HISTORIA Y HUMANIDADES


La osmolaridad a ambos lados de la córnea

MURUBE J, RIVAS L, CAMBLOR JP, CORREA C, MUÑOZ-NEGRETE F, SALES-SANZ M, CABREJAS L

El presente trabajo ha sido desarrollado como parte del programa 2005-2008 de la Fundación de Investigación Médica Mutua Madrileña.


El conocimiento de la salinidad de los líquidos y su influencia en los procesos físicos y biológicos ya se inició de antiguo. Ya en el siglo I, el romano-cordobés Séneca (1) escribió que las aguas saladas son más pesadas, y que descienden, mientras las menos saladas ascienden. Pero la primera referencia que a nuestro saber se hizo sobre los líquidos oculares salinos se refieren a la lágrima, y así, el greco-romano Galeno (2) (siglo II, AD) dijo que la xeroftalmía es una enfermedad ocular con lágrima salobre y nitrosa, y unos siglos más tarde, el griego Aecio de Amida (3) (siglo V AD) escribió que la psoroftalmía es un enfermedad de la superficie ocular con lágrimas salinas, corrosivas, y úlceras cantales.

Las bases de los actuales conocimientos sobre la osmolaridad de los tejidos vivos se iniciaron en 1748, cuando el abad francés Jean-Antoine Nollete (4), que a la sazón trabajaba como profesor de Física Experimental en la Universidad de Navarra, observó que en un recipiente con agua azucarada a un lado de una membrana orgánica y agua pura o insípida al otro lado, el agua pasaba del lado insípido al azucarado, pero no a la inversa, de forma que el agua azucarada aumentaba de volumen y se hacía menos concentrada, mientras que el agua pura disminuía de volumen y se mantenía insípida. Este experimento inicial se repitió con diversas membranas y líquidos.

Dutrochet (5) fue el primero que en 1828 inició el concepto de membrana semipermeable, es decir, aquélla cuyos finos poros permiten el paso a su través del agua, pero no de los iones de sal, y por ello es permeable al solvente acuoso, pero no a los solutos. La perfusión ocurre siempre desde la solución acuosa menos concentrada a la más concentrada. Llamó a esto «ósmosis», neologismo derivado del griego wsmóç, acción de empujar, y «presión osmótica», a la fuerza con la que el líquido menos salino impulsaba su agua al más salino. El flujo osmótico cesaba cuando ambos líquidos alcanzaban la misma concentración iónica a ambos lados de la membrana, o cuando el más concentrado alcanzaba una mayor altura de nivel, cuyo peso frenaba el flujo. Así, la presión osmótica se pudo medir por la diferencia de nivel final de los líquidos a ambos lados de la membrana.

A mediados del siglo pasado, el botánico alemán van Mohl (6) observó que las membranas de las células vegetales y animales eran semipermeables, y tratando de explicar el cambio de fluidos a su través, dio la primera explicación científica de la ósmosis. El también botánico alemán Pfeffer (7) (1877) estudió la presión osmótica poniendo agua azucarada con sacarosa en un recipiente de arcilla, que a su vez colocó en un recipiente mayor lleno de agua pura, y midiendo los cambios finales de altura de los niveles de agua, determinó por primera vez con un manómetro la presión osmótica.

La medida de la presión osmótica por el método de Pfeffer tarda bastante porque el flujo osmótico es lento. Hartley (8), trató de acelerar las medidas osmométricas aplicando al líquido hipertónico una presión que detuviese el flujo a través de la membrana semipermeable. Pero el mayor adelanto se hizo cuando Raoult (9) publicó en 1882 que la congelación de un líquido solvente es tanto más baja cuanto más electrolitos tiene, pues el punto de congelación depende de la osmolaridad y no de la naturaleza de los solutos. El punto de congelación del agua pura es por definición 0°C, y el del suero humano es –0,532 a –0,539°C, lo que significa que tiene una osmolaridad de 285 a 290 mOsm/l. Otros métodos osmométricos son la determinación del punto de rocío o de temperature de condensación del vapor, la presión de vapor, la conductividad eléctrica, etc. pero en los laboratorios de investigación clínica, la determinación del punto de congelación sigue siendo el método más usado.

