osmorregulación
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POR: LUZ ESMERALDA HERNÁNDEZ
JUÁREZ
De un modo muy general, los organismos pueden ser descritos como soluciones
acuosas dentro de una membrana (la superficie corporal). Tanto el volumen del
organismo como la concentración de solutos deben mantenerse en unos estrechos
límites. El problema surge cuando el medio ambiente posee condiciones diferentes a las
del medio interno. Estas diferencias en las concentraciones iónicas tienden a disiparse
hasta alcanzar el estado estacionario. Determinados animales (los animales
osmorreguladores) tienden a mantener un medio interno estable independiente de las
características del medio externo. De este modo, se entiende como osmorregulación los
mecanismos que poseen los seres vivos para mantener una osmolaridadinterna estable
con relación al medio ambiente que le rodea.
La osmorregulación es la forma activa deregular la presión osmótica del medio interno delcuerpo para mantener la homeostasis de loslíquidos del cuerpo; esto evita que el mediointerno llegue a estados demasiado diluidos oconcentrados. La presión osmótica es la medidade la tendencia del agua para moverse de unasolución a otra por medio de la ósmosis.
La osmorregulación no es más que la regulaciónde agua al interior del cuerpo humano, y realizaesta acción por diversosmecanismos, relacionados mayoritariamente conlos órganos riñón y corazón.
Las reacciones metabólicas de las que
depende la vida requieren un equilibrio
preciso de agua y de soluto disuelto. La
osmosis ocurre siempre en 2 soluciones
separadas por una membrana, difieren en la
concentración total del soluto. Existe un
movimiento neto de agua de la solución
hipotónica hacia la hipertónica, hasta que las
concentraciones de soluto sean iguales en
ambos lados de la membrana.
ósmosis es un fenómeno físico relacionado
con el comportamiento de
un sólido como soluto de una solución ante
una membrana semipermeable para el
solvente pero no para los solutos. Tal
comportamiento entraña una difusión
compleja a través de la membrana, sin "gasto
de energía". La ósmosis del agua es un
fenómeno biológico importante para
la fisiología celular de los seres vivos.
Mecanismo:
Se denomina membrana semipermeable a la que contiene poros o agujeros, al igual que cualquier filtro, de tamaño molecular. El tamaño de los poros es tan minúsculo que deja pasar las moléculas pequeñas pero no las grandes, normalmente del tamaño de micras. Por ejemplo, deja pasar las moléculas de agua que son pequeñas, pero no las de azúcar, que son más grandes.
Si una membrana como la descrita separa un líquido en dos particiones, una de agua pura y otra de agua con azúcar, suceden varias cosas, explicadas a fines del siglo XIX por Van 't Hoff y Gibbs empleando conceptos de potencial electroquímico y difusión simple, entendiendo que este último fenómeno implica no sólo el movimiento al azar de las partículas hasta lograr la homogénea distribución de las mismas y esto ocurre cuando las partículas que aleatoriamente vienen se equiparan con las que aleatoriamente van, sino el equilibrio de los potenciales químicos de ambas particiones. Los potenciales químicos de los componentes de una solución son menores que la suma del potencial de dichos componentes cuando no están ligados en la solución.
Este desequilibrio, que está en relación
directa con la osmolaridad de la
solución, genera un flujo de partículas
solventes hacia la zona de menor potencial
que se expresa como presión osmótica
mensurable en términos de presión
atmosférica, por ejemplo: "existe
una presión osmótica de 50
atmósferas entre agua desalinizada y agua
de mar". El solvente fluirá hacia
el soluto hasta equilibrar dicho potencial o
hasta que la presión hidrostática equilibre la
presión osmótica.
El resultado final es que, aunque el agua pasa de la zona de baja concentración a la de alta concentración y viceversa, hay un flujo neto mayor de moléculas de agua que pasan desde la zona de baja concentración a la de alta.
Dicho de otro modo: dado suficiente tiempo, parte del agua de la zona sin azúcar habrá pasado a la de agua con azúcar. El agua pasa de la zona de baja concentración a la de alta concentración.
Las moléculas de agua atraviesan la membrana semipermeable desde la disolución de menor concentración, disolución hipotónica, a la de mayor concentración, disolución hipertónica. Cuando el trasvase de agua iguala las dos concentraciones, las disoluciones reciben el nombre de isotónicas.
En los seres vivos, este movimiento del agua a través de la membrana celular puede producir que algunas células se arruguen por una pérdida excesiva de agua, o bien que se hinchen, posiblemente hasta reventar, por un aumento también excesivo en el contenido celular de agua. Para evitar estas dos situaciones, de consecuencias desastrosas para las células, estas poseen mecanismos para expulsar el agua o los iones mediante un transporte que requiere gasto de energía.
