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Ejemplos de la importancia de la ósmosis en seres vivos


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El fenómeno físico de la ósmosis es fundamental para la existencia de la vida. Sin ósmosis la vida no existiría, o al menos no funcionaría como se la conoce. Varios procesos vitales para el funcionamiento de las células y de los seres vivos más complejos (plantas, animales y hongos, que al fin y al cabo no son más que conjuntos de células funcionando de forma coordinada) dependen exclusivamente de la ósmosis.


En los seres vivos, la ósmosis se da en la forma de líquidos (agua) con nutrientes disueltos, mediante la cual el agua atraviesa la membrana celular (la membrana semipermeable que recubre a las células) hacia adentro o afuera de la célula. Lo hace hacia el interior de la célula cuando la concentración porcentual de solutos disueltos es mayor dentro de la célula, y donde diversos orgánulos llevan a cabo una serie de funciones con esos solutos disueltos, para que la célula siga funcionando, es decir viviendo. Por el contrario, cuando la concentración porcentual de solutos disueltos es mayor fuera de la célula que dentro de ella, el agua atraviesa la membrana celular hacia el exterior. A continuación, se darán ejemplos de la importancia que tiene la ósmosis para diferentes procesos vitales.

 

Por ósmosis se mantiene equilibrada la presión ejercida por el agua sobre la membrana que recubre a las células

Una función importante de la ósmosis es mantener la concentración justa de solutos disueltos dentro de la célula. El fenómeno de ósmosis mantiene en equilibrio a la presión ejercida por el agua en ambos lados de la membrana semipermeable que rodea a la célula (o sea dentro y fuera de la célula), así como también es responsable de mantener balanceada la concentración porcentual de solutos disueltos tanto dentro como fuera de la célula. Esto lo logra haciendo que las moléculas de agua se muevan a través de la membrana semipermeable desde el lado con mayor concentración porcentual de agua (menor concentración porcentual de solutos) hacia el lado con menor concentración porcentual de agua (mayor concentración porcentual de solutos disueltos). El agua tiende a salir de la célula o entrar en ella hasta que se logra una misma concentración de agua y solutos tanto fuera como dentro de la célula, o sea hasta que se logra la isotonía.

La presión ejercida por el agua sobre la membrana que recubre a la célula se mantiene balanceada tanto dentro como fuera de la célula gracias a la ósmosis. Si el volumen de agua dentro de la célula supera el nivel de equilibrio, la célula comienza a hincharse y puede llegar a estallar. 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.

Por el contrario, si el volumen de agua en el interior de la célula se encuentra por debajo del nivel de equilibrio, la presión externa ejercida por el agua sobre la membrana que recubre a la célula, termina superando a la presión interna y la célula se contrae, se arruga y se vuelve flácida por falta de agua en el interior. 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.

Ambas situaciones son peligrosas y conducen al mal funcionamiento de la célula y finalmente a su muerte. Para el funcionamiento correcto de la célula se necesita la cantidad justa de agua. El agua es necesaria en el interior de las células -y la vida en general- como solvente en el que se realizan y facilitan las distintas reacciones químicas, y donde también se transportan los nutrientes y sustancias requeridas para estas reacciones. Para definirlas en un lenguaje sencillo, las células -y la vida- no son más que bolsas con agua en las que ocurren un gran número de reacciones químicas en cadena gracias a una serie de complejas estructuras bioquímicas que tienen en su interior (estructuras llamadas orgánulos) y que dan como resultado determinadas funciones así como la capacidad de autoreproducirse que tienen las células.

Entonces, es gracias a la ósmosis que depende de la concentración de solutos disueltos, que se mantiene este equilibrio de agua tanto fuera como dentro de las células.

Ejemplo de celulas en soluciones hipertonicas, hipotonicas e isotonicas
Cómo se mantiene equilibrada la presión ejercida por el agua sobre la membrana celular - Cliquear para agrandar la imagen

 
Las plantas y árboles absorben agua por las raíces gracias a la ósmosis

Es mediante el fenómeno de la ósmosis que las plantas pueden absorber agua del suelo a través de sus raíces y luego transportarla hacia arriba hasta llegar a las hojas, que es donde ocurre la fotosíntesis que mantiene nutrida y funcional a la planta. Si no fuera por la ósmosis, las plantas y árboles no existirían, y sin plantas no habrían animales, ya que los vegetales son un eslabón fundamental en la cadena alimenticia.

