Fluido extracelular - Extracellular fluid
Na biologia celular , o fluido extracelular ( LEC ) denota todo o fluido corporal fora das células de qualquer organismo multicelular . A água corporal total em adultos saudáveis é de cerca de 60% (faixa de 45 a 75%) do peso corporal total; as mulheres e os obesos normalmente têm uma porcentagem menor do que os homens magros. O fluido extracelular constitui cerca de um terço do fluido corporal, os dois terços restantes são fluido intracelular dentro das células. O principal componente do líquido extracelular é o líquido intersticial que envolve as células.
O fluido extracelular é o ambiente interno de todos os animais multicelulares e, nos animais com sistema circulatório sanguíneo , uma proporção desse fluido é plasma sanguíneo . O plasma e o líquido intersticial são os dois componentes que constituem pelo menos 97% do LEC. A linfa constitui uma pequena porcentagem do líquido intersticial. A pequena porção restante do LEC inclui o fluido transcelular (cerca de 2,5%). O LEC também pode ser visto como tendo dois componentes - plasma e linfa como sistema de distribuição e fluido intersticial para troca de água e soluto com as células.
O fluido extracelular, em particular o fluido intersticial, constitui o ambiente interno do corpo que banha todas as células do corpo. A composição do LEC é, portanto, crucial para suas funções normais e é mantida por uma série de mecanismos homeostáticos envolvendo feedback negativo . A homeostase regula, entre outros, as concentrações de pH , sódio , potássio e cálcio no LEC. O volume de fluidos corporais, os níveis de glicose no sangue , oxigênio e dióxido de carbono também são mantidos de forma homeostática.
O volume de fluido extracelular em um adulto jovem do sexo masculino de 70 kg (154 libras) é de 20% do peso corporal - cerca de quatorze litros. Onze litros são líquido intersticial e os três litros restantes são plasma.
Componentes
O principal componente do líquido extracelular (LEC) é o líquido intersticial , ou líquido do tecido , que envolve as células do corpo. O outro componente principal do LEC é o fluido intravascular do sistema circulatório denominado plasma sanguíneo . A pequena porcentagem restante do LEC inclui o fluido transcelular . Esses constituintes são freqüentemente chamados de compartimentos de fluidos . O volume de fluido extracelular em um adulto jovem do sexo masculino, de 70 kg, é de 20% do peso corporal - cerca de quatorze litros.
Fluido intersticial
O líquido intersticial é essencialmente comparável ao plasma . O líquido intersticial e o plasma constituem cerca de 97% do LEC, e uma pequena porcentagem é linfa .
O fluido intersticial é o fluido corporal entre os vasos sanguíneos e as células, contendo nutrientes dos capilares por difusão e retendo os produtos residuais liberados pelas células devido ao metabolismo . Onze litros do LEC são fluido intersticial e os três litros restantes são plasma. O plasma e o líquido intersticial são muito semelhantes porque água, íons e pequenos solutos são continuamente trocados entre eles através das paredes dos capilares, por meio de poros e fendas capilares .
O fluido intersticial consiste em um solvente aquoso contendo açúcares, sais, ácidos graxos, aminoácidos, coenzimas, hormônios, neurotransmissores, glóbulos brancos e resíduos celulares. Essa solução é responsável por 26% da água do corpo humano. A composição do líquido intersticial depende das trocas entre as células do tecido biológico e do sangue. Isso significa que o fluido tecidual tem uma composição diferente em diferentes tecidos e em diferentes áreas do corpo.
O plasma que se filtra através dos capilares sanguíneos para o fluido intersticial não contém glóbulos vermelhos ou plaquetas, pois são muito grandes para serem passados, mas podem conter alguns glóbulos brancos para ajudar o sistema imunológico.
Uma vez que o fluido extracelular se acumula em pequenos vasos ( capilares linfáticos ), ele é considerado linfa e os vasos que o carregam de volta para o sangue são chamados de vasos linfáticos. O sistema linfático retorna proteínas e o excesso de fluido intersticial para a circulação.
A composição iônica do fluido intersticial e plasma sanguíneo variam devido ao efeito Gibbs-Donnan . Isso causa uma ligeira diferença na concentração de cátions e ânions entre os dois compartimentos de fluido.
