Fisiología de la Excreción y la Osmorregulación

Presentación del tema: "Fisiología de la Excreción y la Osmorregulación"— Transcripción de la presentación:

1 Fisiología de la Excreción y la Osmorregulación
Universidad Nacional del Santa Facultad de Ciencias Departamento Académico de Biología y Microbiología Fisiología de la Excreción y la Osmorregulación Blga.Pesq. Eliana Zelada Mázmela Biol. Acuic. Carmen Yzásiga Barrera

2 Organos de Excreción H NH2- C – C00H R
Son los encargados de expulsar las sustancias que no son convenientes para el organismo: Catabolitos producto de las funciones metabólicas H NH2- C – C00H Se libera o transfiere a otra molécula para excretarlo o reutilizarlo, evitando sus efectos tóxicos Se oxidan a CO2 y agua R En muchos animales la excreción está relacionada con la osmorregulación Regulan el medio Interno

3 Clasificación: En la base de mecanismo funcional:
a) Vacuolas: Se encuentran en protozoarios ciliados marinos y de agua dulce, esponjas. Se llenan de un fluido claro hasta cierto volumen y luego es expulsado al exterior hipertónico hipotónico Expulsa agua, es hipertónica con respecto al medio, pero hipotónica con respecto al citoplasma

4 b) Túbulos de Malpighi: Presente en artrópodos terrestre, son unos tubos largos (de 2 a 150) que descansan en el hemocele, se abre en el intestino medio y su parte final en la sangre

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6 c) Protonefridio: Típicos órganos excretores en animales que carecen de su SC de alta presión y por lo tanto de la fuerza necesaria para la ultrafiltración. Típicos de platelmintos y de otros animales sin celoma. Son órganos excretores que constan de una serie de túbulos muy ramificados cuyos extremos internos terminan en una célula , célula flamígera (penacho de cilios) o solenocito (con flagelo) que se dirigen hacia la luz del túbulo. Las sustancias de desecho atraviesan las células flamígeras, penetran en los túbulos y son empujadas por el batido rítmico de los flagelos saliendo al exterior por los poros excretores. En el caso de los nemátodos presentan las células Renette

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8 d) Túbulos Excretores: Utilizan ultrafiltración, se encuentran en crustáceos, moluscos y vertebrados. Nefridia: Presente en invertebrados y cordados inferiores. Con dos aberturas: una se abre a la cavidad celómica tiene forma de embudo ciliado y se llama nefrostoma, el otro extremo se abre al exterior por un poro, el nefridioporo. El líquido que está en el celoma y que contiene los productos de desecho es recogido por los cilios del nefrostoma por un proceso de filtración, pasa a los túbulos, donde se reabsorben las sustancias que son útiles, los desechos salen al exterior por el nefridioporo. 

9 Moluscos: Está en íntima asociación con SC (lamelibranquios), es decir la ultrafiltración ocurre a través de las paredes del corazón y luego el filtrado u orina pasa a través de un par de ductos excretores: riñones, nefridia u órgano de Bojanus. Octopus usa corazones branquiales. Nefrones: Propio de los vertebrados, están constituyendo los riñones, los que varían de forma según el grupo taxonómico. Las unidades funcionales del riñón, distribuidas al azar. En peces están aislados de la cavidad del cuerpo, son largos y delgados. En los agua dulce hay mayor números de nefrones y de mayor tamaño con respecto al peso del cuerpo mucho menos 71 u u En mamíferos existen los corticales y yuxtamedulares

10 En mamíferos realiza otras funciones que en los vertebrados inferiores se comparten con órganos como la piel, vejiga urinaria de los anfibios, branquias, glándulas de la sal

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12 Glándulas Verdes: Son un par de glándulas, propias de los crustáceos, localizadas en la región de la cabeza y representa modificaciones de un sistema metanefridial primitivo. Sin embargo, éstos órganos son poco usados en la excreción, sino en la osmorregulación. Hay difusión a través de la branquias en la forma de amoníaco, algo de úrea y ácido úrico puede almacenarse en los cromatóforos blancos

