Apa ca mediu si componenta al vietii Apa ca mediu si componenta al vietii

Apa este solventul obligatoriu al materiei vii si reprezint contituentul majoritar al organismului uman. Ansamblul de celule ce alctuiesc un organism viu acioneaz ca un tot unitar prin interconectare cu mediul apos n care se scald. Apa reprezint o dubl prioritate a organismului viu: component majoritar i mediu de via.

Pentru ca lichidul care scald fiecare celul s vin n contact cu toate celulele este necesar ca acesta sa aiba o circulaie longitudinal printr-un sistem de vase nchise prevzute cu sistem de autopropulsie unidirecional i o circulaie transversal prin sectorul capilar fenestrat al circuitului vascular spre aa numitul spaiu extracelular.

Efectul cumulat al activitii tuturor organelor i sistemelor organismului este de a crea n interiorul organismului un mediu n care toate celulele s poat supravieui i funciona. Mediul fluid ce nconjoar fiecare celula este denumit mediu intern . Mediu intern nu este numai un concept fiziologic teoretic, el are o coresponden i n termeni anatomici.

Mediul intern al organismului este lichidul extracelular ce scald fiecare dintre celule.

Spaiul lichidian extracelular 1. deservete celula a)-reglarea volumului intracelular este esenial pentru funcia celular normal i se face prin transferuri de ap osmotic dictate de deplasarea electroliilor b)-reglarea volemiei- cantitatea de lichid din sistemul nchis de vase sanghine reprezinta un factor critic al supravieuirii.2. este un mediu de comunicare al tuturor celulelor organismului puse astfel n contact 3. este tamponul de compensare rapid volemic prin migrare hidric transcapilar. Meninerea organismului ca ansamblu unitar i funcional de structuri presupune compartimentare, iar meninerea compartimentelor presupune cheltuial constant si permanent de energie.

Molecula de ap -are un diametru de 0,3 nm i o form de V, oxigenul fiind situat n vrful acestuia. -sarcinile electrice pozitive sunt la nivelul atomilor de hidrogen, iar sarcinile negative sunt la nivelul oxigenului.

-fiecare latur a V ului corespunde unei legturi oxigen-hidrogen cu o lungime de aproximativ o zecime de milion dintr-un milimetru. -unghiul format de cele dou laturi ale V - ului este de 105 grade. -polaritatea apei favorizeaz interaciunile ntre moleculele de ap. Fiecare atom de hidrogen ncrcat pozitiv al unei molecule de ap este atras de un atom de oxigen ncrcat negativ a altei molecule. Aceste interaciuni sunt legturi de hidrogen.

-Conine un numr important de legturi de hidrogen, legturi intermoleculare O-H-O ce consum energie pentru a se forma. -Legtura de hidrogen este o legtur direcional. Ea presupune alinierea celor trei atomi O-H-O. Atomul de hidrogen ce asigur legtura este extrem de mobil. -Apa este o ngrmdire de molecule organizate ntr-o reea tetraedric coexistnd cu molecule izolate. Moleculele izolate sunt agitate de micri de rotaie i de translaie. -Fiecare molecul din apa lichid creeaz n medie 4,5 legturi de hidrogen. Mai exact fiecare molecul de ap lichid formeaz patru legturi de hidrogen, dar numrul acestora poate varia ntre trei i ase, de unde media de 4,5. -Apa lichid are o structur aleatorie i fluctuant. Consecutiv unor micri rotatorii cmpul electric ambiant fluctueaz producnd ruptura aleatorie a legturilor dintre oxigen i hidrogen.

