La fisiología hidrosalina y la renal están íntimamente relacionadas en los animales, y son claves para el buen desenvolvimiento de estos, especialmente en medio acuáticos. En este sentido, se presenta el estudio in silico de los procesos de difusión ocurridos a nivel del tegumento de vertebrados e invertebrados acuáticos sometidos a agua salada y agua dulce. Para esto se empleó el software PhysioEx 6.0, el cual permitió registrar las velocidades de difusión promedio de NaCl entre el plasma y el medio exterior acuoso. Se determinó que en vertebrados, la velocidad promedio de difusión es mayor que la basal cuando se someten a agua salada, mientras que esta es menor cuando se someten a agua dulce. Por el contrario, en invertebrados acuáticos la velocidad de difusión es siempre más baja tanto en agua salada como en dulces respecto de la basal, pero esta es particularmente muy baja en el agua salada.

Por otra parte, se describe el proceso de determinación del efecto que tienen las hormonas ADH y aldosterona, y el gradiente de solutos sobre la formación de orina. Siendo en ADH la hormona que más disminuye los volúmenes de orina obtenidos. Finalmente, también se describe el efecto del aumento de la presión sanguínea y el cambio en el diámetro de la arteriola aferente, sobre la tasa de filtración glomerular, la presión glomerular y la cantidad de orina formada.

Cada célula de los animales está rodeada por una membrana plasmática que la aísla del medio exterior de manera selectiva, siendo permeable a iones, líquido, gases y otras sustancias en forma diferencial. Esto lo logran mediante cambios en la composición lipídica y proteica de la membrana, tales que permiten la entrada y salida específica de sustancia gaseosas de pequeño tamaño, iones, y otras moléculas orgánicas grandes como azucares (Campbell et al., 2016).

Así, el paso espontáneo de moléculas desde un fluido con mayor concentración hacia uno de menor concentración a través de una membrana biológica se denomina difusión simple. En algunos casos las sustancias que por su naturaleza química y tamaño no permean fácilmente las membranas lo hacen a través de canales proteicos (tipo proteínas integrales), en un proceso llamado difusión facilitada. Por su parte, cuando la permeabilidad de la membrana a iones, y otras sustancias es muy limitada, el agua del fluido es la que permea a través de la membrana siguiendo también un gradiente, de un área de mayor concentración de agua (menor de solutos) a una de menor concentración (mayor de solutos), fenómeno conocido como ósmosis (Lodish et al., 2016).

En vista del aislamiento físico parcial de las células (y por tanto de los tejidos), los animales han desarrollado distintas estrategias para regular la pérdida o ganancia de agua, iones y otras sustancias hacia y desde el medio en el que se desenvuelven. En este sentido, uno de los mecanismos existentes es la regulación osmótica u osmorregulación, que consiste en el mantenimiento de presiones osmóticas (presión creada en el área hacia la que se desplazó el agua después de la ósmosis) constantes en el plasma sanguíneo, de manera tal que se haga factible la pérdida, ganancia o mantenimiento de agua e iones en los fluidos corporales (Hill et al., 2012). En el caso de organismos acuáticos cuyos tegumentos se encuentran constantemente expuestos a las condiciones osmóticas del agua, mayormente debido a la necesidad de respirar, la tarea de controlar la tasa a la que se dan los procesos de ósmosis y difusión es fundamental (Peterson et al., 2006).

Es por esto que han desarrollado tegumentos que son permeables en mayor o menor medida al agua y a los solutos en esta, en conjunto con sistemas que desechen el exceso de iones y agua como el sistema excretor y renal respectivamente. Si bien existe la osmorregulación, algunos animales, como la mayoría de los invertebrados marinos, varían su presión osmótica en el plasma en la misma proporción en la que el agua exterior lo hace, siendo denominados conformistas osmóticos (Hill et al., 2012).

En virtud de lo antes expuesto, se presenta el estudio in silico de los procesos de difusión que ocurren en el tegumento de vertebrados e invertebrados acuáticos ante las diferentes concentraciones de salinidad externas. De forma similar, se describe el funcionamiento del sistema renal en mamíferos mediante la evaluación del efecto de la vasoconstricción, vasodilatación, presión sanguínea, gradiente de solutos y la presencia de hormonas sobre la filtración glomerular y la formación de orina.

Todos los procedimientos se llevaron a cabo como se especifica en la “Guía de prácticas de fisiología animal” (Andara & Sánchez, 2016), mediante el uso del software simulador PhysioEx (Laboratory Experiments in Physiology).

En la Figura 1 se muestran las gráficas del cambio en las velocidades de difusión de NaCl en función del aumento del peso molecular límite (MWCO por Molecular Weight Cut Off) del poro de la membrana de diálisis empleada para simular el tegumento de animales vertebrados (Fig. 1a) e invertebrados marinos (Fig. 1b).

Se observó que la velocidad de difusión promedio del NaCl en los vertebrados marinos en condiciones basales fue menor que la obtenida en invertebrados. Por su parte, al someter al tratamiento con agua salada la velocidad de difusión aumentó en el caso de los vertebrados y disminuyó drásticamente en los invertebrados. Finalmente, al someter a agua dulce se observa una disminución leve de la velocidad de difusión respecto de la basal en ambos casos.

