

Agua corporal total:

CONCLUSIONES

Escriba los datos que considere relevantes.



7Práctica

Potencial de membrana
en reposo

Competencias

• Analizar la forma en la que se genera el potencial de equilibrio de un ion y aplicar
la ecuación de Nernst para calcularlo.

• Analizar la participación de potasio, sodio y cloro en la generación del potencial
de membrana en reposo y aplicar las ecuaciones de Goldman y de conductancia
de cable para calcularlo.

• Predecir la forma en la que se modifica el potencial de membrana en reposo como
consecuencia de variaciones en la conductancia o en la concentración intracelu-
lar o extracelular de potasio, sodio y cloro, y relacionarlo con situaciones clínicas.

Revisión de conceptos celular, hasta que se llega a un estado de equilibrio entre las
dos fuerzas que actúan sobre el potasio y ya no hay flujo neto
Una característica de t oda célula viva es la exist encia de un de potasio ni hacia el interior ni hacia el exterior de la célula.
potencial a ambos lados de la mem brana celular, el c ual re- Al potencial que se mide en este momento se le da el nombre
cibe el no mbre de p otencial de mem brana en r eposo. Este de potencial de equilibrio del ion, en este caso el potasio, y a
potencial se genera gracias a la ca racterística semipermeable la suma de las dos f uerzas que actúan sobre el movimiento
de la membrana celular que produce diferente distribución de de un ion hacia el interior o el exterior de la célula se le llama
cargas eléctricas a a mbos lados. P or un lado , en el in terior gradiente electroquímico.
de la célula están las proteínas, que aunque son anfipáticas, al
pH intracelular se comportan como aniones, lo que ocasiona El potencial de eq uilibrio de c ualquier ion se puede
exceso de cargas negativas en el interior de la célula que repele calcular mediante la ec uación de N ernst que determina el
a otros aniones y atrae cationes, como sodio y potasio, hacia el potencial en el c ual, a las co ncentraciones intracelulares y
interior. Sin embargo, estos iones no atraviesan la membrana extracelulares dadas, no hay flujo neto del ion. Esta ecuación
celular con la misma facilidad, pues en estado de reposo ésta se expresa como:
es poco permeable al sodio y muy permeable al potasio.
Eion = RT • ln Cext
La concentración de un io n a ambos lados de la mem- Fz Cint
brana celular depende, además de la p ermeabilidad de la
membrana al ion, de la magni tud de las f uerzas que actúan En donde:
sobre él. En el cas o del p otasio, los aniones proteicos en el
interior de la cél ula crean un gradiente eléctrico que mue- R = constante de los gases
ve al potasio hacia adentro de la cél ula; pero a medida q ue T = temperatura absoluta
el potasio entra, la magni tud de est e gradiente disminuye F = constante de Faraday
debido a que la cantidad de cargas eléctricas negativas que z = valencia del ion
atraen al potasio se neutralizan por la entrada de este mismo ln = logaritmo natural
ion. Al mismo tiem po se va creando un gradiente de con- Cext = concentración extracelular del ion
centración que tiende a s acar potasio de la cél ula, ya que la Cint = concentración intracelular del ion
concentración intracelular de potasio es mayor que la extra-

