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Soluzione ipotonica
n., plurale: soluzioni ipotoniche
Definizione: Una soluzione che ha meno soluti di un’altra soluzione a cui viene paragonata

Definizione di soluzione ipotonica

Cos’è una soluzione ipotonica? Si riferisce a una soluzione che contiene una quantità inferiore di soluto rispetto alla concentrazione di soluto nell’altra soluzione attraverso una membrana semipermeabile.

Qui è importante capire cosa significa “soluzione” nella scienza. Una soluzione nella scienza è definita come un sistema omogeneo formato da due o più costituenti. I costituenti che sono dissolti sono conosciuti come ‘soluti’ e l’altro costituente che dissolve il soluto è conosciuto come solvente.

Hypotonicity è un termine relativo in cui la proprietà della soluzione è definita rispetto all’altra soluzione. In biologia, la maggior parte delle volte, la soluzione di confronto è il fluido citosolico o il fluido presente all’interno di una cellula. Così, in biologia, una soluzione sarebbe definita ipotonica quando contiene una quantità inferiore di soluti rispetto al citosol di una cellula. La membrana cellulare è la membrana semipermeabile. Quindi, cosa succede a una cellula esposta a un ambiente ipotonico? Una cellula si ridurrà in una soluzione ipotonica? …o si gonfierà? Una cellula esposta all’ambiente ipotonico avrà un afflusso di acqua e come risultato di questo, il gonfiore della cellula segue.

Tonicità

Per comprendere meglio questo concetto, dobbiamo capire il concetto di tonicità. Fondamentalmente, la tonicità è un termine comportamentale relativo in cui la quantità di soluti non penetranti determina il comportamento o il movimento delle molecole di solvente attraverso una membrana semipermeabile. È molto essenziale capire che la proprietà è governata solo dai soluti non penetranti e non dalla quantità di soluti totali. Ora con questa chiarezza del concetto di tonicità, possiamo capire tre diversi tipi di soluzioni, cioè ipotonica, ipertonica e isotonica.

Ipertonicità

Il prefisso della parola tonicità è ‘iper’, che significa “più” o “eccesso”. Quindi, una soluzione contenente una quantità maggiore di soluti non penetranti rispetto all’altra soluzione attraverso una membrana semipermeabile. Consideriamo una cellula posta in una soluzione ipertonica. In un ambiente ipertonico, la quantità di soluti non penetranti nella soluzione al di fuori del citosol sarebbe superiore alla concentrazione citosolica. Come risultato di questa differenza di concentrazione, si genera un gradiente osmotico attraverso la membrana semipermeabile. Questo provoca l’efflusso (“deflusso”) del solvente che porta al restringimento della cellula.

Isotonicità

Qui, il prefisso della parola tonicità è “iso”, che significa “lo stesso”. Quindi, quando le due soluzioni attraverso una membrana semipermeabile contengono la stessa quantità di soluti non penetranti, sono note per essere isotoniche. In un tale scenario, a causa dell’assenza di un gradiente osmotico, una cellula non si ridurrà né si gonfierà poiché non ci sarà alcun movimento netto delle molecole di solvente. Per quanto riguarda il siero del sangue, qualsiasi soluzione che abbia una tonicità nell’intervallo di 280 – 300 mOsm/litro è definita isotonica con il sangue. Il cloruro di sodio allo 0,9% è l’esempio classico di una soluzione isotonica.

Ipotonicità

Il prefisso alla tonicità (che significa spingere o spinta) è ‘hypo’, che significa “basso”. In biologia, ipotonica è definita come soluzioni che hanno una bassa quantità o concentrazione di soluti non penetranti rispetto all’altra soluzione attraverso una membrana semipermeabile. Quindi, se una cellula è posta in una soluzione ipotonica in cui la quantità di soluti non penetranti nella soluzione è inferiore e la concentrazione di acqua è superiore a quella presente nel citosol. Come risultato dell’ambiente ipotonico, si genera un gradiente osmotico che provoca il movimento del solvente o dell’acqua nella cellula con conseguente rigonfiamento della cellula. Così, una cellula posta in una soluzione ipotonica si gonfierà e alla fine si lisi. Ma cosa significa lisi?

