Difusión

Qué es la difusión

En términos físicos, la difusión es un proceso irreversible por el que las partículas de un medio, en agitación térmica continua, tienden a repartirse de manera uniforme cuando existe un gradiente de concentración. La agitación no dirige el movimiento hacia ningún punto concreto; lo que ocurre es que, estadísticamente, más partículas cruzan desde la zona concentrada a la diluida que en sentido contrario. Cuando las concentraciones se igualan, el flujo neto se anula, aunque las partículas siguen moviéndose.

La palabra procede del latín diffusio, sustantivo formado sobre diffundere, "verter en distintas direcciones" o "esparcir", con el prefijo dis- y el verbo fundere, "verter". La misma raíz aparece en "difuso" o en "difundir" y, cuando el término se importa al lenguaje médico, se aplica al movimiento espontáneo de una sustancia por el interior de un tejido o a través de una barrera.

Mecanismo físico

Cinco factores determinan la velocidad con la que un soluto se difunde a través de una membrana o un medio. El primero es el gradiente de concentración: a mayor diferencia entre los dos lados, mayor flujo neto. Los otros son la temperatura (la agitación térmica aumenta con ella), la superficie disponible para el paso, el grosor de la barrera que separa ambos compartimentos y las propiedades intrínsecas de la molécula, en especial su tamaño y su lipofilia.

Adolf Eugen Fick, médico y fisiólogo alemán, dio forma matemática a este comportamiento en 1855. Su primera ley enuncia que el flujo por unidad de superficie es proporcional al gradiente de concentración; la segunda predice cómo evoluciona la concentración con el tiempo. Ambas se aplican a diario en el cálculo del intercambio gaseoso pulmonar y en el diseño de sistemas de diálisis. La entrada sobre la ley de Fick desarrolla las ecuaciones y su alcance clínico.

Tipos de difusión

Difusión simple. Las partículas atraviesan la membrana celular disolviéndose en su bicapa lipídica, sin ayuda de proteínas. Solo lo consiguen con eficiencia las moléculas pequeñas y no polares: gases respiratorios (O₂ y CO₂), esteroides, algunos anestésicos y una parte de los fármacos liposolubles.

Difusión facilitada. Ciertas moléculas polares o de mayor tamaño (glucosa, aminoácidos, iones) no pueden cruzar la bicapa por sí solas. Lo hacen a favor de gradiente, sin gasto energético, gracias a proteínas transportadoras o a canales iónicos que actúan como conductos selectivos. Es difusión, sí, pero mediada; el gradiente sigue siendo el motor.

Ósmosis. Es una forma particular de difusión en la que lo que se desplaza es el disolvente (agua), a través de una membrana semipermeable, desde el compartimento con menor concentración de soluto hacia el más concentrado. Detalles en la entrada dedicada a la osmosis.

A esta clasificación conviene añadir un rasgo común: los tres modos son formas de transporte pasivo, distintas del transporte activo, que requiere energía metabólica y puede mover moléculas en contra de su gradiente.

Aplicaciones en fisiología y en medicina

Intercambio gaseoso pulmonar. El oxígeno pasa del aire alveolar a la sangre capilar, y el dióxido de carbono lo hace en sentido inverso, exclusivamente por difusión a través de la membrana alveolocapilar. Cuando esa barrera se engrosa (fibrosis pulmonar) o pierde superficie útil (enfisema, resección pulmonar), la eficiencia del proceso cae. La capacidad de difusión pulmonar se mide en el laboratorio de función pulmonar mediante la prueba de DLCO.

Farmacocinética. Muchos fármacos atraviesan las membranas del tubo digestivo, del endotelio o de la barrera hematoencefálica por difusión pasiva. Su liposolubilidad y su grado de ionización al pH del compartimento determinan si el paso será rápido o lento. Este principio explica, entre otras cosas, la absorción sublingual de la nitroglicerina o el paso limitado de los antibióticos hidrofílicos al líquido cefalorraquídeo.

Diálisis. Tanto la hemodiálisis como la diálisis peritoneal se apoyan en la difusión de solutos a favor de gradiente a través de una membrana, natural o artificial, semipermeable. Diseñar la diferencia de concentración adecuada entre la sangre y el líquido de diálisis es el modo de retirar del organismo urea, creatinina, potasio y otras sustancias que se acumulan en la insuficiencia renal.

Imagen por resonancia magnética. Las secuencias de difusión (DWI) miden el movimiento aleatorio de las moléculas de agua en los tejidos y aportan un contraste que resulta particularmente útil en el diagnóstico precoz del ictus isquémico y en la caracterización de lesiones tumorales.

Diferenciación con procesos afines

Difusión frente a ósmosis. En la difusión general se mueve el soluto; en la ósmosis lo hace el agua. Ambos procesos pueden coexistir en la misma membrana.

Difusión frente a transporte activo. La difusión no consume ATP y no puede mover una sustancia en contra de su gradiente. El transporte activo sí. Bombas como la Na⁺/K⁺-ATPasa son el paradigma del segundo.

Difusión frente a convección. La convección es el arrastre de moléculas por el flujo de un líquido (por ejemplo, el paso de solutos con el agua a través de una membrana empujada por presión hidrostática). Ambos mecanismos coexisten en la mayoría de sistemas biológicos y en las técnicas de depuración extrarrenal.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra difusión?

Del latín diffusio, sobre diffundere, "verter o esparcir en distintas direcciones". El prefijo dis- aporta la idea de dispersión y el verbo fundere significa "verter". La imagen que evoca es exacta: un colorante que se extiende poco a poco en un vaso de agua es un caso típico de difusión.

¿Es lo mismo difusión que ósmosis?

No. La ósmosis es un caso particular de difusión en el que lo que atraviesa la membrana es el agua, no el soluto. Si la membrana es permeable al agua e impermeable al soluto, el agua se desplazará hacia donde la concentración del soluto sea mayor. La distinción es clínicamente relevante en todo lo relacionado con equilibrio hidroelectrolítico y sueroterapia.

¿Requiere la difusión gasto de energía?

No. La energía procede del propio movimiento térmico aleatorio de las moléculas, no del metabolismo celular. Es la característica que la separa del transporte activo. Cuando se dice que un fármaco "difunde" al líquido cefalorraquídeo o al feto, se está afirmando implícitamente que su paso no depende de ninguna bomba energética.

¿Qué es la ley de Fick y por qué es tan citada?

Es la formalización matemática de la difusión, publicada por Adolf Fick en 1855. Su formulación básica es que el flujo neto es proporcional al gradiente de concentración y a la superficie disponible, e inversamente proporcional al grosor de la barrera. Sobre ella se construye el cálculo del intercambio gaseoso, el diseño de sistemas de diálisis y el llamado principio de Fick para estimar el gasto cardíaco.

¿Por qué unas moléculas difunden bien a través de la membrana celular y otras apenas?

Porque la membrana está formada por una bicapa lipídica que actúa como filtro. Las moléculas pequeñas y no polares (oxígeno, dióxido de carbono, esteroides) se disuelven bien en los lípidos y cruzan sin dificultad. Las polares o cargadas (glucosa, iones, aminoácidos) necesitan proteínas transportadoras o canales que faciliten su paso. El tamaño de la molécula, su carga eléctrica y su afinidad por los lípidos condicionan todo el proceso.

Referencias

1. Real Academia Española. Difusión. Diccionario de la lengua española.
2. AccessMedicina, McGraw Hill Medical. Difusión. Manual de laboratorio de fisiología.
3. Universidad del País Vasco. Difusión. Ley de Fick.
4. Real Academia Nacional de Medicina de España. Diccionario de términos médicos (DTM).