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14 LABERINTO O CANAL NEFRIDIAL

15 Estructura de un nefrón:
Corpúsculo renal: Formado por glomérulo renal y Cápsula de Bowman. Es el sitio donde primariamente se forma la orina por ultrafiltración. El GR está formado por una trama de capilares provenientes de la arteriola renal aferente. Los capilares coalescen para formar la arteriola renal eferente que regresa la sangre a la circulación a través de la vena renal La CB viene a ser una capa de células epiteliales que presenta prolongaciones: podocitos Pared parietal Pared visceral

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17 Poros o fenestraciones de la superficie capilar
Estructura básica de la pared del capilar glomerular

18 b) Túbulos renales: Compuesto de varias regiones que pueden modificarse o estar ausente en varios vertebrados. - Túbulo Proximal: Es contorneado, formado por células epiteliales columnares con bordes que terminan en cepillo. En peces primitivos el nefrón sólo consiste de este segmento. Está en todos los vertebrados. - Segmento Recto:No hay células epiteliales columnares, lo que ocasiona una disminución del diámetro: 0,06 a 0,02. Pertenece al Asa de Henle, la que da una vuelta en U en la zona medular del riñón y asciende nuevamente hasta cerca del corpúsculo. Distingue al riñón de mamíferos, pobremente desarrollado en aves, ausente en el resto. - Túbulo Distal: También tiene células columnares pero con poco cepillo. Termina en los túbulos colectores conducto colector uretra vejiga. Ausente en los peces marinos. En parte es una adaptación al medio dulceacuícola relacionado con la reabsorción de sales

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21 Funcionamiento glomerular: la orina es formada por ultrafiltración, luego se modifica por reabsorción y secreción Ultrafiltración: Ocurre de manera similar a la filtración en capilares. Depende: - Tamaño del lecho - Diferencia de presión hidrostática entre capilar y CB - Permeabilidad hidráulica del tejido dispuesto en tres capas que separa el capilar de la CB - Presión oncótica que se opone a la filtración El filtrado glomerular contiene en esencia todos los constituyentes de la sangre, excepto células sanguíneas y proteínas, es decir se extrae del 15 al 25% del agua y solutos del plasma. La pared capilar glomerular crea una barrera para aquellas fuerzas que favorecen y se oponen al paso del filtrado Fuerzas que favorecen: Presión hidrostática en el capilar y presión oncótica en la CB = 0 (porque CHON no pasan)

22 Pf = Phc – (Poc + Phf ) Pf = 45 mmHg – 10 mmHg – 15 = 15
Fuerzas que se oponen: Presión oncótica en el capilar y la presión hidrostática en la CB La Pf en cualquier punto del glomérulo está dado por: Pf = Phc – (Poc + Phf ) A medida que la sangre viaja por el glomérulo, va perdiendo agua la Poc se incrementa y disminuye la Phc , lo que ocasiona que la presión de filtración neta tiende a disminuir a lo largo de la cama capilar: Pf = 45 mmHg – 10 mmHg – 15 = 15 = 00 Coeficiente de ultrafiltración que depende de la sustancia: permeabiliad de la barrera de filtración y el área de superficie accesible para la filtración TFG = Pfx . Kf Las sustancias con un diámetro de 8 nm o más no son filtradas. La velocidad de filtración es dependiente de la carga de la sustancia, siendo las catiónicas las favorecidas > neutras > aniónicas

