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Qué son las soluciones hipotónicas, hipertónicas e isotónicas


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La ósmosis es un fenómeno físico fundamental para los seres vivos, de hecho, sin ósmosis no existiría la vida como se la conoce. Si una célula se encuentra en una solución cuya concentración de solutos disueltos es inferior a la concentración de solutos en el interior de la célula, el agua se moverá de manera espontánea -debido al fenómeno de ósmosis- desde el exterior de la célula, a través de la membrana semipermeable que la recubre, hacia el interior de la célula. Si la diferencia de concentración de solutos disueltos entre el medio exterior y el interior de la célula es muy grande, este proceso continuará hasta que la célula se hinche y termine estallando.


Por el contrario, si la célula se encuentra en una solución con una concentración de soluto mucho mayor que la concentración de soluto en el interior de la célula, por ósmosis, el agua se moverá espontáneamente del interior de la célula hacia el medio exterior. Si la diferencia es muy grande, la célula perderá mucha agua, deshidratándose hasta arrugarse y volverse flácida por falta de agua en su interior. Este fenómeno de pérdida de agua y deshidratación de una célula por estar rodeada por una solución con mayor concentración de soluto, se denomina crenación en células animales y plasmólisis en células vegetales.


Si se logra un equilibrio en la concentración de soluto tanto en el interior de la célula como en el medio exterior en el que se encuentra dicha célula, no habrá diferencia en el potencial osmótico entre ambos medios, y el ritmo de ingreso de agua al interior de la célula será igual al ritmo de salida de agua de la célula hacia el medio externo.

Cuando la célula se encuentra en un entorno con mayor concentración de soluto que en el interior de la célula, se dice que el medio que rodea a la célula es hipertónico. Cuando la concentración de soluto fuera de la célula es menor que en el interior de la célula, se dice que el medio externo que rodea a la célula es hipotónico. Cuando la concentración de soluto es la misma tanto en el medio que rodea a la célula como en el interior de la célula, se habla de medios isotónicos.

Ejemplo de celulas en soluciones hipertonicas, hipotonicas e isotonicas
Ejemplo de células en soluciones hipertónicas, hipotónicas e isotónicas - Cliquear para agrandar la imagen

 
La tonicidad es la capacidad que tiene una solución extracelular de hacer que el agua se mueva por ósmosis hacia el interior o hacia el exterior de una célula. Cuando hay dos soluciones separadas por una membrana semipermeable (permeable al agua, o sea al solvente, pero impermeable a los solutos disueltos) la tonicidad de una solución A depende del nivel de concentración de solutos disueltos comparado con el nivel de concentración de solutos disueltos en la solución B. Cuando las dos soluciones están separadas por una membrana semipermeable, el agua se moverá de la solución de menor concentración de solutos disueltos hacia la solución con mayor concentración de solutos disueltos. Como ya se ha visto en las partes anteriores, este fenómeno se denomina ósmosis.


Los términos utilizados para comparar la concentración de solutos disueltos en una célula con la concentración de solutos disueltos en el fluido extracelular que la rodea son: hipotónico, hipertónico e isotónico. Es necesario aclarar que cuando se habla de solutos disueltos en una célula o en el fluido extracelular que lo rodea, solamente se consideran aquellos solutos que no pueden cruzar la membrana semipermeable.


Si el fluido extracelular tiene menor concentración de solutos disueltos que el fluido intracelular, se dice que el fluido extracelular es hipotónico (del término griego hipo, que significa por debajo de; y tónos que significa tensión, por lo que etimológicamente significa con tensión -o presión- más baja) y el flujo neto de agua ocurrirá del exterior de la célula hacia el interior de ella. En este escenario, el medio extracelular tiene menor
presión osmótica que el interior de la célula.

Si el fluido extracelular tiene mayor concentración de solutos disueltos que el fluido intracelular, se dice que el fluido extracelular es hipertónico (del término griego hiper, que significa por encima de, por lo que etimológicamente significa con tensión -o presión- más alta) y el flujo neto de agua ocurrirá del interior de la célula hacia el exterior de ella. En este caso, el medio extracelular tiene mayor
presión osmótica que el interior de la célula.

Si el fluido extracelular tiene igual concentración de solutos disueltos que el fluido intracelular, se dice que el fluido extracelular es isotónico (del término griego iso, que significa igual a, por lo que etimológicamente significa con igual tensión o presión) y no habrá flujo neto de agua ni hacia el interior ni hacia el exterior de la célula. Tanto el medio extracelular como el interior de la célula, tienen igual presión osmótica.

Asimismo, como los términos hipertónico, hipotónico e isotónico son comparativos, también se puede decir que el interior de una célula es hipotónico si tiene menor concentración de solutos disueltos que el fluido extracelular en el que se encuentra, es hipertónico si el interior de la célula tiene mayor concentración de soluto que el fluido extracelular, es isotónico si tiene una misma concentración de solutos que el fluido extracelular.

