La regulación osmótica

El organismo se caracteriza y distingue del medio por su capacidad de autoorganización, la cual es realizada por medio de la homeostasis, donde el control homeostático representa una ventaja adaptativa

El organismo se caracteriza y distingue del medio por su capacidad de autoorganización, la cual es realizada por medio de la homeostasis, donde el control homeostático representa una ventaja adaptativa ya que la tolerancia de un organismo a la influencia del medio depende de la eficiencia de sus mecanismos homeostáticos, determinando, así, el aprovechamiento del ambiente y la reproducción y conservación de las especies.

x Procesos vitales de los organismos se desarrollan en medio acuoso.

Todos los procesos vitales se producen en un medio acuoso y dependen de las propiedades químicas y físicas de este disolvente universal, el agua,  con propiedades tan particulares.

En contraste a la uniforme composición del agua de mar, los constituyentes iónicos de las aguas dulces (de los lagos y los ríos)  pueden variar en sus propiedades fisicoquímicas por la introducción de sustancias de procesos naturales o generados por el hombre.

Entre los iones más importantes, el sodio y el cloro son los más abundantes en el océano, mientras que el calcio y el carbonato son los que presentan una mayor concentración en ríos y lagos.

El mantenimiento de la concentración de los iones disueltos y de la cantidad de agua en el organismo (osmorregulación) son dos factores de vital importancia que representan uno de los problemas más importantes que deben enfrentar todos los animales .

La adaptación fisiológica se refiere a un ajuste funcional, el cual favorece la actividad biológica normal en un ambiente alterado o estresado.

Las adaptaciones fisiológicas que presentan los diferentes grupos de organismos acuáticos para mantener la constancia relativa de la osmolaridad interna pueden relacionarse con la diversidad de los invertebrados en los diferentes medios acuáticos.

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A.- Solución isotónica: igual concentración de iones en el interior de la célula y en el medio externo a ella

B.- Solución hipertónica: mayor concentración de iones en el medio externo que en la célula.

C.- Solución hipotónica: menor concentración de iones en el medio externo que en la célula.

 

 

El concepto de homeostasis permite comprender cómo los organismos pueden mantenerse vivos en ambientes disímiles o cambiantes; por ejemplo, de hipertónico a hipotónico o viceversa.

Se cree que la evolución de la homeostasis y de los procesos fisiológicos que la mantienen han sido los factores esenciales que han permitido a los animales aventurarse, desde ambientes fisiológicamente favorables, a invadir ambientes hostiles muy posiblemente en busca de alimento o por aislamiento generado por procesos geológicos, o por razones reproductivas.

Este enfoque explica el modo en que algunos grupos de animales se han adaptado para mantener la constancia relativa del medio interno, frente a los desafíos ambientales que caracterizan los distintos ambientes acuáticos, partiendo del agua dulce y terminando en el océano o viceversa.

En ambos casos, el proceso de adaptación se ve reflejado en la concentración de sus fluidos, regulada por ajustes osmóticos..

La ventaja adaptativa a las diferencias de presión osmotica es una disminución en los gradientes osmóticos y iónicos entre los fluidos y el ambiente, generando una ganancia energética al realizar menor trabajo para mantener la regulación osmótica en agua dulce.

A modo de ejemplo, una manera de evitar una ganancia neta de agua es generar una abundante y diluida orina, lo cual permite a los organismos conservar las sales y contribuye a la regulación osmótica.

La multifuncionalidad de las estructuras y de los mecanismos fisiológicos representan una ventaja adaptativa y está directamente relacionada con el nivel de organización biológica y el grado de control homeostático.

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Arapaima, también llamado Pirarucú, Arapaima gigas, es el pez habitante exclusivamente en agua dulce más grande del mundo. http://www.igooh.com/notas/el-gran-pez-de-agua-dulce/

 

Por ejemplo, tenemos las diversas funciones realizadas por las branquias: balance de electrolitos, balance ácido-básico y la liberación de CO2 del proceso respiratorio como HCO3.

Peces dulceacuícolas (de agua dulce)

En los peces de agua dulce la presión osmótica interna es mayor que la del agua por lo que esta tiende a entrar por las membranas permeables en las branquias, las mucosas bucales y el intestino. Aunque también entran pequeñas cantidades por la piel.
Para compensar esta entrada constante de agua los peces de agua dulce producen una orina abundante y altamente diluida que es hipotónica con relación al pez. Por lo que el mayor trabajo del riñón en los peces de agua dulce es la excreción de agua.

También se pierden sales ya que los peces son hipertónicos con respecto al medio, lo cual es compensado por absorción selectiva de sales a través de las branquias y en la toma de la comida.

Peces marinos (de agua salada)

En contraste con los anteriores, los peces marinos viven en un medio que es hipertónico, por lo que tienen a perder agua y ganar sales a través de sus membranas osmóticas. Para contrarrestar la pérdida de agua los peces marinos toman agua y así aumentan la concentración de sales interna.

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En agua salada, los peces toman agua.

Mientras que la deshidratación se previene con este mecanismo, el exceso de sales debe ser eliminado. Este mecanismo homeostático es complejo y costoso energéticamente. En este caso el volumen de orina es muy reducido.

Los peces óseos marinos eliminan su exceso de sales que provienen de la comida y de la ingestión de agua a través de las branquias y el intestino.

Las células de sal en los peces marinos eliminan el exceso de iones de cloro mientras que en los de agua dulce estas mismas lo toman. Estas células se han encontrado en las bases de las lamelas de las branquias, en las mucosas bucales y hasta en la cabeza.

