apuntes homeostasis celular 2013
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Homeostasis celular Dra. Cremer-
La vida constituye una nica funcin, que queda a cargo del organismo completo como un todo. Sin embargo, las partes constituyentes, las clulas, son autnomas. A su vez, la funcin de las partes autnomas encuentran sentido en
su integracin con el organismo completo. Claude Bernard
La homeostasis celular es esencial para el funcionamiento del organismo
Las clulas consideradas como
sistemas complejos abiertos se autorregulan,
autoorganizan e intercambian materia y
energa con el medio que la rodea, por ello la
composicin del medio interno debe
mantenerse dentro de lmites muy estrechos, o
rangos fisiolgicos, por ello el trmino
homeostasis se extiende a sus mecanismos de
control y regulacin precisa de las condiciones
del citosol.
La membrana celular: el lmite funcional entre el compartimiento intracelular y extracelular
La membrana que rodea cada clula
determina los compartimentos intracelular y
extracelular, y cada compartimiento est
definido por el volumen de agua y la masa de
solutos que contiene.
En un individuo adulto, de 70 kg de
peso, el agua corporal total se estima
equivalente a un 60-65% del peso corporal,
que equivaldra a unos 40-45 litros.
Este porcentaje cambia en funcin de
la edad, sexo y estructura corporal, por
ejemplo en un individuo obeso es del 50%
porque el tejido adiposo contiene menos agua
que el tejido magro, y en las mujeres tambin
porque es ms abundante el tejido adiposo
subcutneo.
Fig.1 Distribucin e intercambio de agua en los
compartimientos lquidos
El volumen de agua corporal total
puede ser cuantificado (ver Recuadro N1), y
tambin el de sus dos compartimientos
principales, el compartimiento del lquido
intracelular (LIC) y el compartimiento del
lquido extracelular (LEC).
El LIC est constituido por la suma del
volumen de agua existente en la totalidad de
las clulas del cuerpo, y representa entre el 30-
40% del peso corporal.
Este LIC se suele imaginar como una
solucin diluida, pero la fraccin del
citoplasma no ocupada por organelas es un
sistema coloidal, y por esta razn se denomina
citosol. El citosol tiene una alta concentracin
de protenas que causa un fenmeno conocido
como hacinamiento molecular que obstaculiza
la difusin, esto puede generar diferencias de
concentracin de los solutos entre diferentes
partes de la clula. Los componentes
principales del LIC son el catin potasio y los
aniones proteinatos.
El LEC est constituido por dos sub-
compartimientos principales, el intravascular
que contiene el volumen plasmstico (5% de la
masa corporal), y el extravascular que contiene
al lquido intersticial (que representa cerca del
15%), ambos se encuentran separados entre s
por el endotelio capilar.
Existen subcompartimientos menores
del LEC, la linfa y el lquido transcelular (1-
3% de la masa corporal cada uno). El
compartimiento denominado transcelular
incluye los lquidos cefalorraqudeo, sinovial,
intraocular, del sistema genitourinario y de
espacios serosos (peritoneal, pleural y
pericrdico).
Los componentes principales del LEC
son el catin sodio, y los aniones cloro y
bicarbonato, la composicin de las
subdivisiones plasma y lquido intersticial
difieren slo por las protenas presentes en el
plasma.
Tanto el LEC como el LIC mantienen
estables las concentraciones de sus
componentes dentro de cada compartimiento, y
la dismil constitucin repercute tanto en la
composicin electroltica como en la
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Homeostasis celular Dra. Cremer-
composicin osmtica. Si se observa la Fig.2
se puede deducir que:
- a pesar que el LIC y el LEC tienen
distinta composicin poseen la misma
osmolaridad (29010 mOsm/l). Cabe
mencionar que la osmolaridad del plasma es
slo 1 2 mOsm/l mayor que la del lquido
intersticial, por la presencia de las protenas;
pero esta diferencia no se observa entre el
intersticio y el LIC (que tambin posee
protenas). Gracias al constante gasto de
energa de la bomba Na/K-ATPasa que
transporta 3 Na+ hacia el exterior y 2 K+ al
interior celular se evita que la osmolaridad del
LIC exceda la del intersticio.
- el plasma, el lquido intersticial y el
LIC son isosmticos, ya que tanto el endotelio
como la membrana celular son permeables al
agua, permitiendo que se llegue al equilibrio
osmtico.
- cada compartimiento mantiene su
electroneutralidad, ya que la suma de los
cationes es igual a la suma de los aniones
dentro de cada uno de ellos, siendo la
concentracin total de equivalentes de carga
mayor en el LIC que en el LEC por la
presencia de protenas.
La estabilidad del volumen y
composicin de estos compartimientos se
mantiene por mecanismos sistmicos que
garantizan la adecuada homeostasis
hidroelectroltica del LEC, a pesar de las
grandes modificaciones que diariamente se
manifiestan en los ingresos y egresos de agua y
solutos, y por mecanismos celulares que
mantienen la homeostasis celular ante los
cambios en el LEC.
300 mOsm/l 301 mOsm/l 300 mOsm/l
Fig.2: Composicin de los compartimientos lquidos
Recuadro N1
Cuantificacin del volumen y composicin de los compartimientos lquidos del organismo
El principio bsico utilizado para medir
indirectamente volmenes desconocidos es el
mtodo de dilucin, basado en la Ley de
conservacin de la masa.
En base a dicha Ley es posible medir un
volumen administrando una cantidad masa de una
sustancia conocida que se distribuye en el
compartimiento. Este mtodo se utiliza para estimar
el volumen de los compartimientos lquidos, el
volumen minuto cardaco y el volumen residual
pulmonar, entre otros.
Entonces, si se administra de sustancia de
masa conocida (mg), y se toma la concentracin
final que se logra en el volumen desconocido
(mg/dl), se puede calcular el volumen en que se
K+ 140 mOsm/l
HPO-3 11 mOsm/l
Mg++ 20 mOsm/l
HCO3- 10 mOsm/l
Cl- 4 mOsm/l
Na+ 15 mOsm/l
Ca++ 1 mOsm/l
Protenas 16g/dl= 4mOsm/l
Glucosa 10mg/dl=0.64mOsm/l
Urea 4mOsm/l
Otros Creatina, ATP,
99mOsm/l
K+ 4,2 mOsm/l
HPO-3 2 mOsm/l
Mg++ 0.8 mOsm/l
HCO3- 24 mOsm/l
Cl- 102 mOsm/l
Na+ 142 mOsm/l
Ca++ 1.5 mOsm/l
Protenas 2g/dl= 1.2 mOsm/l
Glucosa 90mg/dl=5mOsm/l
Urea 15 mg/dl=4mOsm/l
Otros 20 mOsm/l
K+ 4 mOsm/l
HPO-3 2 mOsm/l
Mg++ 0.7 mOsm/l
HCO3- 27 mOsm/l
Cl- 113 mOsm/l
Na+ 148 mOsm/l
Ca++ 1.2 mmol/l
Protenas 0.1g%=0.2 mOsm/l
Glucosa 90 mg/dl=5mOsm/l
Urea 4mOsm/l
Otros 20 mOsm/l
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diluy la sustancia (volumen de distribucin), y la
frmula de trabajo es:
Vdistrib=cantidad indicador/concentracin alcanzada
La medicin del volumen de un
compartimiento utilizando esta tcnica proporciona
una estimacin slo si se satisfacen ciertas
condiciones respecto a la sustancia indicadora: que
se distribuya uniformemente en el compartimiento,
que no se intercambie con otro compartimiento,
degrade, metabolice excrete durante el tiempo de
medicin, que no sea txica.
El agua corporal total puede conocerse por
este mtodo utilizando agua marcada con tritio o
con deuterio.
Para la medida del LEC es necesario
emplear marcadores que no atraviecen membranas
celulares. Este volumen no puede ser medido con
precisin ya que los lmites de este espacio estn
mal definidos y pocas sustancias se mezclan con
rapidez en l. Para la estimacin del volumen
extracelular se utilizan sustancias como sacarosa,
manitol, radiosodio, pero la estimacin ms exacta
es con inulina marcada.
El volumen plasmtico se mide
generalmente utilizando el colorante Azul de Evans
o albmina marcada radioactivamente.
El volumen del lquido intersticial no se
puede medir por esta tcnica, pero se puede
determinar calculando la diferencia entre el
volumen del LEC menos el volumen plasmtico; al
igual que el LIC que se calcula como la diferencia
entre el agua corporal total menos el LEC.
La estimacin del volumen de los
compartimientos lquidos es utilizado para calcular
la dosis de un frmaco a administrar a un paciente,
o de un anestsico.
Actualmente existen otras tcnicas basadas
en la bioimpedancia, que se funda en la capacidad
que tiene el organismo para conducir una corriente
elctrica y que sta presenta parmetros fsicos
(resistencia y reactancia) que dependen del
contenido en agua y de la conduccin inica en el
organismo.
Con el mtodo de dilucin tambin puede
estimarse el contenido total de un in en los
lquidos corporales, mediante el uso de
radioistopos del in como sustancia marcadora.
En la prctica mdica se puede estimar la
composicin cuantitativa bsica de los iones de los
lquidos orgnicos, principalmente plasmticos,
mediante el Ionograma srico.
A travs de l se determina esencialmente
la concentracin de sodio, potasio y cloro, cuyos
rangos fisiolgicos son:
Sodio: 135-145 mEq/l
Potasio: 3.5 5.0 mEq/l Cloro: 96 106 mEq/l
La osmolaridad es una propiedad
coligativa de las soluciones que describe el
nmero de partculas en solucin,
considerando como partculas no slo los
electrolitos sino tambin las molculas no
cargadas, sin importar cmo se comportan
respecto a la membrana e independiente de la
naturaleza, tamao o carga elctrica de dichas
partculas (ver Recuadro N2).
O sea que, dos soluciones pueden tener
la misma osmolaridad, pero estar constituidas
por partculas totalmente distintas, y se las
denomina isoosmolares, cuando una solucin
tiene mayor osmolaridad que otra se dice que
es hiperosmolar, y si es menor hipoosmolar.
