En biología celular , el líquido extracelular ( LEC ) designa todo el líquido corporal que se encuentra fuera de las células de cualquier organismo multicelular . El agua corporal total en adultos sanos es de alrededor del 50 al 60 % (rango del 45 al 75 %) del peso corporal total; [1] las mujeres y los obesos suelen tener un porcentaje menor que los hombres delgados. [2] El líquido extracelular constituye aproximadamente un tercio del líquido corporal, los dos tercios restantes son líquido intracelular dentro de las células. [3] El componente principal del líquido extracelular es el líquido intersticial que rodea las células.
El líquido extracelular es el entorno interno de todos los animales multicelulares y, en aquellos animales con un sistema circulatorio sanguíneo , una proporción de este líquido es plasma sanguíneo . [4] El plasma y el líquido intersticial son los dos componentes que conforman al menos el 97 % del LEC. La linfa constituye un pequeño porcentaje del líquido intersticial. [5] La pequeña porción restante del LEC incluye el líquido transcelular (alrededor del 2,5 %). El LEC también puede considerarse que tiene dos componentes: plasma y linfa como sistema de administración, y líquido intersticial para el intercambio de agua y solutos con las células. [6]
El líquido extracelular, en particular el líquido intersticial, constituye el medio interno del organismo que baña a todas las células del mismo. Por lo tanto, la composición del LEC es crucial para sus funciones normales y se mantiene mediante una serie de mecanismos homeostáticos que implican retroalimentación negativa . La homeostasis regula, entre otros, el pH , las concentraciones de sodio , potasio y calcio en el LEC. El volumen de líquido corporal, la glucosa en sangre , el oxígeno y los niveles de dióxido de carbono también se mantienen estrictamente homeostáticos.
El volumen de líquido extracelular en un adulto joven de 70 kg (154 lbs) es el 20% del peso corporal, es decir, unos catorce litros. Once litros son líquido intersticial y los tres litros restantes son plasma. [7]
El componente principal del líquido extracelular (LEC) es el líquido intersticial, o líquido tisular, que rodea las células del cuerpo. El otro componente principal del LEC es el líquido intravascular del sistema circulatorio llamado plasma sanguíneo . El pequeño porcentaje restante del LEC incluye el líquido transcelular. Estos componentes a menudo se denominan " compartimentos de líquido ". El volumen de líquido extracelular en un adulto joven de sexo masculino de 70 kg, es el 20% del peso corporal, aproximadamente catorce litros.
El líquido intersticial es esencialmente comparable al plasma . El líquido intersticial y el plasma constituyen aproximadamente el 97 % del LEC, y un pequeño porcentaje de este es linfa .
El líquido intersticial es el líquido corporal entre los vasos sanguíneos y las células, [8] que contiene nutrientes de los capilares por difusión y retiene los productos de desecho descargados por las células debido al metabolismo . [9] [10] 11 litros del LEC son líquido intersticial y los tres litros restantes son plasma. [7] El plasma y el líquido intersticial son muy similares porque el agua, los iones y los pequeños solutos se intercambian continuamente entre ellos a través de las paredes de los capilares, a través de poros y hendiduras capilares .
El líquido intersticial está formado por un disolvente acuoso que contiene azúcares, sales, ácidos grasos, aminoácidos, coenzimas, hormonas, neurotransmisores, glóbulos blancos y productos de desecho de las células. Esta solución representa el 26% del agua del cuerpo humano. La composición del líquido intersticial depende de los intercambios entre las células del tejido biológico y la sangre. [11] Esto significa que el líquido tisular tiene una composición diferente en los distintos tejidos y en las distintas zonas del cuerpo.
El plasma que se filtra a través de los capilares sanguíneos hacia el líquido intersticial no contiene glóbulos rojos ni plaquetas, ya que son demasiado grandes para pasar, pero puede contener algunos glóbulos blancos para ayudar al sistema inmunológico.
Una vez que el líquido extracelular se acumula en pequeños vasos ( capilares linfáticos ), se lo considera linfa y los vasos que lo llevan de regreso a la sangre se denominan vasos linfáticos. El sistema linfático devuelve las proteínas y el exceso de líquido intersticial a la circulación.
