Fisiologia Humana Stuart Ira Fox 13a ed booksmedicos PDF

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DECIMOTERCERA EDICIÓN Fisiología humana Stuart Ira Fox Pierce College Traducción: Bernardo Rivera Muñoz ERRNVPHGLFRVRUJ .­9*$0
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Description

DECIMOTERCERA EDICIÓN

Fisiología humana

Stuart Ira Fox Pierce College

Traducción: Bernardo Rivera Muñoz

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Director editorial: Javier de León Fraga Editor de desarrollo: Manuel Bernal Pérez Supervisor de producción: José Luis González Huerta

NOTA

La medicina es una ciencia en constante desarrollo. Conforme surjan nuevos conocimientos, se requerirán cambios de la terapéutica. El (los) autor(es) y los editores se han esforzado para que los cuadros de dosificación medicamentosa sean precisos y acordes con lo establecido en la fecha de publicación. Sin embargo, ante los posibles errores humanos y cambios en la medicina, ni los editores ni cualquier otra persona que haya participado en la preparación de la obra garantizan que la información contenida en ella sea precisa o completa, tampoco son responsables de errores u omisiones, ni de los resultados que con dicha información se obtengan. Convendría recurrir a otras fuentes de datos, por ejemplo, y de manera particular, habrá que consultar la hoja informativa que se adjunta con cada medicamento, para tener certeza de que la información de esta obra es precisa y no se han introducido cambios en la dosis recomendada o en las contraindicaciones para su administración. Esto es de particular importancia con respecto a fármacos nuevos o de uso no frecuente. También deberá consultarse a los laboratorios para recabar información sobre los valores normales.

FISIOLOGÍA HUMANA. Decimotercera edición Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio, sin autorización escrita del editor.

DERECHOS RESERVADOS © 2014, 2011, 2008, 2003, respecto a la cuarta edición en español por, McGRAW-HILL INTERAMERICANA EDITORES, S. A. de C. V. Prolongación Paseo de la Reforma 1015, Torre A, Piso 17, Col. Desarrollo Santa Fe, Delegación Álvaro Obregón C. P. 01376, México, D. F. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana Reg. Núm. 736 ISBN: 978-607-15-1151-5 Translated from the thirteenth English edition of: Human Physiology Copyright © 2013 by McGraw-Hill Companies, Inc. Previous editions © 2011, 2009 and 2008 All Rights Reserved ISBN: 978-0-07-340362-5 ARR 02/14 1234567890 Impreso en China

2356789014 Printed in China

Contenido resumido

1

Estudio de la función del cuerpo

2

Composición química del cuerpo

3

Estructura y control genético celulares

4 5 6 7 8

Enzimas y energía

1 24 50

88

Respiración y metabolismo celulares

106

Interacciones entre células y el ambiente extracelular 130 Sistema nervioso: Neuronas y sinapsis 162 Sistema nervioso central

13

Sangre, corazón y circulación

14

Gasto cardiaco, flujo sanguíneo y presión arterial 450

15

Sistema inmunitario

16

Fisiología respiratoria

17

Fisiología de los riñones

18

Sistema digestivo

19

Regulación del metabolismo

20

Reproducción

404

493 532 581

619 660

700

206 Apéndice

9 10 11 12

Sistema nervioso autónomo Fisiología sensorial

243

Respuestas a las preguntas de Pruebe su conocimiento

A-1

266

Glándulas endocrinas: Secreción y acción de hormonas 316 Músculo: Mecanismos de contracción y control neural 359

Glosario

G-1

Créditos

C-1

Índice alfabético

I-1

iii

Acerca del autor Stuart Ira Fox obtuvo un Ph.D. en fisiología humana en el Department of Physiology, School of Medicine, en la University of Southern California, después de obtener títulos en la University of California at Los Angeles (UCLA); la California State University, Los Angeles, y la UC Santa Barbara. Ha pasado la mayor parte de su vida profesional enseñando en el Los Angeles City College; la California State University, Northridge, y el Pierce College, donde ha ganado numerosos premios de enseñanza, incluso varias Golden Apples. Stuart ha escrito 38 ediciones de siete libros, que se usan en todo el mundo y se han traducido a varios idiomas. Cuando no está desempeñando actividades profesionales, le gusta el excursionismo, la pesca con mosca y el esquí de fondo en las montañas de Sierra Nevada.

