Equilibrio hidrico
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La regulación del equilibrio hídrico durante la practica de ejercicios físicos Gustavo Santángelo Magrini* y Rubén Cohen Grinvald. (Argentina - España) Indice 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Introducción. Agua corporal total. Líquidos corporales. Equilibrio Osmótico. Isotonía, hipertonía e hipotonía. La sed. Agua y Ejercicio Físico. Reposición Hídrica. Bibliografía. 1. Introducción El agua es el disolvente general del organismo que condiciona los fenómenos osmóticos, mantiene el estado coloidal del protoplasma y transporta los elementos nutritivos y de desechos de la actividad celular. La inmensa mayoría de las reacciones químicas del metabolismo se realizan en disoluciones acuosas, participando el agua directa ó indirectamente. Los organismos vivos varían en su contenido de agua. En general los tejidos jóvenes le contienen en mayor proporción. Varía también la proporción de agua de un tejido a otro entre los humanos. Con el siguiente esquema lo podremos apreciar mejor: TEJIDOS % AGUA Esmalte dentario Esqueleto Corazón Riñón Cartílago Hígado Sangre Líquido cefalorraquídeo 0,2 22 79,3 83 55 70 79 99 Su conductividad térmica nos permite, mejor que ningún otro líquido orgánico, regular la temperatura corporal, ya que por ella se conduce fácilmente el calor y por lo tanto iguala con rapidez la temperatura de distintos sectores del medio interno y el de las células. Su elevado calor específico contribuye a sostener de forma estable la temperatura corporal. Si las 3000 Calorías, que por término medio, libera un sujeto normal en 24 hs. se hiciesen en presencia de otro disolvente, distinto del agua, la temperatura corporal se elevaría hasta 100-150 Cº. Su alto calor latente de vaporización* permite al vapor de agua mantener el organismo a temperatura más baja que la del ambiente. El organismo pierde constantemente agua por la piel, los pulmones (pérdida insensible) y la evaporación del sudor absorbe mucho más calor que si el disolvente fuese otro. Este fenómeno es de especial importancia en el ejercicio. * Calor latente de vaporización: la cantidad de calor que se le ha de aportar a un gramo de líquido para transformarlo en vapor, a su temperatura de ebullición. Calor latente de evaporación del agua: 536 calorías. 2. Agua corporal total El volumen total de agua que contiene un sujeto de 70 Kg es de unos 40 las (57% de su peso corporal). La obesidad reduce estos porcentajes hasta en un 45%. El balance de agua, lo podemos determinar sobre unos 2,5 lts diarios, de la siguiente forma: Ingresos Pérdidas Líquidos 1200 ml Comida 1000 ml Metabólica 350 ml (?) orina 1500 ml Pérdidas insensibles 900 ml sudor 50 ml heces 100 ml Sin duda en el ejercicio la pérdida de agua corporal es mucho más sensible alcanzando proporciones elevadas con respecto a los valores dados. Estas pérdidas están condicionadas por la intensidad del ejercicio, la temperatura y la humedad ambiente. La idea se puede resumir en el siguiente esquema: Ingresos Pérdidas Líquidos 1200 ml Comida 1000 ml Metabólica 350 ml orina 500 ml sudor 5000 ml Pulmones 700 ml 3. Líquidos corporales Los líquidos corporales pueden dividirse en extracelulares e intracelulares, las diferencias básicas entre ellos se producen a través del transporte en la membrana celular. Su estudio es de vital importancia para comprender la regulación del volumen de líquido corporal, constituyentes del líquido extracelular, el equilibrio ácido básico y el intercambio macroscópico entre ellos gobernado por el equilibrio osmótico. Alrededor de unos 25 lts de los 40 lts que hay en el organismo están dentro del compartimento celular: es el líquido intracelular. A pesar de no ser un líquido estrictamente homogéneo, se le considera un gran compartimento líquido. Los líquidos que se reúnen fuera de las células se les denomina líquidos extracelulares y constituyen el medio