La osmolaridad de una solucin con un
nico soluto puede estimarse por el producto
entre la molaridad y el nmero de partculas
que se obtiene de la disociacin del mismo.
Esta disociacin de las molculas en
general no es completa y por ello es necesario
incorporar un factor de correccin,
denominado coeficiente de vant Hoff coeficiente osmtico (i), que es una constante
de proporcionalidad dada por el nmero de
iones en los que se disocia la molcula y su
coeficiente de disociacin.
Por ejemplo, para una molcula que no
se disocia i vale 1 y la concentracin osmolar
es igual a la concentracin molar; por ejemplo
para la glucosa y la urea; cuando el soluto se
disocia se generan iones que interaccionan con
el medio y el valor de i resulta distinto para
cada sustancia, por ejemplo para el cloruro de
sodio (NaCl) 0,932; y para el fosfato
monocido de sodio (Na2HPO4) que se disocia
en 3 iones pero no totalmente i es 2,4.
Cuando en una solucin existen dos o
ms solutos que no reaccionan qumicamente
entre s, la concentracin osmolar de la
solucin puede ser estimada por la suma de las
concentraciones osmolares de sus solutos.
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En base a ello, la osmolaridad del
plasma puede ser estimada de acuerdo a la
siguiente frmula:
Osm plasmtica=2[Na+]+0.055[Glu]+ 0.36[urea]
o utilizando BUN (nitrgeno ureico):
Osm plasmtica = 2[Na+] +.[Glu]/18 + BUN/2,8
Existen otras frmulas de trabajo para
calcular la osmolaridad plasmtica y urinaria: Osm plasm: (Na + K) x 2 + Glucemia/18 + urea/6
Osm urin: ( Na + K ) x 2 + urea/6
Dado que la contribucin de la glucosa
y la urea a la osmolaridad plasmtica es de
slo 10 mOsm/l aproximadamente, la frmula
puede reducirse a:
Osm plasmtica= 2[Na+]+10
Esto permite visualizar que el sodio es
el factor determinante de la osmolaridad del
plasma; excepto en tejidos patologas en las
que la glucosa la urea pueden influir.
Recuadro N2
La qumica de los solutos y su significado fisiolgico
Los solutos poseen distintos tipos de
enlaces qumicos, aquellos que no permiten su
ruptura como en la glucosa, y los ms dbiles que
permiten la disociacin de las molculas, como en
el cloruro de sodio, que da iones Na+ y Cl-. Los
primeros son llamados compuestos no electrolticos
y los segundos se conocen como electrolitos y
conducen corriente elctrica.
Para expresar la concentracin de los
solutos existen distintas formas, y es fundamental
comprender su nomenclatura, importancia y
significado fisiolgico:
-miligramos por decilitro (mg/dl): expresa
el peso por unidad de volumen, pero no permite una
comparacin fisiolgica, ya que para un mismo
valor de concentracin de dos sustancias el nmero
de molculas en solucin puede ser distinto.
-milimoles por litro (mmol/l): expresa el
nmero de molculas por unidad de volumen
(siendo 1 mol el equivalente al nmero de
Avogadro de molculas- 6,02.1023), pero no brinda
informacin directa del nmero de partculas
osmticamente activas en la solucin.
-miliosmoles por litro (mOsm/l u mOsM):
expresa el nmero de partculas osmticamente
activas por unidad de volumen. Puede expresarse
por litro de solucin (concentracin osmolar) o por
kg de solvente (concentracin osmolal). Para
soluciones diluidas, como los lquidos corporales, el
valor numrico de las concentraciones osmolar y
osmolal es semejante.
-miliequivalentes por litro (mEq/l):
expresa el nmero de cargas elctricas por unidad
de volumen.
Por ejemplo, para una sustancia no
disociable como el sodio, que contiene el mismo
nmero de molculas que de partculas y es
monovalente (Na+), las expresiones 2.3mg/l,
1mmol/l, 1mEq/l 1mOsm/l son valores que
representan la misma concentracin, pero en el caso
del calcio que es una sola partcula divalente (Ca++)
y contribuye con dos cargas, 1mOsm/l es igual que
2mEq/l.
Qu importancia funcional tiene conocer
la diferencia?
Si se compara el efecto de un mol de dos
sustancias que no se disocian al colocarlas en una
solucin, se observa que producirn el mismo
resultado osmtico, pero si una de ellas se disocia
tendr mucho mayor efecto osmtico, aunque el
nmero de molculas original fue igual (1 mol);
porque el nmero de partculas es el factor
determinante del efecto osmtico.
Este efecto osmtico est directamente
relacionado con la distribucin de agua en el
organismo, pues el agua se distribuir por smosis
desde el compartimiento de mayor concentracin de
agua, o sea menor concentracin de solutos, hacia
en de menor concentracin de agua mayor de
solutos.
Por ello, la expresin de la concentracin
de los componentes de los compartimientos
lquidos en mEq/l no es exactamente igual ni
cuantitativamente ni fisiolgicamente a la expresin
en mOsm/l.
La presin osmtica de una solucin
() es otro modo de expresar la concentracin de partculas osmticamente. Dado que tambin es una propiedad coligativa, es mayor
cuanto ms partculas disueltas posea la
solucin por unidad de volumen.
La presin osmtica para soluciones
muy diluidas puede definirse por la ecuacin
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de Boyle-van`t Hoff Ley de van`t Hoff quien
defini que las molculas de soluto se comportan termodinmicamente como
molculas de gas y aplic la Ley universal de los gases ideales al concepto de , siendo:
= RT. [solutos] (T: temperatura en K, R: constante molar de los
gases, [solutos]: diferencia de concentracin de solutos no permeantes)
dando a entender que la presin osmtica es directamente proporcional a la concentracin
molar del soluto, el que genera una diferencia
de potencial qumico que se convierte en la
fuerza de empuje para la smosis.
Por ello, el movimiento de agua a
travs de una membrana por smosis ser
desde la solucin hipoosmtica o con menor
presin osmtica hacia la solucin
hiperosmtica con mayor presin osmtica.
Para tener una estimacin de la real hay que tener en cuenta el factor que
representa la fraccin de partculas que son
rechazadas o reflejadas por la membrana. Esto
se calcula incorporando el coeficiente de
reflexin de Staverman (), entonces
= RT. . [solutos]
El coeficiente de reflexin vara entre
las membranas y se ubica entre 0, para un
soluto que es permeable y 1 para uno
completamente impermeable. Por ejemplo,
para muchas membranas el valor de para la urea es casi 0, mientras que para una protena
es prximo a 1. Si =0 entonces el agua y el soluto atraviezan la membrana por igual y no
se desarrolla presin osmtica, por ello este
concepto es fisiolgicamente importante ya
que ayuda a determinar si un soluto causar
movimiento de agua a travs de la membrana o
no, con sus consecuencias en los cambios de
volumen celular.
Entonces, el flujo de agua a travs de
una membrana depende de la diferencia de
presin osmtica (), y se expresa
Q= - A.Lp. (Q: flujo de agua, Lp: coeficiente de conductividad
hidrulica de la membrana coeficiente de filtracin, A: rea,
signo -:explica que el agua fluye desde el lado hipoosmtico
hacia el hiperosmtico)
Esta frmula es aplicable a aquellos
solutos que tienen muy baja permeabilidad en
la membrana, ya que si los solutos tambin se
mueven siguiendo su propio gradiente y
atraviezan la membrana, disminuira y por ende, cesara el flujo de agua.
Por su parte, las protenas plasmticas
son la causa principal de la diferencia de
presin osmtica efectiva y se la denomina
presin onctica.
Idealmente, y acorde a van`t Hoff, la es proporcional a la concentracin de los
solutos, independientemente de su naturaleza;
pero existen casos en los que esta naturaleza
qumica del soluto tiene relevancia en la
generacin de porque el soluto no puede atravezar la membrana, tiene carga elctrica
grupos ionizables y su carga depende del pH.
En los casos en que coexisten protenas
ionizadas y iones que neutralizan sus cargas
para mantener la electroneutralidad se genera
una presin denomina presin coloidosmtica
(onctica + osmtica).
Tanto el LEC como el LIC tienen una
=6,7atm. En el plasma y el lquido intersticial el Na+ y Cl- ejercen el 80% de la presin
osmtica, y en el espacio intracelular casi el
50% de la presin osmtica la realiza el K+ y
las protenas intracelulares.
Como el flujo de agua tambin esta
influenciado por la presin hidrosttica (Ph),
entonces
Q= A.Lp.(Ph-)
Cmo se maneja la entre el LIC y el LEC si a travs de la membrana plasmtica no se
genera una presin hidrosttica que se
oponga?
La presin osmtica se desarrolla
inevitablemente a travs de la membrana
celular animal, ya que las clulas contienen
macromolculas aninicas polivalentes,
protenas y fosfatos orgnicos, impermeables a
la membrana.
Bajo estas condiciones el agua tender
a ingresar a la clula siguiendo este gradiente,
y tendr a hincharse sin poder desarrollar una
fuerte presin hidrosttica que se oponga al
paso de agua debido a las caractersticas
elsticas, y esto llevara a la lisis celular.
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Este problema es evitado gracias a la
combinacin de la baja permeabilidad al sodio
de la membrana plasmtica y a la activa
expulsin de este in por la bomba Na/K-
ATPasa, que hace a la membrana plasmtica
funcionalmente impermeable al sodio (ver Recuadro N3).
Este balance de los movimentos
inicos a travs de la membrana, por el cual la
bomba Na/K-ATPasa equipara la presin
generada por los aniones impermeables, es
conocido como el concepto de bombeo y fuga (pump and leak).
