renal sep 2013-feb 2014 iii estudiantes

BIOFSICA

BIENVENIDOS

SEMESTRE SEP 2013-FEBRERO 2014

Dra. Marcia Zapata Mora

08/09/2013 Bf Sistema Renal

Dra. Marcia Zapata 1

BIOFSICA Programa Acadmico

III Semestre 1.- Sistema Renal.- Generalidades.- Osmorregulacin.-

Principios.- Presin osmtica.- funciones del rin.- Fenmenos presentes en la formacin de la orina.- Ultrafiltracin.- Tasa de ultrafiltracin.- Presiones.- Tasa de Depuracin.- Variacin de la tasa de Depuracin si la sustancia es ultrafiltrada, secretada y reabsorbida




III Semestre 2.- Biopotenciales.- Fundamentos bsicos de

electricidad.- Potencial elctrico.- Campo elctrico.- Unidades.- Descarga.- Corriente elctrica.- Unidades Conductancia.- Resistencia.- Clasificacin de los conductores de primera, segunda y tercera clase.

Potenciales de Superficie.- (EMG, EEG,ECG,ERG,EOG) .- Clasificacin.




III Semestre 3.- Visin.- Generalidades.- Movimiento vibratorio

armnico.- Propiedades.- Naturaleza de la luz.- Teoras.- El ojo como sistema ptico.-Tipos de estructuras pticas.- Elementos del ojo para el enfoque.- Defectos de visin.- Eje principal.- Distancia focal.- Potencia de las lentes.- Combinacin de lentes.- Defectos visuales.




III Semestre 4.- Audicin.- Generalidades del sonido.-

Velocidad del sonido.- Intensidad sonora.- Rango de frecuencia.- Ley de Fechner.- Umbral de sensacin desagradable.- Curvas de sonoridad.- decibeles.- Aplicaciones.- Recepcin auditiva.- Odo externo, medio e interno



Bibliografa

Frumento: Biofsica Stacey : Fundamentos de Fsica Mdica Cicardo : Biofsica Jacobson : Medicine and Clinical Engineering Guyton :Tratado de Fisiologa Mdica Muraziole :Biofsica ALBERTO POMPA NUEZ: BIOFSICA





BIOFSICA DEL SISTEMA RENAL

Generalidades

El agua controla la naturaleza bsica de la vida y su distribucin en el planeta.

La mayor parte de los seres

vivos estn constituidos por agua

El agua es el medio en el que ocurren casi todas las reacciones metablicas.





El agua es la sustancia ms abundante y de mayor importancia en todos los organismos vivos, representando entre un 50 y 75% del peso corporal del adulto. Es el medio donde se llevan a cabo los procesos del organismo. La eliminacin de un 10% del agua corporal puede alterar gravemente el medio interno y la del 20% casi siempre resulta mortal.



Funciones del agua Forma parte bsica de la composicin de la sangre. Participa en el ingreso y expulsin de sustancias Es termorreguladora Es medio de transporte Mantiene : Presin arterial Funcin renal Concentracin normal de electrolitos



Composicin de los lquidos corporales y su distribucin en el organismo El agua total del organismo constituye alrededor de 50 a 75% del peso corporal y se encuentra distribuida en dos grandes compartimientos: a nivel Intracelular y extracelular.



2/3 del liquido corporal es el liquido intracelular (LIC), dentro de las clulas y el 1/3, llamado lquido extracelular (LEC), se encuentra fuera de las clulas e incluye el resto de los lquidos corporales. Cerca del 80% del LEC es lquido intersticial, el cual ocupa los espacios entre las clulas de los tejidos y el otro 20% de LEC es plasma.



Los dos compartimientos son separados por dos barreras: 1. La membrana plasmtica de cada clula individual separa el lquido intracelular del lquido intersticial circundante, es una barrera de permeabilidad selectiva.



2. Las paredes de los vasos sanguneos separan el liquido intersticial del plasma, slo en los capilares las paredes son los suficientemente fina y permeable para permitir el intercambio de agua y solutos entre el plasma y el liquido intersticial.