33

34 Manual de laboratorio de fisiología

Una vez que se sustituyen estas constantes y s e utiliza relación con el cloro es que su permeabilidad no se modifica
el logaritmo de bas e 10, la ec uación queda de la siguien te durante el potencial de acción.
manera para una temperatura de 37°C, con lo que se obtiene
el valor en mV: Según lo anterior, se deduce que para calcular el poten-
cial de membrana en reposo deben considerarse todos los io-
Eion = ± 61 • log Cint nes que atraviesan la membrana, así como la permeabilidad
Cext de ésta; para ello se utiliza la ecuación de campo constante de
Goldman, también conocida como ecuación de G oldman-
Si se calcula el p otencial de eq uilibrio del p otasio con Hodgkin-Katz:
una concentración intracelular de 140 mmol/L y extracelular
de 4 mmol/L, valores normales en los líquidos corporales, el Emem = −61 • log PK+ [K+int] + PNa+ [Na+int] + PCl− [Cl−ext]
Ek es igual a −94 mV. En este caso se multiplica por −61 por PK+ [K+ext] + PNa+ [Na+ext] + PCl− [Cl−int]
tratarse de un io n positivo, y c uando el io n es negativo se
multiplica por +61. Para la mayor parte de las mem branas celulares, PK+ es
unas 30 v eces mayor que PNa+. El valor de P Cl− es va riable,
Si el potencial de membrana en reposo se generara ex- dependiendo del tipo celular; para la mayor parte de las cé-
clusivamente por la diferente distribución de iones potasio lulas se sitúa entre los valores de PK+ y PNa+, pero en algunas
a ambos lados de la mem brana, entonces el valor obtenido células, como las musculoesqueléticas, su valor es superior
con la ecuación de Nernst debería ser igual al p otencial de a PK+.
membrana en reposo medido en f orma directa. Sin embar-
go, cuando se mide el p otencial de membrana en reposo, el Otra forma de calcular el potencial de membrana en re-
valor obtenido es un poco menos negativo que el Ek. Esto se poso es con la ecuación de conductancia de cable, en la que
debe a que la membrana celular, aunque poco permeable al se considera la conductancia en vez de la permeabilidad.
sodio, permite el pas o de algunos de est os iones, sobre los
cuales tanto el gradiente eléctrico como el gradiente de con- Conviene recordar que conductancia es la r ecíproca de
centración tienden a meterlos en la célula. La bomba de Na- la resistencia y la unidad de medició n es el S iemens (1 S =
K-ATPasa conduce de nuevo estos iones al exterior, lo cual 1/ohmio); se representa con la letra g c uando se refiere a la
también contribuye con algo a mantener la negatividad en conductancia específica de un io n y con la letra G c uando
el interior de la célula, ya que por cada tres iones sodio que hace referencia a la conductancia total de la membrana. Esta
saca, sólo introduce a la célula dos iones potasio. fórmula se expresa de la siguiente manera:

El otro ion que se toma en cuenta al considerar el poten- Emem = −61 • log (gK+) EK+ + (gGNa+)ENa+ + (gGCl−)ECl− + (gCa++) ECa+
cial de membrana en reposo es el cloro. A diferencia de sodio G G
y potasio, el cloro tiene carga negativa, por lo que el gradien-
te eléctrico lo saca de la célula, en tanto que el gradiente de La principal diferencia entre la ecuación de Goldman y
concentración tiende a introducirlo a la célula debido a que la de conductancia de cable es que la primera utiliza la per-
su concentración extracelular es mayor que la intracelular. meabilidad y la segunda la conductancia.
El ECl es muy cercano al potencial de membrana en reposo o
sólo unos cuantos mV más negativo, y la membrana celular Estos dos términos se usan con frecuencia como sinóni-
de las células nerviosas y musculares es permeable al cloro, mos; sin embargo, no representan exactamente lo mismo. La
lo que le permite atravesar la membrana en una u otra direc- permeabilidad depende de la co mposición y estr uctura de
ción en respuesta a pequeñas variaciones en el p otencial de la membrana, de su esp esor y del tipo de sustancia química
membrana en reposo para estar otra vez en equilibrio con el que difunde a través de ella, y se expresa en Henry por metro
nuevo valor del potencial de membrana; por ello se dice que (H/m); en cambio, la conductancia se refiere a la cantidad de
los iones cloro se distribuyen en forma “pasiva” a ambos la- corriente eléctrica que mueve un ion a través de la membra-
dos de la membrana. Lo importante que debe recordarse en na con una diferencia de potencial eléctrico determinado y
su unidad es el Siemens.

ACTIVIDADES

Para demostrar cómo influye en el potencial de membrana la varia- Si por alguna razón no puede usarse este programa, los pro-
ción en la concentración intracelular y extracelular de los iones pota- blemas que aquí se presentan podrá resolverlos en forma manual
sio, sodio y cloro, o bien la modificación en su conductancia, se utiliza utilizando la ecuación correspondiente; incluso, si se cuenta con
un programa computacional titulado POTENCIAL DE MEMBRANA, diseña- el programa, es un buen ejercicio calcular los potenciales de equi-
do por el Dr. Michael J. Davis, del Departamento de Fisiología Médica librio y de membrana en forma manual y comparar los resultados
del Texas A&M University System Health Science Center. con los que se obtienen con el programa.

