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Equilibrio iónico y osmótico
Francisco Isidro Vacio
Created on September 22, 2023
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Equilibrio Iónico y Osmótico
Soy un subtítulo genial, ideal para dar más contexto sobre el tema que vas a tratar
¡Vamos!
Índice
Introducción
Órganos osmoreguladores
Órganos osmoreguladores extrarrenales de vertebrados
Problemas de Osmoregulación
Órganos osmorreguladures de invertebrados
El riñón de los mamíferos
Excreción de residuos nitrogenados
Intercambio obligatorio de iones y agua
Aclaramiento renal
Osmoreguladores y osmoconformistas
Sistemas en contracorriente
Osmoreguladores en ambientes acuaticos y terrestres
Riñones de vertebrados no mamíferos
Introducción
La capacidad de sobrevivir en diferentes medios osmóticos se desarrolló en los grupos animales más avanzados por la evolución de un medio interno estable, que actúa amortiguando los efectos del medio externo sobre los tejidos internos.
El agua es indispensable en todos los procesos bioquímicos y fisiológicos ya que la vida se originó en un medio acuoso con una composición similar a la del medio extracelular actual
Problemas de Osmorregulación
PROBLEMAS DE OSMORREGULACIÓN
¿Aislamiento osmótico?
Enquistamiento
Los animales necesitan nutrientes del exterior y expulsan los desechos de su metabolismo
La osmorregulación permite la especiación ya que permite que los organismos se adapten a hostilidad osmotica del medio
Y los peces así (pero peor), en estado hipotónico
Así estarías tu sin osmorregulación, en estado hipertónico
Intercambio obligatorio de iones y agua
Regulación osmótica
Intercambios osmóticos
Obligatorios Se producen en respuesta a factores físicos sobre los cuales el animal tiene muy poco o ningún control fisiológico
Regulados Se controlan fisiológicamente y sirven para ayudar a la homeostasis del cuerpo, regulando los intercambios obligatorios
INTERCAMBIO OBLIGATORIO DE IONES Y AGUA
El tegumento, las superficies respiratorias y otros epitelios en contacto con el medio actúan como barreras a los intercambios entre un organismo y su medio.
Gradientes entre el animal y el ambiente
- Cuanto mayor sea la diferencia entre la concentración de una sustancia del medio externo y la de los líquidos corporales, mayor será la tendencia a la difusión neta en la dirección de la concentración menor.
Un pez marino con un contenido menor de NaCl que al del agua de mar se enfrenta a una difusión continua de sal hacia el cuerpo, mientras que un pez de agua dulce se enfrentaría a una perdida de sal.
Relación Superficie-Volumen
La relación superficie volumen es mayor en animales pequeños que en los grandes, es por esto, que la superficie del tegumento a través del cual puede intercambiarse el agua o un soluto con el medio
LA GRÁFICA MUESTRA LA CANTIDAD DE AGUA EN PORCENTAJE DEL PESO CORPORAL QUE SE PIERDE POR HORA EN UN AMBIENTE DESERTICO
Un animal pequeño se deshidratara o hidratará mas rápidamente que un animal grande con la misma forma, esto por su mayor relación superficie/masas
Los anfibios poseen pieles húmedas y permeables, a través de cuales intercambian oxigeno y CO2, además de difundir el agua y los iones. Las branquias son permeables dado que se ocupan del intercambio de O2y CO2 entre la sangre y el medio. Los reptiles, las aves y algunos mamíferos poseen pieles impermeables y pierden poca agua por esta via.
Permeabilidad del tegumento
El movimiento de agua a través del tegumento se produce a través de las células y entre ellas. El movimiento de transcelular del agua a través de las membranas depende de la existencia de canales hídricos
- Las ranas y sapos poseen un sistema linfático y una vejiga urinaria de gran tamaño
- El liquido se mueve osmotocamente desde la vejiga al líquido intersticinal y a la sangre
- La vejiga tiene una doble función, es una reserva hídrica y fuente de sales en periodos de sobre hidratación.
- Algunos anfibios tienen zonas especiales de la piel denominadas placas pélvicas que pueden capturar hasta tres veces mas agua que su peso corporal.