El organismo se encuentra en equilibrio hidroelectroltico: Cuando las cantidades requeridas de agua y solutos estn presentes y correctamente distribuidos en los distintos compartimientos. El proceso de distribucin y osmosis permiten el continuo intercambio de agua y solutos entre los compartimientos lquidos del organismo, sin embargo el volumen de lquido en cada compartimiento permanece notablemente estable.



La eliminacin de agua se produce de cuatro maneras: 1. Los riones excretan alrededor de 1,500 ml/da. 2. La piel evapora alrededor de 600 ml/da. 400 ml por transpiracin insensible. 200 ml como sudor. 3. Los pulmones exhalan cerca de 300 ml/da de vapor de agua. 4. El tubo digestivo elimina alrededor de 100 ml/da en las heces.



Cabe mencionar que en las mujeres en edad reproductiva, el flujo menstrual representa tambin una prdida adicional de agua. En promedio, la perdida diaria de agua es alrededor de 2,500 ml. La cantidad de agua perdida por estas vas puede variar considerablemente dependiendo el caso



Los animales ms complejos tienen su propio mar interno: Sangre y Lquido Intersticial

Que transporta y disuelve nutrientes, gases y productos de desecho.

Para mantener la homeostasis, los animales terrestres deben conservar un volumen de agua cuidadosamente regulado.

Uno de los sistemas reguladores es el renal.

El equilibrio hdrico del organismo

Es el resultado entre el agua que ingresa y la que pierde el organismo

El ingreso se realiza a travs de dos tipos de fuente:

El agua exgena y la endgena

La prdida a travs de:

Piel, pulmones, tubo digestivo y rin

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El agua exgena ingresa en forma de bebidas y alimentos

La endgena es el producto de reacciones metablicas.

El agua endgena forma el plasma sanguneo y a partir de ste el liquido intersticial.

o El exceso de agua se evapora o se excreta va heces, orina y transpiracin.

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El agua exgena

Alcanza un volumen entre 800 y 1 000 ml diarios que depende de:

1.- Condiciones ambientales

2.- Trabajo fsico

3.- Hbitos individuales


El agua endgena

Se produce durante la oxidacin de los alimentos, en un volumen que vara entre los 300 a 400 mililitros por da.

El volumen de agua endgena producida depende del tipo de

molcula Y:

1 gramo de: Produce

mililitros

de agua

Carbo-

hidratos

Protenas

0.55

0.41

Grasa

1.07


Equilibrio hdrico

La prdida del agua corporal depende de la

actividad fsica y del clima

Total ingreso = 1500

mililitros/da

Total egreso = 1500

mililitros/da

Ganancia ml /

da

Prdida ml/da

Aguas y

bebidas

500 a

2000

Heces 200 a

300

Alimentos 800 a

1100

Pulmn 400 a

600

Endgena

(En la oxidacin) 200 a

400

Piel 400 a

600

Rin 600 a

2000


Fenmenos que determinan que la composicin de los lquidos corporales sea constante

La homeostasis se logra a travs de la:

1.- OSMORREGULACIN

2.- EXCRECIN DE LOS DESECHOS METABLICOS


La osmorregulacin

Se encarga de mantener constante el valor de la presin osmtica en los fluidos corporales

Controla el equilibrio entre el agua y la concentracin de los electrolitos.

Los valores de las concentraciones electrolticas varan dentro de lmites

compatibles con la vida


La osmorregulacin

Es la capacidad de los seres vivos para mantener en sus tejidos y fluidos corporales una determinada presin osmtica

Regula el equilibrio del agua y los electrolitos





Principios de la osmorregulacin

1.- Entre el espacio intracelular y extracelular no existe gradiente osmtico (la distribucin de las partculas osmticamente activas, en esos espacios, no genera una diferencia de presin)

2.- En cada espacio o compartimento, existen en promedio tantas cargas positivas como negativas.

Estos principios hacen que:

a) Cualquier movimiento de electrolitos osmticamente activos, en particular el sodio, tenga como consecuencia el movimiento del agua y viceversa

b) Cualquier desplazamiento de un portador de carga de un compartimento a otro, sea compensado por el movimiento de otro portador de carga.