23 La filtración no es sin embargo un requerimiento para que un riñón sea considerado eficiente en vertebrados. Hay evidencia de riñones aglomerulares en algunos grupos, donde es necesario el aporte de sangre a través del SPR que proporcione un aporte sanguíneo adecuado a los túbulos para que los desechos sean extraídos rápidamente. b) Secreción y Reabsorción: En el filtrado existen sustancias que no pueden ser excretadas por lo que deben ser reabsorbidas, mientras hay otras que no han sido totalmente filtradas o han fluido hacia los fluidos peritubulares y deben ser secretadas. La mayor reabsorción se da en el túbulo proximal: glucosa, vitaminas, AA, agua, CHON menores. Cada sustancia parece tener su propio sistema de transporte: transporte máximo cantidad de sustancia que puede ser transportada por las células endoteliales en un tiempo dado Clearance: Eficacia con la que una sustancia es eliminada por los riñones: glucosa = 0 Inulina = 100% CR = UV U =Conc. Sust. en orina P= Conc. Sust. en plasma (mg7ml) P V = Flujo de orina (ml/min)

24 TC: Permeable al agua, reabsorbe NaCl por transporte activo
Humano: 200 litros de filtrado/día ,5 L orina/día % 1800 g NaCl g % TCP: Reabsorbe activamente<. 67 % Na, pasivamente agua % del filtrado se reabsorbe antes de llegar al AH líquido isosmótico con la sangre y líquidos intersticiales RDAH: No transporte activo de sales, muy baja permeabilidad al NaCl y úrea; muy permeable al agua RAAH: No activo en el transporte de sales, pero muy permeable al Na y Cl. Baja permeabilidad a úrea y agua. RAAHGruesa: Presenta transporte activo de Na y Cl y permeabilidad muy baja al agua. Hace que el líquido que llega l túbulo colector sea hiposmótico. TCD: Se secreta K, H y NH3 y se reabsorbe Na, Cl y HCO3 pero al líquido intersticial, saliendo pasivamente agua TC: Permeable al agua, reabsorbe NaCl por transporte activo

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26 La TFG es constante en mamíferos superiores
La TFG es constante en mamíferos superiores. En mamíferos inferiores varía gradualmente y puede hasta detenerse (anfibios). El FSR no se puede determinar en vertebrados inferiores ya que tienen doble circulación renal: Vía la arteria renal y Vía la circulación portal El asa de Henle regula la concentración urinaria. ADH regula la concentración de H2O. También se reabsorbe H2O en la parte final del intestino (llegando a la cloaca) Los elasmobranquios son los únicos que reabsorben úrea.

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29 Desechos Nitrogenados
Amoníaco (NH3): Sustancia que se produce por desaminación oxidativa e hidrolítica de AA. Soluble en agua, difusible, tóxica. Mamíferos: < 0,001 – 0,003 mg/100ml En anfibios, peces y reptiles, > que en mamíferos pero < 0,1 mg/100ml Se libera rápidamente usando mucha agua o se vuelve en una sustancia menos tóxica. En algunos organismos participa como buffer Acido glutámico NH se elimina en riñón Si pH: se incrementa la cantidad de N amídico de glutamina y NH3 Si pH disminuye la cantidad de esas sustancias. En peces no hay glutaminasa renal sino branquial, al igual que en crustáceos

30 Diagrama de la excreción de NH3 en la acidificación de la orina
Luz túbulo célula tubular Na Na+ sangre NaCl Na+ Na+ HCO3 H H H2 CO3 HCO3 H+ NH3 NH3 glutamato glutamina glutamina Diagrama de la excreción de NH3 en la acidificación de la orina

31 Urea: Es menos tóxica y algo más soluble que NH3
Se forma a partir de NH3 a través del ciclo de la ornitina en el hígado. Es el principal producto de desecho de los elasmobranquios, los cuales lo retienen en un 90% a través del riñón, con papel osmorregulador. Los eurihalinos retienen menos úrea, con desconocimiento de los mecanismos involucrados. En Raja se ha encontrado un RNAm para transportador de úrea En embriones de truchas se ha encontrado dos genes que permiten que hasta 80 días post fertilización excreten más úrea que adultos. Acido úrico: Presente en aves, reptiles, algunos insectos y caracoles. Se forma a partir del NH3 , es poco tóxico y poco soluble. Pudiendo almacenarse o excretarse en forma cristalina. TMO: Producto de desecho de peces marinos y otros cuyo alimento contiene trimetilamina. Se almacena en los músculos Creatina y creatinina: La creatina se excreta como tal o como creatinina. Purinas: La pueden excretar como tal u oxidada