HIDROFIL-HIDROFOBFiind o molecul polar, apa se poate lega cu alte molecule polare sau ncrcate electric cum ar fi acizii, srurile, zaharurile, diferite poriuni ale moleculelor proteice i ale ADN. Datorit acestor interaciuni apa dizolv moleculele polare, denumite molecule hidrofile. Apa se leag foarte puin de moleculele nepolare, ce se comport hidrofob ( cazul apei n raport cu uleiul ). Proteinele i ADN sunt molecule lungi ce conin pri hidrofile i pri hidrofobe. Aceste molecule se ghemuiesc pe ele nsele, capt o structur tridimensional, grupele hidrofile fiind la suprafa i cele hidrofobe spre interior.Efectul hidrofob determin replierea proteinelor.

Exist n celul trei tipuri de ap: 1. -apa ordonat ce nconjoar moleculele biologice interacionnd intens cu acestea, 2. -apa de mas ce ocup tot ce nu este molecul biologic i 3. -molecule de ap ncastrate n moleculele biologice. Moleculele de ap ocup toate spaiile neocupate de moleculele biologice. O singur celul conine miliarde de molecule de ap.

.

Legatura proteine apaProteinele repliate au pe suprafa anuri profunde. Moleculele de ap legate prin legturi de hidrogen se acomodeaz greu cu aceste anuri i ca atare sunt uor deplasate la acest nivel de liganzi. Ca atare situsurile active ale enzimelor se ntlnesc frecvent la nivelul anurilor. Zona de influen a proteinei fa de ap nu depete 0,7 nanometri, adic grosimea ctorva molecule de ap.

Polarizarea apei Confer dou proprieti importante:- Molecula de ap este un dipol ce se orienteaz n cmpul electric extern;- Apa chiar n stare lichid poate dobndi o structur paracristalin prin atracia electrostatic dintre moleculele vecine.Apa are o constant dielectric important (sinonimul termenului dielectric este izolant). O substan este dielectric cnd nu are electroni liberi capabili s transporte curentul electric, dar care poate fi polarizat printr-un cmp electric. Apa are o oarecare capacitate de tamponare electric, fiind si un bun solvent pentru ioni, formnd o ptur de hidratare n jurul acestora. Astfel, ionii se pot mica relativ independent unii fa de alii dei sunt dizolvai n aceeai soluie.

Ct reprezint apa din totalul greutii corporale? Mai mult de jumtate din aceasta, mai exact 600 ml/kgc. Diferitele esuturi conin o cantitate diferit de ap: -inima, creierul i plmnii sunt alctuite din 75-80% din ap, -pielea 70% din ap, -osul doar n proporie de 20%, -grsimea de depozit nu conine ap. Apa total corporal reprezint 73,2% din masa corporal negrasa.Valoarea medie a coninutului n ap la brbat este de 62% din greutate (variind ntre 54-70%), iar la femeie de 51% (45-60%). La copii, apa reprezint 65-75% din greutatea corporal.

Proporia de ap total depinde de vrst, sex, corpolen, fiind modificat de sarcin i de ctre diversele boli.Vrsta duce la o variaie a coninutului n ap a corpului de la simplu la dublu, valori ce se deplaseaz pe intervalul 45-80%. Proporia apei corporale totale este maxim la natere ( 75-80 %) scznd progresiv cu vrsta, la un an se pierde 10-15% (scznd n special lichidul extracelular). n primele zile ale vieii apa corporal total i apa intracelular sunt invers proporionale cu greutatea corpului iar apa extracelular i volumul plasmatic sunt proporionale cu greutatea corpului.

De la vrsta de 6 luni pn la 10 ani scderea este mai puin rapid.Cu ct exist mai mult grsime cu att exist mai puin ap.

Brbatul are aproximativ cu 10% din greutatea corporal mai mult ap dect femeia. Raportul ntre apa extracelular i apa total se modific odat cu vrsta la brbat i este relativ constant la femeie.

Volumul lichidian total crete n cursul sarcinii datorit lichidului amniotic, ftului, placentei i creterii volumului sangvin realizat mai ales pe seama volumului plasmatic. La sfritul sarcinii apa corporal total crete cu 7-8 litri.

Exerciiul fizic moderat crescnd concentraiile plasmatice de renin i de aldosteron produce retenie sodic i o cretere a volumului plasmatic.