Muchos anfibios, así como mamíferos que transpiran pueden deshidratarse si hay baja humedad y animales con mucha permeabilidad no son capaces de tolerar ambientes calurosos o secos.
- Los insectos, poseen una cutícula cerea que es impermeable al agua, sus perdidas hídricas son mucho mas bajas que las de otros animales
Se muestra que hay un aumento brusco en la tasa de perdida hídrica que coincide con el punto de fusión del revestimiento de cera.
- Su via de perdida de agua es por el sistema traqueal que posee traqueolas llenas de aire, al estar estas abiertas, el vapor de agua se puede difundir al exterior.
La regulación de iones plasm,áticos y la excreción de desechos nitrogenados va acompañada de un perdida de agua.
Alimentación, factores metabólicos y excreión
El agua metabolica se forma en cantidades pequeñas es el principal aporte hidrico de muchos habitantes de los desiertos. Problemas osmóticos los causa la inevitable formacion de productos finales nitrogenados del metabolismo (amoniaco, urea) y la ingesta de sales.
Adaptaciones fisiologicas.El grado de reabsorción de iones en el recto o de la eliminación de las heces se regula con la condición osmótica.
+ info
Asa de Henle
Órgano de osmoregulación Y excreción de nitrogeno en vertebrados. Mamiferos
AnfibiosParan la formación de orina cuano se encuentran en deshidratación
Sabias que el asa de Henle alcanza sumaximo grado de especialización en los animales del desierto !!
- La rata canguro y el ratón saltador australiano (orina 9000 mosm x L).
- EL gorrión marismeño de Savannah (2000 mosm x L).
Aves y mamiferosMultiplicación en contracorriente para producir una orina hiperosmótica.
+ info
Temperatura, ejercicio y respiración
Internalizar las superficies respiratorias en los pulmones reduce ls pérdida evaporativa
- El agua es apropiada para eliminar el calor corporal por evaporación en las superficies epiteliales.
- A causa de la adaptación fisiológica a las temperaturas ambientales y el estrés osmótico de los animales terrestres
La temeperatura corporal normalmente es superior a la dl ambiente.
+ info
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Mecanismo Knut Schmidt-Nielsen
- El agua que se pirede en los pulmones es menor en climas cálidos y húmedos y mayor en climas frios y secos.
- Un reptil de baja tasa metabólica disminuye la pérdida de agua por los pulmones.
- El aire que entra se calienta y humedese.
- La cavidad nasal se enfria por la pérdida hídrica
- La temperatura es menor en la punta de la nariz
- La nariz tiene un gran aporte de sangre
Sistema contracorriente temporalretiene la mayor parte de vapor de agua de la respiración condensándolo en los conductos nasales enfriados en la respiración
La nariz tiene gran importancia para redicir la pérdida de agua de calor del cuerpo.
Osmorreguladores y osmoconformistas
OSMORREGULADORES Y OSMOCONFORMISTAS
No controlan activamente la condición osmótica de sus líquidos corporales y se conforman con la osmolaridad del ambiente
Mantienen osmolaridad interna diferente a la del medio en el que están
Osmorregulación en ambientes acuáticos y terrestres
ÓRGANOS OSMORREGULADORES
Epitelio
Excreción de residuos nitrogenados
Mecanismos de transporte
Órganos osmorreguladores
El riñon de los mamíferos
EL RIÑON DE LOS MAMÍFEROS Y EL SISTEMA URINARIO
¿Qué son?
Estuctura
Aclaramiento renal
Filtración glomerular
Procesos de ultrafiltracion en el glomérulo:1. La diferencia de presión hidrostática neta entre luz del capilar y la luz de la capsula de Bowman 2. Presión osmótica coloidal 3. la permeabilidad hidráulica
Un ultrafiltrado glomurel contiene en esencia todos los constituyentes de la sangre.
Una disminución de la presión sanguinea renal al túbulo distal hacen que las células yuxtaglomerular secretoras liberen la hormona renina
Las propiedades hidráulicas del aparato glomerular dependen principalmente de las propiedades de tipo filtro de las hendiduras de filtración formadas por pedicelos
Sistemas en contracorriente
Se han encontrado mecanismos en riñones, vejigas natatorias, aves, mamíferos.
Un tubo doblado en horquilla con una pared común.