interno. En conjunto alcanzan un volumen de 15 lts. Pueden dividirse en: Líquido intersticial: es el que se encuentra en los espacios intercelulares. La mayor parte de él se encuentra en forma de gel en estos espacios. Plasma: es la porción no celular de la sangre. Comunica permanentemente con el líquido intersticial a través de los poros capilares, por lo que las sustancias disueltas y el agua difunden libremente y permiten una mezcla casi constante. Las proteínas no difunden y su presión coloidosmótica ayuda a mantener los niveles plasmáticos. Su volumen es de unos 3 lts . Componentes de los líquidos intra y extracelular: los distintos componentes de los líquidos corporales están disueltos en ellos y relacionados en milimoles ó miliequivalentes por litro. Un milimol es la milésima parte de un mol. Un mol se define como el peso molecular de una sustancia expresado en gramos. El miliequivalente es la milésima parte de un equivalente. Aquí hablamos de equivalente eléctrico que se define como un mol de una sustancia ionizada divido por su valencia. Por ejemplo un Equiv. de Na es 23/1=23 un Equiv. de Ca es 40/2=20. Si los consideráramos por masa las proteínas y las sustancias no electrolíticas suponen casi el 90% de las mismas en el plasma, el 60% en el líquido intersticial y 97% en el intracelular. Los porcentajes similares del plasma y el líquido intracelular nos permite afirmar que estas sustancias se encuentran en similares proporciones en ambos lados de la membrana, con la excepción de algunos compuestos grasos que existen en el plasma en partículas grandes como las lipoproteínas. En el líquido extracelular existen grandes cantidades de iones Na + y Cl-, cantidades considerables de ion bicarbonato y pequeñas cantidades de iones Ca ++, K+, Mg++, HPO4--, SO4-- y ácidos orgánicos, además en el plasma existen grandes cantidades de proteínas, no así en el líquido intersticial, tal como ya se comentó. El líquido intracelular contiene pequeñas cantidades de iones Na+ y Cl-, casi nada de HPO4--, cantidades moderadas de Mg++, SO4-- y cuatro veces más proteínas que en el plasma. 4. Equilibrio Osmótico. Osmolaridad de los líquidos corporales y conservación del equilibrio osmótico Como el lector ya sabe, la presión necesaria para evitar la ósmosis a través de una membrana semipermeable se denomina presión osmótica. Cuanto mayor concentración de sustancias no difusibles a un lado de la membrana, menor es la tendencia del agua a difundir por ella. El agua intenta mantener las concentraciones estables por lo que tiende a difundir a los lugares de mayor concentración del soluto. Cada molécula no difusible disminuye de esta forma el potencial químico del agua en una cantidad determinada. Asimismo, la presión osmótica de la solución es proporcional a la concentración de moléculas no difusibles, sea cual sea su peso molecular. Por ejemplo una molécula de albúmina tiene el mismo efecto osmótico que una de glucosa siendo sus pesos moleculares 70000 y 180 respectivamente. Este concepto es de vital importancia para comprender el equilibrio osmótico. Los iones causan el mismo efecto osmótico que las moléculas, si se encuentran en la misma concentración. Cuando una molécula se disocia en uno ó más iones cada uno de ellos ejerce presión osmótica de acuerdo a su presencia molar individual. La presión osmótica se expresa en osmoles. Un osmol es una medida de concentración de moléculas que equivaldrían al peso molecular de sustancia no difusible y no ionizable. La actividad osmótica en soluciones corporales se suele determinar en miliosmoles. Cuando estas concentraciones se expresan en osmoles/ lts de agua se les conoce por osmolaridad. Cuando se expresan en osmoles/ kg de agua se las denomina osmolaridad. La actividad osmótica en los líquidos corporales está condicionada casi en su totalidad por los iones. En el plasma y el líquido intersticial el Na+ y Cl- ejercen las cuatro quintas partes de la presión