Para lograrlo, las raíces de las plantas y árboles tienen mayores concentraciones porcentuales de sales disueltas en relación a las concentraciones porcentuales de sales disueltas en el suelo que las rodea (vale aclarar que esto no se refiere a mayor cantidad de sales sino mayor concentración porcentual de sales en relación a la concentración porcentual de agua presente). Esto genera una diferencia de potencial osmótico, con menor potencial osmótico en el interior de las raíces que en el exterior, y la generación de presión osmótica desde el exterior de las raíces hacia el interior. Esto significa que por ósmosis, las moléculas de agua se mueven desde el suelo con mayor concentración de agua (o sea menor concentración porcentual de sales disueltas) hacia el interior de las raíces con menor concentración de agua (o sea mayor concentración de sales disueltas). El agua se mueve hasta lograrse el equilibrio de concentraciones tanto dentro como fuera de las raíces (isotonía). Sin embargo, paralelamente las raíces también tienen un mecanismo de absorción de sales que mantiene la concentración de sales por encima de aquella que hay en el suelo. Asimismo, a través de las lluvias o mediante el riego periódico, el suelo absorbe agua, por lo que la concentración de agua en el suelo se mantiene en valores superiores a los que hay dentro de las raíces.

Cuando las moléculas de agua entran a las raíces, generan presión sobre las moléculas de agua anteriormente absorbidas y las empujan hacia arriba a través del xilema (tejidos que forman un conducto por el que viajan en forma ascendente el agua y las sales por el tronco y las ramas, hasta llegar a las hojas donde ocurre la fotosíntesis). En la superficie de las hojas, el agua se evapora a través de unos poros denominados estomas (del griego stoma que significa boca). Al evaporarse el agua en la superficie de las hojas, esto genera que la presión descienda en las hojas, lo que provoca una diferencia de presión entre dichas hojas y el xilema, el agua siga ascendiendo y el ciclo continúe. Lo que hay que destacar es que el ciclo comienza con un proceso osmótico en las raíces de plantas y árboles.

El agua siempre viaja desde zonas de mayor potencial hídrico a zonas de menor potencial hídrico (para saber mejor qué es el potencial hídrico leer: Cómo afecta la gravedad al potencial hídrico durante la ósmosis). El potencial hídrico siempre tiene valores negativos y se mide en Megapascales. El pascal es una unidad de presión, y se la puede definir como la presión que ejerce una fuerza de 1 Newton sobre una superficie de 1 m2. El Newton es la unidad de fuerza en física. En física, la fuerza es lo que origina los movimientos de los cuerpos, o lo que genera el cambio de velocidad de los objetos en movimiento (aceleración). En este caso, el potencial hídrico se mide en pascales, porque se refiere a la presión que puede ejercer potencialmente el agua con mayor concentración de agua (menor concentración de sales disueltas) sobre la solución con menor concentración de agua (mayor concentración de sales disueltas). Debido a que los valores obtenidos en Pascales son muy grandes, se utilizan Megapascales (Mega es el prefijo de 1 millón, por lo tanto 1.000.000 de Pascales equivalen a 1 Megapascal) para obtener números de cifras más pequeñas y fáciles de manipular.

El potencial osmótico en las raíces es numéricamente igual a la presión osmótica generada por el agua ingresante, aunque de signo negativo.

Las plantas absorben agua por osmosis
Las raíces de los árboles absorben agua por ósmosis - Cliquear para agrandar la imagen

 

El fenómeno de la ósmosis en el sistema digestivo

Los animales (entre ellos los seres humanos) comen para proveerle a las células las moléculas de aminoácidos, glucosa y lípidos necesarias para que sigan funcionando. Los aminoácidos son sustancias necesarias para producir enzimas (las enzimas son sustancias proteicas, cada una realiza una determinada función, y están formadas por aminoácidos). La glucosa es utilizada por las células para generar energía que les permite seguir funcionando. Explicado de forma sencilla, las células tienen unos orgánulos denominados mitocondrias que son las encargadas de quemar -a través de una serie de reacciones químicas- a la glucosa en presencia de oxígeno (obtenido en el sistema respiratorio) y producir así energía útil para las células y dióxido de carbono (CO2) que es desechado a través de los pulmones. Asimismo, al comer, los animales le proveen a las células de las que están compuestos, sales, vitaminas y agua que también son muy necesarias para que sigan funcionando.

Estas moléculas de nutrientes (aminoácidos, glucosa, lípidos) son absorbidas primero por el intestino delgado por medio del fenómeno físico de difusión molecular. Estos nutrientes pasan del intestino delgado al torrente sanguíneo. Antes de llegar al intestino delgado, la comida es masticada y triturada en la boca donde al mezclarse con saliva se convierte en bolo alimenticio. Luego, el bolo alimenticio es transportado a través del esófago hasta el estómago donde sufre un segundo proceso de desintegración en sus moléculas constituyentes. El resultado es una masa pastosa llamada quimo, que está compuesta por las moléculas de nutrientes. Este proceso es necesario para facilitar la absorción de nutrientes por parte del organismo. Del estómago pasa al intestino delgado, cuyo interior está tapizado por pequeñas vellocidades de entre 0,5 a 1 milímetro, que dan como resultado un aumento de la superficie de absorción del intestino delgado. Estas vellocidades, que son proyecciones internas del intestino delgado, tienen capilares sanguíneos (terminaciones muy finas de las últimas ramificaciones de los vasos sanguíneos) que absorben por difusión a estos nutrientes.

