El comportamiento de las células vivas está afectado de forma significativa por las presiones osmóticas relativas del medio ambiente y de la sustancia celular, pues la membrana celular que interviene es semipermeable. Un glóbulo rojo, inmerso en una solución salina concentrada, se consume cuando se le extrae el agua, pero crece y estalla en una solución diluida o en el agua.
Existe obviamente una presión osmótica en el medio circundante, que es idéntica a la que encontramos en el protoplasma de la célula. Tal solución no afecta la célula y se conoce con el nombre de isotónica. La estabilidad de la célula es tal que su presión osmótica es idéntica e isotónica con una solución de cloruro sódico al 0,9%, o solución salina normal. Esta solución es, entonces, idéntica desde un punto de vista osmótico a la de la sangre y la linfa, y se utiliza para bañar células y tejidos sin dañarlos. También puede perfundirse por vía intravenosa para restaurar una volemia reducida, como en el shock quirúrgico.
Cualquiera que sea la sustancia, las soluciones que contienen el mismo número de moléculas por unidad de volumen tienen la misma presión osmótica. Además, las soluciones de sustancias diferentes del mismo porcentaje de concentración tienen presiones osmóticas inversamente proporcionales al tamaño de sus moléculas (por ejemplo, una solución al 1% de proteínas, con moléculas complejas, contiene muchas menos partículas por centímetro cúbico que una solución al 1% de azúcar, siendo menor su presión osmótica correspondiente). Por otra parte, muchas sustancias denominadas electrólitos ionizan en una solución, es decir, sus moléculas se escinden o se disocian en dos o más iones cargados eléctricamente. La presión osmótica de tales soluciones es mayor de lo que podría esperarse por el tamaño de las moléculas y es proporcional al número total de partículas.
Las soluciones tienen una última propiedad de relevancia fisiológica debido a su tendencia a la ionización. Esta propiedad está relacionada con su reacción química: ácida, alcalina o neutra. La acidez es debida a la presencia de iones hidrógeno (H), mientras que la alcalinidad es producto de iones hidroxilos (OH). La reacción del agua es neutra porque produce estos iones en concentraciones idénticas. En cualquier solución donde el producto de los iones hidrógenos e hidroxilos sea constante, se producirán concentraciones inversamente proporcionales. La acidez o la alcalinidad de una solución puede calcularse midiendo sólo su concentración de hidrogeniones. Esta es siempre una pequeña cifra (un litro de agua sólo contiene 10 g de tales iones) y se suele utilizar la potencia de 10 como número positivo (el exponente de ión hidrógeno o pH).
Así, el pH del agua es 7, y éste es el punto medio de la neutralidad química. El pH de una solución cae cuando se eleva su acidez y se incrementa cuando se hace alcalino, un simple paso, digamos, de pH 7 a 8, indica un incremento diez veces mayor de alcalinidad. La reacción de la sangre se acerca normalmente más a la alcalinidad, con un pH de 7,4. Las funciones celulares se modifican profundamente con pequeños cambios en las reacciones químicas: un diminuto cambio en la acidez o en la alcalinidad puede condicionar un paro cardíaco. Sin embargo, pequeños cambios en la acidez y la alcalinidad se producen constantemente durante la vida, y sus efectos se minimizan mediante sales tampón (amortiguadoras), como el bicarbonato sódico, en los fluidos corporales y en el protoplasma, que actúan automáticamente para prevenir cualquier cambio en una reacción. El tampón principal en los fluidos corporales es el fosfato sódico, mientras que en las células es el bicarbonato sódico. Cada uno de éstos puede variar entre sus propias formas de acidez y de alcalinidad para compensar cualquier cambio en la reacción del entorno. Las proteínas pueden funcionar como ácidos diluidos o como bases, así como estabilizadores del pH de las células en que se incluyen.