Práctica 7 Potencial de membrana en reposo 35

Figura 7.1 Pantalla de inicio del programa POTENCIAL DE MEMBRANA.

U Inicio del programa e instrucciones la dirección en la que el ion tiende a moverse: las flechas hacia
abajo indican movimiento del ion hacia el interior de la célula y la
generales flecha hacia arriba, el movimiento hacia el exterior.

Si el programa no se encuentra abierto en la pantalla de la compu- La concentración interna o externa de cada uno de los cuatro
tadora, pulsar en el ícono correspondiente en la pantalla del escri- iones se puede cambiar deslizando el control correspondiente ha-
torio; o bien dar clic en el botón Inicio, seleccionar programas, y de cia arriba o abajo, tecleando cantidad en la casilla que esté en la
la lista que se despliega elegir POTENCIAL DE MEMBRANA. Maximizar parte superior de este control, o haciendo clic en las flechas hacia
la ventana dando clic en el cuadro que se encuentra en la esquina arriba o abajo que se encuentran a la izquierda de cada casilla.
superior derecha. La imagen desplegada debe ser como la que se
muestra en la figura 7.1. Los controles horizontales en el recuadro inferior corres-
ponden a la conductancia para cada uno de los cuatro iones y
En la pantalla se muestran tres recuadros del lado izquierdo, pueden modificarse de la misma manera que la concentración de
en los que se dan los valores de concentraciones extracelular e los mismos. Los valores iniciales que se señalan corresponden a los
intracelular y de conductancia de los cuatro principales iones que valores de una neurona motora espinal.
modifican el potencial de membrana en reposo: Na+, K+, Ca++ y Cl−.
El recuadro superior corresponde a la CONCENTRACIÓN EXTRACELULAR Para iniciar el programa presione la flecha que está a la iz-
(EXTERNAL ION CONCENTRATIONS), el siguiente a la CONCENTRACIÓN quierda en la barra de herramientas (→), el programa corre en
INTRACELULAR (INTERNAL ION CONCENTRATIONS) y el inferior a la CON- forma continua y cada vez que se cambia alguno de los paráme-
DUCTANCIA PARA CADA ION (IONIC CONDUCTANCES). tros recalcula automáticamente el potencial de equilibrio de ese
ion utilizando la ecuación de Nernst, y el potencial de membrana
En el recuadro de la derecha se representa el valor del po- utilizando la ecuación de conductancia de cable.
tencial de membrana (Em) en el lado izquierdo, y con una línea
punteada sobre la gráfica. Los potenciales de equilibrio de Na+, Si se desea volver a los valores originales, dar clic en la barra
K+, Ca++ y Cl− se representan con líneas de diferentes colores; del de herramientas en OPERATE y seleccionar REINITIALIZE ALL TO DE-
lado derecho hay un cuadro que permite identificar el color de FAULT.
cada ion.
La figura 7.1 también servirá como control para detectar los
En este recuadro se grafica también la magnitud de Ia fuerza cambios que ocurren cada vez que se hace alguna modificación en
electroquímica que mueve a cada ion (DRIVING FORCE DIAGRAM), que la concentración o conductancia de los iones.
se representa por las flechas verticales que van desde el potencial
de equilibrio del ion hasta el potencial de membrana, a mayor lon- Nota: Para evitar confusiones al describir los cambios en los
gitud mayor fuerza electroquímica. Estas flechas también indican potenciales, desígnense como movimiento del potencial hacia el
valor cero o alejándose de éste, o bien como aumento de hiperpo-
larización y no como aumento o disminución del potencial.

