12.2: Desencadenar la conducta de beber - Sed osmométrica y volumétrica

Objetivos de aprendizaje

1. Discutir el papel de los solutos en la determinación del movimiento del agua en el cuerpo.
2. Distinguir entre fluido intracelular y extracelular.
3. Comparar y contrastar la sed osmométrica y volumétrica.

Visión general

Al hablar de sed, estamos hablando no sólo de agua en el cuerpo, sino también del soluto principal (sustancia disuelta) que encontramos en esta agua, sal o cloruro de sodio (NaCl). La regulación del agua corporal es necesariamente impactada por las sustancias que se disuelven en esa agua. La sed es una señal para el cuerpo de que ha habido una pérdida de líquido o, más específicamente, un desequilibrio de líquidos. Alrededor de 2/3 del agua del cuerpo está dentro de las células o intracelular. El agua extracelular consiste en líquido intersticial (las células de baño líquido), líquido cefalorraquídeo y plasma sanguíneo (intravascular).

Debido a que efectivamente tenemos dos lugares donde se encuentra agua, tenemos dos sistemas para monitorear los niveles de líquidos del cuerpo, y una variedad de formas de inducir sed, así como diferentes tipos de sed. Además, el apetito por la sal se asocia necesariamente con una forma de sed ya que la necesidad creada por la pérdida de líquidos requiere tanto de sal como de agua para restaurar la homeostasis. Un sistema se enfoca en los niveles de líquido intracelular y desencadena sed osmométrica. El otro monitorea los niveles extracelulares -más específicamente, plasma o volumen sanguíneo- y desencadena la sed volumétrica. La sed volumétrica se asocia con una necesidad tanto de sal como de agua.

Volumen de fluido intracelular

El volumen de líquido intracelular es controlado por la concentración de solutos en el líquido intersticial (el líquido fuera de las células). En circunstancias normales, el fluido exterior y dentro de la célula es isotónico (la concentración de solutos es igual). Sin embargo, si la concentración de soluto se incrementa en el líquido intersticial (por ingestión de solutos o pérdida de agua), el agua saldrá de la célula por el proceso de ósmosis. La ósmosis es simplemente el movimiento del agua de un área de baja concentración de soluto a un área de alta, el agua se moverá según sea necesario para igualar la concentración de soluto. Si el líquido intersticial (el líquido fuera de la célula) es hipertónico (si tiene una mayor concentración de soluto), el agua saldrá de la célula. Si el líquido intersticial es hipotónico, el agua ingresará a la célula. Ambas condiciones pueden ser peligrosas, alterando la función neuronal normal. Cuando existe una diferencia entre la concentración de soluto del líquido intersticial y el fluido intracelular, el movimiento del agua por ósmosis provoca cambios en el volumen intracelular.

Generalmente, no hay necesidad de regular el volumen del líquido intersticial, aunque sí regulamos su tonicidad (concentración de soluto) a través de sus efectos sobre el volumen de líquido intracelular. Más específicamente, monitoreamos el movimiento del agua.

Volumen plasmático (extracelular)

El otro compartimento de fluidos importante y estrechamente regulado es el plasma sanguíneo. Si hay una pérdida de volumen plasmático (hipovolemia), esto puede perjudicar el funcionamiento del corazón. Si aumenta, puede haber un aumento peligroso en la presión arterial. Si la hipovolemia es lo suficientemente grave el corazón ya no puede bombear de manera efectiva. El sistema vascular puede corregir la pérdida de volumen, pero sólo dentro de un rango limitado.

Dos Variables, Dos Mecanismos Regulatorios

Para mantener un equilibrio óptimo de fluidos, se monitorean las dos variables:

• Movimiento del agua (intracelular)
• Volumen plasmático (extracelular)

Como se están monitoreando dos variables, habrá dos mecanismos regulatorios diferentes que subyacen a la sed. El monitoreo de los niveles de líquidos está ligado al monitoreo de los niveles de sodio. Existen dos mecanismos para hacer frente a una necesidad de líquido y sal o sodio: vemos mecanismos tanto fisiológicos como conductuales para hacer frente a una necesidad de agua y sal:

• Fisiológicamente - En el riñón se puede modificar la excreción (pérdida) de agua y sal. Y las alteraciones en la frecuencia cardíaca y la presión arterial también pueden compensar las pérdidas.
• Conductual - ingerir agua y sal

¿Cuál es el papel de los riñones y cómo se regula la actividad renal? Normalmente, ingerimos mucha más sal y agua de la que necesitamos y lo que no necesitamos se excreta. La sangre es esencialmente filtrada por los riñones. Las unidades funcionales de los riñones, las nefronas, extraen líquido de la sangre y lo transportan (recogen en) el uréter. Desde el uréter, la orina pasa a la vejiga urinaria donde se almacena la orina.

