Solución hipotónica
n., plural: soluciones hipotónicas
Definición: Solución que tiene menos solutos que otra solución con la que se compara
Tabla de contenidos
Definición de solución hipotónica
¿Qué es una solución hipotónica? Se refiere a una solución que contiene una menor cantidad de soluto en comparación con la concentración de soluto en la otra solución a través de una membrana semipermeable.
Aquí, es importante entender lo que significa una ‘solución’ en la ciencia. Una solución en la ciencia se refiere a un sistema homogéneo formado por dos o más constituyentes. Los componentes que se disuelven se conocen como ‘solutos’ y el otro componente que disuelve el soluto se conoce como disolvente.
La hipotonicidad es un término relativo en el que la propiedad de la solución se define en relación con la otra solución. En biología, la mayoría de las veces, la solución de comparación es el líquido citosólico o el líquido presente en el interior de una célula. Por lo tanto, en biología, una solución se definiría como hipotónica cuando contenga una cantidad menor de solutos que el citosol de una célula. La membrana celular es la membrana semipermeable. Entonces, ¿qué le ocurre a una célula expuesta a un medio hipotónico? ¿Se encogerá una célula en una solución hipotónica? …o se hinchará? Una célula expuesta al medio hipotónico tendrá una afluencia de agua y como resultado de esto, se produce la hinchazón de la célula.
Tonicidad
Para tener una comprensión más profunda de este concepto, necesitamos entender el concepto de tonicidad. Básicamente, la tonicidad es un término de comportamiento relativo en el que la cantidad de solutos no penetrantes determina el comportamiento o el movimiento de las moléculas de disolvente a través de una membrana semipermeable. Es muy esencial entender que la propiedad se rige sólo por los solutos no penetrantes y no por la cantidad de los solutos totales. Ahora con esta claridad del concepto de tonicidad, podemos entender tres tipos diferentes de soluciones, es decir, hipotónicas, hipertónicas e isotónicas.
Hipertonicidad
El prefijo de la palabra tonicidad es ‘hiper’, que significa «más» o «exceso». Así, una solución que contiene una mayor cantidad de los solutos no penetrantes en comparación con la otra solución a través de una membrana semipermeable. Consideremos una célula colocada en la solución hipertónica. En un entorno hipertónico, la cantidad de solutos no penetrantes en la solución fuera del citosol sería mayor que la concentración citosólica. Como resultado de esta diferencia de concentración, se genera un gradiente osmótico a través de la membrana semipermeable. Esto da lugar al eflujo («salida») del disolvente que conduce a la contracción de la célula.
Isotonicidad
Aquí, el prefijo de la palabra tonicidad es ‘iso’, que significa «igual». Por lo tanto, cuando las dos soluciones a través de una membrana semipermeable contienen la misma cantidad de solutos no penetrantes, se sabe que son isotónicas. En este caso, debido a la ausencia de un gradiente osmótico, una célula no se encogerá ni se hinchará, ya que no habrá movimiento neto de las moléculas de disolvente. Con respecto al suero sanguíneo, cualquier solución que tenga una tonicidad en el rango de 280 – 300 mOsm/litro se denomina isotónica con la sangre. El cloruro de sodio al 0,9% es el ejemplo clásico de una solución isotónica.
Hipotonicidad
El prefijo de la tonicidad (que significa empuje o impulso) es ‘hypo’, que significa «bajo». En biología, la hipotonicidad se define como soluciones que tienen una cantidad o concentración baja de los solutos no penetrantes en comparación con la otra solución a través de una membrana semipermeable. Por lo tanto, si una célula se coloca en una solución hipotónica en la que la cantidad de solutos no penetrantes en la solución es menor y la concentración de agua es mayor que la presente en el citosol. Como resultado del entorno hipotónico, se genera un gradiente osmótico que provoca el movimiento del disolvente o del agua hacia el interior de la célula, lo que da lugar al hinchamiento de la misma. Por lo tanto, una célula colocada en una solución hipotónica se hinchará y finalmente se lisará. Pero, ¿qué significa lisis?
