Citologia

El mantenimiento del volumen celular es un proceso extremadamente complejo y de importancia fundamental para los organismos. En general, las células mantienen un volumen constante y sólo en ciertas especies, y bajo determinadas condiciones fisiológicas, se observan variaciones de volumen que deben ser corregidas para no sufrir trastornos patológicos irreversibles.

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Eritrocitos aumentados mil veces.

En patología, el trastorno del volumen celular puede jugar un papel muy importante y conducir a consecuencias funestas.

De todos modos, en algunos invertebrados existe tolerancia, dentro de cierto límites, a los cambios de volumen celular (con posterior retorno al volumen normal) que les sirve de estrategia de supervivencia. El estudio de estos animales inferiores ha permitido arrojar luz sobre algunos de los fenómenos osmóticos involucrados en la regulación iónica e hídrica del medio intracelular.

Cuatro son los principios fundamentales que determinan el volumen celular:

1. El equilibrio osmótico o termodinámico del agua a ambos lados de la membrana celular. En otras palabras, ausencia de tendencia del agua a migrar a través de la membrana celular.

2. Los productos de las concentraciones de los iones positivos (cationes) y negativos (aniones) son iguales a ambos lados de la membrana celular: el llamado equilibrio de Donnan.

3. Mantenimiento obligatorio de la electroneutralidad a ambos lados de la membrana, idéntico número de aniones y cationes a cada lado de la membrana.

4. La diferencia de presión hidrostática, entre el interior y el exterior celular, es despreciable en las células animales debido a que sus membranas son fácilmente distensibles y no son capaces de mantener diferencia de presión.

Las cuatro circunstancias antes mencionadas muestran una tendencia permanente al hinchamiento celular (aumento de volumen), por acumulación en éstas de líquido extracelular, a pesar de la isoosmoticidad (o igualdad de concentración) de los medios intracelular y extracelular.

Esto significa que el mantenimiento del volumen celular, aun en soluciones isoosmóticas con el medio intracelular, requiere un gasto continuo de energía. Por otra parte, muchos tipos de células estarían provistos de complejos mecanismos de regulación de su volumen, al variarse la osmolaridad del medio externo.

La necesidad de mantener el equilibrio termodinámico del agua a ambos lados de la membrana conduce a variaciones del volumen celular. Cualquier cambio de concentración de soluto a uno de los lados de la membrana, modificará la concentración de agua que migrará hasta restablecer la igualdad de concentración a ambos lados de la membrana. Hay situaciones en que esto es imposible y la migración de agua no se puede detener lo que lleva a la consecuente destrucción de la célula.

Ver: PSU: Biología; Pregunta 08_2010.

Regulación del volumen celular

Como vimos anteriormente, las células mantienen un volumen constante por la isoosmoticidad (igualdad de concentración) de las soluciones a ambos lados de la membrana celular, a pesar de que el interior celular es rico en potasio y pobre en sodio, contrariamente al medio extracelular.

También vimos varios de los elementos que participan en la determinación del volumen de cualquier célula. La mayoría de las células de cualquier mamífero son fácilmente distensibles. En ellas, el agua se encuentra en equilibrio termodinámico a través de la membrana celular, por lo tanto, el contenido de solutos de la célula es el que, en definitiva, determina el volumen celular.

Dentro de la célula existen dos clases de solutos. Primero, aquellos que no sufren un significativo transporte a través de la membrana celular: macromoléculas aniónicas como las proteínas, enzimas y otras.

El segundo grupo de solutos intracelulares es aquel capaz de movilizarse dentro y fuera de la célula: Na, K, aminoácidos, glucosa y otras moléculas pequeñas.

Por lo tanto, la capacidad de la célula para regular su contenido de solutos depende de lo que llamamos mecanismo de regulación del volumen celular.

El contenido celular de solutos requiere un balance de sus componentes para mantener el equilibrio. La mayoría de las células presentan una bomba denominada Na-K-Atp’asa (también conocida como bomba fuga o bomba de sodio potasio) la cual permite la salida de iones Na desde el citoplasma y, simultáneamente, acumula iones K en el citoplasma.

Las membranas celulares tienen una permeabilidad limitada para muchos iones.

El equilibrio de las concentraciones intracelulares depende de la energía metabólica consumida por la bomba iónica y del sodio y cloruro extracelulares. Ese equilibrio del medio intracelular explica también el comportamiento osmótico de las células: las variaciones de volumen de éstas son inversamente proporcionales a las de las concentraciones del medio extracelular.

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Oocito humano rodeado por células más pequeñas en un folículo ovárico.

Tamaño, forma y función

El tamaño y la forma de las células depende de sus elementos más periféricos (por ejemplo, la pared, si la hubiere) y de su andamiaje interno (es decir, el citoesqueleto). Además, la competencia por el espacio tisular provoca una morfología característica: por ejemplo, las células vegetales, poliédricas in vivo, tienden a ser esféricas in vitro. Incluso pueden existir parámetros químicos sencillos, como los gradientes de concentración de una sal, que determinen la aparición de una forma compleja.

En cuanto al tamaño, la mayoría de las células son microscópicas; es decir, no son observables a simple vista. A pesar de ser muy pequeñas (un milímetro cúbico de sangre puede contener unos cinco millones de células), el tamaño de las células es extremadamente variable.

La célula más pequeña observada, en condiciones normales, corresponde a Mycoplasma genitalium, de 0,2 mμ (milimicras) , encontrándose cerca del límite teórico de 0,17 mμ. Existen bacterias con 1 y 2 mμ de longitud.

Las células humanas son muy variables en tamaño: hay hematíes de 7 micras, hepatocitos con 20 micras,espermatozoides de 53 mμ, óvulos de 150 mμ e, incluso, algunas neuronas con longitudes cercanas al metro.

En las células vegetales los granos de polen pueden llegar a medir de 200 a 300 mμ y algunos huevos de aves pueden alcanzar entre 1 cm (codorniz) y 7 cm (avestruz) de diámetro.

Para la

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