Se conocían de antaño los niveles de salinidad de mares y fuentes, y esto se relacionó enseguida con la ósmosis y su repercusión en plantas y animales. Los océanos abiertos tienen una salinidad que ronda los 35 g de NaCl (y en menor proporción , de otras sales) por litro, es decir, 4 veces más que la media de los fluidos orgánicos de los seres humanos. Hay mares que reciben aguas fluviales generalmente poco salinas, y en los que la evaporación es escasa, y por tanto tienen una baja salinidad, como algunas áreas del mar Báltico, que alcanzan una salinidad de sólo 5 g NaCl/l, casi la mitad de la de la sangre humana. Hay otros mares que reciben aguas fluviales pero que no desaguan a los océanos, sino que lo hacen por evaporación, y por tanto tienen una alta salinidad, como el mar Muerto, que alcanza 340 NaCl/l, casi 40 veces superior a la del suero humano. En las aguas de fuentes y manantiales, la salinidad no depende de la evaporación , sino de la disolución de las sales subterráneas por las que pasan, y así, el agua de las salinas de Leniz, en Guipúzcoa, tiene una salinidad que le da una osmolaridad equivalente a 85g/l de NaCl.

Estos conocimientos desarrollaron un gran progreso en la comprensión de la biología vegetal y animal, y en muchas actitudes médicas, una de las cuales reseñamos como curiosidad, pues su conocimiento de hace más de un siglo sigue teniendo aplicación práctica hoy día: el sujeto casi ahogado por inmersión, tiene sus alvéolos pulmonares llenos de agua y perecerá por asfixia si no se trata de inmediato: si la inmersión fue en agua de piscina, debe ser tratado directa y urgentemente con respiración artificial boca a boca, pues el agua que llena sus alvéolos pasa por ósmosis en sólo minutos a su cuerpo; si la inmersión fue en agua marina, el agua intraalveolar no sólo no se marcha, sino que atrae más agua del cuerpo del paciente, por lo que cualquier respiración artificial debe ir precedida del urgente vaciamiento del agua pulmonar por compresión torácica con la cabeza baja, y ladeada o prona.

En los fluidos orgánicos animales la tonicidad habitual ronda en el suero sanguíneo una equivalencia a una solución de NaCl de 9g/l, lo que le da una osmolaridad de 285-290 mOsm/l. La osmolaridad del líquido cefalo-raquídeo es de 290-295 mOsm/l, la de la saliva total 200-310 mOsm/l, y la de la orina, 200-500 mOsm/l. Los líquidos que bañan las caras posterior y anterios de la córnea, es decir, el humor acuoso y la lágrima, tienen una osmolaridad de 300 a 310 mOsm/l.

  

PLASMA SANGUÍNEO, HUMOR ACUOSO Y LÁGRIMA

El humor acuoso tiene un volumen de aproximadamente 0,06 ml en cámara posterior y 0,25 ml en cámara anterior. Su flujo es de aproximadamente 2 µl/minuto. Contiene sales, siendo la principal el NaCl, pero teniendo también K, Ca, fosfatos y bicarbonatos. Asimismo tiene componentes no electrolíticos o escasamente electrolíticos, de los que unos son más escasos que en sangre, como la glucosa (0,6%° en acuoso y 1%° en sangre) y otros más abundantes, como el ácido ascórbico (15%° en acuoso y 0,05%° en sangre). Como resultado de todo ello, el humor acuoso es hiperosmolar con respecto al suero sanguíneo. Esto juega un papel en su formación y eliminación (10).

El mecanismo de formación del humor acuoso tiene dos componentes principales: la ultrafiltración y la secreción. En el mecanismo de ultrafiltración juega un papel importante la presión hidrostática sanguínea en los capilares ciliares (² 60 mmHg) que permite que su contenido pueda ser empujado a través de sus capilares fenestrados, estroma y epitelio ciliar hacia la cámara acuosa posterior, aunque condicionado por otros factores, entre otros, que las substancias permeantes no son uniformes, ya que por ejemplo la urea es menor en acuoso que en plasma (11).

