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1.3: Balance hídrico - Biología


Objetivos de aprendizaje

Al final de esta sección, podrá:

  • Explicar cómo los niveles de agua en el cuerpo influyen en el ciclo de la sed.
  • Identificar la ruta principal por la cual el agua sale del cuerpo.
  • Describir el papel de la ADH y su efecto sobre los niveles de agua corporal.
  • Definir la deshidratación e identificar las causas comunes de la deshidratación.

En un día típico, el adulto promedio ingiere alrededor de 2500 ml (casi 3 cuartos de galón) de líquidos acuosos. Aunque la mayor parte de la ingesta proviene del tracto digestivo, aproximadamente 230 ml (8 onzas) por día se generan metabólicamente, en los últimos pasos de la respiración aeróbica. Además, cada día aproximadamente el mismo volumen (2500 ml) de agua sale del cuerpo por diferentes vías; la mayor parte de esta agua perdida se elimina en forma de orina. Los riñones también pueden ajustar el volumen de sangre a través de mecanismos que extraen agua del filtrado y la orina. Los riñones pueden regular los niveles de agua en el cuerpo; conservan agua si está deshidratado y pueden diluir más la orina para expulsar el exceso de agua si es necesario. El agua se pierde a través de la piel por evaporación de la superficie de la piel sin sudoración manifiesta y por el aire expulsado de los pulmones. Este tipo de pérdida de agua se llama pérdida de agua insensible porque una persona generalmente no se da cuenta de ello.

Regulación de la ingesta de agua

La osmolalidad es la relación de solutos en una solución a un volumen de disolvente en una solución. Osmolalidad plasmática es, por tanto, la relación de solutos a agua en el plasma sanguíneo. El valor de osmolalidad plasmática de una persona refleja su estado de hidratación. Un cuerpo sano mantiene la osmolalidad plasmática dentro de un rango estrecho, mediante el empleo de varios mecanismos que regulan tanto la ingesta como la salida de agua.

Beber agua se considera voluntario. Entonces, ¿cómo regula el cuerpo la ingesta de agua? Considere a alguien que está experimentando deshidración, una pérdida neta de agua que resulta en una cantidad insuficiente de agua en la sangre y otros tejidos. El agua que sale del cuerpo, como aire exhalado, sudor u orina, finalmente se extrae del plasma sanguíneo. A medida que la sangre se concentra más, se desencadena la respuesta de la sed, una secuencia de procesos fisiológicos. Los osmorreceptores son receptores sensoriales en el centro de la sed en el hipotálamo que controlan la concentración de solutos (osmolalidad) de la sangre. Si la osmolalidad sanguínea aumenta por encima de su valor ideal, el hipotálamo transmite señales que dan como resultado una conciencia consciente de la sed. La persona debería (y normalmente lo hace) responder bebiendo agua. El hipotálamo de una persona deshidratada también libera hormona antidiurética (ADH) a través de la glándula pituitaria posterior. La ADH envía señales a los riñones para que recuperen el agua de la orina, lo que diluye eficazmente el plasma sanguíneo. Para conservar agua, el hipotálamo de una persona deshidratada también envía señales a través del sistema nervioso simpático a las glándulas salivales de la boca. Las señales dan como resultado una disminución de la producción serosa y acuosa (y un aumento de la producción de moco más espeso y pegajoso). Estos cambios en las secreciones resultan en una "boca seca" y la sensación de sed.

Figura 1. Haga clic para ver una imagen más grande. La respuesta de la sed comienza cuando los osmorreceptores detectan una disminución de los niveles de agua en la sangre.

La disminución del volumen de sangre resultante de la pérdida de agua tiene dos efectos adicionales. Primero, los barorreceptores, los receptores de presión arterial en el arco de la aorta y las arterias carótidas en el cuello, detectan una disminución de la presión arterial que resulta de la disminución del volumen sanguíneo. En última instancia, se le indica al corazón que aumente su frecuencia y / o la fuerza de las contracciones para compensar la disminución de la presión arterial.

En segundo lugar, los riñones tienen un sistema hormonal renina-angiotensina que aumenta la producción de la forma activa de la hormona angiotensina II, que ayuda a estimular la sed, pero también estimula la liberación de la hormona aldosterona de las glándulas suprarrenales. La aldosterona aumenta la reabsorción de sodio en los túbulos distales de las nefronas en los riñones, y el agua sigue este sodio reabsorbido en la sangre.

Si no se consumen los líquidos adecuados, se produce deshidratación y el cuerpo de una persona contiene muy poca agua para funcionar correctamente. Una persona que vomita repetidamente o que tiene diarrea puede deshidratarse, y los bebés, debido a que su masa corporal es tan baja, pueden deshidratarse peligrosamente muy rápidamente. Los atletas de resistencia, como los corredores de fondo, a menudo se deshidratan durante las carreras largas. La deshidratación puede ser una emergencia médica y una persona deshidratada puede perder el conocimiento, entrar en coma o morir si su cuerpo no se rehidrata rápidamente.

