Fenômenos Osmóticos nos Seres Vivos

Transcrição

1 Fenômenos Osmóticos nos Seres Vivos Referências: Margarida de Mello Aires, Fisiologia, Guanabara Koogan 1999 (612 A ) Ibrahim Felippe Heneine, Biofísica Básica, Atheneu 1996 ( H ) 1

2 Fenômenos Osmóticos nos Seres Vivos Fundamenta -se Trocas com meio ambiente Mecanismo para manutenção do Millier interne HOMEOSTASE (desenvolvido de acordo com o habitat ) Sensores capazes de registrar alteração homeostase circulação ( aurículas, ventrículos, aorta, carótida) sistema nervoso central fígado rim. **** 2

3 Processo osmótico 1. Conservação volume água corpórea: fluidos corporais 60-70% peso corporal 2. Manutenção concentração osmótica fisiológica: 300 miliosmoles/kg H 2 O Plasma Liquido intersticial Intracelular 4

4 RELEMBRANDO ALGUNS CONCEITOS...

5 Osmose Regular H 2 O células Equilíbrio hidroeletrolítico do corpo Saúde Doença Osmose: passagem ou difusão do solvente através de uma membrana semi-permeável, de uma região onde a concentração de solvente é maior para outra onde a concentração é menor. Dois componentes deste processo: Difusão da Água Membrana 7

6 O que é osmose? Osmose é o movimento de água através de uma membrana devido à diferença na concentração de água nos dois lados. (Esta definição não é rigorosamente correta. Seria mais correto dizer que osmose é o movimento de água através de uma membrana devido à diferença na energia livre de água nos dois lados ) Qualquer substância que esteja presente na água vai diminuir a concentração de água. Então, é comum dizer que osmose é o movimento de água através de uma membrana devido à diferença na concentração de solutos nos dois lados (a presença de soluto na água diminui a energia livre da água) 8

7 o nível neste lado vai aumentar O fenômeno de osmose e pressão osmótica Osmose é o movimento de água através de uma membrana devido à diferença na concentração de soluto nos dois lados. Nos falamos que a solução tem uma pressão osmótica ( SOL ). Esta pressão osmótica é uma força motriz que tende a trazer água à solução P atm solução SOL P atm água pura o nível neste lado vai diminuir isto é uma membrana semipermeável ideal (vamos simplesmente dizer membrana ideal ) água pode passar, mas nenhum soluto pode passar, também, a membrana tem resistência mecânica suficiente para não sofrer deformação quando as pressões físicas nos dois lados são diferentes 9

8 Osmose é uma propriedade coligativa Nós definimos osmose assim: osmose é o movimento de água através de uma membrana devido à diferença na concentração de solutos nos dois lados Osmose é uma propriedade coligativa isto quer dizer que somente importa o número de partículas presente na água, não importa a natureza destas partículas. Outra propriedades coligativas diminuição da pressão de vapor da água (e, como consequência, aumento do ponto de ebulição) diminuição do ponto de congelação 10

9 Volume de água corpórea * Água endógena % de água em relação ao peso corporal Fluidos corporais H 2 O ( 300ml / dia) 5% 15% 30-50% Plasma *VE Intersticial NaCl *VE Intracelular VI KCl Transcelular H 2 O pura ( 1,6 L / dia) H 2 O de alimentos ( 300 ml / dia) VE-Extra celular 20% Perdas de H 2 O em ml / dia Pulmões 50 à 700 Urina 1200 Pele 200 Intestinos 300 Cérebro espinhal, intra ocular pleural 28

10 Composição Fluidos Extracelular e Intracelular Substância Concentração Intracelular* (mm) Extracelular *Na *K *Ca ,5 *Mg 2+ 1,5 12 *Cl *HCO Pi 2 40 *Aminoácidos 2 8 *Glucose 5,6 1 ATP 0 4 * Proteina 0,2 4 * Concentração intracelular diferente de tecido para outro, maioria das células. * Dosagem química * Espectroscopia de absorção atômica 29

11 Proporção dos Líquidos Intracelular, Interticial e Intravascular de Acordo com a Idade Idade Liquido Intracelular Líquido Extracelular Intersticial Intravascular Recém nascido 25% 45% 5% 1 ano 30 35% 30% 5% Adulto 40 50% 15% 5% 30