INTRACELULAR- EXTRACELULARCelulele reprezint cel mai important rezervor de ap al organismului: 40% din greutatea corpului, in medie 400 ml /kg corp (330-450 ml/kgcorp). n celule se afl deci dou treimi din apa total a organismului. Cealalt treime restant se afl extracelular.O situaie particular o reprezint apa de structur din os, o cantitate de 3-4 litri de ap nemobilizabil. Apa extracelular reprezint 16-20% din greutatea corpului, 150-200 ml/kgcorp. Exist trei sectoare ale compartimentului extracelular, -intravascular -interstiial -transcelular

Compartimentele lichidiene : intracelular = 2/3 AT = 40 %

din G (kg)

- extracelular = 1/3 AT = 20 %

din G (kg)

Apa extacelulara ( mediul intern ) este repartizata in doua sectoare:

-intravascular

= 5 % din G (kg)

- interstitial

= 15 % din G (kg)

Apa transcelulara este apa din: tubul digestiv, caile urinare, spatiul subarahnoidian etc.

Sectorul intravascular -reprezint 25% din lichidul extracelular, 7% din apa corporal total i 5% din greutatea corpului. -plasma reprezint 30-35 ml/kgcorp iar cu elemente figurate incluse 60-65 ml/kgcorp. -este extrem de bine pzit de mecanisme de evaluare i corectare volemic. -volemia este esentiala pentru supravieuire.-volumul intravascular este nchis ntr-un sistem de vase. -din motive de eficien energetic sistemul opereaz cu volume mici -prioritatea sistemului este economia energetic.-numai 12-13% din coninutul total de ap a organismului se afl intravascular. Dac se pierde acut 40 % din volumul intravascular se poate instala decesul. Se poate pierde majoritatea globulelor roii i se va compensa perfect acest nivel marcat de anemie. Nu se poate ns compensa o pierdere volemic importanta .

Sectorul i-vasc este cel mai dinamic si cel mai usor abordabil in practica. Prin cercetarea compozitiei acestui sector , in laboratoarele de

biochimie, se obtin date indirecte relevante asupra starii de sanatate sau de boala a organismului.

Acest principiu reprezinta baza stiintifica pentru care se efectueaza analizele de laborator.

Volemia volumul sangvin are o componenta intracelulara ( hematiile ) = 40 % si o componenta extacelulara ( plasma) = 60 %

Spaiul interstiial-este alctuit din lichidele dintre celule i din limf -reprezinta -150 ml/kgcorp (120-220 ml/kgcorp), -75% din apa extracelular, -21% din apa corporal total, -15% din greutatea corpului. -in imensa sa majoritate (90% din volumul su) este sediul unor schimburi rapide cu plasma (10% cuprinznd esutul conjunctiv dens i cartilajele fiind sediu a unor schimburi lente).

Schimburile ntre spaiul intravascular i spaiul interstiial :- au loc la nivelul capilarelor. -capilarele reprezint seciunea cheie a sistemului circulator, alctuite din vase subiri lungi de 750 m, cu o raz de 3 m, cu o suprafa de seciune de 30 m (sunt 40-50.000 de milioane de capilare n organismul uman) ceea ce va da o suprafa de seciune depind de 2800 ori pe cea a aortei i o suprafa totala de 550-600 metri ptrai. -capilarele sunt alctuite dintr-un singur strat de celule endoteliale. -in locaii speciale exist atat capilare fenestrate ct i capilare discontinue (aa zisele sinusoide). -majoritatea capilarelor sunt ns continue i nu au dect spaii intercelulare de 10 nm ocupate de un material omogen, ns aceste plombe intercelulare sunt traversate de canale cu o lrgime de 4 nm. -la nivelul acestora are loc difuziunea fluidului.