La presión osmótica puede definirse como la presión que se debe
aplicar a una solución para detener el flujo neto de disolvente a través
de una membrana semipermeable. La presión osmótica es una de las
cuatro propiedades coligativas de las soluciones(dependen del número
de partículas en disolución, sin importar su naturaleza). Se trata de una
de las características principales a tener en cuenta en las relaciones de
los líquidos que constituyen el medio interno de los seres vivos, ya que
la membrana plasmática regula la entrada y salida de soluto al medio
extracelular que la rodea, ejerciendo de barrera de control.
Cuando dos soluciones se ponen en contacto a través de una membrana
semipermeable (membrana que deja pasar las moléculas
de disolvente pero no las de los solutos), las moléculas de disolvente se
difunden, pasando habitualmente desde la solución con menor
concentración de solutos a la de mayor concentración. Este fenómeno
recibe el nombre de ósmosis, palabra que deriva del griego osmos, que
significa "impulso".Al suceder la ósmosis, se crea una diferencia de
presión en ambos lados de la membrana semipermeable: la presión
osmótica.
Lo descrito hasta ahora es lo que ocurre en situaciones normales, en las que los dos lados de la membrana están a la misma presión; si se aumenta la presión del lado de mayor concentración, puede lograrse que el agua pase desde el lado de alta concentración de sales al de baja concentración.
Se puede decir que se está haciendo lo contrario de la ósmosis, por eso se llama ósmosis inversa. Téngase en cuenta que en la ósmosis inversa a través de la membrana semipermeable sólo pasa agua. Es decir, el agua de la zona de alta concentración pasa a la de baja concentración.
Si la alta concentración es de sal, por ejemplo agua marina, al aplicar presión, el agua del mar pasa al otro lado de la membrana. Sólo el agua, no la sal. Es decir, el agua se ha desalinizado por ósmosis inversa, y puede llegar a ser potable.
a) Según la osmolaridad respecto al medio:
- Animales isosmóticos: animales cuyos fluidos corporales tienen la misma
presión osmótica que el medio.
- Animales hiposmóticos: animales cuyos fluidos corporales tienen una presión
osmótica menor que el medio.
- Animales hiperosmóticos: animales cuyos fluidos corporales tienen una presión
osmótica mayor que el medio.
b) Según su capacidad reguladora:
- Animales osmoconformadores: animales isosmóticos en los que al cambiar la
concentración del medio cambia también la de los fluidos corporales conforme a
la del medio.
- Animales osmorreguladores: mantienen o regulan su presión osmótica a pesar
de los cambios ambientales (pueden ser iso, hipo o hiperosmóticos).
c) Según su tolerancia:
- Animales eurihalinos: animales que pueden
soportar o tolerar una amplia
variación en la salinidad del medio que
habitan (osmoconformadores u
osmorreguladores).
- Animales estenohalinos: animales que
toleran variaciones muy limitadas de
salinidad en el medio.
Marinos
Agua Dulce
Terrestres
Cada uno de estos ambientes implica distintos
desafíos para sus habitantes y las estrategias que
estos emplean para sobrevivir son muy diversas.
Además existe una
clasificación por
tolerancia a la
salinidad
Poco tolerantes a los cambios de
salinidad:
STENOHALINOS
Muy tolerantes a los cambios de
salinidad:
EURYHALINOS
La mayoría de los invertebradosson isoosmóticos en relación conel agua del mar.
Los invertebrados isoosmoticoscon respecto al agua del marcomprende moluscos del tipo delas jibias, además de lasesponjas, los celenterados, losanélidos, equinodermos y lamayoría de los artrópodos.
La mayoría de los solutossanguíneos de estos invertebradosse tratan de iones inorgánicos.
Mantienen las diferencias de composición iónica entre la sangre y el medio mediante procesos reguladores iónicos.
Son relativamente permeables al agua y los iones.
Tienden a difundirse con facilidad en la sangre y el agua de mar de acuerdo a sus gradientes electroquímicos.
Estos animales, captan los iones desde el agua a través de la superficie corporal, o a través de los intestinos.
Otro proceso habitual es la regulación renal de la composición iónica sanguínea.
Las lampreas glutinosas son los únicos vertebrados con una regulación isoosmotica.
NaClH2O
Habitat: Agua de mar (1000 mOsm/L)
Orina hipertónica,
Secreción de glándula
rectal
Y H2O
La concentration interna varia paralelamente con
los cambios del medio externo
LEC: 300 + urea = 1000 mOsm/L
Mantiene su concentración osmótica interna
en un nivel constante, aun con cambios en el
ambiente externo.