32 Desechos nitrogenados

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34 Degradación de purinas en ácido úrico

35 Regulación de la Función Renal
Es a través de control hormonal, nervioso o una combinación de ambos. Se incluye la regulación de la TFG, tasa de reabsorción de sales de la luz tubular y tasa de reabsorción de agua a partir de la preorina. Control de la TFG: Es dependiente de la tasa de perfusión de los capilares glomerulares, que dependen del grado de constricción de las arteriolas renales, las que están bajo control del SNS: Moderado: Constricción de arterias aferentes Fuerte: Constricción de arterias eferentes El SNS inerva el AYG: mácula densa (tejido extratubular cercano al glomérulo), receptores especializados y células secretoras que rodean un segmento de la arteriola aferente en estrecho contacto con el túbulo distal. El estímulo es una disminución de la presión y mucha pérdida de Na por la orina. En vertebrados inferiores el control de la TFG se emplea para resistir los cambios de estrés osmótico. La trucha en agua dulce tiene una TFG más alta que en agua salada por este sistema.

36 Aparato Yuxtaglomerular

37 Circuito de retroalimentación renina - angiotensina
sensible a la concentración osmótica sensible a la pérdida de presión. Estimulado por SNS Circuito de retroalimentación renina - angiotensina

38 CONTROL DE LA ALDOSTERONA
VM = 40’-120’ VM = 1’-3’

39 b) Control de la reabsorción tubular de Na: Se da por angiotensina II que causa en la corteza la liberación de aldosterona que incrementa la reabsorción de sodio c) Control en la reabsorción de agua: Cuando se incrementa la osmolaridad, debido principalmente al incremento de sodio en sangre o por pérdida de agua, la hipófisis secreta ADH

40 Autorregulación: Se da en el sentido de que los cambios en la presión sanguínea arterial causa sólo pequeños transtornos en la TFG y flujo sanguíneo renal, que se presenta aún si el riñón está desnervado.

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42 El riñón de los anfibios también funciona mayormente como un dispositivo para excretar exceso de agua, ya que la piel es muy permeable al ingreso de agua por ósmosis. Pero como viven parte de su tiempo en tierra, también tienen que conservar el agua. Los sapos ajustan el contenido de agua por variación en la TFG. Cuando la sangre que fluye a través del glomérulo está restringida, el sistema porta renal está presente para sacar los materiales reabsorbidos o que son necesarios secretar a través de los túbulos. Los sapos son también capaces de usar el agua de su vejiga urinaria para ayudar a la conservación del agua: When in water, the frog's bladder quickly fills up with a hypotonic urine. On land, this water is reabsorbed into the blood helping to replace water lost through evaporation through the skin. The reabsorption is controlled by a hormone similar to mammalian ADH.

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45 Como quiera que la mayoría de reptiles viven en ambientes secos, han desarrollado la habilidad para eliminar sus desechos nitrogenados como uric acid, el que siendo poco soluble puede ser excretado usando poco agua Así, se encuentra nefronas con glomérulos pequeños, pocos en número y algunos no lo tienen. Como la filtración no es suficiente, el ácido úrico es secretado a través de los túbulos y es enviado al interior de la cloaca. Mucha de la humedad es reabsorbida in the cloaca. Emptying the cloaca deposits feces (brown) and uric acid (a white paste). (The cloaca is a chamber through which the feces and the gametes, as well as urine, pass on the way to the outside. The name comes from the Latin word for sewer.) These water conservation mechanisms can allow the reptile to forgo drinking water. The water content of its food plus the water produced by cellular respiration is usually sufficient.

