El Hombrecomosistemafsico-qumicoBiofsica 2013Prof. Bioq. Liliana C. FasoliUnidad 1: En- foque Biofsico del organismo HumanoEl Hombre como sistema fsico- qumico de compartimentos integradosEl Hombre como sistema termodinmicoEl organismo humano como sistema estacionario1 y 2 Principio de la TermodinmicaCompartimentos intra y extracelularUNIDAD 1: Enfoque biofsico del organismohumanoModeloFsico-qumico:Elhombre comosistemafsico-qumicoCompartimentosdeintracompartimentosintegrados.yextracelular. Composicin. Elaguacomosolventedesolucionesbiolgicas.SolucionesMolaridad,PropiedadesmolecularesNormalidad yfsico-qumicasdelagua.einicas.Concentracin:Osmolaridad.Propiedades coligativas delassolucionesdiluidas.Descensocrioscpico.Presinosmtica.Volumenymasadeuncompartimento.Vaciamiento y llenado deSuspensiones coloidalescompartimentos.biolgicas.elctricasPresin onctica.Propiedadespticasydelasmicelas.Macromolculas biolgicas.Protenasy Liposomas.ALI MENTOYAGUAAIREORINAHECESFIG. 1.1 REPRESENTACION ESQUEMATICA DELESPACIO CORPORAL CON SUS lIMITES EPITELIALESEElI hhoommbbrree ppuueeddee sseerr ccoonnssiiddeeraraddoo, , ddeessddeellaa ppeerrssppeecctitvivaa bbiiooffissicicaa, ,ccoommoouunn ssiisstteemmaaffissiiccoo-q-quuimmicoic,o,aabbiieerrtotoddaaddooqquueeiinntteerrccaammbbiaiassee l1o0 ppuueeddee"mmaateterirai"a yy "eenneerrggiaa ccoonn ssuu eennttoorrnnoo".. ddiivviiddirir eenn ccoommppaarrtitmimenetnotsos qquuee eessttann eennCCoommoo ssiisstteemmaa, ,iinntteerraaccccioinn eennttrree ssi,, aa ttrraavvessddee mmeemmbbrraannaass eeppiitteelilaialelse,s, llaass qquuee aa ssuu vveezz,, ssoonn ssuuss llimmitietess. .El oorrqgaarnuissrmnoo huumaannoo ccoommoossilssteemmaa ffissiiccoo-- qumico:ICO:9 Sistema abierto.9 Sistema heterogneo: compuesto por slidos y lquidos en proporcin 2:3.9 El 60-65 % del peso corporal total es debido al AGUAFIG. 1.4 REPRESENTACION ESaUEMtI. nCA DE LA PROPORCION DE SOLI DOS Y AGUA EN UN HOMBRE ADULTOEl Hombre de Vitruviode Leonardo Da Vinci y la divina proporcin oel nmero de oro. Da Vinci quiso demostrar la cuadratura del crculo. D = dimetro del crculo y por tanto D/2 su radioL = lado del cuadrado,por tanto: L/D/2 =2L/D = fi =1,618033989...Compartimentosdel organismohumanoPLASMALI: LQUIDO INTESRTICIALLTC:LQUIDO TRANSCELULARLIC: LIQUIDO INTRACELULARLEC: LQUIDO EXTRACELULARLQUIDO ORGANICO TOTALACBIeINTERSTICIALPLASMAFIG. 1.7 EL INTRAVASCULARELAGUA Y LOS ALIMENTOSES LA VIA DE ENTRADA Y SALIDA DE AGUA, SOLUTOS Y GASES AL COMPARTIMIENTO CORPORAL. A)ENTRAN POR LA BOCA AL TUBO DIGESTIVO. ALLI SON ABSORB IDOS, PASANDO AL ESPACIOINTERSTICIAL A TRAVES DE LA PARED DE LOS CAPILARES Y DE ALU AL INTRACELULAR (IC) A TRAVES DE LAS MEMBRANASCELULARES. ELAGUA Y LOS PRODUCTOS DEL METABOLISMO PASAN DE LAS CELULAS AL INTERSTICIAL Y DE ALLI AL INTRAVASCULAR, DE DONDE SON EXCRETADOS POR VIA RENAL Y DIGESTIVA. B) LOS GASES A TMOSFERICOS SIGUEN UN CAMINO SIMILAR, SIENDOABSORBIDOS Y ELlMINADOS POR VIA PULMONAR. C) LASGLANDULAS SUDORIPARAS PERMITEN LA ELIMINACION DE CALOR DELAGUA QUE TOr~'AN DEL PLASIMInteraccin entre compartimentosA!GLM. TIOTA,1l.IDCTM:IICEIl.,IJLAJIlIINTRA:-VAIS'OUlUR:IINTEFlSnCllA.1l.