Fisiología

Fisiología

Franciszek Kokot, Edward Franek

Contenido de agua en el organismo

El contenido total de agua en el organismo es variable y depende de la edad y del sexo. En los niños representa el 75 % de la masa corporal (MC), en los adultos varones no obesos un 60 % y en las mujeres —debido a la mayor cantidad de grasa corporal— es un 5-10 % menor que en los hombres.

Equilibrio hídrico

El consumo diario de agua es de ~2500 ml: 2200 ml corresponden al agua contenida en los líquidos y alimentos ingeridos y 300 ml al agua oxidativa, es decir, a aquella resultante de los procesos metabólicos del organismo. En estados de equilibrio fisiológico, el organismo pierde la misma cantidad de agua por: evaporación insensible (400 ml por los pulmones, 500 ml por la piel), con la orina (1500 ml) y en las heces (100 ml).

Distribución de agua en el organismo: compartimentos líquidos

Se distinguen los siguientes compartimentos líquidos

1) intracelular (40 % MC)

2) extracelular

a) extravascular o intersticial (15 % MC)

b) intravascular (5 % MC): es el que determina la volemia, y se corresponde con el volumen total de sangre; está compuesto por plasma y glóbulos sanguíneos casi a partes iguales

3) tercer espacio: suele representar el 2-3 % del agua sistémica y está compuesto por:

a) líquido en cavidades serosas

b) líquido en el tracto digestivo, las vías biliares, pancreáticas y urinarias

c) líquido cefalorraquídeo

d) líquido en las cámaras de los globos oculares.

El tercer espacio no cumple una función relevante en el equilibrio hídrico en estados fisiológicos, puesto que la cantidad que fluye hacia ese espacio y la que sale de él son idénticas. Sin embargo, se trata de un eslabón importante en la génesis de muchos estados patológicos (quemaduras, íleo paralítico) que cursan con una hipovolemia concomitante. En ocasiones, el aumento del tercer espacio provoca un shock hipovolémico pese a que el equilibrio hídrico se encuentre aparentemente estable.

Principios fundamentales que determinan el metabolismo hidroelectrolítico y el equilibrio ácido-base

El equilibrio hidroelectrolítico y ácido-base está determinado por 2 principios fisicoquímicos y uno fisiológico. Conocerlos tiene una gran importancia en la práctica clínica. Sobre la base de las alteraciones de un parámetro en el compartimento del líquido extracelular, es posible prever con mucha precisión la alteración cualitativa —e incluso cuantitativa— que tiene lugar en el compartimento del líquido intracelular.

1. Principio de electroneutralidad de los fluidos corporales (principio de Gamble)

Los fluidos corporales son eléctricamente neutros en todos los compartimentos líquidos. Esto significa que en cada fluido corporal, la suma de concentraciones de los aniones (cargas negativas) es igual a la suma de las concentraciones de los cationes (cargas positivas). Por ejemplo, en el suero, la suma de las concentraciones de los cationes es de 153 mEq/l, y es igual a la suma de las concentraciones de los aniones (diagrama de Gamble →fig. XII.A-1). Un cambio (p. ej. un aumento de 1 mEq/l) en la concentración de un catión o de un anión genera el cambio opuesto en la concentración de otro catión o anión en la misma cantidad (p. ej. reducción de 1 mEq/l). Ventajas resultantes de conocer el principio de electroneutralidad: véase más adelante.

2. Principio de isomolalidad (isoosmolalidad) de los fluidos sistémicos

La presión osmótica de los fluidos sistémicos es uniforme en todos los compartimentos líquidos. Si la molalidad media del plasma es de 290 mmol/kg H2O, la molalidad del líquido extracelular extravascular y del líquido intracelular serán las mismas. Tras introducir al torrente sanguíneo una cantidad determinada de solución de manitol al 20 %, la presión osmótica del líquido extracelular incrementará significativamente. Este aumento provoca una "atracción" del agua intracelular hacia el espacio extracelular hasta que se igualen las molalidades de ambos espacios. Este fenómeno se aprovecha en la práctica, p. ej. para tratar edemas cerebrales.

3. Principio de isoionía

Este principio fisiológico hace referencia a la tendencia del organismo a mantener una concentración de iones estable (isoionía), en particular de iones de hidrógeno (isohidria). La concentración adecuada de iones hidrógeno en sangre es de 35-45 nmol/l (pH 7,35-7,45).

Composición iónica de los fluidos corporales en los compartimentos líquidos

En esta sección, las concentraciones de los electrólitos en los fluidos sistémicos se indican en mEq/l en vez de en mmol/l. Esto se debe a que todos los trastornos electrolíticos están condicionados por desviaciones en el número de aniones o cationes, lo cual se puede expresar mejor utilizando un sistema equivalente que defina las concentraciones de cada electrólito.

El agua sistémica contiene numerosos electrólitos en concentraciones muy determinadas. Los electrólitos intracelulares más importantes son el potasio, el magnesio y los iones fosfato, mientras que los electrólitos extracelulares principales son el sodio, los bicarbonatos y los cloruros. Podemos asumir, sin equivocarnos mucho, que la composición electrolítica del líquido extracelular es muy similar a la composición del suero.