Como se discutió en la sección anterior, dos hormonas están involucradas en la excreción de sodio y agua por el riñón - ambas señales hormonales aumentan la retención:

• La aldosterona es secretada por la corteza suprarrenal.
• La vasopresina (Hormona Anti Diurética o ADH) es secretada por la hipófisis posterior, pero producida por el hipotálamo. Los dos nombres por los que se conoce a esta hormona reflejan dos aspectos de sus efectos, la “vasopresina” es una referencia a su capacidad para provocar la contracción de los vasos sanguíneos mientras que la ADH refleja su papel en la prevención de la excreción.

¿Qué pasa sin la vasopresina? No se retiene agua. Sin vasopresina la diabetes insípida se desarrolla conduciendo a una pérdida excesiva de agua y aumento de la sed. Por cierto, el término diabetes insípida significa literalmente “un paso insípido”. La orina está tan diluida, tiene poco sabor. Se trata, como cabría esperar, con vasopresina, en forma de aerosol nasal. La diabetes de la que más comúnmente oyes (debido a la falta o insensibilidad a la insulina) es técnicamente la diabetes mellitus. Diabetes, de nuevo, significa “pasar”. Mellitus significa “dulce” ya que la orina del diabético sería dulce con glucosa no utilizada.

Sed osmométrica - Detectando el movimiento del agua fuera de las células

Entonces, podemos beber para reponer el líquido perdido y la función del riñón puede conservar o permitir que se pierdan líquidos. Como tenemos dos variables que estamos monitoreando, tenemos dos tipos diferentes de sed. La sed osmométrica deriva su nombre de la palabra ósmosis. La sed osmométrica se desencadena por la pérdida de volumen de las reservas de líquido intracelular. Esta forma de sed se produce cuando se incrementa la concentración de soluto o tonicidad del compartimento intersticial (el líquido fuera de la célula), haciendo que el agua salga de la célula. Detectores, osmorreceptores, detectan la pérdida de agua. Curiosamente, es más que solo el cambio en la concentración de soluto lo que desencadena esta forma de sed. Es el efecto real de este cambio sobre el agua en el fluido intracelular. Si el agua no sale de la celda, el consumo no aumentará. Si la concentración de solutos intersticiales se incrementa con algo que pasa a la célula -por lo que las concentraciones de solutos extracelulares e intracelulares permanecen isotónicas y no hay movimiento neto de agua- no se activará el consumo de agua. En otras palabras, no son solo los cambios en la concentración de soluto los que se detectan, es la pérdida de agua del compartimento intracelular lo que importa. Un aumento en la ingesta de líquidos solo se observa cuando hay un aumento en la concentración de soluto intersticial que resulta en el movimiento del agua fuera de las células. El movimiento del agua fuera de las células (deshidratación celular) desencadena sed osmométrica.

¿Dónde se detecta este cambio? ¿Dónde están los osmorreceptores? Podemos encontrar indicios de esto observando los efectos de diversos solutos sobre la sed.

Si se inyecta urea, se incrementa la concentración de soluto extracelular. La urea sí pasa a las células, pero solo cruza lentamente la barrera hematoencefálica. En otras palabras, no hay movimiento de agua en las células del cuerpo, pero a medida que hayas aumentado la concentración de soluto fuera del cerebro, habrá un movimiento neto de agua fuera del cerebro. No es sorprendente que incluso una disminución leve y temporal en la concentración de líquido intracelular del cerebro dé como resultado sed. También tiene sentido que los osmorreceptores se encuentren en el cerebro ya que el cerebro necesita ser protegido de los cambios y es el cerebro el que desencadena el comportamiento. Una forma más simple (y menos perturbadora) de demostrarlo es inyectando solución salina hipertónica directamente en el cerebro. Los osmorreceptores pueden clasificarse como osmorreceptores centrales o periféricos en función de su ubicación. Los receptores centrales están presentes principalmente en el hipotálamo anterior, incluyendo el órganum vasculosum laminae terminalis (OVLT) y el órgano subfórnico (SFO) (Danziger & Zeidel, 2015; Xu et al., 2000; Muhsin & Mount, 2016). Estas células receptoras centrales han respondido a cambios osmóticos y son sensibles a la angiotensina II (Bichet, 2012; Benarroch, 2011). Algunas neuronas SFO/OVLT también reciben señales de barorreceptores arteriales periféricos. Así, las neuronas SFO/OVLT perciben osmolalidad plasmática, volumen y presión para controlar la sed. Estas células se despolarizan debido al aumento de la concentración de Na+, contracción celular, angiotensina II o presión de succión negativa, y descarga de espigas neuronales, que posteriormente inician la sensación de sed o la liberación de arginina vasopresina (AVP) o ambas (Muhsin & Mount, 2016; Gizowski & Bourque, 2018).