 
Si una célula se encuentra en un medio hipertónico (con mayor concentración de solutos disueltos), el agua saldrá hacia el exterior de la célula. Esta pérdida de agua provoca que la célula se deshidrate, se contraiga, se arrugue y se vuelva flácida, lo cual genera su muerte. En el caso de las células animales, este fenómeno se llama crenación, mientras que en el caso de células vegetales, este mismo fenómeno se denomina plasmólisis.

Ejemplo de células animales en medios hipertónicos, hipotónicos e isotónicos
Ejemplo de células animales en medios hipertónicos, hipotónicos e isotónicos - Cliquear para agrandar la imagen

En el ejemplo de arriba se muestra un glóbulo rojo (también conocido con el nombre de eritrocito), que es una célula sanguínea. Por lo general, las células animales funcionan mejor en medios isotónicos (a menos que se trate de células adaptadas para sobrevivir en medios hipertónicos o hipotónicos, a través de mecanismos naturales para compensar la pérdida o exceso de agua en su interior).
 
A diferencia de las células animales, las células vegetales están encerradas por una pared celular rígida que las protege. Cuando la célula vegetal se encuentra en un medio hipotónico, comienza a ingresar a la célula agua de dicho medio extracelular. La célula comienza a aumentar de tamaño debido al agua que ingresa, sin embargo la pared protectora evita que la célula estalle. Por lo tanto, las células vegetales se vuelven turgentes.

La célula vegetal, para funcionar correctamente debe mantener su turgencia. La turgencia es el fenómeno de total expansión de una célula vegetal debido a la presión ejercida por el fluido interior de la célula sobre su membrana celular, tensando a esta última. La turgencia ocurre cuando la membrana de la célula se encuentra tensa y estirada, tocando a la pared celular, en equilibrio, y permitiendo así el normal funcionamiento de la célula. Si la célula pierde agua por encontrarse en un medio hipertónico, pierde turgencia, o sea que se contrae, se vuelve flácida y arrugada, deja de funcionar y muere.

Ejemplo de celulas vegetales en medios hipotonicos, isotonicos e hipertonicos
Ejemplo de células vegetales en medios hipotónicos, isotónicos e hipertónicos - Cliquear para agrandar la imagen

Por ejemplo, debido a la turgencia, la plantas se mantienen erguidas, ya que sus células contienen en su interior suficiente agua para mantenerse expandidas. Cuando una planta se marchita, es que sus células no tienen suficiente agua y sufren plasmólisis.

Para comprender bien qué es la plasmólisis, es necesario señalar que la célula vegetal, además de tener una membrana celular que la recubre, así como un citoplasma en el interior (el citoplasma es el espacio intracelular ubicado entre el núcleo celular y la membrana celular, compuesto por agua, sustancias disueltas y orgánulos dispersos), también tiene una pared protectora compuesta por celulosa. La membrana permite el paso de moléculas de agua, de algunos iones, de nutrientes, de oxígeno, de dióxido de carbono, pero no permite el paso de otras determinadas sustancias, por lo que se trata de una membrana semipermeable que favorece un comportamiento osmótico. Cuando la célula tiene la cantidad apropiada de agua en su interior y está turgente, su membrana toca a la pared protectora. Sin embargo, cuando no tiene la cantidad de agua apropiada, el citoplasma y la membrana celular se contraen y terminan separándose de la pared protectora, lo que genera la muerte de la célula vegetal. Cuando la mayoría de las células de la planta pierden agua y se contraen, esto da como resultado una planta que pierde rigidez, que se dobla y que no puede mantenerse en pie (por falta de turgencia de sus células) y que finalmente muere.

En la imagen de arriba se muestra que cuando la célula vegetal se encuentra en un medio hipotónico, o sea que está rodeada por un medio extracelular con menor concentración porcentual de solutos disueltos que en su interior, el agua ingresa a la célula y se expande hasta tocar a la pared celular que la protege. El agua deja de ingresar cuando la presión ejercida por la pared que impide mayor ingreso de agua se iguala a la presión ejercida por el agua entrante, es decir la presión osmótica. Este equilibrio se denomina punto de turgencia.

En el segundo ejemplo de la imagen, la célula se encuentra en un medio isotónico, o sea con igual concentración porcentual de solutos disueltos que en su interior, sin embargo, a diferencia de las células animales, las células vegetales requieren estar en un medio ligeramente hipotónico así les ingresa más agua y se mantienen turgentes, ya que el límite de expansión de las células vegetales -debido al agua entrante- lo establece la rigidez de la pared protectora que las rodea.

En el tercer ejemplo de la imagen, la célula se encuentra en un medio hipertónico, o sea un medio extracelular con mayor concentración porcentual de solutos disueltos, por lo que pierde agua hasta el punto de deshidratarse, contraerse, despegarse de la pared protectora, volverse flácida y por lo tanto morir. En otras palabras, sufre plasmólisis.