La composición iónica del líquido intersticial y del plasma sanguíneo varía debido al efecto Gibbs-Donnan , lo que provoca una ligera diferencia en la concentración de cationes y aniones entre los dos compartimentos líquidos.
El líquido transcelular se forma a partir de las actividades de transporte de las células y es el componente más pequeño del líquido extracelular. Estos líquidos están contenidos dentro de espacios revestidos de epitelio . Ejemplos de este líquido son el líquido cefalorraquídeo , el humor acuoso en el ojo, el líquido seroso en las membranas serosas que recubren las cavidades corporales , la perilinfa y la endolinfa en el oído interno y el líquido articular . [2] [12] Debido a las diferentes ubicaciones del líquido transcelular, la composición cambia drásticamente. Algunos de los electrolitos presentes en el líquido transcelular son iones de sodio , iones de cloruro e iones de bicarbonato .
El líquido extracelular proporciona el medio para el intercambio de sustancias entre el ECF y las células, y esto puede tener lugar a través de la disolución, mezcla y transporte en el medio fluido. [13] Las sustancias en el ECF incluyen gases disueltos, nutrientes y electrolitos , todos necesarios para mantener la vida. [14] El ECF también contiene materiales secretados por las células en forma soluble, pero que rápidamente se fusionan en fibras (por ejemplo, colágeno , fibras reticulares y elásticas ) o precipitan en una forma sólida o semisólida (por ejemplo, proteoglicanos que forman la mayor parte del cartílago y los componentes del hueso ). Estas y muchas otras sustancias se encuentran, especialmente en asociación con varios proteoglicanos, para formar la matriz extracelular , o la sustancia de "relleno", entre las células de todo el cuerpo. [15] Estas sustancias se encuentran en el espacio extracelular y, por lo tanto, todas están bañadas o empapadas en ECF, sin ser parte de él.
Una de las principales funciones del líquido extracelular es facilitar el intercambio de oxígeno molecular desde la sangre a las células de los tejidos y de dióxido de carbono, CO2 , producido en las mitocondrias de las células, de regreso a la sangre. Dado que el dióxido de carbono es aproximadamente 20 veces más soluble en agua que el oxígeno, puede difundirse con relativa facilidad en el líquido acuoso entre las células y la sangre. [16]
Sin embargo, el oxígeno molecular hidrófobo tiene muy poca solubilidad en agua y prefiere estructuras cristalinas lipídicas hidrófobas. [17] [18] Como resultado de esto, las lipoproteínas plasmáticas pueden transportar significativamente más O 2 que en el medio acuoso circundante. [19] [20]
Si la hemoglobina de los eritrocitos es el principal transportador de oxígeno en la sangre , las lipoproteínas plasmáticas pueden ser su único transportador en el LEC.
La capacidad de las lipoproteínas para transportar oxígeno se reduce con el envejecimiento y la inflamación . Esto provoca cambios en las funciones del ECF, una reducción del suministro de O2 a los tejidos y contribuye al desarrollo de hipoxia tisular . Estos cambios en las lipoproteínas son causados por daño oxidativo o inflamatorio. [21]
El entorno interno se estabiliza en el proceso de homeostasis . Mecanismos homeostáticos complejos actúan para regular y mantener estable la composición del LEC. Las células individuales también pueden regular su composición interna mediante diversos mecanismos. [22]
Existe una diferencia significativa entre las concentraciones de iones de sodio y potasio dentro y fuera de la célula. La concentración de iones de sodio es considerablemente mayor en el líquido extracelular que en el líquido intracelular. [23] Lo contrario es cierto con respecto a las concentraciones de iones de potasio dentro y fuera de la célula. Estas diferencias hacen que todas las membranas celulares estén cargadas eléctricamente, con la carga positiva en el exterior de las células y la carga negativa en el interior. En una neurona en reposo (que no conduce un impulso) el potencial de membrana se conoce como potencial de reposo , y entre los dos lados de la membrana hay aproximadamente −70 mV. [24]
Este potencial es creado por bombas de sodio y potasio en la membrana celular, que bombean iones de sodio fuera de la célula, hacia el LEC, a cambio de iones de potasio que ingresan a la célula desde el LEC. El mantenimiento de esta diferencia en la concentración de iones entre el interior de la célula y el exterior es fundamental para mantener estables los volúmenes celulares normales y también para permitir que algunas células generen potenciales de acción . [25]
En varios tipos de células, los canales iónicos dependientes del voltaje en la membrana celular pueden abrirse temporalmente en circunstancias específicas durante unos pocos microsegundos cada vez. Esto permite una breve entrada de iones de sodio en la célula (impulsada por el gradiente de concentración de iones de sodio que existe entre el exterior y el interior de la célula). Esto hace que la membrana celular se despolarice temporalmente (pierda su carga eléctrica) formando la base de los potenciales de acción.