Uno de los órganos receptores centrales, SFO, tiene dos tipos distintos de neuronas con acciones opuestas. Una población glutamatérgica (SFO-GLUT) que promueve la sed y la ingesta de sodio, y una población GABAérgica (SFO-GABA) que inhibe la sed (Zimmerman, Leib, & Knight, 2017). El correcto funcionamiento agonístico y antagónico de estas células mantiene el nivel óptimo de hidratación. Como la SFO tiene acceso a la sangre sistémica, tiene una superficie ependimal marcadamente diferente con una apariencia aplanada, carece de recuento normal de cilios y tiene uniones estrechas entre las células adyacentes. Estas características ayudan a bloquear la difusión de sustancias a través del parénquima SFO hacia el tercer ventrículo. Esta peculiar posición de las células SFO es adecuada para detectar componentes tanto plasmáticos como de LCR (Hiyama & Noda, 2016).

El OVLT, el otro receptor central, está cerca del núcleo preóptico mediano. Los receptores periféricos que están presentes dentro del tracto gastrointestinal superior y sistema venoso portal también detectan cambios en la concentración de soluto y volumen sanguíneo a través de un tipo específico de receptor (Danziger & Zeidel, 2015; Xu et al., 2000; Muhsin & Mount, 2016; Xu et al., 2000). Actúan como centro suplementario de osmorregulación además de los osmorreceptores centrales (Muhsin & Mount, 2016).

Sed Volumétrica (Hipovolémica) - Detectando Pérdida de Sangre

La sed volumétrica se desencadena cuando hay una pérdida de volumen de las reservas de líquido extracelular. La sed volumétrica se desencadena por una disminución en el volumen sanguíneo denominada hipovolemia. La hipovolemia suele ir acompañada de una caída en la presión arterial (hipotensión). La hipovolemia y la hipotensión conducen finalmente a la producción de angiotensina II. Como se discutió en la última sección, se desencadena una cascada de eventos cuando los riñones detectan una disminución de la presión arterial y liberan la enzima renina. Esto activa el sistema renina-angiotensina-aldosterona. El angiotensinógeno, producido por el hígado, es actuado por la renina para producir angiotensina I, que luego se convierte en angiotensina II. La angiotensina II funciona como una hormona y luego provoca la liberación de la hormona aldosterona por la corteza suprarrenal, lo que resulta en una mayor reabsorción de sodio, retención de agua y un aumento de la presión arterial.

Pero, ¿cómo producimos la sed volumétrica experimentalmente? Obviamente, podríamos extraer sangre. Pero extraer un gran volumen de sangre crea otros problemas. Un mejor método es inyectar un coloide. Un coloide es una molécula grande que no puede cruzar las membranas celulares. Al colocar un coloide debajo de la piel o en la cavidad abdominal, el líquido extracelular se moverá fuera de los tejidos. A medida que disminuye el líquido intersticial, el líquido del plasma llena la vacante. Como consecuencia de la caída resultante en el volumen sanguíneo se libera vasopresina y el sujeto bebe. Los primeros estudios que utilizaron este procedimiento documentaron la presencia tanto de sed (Fitzsimons, 1961) como de apetito de sodio (Stricker & Wolf, 1966) como lo indica la ingestión de ambos. Un trabajo posterior (Stricker, 1981) exploró con mayor detalle los efectos del tratamiento con coloides tanto en el agua como en el consumo salino. El trabajo de Stricker exploró los efectos de diversas manipulaciones sobre la sed y el apetito de sodio, revelando que el apetito de sodio acompaña a la sed cuando se controla el sodio dietético. Es decir, estudios anteriores habían encontrado que existía un retraso en el apetito por el sodio que puede explicarse por el exceso de sodio que previamente se había ingerido. Las líneas de tiempo separadas asociadas con la sed y el apetito de sodio indican sistemas separados para detectar las necesidades de agua y sodio.

Después de la pérdida de líquido extracelular -pérdida de volumen plasmático- existe la necesidad tanto de sal como de agua. Ahora una rata beberá la solución salina que normalmente rechaza. Esto indica que existe un mecanismo para monitorear la concentración de sodio del organismo, para que se detecten las necesidades y luego se empleen mecanismos para satisfacerlas. A diferencia de la sed osmométrica, la sed volumétrica va acompañada de un apetito de sal.

La angiotensina II, el tercer “paso” en el que se activa el sistema renina-angiotensina-aldosterona, viaja a través del torrente sanguíneo y ejerce múltiples efectos.

• La angiotensina II actúa en la corteza suprarrenal para estimular la secreción de aldosterona.
• La angiotensina II actúa en la hipófisis posterior para estimular la secreción de vasopresina (ADH).
• La angiotensina II actúa en los músculos de las arterias pequeñas para provocar contracción (aumento de la presión arterial).
• La angiotensina II desencadena la ingesta de alcohol y sal.