Fluido transcelular
O líquido transcelular é formado a partir das atividades de transporte das células e é o menor componente do líquido extracelular. Esses fluidos estão contidos em espaços revestidos epiteliais . Exemplos desse líquido são o líquido cefalorraquidiano , o humor aquoso do olho, o líquido seroso nas membranas serosas que revestem as cavidades corporais , a perilinfa e a endolinfa no ouvido interno e o líquido articular . Devido aos vários locais do fluido transcelular, a composição muda dramaticamente. Alguns dos eletrólitos presentes no fluido transcelular são íons sódio , íons cloreto e íons bicarbonato .
Função
O fluido extracelular fornece o meio para a troca de substâncias entre o LEC e as células, e isso pode ocorrer por meio da dissolução, mistura e transporte no meio fluido. As substâncias no LEC incluem gases dissolvidos, nutrientes e eletrólitos , todos necessários para manter a vida. O ECF também contém materiais secretados de células na forma solúvel, mas que rapidamente se aglutinam em fibras (por exemplo , colágeno , fibras reticulares e elásticas ) ou precipitam em uma forma sólida ou semissólida (por exemplo, proteoglicanos que formam a maior parte da cartilagem e os componentes de osso ). Essas e muitas outras substâncias ocorrem, especialmente em associação com vários proteoglicanos para formar a matriz extracelular ou a substância de "enchimento" entre as células por todo o corpo. Essas substâncias ocorrem no espaço extracelular e, portanto, são todas banhadas ou embebidas no LEC, sem fazer parte do LEC.
Oxigenação
Uma das principais funções do fluido extracelular é facilitar a troca de oxigênio molecular do sangue para as células do tecido e de dióxido de carbono, CO 2 , produzido na mitocôndria celular, de volta para o sangue. Como o dióxido de carbono é cerca de 20 vezes mais solúvel em água do que o oxigênio, ele pode se difundir com relativa facilidade no fluido aquoso entre as células e o sangue.
No entanto, o oxigênio molecular hidrofóbico tem solubilidade em água muito pobre e prefere estruturas cristalinas de lipídios hidrofóbicos. Como resultado disso, as lipoproteínas plasmáticas podem transportar significativamente mais O 2 do que no meio aquoso circundante.
Se a hemoglobina nos eritrócitos é o principal transportador de oxigênio no sangue , as lipoproteínas plasmáticas podem ser o único transportador no LEC.
A capacidade de transporte de oxigênio das lipoproteínas, OCCL, reduz com o envelhecimento ou com a inflamação . Isso resulta em alterações das funções do LEC, redução do suprimento de O 2 nos tecidos e contribui para o desenvolvimento de hipóxia tecidual . Essas alterações nas lipoproteínas são causadas por danos oxidativos ou inflamatórios.
Regulamento
O ambiente interno é estabilizado no processo de homeostase . Mecanismos homeostáticos complexos operam para regular e manter estável a composição do LEC. As células individuais também podem regular sua composição interna por vários mecanismos.
Há uma diferença significativa entre as concentrações de íons sódio e potássio dentro e fora da célula. A concentração de íons sódio é consideravelmente maior no líquido extracelular do que no intracelular. O inverso é verdadeiro para as concentrações de íons de potássio dentro e fora da célula. Essas diferenças fazem com que todas as membranas celulares sejam eletricamente carregadas, com a carga positiva do lado de fora das células e a carga negativa do lado de dentro. Em um neurônio em repouso (não conduzindo um impulso), o potencial de membrana é conhecido como potencial de repouso e, entre os dois lados da membrana, é de cerca de -70 mV.
Esse potencial é criado por bombas de sódio-potássio na membrana celular, que bombeiam íons de sódio para fora da célula, para o LEC, em troca de íons de potássio que entram na célula a partir do LEC. A manutenção dessa diferença na concentração de íons entre o interior e o exterior da célula é fundamental para manter estáveis os volumes normais das células e também para permitir que algumas células gerem potenciais de ação .