Escribí la primera edición de Fisiología humana con la idea de proporcionar a mis estudiantes un libro de fácil lectura para apoyar el material de las conferencias y ayudarles a entender conceptos de fisiología que más tarde necesitarían en sus planes de estudios y sus profesiones de la salud. Este método resultó tener un gran atractivo, lo que me dio la oportunidad de perfeccionar el texto y actualizarlo con cada nueva edición. Escribir nuevas ediciones es una experiencia educativa desafiante y una actividad que me parece muy agradable. Si bien han ocurrido cambios en el entendimiento científico y las aplicaciones de conceptos fisiológicos, los estudiantes que usen esta decimotercera edición tienen las mismas necesidades que quienes utilizaron la primera, de modo que mis objetivos al escribir siguen siendo los mismos. Estoy agradecido por el privilegio de ser capaz de servir a los estudiantes y a sus instructores por medio de estas 13 ediciones de Fisiología humana. —Stuart Ira Fox

iv

• A mi esposa, Ellen; y a Laura, Eric, Kayleigh y Jacob Van Gilder, por todas las razones importantes.

•

Prefacio CARACTERÍSTICAS Portada La ilustración de la portada por William B. Westwood describe una batalla librada en múltiples frentes en respuesta a una invasión. Una astilla ha puncionado la piel y permitido la entrada de bacterias al tejido subyacente. Esto ha puesto en marcha muchos mecanismos de defensa para taponar el tejido y los vasos sanguíneos desgarrados, además de combatir las bacterias. Cuando se consideran los eventos fisiológicos implicados, la experiencia común de astillarse se aprecia correctamente como un verdadero drama. La astilla ha perforado la epidermis y la dermis de la piel, así como vasos sanguíneos en la dermis. Esto ha iniciado una cascada de reacciones que involucran plaquetas sanguíneas (esferas pequeñas de color canela) y factores de la coagulación que producen una red de proteínas de fibrina que forman un coágulo en la herida. Las bacterias (los Staphylococcus se muestran como agrupaciones parecidas a uvas de color púrpura y los Streptococcus como cadenas cortas de óvalos de color anaranjado-pardo) invaden el cuerpo a través de esta brecha en la barrera epidérmica. Los neutrófilos (las muchas células de color púrpura grandes cubiertas con abultamientos que representan microvellosidades) salen de vasos sanguíneos de pequeño calibre y entran a los tejidos circundantes junto con líquido, que causa hinchazón en el área. Los neutrófilos pueden “comer” bacterias mediante fagocitosis, como se muestra en esta ilustración por dos neutrófilos que están engullendo bacterias de estafilococos. Los neutrófilos también atrapan bacterias en NET (trampas extracelulares de neutrófilos) tipo red secretadas, y liberan enzimas y otras moléculas que matan bacterias. Los macrófagos (células verdes) también son fagocíticos y atrapan bacterias en sus extensiones de seudópodos filamentosos. Los linfocitos (otro tipo de leucocito que se representa aquí de color azul verdoso; se muestra uno en la posición de las 12:00 de la carátula del reloj) secretan anticuerpos, que son representados como moléculas de proteína en forma de Y amarillas. Los anticuerpos inician eventos que activan proteínas del complemento (esferas de color azul turquesa pequeñas) y que estimulan mastocitos (células grises)

para que liberen histamina (óvalos grises pequeños) y otros mediadores de inflamación. Los anticuerpos promueven la fagocitosis por neutrófilos y macrófagos, y proteínas del complemento ayudan a los anticuerpos a destruir células bacterianas. Todo esto no es sino una instantánea de eventos continuos que normalmente dan lugar a la erradicación de las bacterias y la curación de la herida. La experiencia común de astillarse y recuperarse de ello representa un ejemplo fino de homeostasis, de cómo mecanismos fisiológicos actúan para restablecer un estado de salud después de que se perturba el estado normal.