El efecto de transporte de NaCl va acumulándose y la concentración de sal se hace progresiva.
Una disolución de NaCl fluye por un tubo y sale por el otro.
Gradiente de concentración en torno al movimiento continuo de líquido.
Mayor concentración en las esquinas.
Hormova vasopresina.
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Barioreceptores
Células neurosecretoras
Riñones de vertebrados no mamíferos
Riñones de vertebrados no mamíferos
Mixinos Marinos
Aves
Los riñones se usan para excretar iones divalentes (Ca, Mg y SO) pero no osmorregulan
Mezcla de nefronas de tipo reptiliano y de tipo mamífero
Reptiles y anfibios
Elasmobranquios
Túbulos renales cumplen con los requisitos anatómicos para la multiplicación contracorriente. Sin embargo, es muy distinta funcionalmente. Retiene la urea y no produce orina concentrada.
Incapaces de producir orina hipertónica porque les falta el sistema contracorriente del asa de Henle
Partes especializadas para la osmosis
Riñón de mamiferos
Branquias de los peces
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Órganos osmorreguladores extrarrenales de vertebrados
Organos osmoreguladores extrarrenales de vertebrados
Los vertebrados cuentan con organos osmoreguladores extrarrenales para mantener la homeostasis osmeotica.
Elasmobranquios
Aves marinas
Algunos reptiles
Poseen glandulas que secretan sal por mecanismos celulares similares a la reabsorcion de sodio del riñon de mamiferos
Glandula rectal
Los elasmobranquios excretan la sal por una glandula rectal, que esta formada por celulas secretadoras de sal similares a las que se encuentran en la rama ascendente del asa de Hanle
Glandula de sal en aves y reptiles
Las glándulas de sal nasales segregan una solución hipertónica de NaCI. Estas glándulas de la sal en muchas s2525e encuentran en diversas especies de aves y reptiles, especialmente las que están sometidas al estrés osmótico de un ambiente marino o desértico.
Glandula de sal de aves
La glándula de la sal está formada por muchos lóbulos de casi de 1 mm de diámetro, cada uno de los cuales drena por unos túbulos secretores ramificados y un canal central a un conducto, que a su vez discurre a lo largo del pico y vacía en las narinas.
La glándula de la sal está formada por muchos lóbulos de casi de 1 mm de diámetro, cada uno de los cuales drena por unos túbulos secretores ramificados y un canal central a un conducto, que a su vez discurre a lo largo del pico y vacía en las narinas.
Adaptación de glandula
La glándula de la sal no está activa siempre, responde a sobrecargas salinas, a incrementos del espacio extracelular o a ambas condiciones. Cuando las aves beben agua de mar, el agua del cuerpo difundirá al tubo digestivo. Al mismo tiem po, el NaCl del agua de mar del tubo digestivo se difundirá al cuerpo.
Branquias de los peces (Funciones)
Excreción de desechos nitrogenados
Osmorregulación
Transporte iónico
Combatir estrés osmótico
Equilibrio ácido base
Info
Epitelio
Células de cloruro: especializadas en transporte de sal
Células mucosas
Células pavimentosas: facilitan intercambio de gases
Conectadas por uniones estrechas que regulan el intercambio de gases y la homeostasis iónica.
Secreción de sal en agua de mar
Estas células son cruciales en la excreción de cloruro y sodio en entornos salinos.
Utilizan un mecanismo similar al de células secretoras de sal: ATPasa Na+/K+ en la membrana basolateral y canales de cloruro en la membrana apical.
Permiten que el sodio pase de la sangre al agua de mar a través de canales paracelulares
Intercambian otros iones, como el calcio (Ca2+), capturándolo del agua con canales de calcio en la membrana apical y transportándolo a la sangre mediante una ATPasa de Ca2+ en la membrana basolateral.
Las células de cloruro son esenciales para regular el transporte de cloruro y otros iones, como el calcio, en branquias de peces teleósteos marinos, manteniendo la homeostasis iónica en ambientes marinos.
Ancel Keys
Captación de sal en agua dulce
Una ATPasa Na+/K+ en la membrana basolateral expulsa el sodio hacia la sangre y recicla el potasio a través de canales específicos.