Luego, lo que queda en el intestino son sales, agua y sustancias no digeribles (por ejemplo, fibras que no se pueden digerir). Una vez absorbidos los nutrientes en el intestino delgado, lo que queda pasa al intestino grueso, donde a través de un mecanismo activo de dicho intestino, los iones sodio (Na+) de la sal (Cloruro de Sodio, simbolizado NaCl) pasan al torrente sanguíneo en los capilares que rodean al intestino grueso. Una vez dentro de los capilares sanguíneos, los iones positivos Na+ atraen a los iones negativos Cl- hacia el interior de dichos capilares sanguíneos.  

A continuación, dado que las sales absorbidas en los capilares sanguíneos aumentan la concentración porcentual de partículas disueltas en la sangre por encima de los niveles de concentración de partículas disueltas en el intestino grueso, por ósmosis las moléculas de agua atraviesan las paredes del intestino grueso hacia los capilares sanguíneos.

Si el proceso digestivo se demora y toma más tiempo del necesario, puede ocurrir constipación. Esto sucede porque si los desechos que quedan del alimento permanecen por mucho tiempo en el intestino grueso, el proceso osmótico continúa por más tiempo y se absorbe una mayor cantidad de agua, tornando así a los desechos en duros y secos. Por el contrario, si la presencia de bacterias o virus impiden la absorción de sales, la resultante mayor concentración de sales en el intestino, impide la absorción de agua por ósmosis, dando por resultado heces acuosas o diarrea.

  El intestino grueso absorbe agua por osmosis
El intestino grueso absorbe agua por ósmosis - Cliquear para agrandar la imagen

Enfermedades que dependen de la ósmosis

Pero la ósmosis también forma parte del proceso funcional de algunas enfermedades. Por ejemplo, en el caso del cólera, una enfermedad producida por la bacteria Vibrio cholerae, sin ósmosis no podría existir. Esta bacteria produce la salida hacia el intestino de gran cantidad de iones Cloro (Cl-) de carga eléctrica negativa. Estos iones atraen a otros iones de carga positiva. Al haber una mayor concentración porcentual de iones disueltos en el intestino en comparación a la concentración que hay en los capilares sanguíneos adyacentes, las moléculas de agua no podrán pasar por ósmosis al torrente sanguíneo. De hecho, no solamente quedará bloqueada la absorción de agua, sino que también la mayor concentración de iones en el intestino causará por ósmosis la salida de agua hacia el intestino, deshidratando a la persona y quedando impedida su rehidratación. Esta pérdida masiva de agua provocará la muerte de las células de la persona por deshidratación y por lo tanto la muerte de la persona.

Otra enfermedad que depende de la ósmosis es la diabetes.
Cuando una persona consume alimentos con hidratos de carbono (por ejemplo pizza), durante la digestión estas cadenas de carbohidratos son separadas en las moléculas de glucosa que las componen y que son absorbidas en el intestino delgado de donde pasan al torrente sanguíneo. El páncreas reconoce este aumento de glucosa en sangre y comienza a liberar insulina en el torrente sanguíneo. La insulina permite el ingreso de las moléculas de glucosa a las células donde son quemadas para generar energía.

La insulina es una hormona que regula la cantidad de glucosa en sangre, estimulando la generación de glucógeno a partir de las moléculas de glucosa que sobran en el torrente sanguíneo. De esta manera, el exceso de glucosa en sangre se almacena en forma de glucógeno en el hígado y los músculos. Por el contrario, si el cerebro detecta una reducción en los niveles de glucosa en sangre, le ordena al páncreas liberar una hormona llamada glucagón. El glucagón estimula la conversión del glucógeno almacenado en el hígado y músculos en glucosa que se libera en el torrente sanguíneo hasta equilibrar los niveles de glucosa en sangre a valores normales. La diabetes es una enfermedad que provoca la producción de una cantidad insuficiente de insulina. Como resultado, la glucosa en sangre aumenta por encima de los valores normales. Este exceso de concentración de glucosa en sangre causa la salida de agua desde las células hacia el torrente sanguíneo por ósmosis, produciendo la deshidratación de las células, así como un aumento de la presión sanguínea (debido al exceso de agua en los vasos sanguíenos). Es por eso que algunos de los síntomas son sed (por falta de agua en las células) y constantes ganas de orinar (por exceso de agua en el torrente sanguíneo).