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47 El riñón es una formación pardo-negruzca que se extiende en la parte superior del abdomen desde la cabeza hasta el ano, hacia ventral de la columna vertebral y dorsal de la vejiga gaseosa. En algunos peces, como en la trucha, al principio es un órgano par y luego, en el adulto, se transforma en impar. Es el principal filtro del organismo. Filtra la sangre a través de los glomérulos y la conduce por tubos a conductos pares, los uréteres, que la llevan a la vejiga que se encuentra por encima del ano. El conducto de la vejiga vierte a través de la abertura urogenital, que sirve también para la expulsión de las ovas Los peces tienen la capacidad para regenerar las nefrones que se pierden por injurias

48 Osmorregulación Agua Moléculas inorgánicas Maquinaria macromolecular
Regulación iónica La capacidad de sobrevivir en un medio osmótico desfavorable se ha desarrollado en los grupos animales más avanzados por el desarrollo de un evolucionados medio interno estable que actúa amortiguando los efectos del medio ambiente sobre los tejidos del cuerpo

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50 ¿ Por qué se osmorregula ?

51 Organos osmorreguladores en teleósteos
Organos osmorreguladores en teleósteos. El epitelio branquial y opercular (1) es el principal lugar para el intercambio iónico. El tracto digestivo (2) es importante para la captación de iones y de agua. El riñón (3) funciona principalmente para eliminar el exceso de agua, aunque también existen captación/eliminación de iones. En algunas especies la vejiga urinaria puede ser importante para el balance de agua y/o iones.

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53 - Osomoconformes y Osmoreguladores Hiporeguladores e Hipereguladores
BALANCE OSMÓTICO - Osomoconformes y Osmoreguladores Hiporeguladores e Hipereguladores Órganos Excretores producen orina: 1. Isosmótica  A, B 2. Hiposmótica  A, B, C 3. Hiperosmótica  A, B, C, D Estructuras: A. Filtro B. Tubo corto (reabsorción y secreción) C. Tubo largo (reabsorción, secreción y retención de H2O) D. Tubos largos en contracorriente

54 Animales acuáticos pueden ser: 1. Osmoconformes
2. Osmoreguladores: Hiporeguladores Hipereguladores Poco tolerantes a los cambios de salinidad: STENOHALINOS Muy tolerantes a los cambios de salinidad: EURYHALINOS

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56 secreción de glándula rectal
OSMOCONFORMES LEC: urea = 1000 mOsm/L H2O NaCl y H2O Orina hipertónica, secreción de glándula rectal Habitat: Agua de mar (1000 mOsm/L)

57 Mamífero: asa asc.de Henle
Tiburón/Raya: glan.rectal

58 Habitat: Agua de mar o estuario.
OSMOCONFORMES Habitat: Agua de mar o estuario. La concentración osmótica total de sus fluidos es igual al agua que los rodea, pero no así la composición iónica. Invertebrados: Tipos de Riñón: Protonefridio, Metanefridio o Nefridio. Órgano Regulador: Superficie corporal o branquias. Vertebrados: Estructuras del riñón: Glomérulos, TCP y TCD. Regulan la [solutos] y el volumen. Excretan H2O. Absorben úrea. Órgano Regulador: Glándula Rectal excreta NaCl (elasmobranquios). Superficie corporal (anfibios).

59 Marine fishes face just the opposite problem from that of freshwater fishes. The salt content of sea water (~3%) is so hypertonic to that of their extracellular fluid that they are in continual danger of dehydration. The two major groups of marine fishes have solved this dilemma differently. Peces cartilaginosos Sharks, skates, and rays have developed high levels of urea in their blood. Shark's blood may contain 2,5% urea in contrast to the 0, % in other vertebrates. This high level makes sharks blood isotonic to sea water, so the shark lives in osmotic balance with its environment and has a kidney that functions like ours (with the exception that far more urea is reabsorbed in the shark's tubules than in ours).