A travs del in sodio el equilibrio de agua est acoplado con el equilibrio de electrolitos



La presin osmtica

Es la ejercida por el lquido al pasar de un medio a otro ms concentrado, a travs de una membrana semipermeable.

La presiones osmticas de la sangre, plasma y suero son aproximadamente iguales

Presin Osmtica () de los lquidos biolgicos: 7.6 atmsferas

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.Presin osmtica

Como el agua pasa libremente a travs de la membrana celular el lquido intracelular y el intersticial tienen la misma presin osmtica.



.Presin osmtica

La mayor parte de la

presin osmtica () extracelular se debe a:

Iones Na y Cl

La presin osmtica del Intracelular se debe a :

K, Fosfato y aniones orgnicos (lactato piruvato)



El principal rgano osmorregulador de los vertebrados es el rin.

Bsicamente regula el contenido de sal y agua en el organismo.

Otros rganos excretores son: los pulmones, la piel, aparato digestivo, el hgado que produce urea y cido rico



FUNCIONES DEL RIN:

1.- Excrecin activa de los catabolitos no voltiles

2.- Regulacin de los fluidos y del balance electroltico del cuerpo

3.- Regulacin de la presin arterial a travs de la hormona renina

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o La unidad funcional del rin es el nefrn.

o En cada rin hay 1000 000 de unidades.

o La sangre fluye por los capilares glomerulares con una presin que hace pasar hacia la cpsula de Bowman, un 10% del volumen plasmtico (125 ml/minuto) que constituye el ultrafiltrado

o El ultrafiltrado es sometido a procesos de secrecin y reabsorcin, durante su recorrido por los tbulos para finalmente convertirse en orina en una cuanta de 0,5 a 1 ml/minuto.

FENMENOS PRESENTES EN LA FORMACIN DE LA ORINA:

1.- Ultrafiltracin del plasma

2.- Secrecin activa de ciertas

sustancias hacia los tbulos

3.- Reabsorcin de otras

(devueltas a la sangre)

4.- Transporte activo, pasivo

5.- Fuerzas gravitacionales





La ultrafiltracin se produce en la cpsula de Bowman

La secrecin y la reabsorcin, en los tbulos: proximal, Asa de Henle y distal.

Las paredes tubulares tienen la capacidad de secretar o absorber sustancias, especialmente agua, dependiendo del equilibrio hdrico del organismo, lo que da lugar a la variacin de la concentracin de la orina.

Alguna sustancias son reabsorbidas casi en su totalidad: Glucosa y cloruro de sodio

Los riones no pueden mantener ms que una determinada diferencia de concentracin entre la sangre y la orina que se est formando.





Por ejemplo, si el nivel de azcar excede los 160 mg/dl (9 mMol/l)

La glucosa no se reabsorbe completamente y aparece en la orina.

El contenido de sal en el organismo depende de la dieta.

ULTRAFILTRACIN

La presin de la sangre, en su paso por los capilares glomerulares, da lugar a que parte del plasma pase hacia la cpsula de Bowman, en un fenmeno conocido como ultrafiltracin.

En la membrana de la cpsula de Bowman, se retienen las partculas coloidales con tamao mayor a 0.2



TASA DE ULTRAFILTRACIN (U)

Es el volumen de ultrafiltrado por unidad de tiempo:

U = Vu / t U = Tasa de ultrafiltracin Vu= Volumen de ultrafiltrado en t minutos. La tasa de ultrafiltracin establece la calidad de

filtracin.





La ultrafiltracin depende de:

1.- Permeabilidad de la membrana

2.- De las presiones que actan en la ultrafiltracin.