Regulación de la producción de agua

La pérdida de agua del cuerpo ocurre predominantemente a través del sistema renal. Una persona produce un promedio de 1,5 litros (1,6 cuartos de galón) de orina por día. Aunque el volumen de orina varía en respuesta a los niveles de hidratación, existe un volumen mínimo de producción de orina requerido para las funciones corporales adecuadas. El riñón excreta de 100 a 1200 miliosmoles de solutos por día para eliminar del cuerpo una variedad de sales en exceso y otros desechos químicos solubles en agua, sobre todo creatinina, urea y ácido úrico. La falta de producción del volumen mínimo de orina significa que los desechos metabólicos no pueden eliminarse eficazmente del cuerpo, una situación que puede afectar la función de los órganos. El nivel mínimo de producción de orina necesario para mantener una función normal es de aproximadamente 0,47 litros (0,5 cuartos de galón) por día.

Los riñones también deben hacer ajustes en caso de ingestión de demasiado líquido. Diuresis, que es la producción de orina en exceso de los niveles normales, comienza aproximadamente 30 minutos después de beber una gran cantidad de líquido. La diuresis alcanza un pico después de aproximadamente 1 hora y la producción normal de orina se restablece después de aproximadamente 3 horas.

Papel de ADH

Hormona antidiurética (ADH), también conocida como vasopresina, controla la cantidad de agua reabsorbida de los conductos colectores y túbulos en el riñón. Esta hormona se produce en el hipotálamo y se envía a la hipófisis posterior para su almacenamiento y liberación (Figura 2). Cuando los osmorreceptores del hipotálamo detectan un aumento en la concentración de plasma sanguíneo, el hipotálamo señala la liberación de ADH desde la pituitaria posterior a la sangre.

La ADH tiene dos efectos principales. Contrae las arteriolas en la circulación periférica, lo que reduce el flujo de sangre a las extremidades y, por lo tanto, aumenta el suministro de sangre al núcleo del cuerpo. La ADH también hace que las células epiteliales que recubren los túbulos colectores renales muevan las proteínas del canal de agua, llamadas acuaporinas, desde el interior de las células hasta la superficie apical, donde estas proteínas se insertan en la membrana celular. El resultado es un aumento de la permeabilidad al agua de estas células y, por tanto, un gran aumento del paso del agua desde la orina a través de las paredes de los túbulos colectores, lo que conduce a una mayor reabsorción de agua en el torrente sanguíneo. Cuando el plasma sanguíneo se vuelve menos concentrado y el nivel de ADH disminuye, las acuaporinas se eliminan de las membranas celulares de los túbulos colectores y el paso de agua de la orina a la sangre disminuye.

Un diurético es un compuesto que aumenta la producción de orina y, por lo tanto, disminuye la conservación de agua por parte del cuerpo. Los diuréticos se utilizan para tratar la hipertensión, la insuficiencia cardíaca congestiva y la retención de líquidos asociada con la menstruación. El alcohol actúa como diurético al inhibir la liberación de ADH. Además, la cafeína, cuando se consume en altas concentraciones, actúa como diurético.

Revisión del capítulo

La homeostasis requiere que la ingesta y la producción de agua estén equilibradas. La mayor parte de la ingesta de agua proviene del tracto digestivo a través de líquidos y alimentos, pero aproximadamente el 10 por ciento del agua disponible para el cuerpo se genera al final de la respiración aeróbica durante el metabolismo celular. La orina producida por los riñones representa la mayor cantidad de agua que sale del cuerpo. Los riñones pueden ajustar la concentración de la orina para reflejar las necesidades de agua del cuerpo, conservando agua si el cuerpo está deshidratado o haciendo que la orina se diluya más para expulsar el exceso de agua cuando sea necesario. La ADH es una hormona que ayuda al cuerpo a retener agua al aumentar la reabsorción de agua por los riñones.

Autocomprobación

Responda la (s) pregunta (s) a continuación para ver qué tan bien comprende los temas tratados en la sección anterior.

Preguntas de pensamiento crítico

  1. Describa el efecto de la ADH sobre los túbulos colectores renales.
  2. ¿Por qué es importante que la cantidad de agua que se ingiera sea igual a la cantidad de agua que se extrae?

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  1. La ADH contrae las arteriolas de la circulación periférica, lo que limita la sangre a las extremidades y aumenta el suministro de sangre al núcleo del cuerpo. La ADH también hace que las células epiteliales que recubren los túbulos colectores renales muevan las proteínas del canal de agua llamadas acuaporinas desde los lados de las células hacia la superficie apical. Esto aumenta en gran medida el paso de agua del filtrado renal a través de la pared del túbulo colector, así como la reabsorción de agua en el torrente sanguíneo.
  2. Cualquier desequilibrio de agua que ingresa o sale del cuerpo creará un desequilibrio osmótico que afectará negativamente la función de las células y los tejidos.

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Glosario

hormona antidiurética (ADH): también conocida como vasopresina, una hormona que aumenta el volumen de agua reabsorbido de los túbulos colectores del riñón

deshidración: estado de contener agua insuficiente en sangre y otros tejidos

diuresis: exceso de producción de orina

osmolalidad plasmática: relación de solutos a volumen de disolvente en el plasma; La osmolalidad plasmática refleja el estado de hidratación de una persona.


Regulación del equilibrio de agua y sal.