36 Manual de laboratorio de fisiología

• Antes de iniciar las modificaciones en la pantalla, calcule el • Explique las diferencias que se observan entre el aumento
potencial de equilibrio para potasio, sodio y cloro utilizando en la concentración de sodio y lo que ocurrió al aumentar el
la ecuación de Nernst, y el potencial de membrana median- potasio.
te la ecuación de conductancia de cable. La conductancia to-
tal se obtiene con la suma de las conductancias individuales. • Regrese de nuevo a los valores iniciales y determine el valor
Anote los resultados y compárelos con los mostrados en la de la concentración de sodio intracelular en la que ENa es igual
pantalla; las diferencias, si las hay, deben ser de decimales, a 0. Explique el resultado.
debido al redondeo durante el cálculo.
• Determine también el valor de la concentración extracelular
Potencial de equilibrio del potasio: de cloro en el que el ECl es igual a 0. Explique el resultado.

Potencial de equilibrio del sodio: • Regrese a los valores iniciales, realice cada uno de los si-
guientes pasos y vuelva al valor inicial de nuevo en cada
Potencial de equilibrio del cloro: paso.

Potencial de membrana: a) ¿Qué efecto se observa sobre el Em cuando gK aumenta 10
veces? Explique por qué ocurre este efecto.
• Observe y explique el efecto de aumentar cinco veces la con-
centración extracelular de potasio sobre: b) ¿Qué efecto se observa sobre el Em cuando gK disminuye?
Explique por qué ocurre este efecto.
a) el potencial de equilibrio del potasio (EK)
b) el potencial de equilibrio del sodio (ENa) c) ¿Cuál es el efecto sobre el Em cuando gNa aumenta 100
c) el potencial de membrana (Em) veces? Explique por qué ocurre este efecto.
d) la fuerza electroquímica que actúa sobre el potasio (repre-
d) ¿Cuál es el efecto sobre el Em cuando gCl aumenta al máxi-
sentada por las flechas verticales) mo? Explique por qué ocurre este efecto.
e) la fuerza electroquímica que actúa sobre el sodio
f) la fuerza electroquímica que actúa sobre el cloro e) Coloque la gK = 1, y vea qué ocurre en el Em cuando gCl
aumenta. Explique por qué ocurre este efecto.
• Regrese a los valores iniciales seleccionando REINITIALIZE ALL TO
DEFAULT en el menú OPERATE; observe y explique el efecto de au- • Regrese a los valores iniciales y cambie sólo la conductancia
mentar cinco veces la concentración intracelular de sodio sobre: iónica; encuentre bajo qué condiciones el sodio se mueve ha-
cia afuera de la célula.
a) el potencial de equilibrio del sodio (ENa)
b) el potencial de equilibrio del potasio (EK) • Regrese a los valores iniciales y determine los cambios en la
c) el potencial de membrana (Em) conductancia iónica y qué iones producen despolarización.

• Repita el mismo procedimiento después de aumentar la con- • Regrese a los valores iniciales. Coloque la gCl en su valor mí-
ductancia del sodio gNa a un valor de 3. Explique las diferen- nimo y cambie la gNa hasta que el valor de Em sea igual o cer-
cias con los resultados previos. cano a −40 mV. ¿Cuál es el valor de gNa en estas condiciones?
¿Cuál es el valor de la concentración interna del cloro que
a) el potencial de equilibrio del sodio (ENa) hace que ECl sea igual al Em? Explique los resultados.
b) el potencial de equilibrio del potasio (EK)
c) el potencial de membrana (Em) • Regrese a los valores iniciales y ahora ajuste el valor de Em
en −20 mV cambiando gNa. ¿Cuál es el valor de gNa en estas
condiciones? ¿Cuál es el valor de la concentración interna de
cloro que hace que ECl sea igual al nuevo Em?

• Este procedimiento semeja lo que ocurre con la distribución
del cloro cuando se lesiona un axón. ¿Por qué?

CONCLUSIONES

Escriba los datos que considere relevantes.

8Práctica

Potencial de acción

Competencias

• Analizar el mecanismo de generación del potencial de acción identificando las
corrientes iónicas que se generan y su relación con los períodos refractarios y el
fenómeno de acomodación.