Figura 1: Differenza nel comportamento delle cellule animali e vegetali in condizioni ipotoniche, isotoniche e ipertoniche.

La “lisi” è definita come la rottura della membrana cellulare che potrebbe essere indotta dal gradiente osmotico, virale o dagli enzimi. La lisi è il processo dell’attività di lisi. La lisi è definita come la disintegrazione di grandi particelle in particelle più piccole. Così, questi agenti sono descritti come litici che possono provocare la rottura completa della membrana cellulare rendendo la morte cellulare.

In questo caso, è importante fare chiarezza tra termini simili: plasmolisi e citolisi. La plasmolisi è il restringimento della cellula quando è posta in un ambiente ipertonico a causa dell’efflusso dell’acqua dalle cellule. Nelle cellule animali, a causa dell’assenza di parete cellulare, la cellula si restringe. Tuttavia, nel caso delle cellule vegetali, l’efflusso di acqua dalle cellule provoca la rottura della membrana cellulare dalla parete cellulare e la creazione di vuoti o tasche tra la parete cellulare e la membrana cellulare. La citolisi si osserva quando una cellula è posta in una soluzione ipotonica. A causa del gradiente osmotico, le molecole d’acqua si muoveranno nella cellula con conseguente rigonfiamento della cellula che alla fine scoppierà e morirà. La citolisi si osserva solo nelle cellule animali e nei protozoi. A seconda della cellula coinvolta, la lisi cellulare può essere definita come “emolisi” (lisi dei globuli rossi), “oncolisi” (lisi delle cellule cancerose), ecc.

La presenza di una parete cellulare e di vacuoli protegge la cellula vegetale dalla citolisi. I vacuoli assorbono l’acqua in eccesso, spingendo la membrana cellulare contro la parete cellulare, che a sua volta esercita una controspinta nota come pressione di turgore. Così, la plasmolisi e la citolisi sono due condizioni opposte che si verificano rispettivamente in condizioni ipertoniche e ipotoniche.

Guarda questo video qui sotto per capire la rappresentazione figurativa del destino di una cellula in soluzioni ipertoniche e ipotoniche.

Esempi di soluzioni ipotoniche

In biologia, le soluzioni ipotoniche sono classificate con riferimento al siero del sangue. Per quanto riguarda il siero del sangue, le soluzioni che hanno un’osmolarità inferiore a 280 mOsm/litro sono definite soluzioni ipotoniche. La soluzione salina ipotonica cioè, cloruro di sodio allo 0,45% o cloruro di sodio allo 0,25% con o senza destrosio, soluzione di destrosio al 2,5%, ecc. sono alcuni degli esempi di soluzioni ipotoniche che sono ipotoniche rispetto al siero del sangue e sono usate come soluzioni ipotoniche endovenose.

L’acqua è una soluzione ipotonica? Anche se, ancora una volta, questo sarà soggettivo alla soluzione che viene confrontata. L’acqua è un solvente e l’acqua distillata purificata sarà sempre ipotonica rispetto alla soluzione acquosa di un soluto contenente qualsiasi quantità di soluto. L’acqua distillata purificata è priva di qualsiasi sostanza e quindi è considerata ipotonica rispetto a qualsiasi soluzione acquosa di un soluto.

Importanza biologica delle soluzioni ipotoniche

La tonicità è essenziale per mantenere i processi vitali. I protisti, come i parameci e le amebe, sono in grado di mantenere la struttura rigida grazie alla regolazione della tonicità, anche se non possiedono un citoscheletro o una parete cellulare. Questi protisti vivono generalmente in un ambiente ipotonico, e quindi si verifica un continuo afflusso di acqua. Per mantenere la struttura cellulare e prevenire la lisi cellulare, questi protisti hanno un organo specializzato noto come vacuoli contrattili che funzionano per accumulare un eccesso di acqua dalla cellula e alla fine gettare questa acqua in eccesso.

In un ambiente ipotonico l’afflusso continuo di acqua provoca la generazione di pressione di turgore nelle cellule vegetali. Le piante utilizzano questa pressione di turgore per fornire struttura e rigidità alla loro struttura.

Fungi (come i funghi) e piante regolano il loro ambiente per mantenere condizioni ipotoniche nella loro cellula. Come risultato dell’ambiente ipotonico, l’afflusso di acqua porterà alla generazione di una pressione di turgore. In questo modo, le cellule rimangono in condizione eretta, mantenendo la rigidità della loro struttura.

