miniaturadeimagen|La bomba de sodio-potasio, una enzima fundamental para regular los niveles de sodio y potasio en las células de animales.
Los iones de sodio (Na^+ ) son necesarios en pequeñas cantidades para algunos tipos de plantas, pero el sodio como nutriente es más generalmente necesario en mayores cantidades para los animales, debido a que lo utilizan para la generación de impulsos nerviosos, para el mantenimiento del equilibrio de electrolitos y de fluidos, y para la actividad cardíaca y ciertas funciones metabólicas. Los efectos de la sal sobre la salud reflejan lo que ocurre cuando el cuerpo tiene demasiado o muy poco sodio.
Las concentraciones características de sodio en los organismos modelo son: 10 mM en E. coli, 30 mM en la levadura en ciernes, 10 mM en las células de mamíferos y 100 mM en el plasma sanguíneo humano. Este gradiente de concentración (mucho más sodio fuera de la célula que dentro) es esencial para la función de la bomba sodio-potasio y la generación de potenciales de membrana.
Funciones biológicas generales El sodio es el principal catión (ion positivo) de los fluidos extracelulares en animales y humanos. Estos fluidos, como el plasma sanguíneo y los fluidos extracelulares de otros tejidos, bañan las células y realizan funciones de transporte de nutrientes y desechos. El sodio también es el principal catión del agua de mar, aunque su concentración es aproximadamente 3.8 veces superior a la de los fluidos corporales extracelulares.
Las funciones principales del sodio en los sistemas biológicos incluyen:
Mantenimiento del potencial de membrana: el gradiente electroquímico de sodio a través de la membrana celular es fundamental para la excitabilidad neuronal y muscular. Regulación del volumen celular: el sodio es el principal determinante de la osmolaridad extracelular. Transporte de nutrientes: el gradiente de sodio impulsa el transporte secundario activo de glucosa, aminoácidos y otros nutrientes (cotransporte sodio-glucosa, etc.). Señalización celular: la entrada de sodio puede actuar como señal en diversos procesos celulares. Regulación del pH: los intercambiadores sodio-hidrógeno (NHE) participan en la homeostasis del pH intracelular.
Distribución del sodio en las especies Humanos Las necesidades fisiológicas mínimas de sodio oscilan entre 115 y 500 miligramos al día, dependiendo de la sudoración debida a la actividad física y de la adaptación de la persona al clima. El cloruro de sodio (sal común) es la principal fuente de sodio en la dieta, y se utiliza como condimento y conservante, por ejemplo para el encurtido y la cecina; la mayor parte del sodio en las dietas occidentales procede de alimentos procesados.
La ingesta adecuada de sodio para adultos es de 1.2 a 1.5 gramos por día, según el Instituto de Medicina de EE. UU. Sin embargo, en Estados Unidos se consumen de media 3.4 gramos diarios, una cantidad que en individuos susceptibles puede favorecer la hipertensión. La ingesta máxima tolerable de sodio se ha fijado en 2.3 gramos por día (equivalente a aproximadamente 5.9 gramos de sal de mesa, o una cucharadita).La sal de mesa contiene aproximadamente un 39.3% de sodio en masa. Véase: General, Organic, and Biochemistry: An Applied Approach y Table Salt Conversion.
Niveles séricos y desequilibrios Los niveles normales de sodio sérico en humanos están entre aproximadamente 135 y 145 mEq/litro (135-145 mmol/L). El sodio sérico está estrictamente regulado por mecanismos homeostáticos que involucran la sed, la hormona antidiurética (ADH) y el sistema renina-angiotensina-aldosterona.
Hiponatremia (Na^+ sérico < 135 mEq/L): indica un exceso relativo de agua corporal. Puede ser causada por ingestión excesiva de agua, secreción inadecuada de ADH (SIADH), insuficiencia cardíaca, cirrosis o enfermedad renal. Se considera grave cuando el nivel está por debajo de 125 mEq/L y puede producir edema cerebral, confusión, convulsiones y coma.
Hipernatremia (Na^+ sérico > 145 mEq/L): indica un déficit relativo de agua corporal. Es común en estados de deshidratación severa (diarrea, vómitos, sudoración excesiva, diabetes insípida). Los síntomas incluyen sed intensa, debilidad, confusión y, en casos graves, hemorragia cerebral.
El sistema renina-angiotensina-aldosterona (RAAS) y el péptido natriurético auricular (ANP) regulan indirectamente la cantidad de sodio excretado por el riñón, controlando así el volumen sanguíneo y la presión arterial.
Sodio y función nerviosa El movimiento de iones de sodio a través de la membrana de las células nerviosas es fundamental para la generación y propagación de los potenciales de acción. Las neuronas y las células musculares poseen canales de sodio dependientes de voltaje que se abren en respuesta a la despolarización, permitiendo la entrada masiva de Na^+ y la inversión del potencial de membrana. Este gradiente electroquímico es mantenido por la bomba Na^+ /K^+ -ATPasa, que bombea activamente 3 iones Na^+ fuera de la célula y 2 iones K^+ hacia adentro por cada molécula de ATP hidrolizada.
