NO ME SALEN
   (LECCIONES TEORICAS DE BIOFÍSICA DEL CBC)
   FLUIDOS
   MECANISMOS DE TRANSPORTE - DIFUSION

 

desesperado

 

Nuestros compartimientos internos están intercambiando moléculas de todo tipo todo el tiempo. Una de las formas primordiales que usan las moléculas para moverse de un lugar a otro se llama difusión simple, y por obvio que resulte no deja de ser interesante dilucidar de qué parámetros depende y en qué medida pueden describir aspectos importantes de nuestra fisiología.

Sí, obvio, dije: imaginate un par de recipientes llenos de agua hasta el mismo nivel y conectados por un tubo horizontal con un robinete (una llave de paso) cerrado. Ahora a uno de los recipientes lo teñimos con una tinta verde: trillones de moléculas de tinta entran en la solución... y está por comenzar nuestro experimento.

En cuanto abrimos el robinete observamos que se va tiñendo el tubo de conexión en forma progresiva, revelando un movimiento desde el tanque lleno de tinta hacia el otro.

Este movimiento recibe el nombre de flujo difusivo, y está motorizado por la agitación térmica de las moléculas tanto del soluto (las de tinta) como las del solvente (el agua).

Si bien la agitación térmica es un movimiento caótico, su resultado -además de obvio- es cuantificable y predecible.

La migración de moléculas de solución se pone de manifiesto (en nuestro experimento) porque el agua pura se va tiñendo y el agua teñida se va decolorando.

Deja de observarse movimiento alguno cuando la coloración de ambos recipientes es la misma, de donde extraemos que el fenómeno se extingue cuando la concentración en ambos recipientes se iguala.

Pero antes de finiquitar el asunto podemos preguntarnos cómo definir este movimiento y de qué variables puede depender.

Fluídos - Ricardo Cabrera

   

Definición: llamamos flujo difusivo (que simbolizaremos φ) al cociente entre la masa total de moléculas de soluto que atraviesan una sección del tubo de conexión y el intervalo de tiempo en que lo atraviesa:

φ = m / Δt

Como el flujo difusivo es el resultado de un fenómeno caótico y aleatorio en el que las moléculas van y vienen en todas las direcciones, habrá que recordar que la definición alude al movimiento neto, en un único sentido, desde donde el soluto está más concentrado hacia donde se halla más diluido... como indica la flecha.

Las unidades para medir el flujo difusivo más utilizadas son

[φ] = moles / s

Y ahora vamos a la segunda pregunta: ¿qué cosas modifican la velocidad de este movimiento? No es difícil:

   

Cuanto mayor sea el área -la sección del tubo por donde viajan las moléculas de soluto- mayor será el flujo.

Cuanto más largo sea el tubo que conecta los recipientes menor será el flujo.

Cuanto mayor sea la concentración de soluto en el recipiente de tinta... o mejor dicho, cuanto mayor sea la diferencia de concentración de soluto a lo largo del tubo, mayor será el flujo.

Los experimentos confirman que cada uno de estos parámetros tiene una proporcionalidad simple con el flujo, pero falta uno.

Fluídos - Ricardo Cabrera

   

Cada molécula de soluto tendrá una movilidad propia que le es característica en cada solvente. Algunas (generalmente las más pequeñas) tendrán más movilidad y otras (generalmente las más voluminosas) se moverán menos. A esa característica se la llama coeficiente de difusión y se simboliza D.

Todo lo dicho se puede resumir en una única ecuación, llamada Ley de Fick:

¡OJO!
Fijate bien, que estas dos letras son diferentes:
φ, Φ;
la primera es minúscula; la segunda, mayúscula.

φ = D . A . Δc

Δx

El signo menos se debe a que el flujo tiene sentido contrario a la diferencia de concentración, ya que el movimiento neto se produce del lugar de mayor concentración al de menor concentración.

En muchas oportunidades resulta más práctica otra magnitud, densidad de flujo, que se simboliza Φ, que podríamos definir como la cantidad de flujo por unidad de área. Alcanza con dividir ambos miembros por el área para obtener

Φ = D . Δc

Δx

Y sus unidades serán:

[Φ] = moles/m2s

NOTA: no hay acuerdo en la bibliografía para designar ni en el nombre ni en el símbolo al flujo difusivo y a la densidad de flujo, de modo que -en la práctica- se suele interpretar el concepto por las unidades de la magnitud: si aparece dividiendo una unidad de área ha de tratarse de la densidad de flujo; y en caso contrario, será el flujo difusivo.

   
CHISMES IMPORTANTES:  

 

  • La difusión simple puede producirse a través de una membrana porosa, siempre que los poros no pongan restricciones al pasaje -para un lado y para otro- de la molécula de soluto. Si se da ese caso (que es uno de los más interesantes en la fisiología) el largo del poro no es otro que Δx, y además es igual al espesor de la membrana; la diferencia de concentración, entonces, es la que existe entre ambos lados de la membrana, y en general el área es la suma de las áreas de todos los poros (que por lo general son todos iguales) que encontremos en el cachito de membrana que tengamos bajo observación.
  • A los efectos de predecir el movimiento neto de una molécula, sólo interesa la diferencia de concentración de esa molécula. En cuanto al movimiento del flujo difusivo, cada grupo o tipo de moléculas se comporta como si ellas fueran las únicas del universo. Comprender esto último es imprescindible para entender el mecanismo del impulso nervioso.
 

Fluídos - Ricardo Cabrera

PREGUNTAS CAPCIOSAS:  
  • ¿En qué unidades se deberán medir los coeficientes de difusión?
  • Los gases disueltos en los líquidos corporales (O2, CO2, N2, etc.)... ¿difundirán libremente a través de las membranas plasmáticas?
 
     
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