• Elaborar e interpretar una curva de intensidad-duración.
• Analizar el mecanismo por el que las variaciones en la concentración externa

de potasio y calcio producen despolarizaciones espontáneas relacionándolo con
situaciones clínicas.
• Analizar las diferencias entre estímulos catódicos y anódicos, y relacionarlo con
su aplicación en la práctica clínica.

Revisión de conceptos exterior; como los canales de sodio se abren más rápido que
los de potasio, la entrada de sodio es mayor, lo que permite
Los tejidos nervioso, muscular y glandular del ser humano despolarizar la membrana hasta el umbral, si el estím ulo es
se clasifican como excitables, ya q ue su p rincipal caracte- de suficiente intensidad, y desencadenar la producción de los
rística es la capacidad para responder ante un estímulo con potenciales de acción.
un cambio en la magnitud de su potencial de membrana en
reposo, y si el estímulo posee la intensidad suficiente, genera Es importante recordar esta competencia entre el sodio
potenciales de acción que son señales electroquímicas que se y el p otasio, al aplicar un estímulo, ya que es la bas e de la
propagan a todo lo largo de la célula. acomodación. Ésta ocurre cuando el estímulo se aplica len-
tamente, lo que permite que se abran suficientes canales de
Los cambios observados en el p otencial de mem brana potasio para contrarrestar el ef ecto de desp olarización del
al aplicar un estímulo, se deben a modificaciones en la con- sodio. En estas condiciones, el potencial de acción requiere
ductancia de la mem brana a los io nes, que se producen al un estímulo de mayor intensidad para su producción.
abrirse o cer rarse canales específicos, lo que facilita o difi-
culta la entrada o salida de uno o va rios iones. Los princi- Una característica del potencial de acción es la existen-
pales iones involucrados en el potencial de acción del tejido cia de los p eríodos refractarios absoluto y relativo. Los pe-
nervioso son sodio y potasio. Al aplicar un estímulo de des- ríodos refractarios protegen a la cél ula de sobreexcitación,
polarización se abren canales de sodio, éste entra a la célula pues durante el p eríodo refractario absoluto no es p osible
movido por la fuerza electroquímica y acerca el potencial de desencadenar otro potencial de acción al aplicar un estímu-
membrana al um bral. La entrada de s odio afecta el mo vi- lo, debido a que los canales de sodio se encuentran cerrados
miento de potasio al volver positivo el interior de la cél ula, y en est ado inactivo. En el p eríodo refractario relativo se
ya que las cargas positivas del sodio repelen al potasio y lo puede desencadenar otro potencial de acción al aplicar un
mueven hacia el ext erior, lo que tiende a lle var el potencial estímulo, pero su intensidad debe ser superior a la intensi-
de membrana hacia la negatividad. De manera que al aplicar dad requerida cuando la membrana se encuentra en estado
un estímulo aumenta la conductancia de la membrana para de reposo, debido a que el período refractario relativo co-
el sodio y lo lleva hacia el interior, y al potasio lo conduce al

37

38 Manual de laboratorio de fisiología

rresponde a la fase de hiperpolarización del potencial de ac- produciendo bloqueo parcial, de manera que cuando la can-
ción, por lo que la despolarización necesaria para alcanzar tidad de calcio extracelular disminuye, este bloqueo también
el umbral es mayor. Por ello, los períodos refractarios deter- lo hace y es más fácil q ue el sodio atraviese la membrana, lo
minan la frecuencia máxima de p roducción de potenciales que hace a la célula más fácilmente excitable. Ocurre lo con-
de acción de la célula. trario cuando el calcio extracelular aumenta.

