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Osmoregulación de los peces disco y su posible relación con la F1

Con este artículo me gustaría explicar como funciona la osmoregulación de los peces de agua dulce. Yy la relación que tiene con el sistema nervioso y endocrino de los peces.Para más adelante discutir sobre este proceso y la posible relación con la enfermedad F1 de los peces disco. Tras hablarlo con los amigos del staff, creemos que el exceso de sal en la dieta de nuestros discos y un agua con baja conductividad, pueden dar como resultado esta enfermedad. Vamos a aclarar algunos conceptos y después entraremos con el proceso de osmoregulación


Presión osmótica

La presión osmótica puede definirse como la presión que se debe aplicar a una solución (líquido + solido) para detener el flujo de disolvente a través de una membrana semipermeable. Se trata de una de las características principales a tener en cuenta en las relaciones de los líquidos que constituyen el medio interno de los seres vivos, ya que la membrana plasmática regula la entrada y salida de soluto al medio extracelular que la rodea, ejerciendo como barrera de control.

Cuando se colocan soluciones de distinta concentración, separadas por una membrana semipermeable (membrana que deja pasar las moléculas de líquido pero no las de los sólidos), las moléculas de disolvente (líquido), pasan habitualmente desde la solución con menor concentración de solutos (sólidos), a la de mayor concentración. Este fenómeno recibe el nombre de ósmosis, palabra que deriva del griego osmos, que significa "impulso". Al suceder la ósmosis, se crea una diferencia de presión en ambos lados de la membrana semipermeable: la presión osmótica.



Presión osmótica de equilibrio





Esquema del modo de acción de la presión osmótica. En azul se representan las moléculas de disolvente y en rojo las de soluto. La disolución más concentrada se denomina hipertónica y la diluida hipotónica. La presión osmótica, consecuencia de la diferencia inicial de concentraciones, produce el pasaje de moléculas de solvente, a través de la membrana, hacia la parte de mayor concentración; de esta manera va disminuyendo la diferencia de concentración y por lo tanto también la presión osmótica. Además aparece una diferencia de altura h y en consecuencia una presión hidrostática que, a diferencia de la osmótica, tiende a empujar el solvente hacia la parte diluida. La diferencia de altura aumenta y por lo tanto también aumenta esa presión hidrostática.

Finalmente las presiones osmótica e hidrostática se igualan, deteniéndose el flujo neto de moléculas hacia la parte de mayor concentración. La diferencia de concentración se ha reducido pero no ha desaparecido: la parte concentrada sigue siendo más concentrada porque la presión hidrostática impide que la presión osmótica alcance la igualación de concentraciones.

Homeostasis

La homeostasis es una propiedad de los organismos que consiste en su capacidad de mantener una condición interna estable compensando los cambios en su entorno mediante el intercambio regulado de materia y energía con el exterior (metabolismo). Se trata de una forma de equilibrio dinámico que se hace posible gracias a una red de sistemas de control realimentados que constituyen los mecanismos de autorregulación de los seres vivos.

La osmoregulación

La osmorregulación es la forma activa de regular la presión osmótica del medio interno manteniendo los líquidos osmóticos del cuerpo.
Las reacciones metabólicas de las que depende la vida funcionan dentro de un ambiente líquido y requieren para su funcionamiento que las concentraciones relativas de agua y de solutos se mantengan dentro de límites bastante estrechos. La osmorregulación o regulación osmótica, es por lo tanto, el mantenimiento de la homeostasis del cuerpo respecto a las concentraciones de soluto y al contenido de agua. Esta osmorregulación depende, en gran medida, del movimiento controlado de solutos entre los líquidos internos y el ambiente externo. El proceso también regula el movimiento de agua que sigue a los solutos por ósmosis. Existe un movimiento neto de agua de la solución hipoosmótica hacia la hiperosmótica, hasta que las concentraciones de soluto sean iguales en ambos lados de la membrana.

En la mayoría de los animales los fluidos que bañan las células son isosmóticos con los fluidos dentro de las células, esto es, los fluidos dentro y fuera de las células tienen aproximadamente la misma presión osmótica. La concentración total dentro y fuera de las células debe ser similar o la célula se hincharía (citólisis) en una solución hipotónica, o se arrugaría (crenación) en una solución hipertónica.

Ambientes acuáticos

La homeostasis de los fluidos corporales depende de la concentración de solutos de los fluidos del cuerpo y de la concentración de solutos en el medio externo. Los animales acuáticos se han adaptado a gran variedad de hábitats, desde el agua dulce con pocos solutos en disolución (0.01-0.5 ppt) hasta condiciones de elevada salinidad (el agua de mar contiene cerca de 35-36 ppt), y por lo tanto, los problemas de regulación osmótica a los que se enfrentan son muy diferentes. Por otra parte, cada especie de organismo puede funcionar en un cierto rango de concentración osmótica del entorno.