¿Qué distingue a este libro? El estudio de la fisiología humana proporciona el fundamento científico para el campo de la medicina y todas las otras profesiones relacionadas con la salud y el rendimiento físico del ser humano. Por ende, los temas incluidos en un curso de fisiología humana son de gran alcance, pero cada tema debe cubrirse con suficiente detalle como para proporcionar una base firme para expansión y aplicación futuras. embargo, el rigor de este curso no necesita “Sin disminuir la fascinación inicial del estudiante con la manera en que el cuerpo funciona. Por el contrario, un entendimiento básico de mecanismos fisiológicos puede inculcar una apreciación más profunda de la complejidad y la belleza del cuerpo humano, y motivar a los estudiantes a seguir aprendiendo más

”

—Stuart Fox

Fisiología humana, en su decimotercera edición, está escrita para el curso introductorio de fisiología humana para estudiantes de pregrado. Con base en la extensa experiencia del autor en la enseñanza de este curso, el marco del libro está diseñado para proporcionar aspectos básicos de biología y química (capítulos 2 a 5) antes de profundizar en procesos fisiológicos más complejos. Este método es apreciado tanto por instructores como por estudiantes; referencias específicas en capítulos posteriores dirigen a los lectores de regreso al material fundamental según se requiere, lo cual presenta un estudio independiente de la fisiología humana. Además de no presuponer la preparación de los estudiantes, este libro popular se conoce por su redacción clara y accesible, ilustraciones realistas y detalladas, e información clínica sin igual.

v

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Los estudiantes pueden navegar de manera directa del eBook de Connect al contenido de APR relacionado Esta herramienta tiene costo adicional. vii

VISITA GUIADA ¿Qué hace de este libro un líder en el mercado? Aplicaciones clínicas —¡ningún otro libro de fisiología humana tiene más! El marco de este libro está basado en integrar información pertinente en clínica con el conocimiento de los procesos fisiológicos del cuerpo; hay una cantidad abundante de ejemplos de esto en todo el libro. Por ejemplo, en una situación clínica se registra la actividad eléctrica del cuerpo: esto incluye potenciales de acción (sección 7.2); EEG (sección 8.2) y ECG (sección 13.5). También se registra la fuerza mecánica en contracciones musculares (sección 12.3). Se notan las mediciones de muchas sustancias químicas en el plasma sanguíneo para evaluar estados internos del organismo, entre ellas se incluyen mediciones de la glucosa en sangre (sección 1.2), la prueba de tolerancia a la glucosa por vía oral (sección 19.4) y mediciones del perfil de colesterol en sangre (sección 13.7). Se trata sólo de una muestra que el autor incluye centrada en las conexiones entre el estudio de la fisiología y la industria de la salud.

◀ La Investigación clínica que abre cada capítulo, así como las Investigación clínica

secciones de Pistas y Resumen, son estudios de caso diagnósticos que se encuentran en cada tema. Se dan pistas de principio a fin y el caso es resuelto y explicado al final del capítulo.

Tom es un varón de 77 años que fue llevado al hospital debido a dolor retroesternal intenso. También se quejó de dificultad para orinar y de presentar diarrea siempre que comía helado. Algunos de los términos y conceptos nuevos que encontrará en este capítulo son: • Isoenzimas • Creatina fosfocinasa y fosfatasa ácida da

