En biología celular , el líquido extracelular ( LEC ) denota todo el líquido corporal fuera de las células de cualquier organismo multicelular . El agua corporal total en adultos sanos representa alrededor del 50% al 60% (rango de 45 a 75%) del peso corporal total; [1] las mujeres y los obesos suelen tener un porcentaje más bajo 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 medio interno de todos los animales multicelulares , y en aquellos animales con sistema circulatorio sanguíneo , una proporción de este líquido es plasma sanguíneo . [4] El plasma y el líquido intersticial son los dos componentes que constituyen 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%). También se puede considerar que el LEC tiene dos componentes: plasma y linfa como sistema de suministro, 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 cuerpo que baña todas las células del cuerpo. 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, los niveles de glucosa en sangre , oxígeno y dióxido de carbono también se mantienen estrictamente homeostáticos.
El volumen de líquido extracelular en un varón adulto joven de 70 kg (154 lbs) es el 20% del peso corporal: 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 importante del LEC es el líquido intravascular del sistema circulatorio llamado plasma sanguíneo . El pequeño porcentaje restante del LEC incluye el líquido transcelular. Estos constituyentes suelen denominarse " compartimentos de fluidos ". El volumen de líquido extracelular en un varón adulto joven de 70 kg es el 20% del peso corporal, unos 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 contiene 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 pequeños solutos se intercambian continuamente entre ellos a través de las paredes de los capilares, a través de los poros y las hendiduras capilares .
El líquido intersticial consiste en un disolvente acuoso que contiene azúcares, sales, ácidos grasos, aminoácidos, coenzimas, hormonas, neurotransmisores, glóbulos blancos y productos de desecho celulares. 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 diferentes tejidos y en diferentes áreas 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 considera linfa y los vasos que lo llevan de regreso a la sangre se llaman vasos linfáticos. El sistema linfático devuelve 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 . Esto provoca una ligera diferencia en la concentración de cationes y aniones entre los dos compartimentos de líquido.
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 del ojo, el líquido seroso de las membranas serosas que recubren las cavidades corporales , la perilinfa y la endolinfa del oído interno y el líquido articular . [2] [12] Debido a las diferentes ubicaciones del líquido transcelular, la composición cambia dramáticamente. Algunos de los electrolitos presentes en el líquido transcelular son iones sodio , iones cloruro e iones bicarbonato .
El líquido extracelular proporciona el medio para el intercambio de sustancias entre el LEC y las células, y esto puede tener lugar mediante disolución, mezcla y transporte en el medio líquido. [13] Las sustancias en el LEC incluyen gases disueltos, nutrientes y electrolitos , todos necesarios para mantener la vida. [14] El LEC también contiene materiales secretados por las células en forma soluble, pero que rápidamente se fusionan en fibras (por ejemplo, fibras de colágeno , 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 producen, especialmente en asociación con varios proteoglicanos, para formar la matriz extracelular , o 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 LEC, sin formar parte de él.