Compartimentul transcelular Sectorul reprezint aproximativ 2,5% din volumul apei totale i cuprinde toate lichidele provenind din secreiile organismului :-lichidele din tubul digestiv, -mucusul respirator, -lichidul cerebrospinal, -urina primitiv din rinichi, -sistemul excretor al diferitelor glande, -umoarea apoas a ochiului, -lichidele articulare. Aceste lichide pot fi expandate la extrem n diferite procese patologice, unele fiind separate de membrane groase greu permeabile, pot avea o presiune osmotic mult diferit de a lichidelor extracelulare.

ntre compartimentul intracelular, interstiial i plasm exist un schimb liber, permanent al apei. Compartimentele sunt separate att funcional ct i anatomic, separarea facandu-se prin peretele capilar i membrana celular. Aceste structuri sunt traversate liber de ap care va urma pasiv modificrile electroliilor de o parte i alta a membranelor. Din acest motiv sectoarele sunt numite hidro-osmolare.Dintre toate membranele organismului doar dou sunt impermeabile pentru ap: tubul contort distal al nefronului i glandele sudoripare.

Intre diversele sectoare hidro-osmolare apa difuzeaza usor trecand prin membranele biologice (mb. capilara, mb. celulara). Directia este conditionata de osmolaritate.

OSMOLARITATEA se refera la concentratia particulelor dintr-o solutie si defineste puterea cu care acea solutie este capabila sa atraga apa. Osmolaritatea reprezinta activ. osmotica pe volum de solutie ( apa + particule )

OSMOLALITATEA reprezinta activitatea osmotica pe volum de apa.

Volumul de apa din organism fiind cu mult mai mare decat cel al particulelor dizolvate termenii se pot folosi echivalent.

Osmolaritatea poate fi determinata in laborator prin determinarea punctului crioscopic al plasmei sau poate fi calculata dupa formula :

ureea glicemia

Osm = 2 ( Na ) + K + -------- + -------------

2,8 18

SODIUL ( Na ) contribuie in cea mai mare masura la generarea presiunii osmotice.

APA se deplaseaza dinspre solutiile cu activitate osmotica mica spre solutiile cu activitate osmotica mare . Pentru ca cele 3 sectoare sa isi mentina volumul relativ, osmolaritatea lor trebuie sa aiba valori egale. Variatiile de osmolaritate si implicit variatiile volumelor spatiilor hidrice sunt date de variatiile natremiei.

MEDIUL INTERN SI HOMEOSTAZIA

Mediul intern este denumirea dat lichidului extracelular ce scald fiecare celul a organismului constituind o matrice lichid fluid a organismului i totodat mijlocul, mediul de comunicare intercelular.

Pentru a pune n contact celulele ntre ele prin mesageri solubili ai acestora, lichidul extracelular nu este un mediu pasiv ci un vector activ, aflat n permanent micare.

Cile de deplasare a lichidului extracelular se afla la nivelul aparatului circulator (sistem nchis de vase), o aa zis circulaie longitudinal i o circulaie pe care am putea numi-o transversal, circulaia ntre capilarele sanghine i celule.

Volumul lichidian situat intravascular este critic pentru supravieuire.

Pierderea a 40% din acesta poate deveni letal.

Spaiul lichidian interstiial este un rezervor care paleiaz pierderea de volum lichidian intravascular

Capilarele sunt structuri permeabile pentru ap i pentru majoritatea moleculelor din plasma sanghin (cu excepia molec. proteice, de mari dimensiuni).Micarea cinetic a moleculelor, in functie de gradientul de presiune coloid-osmotic, deplaseaz moleculele din spaiul interstiial spre capilar i invers. Principiul de organizare a structurii biologice este c imensa majoritate a celulelor se afl la mai puin de 50 micrometri de capilar. Celula va suferi rapid influena oricrui mesager vehiculat prin curentul sanghin i va putea transmite rapid i eficient mesageri spre alte celule.Omogenitatea fluidelor extracelulare este meninut prin acest brasaj continuu, permind ca celulele s fie n contact cu acelai tip de lichid din punct de vedere al caracteristicilor fizice i chimice