▶

RESUMEN de investigación clínica

La fatiga acentuada a de Brenda después de los entrenamientos se rela relaciona en parte con el agotamiento de sus reservas y con la utilización extensa de metabolismo de glucógeno glucóg Los análisis de laboratorio mostraron concentraciones altas anaeróbic anaeróbico (con la producción consiguiente de ácido lácde fosfatasa ácida y creatina cinasa en el plasma de Tom. tico) para producir energía. La síntesis de grandes cantida• ¿Qué análisis de laboratorio podría relacionarse con ácido láctico durante el ejercicio causa su necesidad des de ác la dificultad de Tom para orinar? de oxígeno oxígen extra para metabolizar el ácido láctico tras el • Dado el dolor retroesternal de Tom, ¿hacia qué ejercicio (la ( deuda de oxígeno) —de ahí sus esfuerzos por enfermedad podría orientar su creatina fosfocinasa respirar y sus intentos por recobrar el aliento—. Comer más alta? carbohidr carbohidratos ayudaría a Brenda a mantener las reservas glucógeno en su hígado y sus músculos, y entrenar de de glucóg más gradual podría aumentar la capacidad de sus manera m músculos para obtener una proporción mayor de su energía por medio del metabolismo aeróbico, de modo que ella La sección de Investigación clínica ha sido mejorada con experimentaría menos dolor y fatiga. El dolor en los brazos y los hombros tal vez sea resulaún más evaluaciones clínicas disponibles en Connect. tado de la producción de ácido láctico por los músculos Estas investigaciones clínicas están escritas por el autor y esqueléticos que están haciendo ejercicio; sin embargo, son específicas para cada capítulo. Ofrecerán a los el dolor intenso en su región pectoral izquierda podría ser angina de pecho, causada por metabolismo anaeróbico estudiantes mucha información y razonamiento acerca de del corazón. Si éste es el caso, indicaría que el corazón se ese capítulo específico. hizo isquémico porque el flujo sanguíneo fue inadecuado para satisfacer las demandas impuestas sobre él. Deben efectuarse análisis de sangre para enzimas particulares liberadas por el músculo cardiaco dañado (capítulo 4) y un electrocardiograma (ECG).

PISTAS de investigación clínica

Vea las Investigaciones clínicas adicionales para el capítulo 5 sobre Enfermedad metabólica en el sitio de Connect para este libro en www.mhhe.com/fox13

viii

APLICACIÓN CLÍNICA

▶ Los recuadros de Aplicación clínica son ensayos profundos presentados en apartados que exponen temas importantes de interés clínico y son colocados en sitios clave en el capítulo para apoyar el material circundante. Los temas cubiertos comprenden enfermedades, investigación actual, farmacología y diversas enfermedades clínicas.

A P LI CAC I Ó N PA R A U N A BUENA FORMA FÍSICA

Cuando los tejidos quedan dañados como resultado de enfermedades, algunas de las células muertas se desintegran y liberan sus enzimas hacia la sangre. Casi ninguna de estas enzimas es activa en la sangre por falta de sus sustratos específicos, pero la actividad enzimática puede medirse en un tubo de ensayo mediante la adición de los sustratos apropiados a muestras de plasma. Desde el punto de vista clínico, esas mediciones son útiles porque las concentraciones plasmáticas anormalmente altas de enzimas particulares son características de ciertas enfermedades (cuadro 4-1).

◀ Los recuadros de Aplicación para una buena forma física

La ingestión de calorías excesivas aumenta la producción de grasa. El incremento de la glucosa en sangre que sigue a comidas ricas en carbohidratos estimula la secreción de insulina que, a su vez, promueve la entrada de glucosa hacia células adiposas. La disponibilidad aumentada de glucosa dentro de células adiposas, en condiciones de secreción alta de insulina, promueve la conversión de glucosa en grasa (figuras 5-12 y 5-13); por el contrario, la disminución de la secreción de insulina promueve la desintegración de grasa. Estos hechos se utilizan para reducir peso mediante dietas bajas en carbohidratos. Ha habido preocupación de que demasiado consumo de azúcar, sea como sacarosa o como jarabe de maíz alto en fructosa (que contiene cantidades casi iguales de glucosa y fructosa), podría promover la obesidad y el síndrome metabólico —una combinación de obesidad central, resistencia a la insulina, diabetes mellitus tipo 2 e hipertensión (sección 19.2).

son lecturas que exploran principios fisiológicos según se aplican al bienestar, la medicina del deporte, los aspectos fisiológicos del ejercicio y el envejecimiento. También están colocados en puntos importantes en el texto para poner de relieve conceptos que acaban de cubrirse en el capítulo.

R E S U LTA D O S D E L A P R E N D I Z A J E

Nuevas características

▶ Los Resultados del aprendizaje ahora están numerados para fácil referencia en el material digital

Después de estudiar esta sección, usted debe ser capaz de:

2. Describir la respiración celular aeróbica de glucosa por medio del ciclo del ácido cítrico (de Krebs). 3. Describir el sistema de transporte de electrones y la fosforilación oxidativa, explicando el papel del oxígeno en este proceso.

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▶ Los números de Resultados del aprendizaje ahora están enlazados direc...