Los mecanismos de desintoxicación que utilizan los animales están relacionados con sus modos de vida. Esto es cierto, con mayor fuerza, de los mecanismos de la homeostasis, la capacidad de los organismos para mantener la estabilidad interna. Un mamífero que vive en el desierto se enfrenta constantemente al problema de la conservación del agua, pero un pez de agua dulce se enfrenta al problema de deshacerse del agua que ingresa a su cuerpo por ósmosis a través de la piel. A nivel de la célula individual, ya sea la célula que constituye un organismo unicelular o una célula en el cuerpo de un organismo multicelular, los problemas de homeostasis se presentan de manera similar.

Para continuar con sus procesos intracelulares, una célula debe mantener un entorno químico intracelular en el que las concentraciones de varios iones (ver más adelante) se mantengan constantes frente a las concentraciones cambiantes en el medio que rodea a la célula. Ésta es la tarea de la membrana celular. En los animales superiores la tarea es más fácil ya que las células del interior de sus cuerpos están bañadas en un medio interno, la sangre, cuya composición se regula para minimizar los efectos de los cambios en el medio externo. Esta función reguladora la realizan células u órganos especializados como el riñón, lo que reduce la carga reguladora de las otras células del cuerpo.

La necesidad biológica de mecanismos homeostáticos es particularmente urgente para controlar los componentes inorgánicos de las células y los fluidos corporales. Las sales inorgánicas pueden ejercer una presión osmótica aún mayor contra las membranas impermeables a ellas que la urea. Esto es así porque, en las condiciones del cuerpo, están casi completamente disociados en los iones que los componen. Por ejemplo, una molécula de sal común (cloruro de sodio) se disocia en dos iones inorgánicos, un ión de sodio con carga positiva y un ión de cloruro con carga negativa, los cuales pueden ejercer presión osmótica.

Aparte de sus efectos osmóticos, los iones inorgánicos tienen efectos profundos sobre los procesos metabólicos, que en general tendrán lugar solo en presencia de concentraciones apropiadas de estos iones. Los iones inorgánicos más importantes en los organismos son los iones de hidrógeno, sodio, potasio, calcio y magnesio con carga positiva y los iones de cloruro, fosfato y bicarbonato con carga negativa. Las membranas de las células no son completamente impermeables a estos iones y de hecho están dotadas de la capacidad de transportar iones entre el interior y el exterior de la célula, por lo que controlan las concentraciones de iones dentro de las células cuando dicho transporte se realiza en la dirección que requiere. un suministro de energía, se llama transporte activo (ver célula: La membrana plasmática).

La regulación osmótica es el mantenimiento de la concentración normal de los fluidos corporales. es decir., la concentración total de todas las sustancias disueltas (solutos) que ejercerían presión osmótica contra una membrana impermeable a ellas. La regulación osmótica controla la cantidad de agua en los fluidos corporales en relación con la cantidad de solutos osmóticamente activos. La regulación iónica es el mantenimiento de las concentraciones de los diversos iones en los fluidos corporales entre sí. No existe una distinción coherente entre los dos procesos órganos que participan en un proceso al mismo tiempo participan en el otro.


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Membrana parcialmente permeable

Membrana que permite que algunas moléculas pequeñas pasen a través de ella por difusión, pero no permite que otras moléculas lo atraviesen.

Gradiente de concentración

La diferencia de concentración entre dos áreas.

Respiración celular

Descomponer la glucosa (alimento) sin oxígeno para proporcionar la energía disponible para las células. La glucosa reacciona con el oxígeno para producir energía en forma de ATP con dióxido de carbono y agua como productos de desecho.

Parcialmente permeable

Permeable a algunas sustancias pero no a otras

Transporte activo

Proceso que utiliza energía para mover sustancias contra un gradiente de concentración o a través de una membrana parcialmente permeable utilizando una proteína de transporte especial.

Membrana celular

La membrana que forma el límite entre el citoplasma de una célula y el medio que la rodea y controla el movimiento de sustancias dentro y fuera de la célula.

Mitocondrias

Organelos dentro de las células que producen ATP, que se utiliza como almacén de energía química. A menudo llamado la potencia celular

Difusión

La dispersión de las partículas de un gas o cualquier sustancia en solución en un gradiente de concentración.

Membrana

Una estructura delgada y flexible en forma de hoja que actúa como un revestimiento o un límite en un organismo.

Ósmosis

El movimiento del agua a través de una membrana parcialmente permeable a lo largo de un gradiente de concentración desde una solución diluida (donde hay una alta concentración de agua) a una solución concentrada (donde hay una concentración relativamente baja de agua).

Difusión, ósmosis y transporte activo

Las sustancias entran y salen de las células de su cuerpo todo el tiempo. Para comprender por qué el equilibrio hídrico es tan importante en la homeostasis y entender cómo funcionan los riñones, debe conocer la difusión, la ósmosis y el transporte activo.

La difusión es el esparcimiento de las partículas de un gas o cualquier sustancia en solución. Es causado por el movimiento aleatorio de las partículas. Cuanto mayor es la temperatura, más rápido se mueven las partículas y se produce la difusión más rápida. La difusión da como resultado el movimiento general (neto) de partículas desde un área de alta concentración a un área de baja concentración a lo largo de un gradiente de concentración. Si hay una gran diferencia de concentración, la difusión tendrá lugar más rápidamente que si solo hubiera una pequeña diferencia de concentración. La diferencia de concentración se conoce como gradiente de concentración.

