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Ósmosis y tonicidad
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Figura 1. Sistema en el que la membrana es permeable a todas
las moléculas (agua y azúcar)
Figura 2. Sistema en el que la membrana es permeable solo al agua.
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Como ósmosis se entiende la difusión de un solvente a
través de una membrana con permeabilidad
selectiva. Utilizaremos principalmente el agua, disolvente universal,
para las explicaciones.
La ósmosis ocurre siempre que la concentración de agua sea diferente a
ambos lados de la membrana, y a través de este proceso es que se
produce la gran mayoría del intercambio de sustancias en los seres
vivos, entre las células y el medio que la rodea, usando como frontera
divisoria la membrana plasmática.
Primero utilizaremos un ejemplo descriptivo en membranas no vivientes
para ilustrar con facilidad el proceso, y luego lo haremos usando
membranas vivientes.
Si a ambos lados de una membrana selectiva hay agua destilada, no
se produce ósmosis neta alguna aunque las moléculas de agua se
mantengan atravesando la membrana por difusión constantemente. Mas sin
embargo, si la concentración de soluto difiere entre ambos lados de la
membrana, la concentración de agua será también diferente, ya que si la
concentración de soluto crece la de agua decrece. Cuando volúmenes
iguales de soluciones con diferente concentración de soluto están
separados por una membrana que es permeable a todas las moléculas
presentes en el sistema (figura 1), se produce ósmosis tanto de soluto
como de agua, cada uno desde la zona de mayor concentración a la de
menor concentración hasta alcanzar eventualmente el equilibrio (ambos
compartimientos con la misma concentración). Si la situación es otra, y
la membrana es permeable solo al agua (impermeable al soluto) se
obtiene un resultado algo diferente (figura 2), ahora el agua comienzan
a difundir
desde el compartimiento con mayor concentración (de agua) hacia el de
menor concentración, y este movimiento se mantendrá hasta que las
concentraciones en ambos lados de la membrana sean iguales. Note que en
este caso solo se mueve el agua, de modo que se produce un cambio
notable en el volumen de solución entre los dos compartimientos cuando
se ha alcanzado el equilibrio.
Hay un hecho importante que se ha producido en el segundo caso y es que
ha subido el nivel en el lado derecho del tubo en U en relación con el
lado izquierdo. La
diferencia entre los niveles de la solución supone también una
diferencia de presión hidrostática entre ambas columnas de líquido, que
ha nacido resultado de la ósmosis, de modo que podemos hablar de presión osmótica ya
que la "fuerza" de la ósmosis, que es la que impide el regreso del
agua al lado de menor nivel, se ha igualado con la "fuerza" de empuje
de
la presión hidrostática tendiente a regresar el agua a ese lado.
Evidentemente si retiramos la membrana ambos niveles se igualan,
y lo mismo sucede si colocamos una membrana permeable a soluto y
solvente.
Desde el punto de vista de la ósmosis la disminución de la
concentración
del agua en una solución depende del número, y no del tipo, de
partícula
en disolución, ya que lo mismo un ion que una molécula en la solución
hará desplazar una molécula de agua a través de la membrana para buscar
el equilibrio. La concentración total de todas las partículas de soluto
en una solución se conoce como la osmolaridad
de la solución.
Conceptualmente, la osmolaridad, que se mide en osmoles de soluto por
litro (Osm/L) de solvente, como medida de la concentración de una
solución, difiere del concepto estándar de molaridad que se usa en
química. La diferencia proviene del hecho de que algunas sustancias se
disocian en iones al disolverse y otras no. Esto implica que no hay una
correspondencia uno-a-uno entre molaridad y osmolaridad. Por ejemplo,
el
cloruro de sodio (NaCl) se disocia en iones Na+ y Cl-.
Por tanto, por cada mol de NaCl disuelto hay dos osmoles de partículas
de soluto, ya que ambos iones, Na+ y Cl-, afectan
la presión osmótica de la disolución.
El ejemplo mostrado en la figura 2 imita a los eventos osmóticos que se
producen a través de la membrana plasmática de la célula viva y existe
una gran diferencia entre los casos de células de plantas y de
animales. Las células de las plantas tienen paredes rígidas externas a
la membrana plasmática y el agua puede difundir al interior de la
célula haciendo crecer la presión hidrostática interior. Cuando la
presión hidrostática interior alcance el valor de la presión osmótica,
se detiene el proceso de ósmosis (no entra más agua a la célula). Para
el caso de las células de los animales, este cambio de la presión
hidrostática en el interior de la célula no se produce ya que no
existen las paredes rígidas de las plantas. Los desbalances osmóticos
hacen que las células de los animales se inflen o se encojan debido a
la ganancia o pérdida netas de agua hasta que las concentraciones
dentro y fuera de la célula se equilibren, o la membrana se estire
hasta el punto de la rotura.
De esto último llegamos a un importante concepto, la tonicidad,
concepto vinculado con la presión osmótica pero no idéntico. La
tonicidad se puede definir como la habilidad de una solución para
cambiar la forma o el tono de una célula al alterar el volumen de agua
en su interior. Note aquí que solo los solutos no penetrantes a la
membrana como en el sistema 2 son los que le dan la tonicidad a la
solución. Si el soluto puede penetrar la membrana tanto como el agua,
ambos se mueven desde y hacia la célula y no producen cambios en su
forma.
La soluciones con concentraciones de solutos no penetrantes iguales a
las del interior de la célula (0.9% salina o 5% de glucosa) son isotónicas.
Las células expuestas a tal solución conservan su forma y no sufren
ganancia ni perdida de agua. Como usted habrá podido suponer, la
mayoría de los fluidos extracelulares son isotónicos, del mismo modo
deben serlo los fluidos que se administran por vía intravenosa. Las
soluciones con concentraciones de solutos no penetrantes mayores que el
de la célula son hipertónicas
y una célula expuesta a tal solución se encoge al perder agua. En caso
contrario, si la concentración de la solución en solutos no penetrantes
es menor que la del interior celular se dice que es hipotónica y rápidamente hace
difundir agua al interior de las células inmersas en ella.
Un caso extremo de hipotonicidad es el agua destilada, ya que en ella
no hay soluto alguno disuelto, si una célula se somete a un ambiente de
agua destilada el agua continuará entrando a la célula a fin de
equilibrar las concentraciones interna y externa hasta hacer que esta
explote.
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