departamento de ciencias fisiolÓgicas … · líquidos del organismo ... importancia del agua y...
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Líquidos Del
Organismo
UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA FACULTAD DE MEDICINA
ESCUELA DE MEDICINA “LUIS RAZETTI” DEPARTAMENTO DE CIENCIAS FISIOLÓGICAS CÁTEDRA DE FISIOLOGÍA HUMANA NORMAL
Dr. ALBERTO JOSE GARCIA GONZÁLEZ Medico Cirujano
MSc & Dr. Bioquímica – IVIC Profesor Cátedra de Fisiología. Escuela “Luis Razetti” - UCV
Qu
ímic
a
• Átomos
• Iones
• Molécula
• Formula
• Enlace
• Valencia
• Reacción química
• Redox
• Equilibrio iónico
• Equilibrio químico
• Constante de equilibrio
Físi
ca
• Masa
• Volumen
• Presión
• Temperatura
• Trabajo
• Carga eléctrica
• Resistencia
• Capacitancia
• Permeabilidad
• Permisividad
• Barrera
• Transporte
• Movimiento
• Ecuación de estado
Mat
em
átic
a • Suma
• Resta
• División
• Multiplicación
• Factorización
• Logaritmo
• Exponencial
• Hipérbola
• Sigmoidea
• Ecuación de la recta
• Pendiente
• Despeje de incógnitas
• Derivada
• Integral
Bio
qu
ímic
a • Lípidos
• Proteínas
• Carbohidratos
• Ácidos nucleicos
• Membrana celular
• Enzimas
• Receptores
• Ruta de señalización
• Cofactor
• Fosforilación
• De fosforilación
• Activación
• Desactivación
• Inhibición
• Regulación aguas arriba y aguas abajo.
Mo
rfo
logí
a • Célula
• Compartimientos
• Cavidades virtuales
• Planos anatómicos
• Anatomía de sistemas
Otr
os
Co
nce
pto
s • Porcentajes
• Media , DE
• Rango
• Antropometría
• Normalidad
• Frecuencia
• Periodo
• Comprender los fundamentos fisicoquímicos de la importancia del agua y los electrolitos en el cuerpo humano.
• Analizar los mecanismos de regulación hidroelectrolítica y de intercambio de agua y solutos entre los diferentes compartimientos corporales
Competencias generales a desarrollar
Líquidos Del
Organismo
Agua
Contenido
Entorno
Continente
Líquidos Del
Organismo
Agua
Composición
Regulación
Compartimiento
Características Fisicoquímicas del
Agua
Compartimiento
Composición
• MOLÉCULA
• SOLUCIÓN
• Distribución
• Medición
• Factores
• Presencia de solutos
• Mecanismos de intercambio
Importancia del agua
para la vida
Características del
Agua
Dinámica
de los compartimientos
Regulación
de la composición
DMA 2012: AGUA Y SEGURIDAD ALIMENTARIA
Molecular
Sistémico
Bioquímicas
Fisiológicas
Fisiopatológicas
Farmacológicas Terapéuticas
Genéticas
Anatómicos
Metabólicas
Importancia del agua
Que es el Agua?
Robert Boyle (1627-1691)
Produjo gas hidrógeno 1671
Henry Cavendish (1731 -1810)
Hidrogeno + oxigeno = Agua. Agua == Hidrogeno + Oxigeno
Antoine-Laurent de Lavoisier (1743 –1794)
O:H = 16:2,0154 = H2O (1890)
Edward Williams Morley (1838 –1923) • Henry Cavendish en el siglo XVII preparó agua quemando hidrógeno en el aire.
• Antoine Lavoisier, demostró que el agua se forma únicamente de hidrógeno y oxígeno.
• Edward Morley en 1890, logró determinar que 16 partes ponderales de oxígeno se unen con 2,0154 partes de hidrógeno
Molécula
Químicas
Físicas
Solución
Fisicoquímicas
Coligativas
Características del Agua
Características Químicas del Agua
La voz agua proviene del latín aqua y éste del indoeuropeo akwa.
