Revista Colombiana de Física, vol. 45, No. 1, 2013

* aavanegas@hotmail.com Este trabajo es publicado por la Sociedad Colombiana de Fìsica y distribuìdo en open acces según los términos de la licencia Creative Commos Attribution.

Estudio de las propriedades eléctricas en eritrocitos humanos

Study of Electrical Properties of Human Erythrocytes

A.A. Venegas*1, J. Tiusabá

1, G. Garavito

1

1Grupo De Instrumentación Científica & Didáctica (GICD)

Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá.

Recibido abril 10 de 2010; aceptado abril 14 de 2011.

Resumen

El presente artículo muestra las propiedades eléctricas de los eritrocitos humanos y sus cambios ante un campo eléctrico ex-

terno. Se tienen como punto de referencia la salinidad fisiológica estándar para los seres humanos que equivale a 0.9 %.

El procedimiento de laboratorio incluye la modificación del porcentaje de salinidad entre 0.7% y 1%, de esta manera, los

eritrocitos pueden estar en condición hipotónica, isotónica e hipertónica. En estas tres condiciones los eritrocitos fueron ex-

puestos a un campo eléctrico externo, presentado modificaciones de voltaje, corriente y resistencia eléctrica. Para analizar

el tipo de características eléctricas presentes en los eritrocitos, estos se asumen como portadores de carga eléctrica positiva,

debido a su alto contenido de hierro y su tendencia a moverse en dirección del campo eléctrico generado. Se demuestra que los eritrocitos tienen un valor límite de corriente y de voltaje externo antes de la crenación o hemoliza-

ción, para lo cual, se establecen procesos de óxido-reducción del hierro en su interior.

Palabras clave: células sanguíneas, biofísica, propiedades eléctricas.

Abstract

In this work, we study electrical properties of human erythrocytes and their changes with an external electric field. The

physiological human salinity of 0.9% , is taken as a benchmark.

Experimental procedure includes modifying the salinity percentage between 0.7% and 1%, in this way, the erythrocytes

could present three conditions: hypotonic, isotonic and hypertonic. The erythrocytes, under these three conditions, were ex-

posed to an external electric field, showing changes in voltage, current, and electrical resistance. To analyze the electrical

characteristics, the erythrocytes are assumed to carry a positive electric charge, this is due to its high iron content, and its

tendency to move in the direction of the generated electric field.

It is also shown that the erythrocytes, before hemolysis or crenation, have a limit value for current and external voltage, for

which, the iron inside the erythrocyte experiences redox processes.

Keywords: sanguine cells, biophysics, electrical properties.

1. Introducción

El presente estudio fue realizado con células sanguíneas,

conocidas como los eritrocitos o glóbulos rojos. Los

eritrocitos son importantes en el proceso del transporte de

oxígeno hacia los diferentes tejidos del cuerpo humano a

través de las arterias, con ayuda de la hemoglobina que

contiene hierro. [1]

Los eritrocitos, al poseer grandes cantidades de hierro,

están implicados en una serie de procesos fisiológicos

que dependen de los campos eléctricos que se encuentran

presentes en el organismo humano [2] [3]. Ellos están

implicados en una serie de procesos fisicoquímicos sobre

el torrente sanguíneo y en los procesos inmunológicos

del cuerpo humano [5] [6].

Por otra parte, estudios sobre las características eléctricas

de los glóbulos rojos como su resistencia eléctrica, movi-

lidad y conductividad, son poco reportados en la literatu-

ra; este hecho fue una de las motivaciones del presente

artículo [8] [6].

El trabajo de investigación duró 2 años en las instalacio-

nes de la universidad Antonio Nariño y la Universidad

Rev. Col. Fís., 45, No. 1, 2013

97

Distrital. En primer término se analizó la caracterización

morfológica de los eritrocitos, exponiéndolos a diversos

medios salinos. Se tomó como referencia la concentra-

ción salina de la sangre humana 0.9%, como punto isotó-

nico, y se varió esta concentración hacia los límites de

supervivencia del eritrocito en condiciones in vivo, 0.7 %

a 1%, hipotónica e hipertónica respectivamente [9] [10].

Para observar este comportamiento se realizó un riguroso

trabajo de laboratorio con la asesoría de personal alta-

mente cualificado en lo que concierne a la toma de mues-

tras de sangre humana y el proceso de centrifugado. El

centrifugado permite separar los eritrocitos de otras sus-

tancias del plasma sanguíneo, como los glóbulos blancos

o las placas sanguíneas [8].