% DEll.P'ESO'4014AAGGUAA:: eell prriincciippaalhhuumaannoossccoomrnppoonneennttee ddeellooss ccoommppaartt-imeenntoossLLaass ccoonnddicicioionneses qquueeddeebbee rreeuunnirir uunnaa ssuussttaanncciaia ppaarraa sseerr uuttiililzizaadda a ccoommoo "mmaarcracadodro" r ddee uunn ccoommppaartritmimeneton:to:IIIASA QUE S'E ARADEVOlUMENA MEDIREl material inyectado nodebe ser txicoDebe distribuirse uniformemente en todo el compartimiento a medirNo debe ejercer efecto sobrela distribucin de aguaDebe permanecer inalterado durante el perodo de difusinDebe ser medido con facilidad C = m / V V = m / C..AlCANZA.DA.CONCENTRACIONVOLUIIIEN ALCANZAOOFIG. 1.2 METODa DE DllUCION PARALADETERMINACION DEL VOLUMEN DE UN COMPARTIMIENTOCCiinnettiiccaa ddee llaa vvaarrliaaccteinn ddee ccoonncceennttrraaccleinn ddee uunn"mmaarrccaaddoor"rEl marcador se distribuye a travs de la sangre, pasa al intersticio y a las clulas. Pasado un tiempo, se elimina por orina.En cada muestra de sangre tomada a tiempos regulares, se puede graficar: C x tCl" o~'g-C'"~0" - ~' ..Por extrapolacin se puedeconocer la concentracin al instante cero.Luego:Co = m inyectada /VcompartimentoVOLUMEN DEL COMPARTIMENTOMTODO DE MEDICINVOLUMEN PLASMTICOAzul de Evans:marcador de AlbminaVOLUMEN SANGUNEO TOTALHematocrito (*)LQUIDO EXTRACELULARMolculas marcadas con14 C o con 36 Cl y 38 Cl.LQUIDO INTERSTICIALLEC Volumen plasmtico = LI (estimacin)LQUIDO INTRACELULARAgua Corporal Total LEC = LIC (estimacin)SEPARACIN DELHEMATOCRITOPLASMASANGUNEONNEL --DELlENAOOCCWSA~5 '1.PRoPtlRctcrtNORMAl~PLASMA_j__45.1.,NJVE.L NCfMALOE CLOeUl.OS~~EN UNA ANEAtIAIFig~La EN MEDHlm. LA INFORMACION ACERCA rE LA SITUACION DE Ui'I\ SUSTAN:l1A EN 8. CUERPOSE OaTiENE. POR LO GENERAL EXTRAYENDO UIoI'. MUESTRI\ DE SANGRE DE U~.VENA D8. PLiEGUE DE.LCOOO. LA OUE SE ca.OCA EN UNTUBO OONANlTI()()\GU.ANlTE. SE CENlTRIFUGA YSE SEPA~ ELPLASMA.. EN8.SE ANl.LlZA.. PORALGUNMETODO APfIOPIADO. LA OONCENTRAODN DE LA SUSTA.NCIASEVeRA0LLaa ssaannggrree huummaannaa eess uunn ssiisstteemmaa ddee pprrooppieieddadaedses eessppeecciaialeles:s:eess uunnaa ssuussppeennssioinn ddee ccelluullaass eenn uunn mmeeddiiao lliqquuididoo llIlaammaaddoo plasma. Es uunaa suusppennssiionn ddee ttiippoo "ccoollooiiddalI"..SANGRET"A.BlA '~.IIICIWlitSIIi1CI AOI O~I [)t; IkAS [iiIS li"ERSIIONESI!.!IQIlJI~ODj\ocn'I:Q!t~oldel 1M~~tr~ l\as I( n:m).A!GIJJA..Esibabi111da;cjDims hin]atliavelS d~ Im:ermlbli3:li1Il(lSV I\li bi I~Ill;d del ~as~oliti~~I~sSW!~n,s~onssgli'o:se~:asmayor d! 100.IEmas;a8ool1iaNulaS UiS ~n,si~onSisee Uodl '3I.~s~I~ailul~Famio~p~1 a 1100~~as.a~~ulellrII)allmll, il!!laclftinlcQiINiulellIIiJitanIer ~I 11IBlJt! naIBIiar.aJrSotlill i:dCOIi!leISTipoode dispersiones ysucapacidaddedifundir a travs dememebranas.Unejemplo de clculo deconcentracintiene un volumen plasmtico de 3800 ml de urea, disuelta en ese plasma, de 1,14Un pacientey una masag.sta no es la forma habitual de expresar larelacin existente entre el soluto y el solvente.Calculemos la concentracin de urea en el