Distinto es el flujo de agua a travs del
endotelio capilar, donde la estructura del
mismo permite la existencia de una diferencia
de presin hidrosttica, entonces hay que tener
en cuenta tanto la Ph que favorece el pasaje de
agua hacia el compartimiento intersticial y el
gradiente de presin onctica de las protenas
plasmticas que se opone al mismo. El balance
entre estas dos presiones, llamadas fuerzas de
Starling, determina el intercambio de agua
entre el plasma y el lquido intersticial y es el
determinante de la distribucin estable del
volumen entre ambos subcompartimentos del
LEC.
Un evento de importancia fisiolgica y
clnica relacionado al compartimiento
intravascular es que la homeostasis celular
requiere de una adecuada perfusin tisular, y
sta se logra gracias a la existencia de un
volumen circulante efectivo, contenido en el
espacio intravascular, entonces un cambio en
el volumen de este compartimento tiene
repercusin en todos los dems
compartimientos. Por ello, en la prctica
mdica el compartimiento intravascular, que es
fcilmente accesible, es explorado y
modificado segn las necesidades orgnicas.
Recuadro N3
La membrana celular como lmite funcional y el intercambio de sustancias entre el citoplasma y el lquido
extracelular
La membrana plasmtica es una barrera
con permeabilidad selectiva que regula el
intercambio de sustancias entre el citoplasma y el
medio extracelular.
Debido a las caractersticas fsico-
qumicas de la membrana celular los compuestos
liposolubles o de pequeo tamao sin carga pueden
atravesarla fcilmente, mientras que es
impermeable a la mayor parte de las molculas
hidrosolubles, de gran tamao y de iones por ello
requiere de transporte mediado por protenas de
membrana donde cada protena est destinada al
transporte de un tipo particular de molcula por lo
que es un transporte que presenta especificidad y
puede dividirse en dos grandes grupos, mediada por
transportadores mediada por canales.
Los mecanismos de transporte a travs de
la membrana pueden clasificarse pasivos y activos
segn se realice a favor en contra del gradiente de
concentracin.
En el Transporte Pasivo se pueden
encontrar distintos mecanismos, si se da
directamente a travs de la membrana se denomina
Difusin simple, si se requiere un canal para su
transporte es Difusin pasiva y si es mediado por
un transportador es una Difusin facilitada
uniporte pero siempre el movimiento se realiza
siguiendo el gradiente electroqumico.
La Difusin simple se realiza directamente
a travs de la bicapa fosfolipdica y la difusin libre
de especies disueltas sin carga elctrica neta es
funcin de la diferencia de concentracin C y se expresa por la Primera Ley de Fick
Flujo (J) = D.A.(C/e)
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D: coeficiente de difusin de la
sustancia, A: rea donde se produce la
difusin, e: espesor de la interfase
(membrana)
Las molculas pequeas no polares (O2,
CO2) penetran fcilmente en la bicapa lipdica y por
lo tanto difunden con rapidez.
Las molculas polares no cargadas
tambin difunden rpidamente si su tamao es
reducido como etanol y urea. En el caso particular
del agua la difusin simple se denomina smosis, y
sus molculas pueden desplazarse pasando a travs
de brechas que se forman cuando las cadenas de
cidos grasos se mueven momentneamente.
En la Difusin pasiva las protenas que
facilitan el transporte son canales inicos y
acuaporinas (AQP), por ello la tasa de difusin
aumenta proporcionalmente a la concentracin de
la sustancia (semejante a la difusin simple.
Los canales son protenas integrales que
crean poros hidroflicos que comunican ambos
lados de la membrana y su principal funcin es
permitir el flujo de iones.
Hodgkin y Huxley en 1952 por medio de
estudios electrofisiolgicos propusieron su
existencia, por ello obtuvieron el Premio Nobel en
1963, y as dedujeron que las corrientes inicas
eran consecuencia del flujo a travs de miles de
canales.
Los avances de las tcnicas de registros
electrofisiolgicos permitieron tener acceso a
canales individuales y registrar el flujo de corriente
que pasa por ellos en vivo en la clula, por la
tcnica de Patch-clamp. A travs de estos estudios
se observ que muchos canales oscilan entre dos
niveles de conduccin: estado cerrado (no hay flujo
de corriente) y estado abierto, y se determin que
cada canal se abre y cierra con una amplitud
determinada (conductancia) y frecuencia que le es
caracterstica (cintica del canal). As, los canales
se pueden definir por su conductancia y
especificidad, tanto para la especie inica
(selectividad) como para la capacidad de responder
a seales especficas que modulan la cintica del
mismo.
Con la Biologa molecular se pudieron
realizar estudios de estructura-funcin de los
canales, siendo la secuencia de aminocidos del
receptor de acetilcolina (canal de sodio) la primera
en ser publicada en 1982, estos estudios
permitieron determinar que la selectividad es dada
por el tamao y radio de hidratacin del ion y al
interior del canal por el "filtro de selectividad",
zona estrecha donde se dan interacciones
electroestticas que determinan el paso de un solo
tipo de ion.
Segn las caractersticas estructurales se
pueden dividir en canales sin compuerta y con
compuerta, y funcionalmente en canales voltaje-
dependiente (se abren cierran ante la
modificacin del Vm), canal ligando-dependiente
(se abren cierran en presencia de sustancias
ligandos externos (neurotransmisores, hormonas)
internos (segundos mensajeros), canales mecano-
dependientes (responden a cambios mecnicos
como el estiramiento de la membrana o de presin).
Para entender el funcionamiento de los
canales inicos se aplica la Ley de Ohm, ya que un
canal inico es un conductor unitario que atraviesa
la membrana, y la conductancia total de la clula es
la suma de todas estas conductancias unitarias en
paralelo, y es una medida de cuantos canales estn
abiertos, cuantos iones estn pasando por ellos en
ese momento, y con que facilidad pasan los iones a
travs de ellos.
En una clasificacin sencilla desde este
punto de vista se pueden definir los canales
ohmicos (que dejan pasar un solo ion y la
conductancia es independiente del potencial) y
canales rectificadores (la conductancia es variable
en funcin del potencial). Todos los canales inicos
pueden ser modulados alterando su cintica, por
ejemplo por fosforilacin seales reguladoras.
Las AQP fueron descubiertas por Peter
Agre, quien en 2003 recibi el Premio Nobel de
Qumica por haberlas identificado, y hasta el
momento han sido descriptas once AQP (0 al 10),
las cuales comparten similitudes estructurales y se
relacionan con una diversidad de enfermedades.
AQP1 es la ms
abundante en la
mayor parte de
los epitelios y
capilares.
AQP2 se expresa
por la ADH en los
tbulos distales y
colectores renales.
AQP3 y AQP4 en la membrana basolateral de las
clulas principales facilitan la resorcin de agua
desde el tbulo colector pero no por ADH.
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AQP6 colocalizada con H-ATPasa en las clulas
intercaladas renales secretoras de cido, es activada
a pH cido e inhibida por alcalinizacin y participa
en la secrecin de H+. AQP5 est localizada en la
membrana apical de clulas epiteliales en glndulas
como submucosas respiratorias, lacrimales,
salivares y sudorparas; su rol fisiolgico consiste
en regular el flujo de agua hacia la luz glandular.
En la Difusin facilitada los
transportadores se combinan temporalmente con la
molcula de soluto y sufren un cambio
conformacional reversible que les permite
transportar el soluto de un lado al otro de la
membrana (translocacin), despus queda libre para
unirse a una nueva molcula, son ejemplos el
transporte de glucosa por los GLUT1, el transporte
de urea por UT, el transporte de cationes orgnicos
por OCT.
Este transporte es saturable y ello se
evidencia porque la tasa de difusin se aproxima a
un mximo, denominado Vmax, al aumentar la
concentracin de la sustancia. Este tipo de
transporte ha sido denominado uniporte o
monotransporte ya que transfieren un solo tipo de
sustancia a travs de la membrana a favor de su
gradiente de concentracin.
El Transporte activo utiliza energa como
fuerza impulsora para transportar las sustancias en
contra de su gradiente, y se clasifica dependiendo el
origen de esta energa en Transporte activo
primario y Transporte activo secuandario.
El Transporte activo primario utiliza la
hidrlisis del ATP en forma directa para proveer la
energa libre para el transporte contra el gradiente
electroqumico, son las llamadas bombas ATPasa.
Presentan formas de monotransporte,
cotransporte y contratransporte, y las mismas
caractersticas de especificidad y saturabilidad que
la difusin facilitada mediada por transportadores.
Los ejemplos ms comunes de bombas de la
membrana plasmtica son las Na/K- ATPasas, Ca-
ATPasas, H/K-ATPasa y H-ATPasa.
Este tipo de bombas tambin se encuentran
en compartimientos intracelulares como el retculo
endoplasmtico liso de las clulas musculares
donde bombean Ca++ o en los lisosomas donde
bombean H+ hacia el interior, tambin pueden
obtener energa de reacciones de xido-reduccin
para crear gradientes como los complejos de las
cadenas de transporte de electrones de las
mitocondrias.
La bomba Na/K-ATPasa est presente en
todas las membranas plasmticas de las clulas
animales, es un complejo proteico formado por
cuatro subunidades, y su funcin es expulsar 3
iones Na+ al LEC e introducir 2 iones K+ al citosol,
estas transferencias se hallan acopladas y no pueden
realizarse una independientemente de la otra.
Por lo menos un tercio de la energa que
consume una clula se destina para impulsar esta
bomba, en las clulas nerviosas, donde la actividad
elctrica es sumamente importante, este valor
asciende al 60%.
La bomba Na/K-ATPasa es electrognica,
contrarresta el efecto Donnan colaborando en la
regulacin del volumen celular y en los tejidos
excitables reestablece el potencial de membrana
despus de la despolarizacin.
Muchas de las vas intracelulares de
sealizacin activadas por hormonas modifican el
estado de fosforilacin de la bomba y su ubicacin
hace a la funcin celular, as en las clulas
epiteliales se hallan ubicadas en la membrana
basolateral para participar del transporte.
El Transporte activo secundario utiliza la
energa potencial acumulada por un transporte
activo 1 que genera un gradiente, principalmente
-
Homeostasis celular Dra. Cremer-
bombas de sodio protones, acoplando el
transportador especfico contra el gradiente.