60 Son hiposmóticos respecto a su medio y pierden H2O constantemente.
HIPOOSMOREGULADORES Habitat: Agua de mar. Son hiposmóticos respecto a su medio y pierden H2O constantemente. Invertebrados: Estructura del Riñón: 1. Crustáceos: Glándula verde regula [solutos] y volumen 2. Insectos: Túbulos de Malpighi e intestino regulan la [solutos] y el volumen. Excretan N2. Órgano Regulador: 1. Crustáceos: Branquias regulan la exc. de NaCl y N2 2. Insectos: No presentan.

61 HIPOOSMOREGULADORES: peces de agua de mar
(células de cloro) NaCl LEC: 300 mOsm/L H2O NaCl Y H2O Poca orina hipotónica o isotónica Riñones poco activos 5 a 33L H2O Habitat: Agua de mar (1000 mOsm/L)

62 Vertebrados: HIPOOSMOREGULADORES Estructuras del riñón:
1. Peces Teleosteos: Glomérulo y TCP. 2. Reptiles: Glomérulo, TCP y TCD. Excretan Ác. Úrico. 3. Mamíferos: Tienen todas las estructuras y excretan N2. Órgano Regulador: 1. Peces Teleostos: Branquias regulan excreción de NaCl y N2. Orina isotónica. 2. Reptiles: Glándula de la sal regula la excreción de NaCl. 3. Mamíferos: No presentan órgano regulador. Orina es hipertónica.

63 HIPEROSMOREGULADORES
Vertebrados: Estructuras del riñón: 1. Peces Teleosteos y elasmobranquios: Glomérulo, TCP y TCD. 2. Anfibios y reptiles: Glomérulo, TCP y TCD. 3. Mamíferos: Presentan todas las esctructuras. Órgano Regulador: 1. Peces Teleosteos y elasmobranquios regulan NaCl y excretan N2 por branquias. Orina es hipotónica. 2. Anfibios y reptiles: Superficie corporal regula NaCl 3. Mamíferos: No presentan.

64 HIPEROSMOREGULADORES
Habitad: Agua dulce. Son hiperosmóticos respecto a su medio, lo que genera un flujo de agua hacia el interior del animal. Invertebrados: Estructuras del riñón: 1. Crustáceos y Moluscos: Glándula verde. 2. Insectos: Tubos de Malpighi e intestino. Órgano Regulador: 1. Crustáceos y Moluscos: Superficie corporal, branquias. 2. Insectos: Papila anal regula absorción de NaCl.

65 HIPEROSMOREGULADORES: peces de agua dulce
(células de cloro) NaCl LEC: 300 mOsm/L H2O alimento Orina diluída Riñones muy activos H2O Habitat: Agua Dulce (1-10 mOsm/L)

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70 La branquia es un órgano que posee diferentes funciones: intercambio gaseoso, osmorregulación, excreción de productos nitrogenados, equilibrio ácido-base, etc. El epitelio branquial presenta dos tipos celulares básicos: a) células epiteliales o pavimentosas: presentan escaso grosor y están adaptadas para facilitar el intercambio gaseoso con el medio. Igualmente parecen jugar un papel importante en la excreción de residuos nitrogenados y en el equilibrio ácido-base. A nivel osmorregulador, se ha demostrado en ambientes hipoosmóticos una función de estas células en la captación de Cl-. b) células de Keys-Willmer (ionocitos o células de cloruro). Están relacionadas con la excreción/captación de iones monovalentes (Na+ y Cl-), así como en la captación de iones Ca++. Se localizan en el epitelio de los filamentos branquiales, en la base de las lamelas. En algunas especies, como Fundulus heteroclitus, también son abundantes en el epitelio opercular (40000 células/cm2). Se caracterizan por su gran tamaño, abundantes mitocondrias, profundas invaginaciones de las membranas basal/lateral y por la posesión de una caveola apical. Basalmente contactan con vasos sanguíneos y apicalmente con el agua de mar.