Volviendo a las células animales o células sin pared protectora, si una célula se encuentra en un medio hipotónico (con menor concentración de solutos disueltos), el agua entrará al interior de la célula. Este ingreso constante y excesivo de agua, provoca que la célula se hinche hasta estallar. Esto hace que la membrana se rompa, se pierdan los orgánulos interiores de la célula (estructuras funcionales de la célula ubicados en su citoplasma), así como todo el fluido y nutrientes, lo que equivale a la muerte instantánea de la célula. Esta rotura de la membrana celular al estallar por exceso de agua se denomina lisis celular (del griego lysis que significa soltar o desatar) y genera la salida de todo el material intracelular y por lo tanto la muerte de la célula. Como analogía válida, se puede considerar a la célula como una bolsa de plástico con agua y solutos disueltos -aunque con funciones vitales- que al estallar pierde todo lo que contiene en su interior.

Para que una célula animal se mantenga con la cantidad justa de fluido interno para funcionar correctamente, debe encontrarse en un medio isotónico, es decir, un medio con igual concentración de solutos disueltos que la concentración de solutos disueltos en el interior de la célula. Esto provocará que el flujo neto de agua hacia el interior y el exterior de la célula a través de la membrana semipermeable que la recubre sea igual, por lo que se mantendrá con una cantidad equilibrada de agua en su interior. En otras palabras, la célula se mantendrá funcional, sana y viva.
 

Ejemplos de cómo la tonicidad afecta a los seres vivos

Los glóbulos rojos (también llamados eritrocitos) de la sangre requieren estar en un medio isotónico para seguir viviendo. El cuerpo humano tiene mecanismos para mantener en equilibrio las concentraciones de solutos disueltos, y de esta manera mantener tanto a los glóbulos rojos como al plasma sanguíneo en el que se mueven en estado isotónico. Si se colocara a los glóbulos rojos en una solución hipotónica, se hincharían, estallarían y morirían. Por el contrario, si se colocara a los glóbulos rojos en una solución hipertónica, perderían agua, se deshidratarían hasta quedar flácidos y con un citoplasma denso (todas las partes del interior de la célula muy concentradas), disfuncionales y terminarían muriendo.

En el caso de células vegetales, se necesita que se encuentren en un medio ligeramente hipotónico para que ingrese agua y la célula se expanda hasta llegar al punto en el que la presión ejercida por la membrana celular tensa quede equilibrada con la presión ejercida por el agua en el interior de la célula. Es la propia presión ejercida por la pared protectora la que impide el ingreso de más agua (esta presión es equivalente a la presión osmótica).

Las células sin paredes protectoras, si se encuentran en entornos hipotónicos, por ósmosis tendrán un ingreso excesivo de agua, se hincharán y estallarán (es decir, sufrirán lisis celular). Por otro lado, las células con paredes protectoras, si se encuentran en un entorno hipotónico, aprovecharán el ingreso de agua (siempre y cuando no sea excesivo), ya que la pared protectora limitará la expansión de la membrana. La presión ejercida por el agua que ingresa sobre la pared celular se denomina presión de turgencia, mientras que la presión ejercida por la pared protectora, que contrarresta y limita la expansión de la membrana celular, se denomina presión de pared. Vale aclarar que en realidad se trata de presión osmótica. Las células con pared protectora aprovechan esta presión de turgencia, ya que permite mantener erguidas a las plantas, en el caso de células vegetales.

Conservar este balance entre agua y solutos disueltos es indispensable para que las células vegetales sigan vivas y por lo tanto, la planta siga viviendo. Si una planta no se riega, el medio extracelular de las células de dicha planta se vuelve primero isotónico y luego hipertónico, provocando que el agua salga del interior de las células. Esto da como resultado, pérdida de turgencia de las células, lo que visualmente se manifiesta como marchitamiento. Cuando las células alcanzan el estado de plasmólisis, finalmente mueren y por lo tanto la planta muere. Vale recordar que una planta no es más que un conjunto de seres vivos, o sea el conjunto de células que la componen y que funcionan de manera coordinada como si se tratara de una comunidad de seres vivos, y esa comunidad no es otra cosa más que la planta en cuestión.


La tonicidad es clave para todos los seres vivos, especialmente aquellos que carecen de paredes celulares rígidas y que viven en medios hipertónicos o hipotónicos. En el caso de los paramecios y las amebas -ambos, seres unicelulares que carecen de pared celular rígida-, cuentan con unas estructuras especiales denominadas vacuolas pulsátiles, que recogen el exceso de agua en el interior de las células y lo expulsan al exterior, evitando así la lisis celular provocada por exceso de agua producto del medio hipotónico en el que se encuentran.


Es debido a la tonicidad y al fenómeno de la ósmosis que es importante que los glóbulos rojos se mantengan en un entorno equilibrado en lo que respecta a la concentración de iones disueltos y de glucosa disueltos. En un entorno isotónico, los glóbulos rojos mantienen su estructura totalmente funcional.

Otro ejemplo de la utilidad de la ósmosis es el de uso de salmuera (agua muy salada) para conservar comida y evitar su degradación por parte de microbios, ya que al estar estos últimos en una solución con alta concentración de sal (solución hipertónica), pierden agua, se deshidratan y mueren.

Fuentes de información:


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Cómo funciona la ósmosis


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