Fisiología del agua y los electrolitos

Variación de la cantidad de agua en el organismo, con la edad y el sexo

El agua es, como se sabe, el componente mayoritario de la materia viva. En el ser humano su proporción varía con la edad, con el género, y de unos órganos a otros. Respecto a la edad, la cantidad de agua es máxima en el recién nacido, en el que representa un 75% del peso corporal, y va disminuyendo con el paso del tiempo, de modo que por encima de los 60 años se reduce hasta un 45,5% en la mujer.

En cuanto a su distribución en los distintos órganos, el agua es más abundante en los que muestran mayor actividad metabólica.

Esta considerable presencia guarda relación, como es de esperar, con la importancia de las funciones que el agua desempeña en el organismo, entre las que se cuentan las siguientes:

• Reactivo químico. El agua interviene activamente en la mayor parte de las reacciones químicas del organismo.
• Solvente de la mayor parte de los compuestos que constituyen los seres vivos.
• Medio de transporte de sustancias a lo largo de todo el organismo.
• Termorregulador
• Diluente para la digestión y absorción de nutrientes
• Sistema de regulación homeostática de diferentes características:
• Concentración normal de electrolitos
• pH
• Volemia
• Presión arterial
• Función renal.

Para que todas estas funciones sean posibles, es necesario mantener un equilibrio fino entre la entrada de agua al organismo y la pérdida, constante e inevitable que se produce como resultado del funcionamiento habitual de nuestro cuerpo. Dicho equilibrio constituye el balance hidrico, y en él están implicados diferentes mecanismos, tanto de adquisición como de eliminación de agua.

En general, la pérdida de agua conlleva también una pérdida de los electrolitos disueltos en ella, que debe ser compensada mediante su absorción a través de la dieta. El agua procede, sobre todo, de la bebida, que supone unos 1500 ml/día, pero también se obtiene a través de los alimentos (aproximadamente unos 700 ml/día) y reutilizando el agua que se produce en los procesos metabólicos (unos 300 ml/día). En cuanto a las pérdidas, la más importante cuantitativamente es la orina, que utiliza el agua como disolvente de sustancias tóxicas que deben ser eliminadas. En condiciones normales se producen unos 1500 ml/día. Las pérdidas también incluyen la sudoración y la respiración, que conjuntamente suponen unos 0,5 ml/kg de peso al día, y la pérdida a través de las heces, unos 250 ml/día.

 

La sudoración supone también la pérdida de electrolitos: unos 50 mEq/l de Na⁺ y otro tanto de Cl^- junto con 14 mEq/l de K⁺.

Estos valores se ven alterados cuando se modifican las condiciones fisiológicas. Por ejemplo, un aumento de temperatura ambiente de un grado centígrado incrementa la tasa metabólica en un 13%, lo que supone un incremento paralelo de la pérdida de agua. Cada grado centígrado de fiebre incrementa la pérdida de agua en 150 ml al día. Los valores del balance hídrico dependen, en todo caso, de diferente factores tanto intrínsecos (superficie corporal, temperatura del individuo) como ambientales (temperatura del exterior, humedad relativa).

En el organismo, el agua se encuentra repartida en dos grandes compartimentos: la mayor parte de ella se localiza en el interior de las células (compartimento intracelular, LIC por sus siglas en inglés). El otro compartimento, el extracelular, (LEC) está constituido por varias masas de agua interrelacionadas, la más importante de las cuales es el líquido intersticial, que constituye el medio externo de las células. Este medio es fundamental para el funcionamiento celular: todos los intercambios de sustancias que la célula necesita se producen entre el medio intracelular y los líquidos intersticiales, de modo que la composición de este compartimento determina la posibilidad de que la célula absorba nutrientes o elimine sustancias de desecho. Además del líquido intersticial, el agua extracelular se reparte entre el plasma sanguíneo, el líquido linfático y otros reservorios menores como el líquido cefalorraquídeo, los líquidos oculares, el líquido amniótico...

 Ninguno de estos líquidos está constituido por agua pura, sino que todos ellos son disoluciones de electrolitos de composición aproximadamente constante. Dado que el agua puede atravesar las membranas celulares con gran facilidad, su movimiento entre compartimentos está determinado por la concentración de esas sustancias, tanto por la concentración total, que produce los fenómenos osmóticos que tienen lugar entre uno y otro lado de la membrana, como la de cada uno de los solutos, que determina la dirección del flujo de cada compuesto concreto.

La osmolaridad es una medida del número de partículas disueltas en una disolución. En el caso de sustancias solubles no disociables, su osmolaridad coincide con su concentración, mientras que si se trata de partículas que se disocian la osmolaridad se calcula teniendo en cuenta el número de partículas libres y multiplicándolo por la molaridad de esa sustancia en disolución. La osmolaridad mide el gradiente de agua a través de una membrana perfectamente semipermeable, de modo que esta sustancia pasará de la disolución de mayor osmolaridad a la que tenga un valor más bajo. Ahora bien, las membranas biológicas no son semipermeables, sino que presentan una permeabilidad selectiva. Esto supone que permiten el paso de ciertos solutos, pero no de otros. En la práctica, para conocer el funcionamiento de una membrana biológica es necesario recurrir a una magnitud distinta, la tonicidad, que mide la tendencia de una solución a producir expansión o contracción del volumen celular. Si la tonicidad del medio extracelular es mayor que la del citoplasma, el agua tenderá a entrar a la célula, mientras que si ocurre lo contrario el agua saldrá de la célula.