Figura 1: Diferencia en el comportamiento de la célula animal y la célula vegetal en condiciones hipotónicas, isotónicas e hipertónicas.
La «lisis» se define como la disrupción de la membrana celular que puede ser inducida por un gradiente osmótico, viral o por enzimas. La lisis es el proceso de la actividad de lisar. La lisis se define como la desintegración de partículas grandes en otras más pequeñas. Por lo tanto, estos agentes se describen como líticos, lo que puede resultar en la disrupción completa de la membrana celular haciendo que la célula muera.
Aquí es importante tener claridad entre términos similares: plasmólisis y citólisis. La plasmólisis es el encogimiento de la célula cuando se coloca en un ambiente hipertónico debido al eflujo del agua de las células. En las células animales, debido a la ausencia de pared celular, la célula se encoge. Sin embargo, en el caso de las células vegetales, el eflujo de agua de las células provoca la ruptura de la membrana celular de la pared celular y la creación de huecos o bolsas entre la pared celular y la membrana celular. La citolisis se observa cuando se coloca una célula en una solución hipotónica. Debido al gradiente osmótico, las moléculas de agua se desplazan hacia el interior de la célula, lo que provoca la hinchazón de la misma, que acaba por estallar y lisarse. La citolisis se observa sólo en células animales y protozoos. Dependiendo de la célula implicada, la lisis celular puede denominarse «hemólisis» (lisis de los glóbulos rojos), «oncolisis» (lisis de las células cancerosas), etc.
La presencia de una pared celular y de vacuolas protege a la célula vegetal de la citólisis. Las vacuolas absorben el exceso de agua, empujando la membrana celular contra la pared celular, que a su vez ejerce un contraempuje conocido como presión de turgencia. Así, la plasmólisis y la citólisis son dos condiciones opuestas que se dan en condiciones hipertónicas e hipotónicas respectivamente.
Mira este vídeo de abajo para entender la representación figurativa del destino de una célula en soluciones hipertónicas vs hipotónicas.
Ejemplos de soluciones hipotónicas
En biología, las soluciones hipotónicas se clasifican con referencia al suero sanguíneo. Con respecto al suero sanguíneo, las soluciones que tienen una osmolaridad inferior a 280 mOsm/litro se denominan soluciones hipotónicas. La solución salina hipotónica, es decir cloruro de sodio al 0,45% o cloruro de sodio al 0,25% con o sin dextrosa, solución de dextrosa al 2,5%, etc. son algunos de los ejemplos de las soluciones hipotónicas que son hipotónicas con respecto al suero sanguíneo y se utilizan como soluciones hipotónicas intravenosas.
¿Es el agua una solución hipotónica?
El agua es el ejemplo arquetípico de una solución hipotónica. Aunque, de nuevo, esto será subjetivo a la solución que se compare. El agua es un disolvente y el agua destilada purificada siempre será hipotónica en comparación con la solución acuosa de un soluto que contenga cualquier cantidad de soluto. El agua destilada purificada está desprovista de cualquier sustancia y por lo tanto se considera hipotónica a cualquier solución acuosa de un soluto.
Importancia biológica de las soluciones hipotónicas
La tonicidad es esencial para mantener los procesos vitales. Los protistas, como los paramecios y las amebas, son capaces de conservar la estructura rígida gracias a la regulación de la tonicidad, aunque no posean un citoesqueleto o una pared celular. Estos protistas suelen vivir en un entorno hipotónico, por lo que se produce un flujo continuo de agua. Para mantener la estructura celular y evitar la lisis de la célula, estos protistas tienen un órgano especializado conocido como vacuolas contráctiles que funcionan para acumular un exceso de agua de la célula y eventualmente arrojar este exceso de agua.
Los hongos (como las setas) y las plantas regulan su entorno para mantener las condiciones hipotónicas en su célula. Como resultado del entorno hipotónico, la afluencia de agua dará lugar a la generación de presión de turgencia. Así, las células permanecen en estado erecto, manteniendo la rigidez de su estructura.