plasmaMasa:Volumen: Concentracin1,14 g3800 ml= Masa/Volumen= 1,14 g/3800 ml= 0,3 g/lUNIDADES DE MASA gramos (g)kilogramo (kg)10 3gramo (g)1miligramo (mg)10-3microgramo (g)10-6nanogramo (ng)10-9UNIDADES DE VOLUMENcm3litroscentmetro cbico (cm3)110-3decmetro cbico (dm3)10001litro (l)10001mililitro (ml)110-3microlito (l)10-310-6milmetro cbico (mm3)10-310-6nanolitro (nl)10-610-9EQUIVALENCIADE UNIDADES DE MASA Y DE VOLUMENT.ABIbA~I)l[I[I,I[ 111)Q,M[[pa~IIQ&O:~[ELJEICfRICMUm:CA1[lIEL IPLA:9IMA IIMlIUMIAINOl[m[~1b114.2:4lPotas10 (IK+)ICallcio ~ea.:2+)2OIOFtll ro ('(;[1-),1102:Aciidbs organloosIProte~nasIS116,Composicin delplasmasanguneoCOMPOSICION ELECTROLITICA DE LOS FLUIDOS CORPORALESPlasma mEq/lIntersticial mEq/lIntracelular mEq/lCATIONESNa+14214510K+44,1159Mg++1140mEq/l totales149,5152,5209ANIONESCl-1041173CO3H-2427,17Proteinatos14< 0,145Otros7,58,4154mEq/l totales149,5152,5209NO ELECTROLITO Smmol/lmmol/lmmol/lGlucosa4,75,0Urea5,66,06,0CONCENTRACINDESOLUCIONESENUNIDADES QUMICASequivalentemolgramoVolumen delitrolitroUnidadQumicaMolaridadNormalidadN equivalentes=N moles x z N de H ionizables de un cido N de OH ionizables de un hidrxido N de cargas (+) o (-) de una salsolutosolucin'il@Z QJJai sa rna ~c IIrn]:tr~mdx!oe I 00 ~ptQ'Unad,@l,01- !O iB,1K+j d~ 101mi~ITiiI!D. L1SQ! r til m!i IJI m fiiJi los,divalDmta,, ~Jif'm. 01 ca2-e- 0 GI Ma-g 2+, g,1'lto~,glosSubmltiplos de uso habitualBiofsicaenl.MILJI~IQUlrvA.L~NT~ 0 M]LIMOL.~e PO~lfllT~[O'mnIta q UIiva IaITta~ '!I~! mm mel@oS! ~S' fslfi~i I Ql riIt~ ~ rQ 11' ~ Fa hd:s i!ll ~$ ~>V-.iEIllSJrnrtQS, ~!3J mTJ:Id Q I No -To j @Ite[J'iJifllil'1liS yo. PD I..Ilal UI1l'EIl solll!t:iin ~ 100 Iiiii Mll'1L g',al K-e-j [Il!O F aj81 mii,pt!C!j es, UIi1~ 00 II.xHDro qwe tlenai 1 {I{l mmiDLl L... ~ K:. Il.a, ~it~io m .a>s drrerrarote palfa I~sill 1m 4 o j) IiiilIiiiiO l!'1J.. 00 n 1 (i 0 m ~ Ii... Si n gm-mr!1:3ifij iQil Sjsfa~ 111Ita,~iomal [1~Ui'~fXingJ IUS;t!tfj para t'l)rlas [Jas~I ueki~! seFaFII @jLa~ liE! liti~ 0 no, mo m~a I-tt rob ~ rKij ral UN1IIrnioo, mTi 11m oEt!ll.!..,[[m t![ltta)J1 oaS--ilJ'j I!IJ irrm.lII rta ml@l saFa I-~ @[I rnl~HQnsjimllde I !IJ 0 m~l!;:tplio dB e,195t fU mg'lJtral knadl. IEI ra s.o hiaF elP reb-lama :3, I! ~. yLtliar,OSMOLARIDAD: Nueva Unidad deconcentracin de uso enBiofsica1 mol de molculas no ionizables= N de Avogadro de molculas= 1 osmol de partculasSielsolutoesionizable:1 mol de molculas totalmente ionizables= N Avogadro de molculas totalmente ionizables 1 mol x N de iones formados porionizacin de una molcula = N total departculas= N osmol de molcula ionizable1molde Cl Na totalmenteionizadoClNaClNa1 molcula de ClNa = 1 Cl + 1 NaN: N de partculas formadas porionizacin de 1 molcula: % de ionizacinFactor i de vant Hoff :i = 1 + . ( N 1 ) En nuestro ejemplo:i = 1 + 1 ( 2 1 )i = 1 + 1 = 21Mol ClNa = N de partculas = N Avogadro x 2 1 mol ClNa totalmente ionizado = 2osmolesEquivalencia entre OsmolaridadMolaridadyUnidades:OsM :osmol / lM:mol / li=osmol / molOsM = M . iUnsuero glucosado para reponerlavolemia deunpacienteFII, .... '~'~S'~oeil !i',..,II_gllll ~"'I""