12 Segundo PITTS : Distribuição H 2 O no Organismo H 2 O - tritiada HTO VE Sacarose - 14 C Membrana plasmática Homem % peso em Fluidos corporais Pele : 72 % Músculo: 75 % Esqueleto: 22 % Fígado: 68 % Coração: 79 % Pulmões: 79 % Rins: 83 % Baço: 76 % Sangue : 83 % Intestino: 74 % Tecido adiposo: 10% 31

13 RELEMBRANDO ALGUNS CONCEITOS... Peso atômico: peso total de um átomo ou a média das massas dos isótopos naturais de um elemento químico. O = 16 Na = 23 K = 39 Peso molecular: é a soma dos pesos atômicos de todos os elementos encontrados na fórmula de uma substância. Exemplo: Substância Fórmula Peso Molecular Mol (M) Milimol (mm) Cloreto de Potássio KCL ,5 = 74,5 74,5 g 74,5 mg Equivalente eletroquímico: Quando cátions e ânions se combinam, eles o fazem de acordo com sua carga iônica (valência) e não de acordo com seu peso. Equivalência eletroquímica se refere ao poder de combinação de um íon. Assim:

14 RELEMBRANDO ALGUNS CONCEITOS... Para íons monovalentes, 1 mol é igual a 1 equivalente. Para íons bivalentes, 1 mol é igual a 2 equivalentes. 1 mol H + (1 g) + 1 mol Cl - (35,5 g) 1 mol HCl (36,5 g) 1 equivalente; 1 mol Na + (23 g) + 1 mol Cl - (35,5 g) 1 mol NaCl (58,5 g) 1 equivalente; 1 mol Ca ++ (40 g) + 2 mol Cl - (71g) 1 mol CaCl 2 (111 g) 2 equivalentes. Molaridade: é o número de moles do soluto por litro de solução, a uma dada temperatura. Molalidade: é o número de moles do soluto por gramas do solvente. Osmolaridade: é o número de moles do soluto contidos em 1 litro de solução. Ou ainda é a concentração molar do soluto multiplicada pelo número de partículas. Ex: 1 M de glicose = 1 osmolar; 1 M de NaCl = 2 osmolar.

15 Osmolaridade Osmose e pressão osmótica dependem do número de partículas em solução Molaridade número de moles pôr litro de solução Molalidade número de moles em 1000 g de solvente Osmol número de partículas ou ions produzidas pela dissociação de 1 mol de uma substancia num solvente Osmolaridade (M os ) ou concentração osmolar de uma solução É a concentração molar multiplicada pelo número de osmoles (osmoles / litro) Osmolalidade (m os ) = concentração molal multiplicada pelo número de moles produzidos pelo soluto na solução (osmoles / 1000g de solvente) 34

16 OSMOLARIDADE NaCl 0,1 M Sacarose 0,1 M Mesma pressão osmótica? Por que? Não eletrólito Eletrólito C osm = C C osm = C. n p n p = número de partículas dissociadas 35

17 OSMOLARIDADE Glucose = soluto não dissociável 1M 1 osmolar = 1M os NaCl = solução dissociável 1M 2 osmolar ou 2 osmoles/l =2M os 36

18 COMPOSIÇÃO ELETROLÍTICA Todos os espaços líquidos corporais são isotônicos entre si. A osmolaridade do plasma, e conseqüentemente a do LEC, é de aproximadamente 300 mosm/l. A solução de NaCl a 0,9% é também chamada solução fisiológica porque possui osmolaridade semelhante ao do LEC, evidenciada pela fórmula abaixo: 1mEq de Na + (23mg) + 1mEq de Cl - (35,5) = 58,5 mg de NaCl Tem-se então: 58,5 mg de NaCl 1mEq (de Na + ou Cl - ) Molaridade (M)= concentração x 10/peso molecular (M) = 0,154 Osmolaridade (O) = Molaridade x nº de partículas (O) = 0,154 x 2 (dissociação ou meq) (O) = 0,308 osmóis/l 308 miliosmóis/l

