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Gradientes químicos: DIFUSIÓN.
Cuando entre dos puntos de existe una diferencia de concentración la misma tiende a dispersarse, este fenómeno es llamado difusión neta.
Flujos unidireccionales y flujos netos
· El flujo neto de difusión es el pasaje de soluto desde el lugar de mayor concentración hacia el lugar de menor concentración.
· También hay difusión cuando las concentraciones entre ambos compartimientos son las mismas.
Ley de Fick
· Variación de la concentración de soluto (∆C).
· Función de distancia (∆X).
· A, es área de pasaje considerada (cm2).
· D, es el coeficiente de difusión en la membrana.
Difusión y potencial químico
El potencial químico (µ) expresa la energía libre asociada a este gradiente y disponible para realizar un trabajo.
GRADIENTES ELÉCTRICOS
La fuerza impulsora en este caso, para el movimiento de cargas, es una diferencia de potencial eléctrico (∆V).
La presencia de una diferencia de potencial ha generado un movimiento neto de cargas incluso en ausencia de un gradiente de concentración. Este movimiento recibe el nombre de flujo eléctrico o iónico y el mismo será indirectamente proporcional a la diferencia de potencial eléctrico que exista entre ambos compartimientos y dependerá de la permeabilidad de la membrana a cada uno de los iones.
· P, representa el coeficiente de permeabilidad eléctrica.
· ∆V, es la diferencia de potencial eléctrico.
· A, es el área de la membrana.
La diferencia de potencial eléctrico (∆V) es la energía o trabajo que es necesario realizar para transportar una carga desde un punto A hacia otro B.
GRADIENTES ELECTROQUÍMICOS: Son la suma de un gradiente eléctrico más uno químico. Un concepto importante asociado al gradiente químico es el de potencial químico que representa la energía asociada a este gradiente. Además, asociado a un gradiente eléctrico existe un potencial eléctrico que expresa la energía asociada a este gradiente. De lo que se deduce que el potencial electroquímico es igual a la suma de ambas expresiones y se lo simboliza con la letra µ.
Membranas permeables, impermeables y semipermeables: el coeficiente de reflexión (σ).
Ósmosis es el movimiento de agua, desde el compartimiento de menor concentración de soluto hacia aquel en donde está más concentrado, a través de una membrana solo permeable al agua.
SI existe un solo soluto permeable, se encontrará un valor de presión osmótica menor al cálculo a partir de la ecuación. Podemos intentar corregir esta desviación, con respecto a lo esperado, introduciendo el coeficiente de reflexión o de Staverman (σ) y obtendremos el valor de la presión osmótica efectiva.
Soluciones isotónicas e isoosmóticas
Una solución será isotónica cuando una célula sumergida en ella, no cambie su volumen. Esto se debe a que no ha habido un flujo neto de agua desde adentro hacia fuera o viceversa.
Esto indica que la presión osmótica efectiva es la misma adentro que fuera de la célula.
En la práctica médica es muy común utilizar soluciones isotónicas para corregir las alteraciones del balance hidrosalino. La solución fisiológica tiene una osmolaridad similar a la del plasma humano y por ello se la considera isoosmótica. 
Las barreras biológicas
El hombre está constituido por una seria de compartimientos, separados por barreras. 
· La membrana celular, que limita el compartimiento intracelular.
· Las barreras epiteliales o endoteliales de estructura más compleja, que limitan el compartimiento intravascular, el tubo digestivo y sus anexos, el aparato respiratorio, los túbulos renales, etc.
Estas estructuras efectúan un control cualitativo y cuantitativo de la entrada y salida de sustancias, como consecuencia del intercambio selectivo de éstas, contribuyendo de esta forma a mantener las diferencias en la composición de los medios que separan.
LA MEMBRANA CELULAR
Limita uno de los compartimientos más importantes de la economía corporal: el compartimiento intracelular. Este es un compartimiento discontinuo, formado por el interior de todas las células del organismo. Formada por una bicapa lipídica, en la cual los principales lípidos que la componen son: fosfolípidos, colesterol y glicolípidos.
Los fosfolípidos están formados por una cabeza y dos colas hidrocarbonadas. El conjunto constituye una molécula alargada con un extremo hidrófilo y una extremidad hidrófoba. Se organizan en la membrana formando una bicapa en la que las colas de los hidrocarburos se orientan para constituir un interior hidrófobo mientras que las cabezas hidrófilas “miran” hacia los compartimientos intracelular y extracelular. 
Los glicolípidos tienen una cabeza polar que consiste es uno o más azúcares.
El colesterol mantiene la estabilidad de las membranas celulares de los eucariotas superiores y disminuye la fluidez de la bicapa.
La bicapa lipídica constituye una barrera eficaz para la mayoría de las moléculas que deben atravesarla.