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74 INTERCAMBIOS BRANQUIALES Y SISTEMA ADRENÉRGICO
AGUA DULCE MEDIO INTERNO NH HCO3- Na+ H+ HCO3- Cl- H+ + Acidosis - - + Alcalosis

75 FUNCIONES BRANQUIALES Y SISTEMA ADRENÉRGICO
En situaciones de estres la Adrenalina: - Aumenta el transporte Na+/NH4+ en lamelas secundarias (respiración). Vía Recep . Adrenérgicos (excreción) - Disminuye flujo de Na+ y de Cl- vía Recep. - Adrenérgicos en lamelas primarias (ósmosis)  Favorece la respiración y excreción por encima de la regulación osmótica.

76 Intercambios branquiales
Teleosteos en agua salada Teleosteos en agua dulce Transición a agua salada. Cortisol y prolactina

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79 AVES MARINAS: Las aves marinas obtienen el H2O de los alimentos y con ellos grandes cantidades de sal. La sal no la eliminan toda por los riñones, el exceso es eliminado por glándulas de sal que desembocan en la cavidad nasal, ocular o bucal. Estas producen un fluido muy concentrado en NaCl.

80 Sistemas Reguladores Piel de sapo Glándula de sal:Reptiles/Aves

81 Glándula de sal: Sist. Contra-corriente

82 Excresión de Na por la glándula de sal
Vol

83 Control nervioso y endocrino de la Glándula de Sal
(parasimpático y suprarenal)

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86 Marine fish have body fluids more dilute than seawater.
Fish live in natural waters ranging from nearly pure to hypersaline pools where the water is so dense that they have difficulty in swimming below the surface.    Fish skin is impermeable, but they have a large gas exchange surface (gill and oral membrane). In addition, some water will be swallowed during feeding.    Marine fish have body fluids more dilute than seawater.    Therefore, in the sea most fish tend to lose water across permeable surfaces and gain ions.    In contrast, in fresh water fish have body fluids more concentrated than fresh water.    Thus, fish lose salt and take up water through the gills.    It is remarkable that the osmoregulatory mechanism for coping with these opposite problems can be switched by some fishes as they migrate between the sea and the fresh water.    Many nitrogenous wastes of fishes pass through the kidneys that also assist in water-salt balance or hemeostasis.    The kidney also help by excretion or retention of certain minerals.    The gills also take a prominent part in waste excretion, eliminating mainly ammonia.    Fish Kidneys:

87 Structure of fish kidney:
   The typical fish kidney is made up of many individual units or nephrons.    Nephron means renal corpuscle plus kidney tubules.    Renal corpuscle consists of glomerulus plus blood vessels tightly coiled afferent and efferent arterioles encapsulated by thin kidney cells (Bowman's capsule).    Kidney tubules join in collecting ducts that finally lead to the outside through the mesonephtic duct.

88 Marine bony fishes have solved the problem differently
Marine bony fishes have solved the problem differently. They do lose water continuously but replace it by drinking sea water and then desalting it. The salt is returned to the sea by active transport at the gills. Living in constant danger of dehydration by the hypertonic sea, there is no reason to pump out large amounts of nephric filtrate at the glomerulus. The less water placed in the tubules, the less that has to be reabsorbed. So it is not surprising that many bony fishes have small glomeruli and some have no glomeruli at all (see figure). With a reduction in the filtration-reabsorption mechanism, the marine bony fishes rely more on tubular secretion for eliminating excess or waste solutes. Tubular secretion requires a good blood supply to the tubules. Lacking efficient glomeruli, the renal portal system must carry most of the burden.