Osmorregulación y ciclos de vida

La capacidad de osmorregulación está directamente relacionada con la distribución de los organismos acuáticos, con los ciclos de vida y con su comportamiento reproductivo.

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Las branquias, fundamentales para regular la salinidad corporal.

http://www.marcosgodoy.com/foro/?p=11

En peces que migran regularmente entre el agua de mar y dulce (como el salmón y la anguila), el epitelio branquial cambia para adaptarse a la salinidad ambiental.

Estos peces captan activamente NaCl (sal) cuando se encuentran en agua dulce y lo excretan (expulsan) activamente cuando se mueven en agua de mar.

La regulación osmótica está mediada por hormonas que afectan a la diferenciación celular y al metabolismo.

La hormona esteroide cortisol y la hormona del crecimiento estimulan los cambios de la estructura branquial asociados a la transición del agua dulce a la marina, mientras que la prolactina estimula los cambios de la estructura branquial que acompañan el paso inverso.

Los animales deben adaptarse fisiológicamente a su ambiente durante todos los estadios de su ciclo de vida, y muchos organismos presentan estadios de vida en diferentas ambientes acuáticos.

Los huevos y las larvas de muchos organismos acuáticos no poseen las estructuras de osmorregulación que presentan los adultos. Estas estructuras presentan un desarrollo anatómico y fisiológico gradual; como los ejemplares juveniles de salmones y de anguilas, en donde los mecanismos de osmorregulación se desarrollan paulatinamente, permitiendo a los preadultos retornar al ambiente original para madurar antes de realizar el viaje de regreso para continuar con el ciclo reproductivo.

El salmón del Atlántico (Salmo salar), puede realizar varios viajes río arriba para desovar durante su vida.

La capacidad osmorreguladora cambia a lo largo de la vida de algunos organismos acuáticos, y esto representa una adaptación al ambiente acuático en general. La baja permeabilidad de la membrana de los huevos de muchos peces de agua dulce protege la viabilidad de los mismos, ya que en muchos de los casos son hiperosmóticos.

Peces que se mueven entre el agua dulce y el agua marina (anádromos)
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El salmón, anádromo más conocido.

Anádromos, viven principalmente en agua salada y se aparean en dulce. (Griego: ana significa arriba).

 

Los peces anádromos más conocidos son los salmones, que eclosionan en pequeñas corrientes de agua dulce, bajan al mar y viven varios años; después vuelven a los mismos ríos donde nacieron, desovan, y poco después mueren.

En los peces, la regulación osmótica (osmorregulación) es realizada por el riñón, las branquias y la piel (barrera).

En cuanto al balance de agua y iones los peces tienen un problema en particular ya que las branquias y la mucosas orales son permeables tanto al agua como a las sales.

Cuando una anguila o un salmón alcanza el agua dulce en su ruta de migración, se encuentra con el problema de la deficiencia de las sales y la sobre hidratación en comparación con la tendencia opuesta del medio de donde venía (salado). Un salmón joven tiene el problema inverso en su viaje hacia el mar.

Como los peces anádromos deben ser muy versátiles en su ajuste osmótico, estos poseen riñones, branquias y mucosas bucales capaces de soportar tanto el ingreso como la secreción de algunos iones contra los gradientes de difusión.

Experimentos con la anguila sugieren que las células de sal pueden funcionar tanto para segregar como para absorber sales de cloro. Los ajustes fisiológicos a los cambios de salinidad son genéticamente determinados.

Los cambios en la actividad endocrina son generalmente simultáneos o preceden los cambios en los mecanismos de balance; la glándula pituitaria, la tiroides y las gónadas son las que están a cargo de los cambios fisiológicos al respecto, previos o durante la migración.

Un aumento en la actividad tiroidea ha sido reportada en el salmón en la migración río abajo, posiblemente para facilitar los procesos energéticamente costosos de excreción de sal en el agua marina, entre otra funciones.

Ver: Salmón

La ósmosis y el agua salada

Veamos algunos aspectos generales para entender el proceso de la osmorregulación.

La mayoría de gente habrá escuchado la típica historia del náufrago que, tras días en una balsa sin comida ni bebida, decidió beber agua de mar, y murió al poco tiempo.

Lo que quizás no todos sabemos es que, irónicamente, al beber agua de mar, morimos deshidratados. ¿Cómo se entiende?

Básicamente, el asunto tiene que ver con la concentración de sal del agua marina. Porque debido a ésta, y al proceso de ósmosis, se pierde el agua en nuestras células.

Entendamos por qué.

Nuestras células tienen una membrana semipermeable. Esto quiere decir que permitirá pasar sólo a determinadas sustancias, que en función de su naturaleza tendrán mayor o menor acceso. El agua es una de estas sustancias que no tienen dificultades para cruzar la membrana.

Pues bien, una de las propiedades de las células es que realizan la ósmosis. Y ¿qué es la ósmosis?

Para entenderlo de una forma clara, imaginemos un montón de células dentro de una solución acuosa, por ejemplo agua. Estas células también tienen agua en su interior, e intentarán en todo momento que su concentración sea la misma que el agua del exterior (osmorregulación).

Ahora imaginemos que echamos sal en la solución acuosa exterior. Su concentración de sal será mayor, y las células querrán lograr ese mismo estado. ¿Y cómo lo harán? Pues expulsando agua desde su interior, para que así la concentración de sal interna aumente, y se iguale con la concentración de sal exterior  a ella (medio acuoso salino).

Y, de esta forma, tendremos una célula deshidratada.

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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.

 

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