La distribución del agua animal y el curioso caso del potasio

Aunque hay algunas formas de vida animal en las que el agua puede representar menos de un 10% de la masa corporal, lo normal es que ese porcentaje sea muy superior, pudiendo llegar hasta el 90% en algunos organismos. El porcentaje global de los mamíferos es de alrededor de un 60%. Por otro lado, el contenido hídrico varía notablemente también entre diferentes partes del cuerpo. Los porcentajes más altos corresponden a la sangre o equivalentes, con valores superiores al 90%. Y los tejidos blandos, como piel, músculos y órganos internos, rondan el 70%-80%. Las estructuras óseas, conchas y otros caparazones presentan niveles de hidratación de un 20%, y el tejido graso y estructuras como el pelaje, el 10%.

Un cuerpo humano de 70 kg de masa tiene, aproximadamente, 42 l de agua. De ese volumen, 14 l se encuentran fuera de las células, o sea, en los espacios intercelulares (11,2 l) y en la sangre (2,8 l). La mayor parte, por lo tanto, es agua celular (28 l). En lo sustancial las cosas son parecidas en otros animales aunque las proporciones puedan variar. Tomadas en su totalidad, en general hay más agua en el interior de las células que fuera de ellas. En muchos animales, por otro lado, no hay forma de diferenciar el plasma del líquido intersticial, ya que tienen sistemas circulatorios abiertos. Y los hay con compartimentos líquidos adicionales, como celomas o pseudocelomas. Por eso, desde el punto de vista funcional, la distinción fundamental en lo relativo a los compartimentos animales que albergan agua es la que diferencia el líquido intracelular del extracelular, sin que importe demasiado si este último se encuentra en el celoma, en un vaso sanguíneo o entre las células. Al líquido extracelular es al que, aunque pueda inducir a engaño, llamamos medio interno.

A efectos funcionales, el líquido extracelular baña las células y, además, se encuentra en contacto con el exterior. Como ya hemos visto, salvo en unos pocos animales, ese líquido ejerce de intermediario entre las células y el entorno del organismo: transporta los gases respiratorios y nutrientes y sustancias de deshecho; además, pone en contacto unas zonas con otras a efectos, por ejemplo, de coordinación hormonal. Los medios intracelular y extracelular (medio interno) se hallan separados por la membrana celular. Esta membrana es semipermeable, o sea, deja pasar libremente agua pero no permite el paso de las sustancias disueltas en ella, o no la mayoría de esas sustancias, al menos.

El hecho de ser semipermeables obliga a que el líquido que hay dentro de las células tenga la misma concentración osmótica que el medio interno. Solo así no se produce flujo neto de agua en ninguna dirección. Si el líquido extracelular fuese de mayor concentración osmótica que el intracelular, el agua saldría de las células hasta que estas alcanzasen la misma concentración que el medio interno, por lo que se deshidratarían y deformarían con riesgo de alteración funcional severa, tanto del citosol como de la membrana. Lo contrario ocurriría si es el medio interno el que se mantiene a menos concentración osmótica que el intracelular, solo que en ese caso, el riesgo sería el de que las células se hinchasen tanto que llegasen a fragmentarse.

Así pues, ambos medios, intracelular y extracelular, han de mantenerse a la misma concentración osmótica, aunque eso no quiere decir que deban tener la misma composición de solutos. De hecho, hay grandes diferencias entre la composición de uno y otro. Por regla general, el catión principal en el interior de las células es el K+, mientras que en el medio interno es el Na+. Y el Cl es el anión mayoritario del líquido extracelular, mientras que dentro de las células los principales aniones son iones fosfato y sustancias orgánicas – proteínas y aminoácidos, principalmente- cuya carga neta es negativa.

Si nos fijamos en la composición de los dos compartimentos considerados –interno e intracelular-, la fauna del planeta se puede clasificar en tres grandes grupos. En el primero tenemos a la gran mayoría de animales marinos: todos los invertebrados y los mixinos; en el segundo están los condrictios (o peces cartilaginosos) y latimerios (cuyos únicos representantes actuales son dos especies de celacantos); y en el tercero están todos los invertebrados de agua dulce y casi todos los vertebrados (todos con excepción, precisamente, de mixinos, condrictios y latimerios).

Casi todos los representantes de los dos primeros grupos son especies marinas y se caracterizan por tener la misma concentración osmótica que el medio externo, unos 1000 miliosmolar (1000 mOsml-1) en casi todos los casos. Las excepciones son las especies estuarinas de invertebrados y los condrictios de agua dulce. En ambos grupos sustancias inorgánicas (K+ y PO4-3, principalmente) y orgánicas (aminoácidos, principalmente) contribuyen a la concentración osmótica intracelular, aunque casi dos tercios del efecto osmótico se debe a la fracción orgánica. El medio interno, sin embargo, no presenta una composición similar en los dos grupos. En el primero (el de los invertebrados), casi todos los solutos son inorgánicos (Cl y Na+, principalmente), mientras en el segundo, alrededor de un 40% de las sustancias disueltas son de naturaleza orgánica, urea en su mayor parte. Como se puede ver, las composiciones intracelular y extracelular son claramente diferentes, pero sus concentraciones son iguales.

El tercer grupo se caracteriza por tener sus compartimentos líquidos una concentración osmótica que representa, aproximadamente, una tercera parte de la de los dos grupos anteriores (alrededor de 330 mOsml-1, aunque con valores algo diferentes según los grupos y circunstancias ambientales). Lo más reseñable es que en estos, los solutos inorgánicos son muy mayoritarios, tanto en el medio interno como en el intracelular. Y la diferencia entre ambos medios es que en el medio interno los solutos mayoritarios son Cl y Na+, y en el intracelular, K+ y PO4-3.

Mencionaré, para terminar, un hecho remarcable: todos o casi todos los animales mantienen concentraciones relativamente altas y similares (aunque no idénticas) de K+ dentro de sus células. En el resto de aspectos se diferencian unos de otros claramente, pero el potasio intracelular parece una cuasi-constante química de los seres vivos. Da la impresión de que es crucial que esa concentración no se aparte de forma significativa de un cierto valor. Al parecer, la concentración de K+ es un rasgo crítico para la integridad funcional de las proteínas celulares y eso explica que la tolerancia para con sus variaciones a corto plazo en las células sea mínima. Y quizás también explique por qué es un rasgo tan conservado entre grupos faunísticos. Hay autores que sostienen que la elevada concentración intracelular de K+ y PO4-3 procede, incluso de las primeras células, que no se habrían formado en el mar, sino en entornos de fumarolas terrestres en los que esos iones abundaban. La colonización de los mares habría ocurrido más tarde, y de la adaptación posterior al agua de mar habría quedado la composición inorgánica de los medios internos (extracelulares), basada, principalmente, en Na+ y Cl-. Son especulaciones basadas en datos, especulaciones, al fin y al cabo, pero muy sugerentes.

Sobre el autor: Juan Ignacio Pérez (@Uhandrea) es catedrático de Fisiología y coordinador de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU

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Efectores osmóticos - Cuaderno de Cultura Científica

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