REGULACIÓN OSMÓTICA COMPARADA

(Parte I)

Dra. Fabiola León - Velarde

Fisiología Comparada 2002 - II

No electrolitos

COMPOSICIÓN DEL PLASMA Plasma ≈ Líq. Intersticial Célula

H2CO3

Na+

152

HCO3-

27

Cl –

113

HPO3-2

4

Mg+2

3

Ca+2

5

K+

5Ác. Org.

6

Prot –16

H2CO3

HCO3-

K+

157 PO4-3

152

Mg+2

26

Na+

14 Prot –74

EXCRESIÓN

• Funciones de los órganos excretores:• (reabsorber/secretar sustancias)

• Para realizar sus funciones, tienen que realizar 2 procesos básicos:

• 1. Ultrafiltración• 2. Transporte activo

• El agua es el solvente universal, pero no es universalmente similar.

• OSMOSIS: Se refiere a la difusión simple del H2O a favor de su gradiente de concentración.

• Osmolaridad, se refiere a la presencia de solutos combinados (en moles) en el agua.

Presión Osmótica

• Es la presión ejercida por las partículas en solución.

• Provee el gradiente de [H2O] para la difusión de [H2O].

• P x V = R x T x m (M = C x V)P = R x T x C C, depende de g y de s

g = #de partículas/mol (osm/mol)s = facilidad de un soluto para atravezar una

membrana.

La osmoregulación requiere de procesos activos

• Dichos procesos se describen mediante la ecuación de Nernst.

Eeq=RTzF ln Csangre

Cmedio

El potencial de difusión o de equilibrio (potencial de Nernst) es la energía eléctrica potencial necesaria para balancear la energía del gradiente de concentración, i. e., la energía química.

El trabajo que se requiere para transportar iones

dentro y fuera de los organismos en contra de un

gradiente de concentración se define como:

W = EzF = RT ln Csangre/Cmedio

z = valencia del ión

F = constante de Faraday

REGULACIÓN OSMÓTICA EN LA ESCALA ANIMAL

• Todo organismo debe mantener la composición de solutos y H2O en sus fluidos corporales constantes, a pesar de las variaciones del medio externo, para realizar sus funciones adecuadamente.

• LA CONSTANCIA DEL MEDIO INTERNO ES CONDICIÓN DE VIDA LIBRE.

• Las concentraciones internas y externas tienden a igualarse, el organismo debe mantener constante el medio interno.

REGULACIÓN OSMÓTICA EN LA ESCALA ANIMAL

1. Disminuyendo las gradientes.2. Disminuyendo su permeabilidad.3. Igualando el flujo del medio externo en sentido

contrario, con uso de energía.Las estrategias usadas para mantener constante la

concentración de solutos y de H2O, varían de acuerdo al ambiente y son completamente diferentes en agua salada, agua dulce o aire.

ANIMALES ACUÁTICOS

• Animales acuáticos pueden ser:1. Osmoconformes2. Osmoreguladores: Hiporeguladores

Hipereguladores- Poco tolerantes a los cambios de salinidad:

- STENOHALINOS

- Muy tolerantes a los cambios de salinidad:- EURYHALINOS

El rol de los riñones en la adaptación depende de su capacidad de concentrar o diluir la orina, capacidad que depende de su estructura.

En la escala animal se pueden dividir los órganos excretores de acuerdo a su función en tres grupos:1. Órganos excretores que producen orina isotónica

con los fluidos corporales.2. Órganos excretores que producen orina que

producen orina hipotónica.3. Órganos excretores que producen orina

hipertónica.

ESTRUCTURAS RENALES

• Filtro: • Donde se realiza la filtración del plasma,

separando materia particulada y coloides de solutos cristaloides, los cuales pasan junto con el H2O a un tubo corto.

• Tubo Corto: • En algunos animales es llamado Tubo Proximal,

donde se reabsorben y secretan moléculas orgánicas e inorgánicas, y donde el H2O fluye libremente.

• Sólo necesitan estas dos estructuras los animales que producen orina isotónica.

ESTRUCTURAS RENALES

• Tubo Largo:• Los animales que producen orina hiposmótica

necesitan además, un tubo más largo donde se reabsorben iones monovalentes (Na+,CL-). Retención de H2O es gobernada por ADH. ( ADH = diuresis) Equivale al Asa de Henle y al Tubo Distal.

• Aquellos que producen orina hipertónica requieren, además de las estructuras mencionadas, una relación espacial paralela entre nefrones, vasos sanguíneos y tubos colectores que actúen como un intercambiador, multiplicador de corriente.

BALANCE OSMÓTICO- Osomoconformes y Osmoreguladores

Hiporeguladores e Hipereguladores- Órganos Excretores producen orina:

1. Isosmótica ⇒ A, B2. Hiposmótica ⇒ A, B, C3. Hiperosmótica ⇒ A, B, C, D

- Estructuras: A. FiltroB. Tubo corto (reabsorción y secreción)C. Tubo largo (reabsorción, secreción y retención de H2O)

D. Tubos largos en contracorriente

ÓRGANOS EXCRETORES EN LA ESCALA ANIMAL

• Vacuola Contráctil

• Órganos Nefridiales• Protonefridio• Metanefridio• Nefridio

• Glándulas Verdes

• Túbulos de Malpighi

• Riñones

VACUOLA CONTRÁCTIL

• Protozoarios y esponjas.• Las vesículas realizan el transporte activo: • 1. Na+ ingresa a la vesícula • 2. K+ sale al citoplasma

• 3. Impermeables al H2O.