Las plantas también utilizan esta presión para transportar el agua a través de su cuerpo vegetal, es decir, desde las raíces hasta el tallo superior de las plantas. Así, cuando las plantas no se riegan durante mucho tiempo, se crea un ambiente hipertónico a su alrededor y pierden la presión de turgencia dando un aspecto marchito.
Al volver a regar estas plantas, la presión de turgencia se regenera y las plantas recuperan su forma y estructura. Las zonas pantanosas y los manglares tienen un entorno altamente hipertónico debido al alto contenido de sal. Una planta normal se marchita en estas condiciones de hipertonía extrema. Sin embargo, las plantas que existen en las zonas pantanosas y los manglares se han adaptado para crear una condición citosólica hipertónica en sus células radiculares. Así, un entorno externo hipotónico resultante alrededor de las raíces ayuda a estas plantas a absorber agua del entorno.
Lee: Regulación del agua en las plantas (Tutorial)
De forma similar, todos los animales acuáticos que viven en agua de mar o dulce están equipados para controlar el efecto de la ósmosis a través de un mecanismo conocido como osmorregulación. Debido a esta osmorregulación, el contenido de sal en el agua es crítico para la vida acuática en cualquier cuerpo de agua. Las tortugas marinas se han adaptado para crear un ambiente interno hipertónico con la ayuda de glándulas salinas. Como resultado del ambiente interno hipertónico, el ambiente externo se vuelve relativamente hipotónico para ellas y así ayudan a estos animales marinos a sobrevivir incluso en el ambiente altamente hipertónico.
Lee: Regulación del agua de los animales (Tutorial)
La tonicidad y el gradiente osmótico es la razón por la que los peces de agua dulce no pueden sobrevivir en el agua de mar y viceversa. El agua dulce es uno de los ejemplos de solución hipotónica. Así, las células de los peces de agua dulce tienen una mayor concentración de sal que el agua de su río o lago circundante. Estos peces se han adaptado y han desarrollado un sistema para eliminar continuamente el exceso de agua de su cuerpo. Sin embargo, si los peces de agua dulce están expuestos al agua de mar, los peces de agua dulce tendrían células hipotónicas en comparación con el entorno externo hipertónico. En tales condiciones, se producirá la eliminación de agua de su cuerpo y eso acabará por deshidratarlos y perecer. Por lo tanto, la fluctuación en el contenido de sal del agua afecta drásticamente a la población de peces en cualquier masa de agua.
Médicamente, la pérdida de la cantidad excesiva de sodio en comparación con la pérdida de agua da lugar a una osmolaridad sérica reducida, lo que conduce a una condición conocida como deshidratación hipotónica (o hiponatremia). La reducción de la osmolaridad sérica provoca la entrada de agua del espacio extracelular al espacio intracelular, lo que conduce a la hinchazón y el edema celular. Este desequilibrio de sodio da lugar a la manifestación de síntomas neurológicos como náuseas, dolor de cabeza, confusión, inconsciencia, debilidad o desaparición del reflejo tendinoso, estupor y letargo que finalmente conducen al coma y a la muerte. Es importante entender que la deshidratación hipotónica es en realidad una hinchazón y un edema celular debido a una retención excesiva de agua. Esta condición puede ocurrir debido a la pérdida excesiva de líquido debido a heridas o quemaduras, diarrea crónica, enfermedad de Addison, acidosis tubular renal, uso crónico de líquidos hipotónicos intravenosos o solución salina regular en pacientes, fibrosis quística y uso crónico de diuréticos. Tal y como prescriben habitualmente los médicos, el tratamiento de la deshidratación hipotónica se inicia con suero salino hipertónico al 3% o isotónico al 0,9% (dependiendo de la cronicidad de la afección) junto con la monitorización continua de los niveles de sodio sérico para prevenir la mielinólisis.
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