Las membranas celulares que separan el compartimento del líquido extracelular del intracelular son totalmente permeables para el agua y algunos iones, mientras que para otros iones son impermeables o poco permeables. La semipermeabilidad de las membranas celulares hace que la suma de las concentraciones de los iones del líquido intracelular (198 mEq/l de aniones + 198 mEq/l de cationes) sea mayor que la suma de las concentraciones de los iones del líquido extracelular extravascular (153 mEq/l de aniones + 153 mEq/l de cationes). El número de moléculas activas osmóticamente (osmolitos) en el líquido extra- e intracelular es el mismo. En condiciones normales, la osmolalidad de los líquidos intra- y extracelular es idéntica. Los osmolitos –como los iones sódicos y la glucosa– determinan el movimiento de agua entre los compartimentos líquidos intra- y extracelular. Para ellos, las membranas celulares son poco permeables o impermeables (osmolitos efectivos). La reducción de la concentración de sodio en suero (hiponatremia) provoca el traslado del agua extracelular al espacio intracelular, lo que no solo provoca un edema cerebral, sino también hipovolemia. A diferencia de la hiponatremia, la hiperglucemia (que se da en enfermos de diabetes descompensada) genera una deshidratación celular y aumenta el espacio extracelular. Estas transferencias de fluidos entre los espacios intra- y extracelular no solo determinan las alteraciones hemodinámicas, sino también la totalidad del cuadro clínico.

La osmolalidad plasmática no siempre determina la dirección del movimiento del agua entre el espacio intra- y extracelular. A pesar de aumentar la molalidad plasmática, el etanol y la urea (en enfermos con uremia crónica) no originan ninguna transferencia de fluidos entre los espacios extra- e intracelular, ya que superan fácilmente la barrera de las membranas celulares y no se forma un gradiente de concentraciones. Por lo tanto, solo las sustancias que no atraviesan o atraviesan con dificultad el compartimento del líquido intracelular desde el extracelular pueden causar el transporte de agua entre ambos compartimentos. Estos osmolitos (fundamentalmente, solo el sodio y la glucosa) determinan la osmolalidad efectiva de los fluidos sistémicos (la osmolalidad efectiva está condicionada por los osmolitos que no atraviesan o atraviesan con dificultad las membranas celulares). La molalidad efectiva de los fluidos sistémicos se conoce como tonicidad (tonicity); su descenso se denomina hipotonía, y su incremento, hipertonía.

Los parámetros diagnósticos en los trastornos del metabolismo hidroelectrolítico son, entre otros, las brechas aniónica y osmótica del plasma y la orina.

Brecha aniónica plasmática (LA) →cap. XII.G.1.

La osmolalidad plasmática se puede calcular de manera aproximada conociendo la concentración del sodio, la glucosa y la urea (en mmol/l):

2 × [Na+] + [glucosa] + [urea]

La brecha osmótica es la diferencia entre la osmolalidad plasmática determinada y la osmolalidad calculada con la fórmula anterior. En condiciones fisiológicas, no sube de 10. Una brecha osmótica >15 señala la presencia anómala en el plasma de osmolitos como etanol, metanol, isopropanol, etilenglicol, propilenglicol o acetona.

La brecha osmótica en la orina es la diferencia entre la osmolalidad en orina determinada y la osmolalidad calculada según la fórmula (todas las concentraciones en orina se expresan en mmol/l):

2 × ([UNa+] + [UK+]) + [Uglucosa] + [Uurea]  

La brecha aniónica en orina (BAO) se calcula según la siguiente fórmula (todas las concentraciones en orina se expresan en mmol/l):

BAO = [Na+] + [K+] – ([Cl–] + [HCO3–])  

Regulación del metabolismo hídrico

Los órganos de regulación hídrica más importantes del organismo en estados fisiológicos son los riñones. El equilibrio hídrico final depende de su buen estado. Gracias a sus mecanismos muy complejos de regulación, los riñones son los únicos órganos que preservan la homeostasis hídrica y que poseen la capacidad de eliminar el agua carente de osmolitos (agua libre). Un parámetro que señala si los riñones están expulsando o guardando agua es el aclaramiento de agua libre (CH2O), que se calcula restando el aclaramiento osmótico (Cosm) de la diuresis por minuto (V):

CH2O = V – Cosm

El aclaramiento osmótico refleja la capacidad de los riñones para eliminar los osmolitos y se calcula según esta fórmula:

Uosm – osmolalidad de la orina, Posm – osmolalidad plasmática (sérica), V – volumen de orina por minuto

Un aclaramiento de agua libre positivo significa que se excreta agua libre de osmolitos (orina diluida de osmolalidad menor que la sérica), mientras que si es negativo, apunta a una conservación del agua (orina concentrada cuya osmolalidad es mayor que la osmolalidad sérica).