Los iones de sodio en el ECF también desempeñan un papel importante en el movimiento del agua de un compartimento corporal a otro. Cuando se secretan lágrimas o se forma saliva, los iones de sodio se bombean desde el ECF hacia los conductos en los que se forman y recogen estos fluidos. El contenido de agua de estas soluciones resulta del hecho de que el agua sigue a los iones de sodio (y a los aniones que los acompañan ) osmóticamente. [26] [27] El mismo principio se aplica a la formación de muchos otros fluidos corporales .
Los iones de calcio tienen una gran propensión a unirse a las proteínas . [28] Esto cambia la distribución de cargas eléctricas en la proteína, con la consecuencia de que se altera la estructura 3D (o terciaria) de la proteína . [29] [30] La forma normal, y por lo tanto la función de muchas de las proteínas extracelulares, así como las porciones extracelulares de las proteínas de la membrana celular, depende de una concentración muy precisa de calcio ionizado en el ECF. Las proteínas que son particularmente sensibles a los cambios en la concentración de calcio ionizado del ECF son varios de los factores de coagulación en el plasma sanguíneo, que no funcionan en ausencia de iones de calcio, pero se vuelven completamente funcionales con la adición de la concentración correcta de sales de calcio. [23] [28] Los canales de iones de sodio dependientes de voltaje en las membranas celulares de los nervios y los músculos tienen una sensibilidad aún mayor a los cambios en la concentración de calcio ionizado del ECF. [31] Relativamente pequeñas disminuciones en los niveles de calcio ionizado plasmático ( hipocalcemia ) hacen que estos canales dejen escapar sodio hacia las células nerviosas o axones, volviéndolos hiperexcitables, causando así espasmos musculares espontáneos ( tetania ) y parestesia (sensación de "hormigueo") en las extremidades y alrededor de la boca. [29] [31] [32] Cuando el calcio ionizado plasmático aumenta por encima de lo normal ( hipercalcemia ), más calcio se une a estos canales de sodio teniendo el efecto opuesto, causando letargo, debilidad muscular, anorexia, estreñimiento y emociones lábiles. [32] [33]
La estructura terciaria de las proteínas también se ve afectada por el pH de la solución de baño. Además, el pH del LEC afecta la proporción de la cantidad total de calcio en el plasma que se presenta en forma libre o ionizada, en oposición a la fracción que está unida a las proteínas y los iones de fosfato. Por lo tanto, un cambio en el pH del LEC altera la concentración de calcio ionizado del LEC. Dado que el pH del LEC depende directamente de la presión parcial de dióxido de carbono en el LEC, la hiperventilación , que reduce la presión parcial de dióxido de carbono en el LEC, produce síntomas que son casi indistinguibles de las concentraciones bajas de calcio ionizado en plasma. [29]
El líquido extracelular es constantemente "removido" por el sistema circulatorio , lo que garantiza que el ambiente acuoso que baña las células del cuerpo sea prácticamente idéntico en todo el cuerpo. Esto significa que los nutrientes pueden secretarse en el ECF en un lugar (por ejemplo, el intestino, el hígado o las células grasas) y, en aproximadamente un minuto, se distribuirán uniformemente por todo el cuerpo. Las hormonas se distribuyen de manera similar, rápida y uniforme, a todas las células del cuerpo, independientemente de dónde se secreten a la sangre. El oxígeno absorbido por los pulmones del aire alveolar también se distribuye uniformemente a la presión parcial correcta a todas las células del cuerpo. Los productos de desecho también se distribuyen uniformemente por todo el ECF y se eliminan de esta circulación general en puntos específicos (u órganos), lo que garantiza una vez más que, en general, no haya una acumulación localizada de compuestos no deseados o excesos de sustancias que de otro modo serían esenciales (por ejemplo, iones de sodio o cualquiera de los otros componentes del ECF). La única excepción significativa a este principio general es el plasma de las venas , donde las concentraciones de sustancias disueltas en las venas individuales difieren, en diversos grados, de las del resto del LEC. Sin embargo, este plasma está confinado dentro de las paredes impermeables de los conductos venosos y, por lo tanto, no afecta al líquido intersticial en el que viven las células del cuerpo. Cuando la sangre de todas las venas del cuerpo se mezcla en el corazón y los pulmones, las diferentes composiciones se anulan (por ejemplo, la sangre ácida de los músculos activos se neutraliza con la sangre alcalina producida homeostáticamente por los riñones). Por lo tanto, desde la aurícula izquierda en adelante, hasta cada órgano del cuerpo, se restauran los valores normales, regulados homeostáticamente, de todos los componentes del LEC.