Se dividen en dos:
Hipoosmoreguladores
Hiperosmoreguladores
NaCl
NaCl
H2O
Habitat: Agua de mar (1000 mOsm/L)
Poca orina hipotónica
o isotónica
Riñones poco activos
(células de cloro)
Y H2O
H2O5 a 33L
LEC: 300 mOsm/L
La presión osmótica sanguínea es muy inferior a la del medio.
Sus principales solutos son el Na+ y Cl-, entre otros.
Debido a que pierden mucha agua por osmosis, estos reponen su perdida de agua, bebiendo el agua salada.
Se piensa que estos peces descienden de antepasados muy antiguos que habitaban en guas dulces, de ahí que su presión osmótica sea menor a la del agua de mar.
alimentoH2O
NaCl
Habitat: Agua Dulce (1-10 mOsm/L)
H2OOrina diluída
Riñones muy activos
(células de cloro)
LEC: 300 mOsm/L
Hiperosmoticos respecto al medio
Tienden a ganar agua. Eliminan egua en la orina.
Tienden a perder sales. Reabsorben sales
Hiperosmoticos respecto al medio
Tienden a ganar agua. Eliminan egua en la orina.
Tienden a perder sales. Reabsorben sales
Numerosos animales acuáticos presentan migraciones entre
ambientes de diferente salinidad.
Diádromos: peces que migran de diferentes medios
osmóticos.
Patrones de migraciones variados varias estrategias:
Anádromos: peces que pasan la mayor parte de su vida en el
mar y migran al río para la reproducción (ejemplos:
salmones, esturiones).
Catádromos: peces que pasan la mayor parte de su vida en el
río y migran al mar para la reproducción (ejemplo: anguilas).
Anfídromos: peces que migran de mar a río o de río a mar
durante algunas etapas de su vida no relacionado con la
reproducción (ejemplos: Plecoglossus alltivelis, algunas
especies de clupeidos).
Principal problema que deben de enfrentar
los animales de los ambientes terrestres es
EVITAR LA DESHIDRATACIÓN
La Regulación Osmótica de estos animales
entonces esta basada en mecanismos que
eviten la perdida de agua y con esta la
perdida de solutos Rata Canguro: Asa de Henle muy larga
Hay dos tipos de animales terrestres con
respecto al control de la humedad:
Humídicos y Xéricos.
Los humídicos son aquellos que si bien habitan
en el medio terrestre, pertenecen a un
microambiente húmedo con una abundante
cantidad de agua (la mayoria de los
anfibios, cangrejos, lombrices)
Los Xéricos poseen la habilidad de vivir
eambientes secos con poca cantidad de agua
( aves, mamíferos, reptiles, insectos y
arácnidos).
En varios aspectos, la diferencia fisiológica
entre los animales humidicos y xericos
radica en la menor o mayor rapidez con la
que surgen los problemas relacionados con la
perdida de agua en un ambiente muy seco.
La baja permeabilidad al agua del
integumento es esencial para reducir la
perdida de agua por evaporación en el
medio terrestre.
RESPIRACIÓN AÉREA
Piel impermeable
Perdida de agua por epitelios respiratorios
Desarrollo de riñones para concentrar la orina
Mecanismos para adquirir y conservar el agua
MAMÍFEROS Y AVES
Superficies permeables reducidas
Control hormonal (p.e. elevada concentración
de hormona antidiurética)
Aves marinas poseen glándula nasal que
secretan una solución hiperosmótica
Producción de orina hipertónica
MAMÍFEROS DESÉRTICOS Y MARINOS
Problema pérdida de agua
Conservación de agua en el tracto respiratorio
Riñones especializados para concentrar la orina
Aprovechan el agua metabólica
Disminuir la tasa de evaporación y aumentar la
ingesta de agua
• El rol de los riñones en la adaptación depende de sucapacidad de concentrar o diluir la orina, capacidadque a su vez depende de su estructura.
• En la escala animal se pueden dividir los órganosexcretores de acuerdo a su función en tres grupos:
1.Órganos excretores que producen orinaisotónica (con respecto a los fluidos corporales).
2.Órganos excretores que producen hipotónica.
3.Órganos excretores que producen orinahipertónica.
• Filtro:• Donde se realiza la filtración del
plasma, separando materia particulada ycoloides de solutos cristaloides, los cualespasan junto con el H2O a un tubo corto.
• Tubo Corto:• En algunos animales es llamado Tubo
Proximal, donde se reabsorben y secretanmoléculas orgánicas e inorgánicas, y donde elH2O fluye libremente.