Em vários tipos de células , os canais iônicos dependentes de voltagem na membrana celular podem ser abertos temporariamente em circunstâncias específicas por alguns microssegundos de cada vez. Isso permite um breve influxo de íons de sódio na célula (impulsionado pelo gradiente de concentração de íons de sódio que existe entre o exterior e o interior da célula). Isso faz com que a membrana celular se despolarize temporariamente (perca sua carga elétrica), formando a base dos potenciais de ação.
Os íons de sódio no LEC também desempenham um papel importante no movimento da água de um compartimento do corpo para o outro. Quando as lágrimas são secretadas ou a saliva é formada, os íons de sódio são bombeados do LEC para os dutos nos quais esses fluidos são formados e coletados. O conteúdo de água dessas soluções resulta do fato de que a água segue osmoticamente os íons de sódio (e os ânions que os acompanham ). O mesmo princípio se aplica à formação de muitos outros fluidos corporais .
Os íons de cálcio têm uma grande propensão para se ligarem às proteínas . Isso muda a distribuição de cargas elétricas na proteína, com a consequência de que a estrutura 3D (ou terciária) da proteína é alterada. A forma normal e, portanto, a função de muitas das proteínas extracelulares, bem como das porções extracelulares das proteínas da membrana celular, dependem de uma concentração de cálcio ionizado muito precisa no LEC. As proteínas que são particularmente sensíveis a mudanças na concentração de cálcio ionizado no LEC são vários dos fatores de coagulação no plasma sanguíneo, que não têm função na ausência de íons de cálcio, mas tornam-se totalmente funcionais com a adição da concentração correta de sais de cálcio. Os canais de íon sódio dependentes de voltagem nas membranas celulares dos nervos e músculos têm uma sensibilidade ainda maior às mudanças na concentração de cálcio ionizado no LEC. Reduções relativamente pequenas nos níveis plasmáticos de cálcio ionizado ( hipocalcemia ) fazem com que esses canais vazem sódio para as células nervosas ou axônios, tornando-os hiperexcitáveis, causando espasmos musculares espontâneos ( tetania ) e parestesia (sensação de "alfinetes e agulhas" ) das extremidades e ao redor da boca. Quando o cálcio ionizado do plasma sobe acima do normal ( hipercalcemia ), mais cálcio é ligado a esses canais de sódio, tendo o efeito oposto, causando letargia, fraqueza muscular, anorexia, constipação e emoções instáveis.
A estrutura terciária das proteínas também é afetada pelo pH da solução de banho. Além disso, o pH do LEC afeta a proporção da quantidade total de cálcio no plasma que ocorre na forma livre ou ionizada, em oposição à fração que está ligada às proteínas e íons fosfato. Uma mudança no pH do LEC, portanto, altera a concentração de cálcio ionizado do LEC. Como o pH do LEC é diretamente dependente da pressão parcial de dióxido de carbono no LEC, a hiperventilação , que reduz a pressão parcial de dióxido de carbono no LEC, produz sintomas quase indistinguíveis das baixas concentrações plasmáticas de cálcio ionizado.
O fluido extracelular é constantemente "agitado" pelo sistema circulatório , o que garante que o ambiente aquoso que banha as células do corpo seja virtualmente idêntico em todo o corpo. Isso significa que os nutrientes podem ser secretados no LEC em um local (por exemplo, intestino, fígado ou células de gordura) e, em cerca de um minuto, serão distribuídos uniformemente por todo o corpo. Os hormônios se espalham de maneira rápida e uniforme por todas as células do corpo, independentemente de onde sejam secretados no sangue. O oxigênio captado pelos pulmões do ar alveolar também é distribuído uniformemente na pressão parcial correta para todas as células do corpo. Os produtos residuais também são espalhados uniformemente por todo o LEC e são removidos dessa circulação geral em pontos (ou órgãos) específicos, mais uma vez garantindo que geralmente não haja acúmulo localizado de compostos indesejados ou excessos de substâncias de outra forma essenciais (por exemplo, sódio íons ou qualquer um dos outros constituintes do LEC). A única exceção significativa a esse princípio geral é o plasma nas veias , onde as concentrações de substâncias dissolvidas em cada veia diferem, em graus variáveis, daquelas no restante do LEC. No entanto, esse plasma fica confinado nas paredes à prova d'água dos tubos venosos e, portanto, não afeta o fluido intersticial em que vivem as células do corpo. Quando o sangue de todas as veias do corpo se mistura no coração e nos pulmões, as diferentes composições se cancelam (por exemplo, o sangue ácido dos músculos ativos é neutralizado pelo sangue alcalino homeostaticamente produzido pelos rins). Do átrio esquerdo em diante, para todos os órgãos do corpo, os valores normais, regulados homeostaticamente, de todos os componentes do LEC são, portanto, restaurados.