osmótica, en el espacio intracelular casi la mitad de la actividad osmótica la realizan los iones K +. La osmolaridad total de cada uno de los tres compartimentos es de 300 miliosmoles, en tanto que la del plasma es de 1,3 miliosmoles/litro más que los otros dos compartimentos, sin embargo la diferencia se marca sobre el líquido intersticial ya que tal diferencia es debida a la presión óncotica de las proteínas plasmáticas. La idea clara de la presión la obtenemos si consideramos a la presión en Torr. Presión osmótica = 19.3 * Osmolalidad (miliosmoles/litro) De esta forma podemos determinar que la presión osmótica de los compartimentos corporales equivale a una tremenda presión frente a una membrana con agua pura. Algo más de 5400 Torr. Por lo tanto mantener el equilibrio osmótico es de vital importancia, ya que esta fuerza desequilibrada queda con un enorme potencial para desplazar agua, lo que afectaría sensiblemente a la homeostásis. 5. Isotonía, hipertonía e hipotonía Las células expuestas a una solución con gradiente osmótico menor que el de su interior, ganan agua para facilitar el equilibrio necesario, lo que logran cambiando su volumen inicial. Las células expuestas a una concentración mayor que su interior pierden agua en favor del equilibrio. En el primer caso estamos frente a una solución hipotónica, que en relación a los líquidos corporales, es toda aquélla con menos de 0,9 % de concentración de ClNa. En el segundo caso estaríamos frente a una solución hipertónica, que es toda solución con más de 0,9% de ClNa en relación a los líquidos corporales, finalmente una solución isotónica es aquélla en la que no existe cambio en el equilibrio osmótico y por tanto no afecta al volumen celular. Una solución de este tipo tiene una concentración aproximada de 0,9% de ClNa ó 5% de glucosa. Es necesario decir que el equilibrio osmótico tiende a restablecerse siempre. Sin embargo hay que considerar que en una situación normal los líquidos se incorporan al organismo por vía gastrointestinal y después son distribuidos por la sangre al resto del cuerpo. Esto supone que el equilibrio osmótico puede tardar en restablecerse casi 30 min. aunque este último extremo también depende del tipo de desequilibrio producido. Durante el ejercicio se produce una importante pérdida de agua. Este agua proviene del líquido extracelular. A esta pérdida le sigue una salida de agua del interior de la célula para restablecer el equilibrio osmótico. Se produce una deshidratación. Si en ese momento restablecemos el líquido perdido con una solución isotónica, el líquido se absorbe desde el tracto gastrointestinal hacia el plasma desde dónde la mayor parte de este pasa al líquido intersticial. El agua y la sal permanecen en él y en el plasma, no entran en la célula, debido a la protección que ejercen las bombas de Na de la membrana celular, (el Na no entra en ella y por tanto el agua tampoco), de esta forma se restablece el volumen de líquido extracelular sin afectar al equilibrio osmótico. Si la solución aportada es hipotónica, la dilución del líquido extracelular será severa con respecto al gradiente de presión creado en el interior de la célula por lo que pasará mucha más agua para restablecer el equilibrio, cambiando el volumen celular y generando pérdida del líquido extracelular, aunque el mayor peligro de esta situación radica en la lisis celular. Es una deshidratación hipotónica. Si la solución aportada es hipertónica, la célula responderá dejando fluir agua para restablecer el equilibrio osmótico, lo que afectará a su volumen y estructura. Estamos ante una deshidratación hipertónica. Es relativamente común ver situaciones peligrosas en el restablecimiento del equilibrio hídrico de algunos deportistas. Volveremos a tratar la deshidratación más adelante. Para comprender la importancia del mantenimiento del equilibrio osmótico que ejercen los líquidos corporales, baste decir que los riñones filtran diariamente, aproximadamente 180 lts/día de plasma. La capacidad de resorber los nutrientes necesarios y eliminar por esa vía los desechos es fundamental para la vida, todo ello se produce sin variar apenas la concentración osmótica de los líquidos corporales, que se sostiene en una constante de 300 miliosmoles/litro. 