Óxido de hidrógeno.
Hidróxido de hidrógeno.
Hidrato.
Ácido hídrico.
Monóxido de dihidrógeno.
Óxido de dihidrógeno.
R-718.
Dihidruro de oxígeno.
Ácido hidroxílico.
Hidróxido de hidronio.
Ácido hidróxico.
H
3H 2H 1H
O
18O 17O 16O
2H:1H = 1:105
3H:1H = 1:1018
18O:17O:16O
1:5:2,500
1H2 16O 1H2
18O 1H2 17O 1H2H16O
997,280 2,000 400 320
La combinación isotópica mas abundante del agua es 1H2 16O
Composición atómica de la molécula de agua
Características Químicas del Agua
Enlaces intramoleculares del agua
Características Químicas del Agua
Los orbítales híbridos sp3 del átomo del oxigeno se extienden hacia los vértices de un tetraedro
Características Químicas del Agua Geometría de la molécula de agua
Ángulo entre enlaces de 109,5
Molécula tetraédrica simétrica
Metano Agua
Ángulo entre enlaces de 104,5
Molécula tetraédrica asimétrica
Características Químicas del Agua Geometría de la molécula de agua
Características Químicas del Agua Polaridad de la molécula de agua
La polaridad es la propiedad que representa la separación que existe entre las cargas eléctricas de una molécula.
Características Químicas del Agua Polaridad de la molécula de agua
Oxígeno electronegativo atrae con mas fuerza los electrones
cada enlace
Dipolo: sistema de cargas de signo opuesto e igual magnitud cercanas entre sí
Molécula polar
Características Químicas del Agua Polaridad de la molécula de agua
Oxígeno electronegativo atrae con mas fuerza los electrones
cada enlace
El momento dipolar del agua es de 1,84 D (debyes)
p = q. d
Momento Dipolar: producto entre la distancia (d) que separa a las cargas (longitud del enlace) y el valor de las cargas iguales y opuestas en un enlace químico
Características Químicas del Agua
Oxígeno electronegativo atrae con mas fuerza los electrones cada enlace
El momento dipolar del agua es de 1,84 D (debyes)
ángulo entre enlaces de
104,5
Geometría tetraédrica asimétrica Molécula polar
La combinación isotópica mas
abundante del agua es 1H2 16O
Molécula formada por la unión de 16 partes ponderales de oxígeno con 2,0154 partes de hidrógeno
Peso Molecular = 18,01528 gramos/mol
Molécula
Químicas
Físicas
Solución
Fisicoquímicas
Coligativas
Características del Agua
Características del Agua
Características del Agua
Puentes de hidrogeno ( 4,7 Kcal/mol)
Donador de hidrogeno
Aceptor de hidrogeno
0,177 nm
Enlace covalente
0, 0965 nm
Densidad máxima a 4 °C Esta densidad anómala permite la existencia de vida marina en los casquetes polares ya que el hielo flotante actúa como aislante térmico, impidiendo que la masa oceánica se congele.
Características del Agua Densidad anómala
Esta densidad anómala permite la existencia de vida marina en los casquetes polares ya que el hielo flotante actúa como aislante térmico, impidiendo que la masa oceánica se congele.
Características del Agua Densidad anómala
Características del Agua
Punto de Ebullición
Punto de fusión
Diagrama fase de equilibrio (Agua)
Características del Agua Estado Sólido
•Alto grado de ordenamiento. •Movimiento vibracional. •Forma definida. •Resistente a la deformación. •No Fluye. •Difusión lenta a través de otros sólidos. •Capacidad como solvente reducida.
Características del Agua
Punto de fusión
Solidificación: Paso de líquido a sólido. Descenso de temp energía cinética < fuerzas de cohesión.
Características del Agua
Es la cantidad de energía necesaria para hacer
que un mol de un elemento que se encuentre en
su punto de fusión pase del estado sólido al
líquido, a presión constante.