Dependiendo de la orientacin del
transporte acoplado se pueden dividir en:
-cotransportadores o simportadores cuando los
flujos de las sustancias son en la misma direccin,
ya sea hacia adentro fuera de la clula.
-contratransportadores, intercambiadores
antitransportadores cuando los flujos de las
sustancias tienen direcciones opuestas.
Los principales cotransportadores son:
Na/glucosa (1:1 y tambin 2:1) se localizan en la mayora de las clulas
Na/aa (1:1) se localizan en la mayora de las clulas
Na/CO3H (1:1 y 1:2 y 1:3-electrognico) Na/K/Cl (1:1:2) Na/Cl (1:1) hay uno dependiente del K+
(K/Cl) y uno independiente
Los principales contratransportadores son:
Na/Ca (3:1-electrognico y 3:2). Existen tres isoformas NCX1 que se halla en
msculo cardaco, msculo liso y rin, y
NCX2 y NCX3 en cerebro y msculo
esqueltico.
Na/H (1:1) Na/Cl/CO3H (1:1:2) Cl/CO3H (1:1)
Acorde a la estequiometra del transporte
puede ser electroneutro si el nmero de cargas
elctricas desplazadas se compensa y electrognico
si hay movimiento neto de cargas.
En el caso de los transportadores
electrognicos existe un valor de potencial de
membrana en el cual el transportador se detiene;
este valor se llama potencial de inversin (Ei). Por
ejemplo, el intercambiador Na/Ca funcionando en
el modo directo saca un Ca2+ de la clula y entra
tres Na+. Cuando la membrana se despolariza, si se
sobrepasa el valor del potencial de inversin, el
intercambiador puede revertir su direccin sacando
Na+ y entrando Ca2+; este ltimo es el modo reverso
de funcionamiento del intercambiador. Este
intercambiador es muy importante en clulas
contrctiles ya que es uno de los mecanismos que
est involucrado en regular la concentracin de
calcio durante la contraccin.
Si por la constitucin o propiedades la
sustancia a transportar debe realizarse un pasaje a
travs de la membrana a mayor escala, con gran
gasto de energa y movilizacin de estructuras
propias de la membrana celular y del citoesqueleto,
se denomina Transporte en masa y puede dividirse
en endocitosis y exocitosis.
En la Endocitosis una extensin de la
membrana rodea progresivamente al material que
ser internalizado, formando una vescula
endoctica. Se distinguen 3 tipos de endocitosis:
-fagocitosis: ingestin de partculas de
gran tamao, como microorganismos, restos
celulares y otras clulas, por medio de vesculas
llamadas fagosomas, slo se da en clulas tipo
macrfagos.
-pinocitosis: incorporacin de fludos y de
partculas disueltas por medio de pequeas
vesculas
-endocitosis mediada por receptor: es
selectiva pues las molculas a incorporar son
reconocidas por receptores especficos ubicados en
la membrana plasmtica, estos complejos ligando-
-
Homeostasis celular Dra. Cremer-
receptor confluyen a determinadas zonas de la
membrana donde son endocitados.
Las vesculas presentan en su cara
citoslica un revestimiento de clatrina que seala el
sitio de la invaginacin. Esta se fusionar con un
conjunto de vesculas llamadas endosomas, donde
se clasifican las molculas endocitadas y se las
separa de los receptores. Un ejemplo importante de
este proceso es la captacin de colesterol por las
clulas, las LDL se unen a receptores ubicados en
la superficie celular y los complejos LDL-receptor
son internalizados.
En la Exocitosis el material contenido en
vesculas de secrecin es vertido al medio
extracelular por fusin con la membrana. Por
ejemplo la liberacin de protenas de exportacin y
de neurotransmisores. En este caso, hay ganancia
de membrana, mientras que en la endocitosis hay
prdida de membrana.
En este contexto, donde la homeostasis
celular depende de las concentraciones y de la
calidad de solutos del LEC, es ms correcto
fisiolgicamente referirse a las soluciones en
trminos de tonicidad.
Este trmino describe el efecto que
producir una solucin sobre el volumen
celular. Esta expresin es comparativa, no
tiene unidades, y deviene del efecto sobre la
turgencia de la membrana celular.
Una solucin hipertnica es aquella
cuya osmolaridad efectiva deshidrata las
clulas, si no se modifica su volumen la
solucin es isotnica y si lo aumenta es
hipotnica.
Entonces, una solucin puede ser
isosmtica con respecto al plasma pero ser
anisotnica, ser isotnica pero hiper
hipoosmolar, todo depende la permeabilidad de
la membrana al soluto, o sea de su coeficiente
de reflexin de Staverman. Por ello puede
decirse que la tonicidad de una solucin
depende de la concentracin que tiene de
solutos no difusibles.
Entonces, si aumenta la presin
osmtica eficaz (se vuelve hipertnico) el
lquido intersticial por un aumento de la
concentracin de sodio, habr paso neto de
agua del LIC al LEC, este paso de agua
continuar hasta que las presiones osmticas
eficaces en ambos compartimientos se hayan
igualado. Inversamente, si disminuye la
concentracin de sodio en el intersticio pasar
agua hacia el LIC.
En cambio, una deplecin del volumen
del LEC, sin cambio de concentracin de los
iones, no producir salida de agua libre del
LIC, ya que ste interviene en caso de prdidas
que supongan un cambio de concentracin del
lquido intersticial, sin ser casi afectado por los
cambios de volumen en condiciones isotnicas.
Por otro lado, una prdida de volumen
con aumento de osmolaridad extracelular causa
un flujo de agua desde la clula hasta el LEC
para restablecer el equilibrio osmtico, y
ambos compartimientos experimentan una
deplecin de volumen; mientras que un
descenso de la osmolaridad por
hiperhidratacin causa un flujo de agua hacia
el interior de la clula, as ambos
compartimientos experimentan una expansin
de volumen.
En el caso que se ingiere agua en
exceso, ingresa un soluto que se distribuye
en todos los compartimientos como la urea,
aumenta la retencin de agua que se distribuye
en ambos compartimientos LEC y LIC y sus
respectivos volmenes cambian en forma
proporcional (un incremento similar en
porcentaje, en relacin sera 2/3 del exceso de
agua ira al LIC y 1/3 al LEC).
En contraste, si el soluto que se
incorpora al cuerpo est restringido a un solo
-
Homeostasis celular Dra. Cremer-
compartimiento, el agua se retiene en dicho
compartimiento, por ejemplo cuando se ingiere
NaCl sin agua ste esta confinado al LEC
(recordar que la membrana plasmtica en
funcionalmente impermeable al Na), el LEC se
vuelve hipertnico y ello activa el movimiento
de agua desde el LIC hacia el LEC generando
modificaciones en el volumen celular.
Esto se debe a que el agua se mueve
libremente a travs de los compartimientos y
su balance afecta tanto al LEC como al LIC.
Por ello, la osmolaridad de ambos
compartimientos en estado de equilibrio
(steady state) es siempre igual. Al alterarse la
osmolaridad de un compartiemiento el
movimiento de agua tiende constantemente a
preservar la osmolaridad en ambos.
Como ya se expres, los solutos que
actan como determinante principal de la
osmolaridad en cada compartimiento son
distintos, el sodio en el lquido intersticial, las
protenas y el sodio en el plasma y el potasio
en el lquido intracelular, y as alterando el
contenido de Na del LEC se modifica slo el
volumen del LEC.
Para evitar los efectos no deseados del
movimiento de agua que afecten la
homeostasis celular ante cambios en la
tonicidad del LEC se activan en paralelo
mecanismos sistmicos y mecanismos
celulares.
Los mecanismos sistmicos de control
y regulacin de la osmolaridad limitan la
expansin contraccin del volumen del LEC
y as protegen las variables hemodinmicas
(con variaciones del 1% al 2% se inician
acciones compensadoras que influyen sobre
efectores que modifican el contenido de Na y/o
agua del LEC). Los mecanismos celulares son
aquellos que regulan el volumen celular ante el
cambio de tonicidad.
En la clula, cuya membrana es muy
permeable al agua, selectivamente permeable a
iones como el sodio, cloro y potasio e
impermeable a las protenas intracelulares, se
produce a nivel transmembrana el equilibrio
Gibbs-Donnan efecto Donnan.
Este equilibrio hace referencia a la
redistribucin de iones negativos y positivos
entre dos compartimientos debido a la
existencia de un ion no difusible, como las
protenas que a pH fisiolgico se comportan
como aniones, a fin de mantener la
electroneutralidad de los compartimientos.
El equilibrio Gibbs-Donnan se puede
expresar como el producto de las
concentraciones de los iones difusibles de un
lado de la membrana es igual al producto de
los iones difusibles del otro lado, as
[Cl-i].[Na+i]=[Cl-e].[Na+e]
-
Homeostasis celular Dra. Cremer-
Como el sodio es funcionalmente
impermeable a la membrana, el Cl- es el anin
que compensa esta distribucin, por ello la
concentracin de Cl- es mayor en el LEC y la
concentracin de K+ en el interior celular
resulta mayor que en el LEC.
Como resultado del equilibrio Gibbs-
Donnan cada compartimiento tiene igual
nmero de cargas positivas y negativas, pero el
compartimiento que contiene el ion no
difusible tiene, con respecto al otro
compartimiento, un mayor nmero de
partculas; ello genera un gradiente osmtico.
El efecto Donnan genera
electroneutralidad a expensas de un
desequilibrio osmtico, pues la concentracin
de partculas es mayor en el LIC que en el
LEC, por lo tanto el gradiente de presin
osmtica que desarrolla genera la tendencia a
la entrada de agua a la clula (a la que se
opone la bomba Na/K ATPasa).
A nivel de la membrana plasmtica el
efecto Donnan contribuye entonces en un
pequeo porcentaje a la generacin de una
diferencia de potencial elctrico de
transmembrana
Esta separacin y asimetra de las
cargas a ambos lados de la membrana genera
un campo elctrico (potencial de membrana)
que tiene una profunda influencia en el
movimiento de los iones.