Se sabe que los canales de sodio son menos selectivos que los de potasio. Algunas potentes neurotoxinas, como la batracotoxina (de las ranas dardo), la tetrodotoxina (del pez globo) y la saxitoxina (de las mareas rojas), bloquean o modifican la función de los canales de sodio, causando una despolarización masiva e irreversible de las membranas con consecuencias potencialmente mortales (parálisis, paro respiratorio). Por el contrario, fármacos como los anestésicos locales (lidocaína) y algunos anticonvulsivantes (fenitoína) actúan bloqueando los canales de sodio de forma más selectiva.
Otros animales Dado que solo algunas plantas necesitan sodio y en pequeñas cantidades, una dieta completamente basada en plantas generalmente es muy baja en sodio. Esto requiere que muchos herbívoros (como ciervos, vacas y elefantes) obtengan su sodio de lamederos de sal, aguas minerales u otras fuentes. Los animales carnívoros obtienen sodio de la carne y la sangre de sus presas.
Los iones de sodio juegan un papel diverso e importante en todos los animales, actuando para regular la volemia, la presión sanguínea, la presión osmótica y el pH. En los animales marinos, el sodio es el principal catión del agua de mar y de sus fluidos extracelulares, lo que reduce la necesidad de una regulación osmótica activa.
Plantas En las plantas C4, el sodio es un micronutriente que ayuda al metabolismo, concretamente a la regeneración del fosfoenolpiruvato (que participa en la biosíntesis de varios compuestos aromáticos y en la fijación del carbono) y a la síntesis de la clorofila. En otras plantas, el sodio puede sustituir al potasio en algunas funciones, como el mantenimiento de la presión de turgencia y la ayuda en la apertura y el cierre de los estomas.
Sin embargo, el exceso de sodio en el suelo (salinidad) es tóxico para la mayoría de las plantas. El sodio en exceso limita la captación de agua debido a la disminución del potencial hídrico del suelo (estrés osmótico), lo que puede dar lugar a la marchitez. Concentraciones elevadas de sodio en el citoplasma pueden inhibir directamente la actividad de muchas enzimas, causando necrosis y clorosis.
Para evitar estos problemas, las plantas han desarrollado diversos mecanismos de tolerancia a la sal, que incluyen: Limitación de la captación de sodio por las raíces. Transporte activo de sodio a las vacuolas celulares (compartimentalización), donde no daña el metabolismo citosólico. Síntesis de solutos compatibles (como prolina y glicina betaína) para equilibrar el potencial osmótico. Control a larga distancia del transporte de sodio a través del xilema y floema. El exceso de sodio también puede almacenarse en tejidos vegetales viejos (hojas senescentes), limitando el daño al nuevo crecimiento.
Regulación del sodio en humanos El cuerpo humano mantiene la homeostasis del sodio mediante un sistema complejo que involucra: electronic-book
Riñones: son los principales reguladores de la excreción de sodio. Ajustan la reabsorción de sodio en los túbulos renales en respuesta a la aldosterona (que aumenta la reabsorción) y al péptido natriurético auricular (ANP, que aumenta la excreción). Sistema renina-angiotensina-aldosterona (RAAS): detecta la disminución de la presión arterial o la concentración de sodio y activa la liberación de renina, que finalmente produce angiotensina II y aldosterona, aumentando la retención de sodio. Hormona antidiurética (ADH o vasopresina): regula la reabsorción de agua en los riñones, lo que afecta indirectamente la concentración de sodio. Hipotálamo: los osmorreceptores hipotalámicos detectan la osmolaridad plasmática (determinada principalmente por el sodio) e inducen la sed y la liberación de ADH cuando la osmolaridad aumenta.
Sodio urinario y balance hídrico El sodio excretado en la orina (sodio urinario) refleja la ingesta y la regulación renal. Los diuréticos que actúan sobre el túbulo renal (como la furosemida o los tiazídicos) aumentan la excreción de sodio y, con ella, la pérdida de agua corporal. La monitorización del sodio urinario es útil en el manejo de pacientes con insuficiencia cardíaca, enfermedad renal o hipertensión.
En condiciones normales, el riñón puede ajustar la excreción de sodio desde menos de 1 mEq/día hasta más de 400 mEq/día, permitiendo una amplia adaptación a la ingesta dietética.
Véase también El potasio en la biología – descripción de la función del elemento como micronutriente mineral esencial Magnesio en biología Calcio en biología El yodo en la biología Homeostasis Bomba sodio-potasio Canal de sodio Electrolito
Notas
Referencias
Enlaces externos Brooks/Cole Publishers – Animación de la bomba de sodio y potasio (archivado, en inglés) Oregon State University – Linus Pauling Institute: Micronutrient Information Center – Potassium (en inglés) American Heart Association: How much sodium should I eat per day? (en inglés)
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