Interação entre o plasma sanguíneo, fluido intersticial e linfa
O plasma sanguíneo arterial, fluido intersticial e linfa interagem no nível dos capilares sanguíneos . Os capilares são permeáveis e a água pode entrar e sair livremente. Na extremidade arteriolar do capilar, a pressão sanguínea é maior do que a pressão hidrostática nos tecidos. Portanto, a água vazará do capilar para o fluido intersticial. Os poros através dos quais essa água se move são grandes o suficiente para permitir que todas as moléculas menores (até o tamanho de proteínas pequenas como a insulina ) também se movam livremente através da parede capilar. Isso significa que suas concentrações através da parede capilar se igualam e, portanto, não têm efeito osmótico (porque a pressão osmótica causada por essas pequenas moléculas e íons - chamada de pressão osmótica cristalóide para distingui-la do efeito osmótico das moléculas maiores que não podem se mover a membrana capilar - é a mesma em ambos os lados da parede capilar).
O movimento da água para fora do capilar na extremidade arteriolar faz com que a concentração das substâncias que não podem cruzar a parede capilar aumente à medida que o sangue se move para a extremidade venular do capilar. As substâncias mais importantes confinadas ao tubo capilar são a albumina plasmática , as globulinas plasmáticas e o fibrinogênio . Eles, e particularmente a albumina plasmática, por causa de sua abundância molecular no plasma, são responsáveis pela chamada pressão osmótica "oncótica" ou "colóide" que puxa a água de volta para o capilar, especialmente na extremidade venular.
O efeito líquido de todos esses processos é que a água sai e volta para o capilar, enquanto as substâncias cristalóides nos fluidos capilar e intersticial se equilibram. Como o fluido capilar é constante e rapidamente renovado pelo fluxo do sangue, sua composição domina a concentração de equilíbrio que é alcançada no leito capilar. Isso garante que o ambiente aquoso das células do corpo esteja sempre próximo ao seu ambiente ideal (definido pelos homeostatos do corpo ).
Uma pequena proporção da solução que vaza para fora dos capilares não é puxada de volta para o capilar pelas forças osmóticas do coloide. Isso equivale a cerca de 2-4 litros por dia para o corpo como um todo. Essa água é coletada pelo sistema linfático e, por fim, descarregada na veia subclávia esquerda , onde se mistura com o sangue venoso que vem do braço esquerdo, a caminho do coração. A linfa flui através dos capilares linfáticos para os nódulos linfáticos, onde bactérias e restos de tecido são removidos da linfa, enquanto vários tipos de glóbulos brancos (principalmente linfócitos ) são adicionados ao fluido. Além disso, a linfa que drena o intestino delgado contém gotículas de gordura chamadas quilomícrons após a ingestão de uma refeição gordurosa. Essa linfa é chamada de quilo, que tem uma aparência leitosa e dá o nome lácteos (referindo-se à aparência leitosa de seu conteúdo) aos vasos linfáticos do intestino delgado.
O líquido extracelular pode ser guiado mecanicamente nesta circulação pelas vesículas entre outras estruturas. Coletivamente, isso forma o interstício , que pode ser considerado uma nova estrutura biológica identificada no corpo. No entanto, há algum debate sobre se o interstício é um órgão.
Constituintes eletrolíticos
Cátions principais :
Ânions principais :
- Cloreto (Cl - ) 103-112 mM
- Bicarbonato (HCO 3 - ) 22-28 mM
- Fosfato (HPO 4 2− ) 0,8-1,4 mM