Al separar los eritrocitos de las muestras sanguíneas se

consiguió observar, cualificar y cuantificar las diferentes

modificaciones morfológicas ante las diversas concentra-

ciones. Seguidamente, estas muestras fueron expuestas a

un campo eléctrico externo, lo cual permitió realizar

mediciones de voltaje y corriente. Estas mediciones ge-

neraron una serie de datos que fueron trazados y analiza-

dos para dar una interpretación cualitativa de la interac-

ción eritrocito-solución y eritrocito-campo eléctrico [8]

[9].

Al analizar los datos experimentales se encontraron rela-

ciones eléctricas de la carga del eritrocito, para postularlo

como una carga positiva, la relación de corriente y volta-

je máxima en el eritrocito antes de su crenación o hemo-

lización.

Ahora bien, el proceso de análisis se realiza teniendo en

cuenta estos dos procesos antes mencionados por lo cual,

el análisis se ajusta a los procesos fisiológicos y de vida

del eritrocito. Al entrar en contacto con un campo eléctri-

co externo, como pueden ser los campos eléctricos pro-

pios del cuerpo humanos, los eritrocitos sufren modifica-

ciones en sus relaciones estructuraleses decir, estas se

dan en dos fases: antes de la crenación del mismo y des-

pués de la crenación o la hemolización.

El presente artículo se centra en describir los efectos

sobre la primera fase, es decir antes de la hemolización o

la crenación de los eritrocitos.

2. Métodos y procedimientos.

El estudio en eritrocitos humanos, en presencia de cam-

pos eléctricos se realizó mediante el siguiente procedi-

miento:

1. Toma de muestra sanguínea, realizada por personal

especializado.

2. Manipulación y separación de los eritrocitos de la

muestra mediante el proceso de centrifugado.

3. Elaboración de las diferentes concentraciones salinas

con las que se realizó el estudio.

4. Obtención de una medida de eritrocitos, correspon-

dientes a 10, la cual fue puesta en contacto con 990

de solución salina.

5. Exposición de las soluciones (eritrocitos concentra-

ción salina) ante los campos eléctricos.

6. Medición de voltajes y corrientes. Estas mediciones

se realizaron mediante el dispositivo eléctrico esque-

matizado en la figura 1.

Fig. 1. Montaje utilizado (este dispositivo fue diseñado por los

autores en el laboratorio de Ciencias Básicas de la Facultad de

Medicina de la U.A.N)

En el dispositivo se introducen dos electrodos, puestos en

forma paralela, en una solución (concentración salina y

eritrocitos), a una distancia de separación entre ellos de 1

cm. En la parte superior se conectan la fuente de voltaje,

un amperímetro y un voltímetro de alta sensibilidad,

pudiéndose varíar el voltaje suministrado por la fuente.

Es de resaltar que para todas las medidas, antes de poner

los eritrocitos, se realizó una medida del blanco, es decir,

de la concentración salina. Esto nos sirve para graficar

los datos obtenidos experimentalmente y realizar los

análisis solamente sobre los eritrocitos. Además, median-

te las medidas de corriente y voltaje se caracteriza el

comportamiento de los eritrocitos ante un campo eléctri-

co externo a la muestra.

Las medidas que se presentan en la siguiente sección

muestran los dos momentos pero el análisis se centra en

los efectos sobre la primera fase, es decir, antes de la

hemolización o crenación de los eritrocitos.

3. Resultados.

Realizado el procedimiento mencionado en la metodolo-

gía para cada solución, se trabajo con soluciones salinas a

concentraciones de 0.7 %, 0.73%, 0.76%, 0.8%, 0.9%,

0.93%, 0.98% y 1 %. A continuación se presentan los

datos y gráficas obtenidas. Estas últimas muestran los

datos experimentales de corriente y voltaje para cada una

de las muestras, al mismo tiempo, sobre las gráficas se

realizó un análisis de tipo cualitativo.

A. Vanegas et. al.: Estudio de las propiedades eléctricas…

98

. Figura 1. Corriente vs. voltaje en solución 0.7% .

La figura 1. muestra, para una solución al 0.7% , como

inicialmente aumenta el valor de la corriente en función

del voltaje hasta llegar a un pico inicial que corresponde

a una corriente de 0.029A a 0.97V, luego se observa un

decaimiento de la corriente para, posteriormente, crecer

rápidamente hasta un punto máximo de 0.012 A a 4.03

V.