CRISTALOIDES Y COLOIDES
Todas las sustancias se clasifican en dos clases: cristaloides, compuestos cristalizables simples, como el azúcar y la sal, que se disuelven con facilidad en el agua y atraviesan las membranas animales; y coloides, materiales complejos como la gelatina y la clara del huevo, que cristalizan con dificultad o, sencillamente, no lo consiguen y que se difunden con lentitud y no pueden atravesar membranas. Los dos pueden separarse mediante el proceso de diálisis y la diferencia esencial entre ellos se encuentra en el tamaño de sus moléculas: el peso molecular de la sal es 58,5; el que poseen las proteínas es del orden de 100.000.
Un coloide puede existir como sol predominantemente líquido, o como gel, en estado sólido o semisólido. Las “soluciones’5 coloidales sólo son en realidad suspensiones de partículas, una fase dispersa en un medio líquido. Estas mal llamadas fases son reversibles, como sucede cuando la leche, una suspensión de aceite en agua, se transforma en mantequilla, una suspensión de agua en aceite.
Una característica de las “soluciones” coloidales es que su estrato superficial posee una mayor concentración de coloides que la masa de la solución. Esto es característico de la membrana que rodea las células vivas: aquella membrana cuya semipermea-bilidad era responsable de la transmisión osmótica y del mantenimiento de ciertas diferencias entre el protoplasma contenido y el medio circundante.
Así, existe más potasio que sodio en los glóbulos rojos, aunque para el plasma la situación es inversa. De igual forma, la mayoría de las células tienen un pH ligeramente ácido de 6,8, aunque estén inmersas en un medio neutro o un poco alcalino. Estas diferencias se mantienen por la acción selectiva de la membrana celular. Pero esta acción selectiva no es únicamente física, porque el estrato externo contiene materiales grasos que pueden ser penetrados por agentes lipolubles como el éter o el alcohol (la acción anestésica se produce por una influencia de este tipo sobre las células cerebrales). Las soluciones coloidales son inestables y las partículas pueden precipitarse por el calor, por cambios del pH o por la adición de sales. La coagulación de las proteínas aisladas por el calor es familiar en el caso de las albúminas de la clara del huevo. Una última propiedad importante de los coloides consiste en su poder de absorción hacia otras sustancias debido a la inmensa área superficial formada por las partículas dispersas. La absorción es la capacidad para recoger y retener una sustancia sin entrar en una combinación química con ella.
Los principales factores físicos que controlan la transferencia de sustancias a través de las membranas celulares son los siguientes:
1.Una diferencia de presión hidrostática entre ambos lados. Así, la presión osmótica de las proteínas disueltas en el plasma sanguíneo resiste el paso de agua desde los capilares a los túbulos renales. Esta presión es el equivalente de 30 mm Hg. Esta se vence por lo general por el efecto hidrostático de la presión sanguínea –digamos, de 130 mm Hg. Pero si la presión sanguínea desciende por debajo de 30 mm, por enfermedad o shock, deja de formarse orina.
2.Las leyes ordinarias de difusión y osmosis, que dependen de las concentraciones relativas de las soluciones en ambos lados.
3.Las diferencias de potencial eléctrico.
4.La distinta permeabilidad de las membranas. Sólo alguna vez son impermeables de forma absoluta y ninguna es completamente semipermeable, permitiendo sólo el paso de agua. Algunas permiten el paso de algunos coloides, pero más a menudo sólo agua y cristaloides. En ocasiones, las sustancias sólo pasan en una dirección debido a los cambios que éstas producen en la membrana. Por último, en la diálisis de un compuesto de un ion difusible y otro no difusible, se desarrolla una diferencia de reacción química en ambos lados de la membrana; ésta es la base de la secreción de los jugos gástricos ácidos y alcalinos del estómago y del páncreas respectivamente.
TRANSFORMACIONES DE EMERGÍA DENTRO! DEL CUERPO
Los elementos químicos esenciales del