Permeabilidad de la membrana glomerular

Se cuantifica a travs de la Relacin de Cribado: cuociente entre las concentraciones de una sustancia en el ultrafiltrado (Cu) y en el plasma (Cp)

Rc = Cu / Cp



Valores de la Relacin de Cribado (Rc)

Agua, urea, iones, glucosa 1.00

Mioglobina 0.75

Hemoglobina 0.03

Seroalbmina 0.01

La Relacin de Cribado tiene unidades absolutas



Presiones interactuantes en el ultrafiltrado

Constituyen el segundo factor para la ultrafiltracin, son 3:

1.-Presin sangunea en los capilares del ramillete (Ps).

Es la fuente de energa para el filtrado glomerular y forza el paso del plasma hacia la cpsula



2.- Presin intracapsular (Pi) es la hidrosttica ejercida por el ultrafiltrado presente en la cpsula de Bowmn.

Se opone a la ultrafiltracin

3.- Presin coloideosmtica (), debida al fenmeno de smosis producido por la mayor concentracin proteica en los capilares.

Tambin se opone a la ultrafiltracin



Se denomina presin de ultrafiltrado (Pu) a la diferencia entre la sangunea y la intracapsular

Pu = Ps - Pi

La presin efectiva es la diferencia entre la de ultrafiltrado y la coloideosmtica

Pe = Pu -





Presin sangunea en los capilares del ramillete: 90 mm Hg

Presin intracapsular 15 mm Hg

Presin coloideosmtica 30 mm Hg

Tasa de depuracin (D)

Es el volumen de plasma que debe filtrarse en la unidad de tiempo para que en la orina aparezca una cierta cantidad de sustancia.

D = Vp / t

Vp = Volumen de plasma en ml

t = tiempo en minutos



En una solucin, la masa disuelta de soluto, es igual al producto de su concentracin por el volumen de la solucin

Mo presente en la orina= V orina x C orina

Mp presente en el plasma= V plasma x C plasma



La masa de una sustancia es constante

La masa de una sustancia en la orina es igual a la presente en el plasma:

mo = mp

Pero: mo = Co x Vo mp = Cp x Vp

Entonces:

Vo x Co = Vp x Cp





Vo x Co = Vp x Cp Despejando Vp y dividiendo cada miembro de esta

igualdad para tiempo

Vp = Vo x Co t t x Cp El miembro izquierdo es la tasa de depuracin Vp/t =

D



D = Vo x Co

t x Cp

Caudal (Q) es la relacin entre el volumen y la unidad de tiempo, entonces:

D = Qo x Co/Cp



La tasa de depuracin NO es la masa de una sustancia depurada, sino el volumen de plasma depurado por unidad de tiempo para obtener esa masa en la orina.

La tasa de depuracin tambin se denomina clearance



La variacin de la Tasa de Depuracin (D) indica si una sustancia es:

Slo ultrafiltrada

Reabsorbida, o

Secretada

Variacin de la Tasa de Depuracin (D) si la sustancia slo es ultrafiltrada

La condicin extrema para secrecin o reabsorcin se tiene cuando una sustancia pasa por completo la membrana de la cpsula de Bowman.

Es decir cuando Rc = 1 y en consecuencia: Cu = Cp



Si la sustancia solo es ultrafiltrada

No habr secrecin ni reabsorcin

La masa presente en la orina ser igual a la que hay en el ultrafiltrado y en el plasma.

En ese caso:

mu = mp

Reemplazando por sus equivalencias:

Cu Vu = Cp Vp



Como Cu = Cp, se simplifican y la relacin queda:

Vu = Vp

Dividiendo miembro a miembro para tiempo:

Vu/t = Vp/t

U = D

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Si la sustancia slo es ultrafiltrada:

La tasa de depuracin es constante y es igual a la de ultrafiltracin.

En esta igualdad no interviene la concentracin de la sustancia en el plasma, y no altera el valor de la tasa de depuracin.





Si se grafica la tasa de depuracin (D) en ordenadas y la concentracin de la sustancia

en el plasma (Cp) en abscisas

El grfico es una lnea horizontal que intercepta al eje de D con un valor igual a 125 ml/minuto, que corresponde a la tasa

de ultrafiltracin fisiolgica

En consecuencia el grfico es una lnea horizontal paralela al eje de Cp



U =125 ml/min

D = U Si la sustancia es filtrada

Cp

Variacin de la tasa de depuracin (D) si la sustancia es reabsorbida

La masa de la sustancia presente en la orina es igual a la que pasa al ultrafiltrado menos la

que se reabsorbe en los tbulos.