La excitabilidad de una célula, que es su capacidad para Es necesario hacer un pa r de observaciones en relación
responder a un estímulo, se modifica por las variaciones en con los estímulos, que se definen como todo aquello capaz
la concentración extracelular de potasio y calcio. Cuando la de modificar el p otencial de mem brana; dependiendo de
concentración extracelular de p otasio aumenta, se modifi- la dirección de est a modificación, se clasifican en desp o-
can el potencial de equilibrio del potasio y el potencial de la larizantes o ex citadores e hi perpolarizantes o inhib idores.
membrana en reposo, y disminuye el gradiente de concen- Por otro lado, no t odos los estím ulos despolarizantes son
tración de potasio, lo que ocasiona que la célula se despola- capaces de llevar potencial de membrana hasta el umbral y
rice y por lo tanto sea más excitable. En el caso del calcio, el producir potenciales de acción; aquellos que sí lo logra n se
mecanismo por el que se modifica la excitabilidad es diferen- clasifican como estímulos umbral, y los q ue no llega n son
te; los canales de sodio tienen cargas negativas que atraen al estímulos subumbral. En otra clasificación, se menciona es-
sodio y permiten su paso a través de ellos, pero también ejer- tímulo máximo para definir a aquel que produce la máxima
cen atracción sobre otros cationes, como el calcio, que debi- respuesta posible y estímulo supramáximo al que tiene una
do a su tamaño no puede pasar por los canales de sodio pero intensidad 50% superior al estímulo máximo; éstos se utili-
permanece en el exterior de la membrana junto a los canales, zan para asegurar la máxima respuesta.

ACTIVIDADES

Para demostrar las propiedades fisiológicas del potencial de ac- En el recuadro inferior se señalan los PARÁMETROS DE ESTIMU-
ción se utiliza un programa computacional titulado POTENCIAL DE LACIÓN (STIMULUS PARAMETERS), que son la AMPLITUD (AMPLITUDE) en
ACCIÓN, diseñado por el Dr. Michael J. Davis, del Departamento miliamperios (mA); la DURACIÓN (DURATION) en milisegundos y el
de Fisiología Médica del Texas A&M University System Health momento en el que se aplica el estímulo (START), es decir, el tiempo
Science Center. que transcurre antes que el estimulador envíe el estímulo. Nótese
que hay dos estimuladores, y por tanto se pueden aplicar dos es-
Si por alguna razón no se puede utilizar este programa, los pro- tímulos (PULSE 1 y PULSE 2). El switch para seleccionar uno o dos
blemas que aquí se presentan pueden resolverse utilizando los co- estímulos se encuentra a la derecha de este cuadro (1 PULSE o
nocimientos básicos sobre la producción de potenciales de acción. 2 PULSES). En este sitio también hay un switch para seleccionar si el
estímulo se aplica como un pulso cuadrado (PULSES) o en forma de
U Inicio del programa e instrucciones rampa (RAMP). Arriba de este switch se señala el valor del poten-
generales cial de membrana en reposo (Erest). Éste se calcula automáticamente
al hacer modificaciones en las concentraciones de los iones.
Si el programa no se encuentra abierto en la pantalla de su com-
putadora, dar clic al ícono correspondiente en la pantalla del Del lado derecho hay cuatro gráficas que representan, de arri-
escritorio, o bien dar clic al botón Inicio, seleccionar programas, ba hacia abajo, el potencial de membrana (Em), la conductancia
y de la lista que se despliega elegir POTENCIAL DE ACCIÓN. Maxi- para sodio y potasio (gNa, gK), la corriente que atraviesa la mem-
mizar la ventana dando clic en el cuadro que se encuentra en la brana (iMem) y el estímulo que se aplica (iStim). Un botón al lado
esquina superior derecha. de la gráfica para la corriente de la membrana permite seleccionar
entre la corriente total (iTot), la corriente del sodio (iNa) y la co-
La imagen desplegada debe ser como la que se muestra en la rriente del potasio (iK).
figura 8.1.
Para iniciar el programa presione la flecha que está a la iz-
En el lado izquierdo de la pantalla se observan tres recuadros; quierda en la barra de herramientas (→), el programa corre en
en el superior se dan los valores de las CONCENTRACIONES EXTERNAS forma continua, y cada vez que cambia alguno de los parámetros,
de sodio, potasio y calcio (EXTERNAL IONIC CONCENTRATIONS) y en el recalcula automáticamente el potencial de equilibrio de ese ion,
segundo las CONCENTRACIONES INTERNAS (INTERNAL IONIC CONCENTRA- el potencial de membrana en reposo y modifica las gráficas. Para
TIONS). En ambos casos los valores pueden modificarse deslizando volver a los valores originales seleccione REINITIALIZE ALL TO DEFAULT
el control, tecleando un nuevo valor en la casilla correspondiente en el menú OPERATE.
o presionando las flechas hacia arriba y abajo, a la izquierda de
esta casilla. Inmediatamente debajo de las concentraciones inter- U Umbral
nas están los valores del potencial de equilibrio de cada ion: ENa+,
EK+ y ECl−, los cuales se calculan automáticamente al modificar los Este ejercicio permite ilustrar la propiedad de todo o nada del po-
valores de los iones. tencial de acción. Inicie el programa presionando la flecha de la