Calor necesario para fundir 1 g de agua a 0 C=
333,9 kJ/kg (79,9 kcal/kg) a 0 ºC
Calor de Fusión
Características del Agua Estado liquido
•Poco grado de ordenamiento. •Movimiento aleatorio. •Forma no definida. •Deformable. •Difusión a través de otros líquidos miscibles. •Capacidad como solvente elevada. •Alto grado de fluidez
Características del Agua
Punto de Ebullición
Punto de fusión
Diagrama fase de equilibrio (Agua)
Características del Agua Estado liquido
Vaporización: paso de liquido a gas se realiza con absorción de calor
La absorción de calor en la vaporización del agua, significa perdida de calor por el organismo
Presión de Vapor: presión gaseosa que ejercen las moléculas vaporizadas en el vació y en equilibrio con el líquido
Características del Agua Estado liquido
Vaporización del liquido a nivel de la superficie libre. Presión del líquido inferior a la presión externa.
Evaporación:
Vaporización del líquido toda la masa.
Forma burbujas de vapor
Presión del liquido igual o mayor a la presión
externa.
La Temperatura. de ebullición del agua es de 100 °C
a 1 atmósfera de presión.
Ebullición
Características del Agua
Es la cantidad de energía necesaria para que
la unidad de masa (kilogramo, mol, etc.) de
una sustancia que se encuentre en equilibrio con
su propio vapor a una presión de una atmósfera
pase completamente del estado líquido al
estado gaseoso
Calor necesario para vaporizar 1 g de agua a 100
C= 539 cal/g (2257 J/g)
Calor de Vaporización
Estado Líquido
Características del Agua
Permite eliminar el exceso de calor, evaporando
cantidades relativamente pequeñas de agua.
Mantiene la temperatura del organismo mas baja
que la del medio ambiente.
La vaporización continua de agua por la piel y
los pulmones constituye un mecanismo regulador
de la temperatura corporal.
La evaporación del sudor también contribuye al
mantenimiento de la temperatura corporal, con lo
que globalmente ello supone la eliminación total
promedio de unas 620 Kcal diarias.
Calor de Vaporización
Estado Líquido
Características del Agua
Calor necesario para elevar la temp. de 1 g de
agua en 1 °C concretamente desde 14,5 a 15, 5 °C.
1 cal·g-1·K-1
Calor Específico
Este alto valor permite al organismo importantes cambios de calor con escasa modificación de la temperatura corporal
Las moléculas tienen una estructura interna porque están compuestas de átomos que tienen diferentes formas de moverse en las moléculas. La energía cinética almacenada en estos grados de libertad internos no contribuye a la temperatura de la sustancia sino a su calor específico.
Estado Líquido
Características del Agua Estado Líquido
Es la capacidad para conducir calor
El coeficiente de conductividad
térmica caracteriza la cantidad de calor
necesario por m2, para que atravesando
durante la unidad de tiempo, 1 m de
material homogéneo obtenga una
diferencia de 1 °C de temperatura entre
las dos caras
El coeficiente de conductividad
térmica (λ) para el agua a 300 grados
kelvin = 0,58 W·m-1·K-1
Conductividad térmica
Calor específico Elevado 1 cal/°C•g
Pto Ebullición
Pto Fusión
Temperatura de evaporización
Temperatura de congelación
100°C
0°C
Calor de vaporización Elevado 539 cal/g a
100 °C:
Calor de Fusion 79,9 cal/g a 0
ºC
Conductividad térmica 0,58 W·m-
1·K-1
Características del Agua
Capacidad termorreguladora
Puentes de hidrogeno ( 4,7 Kcal/mol)
Características del Agua
Cohesión Propiedad con la que las moléculas de agua se atraen a sí mismas.
Características del Agua
La elevada fuerza de cohesión entre las moléculas de agua se relaciona con: Volumen celular Turgencia en las plantas Deformaciones citoplasmáticas.
Amortiguación de articulaciones Medio de trasporte
Características del Agua
Determinada por una elevada cohesión entre las moléculas de su superficie.
Hay predominio de las fuerzas de cohesion Facilita su función como lubricante en las articulaciones. Disminuye en presencia de compuestos tensoactivos .