89 Fresh Water Fish:    The osmotic pressure of body fluids depends on their mineral and organic compound content.    In all fresh water fish, this pressure is higher than that of surrounding water.    Thus, there is tendency for water to diffuse into the animal wherever there is water-permeable membrane (gills, oral membranes, intestinal surfaces).    Fish skin and its mucus greatly reduce water permeability; however, small amount of water enters through the skin in fish.    To cope with the steady inflow of water resulting from the differences in tonicity (osmolarity) between internal and external media, fresh water fish produce highly diluted urine that is hypotonic    Lampreys produce 15 to 36% of body weight urine    Osteichthyes produce 5 to 12% of body weight urine.

90 Osmotic pressure of seawater is higher than inside of the fish.
Marine Fish:    Osmotic pressure of seawater is higher than inside of the fish.    Thus, marine fish have tendency to lose water and gain ions.    Marine fish usually concentrate salt in their blood and they get rid of the excess salt through glands in the gills.    Some marine fish concentrate the urea in their body to increase the internal osmotic pressure to reach the same (or higher) than the outside pressure in order to maintain equilibrium between inside and outside fluids.    Some bony fish have less permeable epithelium in the gills, so they raise their blood urea to reach osmotic pressure close to the seawater.    Most marine fish do keep the nitrogenous waste to increase the blood pressure and maintain body fluids and do not dry.    Marine fish swallow the seawater and absorb it in the digestive tract. Excess minerals will diffuse out through gills, or as urine or solid wastes.    Marine fish drink more water and urinate less than freshwater fish.    Marine fish increase their blood osmolarity to avoid freezing in cold areas.    Fish that migrate between salt and fresh water have adapted special mechanism to facilitate the change in osmolarity in the new environment.

91 Osmoregulation: Depend mainly on: Ion regulation Water regulation
   The regulation of both water and ions is through several organs and systems.    In addition to the water physical properties, which play important role in osmoregulation.    Gills: Study chloride cells (rich in mitochondria) and how they help in osmoregulation? The gills contain active transport through Na+/K+ ATPase pump and Ca++/Mg++ ATPase These pumps help to get rid of NaCl    Intestine The intestinal cells depend on Na+/K+ ATPase which help in water absorption.    Kidneys In marine fish, the kidney has to produce less filtrate and less urine. Thus less Na+/K+ ATPase activity.    Hormonal regulation:    Thyroid hormones: Both T4 (thyroxin) and T3 (tri-iodothyronin) increased in marine fish than fresh water fish    Pituitary ACTH (Adreno corticotrophic hormone) In case of stress (increase environmental salt concentration), ACTH will increase and thus cortisol or corticosterone will increase. This will activate the Na+/K+ ATPase pump and finally increase the osmoregulation.    Pituitary Arginin vasotocin Increase the hormone production will increase the kidney function and thus the water retention.    Prolactin (PRL): Increase salt concentration in water will stimulate prolactin increase. Increase prolactin will result in increase in plasma Na+ and Cl-.    Growth hormone (GH) and sex steroids: Increase GH will increase fish growth and thus salt tolerance. Testosterone is known to reduce Na+/K+ ATPase and thus reduce salt tolerance. This explain why females are more tolerant to high salt concentrations than males.    Luetinizing hormone (LH) Reduction in LH levels will increachloride cells and thus increase in Ca++/Mg++ ATPase. This will result in increasing plasma Ca++ concentrations.    Physical properties of water    Heavy metals Metals such as copper, cadmium, lead, or zinc will reduce Na+/K+ ATPase and consequently reduce fish adaptation to high salt causing fish death.    Low pH and water acidity Reduction in pH and increasing water acidity will reduce the Na+/K+ ATPase and thus less ionic tolerance causing fish death.    Temperature Low temprature will reduce the enzymatic activity of Na+/K+ ATPase as well as the fish adaptation to high salt concentrations and finally fish death                                                                                                                          Fish Course outline | Previous Lecture | Next Lecture