En el mecanismo secretor juega la osmolaridad un importante papel. Los espacios intercelulares del epitelio ciliar funcionan como canales intercelulares, y el líquido vertido a ellos por las células no pigmentadas del epitelio ciliar fluye hacia la cámara posterior. Estas células claras, merced a la energía para el trasporte iónico activo suministrada por su ATPasa, vierten Na+ a los canales intercelulares del epitelio ciliar y a la cámara posterior, subiendo su osmolaridad. Es el fenómeno clave de la secreción de acuoso (12). Este acuoso incipiente alcanza en la parte más profunda de los canales intercelulares una osmolaridad de 335-340 mOsm/l, la cual atrae agua, y su osmolaridad va reduciéndose hacia el extremo de los canales más cercanos a la cámara posterior.

El humor acuso tiene siempre una osmolaridad superior a la del suero (13,14), sufriendo numerosas variaciones circunstanciales, y así Schaeffer (13) encontró en humanos que el acuoso es algo hiperosmolar en relación con el plasma, pero que en las anestesias generales la osmolaridad sanguínea sube algo y se iguala a la del acuoso

Este humor acuoso, con una osmoralidad media de 305 mOsm/l, se elimina principalmente a través del conducto de Schlemm y de la úvea, pero también en escasa cuantía puede hacerlo a través de la córnea. con determinados componentes selectivos por factores de pinocitosis y de presión hidrostática. En un estudio experimental Ridley (15) observó que el humor acuoso, si se le aplica una presión de 25 mmHg, puede atravesar la córnea a un ritmo de 0,81 µl/min, y si de 250 mmHg, el flujo sube a 1,13 µl/min. En el individuo normal, la subida de presiones intraoculares sobre 50 mmHg provoca un edema corneal clínicamente detectable.

Cogan et al (16), en 1942, emitieron la teoría de que el flujo fisiológico de agua en la córnea entra por su estroma limbal. El estroma corneal es fuertemente hidrófílo, debido a sus glucosa-amino-glicanos, especialmente a su componente keratán sulfato. La deturgescencia corneal se hace hacia el acuoso a través del endotelio corneal, y hacia el mar lacrimal a través del epitelio corneal. La figura original de Cogan esquematiza este flujo (fig. 1).


Fig. 1. Esquema del flujo de fluido a través de la córnea. Las flechas indican la dirección de la corriente, y la densidad de las flechas desde la periferia hacia el centro indica el movimiento relativo de la cantidad de flujo. La cantidad de flujo hacia las superficies anterior y posterior no está aún bien conocida (Cogan et al 1942) (16).

La cuantificación del flujo intracorneal fue motivo de numerosos estudios durante los años siguientes,y ello ha complementado y modificado en muchos aspectos el clásico esquema de Cogan y Kinsey. Brubaker et al (14) (1962) calcularon en conejos la tonicidad del suero sanguíneo, humor acuoso, y líquido intersticial de la córnea periférica o limbal, y de la córnea central o prepupilar, y encontraron valores de osmolalidad respectivamente de 294,3-294,9 mOsm/kg, 305,1-306 mOsm/kg, 302,8 y 305,3 mOsm/kg. Aparte de la osmolaridad y de la presión intraocular, otros factores importantes son la integridad anatómica del endotelio y epitelio y el metabolismo corneal (17).

Las células del endotelio y epitelio corneales son ricas en lípidos, por lo que son más fácilmente atravesables por los componentes liposolubles, mientras que el estroma corneal es más fácilmente permeable a los acuosolubles. Las barreras ricas en lípidos son fácilmente atravesables por los compuestos no polares, mientras las ricas en agua, lo son por los compuestos polares.

El endotelio corneal juega una función de barrera y otra de bombeo, pasando diversos componentes en ambas direcciones, pero principalmente agua, sodio y otros electrolitos desde el estroma corneal hacia cámara anterior, y dando como resultado final una acción deturgescente de la córnea.

El epitelio corneal tiene unos factores comunes y otros diferenciales con el endotelio. La hiperosmolaridad relativa de la lágrima hace que continuamente pase agua de la córnea y de la conjuntiva bulbar a la película lacrimal (15,16,18-25), Michel (26) (1884) fue el primero en exponer que la evaporación de la película lacrimal juega un importante papel en aumentar su osmolaridad y en atraer agua de los tejidos limítrofes. Y 3 años despuués, Massart (27) (1887) determinó su influencia en la deturgescencia de la cornea y la disminución de su espesor. Mishima (28) (1965), observó que los conejos sólo parpadean unas pocas veces durante una hora, por lo que la evaporación de su película lacrimal es alta, y que sin embargo su tonicidad se mantiene equivalente a una solución acuosa de NaCl al 9%°, y supuso este autor que en ellos hay una transferencia transcorneal de humor acuoso que evaluó en 6 µl/hora.