La difusión es muy importante en el cuerpo para el movimiento de sustancias, por ejemplo, el movimiento de oxígeno del aire a la sangre y el dióxido de carbono de la sangre al aire en los pulmones, o el movimiento de glucosa de la sangre a las células.

La ósmosis tiene lugar cuando dos soluciones están separadas por una membrana parcialmente permeable. Una membrana parcialmente permeable deja pasar algunas partículas pero no otras. Las membranas celulares son parcialmente permeables. El agua puede moverse libremente a través de ellos, pero otras partículas, como las moléculas de azúcar, no.

La ósmosis es el movimiento del agua a través de una membrana parcialmente permeable en un gradiente de concentración desde una solución diluida (donde hay una alta concentración de agua) a una solución concentrada (donde hay una concentración relativamente baja de agua).

El movimiento del agua por ósmosis es la razón principal por la que es tan importante controlar el equilibrio hídrico del cuerpo.

El transporte activo utiliza energía para mover sustancias contra (hacia arriba) un gradiente de concentración o a través de una membrana parcialmente permeable. En el transporte activo, una proteína de transporte especial en la membrana celular recoge la partícula útil en un lado de la membrana. La proteína de transporte luego gira a través de la membrana y libera la partícula en el otro lado de la membrana. Utiliza energía de la respiración celular.

El transporte activo se utiliza para mover sustancias al interior y al exterior de las células. Las células que realizan mucho transporte activo a menudo tienen muchas mitocondrias para proporcionarles la energía que necesitan. El transporte activo es importante en el riñón para aferrarse a las sustancias que necesita el cuerpo, como la glucosa y algunos iones de sodio.


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La cápsula de Bowman

La primera parte en forma de copa del túbulo renal que se encuentra en la región de la corteza externa.

Vasos sanguineos

Los tubos a través de los cuales se transporta la sangre por el cuerpo, por ejemplo, arterias, venas y capilares.

Túbulo renal

La parte principal del túbulo renal donde tiene lugar la reabsorción, que se encuentra en la médula del riñón.

Capilar

Vaso sanguíneo muy pequeño con paredes formadas por una sola capa de células epiteliales. El intercambio de materiales, como nutrientes, oxígeno y dióxido de carbono, tiene lugar entre la sangre y las células del cuerpo a través de las paredes capilares.

Glomérulo

El nudo de capilares en la cápsula de Bowman.

Médula

La región interna del riñón que contiene los túbulos renales.

Nefrona

El túbulo renal en el que tiene lugar la reabsorción de sustancias y el equilibrio de la concentración de la sangre.

Hormona

Un mensajero químico producido por una glándula o células particulares del sistema endocrino. Las hormonas se transportan por todo el cuerpo en el torrente sanguíneo, pero producen una respuesta solo en células diana específicas.

Corteza

La región externa del riñón que contiene las cápsulas de Bowman.

Hormona antidiurética

Hormona producida en el hipotálamo que es producida por la glándula pituitaria cuando el cuerpo necesita perder menos agua. Afecta la permeabilidad del túbulo contorneado distal y el conducto colector del riñón al agua.

¿Cómo funciona el riñón?

Cada riñón contiene alrededor de un millón de estructuras diminutas llamadas nefronas. Una nefrona tiene una cápsula de Bowman en forma de copa que conduce al túbulo renal. Las dos secciones de cada nefrona se extienden a lo largo de las dos regiones diferentes del riñón:

  • las cápsulas de Bowman se encuentran dentro de la región de la corteza exterior
  • los túbulos renales van desde la corteza hacia la médula más oscura

¿Cómo equilibra el riñón la sangre?

Colocadas de punta a punta, las nefronas de un riñón se extenderían unos 8 km. Su función es eliminar productos de desecho como la urea y equilibrar la concentración de agua y iones minerales de la sangre. ¿Cómo funciona el proceso?

Una rama de la arteria renal suministra sangre a las nefronas. En la cápsula de Bowman, la arteria se divide en una red de capilares llamada glomérulo. Estos capilares se unen nuevamente en un solo vaso cuando salen de la cápsula y luego se dividen en un segundo conjunto de capilares que se envuelven alrededor del túbulo renal. La sangre sale del túbulo en la vena renal.


I. INTRODUCCIÓN

El agua es esencial para la vida. Desde el momento en que las especies primitivas se aventuraron desde los océanos para vivir en la tierra, una de las principales claves para la supervivencia ha sido la prevención de la deshidratación. Las adaptaciones críticas atraviesan una variedad de especies, incluido el hombre. Sin agua, los humanos solo pueden sobrevivir durante días. El agua comprende desde el 75% del peso corporal en los bebés hasta el 55% en los ancianos y es esencial para la homeostasis celular y la vida. 1 Sin embargo, hay muchas preguntas sin respuesta sobre este componente tan esencial de nuestro cuerpo y nuestra dieta. Esta revisión intenta proporcionar una idea de nuestro conocimiento actual del agua, incluidos los patrones generales de ingesta y algunos factores relacionados con la ingesta, los complejos mecanismos detrás de la homeostasis del agua, los efectos de la variación en la ingesta de agua sobre la salud y la ingesta de energía, el peso y el rendimiento humano. y funcionamiento.