Mo = Mu Mr

Recordando que

M disuelta en la solucin = C soluto V solucin

Co Vo = Cu Vu M REABSORBIDA





Dividiendo miembro a miembro para el tiempo (t) y para la concentracin de la sustancia en el plasma (Cp):

CoVo = CuVu - M REABSORBIDA

t Cp t Cp t Cp El miembro izquierdo es D

Por condicin del problema Rc = 1 entonces

Cu = Cp que se simplifican en el primer

miembro de la derecha



Al simplificarse esas concentraciones, ese trmino se convierte en U.

A la relacin masa reabsorbida dividida para tiempo se le denomina tasa de reabsorcin (R)

Ese trmino queda ahora como R/Cp

D = U R/Cp



La fraccin R/Cp tiene un valor cada vez ms pequeo conforme aumenta la concentracin de la sustancia en el plasma. Su valor podra ser igual a cero.

Conforme aumenta Cp restamos a U una cantidad ms pequea, por lo que el valor de la tasa de depuracin aumenta con el incremento de la concentracin plasmtica hasta alcanzar un valor igual a U.



x x

x x

x U

D ml/min

Cp

125 D si la sustancia es R

Variacin de D si la sustancia es secretada

La masa de la sustancia presente en la orina es igual a la que pasa al ultrafiltrado ms la que

se secreta hacian los tbulos.

Mo = Mu + Ms

Por analoga:

D = U + S/Cp





Cmo vara el valor de la fraccin S/Cp si Cp aumenta?

Si Cp, cada vez aumenta, Cmo vara el valor de D?



En este caso D es mayor que U.

A medida que aumenta la Cp, el 2do trmino derecho va disminuyendo. En consecuencia, la variacin de D si la sustancia es secretada comienza con un valor superior al de U y se acerca a ella a medida que aumenta su Cp.

x

x

x

x 125

D si la sustancia es secretada

U

Cp

D

REABSORCIN Y SECRECIN

La reabsorcin es el paso de una sustancia desde el interior de los tbulos renales, atravesando inclusive el lquido intersticial, hacia el plasma sanguneo de los capilares peritubulares.

La secrecin es la migracin de esas sustancias hacia el interior de los tbulos.

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Para la reabsorcin o secrecin requiere:

Gradiente de concentracin

Gradiente elctrico (variacin de potencial)

Gradiente de presin.

Las sustancias se transportan pasiva y activamente.

Energa para el pasivo: La interna

Energa para el activo ATP



La gran cantidad de lquido ultrafiltrado es compensada por la reabsorcin (un 99%).

Diariamente, los tbulos reabsorben, una y otra vez, ms de 178 litros de agua, 1200 gramos de sal y alrededor de 250 gramos de glucosa, sulfato, urea.



Para mantener la neutralidad electroltica, la reabsorcin de un in va acompaada de la de otro de carga contraria,.

El rin reabsorbe los iones alcalinos glucosa, el sodio, el cloro, el bicarbonato

Mientras que excreta iones cidos.



Las microvellosidades de las clulas epiteliales de las paredes de los tbulos renales aumentan la superficie lo que favorece la reabsorcin.

Otras sustancias son secretadas o reabsorbidas: urea, cido rico, fosfatos; sin embargo, pueden aparecer en la orina.

Otras son excretadas totalmente, el manitol, PAH (cido para-aminohiprico)



La concentracin de la orina

= N RT / V

o = Presin osmtica en atmsferas

o N = Nmero de moles

N = peso en gramos/peso molecular

o R = Constante general de los gases

R = 0.0821 litros atmsfera / mol K

o T = Temperatura absoluta K

T (K) = T(C) + 273

o V = Volumen de la solucin en litros



Ley de Vant Hoff

La concentracin del soluto y la temperatura absoluta de la solucin son proporcionales con la presin osmtica.

