Demostración del efecto regulador de la ÓSMOSIS en el balance hídrico de las células humanas – Método: Exposición prolongada de membranas semipermeables a distintos medios acuosos

Saludos nuevamente estimada comunidad de #Stem-espanol y #Steemit, como ya sabrán siempre he considerado que el estudio de la vida y del ser humano desde un punto de vista médico e inclusive el estudio de las enfermedades, debe conocerse primeramente desde el ámbito celular ya que es la unidad más pequeña y funcional que poseen los organismos vivientes, sin embargo para nosotros comprender completamente todos estos conceptos es necesario que conozcamos primeramente como funciona una célula, en una publicación anterior les hable sobre “la bicapa lipídica” celular en las células animales o eucariotas, y como esta permitía regular la entrada y salida de moléculas en la célula, y que inclusive tenía una función de protección y estructura importante, así mismo existe otra función muy relevante de esta bicapa y es la de por ser una membrana semipermeable, permitir el paso tanto al interior como el exterior de moléculas de agua (H₂O) en la célula.

Si no leíste mi publicación anterior sobre la bicapa lipidica puedes ingresar aquí.

El cuerpo humano está formado en su totalidad por aproximadamente 65-70% de agua (hay variaciones según distintas literaturas), al igual que muchos de los seres vivos, es por ello que es necesario mantener un balance hídrico adecuado ya que básicamente todos los procesos fisiológicos se llevan a cabo gracias a estas moléculas de H₂O, manteniendo la homeostasis corporal o en palabras simples un funcionamiento adecuado dentro del organismo, por eso no es raro que todos los especialistas de salud recomienden mantener un adecuado consumo de agua diaria, así como una adecuada excreción y aunque todos los cuerpos humanos son distintos y sus necesidades varían de uno a otro la hidratación, es un factor necesario e indispensable para todos.

Existen muchas maneras por las cuales las células eucariotas son capaces de regular el intercambio acuoso entre su medio externo e interno desde proteínas que usan energía para transportar las moléculas de agua, e inclusive desprendimientos de la membrana plasmática que cubren un cúmulo de moléculas y les permiten el paso en masa, sin embargo existe un mecanismo muy importante y que ha sido usado por las células desde los primeros vestigios de vida y aun lo sigue usando que es la “Ósmosis”, este tipo de transporte pasivo está presente en todo tipo de células; tanto en las bacterias como en las células vegetales y en especial en las células animales o eucariotas, es decir, las células humanas, es por ello que en esta oportunidad demostraré mediante un experimento como actúa la ósmosis en las células y por qué es tan importante comprender su funcionamiento.

La ósmosis y el mecanismo detrás de su funcionamiento

La ósmosis desde su descubrimiento es estudiada como un fenómeno físico relacionado con el movimiento de sustancias disolventes a través de membranas semipermeables así como un tipo de difusión simple o de transporte simple que no requiere de energía para que se lleve a cabo.

Este fenómeno físico ocurre cuando se juntan dos disoluciones; por ejemplo una concentrada y otra diluida y se separan por medio de una membrana semipermeable (estructura que contiene poros o agujeros en semejanza a un filtro pero de tamaño molecular), generando un medio acuoso donde se pondrán de manifiesto fenómenos osmóticos o diversas fuerzas de presión cuya finalidad va a ser equilibrar ambas soluciones.

Estos medios acuosos pueden compararse entre sí llamándolos:

•Hipertónicos o aquellos que tienen una elevada concentración de soluto con respecto al medio con el cual se le compara.

•Hipotónicos o los que contienen una baja concentración de soluto con respecto al medio acuoso en comparación.

•Isotónicos, los cuales son medios donde las concentraciones de soluto se encuentran en equilibrio es decir son iguales.

Estos procesos osmóticos son capaces de equilibrar ambos medios acuosos, partiendo de la simple razón de que los poros de la membrana semipermeable son tan pequeños que no dejan que atraviesen las moléculas de solutos si no solamente el disolvente, lo que permite que a través de la membrana pase una mayor cantidad de líquido desde el medio, con menor concentración de soluto o hipotónico al medio con mayor concentración de soluto o hipertónico, se dice entonces que la ósmosis ocurre a favor de un gradiente de concentración, hasta alcanzar un equilibrio y lograr un medio acuoso isotónico.

Una forma muy común de comprobar esto es mediante la separación de una solución de agua con azúcar diluida y una de agua con azúcar concentrada por medio de una membrana semipermeable, como es el caso de una rodaja de papa o patata donde al cabo de unos minutos ambos medios lograrán el equilibrio.

Ósmosis en las células humanas y qué sucedería si el medio acuoso no pudiera alcanzar el equilibrio de concentración

En las células humanas ocurre un proceso de ósmosis de agua donde la membrana plasmática va a actuar como la barrera semipermeable y los medios acuosos van a ser el interior de la célula y el exterior de la misma, cuya ubicación puede variar ya que puede ser desde el torrente sanguíneo, el sistema linfático, el sistema digestivo o hasta el sistema renal (riñones).