Los poros de las membranas no permitieron el paso del NaCl solo en 20 MWCO, de manera que el al aumentar el tamaño, el paso del NaCl y su velocidad se hacen independientes del tamaño del poro. Siendo esto así, la diferencia de velocidades promedio en los distintos casos se explica ya que la velocidad de difusión de un ión o sustancia a través de una membrana es proporcional a la magnitud del gradiente de concentración entre ambos lados de esta (Randall et al.,1999). De manera que mientras mayor sea el gradiente de concentración entre el plasma sanguíneo y el ambiente, mayor será la difusión observada, y la dirección de movimiento irá desde la zona más concentrada a la menos concentrada (Lodish et al., 2016). Así, el gradiente entre el plasma sanguíneo y el agua desionizada en vertebrados era menor en comparación con el de invertebrados, me manera que en el primero el proceso de difusión se daba más lento aun cuando el paso de los iones no se veía restringido por las membranas después de 50 MWCO.

Al tratar con agua salada, el NaCl tendió a salir con mayor velocidad en el tegumento de los vertebrados, ya que en estos la concentración de la sal es menor que en el agua salada o de mar mientras que en invertebrados cuyas concentraciones de NaCl internas eran muy similares a las del agua salada, la velocidad de difusión fue muy baja. Finalmente, al tratar con agua dulce cuyas concentraciones de NaCl son casi idénticas a las del agua desionizada, la gran velocidad de difusión observada en ambos casos se debió al amplio gradiente. Las diferencias entre vertebrados e invertebrados respecto a este último tratamiento, nuevamente se explican en función de la magnitud inicial del gradiente plasma-exterior.

A juzgar por los resultados, los tegumentos de los vertebrados e invertebrados deben encontrarse entre los 20 MWCO y los 50 MWCO ya que por debajo de esto no hay intercambio de iones y por encima la diferencia es despreciable, y se sabe que es necesaria cierta permeabilidad para la regulación hídrica, gaseosa y salina de los organismos (Hill et al., 2012). De manera que (1) es imposible que los tegumentos se aíslen por completo, pues limita la obtención de agua, sales y oxígeno y como consecuencia (2) siempre ocurrirán procesos de ósmosis y difusión en simultáneo, exigiendo entonces (3) que los organismos desarrollen mecanismos para regular las presiones osmóticas y el balance salino.

El primer mecanismo o barrera que se puede regular, es como se observó, la permeabilidad de las membranas que tienen contacto con el agua tanto a esta como a los iones o sales. Lo cual a nivel celular implica que: (1) existan zonas casi por completo impermeables, mediante el depósito de sustancias de esta naturaleza en las capas de tejido más externas, y (2) zonas que son más o menos permeables (como las branquias, que requieren serlo para captar oxigeno) en función del qué tan estrechamente unidas se encuentren las células de la epidermis, en función del número de transportadores pasivos o activos en la membrana, y en función de la proporción de lípidos con características polares y apolares encontrados en esta (Lodish et al., 2016; Hill et al., 2012).

En los experimentos realizados quedó además en evidencia que los animales invertebrados acuáticos (al menos los que coinciden con los valores salinos del plasma tomados como referencia) son hiperosmóticos respecto del agua dulce y aproximadamente isoosmóticos respecto al agua salada. De manera que ganan agua por ósmosis y pierden sales en el agua dulce por difusión, y en agua salada tienden a ganar pocas sales y a perder poca agua. En función de esto, los invertebrados acuáticos en agua dulce tienden a generar grandes cantidades de orina hipoosmótica para eliminar el exceso de agua, y a tomar iones del medio a través de transporte activo y de la alimentación para compensar la pérdida por difusión (Hill et al., 2012). Por su parte, en agua salada los invertebrados marinos isoosmóticos o ligeramente hipoosmóticos no tienen que lidiar con problemas de desbalances salinos e hídricos, en especial si se trata de especies conformistas. En algunas especies reguladoras hipoosmóticas, se observa la producción de orina hiperosmótica respecto del plasma sanguíneo para eliminar iones, y la captación de agua al beberla (Hill et al., 2012).

Finalmente, se evidenció que los vertebrados (nuevamente, cuyos valores salinos en plasma coinciden con los tomados como referencia) son hipoosmóticos respecto al agua de salada e hiperosmóticos (pero en menor proporción que los invertebrados) respecto del agua dulce. De manera que tienden a perder agua y ganar iones en el agua de mar, y a ganar agua y perder iones en el agua dulce. En agua salada se sabe que algunos mecanismos son: (1) tomar agua del medio para reponer la pérdida, (2) absorción del agua del 70 al 80 % del agua a través de las paredes intestinales, (3) eliminación del exceso de sales por transporte activo a través del tegumento o branquias y (4) excreción del exceso de sales mediante producción de orina hiperosmótica (Willmer et al., 2005). En el caso de los vertebrados de agua dulce, estos presentan mecanismos similares a los antes mencionados para los invertebrados (Hill et al., 2012).

La tasa de filtración glomerular aumentó de manera casi proporcional con el incremento de la presión sanguínea (Fig. 2a), observando además un aumento lento de la producción de orina hasta por encima de los 200 mL. Por su parte, la presión glomerular fue aumentando ligeramente a medida que el radio de la arteriola aferente aumentaba (Fig. 2b), e igualmente lo hizo la cantidad de orina producida, que en un radio de 0,3 no se producía en lo absoluto.

Adicionalmente, se muestran las cantidades de orina formadas, en función de ambos parámetros.