La es numricamente igual a la presin que ejerceran las molculas del soluto si estuviesen en el estado gaseoso.



Ley de Dalton

Cada sustancia disuelta en una solucin, ejerce su propia presin osmtica.

La presin osmtica total es la suma de las presiones parciales.

Los electrlitos se disocian en iones y cada in desarrolla

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Como la depende del nmero de moles, la concentracin se la expresa en osmoles en lugar de moles.

Un osmol es igual a una mol de soluto no disociado.

Una mol de glucosa es igual a un osmol porque no se disocia.

Una mol de ClNa se disocia en los dos iones y su concentracin es igual a dos osmoles



OSMOLALIDAD: Osmoles / Kg de agua

OSMOLARIDAD : Osmoles / litro de agua

mOsmol: 0.001 osmol

La osmolaridad de los lquidos orgnicos es igual a 297 mOsmol / litro 300 mOsmol/litro



= N R T / V

= 0.300(mol) 0.0821(l atm / mol K)310K

1 litro

= 7,6 atmsferas= 5776 mm Hg

El valor real es 5500 mm Hg porque los iones de los lquidos corporales ejercen una fuerza gravitacional muy grande por lo que no se mueven libremente.





Ejemplo: Tengo 20C de una solucion 0.05 M de cloruro de potasio (KCl) en agua Use la formula de presion osmotica p=N.R.T/V p=0.05 x 0.082 x 293 p=1.20At

Las tres cuartas partes de la del plasma se deben al ClNa.

En la cpsula de Bowman:

El ultrafiltrado tiene una osmolaridad de 300 mOsmol / l

En el tbulo proximal:

El Na se transporta activamente hacia el intersticio

La pared es permeable al agua y permite que salga al intersticio.



Al comienzo de la rama descendente del asa de Henle, la osmolaridad es igual a la del ultrafiltrado glomerular

La rama descendente est en contacto con zonas del intersticio de mayor osmolaridad y su pared es permeable al sodio y al agua

El Na ingresa pasivamente al interior del tbulo

El agua difunde hacia el intersticio.

Aumenta la osmolaridad del ultrafiltrado hasta un valor de 1200 mOsmol / l



En la rama ascendente hay transporte activo de sodio hacia el intersticio, por lo que

osmolaridad del ultrafiltrado disminuye.

Y se vuelve ligeramente hipotnico al comienzo del tbulo distal.





En el asa de Henle, la osmolaridad aumenta y luego disminuye.

Hay transporte activo del Na en presencia de una membrana semipermeableSin embargo, la diferencia de osmolaridad entre el ultrafiltrado y el intersticio es constante,

Este proceso se denomina mecanismo de multiplicacin a contracorriente

En el tbulo distal, la permeabilidad de sus paredes al agua, depende del equilibrio hdrico del organismo

Si se vuelven permeables al agua, sta difunde libremente hacia el intersticio y la concentracin va en aumento, dando lugar a la orina hipertnica.

Si es impermeable, no hay aquella concentracin y la orina es hipotnica

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Propulsin de la orina a lo largo del nefrn

Factores:

Presin

Gradiente de densidad del ultrafiltrado

La presin es mayor en la cpsula de Bowman y casi negativa en el tubo colector.

Esa gradiente hace que el ultrafiltrado se dirija hacia el tubo colector.



El proceso de concentracin del ultrafiltrado (reabsorcin y secrecin) da lugar a que su densidad sufra variaciones a lo largo del nefrn.

En la rama descendente del asa, la concentracin aumenta.

Pero la tendencia del ultrafiltrado a regresar hacia el tbulo proximal, causada por la diferencia de concentracin, no es posible porque la presin de ultrafiltracin es alta



La Presin de ultrafiltracin ms el peso del lquido propulsan al ultrafiltrado hacia la rama ascendente.

La presin baja, a nivel de la unin con el colector, hace posible la llagada de la orina a este punto.

En adelante concurren la gravedad y las contracciones de los msculos que intervienen en el sistema renal

Finalmente se excreta la orina.

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