Figura 2. Corriente vs. voltaje en solución 0.73% .

La figura 2. evidencia el comportamiento de la corriente

en función del voltaje para una solución al 0.7% . En un

primer momento alcanza un punto máximo en 0.0308 A

y 1.503 V, punto en el cual se observa cualitativamente

en la práctica una reacción fisicoquímica, donde la mues-

tra utilizada cambia algunas de sus cualidades y propie-

dades, tomando un color más oscuro y formándose una

capa espumosa en la superficie, posteriormente la figura

muestra la caída repentina de corriente, la cual trata de

mantenerse constante para posteriormente comenzar a

aumentar hasta alcanzar 0.0241 A a 7.650 V.

Figura 3. Corriente vs. voltaje en solución 0.76% .

La figura 3. permite observar como se produce el aumen-

to en la corriente para la muestra utilizada en una solu-

ción de 0.76 % obteniendo su valor más alto correspon-

diente a 0.0298 A a 4.27 V, punto en el cual se produce

la reacción antes mencionada, posteriormente a este pun-

to se produce una caída en la corriente hasta valores muy

cercanos a cero manteniéndose constante.

-0,01

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

CO

RR

IEN

TE

( A

)

VOLTAJE ( V )

CORRIENTE Vs VOLTAJE EN SOLUCIÓN 0,8 %

Figura4. Corriente vs. voltaje en solución 0.8 % .

La figura 4. presenta el aumento de corriente para la

solución al 0.8%, su punto máximo se logra en en 0.0545

A con un voltaje correspondiente a 1.811 V punto en el

cual se observan los cambios en sus propiedades ya men-

cionados en las muestras anteriores, posterior a esto la

corriente cae manteniéndose constante y cercana a cero.

Rev. Col. Fís., 45, No. 1, 2013

99

-0,01

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0 2 4 6 8 10 12 14 16

CO

RR

IEN

TE

( A

)

VOLTAJE ( V )

CORRIENTE Vs VOLTAJE EN SOLUCIÓN 0,9 %

Figura 5. Corriente vs voltaje en solución 0.9% .

La figura 5. se refiere a la muestra al 0.9% y muestra un

incremento de la corriente similar al de las muestras

anteriores alcanzando su punto máximo de corriente en

0.0585 A correspondiente a 1.75 V, punto en el cual se

observan los mismos cambios en la muestra.

-0,01

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

CO

RR

IEN

TE

( A

)

VOLTAJE ( V)

CORRIENTE Vs VOLTAJE EN SOLUCIÓN 0,93 %

Figura 6. Corriente vs voltaje en solución 0.93 % .

En la solución al 0.93% (figura 6.) es notable el incre-

mento en la corriente que alcanza su máximo valor en

0.0776 A correspondiente a un voltaje de 1.96 V, punto

en el que también se producen los cambios observados

anteriormente.

-0,01

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,1

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

CO

RR

IEN

TE

( A

)

VOLTAJE (V)

CORRIENTE Vs VOLTAJE EN SOLUCIÓN 0,98 %

Figura 7. Corriente vs. voltaje en solución 0.98 % .

La figura 7. muestra como es el incremento de la corrien-

te para una solución al 0.98%. Se alcanza el punto máxi-

mo en 0.0843 A correspondiente a 1.783 V punto en el

cual también se producen los cambios antes descritos en

las demás muestras y a partir del cual cae la corriente

manteniéndose constante y cercana a cero.

Figura 8. Corriente vs. voltaje en solución 1% .

Finalmente, para la solución al 1%, la figura 8. permite

visualizar el comportamiento de la corriente en función

del voltaje, alcanzando un máximo de corriente de

0.0643 A correspondiente a 1.783 V, punto a partir del

cual se detectan los cambios ya reportados.

4. Análisis de resultados

Los resultados anteriores muestran como inicialmente las

muestras presentan un comportamiento eléctrico como un

material conductor, alcanzando máximos de corriente

cada vez mayores en la medida en que es mayor la con-

centración utilizada en cada una de las muestras; sin

embargo, una vez alcanzados estos puntos máximos, las

muestras modifican sus características eléctricas deca-

yendo la corriente, para luego mantenerse constante y

muy cercana a cero.

Este fenómeno es acompañado por un cambio de color

(las muestras se hacen más oscuras) y por la formación

de una capa espumosa en la superficie, fenómeno que se

presentó en todas las muestras.