La distribucin asimtrica de iones
difusibles afecta tambin a H+ y OH-, por esta
razn la concentracin de protones
intracelulares es mayor, generando una
diferencia de pH de aproximadamente 0,09
unidades entre el LIC y el LEC.
Homeostasis del volumen celular
Bajo condiciones fisiolgicas las
clulas estn protegidas ante cambios de la
osmolaridad, ya que existen tanto mecanismos
sistmicos de regulacin que mantienen la
tonicidad y volumen del LEC como
mecanismos propios celulares.
En condiciones de equilibrio estable
los niveles de solutos del LIC estn
constantemente mantenidos por un preciso
balance entre los eflujos e influjos a travs de
la membrana con gasto energtico y por la
produccin y remocin de metabolitos
orgnicos. Si bien, la composicin inica de
cada tipo celular vara acorde a la funcin que
cumple, existen mecanismos generales que
participan en la mantencin de este balance.
Normalmente en la clula la bomba
Na/K-ATPasa reduce el Na+ del LIC y
mantiene su gradiente electroqumico
asegurando la actividad del cotransporte
Na/glucosa y Na/aminocidos que ingresan a la
clula, y de los intercambiadores Na/H y
Na/Ca que permiten la salida H+ y de Ca++
hacia el LEC y la bomba Ca/H-ATPasa
colabora con la mantencin de una baja
concentracin de Ca++ intracelular. Tambin se
mantiene la fuga lenta de K+, Cl- y osmolitos
orgnicos dependientes del Vm y el gradiente.
Por lo tanto, el contenido intracelular de K+,
Cl-, osmolitos orgnicos y la carga neta de los
aniones indifusibles determinan el volumen
celular.
-
Homeostasis celular Dra. Cremer-
Puede definirse que el volumen
celular est determinado por el contenido
intracelular de compuestos osmticamente
activos y por la tonicidad extracelular.
Bajo condiciones normales el volumen
celular es mayormente perturbado por cambios
en el la funcin metabolismo celular que
modifican la osmolaridad del LIC, por ejemplo
durante el transporte transepitelial, la
acumulacin de nutrientes y desechos
metablicos, la activacin de mecanismos
regulatorios nerviosos, hormonales locales
que modifican la bioqumica celular;
cambios en el LEC como en las clulas del
epitelio intestinal y de los capilares intestinales
expuestas a una baja en la osmolaridad despus
de la ingesta de agua comida hipotnica.
En situaciones fisiopatolgicas se
perturba el volumen celular como en la hipoxia
en la hiponatremia en casos de disfuncin
hormonal renal donde aumenta el volumen
celular; en la hipernatremia despus de una
excesiva ingesta de sodio prdida de agua,
en la hiperglucemia por el contrario se genera
deshidratacin celular. En estas situaciones
fisipatolgicas que llevan a la anisotona del
medio interno usualmente se desarrollan
mecanismos graduales que preservan el
volumen celular.
Los cambios generados por
perturbaciones en el volumen celular pueden
originar cambios mecnicos/qumicos en la
bicapa lipdica amontonamiento de
macromolculas (cidos nucleicos, protenas y
polisacridos) que interfieren con el
funcionamiento celular y concentracin de
iones especficos. En este sentido, son de
importancia las cavolas, microdominios de la
membrana esenciales para la eficiente
transduccin celular pues receptores y
transportadores se encuentran ubicados en este
dominio, y se ha demostrado que cambios en el
volumen celular afectan su funcionalidad.
Como la membrana celular no soporta
diferencias de presin hidrosttica el nico
modo que tiene una clula de contrarrestar las
perturbaciones en el volumen, aunque persista
la condicin anisotnica (los eritrocitos y
linfocitos constituyen una excepcin ya que no
poseen los mecanismos mecanismos de
regulacin de volumen) es igualar la
concentracin de partculas osmticamente
activas del citosol con las del medio, o sea
modificando la osmolaridad del LIC.
As, las clulas que aumentaron su
volumen por modificaciones osmticas del
LEC hipotnico, generar un eflujo neto de Cl-,
K+ y agua para reducir su contenido de
osmolitos, reduciendo as su volumen al
original, proceso denominado disminucin
regulatoria del volumen (DRV).
Este mecanismo que realiza un ajuste
compensatorio en los electrolitos intracelulares
tiene una magnitud limitada, porque las
modificaciones en la concentracin de los
electrolitos puede modificar la funcin celular,
por ejemplo el cambio en la concentracin
intracelular de K+ altera el potencial de
membrana; por ello la respuesta se completa
con un mecanismo mediado por osmolitos
orgnicos.
Los osmolitos orgnicos son sustancias
simples que normalmente se encuentran en alta
concentracin en el citosol y su concentracin
puede variar mucho sin afectar la estructura
celular ni las reacciones metablicas, por ello
son llamados osmolitos compatibles, por
ejemplo azcares (glucosa, sacarosa),
polialcoholes (manitol, mioinositol, sorbitol),
aminocidos (taurina, glutamato, alanita,
serina), metilaminas (betana, glicerol-
fosforilcolina) y otros compuestos como urea,
creatina, fosfocreatina.
Si la clula disminuy su volumen por
prdida osmtica de agua ante un LEC
hipertnico se inicia un proceso de ganancia
neta de Cl-, K+, osmolitos orgnicos y agua,
aumentando as su volumen hacia el nivel
original. por un proceso llamado aumento
regulatorio del volumen (ARV).
-
Homeostasis celular Dra. Cremer-
En ambos casos, cuando se
restablecerse la tonicidad del medio la clula
activar los mecanismos necesarios para
mantener su volumen ante la nueva situacin,
por ejemplo si se produjo un ARV con
aumento de osmolitos porque el medio se
haba vuelto hipertnico, al volver el medio a
isotonicidad, ste resultar hiposmtico para la
clula e ingresa agua y aumenta su volumen,
as se activarn los mecanismos de prdida de
osmolitos (como en el DRV) para regresar
paulatinamente al volumen original.
El set point punto a partir del cual se
activan los procesos reguladores del volumen
es aquel volumen (por su aumento
disminucin) que activa mecanismos de
transporte asociados al ARV al DRV.
Dependiendo del tipo celular y del momento
del ciclo celular la variacin del volumen a la
que comienzan a activarse estos mecanismos
es entre el 3.5 y 10% de variacin y este set
point puede ser modificado por mensajeros
qumicos que llegan a la clula.
Si bien, el cambio del volumen celular
no genera modificaciones en todas las
protenas de membrana debido al reservorio de
membrana en forma de invaginaciones
microvilli; el citoesqueleto en general se
reorganiza ante cambios del volumen
posiblemente ejerciendo un efecto protectivo
sobre la membrana, reforzndola, y
participando de la regulacin del volumen.
Las perturbaciones en el volumen son
sensadas por distintos mecanismos, y existe
evidencia que vincula a las integrinas como
sensor primario de los cambios de volumen,
ellas son capaces de activar tirosin-kinasas
unidas a receptores y tirosin-kinasas
citoslicas, en especial de la familia SRC. Las
quinasas median la fosforilacin y activacin
de transportadores de membrana responsables
de los ajustes rpidos y tambin activan
factores de transcripcin que actan sobre el
ADN responsables de las respuestas lentas (ver
ms adelante Mecanismos de transduccin
celular).
En algunos tipos celulares se ha
demostrado tambin, ante cambios en el
volumen, la activacin de receptores de
factores de crecimiento (GFR), resultando en
activacin de vas PI-3K.
Parece ser que la activacin de GFR y
de integrinas acta cooperativamente en la
sealizacin de los cambios del volumen
celular como parte de una unidad sensora de
volumen, y sus cascadas de sealizacin
convergen.
Por otro lado, existe una familia de
canales de activacin transitoria TRP (transient
receptor potencial channels) que funcionan
como sensores polimodales, captando gran
variedad de estmulos qumicos y fsicos, que
interactan con vas de sealizacin celular
como tirosinquinasas, protenas scaffolding y
el citoesqueleto, que por su ubicuidad y
estructura se le asignan funciones como sensor
mecnico, aunque algunos pueden ser
activados por estmulos osmticos, y podran
activar respuestas celulares regulatorias del
volumen.
Disminucin regulatoria de volumen (DRV)
Se cree que el hinchamiento celular
ante un medio hipotnico activa canales
mecanosensibles presentes en la membrana, en
aquellas reas en las que se desarrolla mayor
tensin (teniendo en cuenta que el exceso de
membrana funcionara como un buffer ante el
desarrollo de tensin en la bicapa).
Fase rpida: se produce por salida de
K+ y Cl-, por canales independientes para cada
in pero paralelamente, resultando
electroneutra. El resultado neto es la salida de
osmolitos orgnicos, Cl- y K+ y la formacin
de bicarbonato intracelular que se degrada
rpidamente.
Los canales denominados VARCs
(volumen anion regulated channels) estn
involucrados en esta respuesta. Se han
encontrado en cavolas y son regulados por
integrinas acopladas a las vas Rhoquinasas,
miosina y F-actina, ya que su disrupcin los
estimula.
VARC incluye distintos subtipos de
canales, aquellos que permiten el pasaje de Cl-
ante un aumento de volumen (tambin
permeable a HCO3-) generando una corriente
rectificadora de cloro que permite la prdida de
este anin y agua; y canales que permiten el
eflujo de osmolitos orgnicos taurina y
mioinositol VSOAC (volume-sensitive organic
osmolyte anion channel) activados va
integrinas y regulados por ATP como feed-
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Homeostasis celular Dra. Cremer-
back entre la regulacin del volumen celular y
el metabolismo celular. A su vez, el
incremento de la actividad PLC por el aumento
del volumen, con el consiguiente aumento del
IP3, calcio intracelular y activacin de la
Ca/CaM potenciaran a los VARC.
