Cálculo de tonicidad (hipotónica, isotónica, hipertónica): fundamentos y aplicaciones
El cálculo de tonicidad determina la concentración relativa de solutos en soluciones biológicas. Es esencial para entender el comportamiento celular frente a diferentes medios.
Este artículo explica las fórmulas, variables y ejemplos prácticos para calcular tonicidad en soluciones hipotónicas, isotónicas e hipertónicas.
Calculadora con inteligencia artificial (IA) para Cálculo de tonicidad (hipotónica, isotónica, hipertónica)
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- Calcular tonicidad de una solución con 150 mOsm/L de solutos y 300 mOsm/L en el interior celular.
- Determinar si una solución con 280 mOsm/L es isotónica respecto a la sangre humana.
- Evaluar tonicidad de una solución con 400 mOsm/L frente a una célula con 300 mOsm/L.
- Calcular tonicidad y tipo de solución para una mezcla con 100 mOsm/L de solutos y 300 mOsm/L intracelular.
Tablas de valores comunes para el cálculo de tonicidad
| Solución | Osmolaridad (mOsm/L) | Tipo de tonicidad | Ejemplo de uso clínico |
|---|---|---|---|
| Solución salina 0.9% (NaCl) | 308 | Isotónica | Reposición de líquidos intravenosos |
| Solución salina 0.45% (NaCl) | 154 | Hipotónica | Tratamiento de deshidratación intracelular |
| Solución salina 3% (NaCl) | 1026 | Hipertónica | Tratamiento de hiponatremia severa |
| Glucosa 5% en agua | 278 | Isotónica (antes de metabolizarse) | Hidratación y aporte calórico |
| Solución de Ringer Lactato | 273 | Isotónica | Reposición de líquidos y electrolitos |
| Plasma sanguíneo humano | 285-295 | Isotónica | Referencia para tonicidad fisiológica |
| Solución de manitol 20% | 1100 | Hipertónica | Reducción de edema cerebral |
| Agua destilada | 0 | Hipotónica | Uso limitado, riesgo de hemólisis |
Fórmulas para el cálculo de tonicidad y explicación de variables
La tonicidad se refiere a la capacidad de una solución para inducir movimiento de agua a través de una membrana semipermeable, afectando el volumen celular. Se calcula principalmente a partir de la osmolaridad o concentración osmótica efectiva.
1. Osmolaridad (Osm) de una solución
La osmolaridad se define como la concentración total de partículas osmóticamente activas por litro de solución.
- Ci: concentración molar de cada soluto i (mol/L)
- ni: número de partículas en que se disocia el soluto i (por ejemplo, NaCl → 2 partículas)
Ejemplo: Para NaCl 0.9% (0.154 mol/L), osmolaridad ≈ 0.154 × 2 × 1000 = 308 mOsm/L.
2. Presión osmótica (π)
La presión osmótica es la fuerza que impulsa el movimiento de agua a través de la membrana, calculada con la ecuación de Van’t Hoff:
- π: presión osmótica (atm o Pa)
- i: coeficiente de Van’t Hoff (número de partículas en solución)
- C: concentración molar del soluto (mol/L)
- R: constante universal de gases (0.0821 atm·L/mol·K)
- T: temperatura absoluta (Kelvin)
Esta fórmula es útil para calcular la presión osmótica en condiciones ideales y para soluciones diluidas.
3. Cálculo de tonicidad relativa
La tonicidad se determina comparando la osmolaridad efectiva de la solución externa (Osm_ext) con la osmolaridad interna celular (Osm_int):
- Si Tonicidad < 1 → Solución hipotónica (agua entra a la célula)
- Si Tonicidad = 1 → Solución isotónica (equilibrio)
- Si Tonicidad > 1 → Solución hipertónica (agua sale de la célula)
4. Osmolaridad efectiva (Osm_eff) o tonicidad real
No todos los solutos contribuyen a la tonicidad, solo aquellos que no atraviesan la membrana celular. Por ejemplo, el urea atraviesa libremente y no genera tonicidad.
Por lo tanto, la osmolaridad efectiva se calcula excluyendo solutos permeables:
Este valor es el que determina el movimiento neto de agua y la tonicidad real.
5. Cálculo de volumen celular en función de tonicidad
El cambio en volumen celular (V) puede estimarse con la siguiente relación, asumiendo que el contenido osmótico intracelular es constante:
- V: volumen celular final
- V0: volumen celular inicial
- Osm_int: osmolaridad intracelular
- Osm_ext: osmolaridad extracelular
Este cálculo es fundamental para predecir la respuesta celular ante cambios en tonicidad.
Variables comunes y sus valores típicos
- Concentración molar (Ci): varía según soluto, por ejemplo, NaCl 0.154 mol/L en solución salina 0.9%.
- Coeficiente de disociación (ni): NaCl = 2, glucosa = 1, CaCl2 = 3.
- Temperatura (T): 310 K (37 °C) para condiciones fisiológicas.
- Osmolaridad intracelular (Osm_int): típicamente 285-295 mOsm/L.
- Osmolaridad extracelular (Osm_ext): depende de la solución administrada.
Ejemplos prácticos de cálculo de tonicidad
Ejemplo 1: Evaluación de tonicidad de solución salina 0.45% frente a célula humana
Se desea determinar si la solución salina 0.45% es hipotónica, isotónica o hipertónica respecto a una célula con osmolaridad intracelular de 290 mOsm/L.
- Concentración molar NaCl en 0.45%: 0.077 mol/L
- Coeficiente de disociación (NaCl): 2
Cálculo de osmolaridad externa:
Comparación de tonicidad:
Interpretación: La solución es hipotónica, por lo que el agua tenderá a entrar a la célula, aumentando su volumen y riesgo de lisis celular.
Ejemplo 2: Cálculo de tonicidad y volumen celular en solución hipertónica
Una célula con volumen inicial de 1 pL y osmolaridad intracelular de 290 mOsm/L se expone a una solución con osmolaridad externa de 400 mOsm/L. Se desea calcular la tonicidad y el volumen celular final.
Cálculo de tonicidad:
Interpretación: La solución es hipertónica, el agua saldrá de la célula.
Cálculo del volumen celular final:
La célula se contraerá a aproximadamente el 72.5% de su volumen original debido a la pérdida de agua.
Aspectos avanzados y consideraciones en el cálculo de tonicidad
La tonicidad no solo depende de la concentración total de solutos, sino también de la permeabilidad de la membrana a dichos solutos. Por ejemplo, la urea es un soluto permeable que no genera tonicidad efectiva, mientras que el Na+ y Cl- son impermeables y sí contribuyen a la tonicidad.
Además, la temperatura y la presión pueden afectar la presión osmótica, aunque en condiciones fisiológicas estas variaciones son mínimas.
- Solutos permeables: no afectan tonicidad efectiva.
- Solutos impermeables: determinan la tonicidad real y el movimiento de agua.
- Equilibrio osmótico: se alcanza cuando las presiones osmóticas internas y externas se igualan.
Aplicaciones clínicas y biológicas del cálculo de tonicidad
El conocimiento preciso de la tonicidad es fundamental en medicina para la administración segura de fluidos intravenosos, manejo de desórdenes electrolíticos y tratamiento de edema cerebral.
Por ejemplo, la administración de soluciones hipertónicas puede ser necesaria para reducir edema cerebral, mientras que soluciones hipotónicas pueden ser útiles para corregir deshidratación intracelular, pero con riesgo de hemólisis si no se controlan adecuadamente.