Las declaraciones recientes sobre las necesidades de agua se han basado en el recuerdo retrospectivo de la ingesta de agua de alimentos y bebidas entre personas sanas no institucionalizadas. Proporcionamos ejemplos de evaluación de la ingesta de agua en poblaciones para aclarar la necesidad de estudios experimentales. Más allá de estas circunstancias de deshidratación, no entendemos realmente cómo la hidratación afecta la salud y el bienestar, ni siquiera el impacto de la ingesta de agua en las enfermedades crónicas. Recientemente, J & # x000e9quier y Constant abordaron esta cuestión basándose en la fisiología humana. 2 Necesitamos saber más sobre el grado en que la ingesta de agua podría ser importante para la prevención de enfermedades y la promoción de la salud.

Como señalamos más adelante, pocos países han desarrollado necesidades de agua y aquellos que las basan en medidas débiles a nivel de población de la ingesta de agua y la osmolalidad de la orina. 3, 4 Recientemente se ha pedido a la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) que revise las ingestas recomendadas existentes de sustancias esenciales con un efecto fisiológico, incluida el agua, ya que este nutriente es esencial para la vida y la salud. 5

Las recomendaciones dietéticas de los EE. UU. Para el agua se basan en la ingesta media de agua sin el uso de mediciones del estado de deshidratación de la población para ayudar. NHANES ha utilizado la recolección única de muestras de sangre para el análisis de la osmolalidad sérica. A nivel de población, no tenemos un método aceptado para evaluar el estado de hidratación y una medida que usan algunos académicos, la hipertonicidad, ni siquiera está relacionada con la hidratación en la misma dirección para todos los grupos de edad. 6 Los índices de orina se utilizan con frecuencia, pero reflejan el volumen reciente de líquido consumido en lugar de un estado de hidratación. 7 Muchos estudiosos utilizan la osmolalidad de la orina para medir el estado de hidratación reciente. 8 & # x02013 12 Las técnicas de dilución de deuterio (dilución isotópica con D2O u óxido de deuterio) permiten medir el agua corporal total pero no el estado del balance hídrico. 13 Actualmente creemos que no existen biomarcadores adecuados para medir el estado de hidratación a nivel poblacional.

Cuando hablamos de agua, esencialmente nos estamos enfocando ante todo en todo tipo de agua, ya sea blanda o dura, de manantial o de pozo, carbonatada o destilada. Además, el agua no solo se obtiene directamente como bebida, sino también a partir de los alimentos y, en muy pequeña medida, también a partir de la oxidación de macronutrientes (agua metabólica). La proporción de agua que proviene de bebidas y alimentos varía con la proporción de frutas y verduras en la dieta. Presentamos los rangos de agua en varios alimentos (Tabla 1). En Estados Unidos se estima que alrededor del 22% del agua proviene de nuestra ingesta alimentaria mientras que sería mucho mayor en los países europeos, particularmente en un país como Grecia con su mayor ingesta de frutas y verduras o Corea del Sur. 3, 14, 15 El único estudio en profundidad sobre el uso del agua y el agua intrínseca a los alimentos en los EE. UU. Encontró una contribución del 20,7% del agua de los alimentos 16, 17; sin embargo, como mostramos más adelante, esta investigación dependió de una evaluación general deficiente de la ingesta de agua. .

Tabla 1

El rango de contenido de agua para alimentos seleccionados

PorcentajeAlimento
100%Agua
90 & # x0201399%Leche descremada, melón, fresas, sandía, lechuga, repollo, apio, espinaca, encurtidos, calabaza (cocida)
80 & # x0201389%Jugo de frutas, yogur, manzanas, uvas, naranjas, zanahorias, brócoli (cocido), peras, piña
70 & # x0201379%Plátanos, aguacates, requesón, queso ricotta, papa (horneada), maíz (cocida), camarones
60 & # x0201369%Pasta, legumbres, salmón, helado, pechuga de pollo
50 & # x0201359%Carne molida, salchichas, queso feta, solomillo (cocido)
40 & # x0201349%Pizza
30 & # x0201339%Queso cheddar, bagels, pan
20 & # x0201329%Salchicha de pepperoni, pastel, galletas
10 & # x0201319%Mantequilla, margarina, pasas
1 & # x020139%Nueces, maní (tostado en seco), galletas con chispas de chocolate, galletas saladas, cereales, pretzels, cáscaras de tacos, mantequilla de maní
0%Aceites, azúcares

Fuente: Base de datos nacional de nutrientes del USDA para referencia estándar, versión 21 proporcionada en Altman. 127

Esta revisión considera las necesidades de agua en el contexto de los esfuerzos recientes para evaluar la ingesta de agua en las poblaciones de EE. UU. Se explora la relación de la ingesta de agua y calorías tanto para comprender el posible desplazamiento de las calorías de las bebidas azucaradas por el agua como para examinar la posibilidad de que las necesidades de agua se expresen mejor en relación con las necesidades de calorías / energía con la dependencia de estas últimas de la edad. , tamaño, sexo y nivel de actividad física. Revisamos la comprensión actual del sistema exquisitamente complejo y sensible que protege a los animales terrestres contra la deshidratación y comentamos las complicaciones de la deshidratación aguda y crónica en el hombre contra las cuales una mejor expresión de las necesidades de agua podría complementar el control fisiológico de la sed. De hecho, la fina regulación intrínseca de la hidratación y la ingesta de agua en los individuos mitiga la prevalencia de la subhidratación en las poblaciones y los efectos sobre la función y la enfermedad.