6. La sed Este es un mecanismo que juega un importante papel como regulador de las concentraciones de sodio corporal y la osmolaridad total. La sed es el deseo consciente de agua. El centro de la sed esta localizado en una pequeña zona delante de los núcleos supraópticos del hipotálamo, en el área preóptica lateral. Las neuronas de esta zona funcionan como osmorreceptores. Por tanto un aumento de la presión osmótica del líquido extracelular dispara el mecanismo. La deshidratación intracelular provoca cambios en la osmolaridad extracelular y causa sed. La pérdida de potasio corporal disminuye la concentración intracelular del mismo, reduce el volumen de la célula y provoca sed. Un dato importante es el hecho de que no bebemos nunca cantidades incontroladas de agua por mucha sed que tengamos. La razón estriba que al beber, el agua ingerida pasa al tubo gastrointestinal y allí se produce un alivio parcial de la necesidad de beber. Podemos lograr este mismo efecto insuflando un balón en el estómago. El agua tardará entre 20 a 30 minutos para distribuirse en el organismo, de manera que si bebiéramos una gran cantidad de líquido crearíamos una importante hipoosmolaridad del líquido extracelular. En el deporte, el mecanismo descripto tiene una importancia crítica, ya que el tiempo que transcurre para igualar las concentraciones osmolares una vez que se ha disparado el mecanismo de la sed es demasiado largo. A ello hay que sumar una sustancial pérdida de agua corporal por lo que aún se hace más ineficaz el mecanismo de la sed para solventar el desequilibrio que no es otro que la deshidratación. Por tanto en el deporte es importante la bebida realizada sin sed. Lo ideal son reposiciones de poco volumen, que no provoquen incomodidad gastrointestinal y ayuden a un vaciado rápido. En este sentido hay que recordar que el agua fresca abandona antes el estómago. Sin el sistema de la sed combinado con la ADH el control de la concentración de sodio se hace extremadamente difícil. 7. Agua y Ejercicio Físico En la actividad física el equilibrio hídrico es un elemento fundamental en la consecución de un rendimiento óptimo. Después de ver cual es el mecanismo de regulación del agua y de los principales solutos, el lector puede concluir, y con razón que en el ejercicio físico las situaciones descriptas se disparan a valores a veces críticos y que algunos sistemas de regulación, como el descripto en la sed, son del todo ineficaces para mantener el equilibrio hídrico. El ejercicio tiene valores distintos, según la intensidad de su ejecución. En el ejercicio intenso la pérdida de agua puede alcanzar valores que suben hasta el 6% de la masa corporal total. Pero veamos cómo se producen estos fenómenos. El trabajo intenso, como es el caso del ejercicio, produce un aumento significativo de la temperatura y que tiene una estricta proporcionalidad, con la intensidad del trabajo realizado, pero también con la eficacia mecánica íntrinseca de la tarea y de quien la realiza. Gran parte del trabajo produce calor, que debe ser disipado en orden a mantener la homeostásis y por tanto el rendimiento. Existen varias formas de termoregulación: radiación, convección y evaporación. La radiación depende de la diferencia de la temperatura del individuo y del entorno. El calor se pierde hacia dónde existe un gradiente de temperatura negativo. El cuerpo pierde calor por convección con el ambiente, mientras más aire frío circule, más calor disipamos. Sin embargo es por evaporación dónde se registran las mayores pérdidas de calor. Cuando la temperatura ambiente es menor que la de la piel, la pérdida de calor se facilita