La tonicidad de la lágrima se ha medido desde hace siglo y medio con métodos cada vez más exactos, dándole los valores que se expresan a continuación (tabla 1).

En los síndromes de ojo seco, la lágrima suele ser hiperosmolar respecto a la del individuo sano, lo que fue primero detectado por Mastman et al (42) (1961), y posteriormente confirmado por muchos autores. La tonicidad media de la lágrima en los síndromes de ojo seco, según diversos investigadores, es la siguiente (tabla 2).

La osmolaridad del mar lacrimal puede modificar en sentido positivo o negativo el flujo acuoso a través del epitelio corneal según sus propias características bioquímicas, y las característica de este epitelio. Reproducimos la primera imagen que recoge este hecho, publicada por Cantonnet 1925, pues creemos que pese a su interés nunca ha sido reproducida en la literatura posterior hasta el presente trabajo (fig. 2).


Fig. 2. Córneas que han permanecido en una solución clorurado-sódica de concentraciones diferentes.
A. Solución isotónica a la lágrima (14%). * = aspecto normal.
B. Solución hipertónica = aspecto reseco y retraído.
C. Solución hipotónica = aspecto infiltrado y edematoso.
* Según la valoración de Cantonnet.

Los colirios hiperosmolares pueden tener una acción sobre el flujo de humor acuoso. Sin embargo no se han usado para disminuir la presión intraocular por su escasa duración y eficacia. Así, el tiempo de duración en el mar lacrimal de un colirio hiperosmolar es muy escaso. Mastman et al (42) (1961) determinó que el mar lacrimal al que se instila un colirio con un 25%°de NaCl recupera la normoosmolaridad en sólo 1 1/2 a 2 minutos, siendo ello principalmente debido no a la atracción del agua intracorneal, sino a la hipersecreción lagrimal refleja que estimula. En el mismo sentido, Sust Mir (63) (1967) ratificó que la persistencia de un colirio hiperosmolar es muy pasajera. Y Hollyet al (64) (1981) instilaron colirios hipertónicos de NaCl de 500 y 1.000 mOsm/kg, y observaron que en pocos minutos se recuperaba la normotonicidad del mar lacrimal.

Los colirios hiper e hiposmolares alteran el epitelio de la superficie ocular. Concomitantemente tienen una acción deturgescente corneal según ya mostraron Massart (27) (1889) y Cantonet (32,33,65) (1908, 1925), y los hipoosmolares, una acción edematizante. Concomitante a ello, alteran el epitelio de la superficie ocular (fig. 3). Von Bahr (22) (1956) determinó que una solución de NaCl del 14%° produce en 10 minutos un adelgazamiento corneal del 15,9%. Este efecto deshidratante se acompaña de un menor o mayor daño epitelial (45,66-68). Entre las acciones deletéreas sobre el epitelio de la superficie ocular están la destrucción de células caliciformes de la conjuntiva, en las que los trabajos de Egbert et al (67) y Vergés (68-71) fueron pioneros. Por ello los colirios y pomada hiperosmolares no se usan para achicar humor acuoso y reducir la presión intraocular, sino sólo para reducir momentáneamente los edemas corneales, usándose generalmente pomadas o colirios con concentraciones de NaCl al 50%°.


Fig. 1.
Citología de impresión de córneas de rata, después de instilarles cada 5 minutos un colirio, durante media hora. Tinción PAS-hematoxilina. Aumento original x40.
A. Colirio isotónico a la lágrima (10%). Las células epiteliales tienen los bordes bien marcados. El citoplasma es intensamente eosinófilo. Los núcleos están bien manifiestos.
B. Colirio hipertónico. Las células epiteliales tienen los bordes celulares muy definidos. El citoplasma está muy poco teñido, siendo ligeramente eosinófilo. Los núcleos aparecen poco marcados.
C. Colirio hipotónico (agua destilada). Las células epiteliales tienen los bordes celulares muy bien marcados. El citoplasma es poco eosinófilo (ligeramente basófilo). Los núcleos están moderadamente manifiestos.


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