Los canales TRPV (transient receptor
potencial vanilloid) son activados por la
produccin de cido epoxieicosatrienoico
(EET) como resultado de la PLA2 y el AA de
las cavolas que es estimulada por el aumento
del volumen. Estos canales permiten corrientes
transitorias de cationes, sobretodo aquellos
subtipo TRPV4. Estos canales estn
normalmente inhibidos por los niveles de PIP2,
y ante un aumento del volumen celular se
estimula la PLC que conlleva una cada del
PIP2, quedando activados.
Los Canales de K+ sensibles a calcio
son activados por nun aumento transitorio del
calcio resultado de la activacin de receptores
purinrgicos P2Y1 ya que en muchas clulas
(como las de mcula densa y cardiomiocitos)
el estrs mecnico induce liberacin de ATP
que es liberado a travs de canales y ste
podra actuar como un mensajero autcrino
activando los receptores purinrgicos.
Se ha vinculado a la integrina 1, y su
cascada de activacin con Src va MAPK,
con la activacin de canales de K+, Kv1 y Kv4,
canales de K+ activados por Ca++ y VRAC.
Estos canales de K+ que intervienen en la
respuesta DRV son de distintos subtipos, los
denominados de conductancia intermedia (IK),
los denominados de gran conductancia maxi
(BK) y los activados por calcio.
En el caso de los IK el citoesqueleto, a
travs de la unin de actina a filamina, podra
activarlos ante el aumento de volumen; en este
proceso parece que el ATP liberado al LEC
contribuye tambin a su activacin
conjuntamente con aumento del calcio
intracelular. Una serie de protenquinasas y
fosfatasas regulan estos canales, como PKC
que potencian su accin, la cada de PIP2 los
activa por falta de inhibicin, el AA junto a sus
metabolitos como HETE tambin activa los
canales BK.
El hinchamiento celular induce
tambin liberacin de taurina, por mecanismos
distintos del transportador TauT dependiente
de sodio, la activacin de PLA2
protenquinasas Src, FAK, y Ca/CaM
potencian su salida por canales que an se
desconocen, y que tambin son permeables a
otros osmolitos orgnicos como sorbitol, colina
y sucrosa.
Participan tambin en la DRV los
cotransportadores K/Cl (KCC) electroneutros
(junto a intercambiadores H/K y Cl/HCO-3)
que tienen una funcin importante en la
regulacin del volumen celular, como as
tambin en el transporte transepitelial,
relajacin del msculo liso vascular,
regulacin del pH intracelular,
amortiguamiento del K+ en el cerebro.
KCC1 es ubicuo y participa de la
regulacin del volumen celular en la
hipotonicidad, KCC2 es cerebral y participa en
el amortiguamiento del K+ del LEC y
regulacin del Cl- intracelular, KCC3 y KCC4
pueden ubicarse en los epitelios en la
membrana basolateral, con funciones en el
transporte transepitelial, principalmente KCC3
todos los segmentos de la nefrona.
Todos los subtipos de KCC son
activados tras el aumento del volumen celular,
pero en forma indirecta, ya que normalmente
KCC es inhibida tnicamente por la quinasa
WNK y el aumento de volumen inhibe a WNK
y as se activa KCC (que tiene efecto opuesto
sobre NKCC), Ser/Thrfosfatasas son sus
mayores reguladores ya que su activacin
estimula KCC y su inhibicin las atenan.
Fase lenta: cambios en la transcripcin
gnica producen una disminucin de la sntesis
de osmolitos orgnicos y de los transportadores
-
Homeostasis celular Dra. Cremer-
de membrana capaces de incorporarlos en
cotransporte con Na+.
Aumento regulatorio de volumen (ARV).
Se ha demostrado que la disminucin
del volumen en clulas epiteliales incrementa
el contenido de F-actina cercano a la
membrana, esta reorganizacin de actina tiene
relacin con distintas protenas como
cortactina, dinamina que son fosforiladas y
translocadas cerca de la membrana y
conforman complejos con las integrinas y
receptores de factores de crecimiento.
Fase rpida: se produce por ingreso de
Na+, K+ y Cl-, el Na+ que puede penetrar
rpidamente a la clula por el gradiente de
concentracin y como resultado hay una
ganancia neta de Cl- y K+ en el LIC, ya que el
Na+ que entra es bombeado por la Na/K-
ATPasa.
Por un lado, la disminucin de
volumen induce aumento de PIP2 que inhibe
los canales TRPV. Por otro se activan una serie
de transportadores.
El intercambiador Na/H NHE (Na-H-
exchanger) es central y tiene varios subtipos,
NHE1 presente en todas las clulas, NHE2 y 3
isoformas apicales de clulas epiteliales, NHE4
ubicados en la membran basolateral de clulas
de rin y estmago, NHE5 en neuronas,
NHE6 y 7 principalmente intracelulares, NH8
en la membrana apical de clulas renales
participando del intercambio Na/H cuando hay
sobrecarga cida.
NHE1 es activado ante disminucin
del volumen e inhibido ante su aumento, como
parte de un mecanismo homeosttico. Es parte
de un complejo macromolecular relacionado
con el citoesqueleto, posiblemente ubicado en
cavolas y activado por integrinas a travs de
una va de Rhoquinasa y por las protenas que
unen actina (ERM), aunque el mecanismo an
debe ser dilucidado. Los sitios que posee
NHE1 son fosforilados para su modulacin por
seales intracelulares como Ca/CaM que
fosforilara un sitio de autoinhibicin, adems
podra activarse por un incremento en la
afinidad al H+ en un sitio alostrico en contacto
con el LIC, por ello tambin es activado por
cambios en el pH intracelular.
Los cotransportadores Na-K-2Cl
(NKCC) son ubicuos y tiene distintos subtipos,
NKCC1 sirve de plataforma a variadas
protenas scaffold reguladoras del estrs
osmtico celular como MAPK y SPAK y en
las clulas epiteliales esta ubicado en la
membrana basolateral; NKCC2 es expresado
en la membrana apical de las clulas del asa
ascendente fina de Henle, regula la reabsorcin
de iones y sobre l acta el diurtico
furosemide.
NKCC1 es activada por la interaccin
de WNK y ste20K ante una disminucin del
volumen celular, WNK1 al ser activado en
muchos tipos celulares es rpidamente
translocado de la membrana hacia trans-Golgi
y as posiblemente regula la insercin de
NKCC1. Tambin actina tiene un rol
importante en la activacin de NKCC1 ya que
su reorganizacin ante cambios en el volumen
induce cambios en el cotransportador.
El intercambiador sodio/calcio NCX es
tambin activado ante la disminucin de
volumen y es estimulado por PIP2.
Respuesta lenta: las integrinas con la
deshidratacin celular y la prdida de turgencia
activan la cascada de MAPK y as se modifica
la expresin de genes involucrados en la
sntesis de transportadores y enzimas de la
sntesis de osmolitos, los denominados
elementos sensibles a la tonicidad TonEBP
(Tonicity-responsible enhancer binding
protein), principalmente relacionado con el
transportador de taurina, y la sntesis de
glicerol.
Tambin participan en el
restablecimiento del volumen compuestos
orgnicos como sacarosa, manitol, urea y
creatinina que son transportados por
-
Homeostasis celular Dra. Cremer-
cotransporte con Na+. En el caso de los
aminocidos se ha observado tambin la
protelisis de protenas osmticamente
inactivas.
El cambio en el contenido de osmolitos
orgnicos como taurina es importante para
restablecer el volumen despus de
perturbaciones osmticas. El contenido de
taurina es resultado del balance entre entrada
por la actividad del carrier TauT dependiente
de Na/Cl y la liberacin pasiva a travs de
canales VSOAC. El transportador TauT es
regulado tanto a nivel post-transcripcional por
cambios agudos en el volumen, como a nivel
de su expresin por alteraciones osmticas a
largo plazo.
Regulacin de los mecanismos
Como se ha expresado anteriormente
el volumen celular es mantenido por un
mecanismo que rpidamente aumenta
disminuye el intercambio inico.
La entrada de Cl- es mediada por un
cotransportador Na/K/2Cl (NKCC1) y la salida
de Cl- es mediada por un cotransportador K/Cl
(KCC1), por lo tanto la respuesta celular ante
medios anisotnicos se da por la coordinacin
de la actividad de ambos transportadores.
An no se conocen ntimamente los
mecanismos que hacen posible el acoplamiento
de la funcin de los cotransportadores KCC1 y
NKCC1, pero se ha propuesto que la familia de
kinasas WNK participaran de esta regulacin.
Conociendo que la fosforilacin activa
a NKCC1 e inhibe a KCC1, mientras que la
defosforilacin opera a la inversa, y que en el
ser humano los subtipos WNK3 y WNK4 se
activaran por disminucin del volumen
celular, posiblemente por cambios
conformacionales del citoesqueleto, entonces
WNK3 inhibiendo las fosfatasas, aumentara el
estado de fosforilacin de ambos
cotransportadores.
Por su su lado, WNK4 actuara a travs
de la fosforilacin de una PASK (Proline-
Alanine-Kinasa) que fosforila el NH2 terminal
de ambos cotransportadores, como resultado se
estimula NKCC1 y se inhibe KCC1, generando
un flujo neto de Na+, K+ y Cl- hacia el LIC y
as se produce el ARV.
En cambio, WNK3 y WNK4 se
inactivaran por hinchazn celular en medio
hipotnico, esto llevara a falta de inhibicin
de las fosfatasas y un aumento de la
defosforilacin, que activa a KCC1 e inactiva a
NKCC1, generando un flujo de Cl- y K+ hacia
fuera de la clula, iniciando la DRV.
Sin embargo, esta hiptesis de una
kinasa-una fosfatasa, en la que la fosforilacin
activa y la defosforilacin inhibe el sistema de
transportadores es muy simplista. la existencia
de sistemas de sealizacin recprocos de
proteinquiinasas que dependen del volumen
celular y regulan transportadores y canales es
mas cercana a los ultimos hallazgos, con la
incorporacion de las familias de Ste20quinasas.