por la suma de la convección y la radiación. En el ejercicio la carga de calor es tan grande que este mecanismo, todo y con ser el primero en activarse, no alcanza para eliminar el calor circulante, que la sangre ha llevado hasta la piel. En este momento se activan las glándulas sudoríparas (tenemos más de dos millones en todo el la superficie de la piel y no todas actúan con las mismas tasas de calor). Sin embargo no existe salida de sudor hasta que no se produce un tercio de la capacidad máxima de transpiración en las glándulas activadas. Podemos generalizar en cuanto a que la eficacia del cuerpo humano para realizar trabajo es de aproximadamente un 25%, por tanto el 75% de la energía total utilizada para dicho trabajo, se convierte en calor. Mientras más intenso es el trabajo, más calor se produce. En general las pérdidas de ese calor están mediadas por la evaporación, ya que las pérdidas por las sumas de la radiación y la convección se mantienen constantes. El aumento de la intensidad del ejercicio aumenta esta dependencia para la termorregulación, según podemos apreciar en la siguiente gráfica. donde: E: Producción de energía. PrC: Producción de calor. PC: Pérdida total de calor. EV: Pérdida por evaporación. R+C: Pérdida de calor por radiación y convección. ER: Pérdida de calor por evaporación de los pulmones. Tomado y modificado de Astrand y Rodahl. Fisiología del trabajo físico. Es pues sin duda la evaporación la forma más eficaz que el organismo tiene para disipar el calor. Durante el ejercicio, la posibilidad de realizar este trabajo de termoregulación con eficacia es crucial para el deportista. En ambientes húmedos y calurosos, dónde la saturación del aire por vapor de agua es muy alta, la evaporación y por tanto la refrigeración del organismo se produce con dificultad y las pérdidas de agua en estas condiciones pueden ser muy severas. Es aconsejable pues, la precaución en el tipo de ejercicio y la intensidad en esas condiciones. Hay que decir que una adaptación al ejercicio intenso se manifiesta en la tasa y en el tipo de sudor producido. En general los deportistas entrenados pueden gastar hasta 2,5 veces más energía que los no entrenados para una misma temperatura corporal absoluta, lo que implica que para intensidades submáximas la cantidad de sudor será menor. Sin embargo cuando el ejercicio se acerca a la máxima intensidad la capacidad de termoregulación del atleta entrenado produce mayores cantidades de agua y por tanto mayor cantidad de sudor. Un consumo de oxígeno de 4 lts producen 0,36 moles de agua, que suponen 648 ml. La composición del sudor es también un índice importante. En general el deportista adaptado producirá un tipo de sudor mas diluido que el no entrenado, manteniendo a pesar del ejercicio los equilibrios osmóticos en valores de fácil reposición. En la figura adjunta se hace referencia a la pérdida de la osmolaridad en un ejercicio intenso, después de un pérdida absoluta de cuatro Kg. Composición del sudor: Pérdida de 4 lts SOLUTO Composición media del sudor Cantidad de soluto en líquido extracelular MMol/lts Meq/lts Cantidad de Cantidad de soluto después soluto de la pérdida eliminada de 4 lts Meq/lts Meq/lts Na 47,9 217,5 191,6 198,3 K 5,9 60 23,6 36 Cl 40,4 157,5 161,6 148,3 94,2 312,1 Bicarbonato Osmolaridad 24 94,20 254 Los problemas más comunes en relación a la producción y acumulación excesiva de calor pueden quizás resumirse en los siguientes: Espasmo muscular de la masa muscular activa, probablemente producido por una pérdida del equilibrio electrolítico. Agotamiento por calor. Aumento en picos de la frecuencia cardíaca, hipotensión ortoestática, dolor de cabeza, debilidad general. El sudor puede estar reducido. Existe una importante pérdida del volumen plasmático y por tanto reducción del gasto cardíaco. Golpe de calor. Esta es la complicación más seria relacionada con el aumento de la acumulación de calor corporal. La temperatura sube a límites muy peligrosos (recuerde el lector que una temperatura nuclear de 41ºC desnaturaliza la mayor parte de la actividad enzimática metabólica), el sudor cesa, la piel está seca y muy caliente. El cuadro puede terminar en lesiones irreversibles del sistema nervioso, colapso circulatorio y eventualmente la muerte. 