En condiciones normales el medio intracelular y extracelular se encuentran en equilibrio debido al intercambio constante de moléculas de agua y aun si alguno de estos dos medios llegara a cambiar su concentración la célula buscará regularlos, ya que existen muchos procesos que permiten mantener el equilibrio hídrico celular; sin embargo en casos extremos donde estos mecanismos de regulación llegaran a fallar el único proceso capaz de lograr el equilibrio sería la ósmosis aunque es posible que por el mismo efecto de la presión osmótica ocurran dos fenómenos:

Citolisis: esto ocurre cuando el medio extracelular de la célula es hipotónico, por lo que la célula tiende a absorber agua para lograr el equilibrio, aunque es posible que absorban una cantidad de agua tan excesiva que la membrana plasmática estalle debido a que aumenta la rigidez de la misma y ya no es capaz de contener el citoplasma.

Y Crenación, que sucede cuando la célula se encuentra con un medio extracelular hipertónico y el agua del interior de la célula tiende a salir, esto puede causar la deshidratación de la célula lo que conlleva a la pérdida de la turgencia o dureza de la membrana e inclusive causar su muerte.

“Es por este motivo que los marineros y náufragos mueren al tomar agua salada, ya que someten a las células a medios acuosos tan llenos de soluto (sodio) que la célula se deshidrata completamente y muere.”

¿Se puede demostrar que la ósmosis en las células ocurre a favor de un gradiente de concentración?

Si, si es posible de demostrar e incluso se puede demostrar aquellos fenómenos que ocurrirían en casos de que el desequilibro de concentraciones fuera extremo para ello se realizará un proceso de degradación de la cáscara de un huevo de gallina, que aunque no es una célula como tal si presenta una membrana semipermeable que mantiene el medio acuoso, es decir, dónde está la ñema o vitelo y la clara compartimentados y una vez degradada la cáscara se someterá la membrana semipermeable a dos distintos medios uno hipotónico y otro hipertónico y asi observar como actúa la ósmosis.

Procedimiento

Primeramente para realizar este experimento necesitaremos una serie de materiales, los cuales son:

Una vez obtenidos todo lo necesario procedemos a ejecutar:

Conclusiones y fundamentos científicos implicados en el experimento

Ya pasado las 24 horas necesarias para que el proceso de ósmosis se complete comparamos ambos huevos donde observamos que hemos sido capaces de obtener una muestra A, o un huevo con menor volumen y una disminución de la dureza de la membrana semipermeable (crenación) al ser sometido a un medio hipertónico como es la miel y una muestra B, o huevo con aumento de volumen y aumento de la turgencia de la membrana, incluso al extremo de casi estallar (citólisis) al ser expuesto a un medio hipotónico como es el agua, demostrando así que la ósmosis funciona como mecanismo regulador de agua en las células.

Para poder llevar a cabo este procedimiento primeramente fue necesario degradar la cáscara del huevo de gallina, la cual contiene un gran cantidad de carbonato de calcio (CaCO₃) y dejar expuesta la membrana semipermeable, para ello se utilizó vinagre, el cual contiene ácido acético (CH₃-COOH) y este al ser un ácido débil disuelve lentamente la cáscara transformándola en Acetato de Calcio, Dióxido de Carbono (por ello se generan burbujas y efervescencia) y agua.

Una vez expuesta la membrana semipermeable, la muestra A fue sometida a un medio hipertónico y para esto se usó miel, la cual contiene una mayor concentración de soluto, en este caso “azúcares”, que de disolvente o agua, dejando para usar como medio hipotónico agua filtrada ya que la misma no contiene grandes cantidades de soluto, así mismo se le agrego colorante como es el azul de metileno (se puede usar cualquier colorante), para así observar como por la absorción de agua el interior del huevo se colorea, en este caso de azul.

La ósmosis es un proceso celular simple que ha estado presente y que lo sigue estando en todos los organismos vivos y como ya dije anteriormente, especialmente en el ser humano el cual es muy susceptible a los cambios hídricos y a pesar de ser un proceso simple, la misma ha sido motivo de bastante estudio, llegando a obtener aplicaciones importantes en la medicina actual, como es en el caso de su uso en diálisis, eliminación de presiones intracraneales y regulación de los electrolitos por medio de la aplicación de sueros fisiológicos o soluciones salinas cuando los pacientes están deshidratados, y además el uso de la ósmosis inversa para desintoxicar al cuerpo de toxinas dañinas, así mismo su uso en la industria farmacológica es de suma importancia ya que permite establecer los tiempos en que un fármaco será absorbido por el cuerpo y evitar que este se vuelva tóxico al controlar su excreción por los riñones, por ello considero que conocer cómo funciona la ósmosis es de vital importancia para entender los procesos fisiológicos humanos, la fisiopatologías de muchas enfermedades y los tratamientos necesarios para tratar las mismas.

Sin más que agregar anexo el vídeo del procedimiento realizado para la degradación de la cascara del huevo y su posterior exposición a un medio acuoso hipertónico e hipotónico.