Regulación de la ingesta de líquidos

Para prevenir la deshidratación, los reptiles, aves, vertebrados y todos los animales terrestres han desarrollado una red de controles fisiológicos exquisitamente sensible para mantener el agua corporal y la ingesta de líquidos por sed. Los seres humanos pueden beber por diversas razones, en particular las hedónicas, pero la mayor parte de la bebida se debe a la deficiencia de agua que desencadena la llamada sed reguladora o fisiológica. El mecanismo de la sed se conoce bastante bien hoy en día y la razón por la que a menudo se encuentra el consumo de alcohol no regulado está relacionado con la gran capacidad de los riñones para eliminar rápidamente el exceso de agua o reducir la secreción de orina para economizar temporalmente el agua. Pero este proceso excretor solo puede posponer la necesidad de beber o dejar de beber agua en exceso. El consumo de alcohol no regulado a menudo es confuso, particularmente en sociedades ricas que enfrentan bebidas o líquidos muy apetecibles que contienen otras sustancias que busca el bebedor. Los más habituales son los edulcorantes o el alcohol a los que se les sirve agua como vehículo. Beber estas bebidas no se debe a una sed excesiva o hiperdipsia, como puede demostrarse ofreciendo agua pura en su lugar y descubriendo que el mismo bebedor es de hecho hipodipsico (Caracterizado por una sed disminuida anormalmente). 1

Equilibrio de fluidos de los dos compartimentos

Mantener un equilibrio constante de agua y minerales requiere la coordinación de detectores sensibles en diferentes sitios del cuerpo vinculados por vías neuronales con centros integradores en el cerebro que procesan esta información. Estos centros también son sensibles a factores humorales (neurohormonas) producidos para el ajuste de diuresis, natriuresis y presión arterial (angiotensina mineralocorticoides, vasopresina, factor natriurético auricular). Las instrucciones de los centros integradores a los & # x0201rganos ejecutivos & # x0201d (riñón, glándulas sudoríparas y glándulas salivales) y a la parte del cerebro responsable de acciones correctivas como beber son transmitidas por ciertos nervios además de las sustancias mencionadas. 1

La mayoría de los componentes del equilibrio de líquidos están controlados por mecanismos homeostáticos que responden al estado del agua corporal. Estos mecanismos son sensibles y precisos, y se activan con déficits o excesos de agua que ascienden a unos pocos cientos de mililitros. Un déficit hídrico produce un aumento de la concentración iónica del compartimento extracelular, que extrae agua del compartimento intracelular provocando el encogimiento de las células. Esta contracción es detectada por dos tipos de sensores cerebrales, uno que controla la bebida y el otro que controla la excreción de orina enviando un mensaje a los riñones principalmente a través de la hormona antidiurética vasopresina para producir un volumen menor de orina más concentrada. 18 Cuando el cuerpo contiene un exceso de agua, ocurren los procesos inversos: la menor concentración iónica de los fluidos corporales permite que más agua llegue al compartimento intracelular. Las células beben, se inhibe la bebida y los riñones excretan más agua.

Por tanto, los riñones juegan un papel clave en la regulación del equilibrio de líquidos. Como se discutirá más adelante, los riñones funcionan de manera más eficiente en presencia de un abundante suministro de agua. Si los riñones economizan agua, produciendo una orina más concentrada, estos son un mayor costo de energía y un mayor desgaste de sus tejidos. Esto es especialmente probable que ocurra cuando los riñones están bajo estrés, por ejemplo, cuando la dieta contiene cantidades excesivas de sal o sustancias tóxicas que deben eliminarse. En consecuencia, beber suficiente agua ayuda a proteger este órgano vital.

Consumo reglamentario

La mayor parte de la bebida obedece a señales de déficit hídrico. Aparte de la excreción urinaria, el otro principal proceso regulador de fluidos es la bebida, mediada por la sensación de sed. Hay dos mecanismos distintos de sed fisiológica: el intracelular y el extracelular. Cuando se pierde agua sola, aumenta la concentración iónica. Como resultado, el espacio intracelular cede parte de su agua al compartimento extracelular. Una vez más, la contracción resultante de las células es detectada por receptores cerebrales que envían mensajes hormonales para inducir a beber. Esta asociación con los receptores que gobiernan el volumen extracelular se acompaña, por tanto, de un aumento del apetito por la sal. Por lo tanto, las personas que han estado sudando copiosamente prefieren bebidas que sean relativamente ricas en sales de Na + en lugar de agua pura. Como se mencionó anteriormente, siempre es importante complementar las bebidas con sal adicional cuando se experimenta sudoración excesiva.