El plasma sanguíneo arterial, el líquido intersticial y la linfa interactúan a nivel de los capilares sanguíneos . Los capilares son permeables y el agua puede entrar y salir libremente. En el extremo arteriolar del capilar, la presión sanguínea es mayor que la presión hidrostática en los tejidos. [34] [23] Por lo tanto, el agua se filtrará fuera del capilar hacia el líquido intersticial. Los poros a través de los cuales se mueve esta agua son lo suficientemente grandes como para permitir que todas las moléculas más pequeñas (hasta el tamaño de proteínas pequeñas como la insulina ) también se muevan libremente a través de la pared capilar. Esto significa que sus concentraciones a través de la pared capilar se igualan y, por lo tanto, no tienen efecto osmótico (porque la presión osmótica causada por estas pequeñas moléculas e iones, llamada presión osmótica cristaloide para distinguirla del efecto osmótico de las moléculas más grandes que no pueden moverse a través de la membrana capilar, es la misma en ambos lados de la pared capilar). [34] [23]
El movimiento del agua fuera del capilar en el extremo arteriolar hace que la concentración de las sustancias que no pueden atravesar la pared capilar aumente a medida que la sangre se desplaza hacia el extremo venular del capilar. Las sustancias más importantes que se encuentran confinadas en el tubo capilar son la albúmina plasmática , las globulinas plasmáticas y el fibrinógeno . Estas sustancias, y en particular la albúmina plasmática, debido a su abundancia molecular en el plasma, son responsables de la llamada presión osmótica "oncótica" o "coloide" que atrae el agua hacia el capilar, especialmente en el extremo venular. [34]
El efecto neto de todos estos procesos es que el agua sale y vuelve a entrar en el capilar, mientras que las sustancias cristaloides en los líquidos capilar e intersticial se equilibran. Dado que el líquido capilar se renueva de forma constante y rápida mediante el flujo de sangre, su composición domina la concentración de equilibrio que se logra en el lecho capilar. Esto garantiza que el entorno acuoso de las células del cuerpo esté siempre cerca de su entorno ideal (establecido por los homeostatos del cuerpo ).
Una pequeña proporción de la solución que se escapa de los capilares no es devuelta al capilar por las fuerzas osmóticas coloidales. Esto equivale a entre 2 y 4 litros por día para el cuerpo en su conjunto. Esta agua es recogida por el sistema linfático y finalmente se descarga en la vena subclavia izquierda , donde se mezcla con la sangre venosa que viene del brazo izquierdo, en su camino hacia el corazón. [23] La linfa fluye a través de los capilares linfáticos hasta los ganglios linfáticos , donde se eliminan las bacterias y los restos de tejido de la linfa, mientras que varios tipos de glóbulos blancos (principalmente linfocitos ) se agregan al líquido. Además, la linfa que drena el intestino delgado contiene gotitas de grasa llamadas quilomicrones después de la ingestión de una comida grasosa. [28] Esta linfa se llama quilo , que tiene un aspecto lechoso y le da el nombre de lacteales (en referencia al aspecto lechoso de su contenido) a los vasos linfáticos del intestino delgado. [35]
El líquido extracelular puede ser guiado mecánicamente en esta circulación por las vesículas entre otras estructuras. En conjunto, esto forma el intersticio , que puede considerarse una estructura biológica recientemente identificada en el cuerpo. [36] Sin embargo, existe cierto debate sobre si el intersticio es un órgano. [37]
Cationes principales : [38]
Aniones principales : [38]
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