Solidarizarea funcional celular a organismului realizat de cele dou componente lichidiene a lichidului extracelular i anume plasma-componenta intravascular i lichidul interstiial este chiar mai complex, depind faza strict lichidian. Plasma reprezint 4% din greutatea corporal (40-50 ml/kg).Plasma difer de componenta extracelular a lichidului extracelular prin coninutul su mare de proteine. Ea este alctuit n procent de 90% din ap

Proteinele plasmatice

Sunt un grup de substane ce difer atat structural ct i funcional, avnd o concentraie de 60-80 g/l.

Toate proteinele plasmatice au o form globular.

Unele proteine sunt simple, neconjugate cum este cazul albuminei, altele au o structur complex i sunt conjugate cum este cazul lipoproteinelor, glicoproteinelor i metaloproteinelor.Aproape jumtate sau chiar mai mult din proteinele plasmatice sunt reprezentate de albumin.

Albumina Este o molecul relativ mic (67.000 daltoni) avnd o concentraie de 40 g/litru. Ea este produs n ficat si metabolizat n ficat, rinichi i peretele intestinal. Albumina are o semivia de 20 de zile.Zilnic este sintetizat i distrus o cantitate de 13 grame de albumin.Rolul principal al albuminei este de transport a unei mari varieti de substane. Albumina transport bilirubina, acizii grai liberi, cortizonul, hormonul tiroidian si Ca++. De asemenea, albumina transport medicamente cu caracter acid, cum sunt de exemplu barbituricele.Albumina are o contribuie major n realizarea presiunii oncotice, parte a presiunii coloidosmotice ce dirijeaz transferul apei ntre diverse compartimente (membranele biologice fiind permeabile pentru ap).

Presiunea oncotic Are o valoare de 28 mm Hg, totalul presiunii coloid-osmotice plasmatice fiind de 5610 mmHg.

Albumina asigur majoritatea presiunii oncotice, deoarece avnd o greutate molecular mic reprezint un numr extrem de mare de particule (ori numrul de particule determin valoarea presiunii oncotice).

Din punct de vedere electric proteinele plasmatice sunt amfoterice i n intervalul de pH 7-7,8 disociaz, rezultnd o sarcin electric negativ.

Proteinele disociate pot capta, accepta ioni de hidrogen. n acest mod aceste molecule circulante contribuie la homeostazie meninnd echilibrul acidobazic.

Plasma este un transportator al factorilor de coagulare, al unor enzime,transportand att substane hidrosolubile ct i substante ce nu sunt solubile n ap dar devin solubile dup cuplarea cu alte substane.

Alte proteine ale sngelui care au un rol esenial n acest transport sunt globulinele. Alfa i betalipoproteinele transport trigliceridele, colesterolul i vitaminele liposolubile. Transferina transport fierul iar ceruloplasmina transport cuprul. TBG (Thyroxine binding globuline) transport tiroxina iar transcortina transport cortizolul. Transcobalamina transport vitamina B12

Homeostazia

Homeostazia, adica pstrarea unei stri asemntoare cu starea initiala nsi, este fenomenul de baz al existenei, adaptrii i evoluiei vieii pe pmnt.Din echilibrul dinamic dintre aciunea factorilor externi i cea a factorilor interni, parametrii mediului intern se menin constani. Homeostazia este o stare de variaie n limite nguste a valorilor unui factor intern atunci cnd acest factor sufer variaii largi n mediul extern.

Mecanismele homeostazice sunt un tampon n faa variaiilor mediului extern.

Homeostazia este un principiu general al lumii vii i se realizeaz la toate nivelele de organizare ale acesteia: celular, tisular, organ, organism, populaie, ecosistem.