La decisión del cerebro de empezar a beber o dejar de beber y de elegir la bebida adecuada se toma antes de que el líquido ingerido llegue a los compartimentos intra y extracelulares. Las papilas gustativas en la boca envían mensajes al cerebro sobre la naturaleza, y especialmente la sal del líquido ingerido, y las respuestas neuronales se desencadenan como si el agua entrante ya hubiera llegado al torrente sanguíneo. Estos son los llamados reflejos anticipatorios: no pueden ser completamente & # x0201 reflejos encefálicos & # x0201d porque surgen tanto del intestino como de la boca. 1

El hipotálamo anterior y el área preóptica están equipados con osmo-receptores relacionados con la bebida. Las neuronas en estas regiones muestran una activación mejorada cuando el medio interno se vuelve hiperosmótico. Su disparo disminuye cuando se carga agua en la arteria carótida que irriga las neuronas. Es notable que la misma disminución en la activación de las mismas neuronas se produce cuando la carga de agua se aplica en la lengua en lugar de inyectarse en la arteria carótida. Esta caída anticipatoria en el disparo se debe a una mediación de las vías neurales que parten de la boca y convergen en las neuronas que simultáneamente perciben el medio interno (sangre).

Beber no regulado

Aunque todo el mundo experimenta sed de vez en cuando, juega un papel pequeño en el control de la ingesta de agua en las personas sanas que viven en climas templados en el día a día. Por lo general, consumimos líquidos no para saciar nuestra sed, sino como componentes de los alimentos cotidianos (por ejemplo, sopa, leche), como bebidas que se utilizan como estimulantes suaves (té, café) y por puro placer. Un ejemplo común es el consumo de alcohol, que puede aumentar el placer individual y estimular la interacción social. Drinks are also consumed for their energy content, as in soft drinks and milk, and are used in warm weather for cooling and in cold weather for warming. Such drinking seems also to be mediated through the taste buds, which communicate with the brain in a kind of “reward system” the mechanisms of which are just beginning to be understood. This bias in the way human beings rehydrate themselves may be advantageous because it allows water losses to be replaced before thirst-producing dehydration takes place. Unfortunately, this bias also carries some disadvantages. Drinking fluids other than water can contribute to an intake of caloric nutrients in excess of requirements, or in alcohol consumption that in some people may insidiously bring about dependence. For example, total fluid intake increased from 79 fluid ounces in 1989 to 100 fluid ounces in 2002 among US adults, all from caloric beverages. 19

Effects of aging on fluid intake regulation

The thirst and fluid ingestion responses of older persons to a number of stimuli have been compared to those seen in younger persons. 20 Following water deprivation older persons are less thirsty and drink less fluid compared to younger persons. 21 , 22 The decrease in fluid consumption is predominantly due to a decrease in thirst as the relationship between thirst and fluid intake is the same in young and old persons. Older persons drink insufficient water following fluid deprivation to replenish their body water deficit. 23 When dehydrated older persons are offered a highly palatable selection of drinks, this also failed to result in an increased fluid intake. 23 The effects of increased thirst in response to an osmotic load have yielded variable responses with one group reporting reduced osmotic thirst in older individuals 24 and one failing to find a difference. In a third study, young individuals ingested almost twice as much fluid as old persons, despite the older subjects having a much higher serum osmolality. 25

Overall these studies support small changes in the regulation of thirst and fluid intake with aging. Defects in both osmoreceptors and baroreceptors appear to exist as well as changes in the central regulatory mechanisms mediated by opioid receptors. 26 Because of their low water reserves, it may be prudent for the elderly to learn to drink regularly when not thirsty and to moderately increase their salt intake when they sweat. Better education on these principles may help prevent sudden hypotension and stroke or abnormal fatigue can lead to a vicious circle and eventually hospitalization.

Thermoregulation

Hydration status is critical to the body’s process of temperature control. Body water loss through sweat is an important cooling mechanism in hot climates and in physical activity. Sweat production is dependent upon environmental temperature and humidity, activity levels, and type of clothing worn. Water losses via skin (both insensible perspiration and sweating) can range from 0.3 L/h in sedentary conditions to 2.0 L/h in high activity in the heat and intake requirements range from 2.5 to just over 3 L/d in adults under normal conditions, and can reach 6 L/d with high extremes of heat and activity. 27 , 28 Evaporation of sweat from the body results in cooling of the skin. However, if sweat loss is not compensated for with fluid intake, especially during vigorous physical activity, a hypohydrated state can occur with concomitant increases in core body temperature. Hypohydration from sweating results in a loss in electrolytes, as well as a reduction in plasma volume, and can lead to increased plasma osmolality. During this state of reduced plasma volume and increased plasma osmolality, sweat output becomes insufficient to offset increases in core temperature. When fluids are given to maintain euhydration, sweating remains an effective compensation for increased core temperatures. With repeated exposure to hot environments, the body adapts to heat stress, and cardiac output and stroke volume return to normal, sodium loss is conserved, and the risk for heat-stress related illness is reduced. 29 Increasing water intake during this process of heat acclimatization will not shorten the time needed to adapt to the heat, but mild dehydration during this time may be of concern and is associated with elevations in cortisol, increased sweating, and electrolyte imbalances. 29