19 Força ou Pressão H 2 O do lado que contem solução. solução concentrações fluxo osmótico ocorre da solução + diluída p/ + concentrada. Até atingir o equilíbrio. Força ou pressão Pressão osmótica ou Pressão de difusão Igual e oposta a força impulsora gerada pela C aplicada no lado que contem a solução. Pressão hidrostática necessária p/ impedir o fluxo osmótico da água. Determina: os movimentos técnica de crioscópia (3) = CRT Eq. De van`t Hoff prop. Coligativas sol. diluída 38

20 Dependência da pressão osmótica na [soluto] - IDEAL Se usarmos o osmômetro para determinar a pressão osmótica como uma função da [soluto] vamos achar a seguinte relação: pressão osmótica (Pa ou atm ou mmhg) = C os R T temperatura absoluta concentração de partículas osmoticamente ativas (osmol L -1 ) Note bem: osmol mol quando alguém fala X osmol, está dizendo que tem X mol de partículas osmoticamente ativas Para não-eletrólito C os = C Para eletrólito C os = n P C onde C é a concentração do composto e n P é o número de partículas constante dos gases 8314 L Pa mol -1 K -1 0,08206 L atm mol -1 K -1 62,36 L mmhg mol -1 K -1 Tome muito cuidado: use o valor correto para a situação que tem! Coloque as unidades dentro dos cálculos e trabalhá-los! 39

21 Força ou Pressão Osmótica H 2 O do lado que contem solução. Soluções concentrações fluxo osmótico ocorre da solução + diluída para + concentrada. Até atingir o equilíbrio. Pressão osmótica Pressão extra aplicada no lado do soluto Pressão osmótica ideal Equação de Vant Hoff V = nrt = (n/v)rt = C osm RT (3) para impedir a osmose. Pressão hidrostática necessária para impedir o fluxo osmótico da água. : pressão osmótica V: volume da solução n: n o de moles de partículas osmoticamente ativas (mols) R: constante universal dos gases = 8,314 Pa. m 3 /mol. k 0,0821 L. atm/mol.k T: temperatura absoluta (kelvin = k) C osm : concentração osmolar (mol soluto /L solução; osmolar ou osmolal) 40

22 Dependência da pressão osmótica na [soluto] - REAL Na verdade, a equação = C os RT é uma aproximação. A realidade é que tem desvios do comportamento ideal. Isto necessita a utilização do coeficiente osmótico. = C os R T coeficiente osmótico É necessário determinar empiricamente. Infelizmente, isto é chato, porque: varia com o tipo de partícula! mesmo falando da mesma partícula, varia com a concentração e pode até variar com a presença de outros solutos isto é um nome bonito para fator de correção Exemplo K 2 SO 4 [molar] 0,005 0,92 0,010 0,90 0,050 0,82 0,100 0,77 41

23 MAGNITUDE DE PRESSÃO OSMÓTICA: [ osmolar] do eritrócito no citoplasma ~ 300 mosm = 0,3 mol/l Calcule a pressão osmótica:? = C osm.r.t Realidade : = Φ C osm.r.t Φ : coeficiente osmótico = grau de idealidade Φ = 1 = ideal Φ varia com soluto presença de outros solutos concentração (enquanto C =0 Φ =1) Ex: K 2 SO 4 conc molal Φ 0,005 0,92 0,100 0,77 Desvios de idealidade devido: interações entre moléculas do soluto dissociação incompleta de eletrólitos espaço significativo ocupado por macromoléculas 42

24 Tonicidade o que acontece se um dos solutos pode atravessar a dada membrana? Vamos considerar uma membrana que uréia pode atravessar mas sacarose e glucose não. Nesta situação, as seguintes soluções são isotônicos ou não?: Caso 1 lado A = 1 M sacarose lado B = 1 M uréia Caso 2 lado A = 0,5 M sacarose + 0,5 M uréia lado B = 1 M uréia Caso 3 lado A = 0,5 M sacarose + 0,5 M uréia lado B = 0,5 M glucose + 0,5 M uréia 43