Una de las funciones principales del líquido extracelular es facilitar el intercambio de oxígeno molecular de la sangre a las células de los tejidos y del dióxido de carbono, CO 2 , producido en las mitocondrias celulares, 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. [dieciséis]
Sin embargo, el oxígeno molecular hidrofóbico tiene muy poca solubilidad en agua y prefiere estructuras cristalinas lipídicas hidrofóbicas. [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 en 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 transporte de oxígeno de las lipoproteínas se reduce con el envejecimiento y la inflamación . Esto da como resultado cambios en las funciones del LEC, reducción del suministro de O 2 a los tejidos y contribuye al desarrollo de hipoxia tisular . Estos cambios en las lipoproteínas son causados por daño oxidativo o inflamatorio. [21]
El ambiente interno se estabiliza en el proceso de homeostasis . Mecanismos homeostáticos complejos operan para regular y mantener estable la composición del LEC. Las células individuales también pueden regular su composición interna mediante varios 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 ocurre con las concentraciones de iones 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 las bombas de sodio-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 y el exterior de la célula 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 de voltaje en la membrana celular se pueden abrir temporalmente en circunstancias específicas durante unos pocos microsegundos a la 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 LEC también desempeñan un papel importante en el movimiento del agua de un compartimento del cuerpo a otro. Cuando se secretan lágrimas o se forma saliva, los iones de sodio se bombean desde el LEC hacia los conductos en los que se forman y recolectan estos líquidos. El contenido de agua de estas soluciones resulta del hecho de que el agua sigue osmóticamente a los iones de sodio (y a los aniones que los acompañan ). [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 de las porciones extracelulares de las proteínas de la membrana celular, depende de una concentración de calcio ionizado muy precisa en el LEC. Las proteínas que son particularmente sensibles a los cambios en la concentración de calcio ionizado del LEC 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 LEC. [31] Disminuciones relativamente pequeñas en los niveles de calcio ionizado en plasma ( hipocalcemia ) hacen que estos canales filtren sodio hacia las células nerviosas o los axones, volviéndolos hiperexcitables, provocando así espasmos musculares espontáneos ( tetania ) y parestesia (la sensación de "alfileres"). y agujas") de las extremidades y alrededor de la boca. [29] [31] [32] Cuando el calcio ionizado en plasma aumenta por encima de lo normal ( hipercalcemia ), se une más calcio a estos canales de sodio, lo que tiene el efecto contrario, provocando 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, a diferencia de la fracción que está unida a proteínas y iones fosfato. Por 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 bajas concentraciones de calcio ionizado en plasma. [29]
El líquido extracelular es "revuelto" constantemente 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 LEC 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. De manera similar, las hormonas se propagan rápida y uniformemente a todas las células del cuerpo, independientemente de dónde se secreten en la sangre. El oxígeno absorbido por los pulmones del aire alveolar también se distribuye uniformemente a la presión parcial correcta por todas las células del cuerpo. Los productos de desecho también se distribuyen uniformemente por todo el LEC y se eliminan de esta circulación general en puntos (u órganos) específicos, garantizando una vez más que en general no haya acumulación localizada de compuestos no deseados o excesos de sustancias que de otro modo serían esenciales (por ejemplo, sodio). iones, o cualquiera de los otros constituyentes del ECF). La única excepción significativa a este principio general es el plasma en 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 tubos venosos y, por 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 es neutralizada por la sangre alcalina producida homeostáticamente por los riñones). De este modo, desde la aurícula izquierda hasta todos los órganos del cuerpo, se restablecen 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 (debido a que 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 sustancias que no pueden cruzar la pared capilar aumente a medida que la sangre se mueve 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 . Ellos, 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 devuelve agua al capilar, especialmente en el extremo venular. [34]
El efecto neto de todos estos procesos es que el agua sale y regresa al capilar, mientras que las sustancias cristaloides en los fluidos capilares e intersticiales se equilibran. Dado que el líquido capilar se renueva constante y rápidamente mediante el flujo de sangre, su composición domina la concentración de equilibrio que se alcanza en el lecho capilar. Esto asegura que el ambiente acuoso de las células del cuerpo esté siempre cerca de su ambiente ideal (establecido por los homeóstatos del cuerpo ).
Una pequeña proporción de la solución que se escapa de los capilares no regresa al capilar por las fuerzas osmóticas coloidales. Esto equivale a entre 2 y 4 litros diarios para el organismo en su conjunto. Esta agua es recogida por el sistema linfático y finalmente es descargada en la vena subclavia izquierda , donde se mezcla con la sangre venosa procedente del brazo izquierdo, en su camino hacia el corazón. [23] La linfa fluye a través de los capilares linfáticos hasta los ganglios linfáticos donde las bacterias y los restos de tejido se eliminan de la linfa, mientras que se añaden al líquido varios tipos de glóbulos blancos (principalmente linfocitos ). Además, la linfa que drena el intestino delgado contiene gotas de grasa llamadas quilomicrones después de la ingestión de una comida grasa. [28] Esta linfa se llama quilo , que tiene una apariencia lechosa e imparte el nombre de lácteos (refiriéndose a la apariencia lechosa 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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