• Estenohalinos: organismos que toleran un rango estrecho de salinidad del ambiente externo, ya sea de agua dulce o marina.
• Eurihalinos: organismos que toleran un amplio rango de salinidad del ambiente externo, ya sea de agua dulce o marina.

Tanto los invertebrados como los peces regulan en estos ambientes empleando las branquias, órganos excretores…

Existen dos estrategias osmorreguladoras básicas: el osmoconformismo y la osmorregulación. Los animales osmoconformistas están en equilibrio osmótico con el medio en que viven, o sea, las concentraciones dentro de su cuerpo y fuera son parecidas. Estos animales son entonces isoosmóticos con el medio externo. Poseen superficies corporales que son permeables a las sales y al agua, de tal forma que sus condiciones internas varían de acuerdo con los cambios en el ambiente externo. Los osmoconformistas, con frecuencia, habitan en agua que tiene una composición muy estable y, por lo tanto, tienen una osmolaridad interna muy constante.

A diferencia de los osmoconformistas, los osmorreguladores mantienen una osmolaridad interna relativamente estable a pesar de las variaciones en la osmolaridad del ambiente externo. Cuando la osmolaridad de los fluidos corporales de un animal es mayor que la del medio externo, como en los animales de agua dulce, se lo denomina hiperosmótico. Si por el contrario, la osmolaridad del animal es menor que la del ambiente, el animal es hipoosmótico con respecto a su medio.

Animales de agua dulce

La osmolaridad de los fluidos corporales de los invertebrados y vertebrados de agua dulce es mayor que la de su entorno, el agua penetra osmóticamente en su cuerpo, mientras que la sal (iones de Cl-, K+, Na+) se pierde por difusión hacia fuera, especialmente en las partes de la superficie permeables para el intercambio de gases, que en los animales acuáticos normalmente son las branquias.





Movimiento de agua y de iones en pez de agua dulce
Estos animales son eficaces reguladores hiperosmóticos y exhiben los siguientes mecanismos de control:
• Reducida permeabilidad: disminuye la tasa de intercambio pasivo de solutos y de agua. La permeabilidad de los invertebrados y vertebrados de agua dulce es, por lo general, menor que la de los animales marinos.
• Concentraciones reguladas de orina hipoosmótica con respecto a los líquidos corporales: muchos organismos de agua dulce, incluyendo los peces, mantienen su equilibrio hídrico excretando grandes cantidades de orina muy diluida.
• Mecanismos de captación de iones: en los peces teleósteos (peces con esqueleto), la captación de iones se realiza por medio de las células de cloruro a nivel de las branquias y se ha observado la excreción de HCO3- en intercambio de Cl- y la captación de Na+.

Existen evidencias que sugieren que la captación de Na+ y Cl- tiene lugar en diferentes células.

Relación entre la osmoregulación y el sistema nervioso y endocrino de los peces teleósteos

Dependiendo del ambiente externo en el que se encuentren los animales, las estrategias osmorreguladoras van a ser diferentes para garantizar la correcta supervivencia de los organismos. Así, y asumiendo que el punto de equilibrio entre el medio interno del animal y el medio ambiente (punto isoosmótico) es de 12 ppt de salinidad, los principales problemas a los que los ejemplares de agua dulce se van a enfrentar van a ser:

1. Una salida pasiva de iones desde el medio interno, principalmente por las branquias,
2. Una ganancia pasiva de agua

Todo ello será compensado por:

1. Una captación activa de iones (Cl-, K+ y Na+) desde el medio (agua del acuario)
2. Por la producción de una orina muy diluida que permita la eliminación hídrica (agua dentro del pez) en exceso.

Por su parte, los desbalances entre el medio interno y el medio externo producen la activación del sistema de estrés y metabólico, en donde la actuación de diversas hormonas permiten la correcta función de los órganos involucrados y la propia supervivencia de los organismos. La exposición a diferentes salinidades ambientales precisa de la regulación de las citadas estrategias osmorreguladoras por parte del sistema endocrino, con el objeto de mantener un correcto balance hídrico y electrolítico en el ejemplar.

El sistemas osmorregulador de peces teleósteos (peces vertebrados como los discos) está controlado por el sistema endocrino a través de una amplia diversidad de hormonas, tanto hipofisarias (prolactina, hormona del crecimiento, etc.) como extrahipofisarias (arginina vasotocina, urotensinas, estañocalcina, etc.). El conjunto de procesos controlados por el sistema endocrino no es un sistema aislado, sino que abarca diversos sistemas que interaccionan entre sí y que incluyen una gran variedad de tejidos. De esta forma, la adaptación de los peces frente a cambios en la salinidad ambiental produce la activación de los diversos factores que intervienen en los procesos de secreción y/o absorción de iones y agua, así como su control por parte de diversas hormonas a través de sus receptores específicos, desencadenando las rutas celulares necesarias para integrar la acción fisiológica contenida en ellas.

Dentro de las glándulas endocrinas, la hipófisis se considera una “glándula maestra”, al controlar, por medio de las hormonas que secreta a la circulación, una amplia diversidad de procesos fisiológicos.

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