Osmoregulacja – na czym polega i co warto o niej wiedzieć?

Osmoregulacja to zespół procesów biologicznych, których istotą jest regulacja stężeń i objętości związków organicznych oraz elektrolitów wchodzących w skład płynów ustrojowych. Jej celem jest zachowanie homeostazy wodno-elektrolitowej, to jest utrzymanie odpowiedniego stężenia osmotycznego płynów.

Zjawisko to warunkuje utrzymanie na stałym poziomie, mimo zmian w środowisku zewnętrznym, składu i ciśnienia osmotycznego płynów ustrojowych. To ważne, ponieważ warunkiem prawidłowego funkcjonowania organizmu jest zarówno zachowanie stałego składu oraz objętości płynów ustrojowych, jak również wydalanie końcowych produktów przemiany materii i związków chemicznych, które występują w nadmiarze.

Osmoregulacja opiera się na osmozie. To proces, który wykorzystują wszystkie organizmy żywe – zarówno ryby, zwierzęta, jak i komórki ludzkie. Jego celem jest utrzymanie równowagi wodnej i prawidłowego stężenia elektrolitów, co chroni płyny ustrojowe przed zbyt dużym rozcieńczeniem lub zbyt dużym stężeniem.

Zjawisko osmozy wykorzystuje naturalne właściwości półprzepuszczalnej błony biologicznej, dzięki której dochodzi do rozdzielenia się dwóch roztworów o różnych stężeniach. Polega na przenikaniu wody z roztworu o niższym stężeniu (hipotoniczny) do roztworu o stężeniu wyższym (hipertoniczy). Dzięki temu dochodzi do wyrównania się stężeń różnych roztworów. W roztworze hipotonicznym jest dużo wody, a mało substancji rozpuszczonych. Z kolei w roztworze hipertonicznym odwrotnie: jest mniej wody, a więcej substancji rozpuszczonych.

Osmoza zachodzi w kierunku od roztworu hipotonicznego do hipertonicznego. O równowadze osmotycznej mówi się, gdy roztwory pomiędzy błoną biologiczną mają takie same stężenia (obydwa są izotoniczne względem siebie).

W ciekawy sposób przebiega osmoregulacja u ryb, zarówno słonowodnych, jak i słodkowodnych. Ryby słodkowodne żyją w środowisku hipotonicznym w stosunku do ich płynów ustrojowych.

Oznacza to, że wewnątrz ich ciał stężenie soli jest wyższe niż na zewnątrz. Jak radzą sobie z szybką utratą soli mineralnych? Okazuje się, że:

• wydalają duże ilości bardzo rozcieńczonego moczu,
• woda wnika przez skórę na zasadzie różnicy stężeń (nie piją wody),
• aktywnie pobierają sole mineralne przez skrzela w celu uzupełnienia strat soli mineralnych.

Z kolei ryby morskie są narażone na szybką utratę wody z organizmu, ponieważ w przeciwieństwie do ryb słodkowodnych, bytują w wodach o cechach hipertonicznych. Oznacza to, że żyją w środowisku hipertonicznym: na zewnątrz jest więcej soli niż wewnątrz organizmu. Woda z ich organizmów ucieka na drodze osmozy.

Jak można się domyślać osmoregulacja w ich przypadku odbywa się w sposób odwrotny do ryb słodkowodnych. Ryby słonowodne:

• wydalają niedużo moczu,
• braki wody uzupełniają poprzez picie morskiej wody, co wpływa na wrost stężenia soli,
• nadmiar soli jest usuwany z organizmu przez komórki solne w skrzelach. Skrzela wychwytują sól i usuwają ją na zewnątrz.

Zwierzęta lądowe, zwłaszcza żyjące w środowiskach suchych, są narażone na utratę wody. U gadów i ptaków zjawisko minimalizuje obecność zrogowaciałego naskórka i wytwarzanie kwasu moczowego.

Ssaki, zwłaszcza gatunki pustynne, radzą sobie przy pomocy mechanizmów termoregulacji oraz możliwości zagęszczania moczu.

U większości zwierząt wykształciły się narządy wydalnicze umożliwiające usunięcie zbędnych i szkodliwych produktów przemiany związków azotowych. Odpowiadają one także za osmoregulację. U kręgowców są nimi nerki, choć w wydalaniu uczestniczą też inne narządy i układy. Na przykład przez płuca usuwany jest dwutlenek węgla i para wodna, poprzez układ pokarmowy usuwane są barwniki żółciowe, a przez skórę u człowieka i innych ssaków wydalana jest woda, sole mineralne i związki azotowe. Mechanizmy te są bardzo ważne, ponieważ gospodarka wodno-elektrolitowa powiązana z procesami wydalania zapewnia utrzymanie homeostazy wodnej i jonowej organizmu.