En células de las branquias de peces hay ATPasa protón y canales de sodio, que generan una diferencia de potencial y facilitan la entrada de sodio
Así la ATPasa de protón proporciona la energía necesaria para captar sodio a través de la membrana apical y que la ATPasa Na+/K+ transporte el sodio a través de la membrana basolateral.
Las células de las branquias de peces de agua dulce difieren de los marinos, estas podrían estar relacionadas con la captación de cloruro y calcio para la regulación del equilibrio iónico con el ambiente
Las células de cloruro capturan el calcio del agua con ayuda de un transportador de aniones y ATPasa de protón
Adaptación fisiológica en peces migradores
El cortisol y la hormona del crecimiento desencadenan adaptaciones en las branquias
En agua dulce, capturan activamente NaCl y lo excretan en el agua salada, esto involucra cambios en la estructura de las branquias y el número de células de cloruro.
Cuando peces migratorios como el salmón y la anguila cambian entre aguas dulces y saladas, sus branquias se adaptan fisiológicamente.
Texto + imagen
Contextualiza tu tema
Frase destacada
- Migración agua salada a dulce - Cierre de hendiduras paracelulares - Disminución de actividad de ATPasa Na+/K+ - Activación de ATPasa proton
Contextualiza tu tema
Al migrar del agua dulce al agua salada, la actividad de la ATPasa de protón en las células pavimentosas disminuirá
El resultado será una mayor excreción de sal a través de las branquias.
Sección
Contextualiza tu tema
Datos relevantes
Contextualiza tu tema
Permitiendo a los peces migratorios sobrevivir en diferentes salinidades y mantener su equilibrio osmótico durante su transición (Cuadro 14-11, parte A).
11
Órganos osmorreguladores de invertebrados
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Excreción de residuos nitrogenados
Reabsorción tubular
Para comprender al relación entre aclaramiento y reabsorción se utiliza la glucosa
Aclaramiento renal
Tecnica y estudios del aclaramiento renal
La reabsorcion reduce el aclaramiento renal, sin embargo la secrecion tubular es la que determina la cantidad de la sustancia que aparecera en la orina
¿Qué ocurre?
tecnica de microperfusion de flijo bloqueado
- se inserta una micropipeta en la capsula glomerular y se inyecta aceite hasta que entre hasta el tubo proximal
- se inyecta el liquido de perfusion conun asegunda pipeta a la mitad de la columna de aceite
- este se llena hasta que la gota llegue al extremo mas lejano del tubulo
- 20 minutos despues se recoge el liquido de perfusion , inyectando otro liquido detras del aceite remanente cerca del glomerulo
osmolaridad y flujo de iones a traves de la mambrana en el tubo proximal y diestal
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Amoniaco
Niveles elevados tienen efectos perjudiciales.
Excreción de residuos nitrogenados
Conflicto
Entre conservar agua y prevenir la acumulación tóxica de residuos nitrogenados.
Al catabolizar los aminoácidos, el grupo amino se libera a otra molécula para su excreción o reutilización.
Para excretar
1g de amoniaco se precisan 0.5 litros de agua.
Para excretar
1g de nitrógeno solo se requieren 0.05 litros de agua.
+ info
Síntesis de urea
consume ATP, por lo que con abundante agua niveles corporales de amoniaco, se ahorra energía
Eliminar ácido úrico
Sólo se necesitan 0.001 litros de agua para eliminar ácido úrico por gramo de nitrógeno.
Poco soluble
El ácido úrico es muy poco soluble en agua. Exccretado como un precipitado pastoso blanco.
Modelo de excreción
La disponibilidad de agua determina la naturaleza y el modelo de excreción nitrogenada
Tipo de excreción por hábitat
Los animales acuáticos excretan amoniaco por las branquias y los terrestres excretan ácido úrico por el riñón
Amoniotélicos
Animales como cangrejos, cochinillas de humedad y algunos caracoles eliminan parte de sus desechos nitrogenados por volatilización.
Excretan sus residuos nitrogenados como amoniaco y producen muy poca (o nada) urea.
Los animales terrestres convierten los residuos nitrogenados a ácido úrico para ahorrar agua.
Las membranas celulares son permeables normalmente al amoniaco no ionizado y muy poco a los iones amonio.
