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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 riñon de las aves es menos eficiente porque presenta tubulos tipo reptiliano
  • 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

Una presentación genial…

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

10

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

12

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

  1. se inserta una micropipeta en la capsula glomerular y se inyecta aceite hasta que entre hasta el tubo proximal
  2. se inyecta el liquido de perfusion conun asegunda pipeta a la mitad de la columna de aceite
  3. este se llena hasta que la gota llegue al extremo mas lejano del tubulo
  4. 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

+ info

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
Peces teleósteos marinos mas diluidos que el agua de mar
  • Almacena grasa

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¿Cómo reaccionan a las diferencias osmóticas ambientales?

  • Grado alto de tolerancia osmótica celular.
  • Con osmolitos.
Aumentando su osmolaridad intracelular, manteniendo su volumen.
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:
-iones -sales -hormonas -urea -ácido úrico -creatina -amoniano entre otros.
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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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