• Son hipotónicas con respecto al citoplasma.• El contenido, adecuado para regular el volumen y

osmolaridad de la célula, se fusiona con la membrana de la vacuola.

ÓRGANOS NEFRIDIALES

• Se empiezan a encontrar verdaderos órganos excretores a medida que los organismos presentan simetría bilateral.

• El tipo más común de órganos excretores entre los invertebrados es el NEFRIDIO PORO,

• Este se presenta como PROTONEFRIDIO ó METANEFRIDIO.

PROTONEFRIDIO

• Presentes en Platelmintos y Nemátodos.• Realizan filtración y reabsorción.• Se presentan en pares casi siempre

ramificados.• El extremo externo se abre (nefridioporo) hacia

el intestino o el tegumento del animal.• El extremo interno es ciego, termina en un

bulbo en cuyo interior se encuentran cilios.• Selenocitos = presenta un solo cilio• Célula Flamígera = presenta varios cilios.

Protonefridios

PROTONEFRIDIO

METANEFRIDIO

• Anélidos (gusanos segmentados)• Ambos extremos están abiertos.• Extremo interno está abierto conectándose a la

cavidad corporal (celoma) por el nefrostoma (en forma de embudo).

• No son ramificados.• El fluido del celoma se filtra al nefrostoma y

modifica su composición a medida que pasa por el tubo (reabsorción).

GLÁNDULAS VERDES

• Glándula de la antena, órgano 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.• Langostas: Filtración, reabsorción, secreción y

poca reabsorción de H2O.

• Cangrejos, si ocurre reabsorción de H2O.

Glándula verde o de la antena

TÚBULOS DE MALPIGHI

• Presentes en los insectos.• Son tubos excretores cerrados.• No realizan ultrafiltración.• Estos túbulos terminan entre el intestino medio y

el posterior, donde se realiza la reabsorción.• El proceso se inicia con la secreción activa de K+

en los túbulos de Malpighi. • Producen orina isosmótica con respecto a la

hemolinfa.

Tubulos de Malpighi (insectos terrestres)

K+ /H2O

RIÑONES

• Peces, anfibios y reptiles excretan una orina isotónica o hipotónica. No poseen asas de Henle.

• Aves y mamíferos excretan una orina hipertónica.• Un pez pequeño solo tiene algunas docenas de nefrones en

sus riñones.• Un mamífero tiene millones de nefrones en los riñones.

• El asa de Henle no está tan desarrollada en aves, pues éstas excretan ácido úrico.

ESTRUCTURAS DEL RIÑÓN

FILTRACIÓN

• 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 filtración da mayor libertad en la exploración de nuevos ambientes. Un riñón sin filtro es más restrictivo.

MEDIDA DE LA TFG (ml/min)

Se mide utilizando una sustancia que no sea reabsorbida ni secretada, que sea libremente filtrada y que no afecte la función renal: INULINA

Aplicando la ec. Del Principio de Conservación de Masas:Masa que entra = Masa que sale

Cantidad filtrada = Cantidad excretada(M = C x V)

Pin (mg/ml) x TGF (ml/min) = Uin (mg/ml) x V (ml/min) Cantidad de INULINA que Cantidad de INULINA que llega a la Cápsula de Bowman se elimina en la orina cada

cada minuto. minuto.

MEDIDA DE LA TFG (ml/min)

Depuración de INULINA: TFG = Uin x V Pin

Donde: TFG = volumen del plasma filtrado por minuto

Uin = concentración urinaria de inulina V = volumen urinario por minuto Pin = concentración plasmática de inulina

La TFG normal es aproximadamente 125 ml/minLa tasa de filtración glomerular es el volumen

plasmático completamente libre de inulina por minuto

MEDIDA DEL TRANSPORTE TUBULAR

• Si Dep X = 1 ⇒ X se filtra sin reabsorberse ni Dep In secretarse.

• Si Dep X > 1 ⇒ X se filtra y se secreta. Más Dep In de 125 ml. de plasma se limpian

de esa sustancia X por minuto.

• Si Dep X < 1 ⇒ X se filtra y se reabsorbe. Dep In

• La TFG es constante en mamíferos superiores. En mamíferos inferiores varía gradualmente y puede hasta detenerse (anfibios).

• El FSR no se puede determinar en vertebrados inferiores ya que tienen doble circulación renal:

Vía la arteria renal y Vía la circulación portal• El asa de Henle regula la concentración urinaria.• ADH regula la concentración de H2O.

• También se reabsorbe H2O en la parte final del intestino (llegando a la cloaca)

• Los elasmobranquios son los únicos que reabsorben úrea.

Tipos

de

Filtración

Filtración: Nefrona vs. T. de Malpighi

Solute Mol. Wt Radius Nephron Malpighian (nm) filtrate/plasma tubule filtrate/hemolymph

Water 18 1.0 1.0 1.0

Urea 60 1.6 1.0 0.84

Glucose 180 3.6 1.0 ---

Sucrose 342 4.4 1.0 0.7

Inulin 5500 14.8 0.98 0.07

Filtration in nephrons and Malpighian tubules compared