ÓSMOSIS Y PERMEABILIDAD Universidad de Costa Rica Facultad de Medicina Departamento de Fisiología ÓSMOSIS Y PERMEABILIDAD EN EL ERITROCITO María Lourdes Acuña Gloriana Anchetta Natalia Azofeifa Dennis Brenes II Semestre, 2008

Objetivos Observar los cambios morfológicos que se dan en el eritrocito cuando éstos se encuentran en un medio hipotónico, isotónico o hipertónico. Analizar el porcentaje de hemólisis de una población mixta de eritrocitos cuando se encuentran en soluciones con diversas osmolaridades.

Comparar la permeabilidad de la membrana del eritrocito ante distintas soluciones isoosmolares y relacionarlo con el coeficiente de reflexión de cada sustancia

Resultados y Discusión

Cambios en la morfología de los eritrocitos

Medio hipotónico Medio Isotónico Medio Hipertónico

En solución isotónica Fuente: Hoja de recolección de datos. Laboratorio de Fisiología Humana, UCR. 20-08-08

Fuente: Boron, W; Boulpaep, E. Medical Phisiology, 2005.

Según Debnam en el artículo Osmolarity and partitioning of fluids (2008), la bomba de sodio-potasio ayuda a mantener el volumen celular, oponiéndose al efecto aniónico de las células proteicas. La actividad de esta bomba está reducida si las células son removidas del cuerpo para ser guardadas a bajas temperaturas. Muchos venenos metabólicos trabajan bloqueando esta bomba.

En solución hipertónica Fuente: Hoja de recolección de datos. Laboratorio de Fisiología Humana, UCR. 20-08-08

Fuente: Boron, W; Boulpaep, E. Medical Phisiology, 2005.

En solución hipotónica Fuente: Hoja de recolección de datos. Laboratorio de Fisiología Humana, UCR. 20-08-08

Fuente: Boron, W; Boulpaep, E. Medical Phisiology, 2005.

Curva de fragilidad osmótica

Gráfico 1. Porcentaje de hemólisis de una población de eritrocitos ante diferentes concentraciones (mOsm) de solución salina. Fuente: Cuadro 1. Hoja de recolección de datos. Laboratorio de Fisiología Humana, UCR. 20-08-08

Homeostasis del volumen celular Escrito por Kevin Strange en el 2004 En este trabajo se usó como referencia en mecanismos de control del volumen Detalla los canales de K y Cl así como el cotransportador K-Cl como los principales transportadores en el mecanismo de disminución regulatoria del volumen También menciona el proceso de ósmosis, los osmolitos orgánicos para la regulación a largo plazo y la acción de ciertas kinasas

Permeabilidad de la membrana para varias moléculas orgánicas en concentraciones isoosmolares

Gráfico 1. Tiempo de hemólisis en segundos de una población de eritrocitos sometidos a diversas sustancias en concentraciones isoosmolares con el plasma. Fuente: Cuadro 2. Hoja de recolección de datos. Laboratorio de Fisiología Humana, UCR. 20-08-08

Tiempo de Hemólisis Butanol Urea Etanolamina Isobutanol Etilenglicol MM: 74,12 g/mol Urea MM: 60,06 g/mol Etanolamina MM: 61,08 g/mol Isobutanol MM: 74,12 g/mol Etilenglicol MM: 62,07 g/mol Dietanolamina MM: 105,15 g/mol Tiourea MM: 76,12 g/mol Fuete: Hoja de recolección de datos, Laboratorio de Fisiología, UCR, 2008.

Organic Osmolytes as compatible, metabolic and counteractings cytoprotectants in high osmolarity and other stresses (Yancey, P; 2005) Existen osmolitos orgánicos que son solutos pequeños utilizados para mantener el volumen de la célula. Se llaman solutos compatibles. Actúan como antioxidantes, y estabilizan macromoléculas Están los “osmoconformers” que usan osmolitos orgánicos para mantener la presión osmótica y los osmoreguladores que usan transporte de iones para la homeostasis interna. Ejemplos: Betaína, Taurina, Hipotaurina, Sorbitol, Inositol, Alanina

Presencia de hemólisis Cuadro 3. Presencia de hemólisis en la solución glucosada 5% y salina al 0,9% Presencia de hemólisis SOLUCIÓN GRUPO 1 GRUPO 2 GRUPO 3 GRUPO 4 GRUPO 5 GRUPO 6 GRUPO 7 GRUPO 8 GRUPO 9 GRUPO 10 Glucosada 5% No Si Salina 0,9% Fuente: Cuadro 3 de las hojas de recolección de datos utilizadas por los grupos del Laboratorio de Fisiología para Medicina, UCR, 20 de agosto del 2008.