Las proteínas constituyen el segundo componente central de la membrana celular son generalmente divididas en proteínas intrínsecas o integrales que se sumergen más o menos profundamente en la bicapa, y proteínas extrínsicas o periféricas que se hallan sobre los fosfolípidos. Es común encontrar cadenas de hidratos de carbono sobre las proteínas. 
Mecanismos de pasaje de sustancias a través de la membrana celular
Transporte activo
El pasaje de moléculas a través de la membrana plasmática debido a la existencia de una diferencia de concentración de dichas moléculas entre ambos lados de la membrana.
Difusión simple
Puede ser atribuido a que las moléculas que constituyen una solución se hallan en continuo movimiento, debido a la agitación térmica.
 Difusión facilitada
En principio la molécula considerada es poco permeable o impermeable en la bicapa lipídica pero existe en la membrana otra estructura que facilita su pasaje. Es una difusión facilitada a través de canales proteicos.
· Canales voltaje dependientes.
· Canales sensibles a presión.
· Canales ligando dependientes.
Difusión facilitada a través de proteínas transportadoras. La molécula transportada tiene una alta afinidad por el transportador sobre el que se fija.
· Transporte iónico.
· Transporte acoplado: cotransporte y contratransporte.
Transporte activo
La molécula es transportada contra un gradiente de concentración con gasto de energía metabólica. En este caso hablamos de transporte activo en contra de un gradiente de concentración. Esto ocurre porque el sodio es transportado desde el interior hacia el exterior por un mecanismo activo, que gasta energía metabólica. El mecanismo de transporte se denomina bomba de sodio/potasio ATPasa.
El organismo maneja su equilibrio energético en tres etapas:
1. La energía química proveniente de los alimentos es almacenada y concentrada e forma de moléculas de Na+.
2. La energía química del ATP es utilizada para mantener un gradiente de concentración, fundamentalmente de Na+.
3. Este gradiente electroquímico es utilizado en diversas funciones celulares.
Transporte de macromoléculas y partículas
Las proteínas transportadoras que median el pasaje de pequeñas moléculas polares a través e la membrana plasmática, no pueden transportar macromoléculas como las proteínas. 
 Pueden ser procesos de exocitosis, como también de endocitosis.
Transporte de agua
La mayoría de las células son muy permeables al agua. Si un glóbulo rojo es sumergido en una solución hipotónica o hipertónica aumenta o disminuye rápidamente su volumen. 
Barreras epiteliales. Estructura e importancia.
Características generales
Definimos al organismo como un compartimiento volumétrico separado del medio externo por una serie de barreras epiteliales. Una barrera epitelial típica está formada por una serie de células unidas por las denominadas uniones estrechas. 
Los epitelios además regulan lo que intercambios con el medio interno, participan en el mantenimiento del volumen y la composición de los compartimientos que lo separan.
Epitelios “cerrados” y “abiertos”
Los epitelios pueden clasificarse en cerrados o abiertos en función de la eficiencia del sellado anivel de las uniones estrechas y por sus características eléctricas. En un epitelio cerrado la unión estrecha es relativamente impermeable, lo que hace que la resistencia eléctrica trasnpitelial sea alta. En cambio, en los epitelios abiertos donde la unión estrecha es más permeable, existe una alta conductividad a los iones, la resistencia eléctrica es más baja tienen una diferencia de potencial eléctrico baja y poca capacidad de mantener gradientes.
Mecanismos de transporte en barreras epiteliales
Transporte de Sodio
En la mayoría de las barreras epiteliales se observa un transporte neto de sodio entre ambos lados de la estructura. Una vex en el interior celular, el sodio es bombeado ahora sí en un gradiente electroquímico hacia el intersticio.
La presencia del transporte activo de sodio genera una diferencia de potencial transepitelial. El transporte activo de sodio transepitelial está asociado a toda una serie de mecanismos de transporte: 
· Cloruro de sodio i bicarbonato de sodio.
· Aminoácidos.
· Azúcares.
· Agua.
Movimiento de agua en las barreras epiteliales
Fuerzas impulsoras del movimiento de agua a través de barreras epiteliales:
1. Gradiente de presión hidrostática.
2. Gradiente de presión osmótica, transepitelial.
3. Flujo neto de agua asociado al transporte iónico. 
Epitelios secretores y epitelios absortivos
En los epitelios absortivos el transporte se realiza desde la luz d eu8na cavidad transcelular hacia el medio interno. La reabsorción de sales y solutos arrastra agua, lo que implica un componente de reabsorción neto de agua y de solutos. EN sentido inverso ocurre en el epitelio secretor. 