El rol de la osmosis en la diabetes
El rol de la ósmosis en la diabetes - Cliquear para agrandar la imagen

 
El efecto de la ósmosis en peces

Debido a la ósmosis, los peces marinos han desarrollado adaptaciones para sobrevivir en agua salada, mientras que por su parte, los peces de agua dulce han desarrollado adaptaciones para sobrevivir en ríos y lagos.

Para ello, tanto unos como otros han desarrollado mecanismos de osmorregulación que ayudan a mantener sus niveles de agua y sales disueltas en niveles estables, para que sus células mantengan un balance en lo que respecta a la absorción y pérdida de agua.

Los peces de mar viven en un ambiente hipertónico. Esto significa que en el agua de mar hay una mayor concentración de sales disueltas en comparación al interior de los peces marinos. Por lo tanto, debido a la ósmosis, los peces marinos tienen una pérdida constante de agua hacia el exterior a través de sus branquias y su piel. Para compensar esta gran pérdida de agua, los peces marinos deben tomar enormes cantidades de agua, orinan en cantidades pequeñas y su orina es muy concentrada, o sea que tiene una baja concentración de agua y una alta concentración de sales. Todo esto sirve para compensar la pérdida de agua causada por la ósmosis.

Para mantener estable la concentración de sales en su interior -y siempre por debajo de los valores del agua de mar-, los peces de mar expulsan la sal ingerida a través de sus branquias, de esta forma, la concentración de sal siempre es inferior en el interior de estos peces en comparación a la concentración de sal que hay en el agua que los rodea. Si los peces de mar no tuviesen estos mecanismos de recuperación de agua, morirían deshidratados a causa de la ósmosis.


En el caso de los peces de agua dulce, viven en un ambiente hipotónico. Esto significa que en el agua dulce (por ejemplo agua de río) hay una menor concentración de sales disueltas en comparación al interior de los peces de agua dulce. Por lo tanto, debido a la mayor concentración de sales en su interior, los peces de agua dulce constantemente absorben agua por ósmosis a través de sus branquias y su piel. Para compensar este ingreso constante de agua, los peces de agua dulce orinan grandes cantidades de orina muy diluida (es decir con baja concentración de sales disueltas), y toman muy poca agua (el agua que entra por su boca la expulsan por sus branquias).


Debido a la pérdida de sales, para mantener estable la concentración de solutos en su interior -y siempre por encima de los valores que hay en el agua que los rodea-, los peces de agua dulce recuperan sales a través de los alimentos y de las branquias que las absorben. De esta manera, la concentración de iones disueltos siempre es superior en el interior de estos peces en comparación a la concentración de iones disueltos en el agua que los rodea. Si los peces de agua dulce no tuviesen estos mecanismos de expulsión de agua, se hincharían y estallarían por exceso de agua en su interior.


Dado que los peces de mar no tienen mecanismos de adaptación a medios acuosos de baja salinidad, al haber una mayor concentración de sales disueltas en su interior que en el agua dulce, si un pez de mar se encontrara en un río, el agua ingresaría por ósmosis sin parar. A diferencia de los peces de agua dulce, no cuenta con mecanismos de expulsión del agua que sobra, se hincharía y estallaría por exceso de agua en su interior.


Por el contrario, como los peces de agua dulce no tienen los mecanismos biológicos para adaptarse a medios acuosos de alta salinidad, al haber una menor concentración de sales disueltas en su interior (mayor concentración porcentual de agua) que en el agua de mar, si un pez de río se encontrara en el mar, el agua saldría por ósmosis hasta deshidratar totalmente sus células y morir. Como a diferencia de los peces de mar no tiene mecanismos biológicos de reabsorción de agua, no tendría chances de sobrevivir y sus células se deshidratarían.

Es por eso que los peces de mar no pueden sobrevivir en ríos o lagos, y los peces de agua dulce no pueden sobrevivir en el mar.

No obstante, existen algunas especies de animales acuáticos que pueden vivir tanto en aguas con alta salinidad así como de baja salinidad, se las conoce como especies eurihalinas (etimológicamente proveniente del término griego eury que significa amplio, y halino que significa salino, por lo que combinados significan de amplia salinidad). Los animales acuáticos eurihalinos pueden soportar un amplio rango de niveles de salinidad, por lo que pueden habitar tanto en el mar como en ríos. Se los suele encontrar en estuarios, ya que son puntos de transición entre el mar y los ríos. Ejemplos de especies eurihalinas son el tiburón toro y los salmones.

En la siguiente parte se analizará cómo gracias a la ósmosis el volumen de sangre en los vasos sanguíneos se mantiene estable, a eso se lo llama presión oncótica.

 
Continúa en Qué es la presión oncótica >>
 
 
Fuentes de información


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Cómo funciona la ósmosis


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