Con ayuda de la enzima transaminasa se tranfieren los grupos amino al glutamato
es desaminado para formar iones amonio y x-glutamato en el hígado
El glutamato se convierte en glutamina
Los mamíferos liberan glutamina del hígado, esto se va a la sangre y luego al riñón
Cruza fácilmente las membranas
Es menos tóxico que el amoniaco
La glutamina se desamina, liberandose amoniaco al líquido tubular
Concentraciones de 0.05 mmol (L-1) de amoniaco es tóxica para casi todos los mamíferos.
El amoniaco interfiere con algunos mecanismos de transporte ya que el NH+4 puede sustituir al K
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Dieta
Exceso de agua o exceso de sales
Invertebrados marinos con osmolaridad similar al agua del mar
- Quema grasa
- Almacena grasa
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¿Cómo reaccionan a las diferencias osmóticas ambientales?
- Grado alto de tolerancia osmótica celular.
- Con osmolitos.
Riñones
Son dos organos localizados detras del abdomen justo debajo de las costillas.
Función
- Regula las concentraciones de Na, K, Cl y Ca, entre otros.
- Regulan el pH y la cantidad de agua en la sangre.
- Reabsorción
- Ayuda a la formación de la orina en el cuerpo
- 10-12 cm largo.
- 6-8 cm ancho
- 2 1/2 cm grosor
Medidas
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La tecnica consiste en introducir al torrente sanguineo una sustancia que se filtre libremente y que no se secrete ni reabsorba al pasar por el riñon.Gracias a esto se puede calcular la Tasa de filtrado glomerular.
La tecica de aclaramiento renal es limitada y no sirve para proporcionar datos fisiologicos
En los órganos excretores u osmorreguladores: glándula nasal de aves y reptiles, riñón de mamíferos, la glándula rectal de elasmobranquios y las branquias de peces teleósteos marinos tienen células secretoras, sus actividades están reguladas por hormonas.
Osmorregulador limitado
Regulan en un rango de osmolaridades y en otras osmolaridades ambientales son conformistas
Orina
- 95% de agua
- 5% residuos disuetos:
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El pico de los niveles de cortisol en plasma actúa sobre un cierto número de cambios de las branquias, incluyendo un aumento de la actividad de la ATPasa Na +/K+ branquial. Así la secreción de sodio por las branquias aumenta; tras varios días en agua de mar, el sodio plasmático retoma valores similares a los observados en peces dulceacuícolas.
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Células especializadas, polarizadas anatómicamente y fisiológicamente. La superficie apical (superficie mucosal o luminal) da al espacio externo, la superficie basal (superficie serosal) presenta profundos repliegues y al compartimiento interno.
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Tasa de filtrado glomerular: La cantidad de sangre que se fitra y desecha por el riñon y que se convierte en orina.
- C: aclaramiento ranal de las sustancias
- U: concentracon de la sustancia en la orina
- V: flujo de orina por minuto (cuanto volumen se produce eun 1 min)
- P: concentracion en plasma de la sustancia
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Osmoconformista estricto
Al cambiar la osmolaridad del medio cambia también la de un conformista estricto en igual proporción
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¿Cómo reaccionan a las diferencias osmóticas ambientales?
- Mantienen homeostasis osmótica extracelular.
- Sus tejidos internos solo pueden hacer frente a pequeños cambios de la osmolaridad.
- Dependen completamente de la regulación para mantener volumen celular.
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Animales del desierto
Evitar sobrecalentarse y perder agua corporal.
- Toleran hasta 40 grados C.
- El ejercicio extenuante genera calor y debe conpensarse con el aumento en la tasa disipación de calor .
- Enfriamento evaporativo de las superficies respiratorias o perdida hídrica evaporativa a través de la piel.
- La nariz de los mamiferos tiene una importante función al reducir la pérdida hídrica a través de esta vía.
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Nefrones
Limpieza de la sangre que trae consigo la formación de orina .
- La filtración dlomerular
- La reabsorción tubular
- La secreción tubular
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Osmorregulador estricto
Mantienen una osmolaridad interna constante
Hay varios tipos de productos finales nitrogenados y muchos órganos diferentes implicados en la excreción de amoniaco, urea y ácido úrico.
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