Printre cele mai bine homeostatate elemente ale vieii figureaza informaia genetic nscris n succesiunea bazelor azotate ale ADN-lui propriu fiecrei celule i specii. Codul genetic constituie un element de homeostatare chiar al mecanismelor de homeostazie.

Homeostazia sub toate aspectele ei st la baza existenei si evoluiei vieii pe pmnt.

Factorii interni homeostatai se nmulesc pe msura evoluiei filogenetice.

Ionii din lichidul extracelular sunt : sodiu i clorul. Ele amintesc de mediul srat n care a aprut viaa, de compoziia Oceanului primitiv.Apa intracelular conine mari cantiti de ioni de potasiu, magneziu, fosfat.

Natura nu face daruri: totul cost din punct de vedere energetic.

Pentru a menine individualitatea chimic sectorial si diferenele de gradient, organismul consum permanent energie.Energia pe care o cheltuim permanent pentru a ne menine structura ar permite arderea continuu a unui bec de 100 de wai.

Daca in lichidul extracelular dintre electroliti cea mai mare concentratie o au ionii de Na, Cl si HCO3, in lichidul intracelular predomina ionii de K, Mg, HPO4.

Compoziia i caracteristicile fizice ale lichidului extracelular (nivel de control i limite de variaie pe perioad scurt) Valori normale Interval normal limite nonletale Uniti Oxigen 40 35-45 10-1000 mmHg

Bioxid carbon 40 35-45 5-80 mm Hg

Ion sodiu 142 138-146 115-175 mmol/L

I

on potasiu 4 3,8-5 1,5-9 mmol/L

Ion calciu 1,2 1,0-1,4 0,5-2,0 mmol/L

Ion clor 103 103-112 70-130 mmol/L

Ion bicarbonat 28 24-32 8-45 mmol/L

Glucoz 85 75-95 20-1500 mg/dl

Temperatur 37 37 18,3-43,3 Ccorporal

Status acido-bazic 7,4 7,3-7,5 6,9-8,0 pH

Limitele de variaie a parametrilor ce permit viaa sunt extrem de strnse.

- Pentru temp. corporal varaia este de 7grade C.

-Pentru pH, nivelul letal se obine la variaii de 0,5 ntr-un sens sau cellalt fa de nivelul de 7,4.

-Dac nivelul K+ scade la o treime se produce o pierdere a funciilor motorii, iar dac nivelul potasiului se dubleaz se produce cardiodepresie (atunci cnd s-au pus din greeal perfuzii cu KCl unor pacieni acetia au decedat prin stop cardiac).

-Dac nivelul calciului scade la jumtate n snge, apar convulsii.

-Scderea la jumtate a concentraiei de glucoz n snge afecteaz celula nervoas, hipoglicemia ducnd la com.

Care sunt mecanismele ce menin homeostazia?

Acestea sunt de trei categorii :

-sistemele tampon fizico-chimice-sistemele fiziologice automate de excreie i depozitare-sistemele de coordonare i integrare neuro-hormonala.

Cel mai complex i mai intricat este sistemul de control genetic ce controleaz att funciile intracelulare ct i funciile extracelulare.

ntre diversele stadii de organizare exist numeroase i complexe mijloace de informaie. Rolul primordial ntre aceste mijloace l reprezint sistemul nervos i cel endocrin.

REGLAREA ECHILIBRULUI HIDRIC

Reglarea echilibrului hidric se face pe cale nervoasa si endocrina.

Scaderea aportului de apa provoaca o crestere a osmolaritatii spatiilor extra- si intra-celular care va fi sesizata de osmoreceptorii hipotalamici declansand SENZATIA DE SETE. Setea apare si ca urmare a reducerii volumului total de apa prin pierderi , reducere sesizata de baroreceptorii din AD. Consecutiv CRESTE SECRETIA DE ADH ( hormonul natriuretic hipofizar).

Aportul de apa Pierderi de apa

Osmoreceptorii Baroreceptorii

Hipotalamici din AD

Secretii de ADH SETEA

PAGE

10