Capilaridad
Adhesión >>> Cohesión
Características del Agua
El alto grado de cohesión molecular,
combinado con la adhesión a la superficie
de otras estructuras (debida a su
polaridad), permite que el agua pueda
ascender a lo largo de conductos
estrechos. Esta propiedad denominada
capilaridad resulta fundamental para el
ascenso de la savia bruta por los tubos del
xilema en los vegetales.
Características del agua liquida
•Alto Grado de fluidez.
Viscosidad.
Resistencia al deslizamiento de un fluido.
f = η . (dv/dx). s
η = coeficiente de viscosidad.
Agua = 10,08
Características del Agua
Estudio de la circulación sanguínea
Puentes de hidrogeno ( 4,7 Kcal/mol)
Características del Agua
Características del Agua
Características del Agua Interacciones del agua con moléculas no polares
Formación de micelas, con los grupos apolares o hidrófobos en su interior y los grupos polares o hidrófilos orientados hacia el
exterior para contactar con el agua
Interacciones del agua con moléculas no polares
Características del Agua Interacciones del agua con moléculas polares no iónicas
Azucares Alcoholes Aminas Ácidos Orgánicos
Características del Agua Interacciones del agua con moléculas polares ionizables
Características del Agua Interacciones del agua con moléculas polares iónicas
Las moléculas o partículas cargadas eléctricamente son fácilmente disociadas en presencia de agua
La ionización sucede porque las fuerzas coulómbicas entre las cargas opuestas son débiles y, por tanto, se rompen fácilmente
q+q-/r2
la diferencia en los gradientes iónicos es la base energética y funcional de muchos procesos
Características del Agua
Constante dieléctrica () A 298 ◦K del agua es de aprox 80 (78.5 F/m)
Implica que el agua sea un buen disolvente de compuestos iónicos y
sales cristalizadas
Interacciones del agua con moléculas polares ionizables
Capacidad de Hidratación o Solvatación de Iones
El carácter dipolar del agua determina que sus moléculas rodeen a los distintos iones, aislándolos del resto.
Contribuye a la solubilización de compuestos iónicos.
Solvatación permite separación de iones de diferentes carga.
Características del Agua
Características del Agua Interacciones del agua con moléculas polares ionizables
Características del Agua Capacidad de Hidratación o Solvatación de Iones
•La solubilidad de una sustancia en un solvente es la cantidad de soluto, en gramos, que se puede disolver en 100g de solvente, hasta formar una solución saturada, a una temperatura de 25ºC.
Características del Agua Capacidad de Hidratación o Solvatación de Iones
Concentración: peso/peso, peso/volumen, normalidad, molaridad, osmolalidad, osmolaridad.
Solución conduce electricidad >> agua pura
Electrolito
Características del Agua Capacidad de Hidratación o Solvatación de Iones
Electrolito fuertes Electrolito débil
Capacidad de ionización
Características del Agua Capacidad de Hidratación o Solvatación de Iones
Capacidad de ionización
Características del Agua
Ionización del agua
Amortiguación de los cambios de pH. Fisiología del equilibrio acido-ase
Hidratación y Solvatación
Constante Dieléctrica
Solvente Universal y
Amortiguadora
Características del Agua
Capacidad termorreguladora
Calor Específico Temp. de ebullición
Calor de Vaporización Conductividad Calórica
Funciones biológicas del agua
•Componente estructural de macromoléculas.
•Solvente de las reacciones químicas del cuerpo.
•Mantiene la concentración normal de electrólitos.
•Medio de transporte.
•Solvente para la digestión y absorción de los alimentos.
•Termorregulador.
•Fundamental para el mantenimiento la función cardiovascular
•Mantiene la función renal.
• Aporta el líquido para las secreciones glandulares.
1. Concepto de Compartimiento.
2. Compartimientos corporales . Clasificación.
3. Distribución del agua en el organismo
4. Composición hidroelectrolítica
5. Mecanismos de intercambio entre los compartimentos corporales.
6. Mecanismos de intercambio de agua y solutos.
7. Mecanismos de regulación de volumen y composición de compartimientos corporales