Adaptacin a cambios de volumen a largo
plazo
La exposicin a medios hipertnicos
durante mucho tiempo resulta en una alteracin
de la transcripcin de genes relacionados con
osmolitos como metilaminas, polialcoholes
como sorbitol e inositol, aminocidos y sus
derivados.
Estos osmolitos son particularmente
importantes en la mdula renal, donde la
osmolaridad del LEC se eleva entre 4 y 5
veces. Las clulas de los tbulos renales que
conviven con concentraciones extremadamente
altas de ClNa y urea estaran expuestas a
reacomodamiento del citoesqueleto, inhibicin
de la replicacin del ADN, dao en protenas y
ADN por aumento de ROS, sin embargo
pueden adaptarse incrementando la expresin
de protenas heat shock y acumulando
osmolitos como sorbitol, mioinositol, botaina,
taurina y glicerofosfocolina.
-
Homeostasis celular Dra. Cremer-
En el caso de la urea concentraciones
de la misma por encima de 300 mM causa
muerte celular, como difunde rpidamente no
genera hipertonicidad, sin embargo
desnaturaliza protenas y cidos nucleicos, y
este efecto es contrarrestado en las clulas
renales por metilaminas, betana y GPC.
Las protenas heat shock (HSP)
constitutivas participan en el ensamble de
protenas, eliminacin de protenas perdidas y estabilizacin de nuevas protenas en varios
compartimientos celulares, pero las HSP
generadas ante estresores actan como
molculas chaperonas que corrigen y limitan
los daos a las protenas, previniendo la
apoptosis, stas son muy abundantes en las
clulas de la mdula renal para prevenir los
daos provocados por la urea.
La hemooxigenasa tambin participa
de estas tareas de proteccin como
antioxidante y antiapopttico, inducida por
altas concentraciones de ClNa y urea
La acumulacin de osmolitos
orgnicos en estos casos es dependiente del
incremento en la expresin del cotransportador
Na/mioinositol (SMIT), el cotransportador Na-
Cl-betaina (BGT) y TauT y de aldolasa
reductasa que cataliza la conversin de glucosa
a sorbitol. Estos osmolitos una vez
transportados sintetizados quedan en la
clula dada su baja permeabilidad. SMIT esta
ubicado en la membrana basolateral de las
clulas tubulares, y el estrs producido por
aumento de sales (pero no urea) incrementa su
transcripcin y as aumenta el influjo de
mioinositol a las mismas. BGT acumula
botaina en las clulas y tambin slo el estrs
de sales activa su transcripcin.
La regulacin transcripcional de estas
protenas son facilitadas por los TonEBP
activados por una MAPK que hace que sea
translocado al ncleo durante el estrs
hipertnico, a su vez tambin se aumenta la
expresin de HSP70. La hipertonicidad induce
tambin la expresin de integrinas, que
estaran involucradas en la activacin de
TonEBP, ya que las clulas renales que no la
expresan son incapaces de sobrevivir en
medios hipertnicos.
Homeostasis del pH celular
Si bien el organismo cuenta con varios
sistemas que intervienen en el mantenimiento
del balance cido-base, como los
amortiguadores de los lquidos corporales, la
ventilacin y la regulacin renal, la clula
necesita mecanismos propios reguladores del
pH intracelular (pHi).
La razn de la importancia de
mantener el pHi es que cambios en l afectan
el estado de ionizacin de todos los cidos y
bases dbiles, por ello todas las clulas
(excepto eritrocitos) poseen mecanismos para
regular el pHi. Muchas protenas son sensibles
al pHi y sufren cambios conformacionales ante
una modificacin del mismo, por ejemplo
reduccin de la eficiencia de los elementos
contrctiles ante cada del pHi muy importante
en el miocardio, ya que la isquemia lleva a la
acidez del pHi y ello resulta en una cada del
40 a 50% del poder contrctil.
Otras funciones afectadas por cambios
de pHi estn relacionadas con su efecto
permisivo para la accin de factores de
crecimiento sobre la divisin celular y
diferenciacin, un incremento rpido en el pHi
encamina a las clulas de fase Go/Gl a S, este
efecto se observa tambin sobre la migracin
celular y quimiotaxismo.
El pHi tiene efecto sobre protenas que
forman los canales inicos, acuaporinas y
enzimas que poseen residuos histidina
sensibles a H+ en sus sitios activos y pueden
alterar su estructura, cintica e interacciones,
variable crtica para determinar la coordinacin
bioqumica celular y dentro de cada organela,
cambios del orden de 0.2 puntos alteran la
trasncripcin gnica, la sntesis de ADN y
protenas y decrece la tasa metablica
determinando el cese de las funciones
celulares.
En el caso de los canales inicos tienen
una conductividad dependiente del pHi, en
particular los canales de K+ de las clulas
excitables, ya que la acidificacin del LIC
-
Homeostasis celular Dra. Cremer-
bloquea la conductancia de estos canales y
genera una despolarizacin de la membrana,
tambin tiene efecto sobre el canal rectificador
de potasio Kir1.1 (ROMK) que se cierra en
respuesta a pHi < 7.0, actuando como
mecanismo de feedback acoplando la retencin
de K+ durante la acidosis metablica; existen
otros canales de K+ en los que la acidificacin
del LIC en cambio los abre, los TREK-1 que
poseen una regin sensible a H+ en su
carboxilo terminal, con la subsecuente salida
de potasio e hiperpolarizacin, como la que
ocurre durante la isquemia cerebral cardaca.
Lo mismo ocurre sobre uniones gap que
modifican su conductancia ante cambios en el
pHi.
Por ello la fina regulacin del pHi es
condicin para el normal funcionamiento y
supervivencia celular.
El valor del pHi cuantificado por
mediciones es mayor al esperado si se
considera que los H+ tienden a entrar a la
clula pasivamente siguiendo su gradiente
electroqumico, como tambin los cidos
dbiles como el NH4+, imponiendo una
ganacia de carga cida crnica a la clula junto
a las reacciones del metabolismo celular,
adems la salida de bases dbiles como el
lactato o el acetato y del ion HCO3-; haran
pensar en un valor de pHi muy cido de 6.4;
valor citotxico y lejos del medido en la
mayora de las clulas de 7.2.
Este hecho muestra que existen
mecanismos que remueven constantemente
cidos desde el citosol.
Los mecansimos ms poderosos para
mantener el pHi entre 7,1 y 7.2 se encuentran
en el citosol y son sus propios buffers
intracelulares.
El poder de amortiguacin total de la
clula es la suma de los poderes de
amortiguacin de todos los sistemas buffers
individuales citoslicos. Acorde a la definicin
de Brnsteds los buffers son cidos dbiles que incluyen amonio (NH4
-), cido carbnico
(H2CO3), fosfato monobsico (H2PO4-) con sus
correspondientes bases dbiles conjugadas.
Los buffers citoslicos pueden ser
divididos en dos clases: buffers intrnsecos que
son sistemas buffers cerrados donde ningn
miembro del par amortiguador puede escapar
agregarse, el fosfato inorgnico y las protenas
pertenecen a este grupo, y los buffers
extrnsecos que son sistemas buffers abiertos
en los que una de las partes del par puede
atravezar la membrana como el CO2/HCO3-,
butirato/cido butrico, NH3/NH4-.
El sistema CO2/HCO3 otorga alrededor
del 60% del poder amortiguador, el CO2 es un
cido voltil y cambia libremente segn las
condiciones y el HCO3- esta presente en las
clulas a concentraciones significativas, la
prdida de bicarbonato celular es compensada
por la hidratacin de CO2 y la generacin de
H+; as la importancia del bicarbonato celular
depende de la capacidad amortiguadora y la
actividad de la anhidrasa carbnica celular.
La respuesta a alteraciones agudas del
pHi son mediadas principalmente por el poder
amortiguador intracelular, y si las alteraciones
son a largo plazo participan los mecanismos
alcalinizantes expulsores de cido y
acidificantes cargadores de cidos.
As, la concentracin de H+
intracelular es directamente proporcional de la
diferencia entre la actividad de los expulsores
de cidos y cargadores de cido e inversamente
proporcional al poder amortiguador total.
Mecanismos alcalinizantes del LIC
Expulsores de cidos
Son transportadores que eliminan
activamente H+ y acumulan bases dbiles
como HCO3- alcalinizando el pHi.
Intercambiadores Na/H (NHE)
Es un acuerdo general que todas las
clulas poseen intercambiadores Na/H NHE
(Na-H Exchangers). Durante la expulsin de
H+ una gran cantidad de Na+ entra a la clula y
stos iones son eliminados por la bomba Na/K
ATPasa.
-
Homeostasis celular Dra. Cremer-
Son por definicin un transporte activo
secundario que cataliza el intercambio
reversible y electroneutro de un Na+ hacia el
interior celular por un H+ intracelular, como ya
fueran descriptos anteriormente en su funcin
como reguladores del volumen celular.
Al estar acoplado a la regulacin del
volumen celular un aumento del Na+
intracelular determinar una disminucin de la
actividad del NHE, y como consecuencia una
acidificacin del pHi.
El NHE se activara por un incremento
en la afinidad al H+ en un sitio alostrico en
contacto con el LIC, as el aumento de H+
activa al intercambiador alcanzando su
mximo rendimiento a un pHi de 6,0 y
tornndose prcticamente inactivo a pHi > 7,4.
Tiene en su cara citoplasmtica al
menos dos sitios de unin para H+ que
funcionan separadamente, uno que al ser
ocupado induce un cambio conformacional que
activa al transportador como fue descripto, y el
otro media la expulsin del H+ despus de ser
activado.
Se han descripto 9 isoformas de NHE
que se diferencian por sus funciones y su
localizacin en los diversos tejidos. NHE1 es
el principal regulador del pHi, ubicuo en las
membranas celulares y en la basolateral de los
epitelios. Los subtipos NH6-9 se encuentran
regulando el pH de las organelas, en
endosomas, Golgi, RER; mientras que NH2-4
se encuentran en el sistema digestivo y renal
interviniendo en funciones absortivas y
secretoras en las que estn involucradas H+.