Children and the elderly have differing responses to ambient temperature and different thermoregulatory concerns than healthy adults. Children in warm climates may be more susceptible to heat illness than adults due to greater surface area to body mass ratio, lower rate of sweating, and slower rate of acclimatization to the heat. 30 , 31 Children may respond to hypohydration during activity with a higher relative increase in core temperature than adults do, 32 and sweat less, thus losing some of the benefits of evaporative cooling. However, it has been argued that children can dissipate a greater proportion of body heat via dry heat loss, and the concomitant lack of sweating provides a beneficial means of conserving water under heat stress. 30 Elders, in response to cold stress, show impairments in thermoregulatory vasoconstriction and body water is shunted from plasma into the interstitial and intracellular compartments. 33 , 34 With respect to heat stress, water lost through sweating decreases water content of plasma, and the elderly are less able to compensate for increased blood viscosity. 33 Not only do they have a physiological hypodipsia, but this can be exaggerated by central nervous system disease 35 and by dementia 36 . In addition, illness and limitations in activities of daily living can further limit fluid intake. Coupled with reduced fluid intake, with advancing age there is a decrease in total body water. Older individuals have impaired renal fluid conservation mechanisms and, as noted above, have impaired responses to heat and cold stress 33 , 34 . All of these factors contribute to an increased risk of hypohydration and dehydration in the elderly.


B3.1 Systems in balance – how do different species depend on each other?

A group of organisms that can breed together and produce fertile offspring is called a SPECIES. All things rely on their environment and other species to survive. The individuals in a species are adapted to living in their environment – ADAPTATIONS of living organisms to their environment increases the species’ chance of survival by making it more likely that individuals will survive to reproduce. If an organism reaches sexual maturity, it is more likely to pass on its genes, including the genes coding for its adaptations, to the next generation.

For example – POLAR BEAR they are well adapted for survival in the Arctic. They have:

  • A white appearance, as camouflage from prey on the snow and ice
  • Thick layers of fat and fur, for insulation against the cold
  • A small surface area to volume ration, to minimise heat loss
  • A greasy coat which sheds water after swimming

When the same RESOURCES (E.g. shelter, food, water, light availability, etc) are needed by different organisms in the same habitat then there is COMPETITION. The organisms that are most successful at competing survive and pass on those genes that code for adaptations – SURVIVAL OF THE FITTESET.

FOOD WEBS show how all the food chains in a given habitat are interrelated. It shows how the loss of one organism has an effect of other organisms in the food web. All the organisms in a food web are dependent on other parts of the web – this is called INTERDEPENDENCE. This means changes affecting one species in a food web could have an impact on other species that are part of the same food web.

Change in a n environment may cause the species to become extinct, for example if:

  • The environmental conditions change beyond its ability to adapt
  • A new species that is a competitor, predator or disease organism of that species is introduces
  • Another species (animal, plants or microorganisms) in its food web becomes extinct

Nearly all organisms are ultimately dependant on energy from the SUN. Energy from the sun enters the food chain when green plants absorb light in order to PHOTOSYNTHESISE. By the process of photosynthesis, organic compounds like glucose are made from carbon dioxide and water using this energy. Plants only absorb a small percentage of the sun’s energy for this process this energy is stored in the chemicals which make up the plants’ cells.

Energy is transferred between organisms in an ecosystem:

  • When organisms are eaten
  • When dead organisms and waste materials are fed on by decay organisms. There are two types of decay organism:
    • DECOMPOSERS such as bacteria and fungi break down the dead materials and use the energy stored inside.
    • DETRITIVORES include animals such as earthworms and woodlice. These consume the DETRITUS (dead plants or animals and their waste), breaking it down into smaller particles that other detritivores and decomposers can use

    In a food chain only around 10% of the energy is passed on to the next level. A large proportion of the energy is:

    • Loss to the environment as heat
    • Excreted as waste products
    • Trapped in indigestible materials such as bones, cellulose and fur

    As less energy is transferred at each level of the food chain, the number of organisms at each level gets smaller.

    The percentage of energy efficiency can be calculated using the formula

    CARBON is a vital element for living things. It is used in all organic molecules, including sugars, proteins and amino acids. Carbon is recycled through the environment do that it is available for life processes. This can be seen in the CARBON CYCLE:

    Plants and animals need NITROGEN to make proteins but they cannot get nitrogen directly from the air because, as a gas nitrogen is fairly unreactive. Plants are able to take up nitrogen compounds such as nitrates and ammonium salts from the soil.

    Nitrogen, like carbon, has to be recycled to ensure that it is available for life processes. This can be seen in the NITROGEN CYCLE:

    Nitrogen is recycled through the environment in the process of:

    • Nitrogen fixation (making nitrogen in the air) to form nitrogen compounds including nitrates
    • Conversion of nitrogen compounds to protein plants and animals
    • Transfer of nitrogen compounds through food chains
    • Excretion, death and decay of plants and animals resulting in release of nitrates into the soil
    • Uptake of nitrates by plants
    • Denitrification – this is where, in the absence of oxygen, denitrifying bacteria converts’ nitrates in dead plants and animal remains back into nitrogen gas. This completes the cycle, releasing nitrogen back into the atmosphere.

    Biologists can measure changes in the environment by using indicators. These may be NON-LIVING o LIVING.