Práctica 8 Potencial de acción 39

+ AP7x.vi

File Edit Operate Windows

-External Ionic Concentrations- Properties of the Action Potential

Nao (mM) Ko (mM) Cao (mM) 70
50
150 4.7 1.5

150 50.0 20 25
100 10
Em 0
25.0 (mV) –25

0 0.0 0

-Internal Ionic Concentrations- –50

Nai (mM) Ki (mM) Cai (nM) –75
–90
15 150 200
30

150 150 1000 gNa, gK 20
100 100 500
(mmho/cm2) 10

00 0 0

ENa 0 EK 0 ECa 0 2 iTot
0
-Stimulus Parameters- iMem
(ma/cm2)

Pulse1/Ramp Pulse2 –2

Amplitude 1 Amplitude 2 Erest 10

15 15 0.0 iStim 5

Duration 1 Duration 2 ramp (ma/cm2) 0

15 15 pulse –5

Start 1 Start 2 1 pulse 0 5 10 15 20 25 30 32

15 15 2 pulses Time (ms)

Figura 8.1 Pantalla de inicio del programa POTENCIAL DE ACCIÓN.

parte superior izquierda o bien seleccionando RUN en el menú OPE- Reposo:
RATE. Con el switch del estimulador en 1 PULSE y en PULSES, seleccio-
ne los parámetros de estimulación como sigue: duración 1 = 1 ms, Despolarización:
Start 1 = 4 ms, la amplitud 1; vaya incrementando desde el valor
inicial de cero hasta que aparezca el potencial de acción. Repolarización:

• ¿Cuál es el valor umbral encontrado? Hiperpolarización:
• ¿En qué unidades se mide el potencial de membrana?
• ¿En qué unidades se mide la conductancia? • ¿Qué ocurre si continúa aumentando la intensidad del es-
• ¿En qué unidades se mide la corriente a través de la membrana? tímulo? ¿Se modifica la amplitud del potencial de acción?
• ¿En qué unidades se mide la intensidad del estímulo? Explique por qué.
• ¿Qué nombre recibe la corriente que aparece antes que se
• Coloque la amplitud del estímulo en 5 y disminuya de manera
produzca el potencial de acción? progresiva la concentración extracelular de sodio. Describa y
• ¿Cómo se modifica la conductancia al sodio y al potasio antes explique los efectos sobre Emem, ENa, iNa e iK.

que aparezca el potencial de acción y una vez que el potencial • ¿Cuál es el valor de ENa a partir del cual se modifica la ampli-
de acción se genera? Para ver cómo es la conductancia antes tud del potencial de acción?
que se inicie el potencial de acción, regrese al valor de inten-
sidad previo a la aparición del potencial de acción. • ¿Cómo se relacionan el ENa y la amplitud máxima del poten-
• ¿Cuál es la diferencia entre la corriente total a través de la cial de acción a partir de este valor? Explique este resultado.
membrana (iTot) y las corrientes de sodio (iNa) y potasio (iK)
cuando se produce el potencial de acción? • Regrese a los valores iniciales y ponga en amplitud el va-
• ¿Por qué tienen diferente dirección las corrientes de sodio y lor umbral del estímulo. Cambie la duración del estímulo a
potasio? 0.5 ms, note que el potencial de acción ya no se genera, pero
• ¿Qué dirección tiene la corriente total (iTot), hacia adentro o
hacia afuera? ¿Por qué?
• Relacione las diferentes fases del potencial de acción con la
conductancia de sodio y potasio y describa cómo se encuen-
tran los canales en cada fase.