Bases físicas de los fenómenos bioeléctricos
Los conceptos de carga y diferencia de potencial
Carga
Entre los cuerpos existen dos grandes tipos de interacciones:
· Gravitatorias: en los cuales intervienen las masas de los cuerpos.
· Eléctricas: en las cuales intervienen las cargas y son independientes de las masas de los cuerpos. 
Una carga es justamente un cierto número de electrones o de protones. Se llama carga elemental a la cantidad de carga asociada a un electrón, a un anión monovalente.
EL POTENCIAL DE MEMBRANA
El potencial de difusión
Es importante distinguir un sistema en equilibrio de aquel que no lo está. Si tenemos dos compartimientos separados por una membrana y ambos tienen concentraciones desiguales de un soluto no cargado, el sistema no está en equilibrio.
En un sistema con dos compartimientos separados por una membrana tienen diferente permeabilidad a las especies iónicas dadas, si existe una diferencia en la concentración de las especies entre ambos compartimientos de las especies entre ambo compartimientos, se generará una diferencia de potencial eléctrico. 
Gradiente electroquímico, equilibrio electroquímico y ecuación de Nernst
Nos permite calcular la diferencia de potencial que se obtendrá si a ambos lados de una membrana, tanto si existiera una diferencia de concentración para un ion dado como si éste se encontrara en equilibrio electroquímico. 
Es el potencial que se debe aplicar para que no haya flujo neto de iones en presencia de un gradiente químico, por lo tanto es el potencial eléctrico que se necesita para equilibrar a un gradiente químico. SI el valor de potencial observado para un ion no coincide con el calculado por la ecuación de Nernst, el ion considerado no estará en equilibrio electroquímico. 
El potencial de membrana en estado estacionario. Ecuación de Goldman-Hodgkin y Katz
El interior y exterior celular pueden ser considerados como un sistema de dos comportamientos, separados por una membrana, entre los que se observa la existencia de gradientes de concentración iónica y una diferencia de potencial.
Una célula no se halla en equilibrio, sino en estado estacionario. El flujo de un ion depende de su movilidad de la diferencia de potencial ∆V y del gradiente de concentración a ambos lados de la membrana. Como la movilidad real de ion en la membrana no puede ser conocida, se la reemplaza por un coeficiente empírico que toma también en cuenta el coeficiente de partición y el espesor de la membrana.
La ecuación da el cálculo de potencial de membrana:
En un sistema en estado estacionario es necesario que se mantengan los gradientes a fin de preservar el potencial de membrana.
Se llama potencial de reposo al potencial de membrana en estado estacionario en el que no existe un flujo neto de cargas a través de la membrana.
LA MEMBRANA Y SU CIRCUITO ELÉCTRICO EQUIVALENTE
Corriente eléctrica
El movimiento de un cierto número de cargas (q) por unidad de tiempo (t) de un punto a otro de un conductor debido a la existencia de una diferencia de potencial eléctrico entre ellas constituye una corriente eléctrica (l).
Resistencia. Conductancia
La relación ente la diferencia de potencial existente entre dos puntos (∆v) y la corriente eléctrica observada (I) constituye la denominada resistencia (R) de dicho conductor.
 
Se conoce como Ley de Ohm, nos permite considerar que en la membrana existen estructuras que facilitan el pasaje de la corriente y otras que no.
La resistencia R es la inversa de la conductancia G.
Tener una resistencia infinita equivale a una conductancia igual a cero. La cantidad de cargas que atraviesan un canal en la unidad de tiempo depende de la diferencia de potencial entre sus extremos y de las características particulares del mismo. 
¿Qué es una resistencia?
Todo conductor presenta una resistencia.
Resistencias y conductancias en serie y en paralelo
En un circuito las resistencias pueden asociarse tanto en serie como en paralelo. Si las resistencias están en paralelo la corriente se distribuye en función del valor de cada una de ellas.
Capacitores 
Su capacidad es de almacenar cargas. La capacidad C de una estructura con es apropiedad está dada por la relación:
 
EL POTENCIAL DE ACCIÓN, CÉLULAS EXCITABLES Y NO EXCITABLES
Células excitables a aquellas en las que el potencial de membrana sufre importantes variaciones periódicas asociadas a la función celular, ej.: son células nerviosa y la muscular.
El fenómeno de excitación eléctrica se caracteriza por la aparición de un cambio de conductancia para alguno de los iones involucrados en el potencial de la membrana. Este aumento de conductancia puede ser desencadenado por un mensajero químico.
La disminución del potencial de membrana inducido por uno de estos mecanismos recibe el nombre de despolarización. 
Es importante entender que el potencial de acción es consecuencia del cambio de permeabilidad al sodio y no de la entrada de sodio al interior celular. El número de iones que atraviesan la membrana durante el potencial de acción es mínimo y las concentraciones a ambos lados prácticamente no varían.