Le piante utilizzano anche questa pressione per trasportare l’acqua in tutto il loro corpo vegetale, cioè dalle radici al fusto superiore delle piante. Così, quando le piante non vengono annaffiate per molto tempo, si crea un ambiente ipertonico intorno a loro e perdono la pressione di turgore dando un aspetto appassito.

Nel bagnare nuovamente tali piante, la pressione di turgore si rigenera e le piante riacquistano la loro forma e struttura. Le zone paludose e le mangrovie hanno un ambiente altamente ipertonico a causa dell’alto contenuto di sale. Una pianta normale appassisce in queste condizioni ipertoniche estreme. Tuttavia, le piante che esistono in aree paludose, le mangrovie si sono adattate a creare una condizione citosolica ipertonica nelle loro cellule radicali. Così, un ambiente esterno ipotonico risultante intorno alle radici aiuta queste piante ad assorbire l’acqua dai dintorni.

Leggi: Regolazione dell’acqua delle piante (Tutorial)

Similmente, tutti gli animali acquatici che vivono in acqua di mare o in acqua dolce sono attrezzati per controllare l’effetto dell’osmosi attraverso un meccanismo noto come osmoregolazione. A causa di questa osmoregolazione, il contenuto di sale nell’acqua è fondamentale per la vita acquatica in qualsiasi corpo idrico. Le tartarughe marine si sono adattate a creare un ambiente interno ipertonico con l’aiuto di ghiandole saline. Come risultato dell’ambiente interno ipertonico, l’ambiente esterno diventa relativamente ipotonico per loro e quindi aiuta questi animali marini a sopravvivere anche in un ambiente altamente ipertonico.

Leggi: Regolazione dell’acqua degli animali (Tutorial)

La tonicità e il gradiente osmotico sono la ragione per cui i pesci d’acqua dolce non possono sopravvivere nell’acqua di mare e viceversa. L’acqua dolce è uno degli esempi di una soluzione ipotonica. Così, le cellule dei pesci d’acqua dolce hanno una concentrazione di sale più alta rispetto all’acqua del fiume o del lago circostante. Questi pesci si sono adattati e hanno sviluppato un sistema per eliminare continuamente l’acqua in eccesso dal loro corpo. Tuttavia, se i pesci d’acqua dolce sono esposti all’acqua di mare, i pesci d’acqua dolce avrebbero cellule ipotoniche rispetto all’ambiente ipertonico esterno. In tali condizioni, la rimozione dell’acqua dal loro corpo si verificherebbe e alla fine si disidraterebbero e morirebbero. Quindi, la fluttuazione del contenuto salino dell’acqua influenza drasticamente la popolazione di pesci in qualsiasi corpo idrico.

Medicamente, la perdita della quantità di sodio in eccesso rispetto alla perdita di acqua provoca una ridotta osmolarità del siero che porta a una condizione nota come disidratazione ipotonica (o iponatriemia). La ridotta osmolarità del siero provoca l’afflusso di acqua dallo spazio extracellulare allo spazio intracellulare, portando così al gonfiore cellulare e all’edema. Questo squilibrio di sodio porta alla manifestazione di sintomi neurologici come nausea, mal di testa, confusione, incoscienza, debolezza o scomparsa del riflesso tendineo, stupore e letargia che alla fine porta al coma e alla morte. È importante capire che la disidratazione ipotonica è in realtà gonfiore cellulare ed edema dovuto a un’eccessiva ritenzione idrica. Questa condizione può verificarsi a causa di un’eccessiva perdita di liquidi a causa di ferite o ustioni, diarrea cronica, malattia di Addison, acidosi tubulare renale, uso cronico di fluidi ipotonici per via endovenosa o soluzione fisiologica regolare nei pazienti, fibrosi cistica e uso cronico di diuretici. Come comunemente prescritto dai medici, il trattamento della disidratazione ipotonica viene iniziato con soluzione salina ipertonica al 3% o soluzione salina isotonica allo 0,9% (a seconda della cronicità della condizione) insieme al monitoraggio continuo dei livelli di sodio nel siero al fine di prevenire la mielinolisi.

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