Este comportamiento, el cambio en sus propiedades eléc-

tricas, puede ser entendido por el proceso de electrólisis

que se produce cuando se aplica un voltaje suficiente-

mente alto a través de los electrodos, en donde los com-

ponentes de las muestras se oxidan y se reducen hasta

llegar al punto de equilibrio en donde no hay flujo de

electrones.

Observándose el comportamiento de las gráficas trazadas

a partir de los datos obtenidos, se puede encontrar un

comportamiento similar en ellas en donde se observa que

a medida que aumenta la concentración de salinidad el

pico del máximo de corriente para cada solución toma un

a valor mayor (veáse tabla 1).

A. Vanegas et. al.: Estudio de las propiedades eléctricas…

100

Tabla 1. Picos de corriente en función de la concentración.

Solución % (NaCl) Corriente (A)

0,70 0.00290

0,73 0.03080

0,76 0,01317

0,80 0.05450

0,90 0,05850

0,93 0,07760

0,98 0,08430

1 0,06430

En cada solución luego de alcanzar el máximo de co-

rriente, la resistencia alcanza un valor máximo que decae

rápidamente y luego se mantiene constante.

5. Conclusiones

Relacionando los datos obtenidos de sus máximos de

corriente, se pudo observar que pasado cierto tiempo la

resistencia disminuye debido a que los eritrocitos sufren

un proceso de crenación.

A medida que aumenta la concentración de salinidad,

disminuye la resistencia de los eritrocitos. La resistencia

medida con respecto al voltaje externo, se modifica hasta

un punto máximo y luego de ello empieza a disminuir,

esto debido al proceso de oxidación que sufren las solu-

ciones.

Los resultados obtenidos se derivan del hecho de que las

propiedades de los elementos puestos en contacto en cada

muestra (el hierro, presente de manera abundante en los

eritrocitos y el NaCl), permiten que la muestra en cierta

medida se comporte como un material conductor, sin

embargo estas propiedades se pierden al producirse rápi-

damente un proceso de oxidación que altera sus propie-

dades iníciales y su comportamiento eléctrico, razón por

la cual a partir del voltaje utilizado se observan picos más

altos de corriente en cada una de las muestras, el cual

decae por el proceso de oxidación que se produce.

5. Agradecimientos

A la universidad Distrital Francisco Josè de Caldas y

Universidad Antonio Nariño. A Yolanda Sánchez, bacte-

rióloga y Julián Gayón médico, por su colaboración en la

de muestras y manipulación del material biológico. Tam-

bién a las directivas de la Universidad Antonio Nariño

por permitirnos utilizar sus instalaciones y equipos en

nuestro trabajo experimental.

Bibliografía [1] W. Bloom, Tratado de histología, Séptima edición.

Barcelona España. Editorial labor, S.A 1978.

W. Copenhaver, Tratado de Histología. México. Edito-

rial Interamericana 1981.

[2] A. Cromer, Física para las ciencias de la vida. 2º

edición, Barcelona, España. Reverte 1986.

[3] H. Curtís. Biología. Quinta edición. Buenos Aires.

Argentina. Editorial medica panamericana. 1985.

[4] M. Donalds, Física para las ciencias de la vida y de

la salud. Wilmington. E.U.A. Addison Wesley Iberoame-

ricana 1989.

[5] D. Fawcett, Tratado de histología. Madrid España

McGraw-Hill – Interamericana. 1995.

[6] A. Frumento, Biofísica. Madrid. España.

Mosby/Doyma Libros, 1972.

[7] W. Ganong, Manual de Fisiología Médica. 15ª edi-

ción. México, D. F. México. Editorial El Manual Mo-

derno. 1996.

[8] V. Sukhorukov, H. Mussauer, U. Zimmermann, Jour-

nal of Membrane Biology, 163, 1998.

[9] S. Muñoz, M. Ruiz, J. Franco, J.M. Miranda Campo

eléctrico inducido en células de geometría elipsoidal

expuestas a una radiación rf. [en línea]

http://ursi.usc.es/articulos_modernos/articulos_coruna_2

003/actas_pdf/SESION%204/S4.%20Aula%202.3/1069

%20-%20CAMPO%20ELECTRICO.pdf

13 de mayo de 2002.

[10] B. Matyushichev, V. Shamratova. Bulletin of Ex-

perimental Biology and Medicine, 139, 2005.