8. Reposición hídrica Es recomendable la ingestión de agua antes, durante y después del ejercicio. Antes no más de 250300 ml de agua fresca. Una ingestión mayor podrá producir molestias gastrointestinales por problemas de vaciado y malograr el rendimiento. Si el ejercicio es continuo pero moderado (por debajo del 75% del Vo2), con temperaturas que no sobrepasen los 25 ºC la reposición debe realizarse cada 15 minutos y no sobrepasar los 250 ml. Una ingestión mayor causaría los problemas gastrointestinales señalados. Es importante recordar que los fluidos fríos. Por ejemplo a 5ºC, son vaciados del estómago más rápido que los que están a temperatura corporal. Teniendo en cuenta que el agua ingerida será calentada por la temperatura interior del organismo, es recomendable que la reposición hídrica no se haga con agua a temperatura ambiente, sino con agua fresca a la temperatura indicada. En cuánto a las aportaciones de carbohidratos en los fluidos de reposición, el lector debe recordar que si no nos enfrentamos a ejercicios de alta intensidad, donde se pongan en acción las reservas de glucógeno, aportar azúcares, en especial glucosa, no solo no nos beneficia para la acción inmediata, sino que retrasa la absorción del agua que necesitamos. La glucosa que llega al estómago en disolución marca un importante retraso en el vaciado del estómago de agua libre. Sin embargo en pruebas dónde la acción se prolonga a altas intensidades puede ser recomendables la ingestión de preparados glucosados. Se han encontrado útiles, concentraciones de 30 a 60 gr/hr. en 625 a 1250 ml/hr de fluido ó bebidas preparadas al 4 - 8% de concentración de carbohidratos. En conclusión, es importante recordar que el fenómeno a atajar en el ejercicio es la deshidratación y que esta se previene, en parte, con las siguientes pautas prácticas: Es necesario reponer el volumen de pérdida del líquido extracelular, que se manifiesta en la tasa de sudor. La magnitud de la deshidratación puede ser medida pesando al deportista antes del ejercicio y después del mismo. Es importante poner en práctica algunas medidas que ayudan a la disipación del calor. Utilizar ropa clara, que permita la pérdida por radiación y amplia, que favorezca la pérdida por convección. Beber antes, durante y después del ejercicio. Beber agua fresca y no utilizar bebidas con carbohidratos a menos que el ejercicio así lo requiera. Intenso y prolongado ó que la temperatura ambiental no sea alta y el calor este siendo disipado por C+R. En caso contrario el azúcar no permite una reposición hídrica lo suficientemente rápida para reponer las tasas de sudor que trabajan en la termoregulación. Nunca beber disoluciones de glucosa antes del ejercicio. La hiperglucemia generada provoca una respuesta importante de insulina en el plasma sanguíneo que reduce drásticamente el nivel de glucosa en sangre, generando una hipoglucemia refleja. Al tiempo la insulina inhibe la utilización de los ácidos grasos. La consecuencia es que se movilizan unas grandes dosis de glucógeno muscular con lo que el ejercicio queda hipotecado por una fatiga temprana. 9. Bibliografía Astrand. Rodhal. Fisiología del trabajo físico. Ed. Panamericana. 1986. Guyton. Tratado de fisiología médica. Ed. Interamericana. 1988. Jiménez Vargas. Macarulla. Fisicoquímica fisiológica. Ed. Interamericana. 1971. J. Appl. Physiol. 5, 759-768. McArdle. Katch. Katch. Exercise Physiology. Lea & Febiger. 1994. Pivarnik. Leeds. Wilkerson. Effects of endurance exercise on metabolic water production and plasma volume. American Physiological Society. Vander A. Fisiología renal. McGraw. Hill. 1985.