Aunque se cree que la angiotensina II produce sed y actúa sobre otros sitios cerebrales, no cruza la barrera hematoencefálica. Así, para provocar sed y otros efectos, la angiotensina II debe actuar en una parte del cerebro que carece de esta barrera. Esto es característico de los órganos circunventriculares, que incluye el órganum vasculosum laminae terminalis (OVLT) y el órgano subfornic (SFO) mencionado anteriormente. El órgano subfornico (SFO) parece ser el sitio en el que actúa la angiotensina II para causar sed volumétrica.

Evidencia del papel de la SFO en la ingestión de agua:

• Dosis muy bajas de angiotensina II en la SFO provocan consumo de alcohol.
• La ingesta inducida por angiotensina II se bloquea bloqueando los receptores de angiotensina II en la SFO.
• La estimulación eléctrica de la SFO produce consumo de alcohol.

Además, las neuronas en la SFO aumentan su actividad en respuesta a la angiotensina II, incluso cuando se cortan las conexiones neuronales, lo que demuestra que las neuronas están respondiendo a la AII.

El SFO tiene salidas a varias regiones cerebrales. Y estas conexiones median las respuestas endocrinas, autonómicas y conductuales asociadas con la sed. Está involucrado en varios de los efectos de AII. Cómo funcionan conjuntamente el SFO y la angiotensina II para producir todos los efectos asociados a la angiotensina II

• La secreción de aldosterona por el riñón es una respuesta directa a AII en el riñón. Los otros efectos de AII se inician en el cerebro.
• Los resultados endocrinos de la SFO se comunican con las regiones hipotalámicas controlando la liberación de vasopresina.
• Los resultados autonómicos de la SFO actúan sobre regiones hipotalámicas influyendo en la actividad del sistema nervioso autónomo.
• Los resultados conductuales de la SFO actúan sobre el prosencéfalo basal. Si se lesionan estas conexiones eferentes de la SFO, ya no vemos beber inducido por angiotensina II.

Entonces, hay receptores en el riñón que detectan cambios en el flujo sanguíneo. Hay un segundo conjunto de receptores volumétricos en el corazón. Estos son barorreceptores, son receptores de estiramiento que detectan la cantidad de sangre en las aurículas del corazón. Esta es la parte del corazón que está recibiendo sangre de las venas.

Bebida normal

Así como normalmente comemos más tiempo antes de que una necesidad fisiológica de combustible provocara el hambre, bebemos antes de que se detecten cambios en las reservas de líquidos del cuerpo. Al igual que con comer, hemos aprendido elementos de nuestro comportamiento de bebida. ¿Cuándo bebemos habitualmente? Normalmente, bebemos con las comidas. Si bien comer produce una necesidad de líquido, normalmente bebemos antes de que esa necesidad normalmente se detecte. Los alimentos en el sistema digestivo hacen que el agua se desvíe a estas áreas y los alimentos absorbidos aumentan la concentración de solutos en el plasma y producen sed osmométrica.

¿Por qué beben los animales antes de detectar una necesidad? Los animales en realidad aprenderán a beber más si su dieta se cambia de tal manera que necesitan beber más. Con una dieta alta en proteínas, se necesita más agua. Los animales aprenderán a beber más con una comida anticipándose a la necesidad.

¿Qué señales o causas beber con una comida? El movimiento del agua hacia el sistema digestivo produce hipovolemia. La hipovolemia provoca que los riñones secreten renina y se incrementen los niveles de AII. Durante una comida normal los niveles de renina en realidad se duplican. Si luego bloqueamos la producción de AII, veremos una disminución en el consumo de alcohol con una comida.

Resumen

Para mantener un adecuado equilibrio de fluidos, se monitorean los niveles de fluidos intracelulares y extracelulares. La sed intracelular u osmométrica se desencadena cuando el agua sale de las células. En contraste, la sed extracelular y el apetito por la sal se desencadena cuando la pérdida de volumen sanguíneo crea una necesidad de sal y agua.

Atribuciones

“Sed osmométrica - Detectando el movimiento del agua fuera de las células” adaptado de Koshy, R. & Jamil, R. (2021). Fisiología, Osmoreceptores. En: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2022 Ene-. Disponible en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK557510/ (CC BY)

Referencias

Leib, D. E., Zimmerman, C. A., & Knight, Z. A. (2016). Sed. Biología actual: CB, 26 (24), R1260—R1265. https://doi.org/10.1016/j.cub.2016.11.019

Stricker E. M. (1981). Sed y apetito de sodio después del tratamiento con coloides en ratas. Revista de psicología comparada y fisiológica, 95 (1), 1—25. https://doi.org/10.1037/h0077764