• Sólo necesitan estas dos estructuras losanimales que producen orina isotónica.
• Tubo Largo:• Equivale al Asa de Henle y al Tubo Distal.
• Orina hiposmótica : animales necesitan ademásun tubo más largo donde se reabsorben ionesmonovalentes (Na+,CL-).
• Retención de H2O es gobernada por ADH.(ADH = diuresis)
• Orina hipertónica requieren además unarelación espacial paralela entrenefrones, vasos sanguíneos y tubos colectoresque actúen como unintercambiador, multiplicador de corriente.
Estructuras:
A. Filtro
B. Tubo corto (reabsorción y secreción)
C. Tubo largo (reabsorción, secreción y
retención de H2O)
D. Tubos largos en contracorriente
Órganos Excretores producen orina:
1. Isosmótica A, B
2. Hiposmótica A, B, C
3. Hiperosmótica A, B, C, D
• Vacuola Contráctil
• Órganos Nefridiales
• Protonefridio
• Metanefridio
• Nefridio
• Glándulas Verdes
• Túbulos de Malpighi
• Riñones
Protozoarios y Esponjas
Platelmintos y Nemátodos
Insectos
Peces, Anfibios Reptiles (sin Asa de
Henle)
Aves y Mamíferos (con Asa de Henle)
Crustáceos
Anélidos
Son típicos animales sin celoma
Constan de una serie de túbulos muy ramificados cuyos extremos internos terminan en la célula flamígera provista de varios flagelos que se dirigen hacia la luz del túbulo.
Las sustancias de desecho atraviesan las células flamígeras, penetran en los túbulos y son empujadas por el batido rítmico de los flagelos saliendo al exterior por losporos excretores.
Estructuras abiertas por los dos extremos.
Uno se abre a la cavidad celómica tiene forma de embudo ciliado y el otro extremo se abre al exterior por un poro.
El líquido en el celoma contiene los productos de desecho, es recogido por los cilios del nefrostoma, pasa a los túbulos, donde sereabsorben las sustancias que son útiles
Los desechos salen al exterior por el nefridioporo.
Son tubos delgados, cerrados por
el extremo que se encuentra en la
cavidad corporal y abiertos por el
otro extremo al tubo
digestivo, entre el intestino medio
y el intestino posterior.
De esta forma, se vierten al
exterior los productos de
desecho, junto con los alimentos
sin digerir.
• Organo renal de los
crustáceos (se ubica
en la cabeza).
• Presenta filtro, tubo
y una especie de
vejiga se abre en un
poro excretor en la
base de las antenas.
Glomerulo: filtración
Tubo contorneado proximal:
reabsorción de sales, agua y
nutrientes
Asa de Henle: concentra la
orina
Tubo contorneado distal:
reabsorbe agua y sales
Tubo colector: concentra la
orina
La degradación de las proteínas y ácidos
nucleicos resultan en la producción de
amonio, el cual es toxico para los tejidos y
por eso muchos organismos lo convierten en: Urea
Ac. Úrico
*estos procesos requieren de ATP
• La filtración requiere mucha energía (de lo que se
filtra, mucho tiene que reabsorberse) pero si las
sustancias a desechar sólo se excretaran por
secreción, el organismo tendría que desarrollar un
mecanismo de secreción para cada sustancia.
La excreción de amonio requiere mucha agua por lo cual los organismos acuáticos pueden excretarlo sin gastar energía en transformarlo.
La formación de la urea permite el almacenamiento y transporte de los compuestos nitrogenados hasta que son excretados por los riñones. Se da en mamíferos, anfibios adultos, tortugas y peces marinos.
El ácido úrico es poco toxico pero por no ser soluble en agua requiere de mucha energía para ser excretado. Se da en caracoles terrestres, insectos, aves, y muchos reptiles.
Invertebrados acuáticos NH3
Teleosteos NH3 y algo de úrea
Elasmobranquios Úrea
Anfibios larva NH3
adulto Úrea
Insectos Ácido Úrico
Reptiles general Ácido Úrico cocodrilo Ácido Úrico y NH3
tortugas Ácido Úrico y úrea
Aves Ácido Úrico
Mamíferos Úrea
Glomerulo y Capsula de Bowman
Tubo Contorneado Proximal
(TUBO CORTO)
Asa de Henle
Tubo Contorneado Distal
(TUBO LARGO)
Tubo Colector
Filtracion de la sangre
Reabsorción de Sales, Agua y
nutrientes
Establece gradiente
osmotica necesaria para
concentrar orina
Reabsorción de sales y agua
Concentra la orina