Hemólisis de la Glucosa y el NaCl GLUT1 NaCl

GLUT1 deficiency and other glucose transporter diseases (Pascual, J.) Enfermedades como síndrome Fanconi-Bickel, enfermedad De Vivo y la enfermedad de mala absorción glucosa-galactosa son productos de desórdenes genéticos de los GLUT o del SGLT. GLUT1 se expresa en eritrocitos y cerebro. Se han decodifocado 12 tipos de GLUTS. En la enfermedad de mala absorción hay mutaciones en el gen del SGLT-1

GLUT1 deficiency and other glucose transporter diseases (Pascual, J.) En el síndrome de Franconi hay mutación del GLUT2. El GLUT1 tiene 492 aa y un peso de 45-55 kDa En la enfermedad de De Vivo hay una mutación del gen SLC2A1, y se presenta disminución de la cantidad de glucosa en el LCR (hipoglucorraquia).

Estructura Estructura del GLUT1 Fuente: Pascual, J. Glut deficiency and other glucose transporter diseases

Artículos

El volumen celular se regula por canales de agua - aquaporinas, proteínas integrales de la membrana celular Tetrámeros con 6 dominios transmembrana Cada monómero forma un solo poro. En general son impermeables a solutos cargados y a iones. Algunas son ubicuas mientras que otras se expresan solo en un tejido.

La AQP1 se encuentra en los eritrocitos y es muy permeable. Agentes mercuriantes pueden inhibir su permeabilidad al agua. Alteraciones en las AQP pueden producir patologías al darse alteraciones en la homeostasis.

Conclusiones

El eritrocito en un medio isotónico no cambia su estructura morfológica bicóncava. En cambio, en un medio hipotónico, la célula libera agua y se crena. Por otro lado, en un medio hipertónico, el eritrocito se hincha y cambia su estructura a forma de esfera.   El eritrocito a concentraciones de alrededor de 200mOsm tiene mecanismos de regulación que compensan la pérdida de volumen. Cuando se coloca frente a soluciones con concentraciones hipotónicas, el porcentaje de hemólisis de los eritrocitos tiende a aumentar conforme las concentraciones de solución salina van aumentando.

Cuando entra la solución salina con concentración de 300 mOsm no ocurren cambios en la estructura del eritrocito pues es un medio isotónico que proporciona equilibrio. Las sustancias que poseen un bajo coeficiente de reflexión atraviesan la membrana más rápidamente. Las sustancias con mayor peso molecular y de más polaridad como la ditanolamina y la tiourea, no atraviesan tan fácilmente la membrana; a diferencia de sustancias como la urea, el butanol y el isobutanol que atraviesan la membrana más rápidamente.

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Bibliografía Boron, W. Boulpael, E. Medical Physiology. Elsevier Saunders. Estados Unidos, 2005. Brown, Theodore; LeMay, Eugene; Bursten, Bruce. Química: la ciencia central. Editorial Pearson. Novena edición. México, 2004. Debnam, E (2008). Osmolarity and partitioning of fluids. Basic Science, 26: 81-85. Castro, R y Suárez, A.: Prácticas de laboratorio. Fisiología Humana. Departamento de Fisiología. Universidad de Costa Rica. SIEDIN, 2008. Epstein, F. (2008) Relation of cell volume in health and disease. Massachusetts Medical Society. Ganong, W. Fisiología Médica. Manual Moderno. México, 2006. Ulate, G. Fisiología Renal. Editorial de la Universidad de Costa Rica. Segunda Edición. San José, Costa Rica. 2007.