Los trastornos de concentración y dilución de la orina son los indicadores más simples –y a la vez extraordinariamente útiles– de la actividad de las nefronas. El papel de la piel, el tracto digestivo y los pulmones en el metabolismo hídrico queda en un segundo plano en condiciones normales, pero puede ser decisivo en estados patológicos.

La magnitud de la diuresis no solo depende de los líquidos consumidos, sino también de la cantidad y de la composición de los alimentos, así como de las hormonas que modulan la excreción de agua. Los reguladores principales de la absorción y excreción del agua en el organismo son la vasopresina y la sensación de sed. La secreción de vasopresina y la sensación de sed dependen de la molalidad efectiva y del volumen plasmático efectivo. Un aumento de esta molalidad o una reducción de este volumen plasmático estimulan en gran medida la secreción de vasopresina, la cual aumenta la reabsorción de agua en los túbulos renales (→cap. IV.A.1). La hipervolemia efectiva (aumento del volumen sanguíneo presente en las áreas del aparato circulatorio monitorizadas por barorreceptores, receptores de volumen y quimiorreceptores; en estados fisiológicos, la volemia efectiva representa tan solo el 20 % del volumen de la sangre circulante) y la hipomolalidad plasmática efectiva (reducción de la concentración de osmolitos efectivos) generan el efecto contrario, esto es, un aumento del aclaramiento renal de agua libre. Asimismo, la producción de vasopresina se ve estimulada por un aumento en la actividad de los sistemas renina-angiotensina-aldosterona (RAA) y simpático y por la endotelina, mientras que la inhiben la bradiquinina, la urodilatina y la uroguanilina (→cap. XII.C.1), los péptidos natriuréticos, la prostaciclina, la hipercalcemia, la hipocalemia y los antagonistas del receptor de la vasopresina en los túbulos renales, es decir, los vaptanos (acuaréticos).

Conexión del metabolismo hidroelectrolítico con el equilibrio ácido base: diagrama de Gamble

Como se puede observar en el diagrama de Gamble (→fig. XII.A-1), el Na+ es el catión dominante en el plasma. Su concentración es de 140-145 mEq/l. La suma de las concentraciones del resto de cationes (calcio, potasio y magnesio) llega a los 11 mEq/l, por lo que la suma de las concentraciones de todos los cationes es de 153 mEq/l. Entre los aniones de mayor concentración nos encontramos con el anión cloruro (Cl–, 101 mEq/l), y a continuación con el anión bicarbonato (HCO3–, 26 mEq/l). La concentración de proteinatos en suero es de ~16 mEq/l. El resto de aniones (fosfatos, sulfatos y ácidos orgánicos como el láctico, el pirúvico y el acetoacético) forman parte de los aniones residuales, cuya concentración total es de ~10 mEq/l.

De acuerdo con el principio de electroneutralidad de los líquidos corporales, la suma de las concentraciones de los aniones debe ser igual a la suma de las concentraciones de los cationes. Si omitimos los fosfatos (cuya concentración es demasiado baja), las bases tampón son los bicarbonatos y los proteinatos, cuya concentración conjunta es de 42 mEq/l (→cap. XII.G.1). Las bases tampón son el parámetro que vincula el equilibrio ácido-base al metabolismo hidroelectrolítico.

En la acidosis no respiratoria (metabólica; →cap. XII.G.4), p. ej. en la urémica, la concentración de bicarbonatos disminuye significativamente. Para conservar la electroneutralidad, la concentración de otro anión (normalmente fosfato y sulfato) debe disminuir o la concentración de un catión debe incrementarse. Un exceso de ácidos –tanto endógenos como exógenos– afecta al equilibrio ácido-base modificando la concentración de HCO3–. Dicho de otra manera, los trastornos electrolíticos aniónicos afectan al equilibrio ácido-base por medio de cambios en la concentración de los bicarbonatos.

En las alcalosis no respiratorias (sección XII.G.6), la concentración de bicarbonatos aumenta. De acuerdo con el principio de electroneutralidad, la concentración de otro anión disminuye –normalmente Cl–– o la concentración de algún catión aumenta. Independientemente de si la alcalosis está provocada por una pérdida primaria de Cl– o una producción primaria excesiva de HCO3– (p. ej. en un déficit sistémico de potasio), los aniones bicarbonato median en la influencia de las alteraciones electrolíticas sobre el equilibrio ácido-base.

Los iones de sodio, potasio, cloruro y fosfato se definen como "iones estables", ya que su concentración no puede sufrir cambios rápidos. A diferencia de ellos, el HCO3– es un "ion inestable", puesto que su concentración puede cambiar con rapidez, tanto por vía respiratoria como por vía renal.

Entender el diagrama de Gamble no solo permite contrastar la fiabilidad de las determinaciones de electrólitos en sangre, sino también renunciar a algunas de ellas. La codependencia entre el equilibrio electrolítico y el equilibrio ácido-base permite inferir las alteraciones en el equilibrio ácido-base en función de los cambios en las concentraciones de electrólitos en suero. Además, posibilita prever con bastante probabilidad de acierto los cambios en las concentraciones de electrólitos en función del equilibrio ácido-base (→cap. XII.G.1).