Pero, mientras la osmolaridad puede calcularse a partir de las concentraciones de solutos en cada disolución, la tonicidad de una disolución no puede predecirse a partir de ese valor. En la práctica, lo que determina el comportamiento de las membranas es su tonicidad, no su osmolaridad. En estas condiciones, cuando existen dos sistemas separados por una membrana de permeabilidad selectiva, tiende a establecerse entre ellos una situación de equilibrio conocida como equilibrio de Gibbs-Donnan. Ambos sistemas poseen los mismos iones positivos que negativos (carga neta nula). En la célula existen iones no difusibles cargados negativamente (sobre todo proteínas), lo que hace que la concentración de aniones difusibles (Cl^- sea menor que en el medio extracelular, mientras que la concentración de cationes (Na⁺) es menor que en el exterior. Finalmente, la presión osmótica de la célula es ligeramente mayor que la del medio extracelular.

La célula no puede alcanzar ese equilibrio, porque supondría la detención de su actividad en cuanto al intercambio de sustancias con su medio. Para evitarlo, se ve obligada a compensar la tendencia a la entrada continua de Na⁺, eliminando este ión en contra de su gradiente de concentración, para lo cual necesita consumir energía. El mecanismo químico encargado de este proceso es la "bomba de Na⁺", cuya actividad consume el 25% de la energía basal del individuo.

Los líquidos corporales tienen, en realidad, composiciones diferentes, debido a que las membranas celulares consiguen mantener un estado de desequilibrio químico. Esta diferencia es especialmente patente entre el medio intracelular y los líquidos extracelulares. Los dos líquidos extracelulares se parecen mucho tanto en su osmolaridad total como en su composición, diferenciándose especialmente en la ausencia casi total de proteínas en el líquido intersticial. Las diferencias son mucho más significativas entre los líquidos extracelulares y el medio intracelular: para empezar, la osmolaridad es mayor en el interior de la célula (187 mEq/l en el citoplasma frente a 154 mEq/l en el medio extracelular). En segundo lugar, mientras que el catión más abundante fuera de la célula es el sodio, éste es sustituido casi totalmente por el potasio en el interior celular. El magnesio también se encuentra en mucha mayor proporción en el interior de la célula mientras que el calcio, a pesar de los importantes papeles que realiza en el citoplasma, se encuentra en él cantidades prácticamente testimoniales.

En cuanto a los aniones, la célula contiene, evidentemente, una proporción de proteínas mucho más alta que los medios extracelulares. Por otra parte, el cloro está en una proporción mucho más baja en el citoplasma, lo que compensa las cargas negativas no difusibles que aportan las proteínas. Otra diferencia fundamental es la proporción de los sistemas tamponadores constituidos por bicarbonato y fosfato; el primero de ellos es el más abundante en el exterior celular, donde también constituye el sistema de transporte del CO₂ (este compuesto se transporta disuelto, transformado en carbonato y bicarbonato), mientras que el fosfato es el sistema más importante dentro de la célula, donde también participa en las reacciones de formación e hidrólisis de nucleótidos.

El equilibrio hídrico y electrolítico están finamente regulados en el organismo, ya que su alteración puede provocar una considerable variedad de problemas. La ingesta de agua está controlada mediante el mecanismo de la sed, que se desencadena en respuesta a un aumento de la osmolaridad sanguínea, detectada por quimiorreceptores localizados en el sistema circulatorio. Además, existe un mecanismo hormonal, controlado básicamente por la secreción de la ADH (hormona antidiurética) que permite regular también la pérdida de agua mediante la modificación de la concentración de la orina. El balance electrolítico, por su parte, está regulado mediante el control hormonal de su excreción renal, que es desarrollado por los mineralocorticoides producidos en la corteza adrenal. En este caso, la ingesta de electrolitos está fuera de control, ya que estas sustancias solo se consiguen a través de los alimentos.

Electrolito	Fuentes	Necesidades diarias	Mecanismo excretor
Sodio	Sal	5 - 15 g	Orina (95%), sudor
Potasio	Todos los alimentos	1,87 - 5,62 g	Orina (90%), sudor, heces
Cloruro	Sal, carne, leche y huevo	1,7 - 5,1 g	Orina, sudor, heces
Calcio	Leche y derivados	0,8 - 1,2 g	Heces (70-90%), orina, sudor
Magnesio	Cereales, nueces, carne, mariscos y leche	0,2 - 0,3 g	Bilis (67%), orina
Fósforo	Todos los alimentos	1 - 1,5 g	Orina

Los electrolitos realizan importantes funciones en el organismo:

• El Potasio participa en la función enzimática, el funcionamiento de las membranas celulares, la conducción del impulso nervioso, la actividad cardiaca, la función renal, el almacenamiento del glucógeno y la regulación del equilibrio hídrico.
• El Sodio es el principal regulador de la osmolaridad del plasma. Además también interviene en la transmisión de impulsos por las membranas celulares.
• El Calcio interviene en la activación nerviosa y muscular y como activador de multitud de enzimas. En forma insoluble es el principal componente de los huesos y dientes.
• El Magnesio participa en la activación enzimática, en el metabolismo de las proteínas y en la función muscular.
• El Fósforo actúa en el metabolismo energético, en la regulación del pH y en la estructura del tejido óseo.

La alteración del equilibrio hídrico y electrolítico están íntimamente relacionados, puesto que la pérdida de agua suele ir acompañada de pérdida de sales, al tiempo que un exceso de sales es compensado por el organismo mediante un incremento en la absorción de agua. Los problemas relacionados con el equilibrio electroquímico incluyen alteraciones en el volumen de líquidos (hipovolemia e hipervolemia), trastornos en su composición, en especial en la concentración de sodio (hipo e hipernatremia) y de potasio (hipokalemia, hiperkalemia) o en la distribución de los mismos (derrames, edemas).