La accin de NHE1 puede ser regulada
por hormonas como insulina, adrenalina,
vasopresina, endotelina y factores de
crecimiento, mediante fosforilacin. La
anhidrasa carbnica (AC) tambin se acopla a
su sitio de unin del receptor incrementando su
actividad para una ms eficaz remocin de
protones.
Los factores de crecimiento modulan
NHE1 modificando su afinidad por H+, y as
alcalinizando el LIC, ya que como se ha
explicado el pHi es un mediador de la
respuesta celular a determinados estmulos que
promueven la proliferacin celular, y es la va
de Ras que permite a los transportadores de
cidos y bases responder a diversas hormonas
y factores de crecimiento.
As, existe una serie de sistemas de
transduccin de seales tienen relacin con la
maquinaria que regula el pHi, y esto es
importante en algunas patologas como el
cncer. En las clulas cancerosas el efecto del
ras oncogen modifica el valor del pHi
alcalinizandolo 0.7 al modificar el
funcionamiento del intercambiador NHE y con
elevacin del HCO3- al modificar la cintica
del intercambiador Na/HCO3, el beneficio de
estos cambios para las clulas cancerosas es
que se adaptan mejor a vivir en el ambiente
cido que tiene un tumor slido.
Por lo tanto, puede decirse que NHE
adems de regular el pHi y del volumen
celular, tambin participa de la respuesta a la
accin de factores de crecimiento y en el
transporte transepitelial (ver ms adelanten
Transporte transepitelial) principalmente en el
sistema digestivo y renal.
Bombas de protones
Las bombas de protones usan la
hidrlisis de ATP para remover eficientemente
H+, ya sea que estn ubicadas en la membrana
celular, como lo es en muchos epitelios, como
en estructuras subcelulares (H+ATPasa
electrognica), y en ambos casos remueven
protones del citosol.
Estas bombas son electrognicas, pero
en general estn acopladas en paralelo a
canales aninicos en sentido cotraparalelo a
canales de K+ para contrarrestar este efecto.
Aunque es menos relevante, la bomba
K/H-ATPasa electroneutra es importante en los
procesos de secrecin cida de epitelios como
-
Homeostasis celular Dra. Cremer-
el gstrico y el renal, pero su funcin en la
regulacin del pHi an no est muy
esclarecida.
Dependiendo de la funcin celular los
distintos mecanismos de regulacin del pHi
cobran importancia, por ejemplo en la clula
muscular esqueltica en actividad el
cotransporte lactato/H+ es el ms significativo,
ya que posee la mayor capacidad para remover
H+, por encima de los mecanismos del NHE y
los sistemas dependientes de bicarbonato.
Cotransportadores Na/HCO3 (NBC)
El cotransportador electrognico
Na/HCO3 transporta ambos iones acoplados
hacia el interior celular, y puede actuar con una
estequimetra 1:2, en cuyo caso opera como un
expulsor de cido, aunque su importancia en la
regulacin del pHi es escasa
Intercambiadores Na/Cl/HCO3 (NCBE)
Estos intercambiadores Na/Cl/HCO3
transportan Na+ y bicarbonato hacia el interior
celular intercambindolo por Cl-, y tienen una
estequiometra 1:1:2, alcalinizando el interior
celular.
Han sido identificados en neuronas,
endotelio, riones, clulas pancreticas , y sus
propiedades funcionales ante una cada del pHi
dependen del gradiente del Cl-, Na+ y
bicarbonato, si bien la energa disponible a
travs del influjo de Na+ es suficiente para el
intercambio Cl-/bicarbonato.
Mecanismos acidificantes del LIC
Cargadores de cido
Son mecanismos que mediante la
prdida de bases dbiles y la entrada de H+
disminuyen el pHi, e incluyen tres
mecanismos.
Cotransportadores Na/HCO3 (NBC)
El cotransportador electrognico
Na/HCO3 puede actuar con una estequimetra
1:3 y as acta como cargador de cido.
NBC funciona en las clulas del tbulo
proximal renal con direccin neta de transporte
hacia fuera, en estas clulas es importante en el
transporte transepitelial de cidos (ver ms
adelante Transporte transepitelial)
Intercambiadores Cl/HCO3 (AE)
Los intercambiadores Cl/HCO3,
independientes de Na+, son un transporte
electroneutro con una estequiometra 1:1 que
extrae HCO3- intracelular en intercambio por
Cl- extracelular, y promueve la recuperacin
del pHi tras una sobrecarga alcalina.
Este mecanismo est regulado por el
gradiente de Cl- y se activa slo si el pHi se
eleva lo suficiente como para alterar la relacin
Cl- intra y extracelular, si el gradiente de Cl- se
revierte al remover el Cl- del LEC este
intercambiador eliminar equivalentes cidos.
AE participa tambin en la regulacin
del volumen celular (a excepcin del eritrocito)
y presenta 3 isoformas, el AE1 es el que se
encuentra en los eritrocitos y en rin, el AE2
es el ms ampliamente distribuido y el AE3
que se ubica en cerebro, retina y corazn.
Intercambiadores Cl/OH (CHE)
Estos intercambiadores expulsan OH-
en intercambio con Cl-.
Interrelacin pH extracelular y pH
intracelular
La clula puede estar expuesta a
cambios en el pH del LEC de distintos
orgenes, y estos cambios repercuten en su
pHi, a su vez los mecanismos buffers del LIC
colaboran con la amortiguacin de los cambios
de pH en el LEC.
Cuando se produce un aumento
significativo de los H+ en el LEC (por ejemplo
en una acidosis metablica) el 50% del
tamponamiento de estos protones ocurre en el
interior celular, si bien la velocidad de difusin
de los H+ es lenta y por ende la neutralizacin
intracelular es tarda es cuantitativamente
importante. En una acidosis metablica se
produce una cada en la extrusin de cido
porque se inhiben los transportadores
expulsores de cido y hay un incremento en la
actividad de los cargadores de cidos,
cambiando la relacin cintica entre ambos.
As, la disminucin del pH del LEC tender a
acumular cidos dentro de la clula causando
as una acidosis intracelular e induciendo una
prdida de K+ del LIC, ya que es liberado al
actuar las protenas celulares fosfatos como
amortiguadores.
Por el contrario, cuando aumenta el
bicarbonato del LEC (como en una alcalosis
metablica) aproximadamente un 30% de ste
es tamponado en el LIC, el dficit de protones
-
Homeostasis celular Dra. Cremer-
en el LEC determina una salida de H+ en
intercambio con Na+ generando una alcalosis
intracelular.
En las alteraciones que conllevan
cambios en la PCO2 (ya sea la acidosis
alcalosis respiratoria) el 99% del CO2 es
amortiguado en el interior de las clulas. Si
consideramos a una acidosis respiratoria como
una situacin en la que aumenta la PCO2 extracelular, este CO2 difunde rpida y
fcilmente a la clula, en el citosol CO2 puede
combinarse con H2O y formar H2CO3 y en su
mayora (pero no la totalidad) se disocia
lentamente en HCO3 y H+.
La mayora de las clulas contienen
abundante anhidrasa carbnica, que acelera la
acidificacin celular y as se produce una cada
aguda en el pHi. La mayora de los protones
formados en esta reaccin son amortiguados
por buffers distintos del bicarbonato, como par
NH3/NH4.
En el caso de cada de la PCO2 (por
una alcalosis respiratoria) el dficit de protones
del LEC es suplido por H+ del LIC, en
intercambio por Na+, generando una alcalosis
intracelular con prdida de bicarbonato.
Potencial de membrana
Si se mide con un voltmetro la
diferencia de potencial elctrico que existe
entre el lado interno y externo de la membrana
de un clula modelo se obtiene un valor de
aproximado de -65 mV, llamado potencial de
membrana (Vm).
Este potencial est presente en todas
las clulas, aunque con diversidad de valores
(entre -50 y -90 mV aproximadamente).
Cmo se genera el potencial de membrana?
La permeabilidad selectiva de la
membrana (funcionalmente impermeable al
sodio y ms permeable al potasio) y la
existencia de una diferencia en la distribucin
inica entre el LIC y el LEC permite la
existencia de un gradiente qumico que permite
que el K+ difunda por canales de flujo pasivo
hacia el LEC.
Cuando el K+ fluye hacia fuera de la clula
transporta sus cargas positivas hacia el
exterior, quedando los aniones no difusibles
(principalmente proteinatos) del lado interno
de la membrana, ello crea un estado de
POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO
LEC LIC
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
- 65 mV Vm
-
Homeostasis celular Dra. Cremer-
electropositividad en el lado exterior y de
electronegatividad en el interior. Los aniones
proteinatos quedan adosados ya que la
membrana acta como un condensador plano
dielctrico, formado principalmente por los
lpidos que evitan que las cargas negativas y
positivas se unan (ver Recuadro N4).
Este es el principal mecanismo que da
origen a la diferencia de potencial elctrico
entre el lado interior y exterior de la membrana
plasmtica.
Como los iones tienen carga elctrica,
y su movimiento est influido tanto por el
gradiente qumico como por el campo elctrico
generado de un lado y otro de la membrana, su
movimento es resultado de una diferencia de
gradiente electro-qumico.
En el caso del K+ el gradiente elctrico
conduce a la atraccin del K+ hacia el interior
celular, por lo tanto es influido en sentido
opuesto al gradiente qumico, en el momento
que ambos gradientes se igualan hay una
situacin de equilibrio y el flujo de K+ en
ambas direcciones es equivalente, siendo la
difusin neta de K+ igual a cero.
Para una membrana modelo, con slo
canales del flujo pasivo de potasio, el valor del
potencial de membrana en el cual el flujo neto
es igual a cero se denomina potencial de
equilibrio del in (Vin).
Para el K+ el potencial de equilibrio
(VK) es -80 mV.
El potencial de equilibrio de un in se
puede calcular con la ecuacin de Nernst,
cuya frmula de trabajo es
Vin= - 61mV . log [Ci]/[Ce] C: concentraciones intra y extracelul