25 Caso 1 lado A = 1 M sacarose lado B = 1 M uréia A B no início as soluções são isoosmóticas não tem uma força motriz para o movimento de água a sacarose não pode passar de A para B mas a uréia vai passar de B para A (a uréia quer igualar as concentrações nos dois lados está pensando quero ter 0,5 M de mim em cada lado ) 44

26 Caso 1 - continuação então, no decorrer do tempo, uréia vai passando do lado B para A o nível vai subir A B o nível vai descer água então, depois do tempo zero vai ter 1 M sacarose + um pouco de uréia no lado A vai ter < 1 M uréia no lado B vai ter uma força motriz para o movimento de água de B para A. Portanto, no caso 1, as soluções iniciais não são isotónicos!!! 45

27 Caso 2 lado A = 0,5 M sacarose + 0,5 M uréia lado B = 1 M uréia A B no início as soluções são isoosmóticas não tem uma força motriz para o movimento de água a sacarose não pode passar de A para B mas a uréia vai passar de B para A (a uréia quer igualar as concentrações nos dois lados está pensando quero ter 0,75 M de mim em cada lado ) 46

28 Caso 2 - continuação então, no decorrer do tempo, uréia vai passando do lado B para A A B água então, depois do tempo zero vai ter 0,5 M sacarose + um pouco mais do que 0,5 M uréia no lado A vai ter < 1 M uréia no lado B vai ter uma força motriz para o movimento de água de B para A. Portanto, no caso 2, as soluções iniciais não são isotónicos!!! 47

29 Caso 3 lado A = 0,5 M sacarose + 0,5 M uréia lado B = 0,5 M glucose + 0,5 M uréia A B no início as soluções são isoosmóticas não tem uma força motriz para o movimento de água a sacarose não pode passar de A para B a glucose não pode passar de B para A a uréia pode passar de A para B e de B para A mas já está em equilíbrio (a uréia está pensando estou satisfeito, tenho 0,5 M de mim em cada lado ) 48

30 Caso 3 - continuação lado A = 0,5 M sacarose + 0,5 M uréia lado B = 0,5 M glucose + 0,5 M uréia A B Neste caso, as soluções iniciais são isotônicas já, no início, as soluções são isoosmóticos (então, não tem força motriz para o movimento de água) e ao longo do tempo, as osmolaridades das soluções não vão mudar (então, nem no futuro vai aparecer uma força motriz para o movimento de água) 49

31 Alteração no volume celular: - Meio hipertônico -Meio isotônico -Meio Hipotônioco Fluido intracelular 300 mosm Volume normal da célula 400 mosm solutos impermeáveis SOLUÇÃO HIPERTÔNICA Célula murcha 300 mosm solutos impermeáveis SOLUÇÃO ISOTÔNICA Volume celular constante 200 mosm solutos impermeáveis SOLUÇÃO HIP0TÔNICA Célula incha 50

32 TONICIDADE DE SOLUÇÕES Tonicidade é a capacidade que os solutos têm de gerar uma força osmótica que provoca o movimento de água de um compartimento para outro. Células biológicas quando colocadas em diferentes soluções, podem permanecer do mesmo tamanho, inchar ou arrebentar (plasmólise). Isso depende da concentração da solução externa e da permeabilidade da membrana.

33 Osmolaridade x Tonicidade das soluções Meio Solução- características Isosmótico Hiperosmótico Hiposmótico Isotônico Hipertônico Hipotônico Mesma concentração em solutos totais (osmolaridade) em relação solutos permeáveis e não- permeáveis. Maior que 300 mosm permeáveis e não permeáveis. Menor que 300 mosm permeáveis e não permeáveis. 300 m Osmol/ l solutos não permeáveis Solução concentração maior 300m Osmol / l solutos permeáveis célula diminui volume. Solução concentração menor 300m Osmol/ L solutos não - permeáveis célula aumenta volume. 52

34 Em geral composição química e osmótica Animais Água mar Relação Origem comum espécies VIVAS Na + K + Cl - Ca ++ Mg ++ Osm (meq/l) ( m Osm.) Mar 100 3, ,91 12,1 - Plasma 155 6, ,10 0,7 300 humano P. Boi ,9 5, P. Cavalo ,6 5, P. Cachorro ,7 5, P. Gato ,0 5,