Bibliografía Levy, M. Stanon, B. Berne y Levy: Fisiología. Elsevier. Estados Unidos, 2006. Marks, A. Smith, C. Bioquímica Básica de Marks: un enfoque clínico. Mcgraw Hill. España, 2006. Ross, Michael. Histología: texto y atlas color con biología celular y molecular. Editorial Médica Panamericana. Cuarta edición. Buenos Aires, Argentina, 2005. Strange, K (2004). Cellular volume homeostasis. Advanced Physiology Education 28: 155-159. Yancey, P. (2005). Organic osmolytes as compatible, metabolic and counteracting cytoprotectants in high osmolarity and other stresses. The Journal of Experimental Biology; 208: 2819-2830. Pascual, J; et al. (2004). GLUT1 deficiency and other glucose transporter diseases. European Journal of Endocrinology; 150: 627-633. Whittembury, M; et al (2006). El volumen celular se regula por canales de agua: aquaporinas, proteínas integrales de la membrana celular. Academia Nacional de Medicina de Venezuela; 89-96.

Anexos

Porcentaje de hemólisis Cuadro 1.Promedio y desviación estándar del porcentaje de hemólisis de una población de eritrocitos ante diferentes concentraciones (mOsm) de solución salina. Porcentaje de hemólisis Sustancia GRUPO 1 GRUPO 2 GRUPO 3 GRUPO 4 GRUPO 5 GRUPO 6 GRUPO 7 GRUPO 8 GRUPO 9 GRUPO 10 Promedio Desviacion estandar Agua destilada 90 87 129 96 93 100 95 92 98,00 12,39 SS 25 89 109 108 99 86 95,22 9,00 SS 50 81 105 84 70 79 85,11 9,69 SS 75 75 72 83,56 7,16 SS 100 74 126 76 82 69 86,22 16,92 SS 125 73 71 79,33 10,17 SS 150 78 63 77 66 61 73,44 9,62 SS 175 67 64 52 60 62 56 65,11 9,18 SS 200 40 50 58 13 59 32 43,78 15,55 SS 300 1 6 3 5 6,22 4,21 Fuente: Cuadro 1 de las hojas de recolección de datos utilizadas por los grupos del Laboratorio de Fisiología para Medicina, UCR, 20 de agosto del 2008.

Tiempo de Hemólisis (s) Cuadro 2. Tiempo de hemólisis en segundos de una población de eritrocitos sometidos a diversas sustancias en concentraciones isoosmolares con el plasma . Tiempo de Hemólisis (s) Sustancia GRUPO 1 GRUPO 2 GRUPO 3 GRUPO 4 GRUPO 5 GRUPO 6 GRUPO 7 GRUPO 8 GRUPO 9 GRUPO 10 Promedio Desviación Estándar Butanol 5 6 4 7 5,70 1,06 Dietanolamina 120 132 113 104 146 138 74 123 82 103,90 41,09 Etanolamina 8 9 10 8,50 0,85 Etilenglicol 13 64 26 42 11 19,20 19,49 Isobutanol 9,40 2,63 Tiourea 91 188 100 53 72 85 124 79 105,80 39,78 Urea 18 15 3 6,80 5,20 Fuente: Cuadro 2 de las hojas de recolección de datos utilizadas por los grupos del Laboratorio de Fisiología para Medicina, UCR, 20 de agosto del 2008.

Presencia de hemólisis Cuadro 3. Presencia de hemólisis en la solución glucosada 5% y salina al 0,9% Presencia de hemólisis SOLUCIÓN GRUPO 1 GRUPO 2 GRUPO 3 GRUPO 4 GRUPO 5 GRUPO 6 GRUPO 7 GRUPO 8 GRUPO 9 GRUPO 10 Glucosada 5% No Si Salina 0,9% Fuente: Cuadro 3 de las hojas de recolección de datos utilizadas por los grupos del Laboratorio de Fisiología para Medicina, UCR, 20 de agosto del 2008.

SI NO Hiperosmolar Isoosmolar Hipoosmolar Hipertónico Isotónico > 290 SI = 290 NO < 290 Isotónico Hipotónico 290