Introducción a la fisiología humana PDF

Preview

Summary

Resumen de contenido básico e inicial para la materia de fisiología humana en medicina. Contiene temas como: definiciones, fisiología celular, cronofisiología, contracción muscular, mapa conceptual de transporte transmembranal....

Description

Introducción a la fisiología humana CONTENIDO

Definiciones ............................................................................................................................ 1 Definición ............................................................................................................................ 2 Fisiología humana ............................................................................................................... 2 Ciencias auxiliares ............................................................................................................... 2 Homeostasis ........................................................................................................................... 2 Medio interno = Medio extracelular .................................................................................. 2 Mecanismos ........................................................................................................................ 3 Sistemas de control del organismo .................................................................................... 3 Cronofisiología ........................................................................................................................ 3 Ritmos biológicos ................................................................................................................ 4 Aplicaciones de la cronofisiología ...................................................................................... 4 Fisiología celular ..................................................................................................................... 4 Membrana celular .............................................................................................................. 4 Contracción muscular ............................................................................................................. 6 Potencial de membrana, Umbral y Potencial de Acción .................................................... 6 Estructura molecular del músculo esquelético3,4,5............................................................. 7 Mecanismo molecular de la contracción muscular ............................................................ 9 Referencias ........................................................................................................................... 11

DEFINICIONES

DEFINICIÓN

▪ ▪

Es el estudio de la función biológica. La fisiología es la ciencia cuyo objeto de estudio son las funciones de los seres orgánicos.

FISIOLOGÍA HUMANA

▪ ▪ ▪

Estudio de cómo funciona el cuerpo humano, con énfasis en los mecanismos específicos de causa y efecto. Ciencia que estudia la función de los organismos. Explica como los sistemas, las células y moléculas, interactúan para mantener una función normal Intenta explicar las características y mecanismos específicos del cuerpo humano que hacen que sea un ser vivo.

CIENCIAS AUXILIARES

Dentro de las ciencias naturales existen tres grandes formas de comprender la vida, a través de la morfología (estudia la estructura de los seres vivos y su evolución), la fisiología (se basa en el estudio de los fenómenos particulares de los seres vivos y las leyes que rigen su existencia) y la biología (estudia las relaciones que se establecen entre un organismo y su entorno). Otras ciencias auxiliares son la química, que estudia de las transformaciones de la materia, las físicas de los cambios de la energía, mientras que la fisicoquímica, analiza aquellos cambios que se producen por la combinación de modificaciones en la materia y la energía (químicos y físicos).

HOMEOSTASIS ▪

▪

La homeostasis es el mantenimiento de un ambiente interno normal ante perturbaciones externas o internas, de modo que se mantengan las funciones de las células y los sistemas del cuerpo. Mantenimiento de unas condiciones casi constantes del medio interno.

MEDIO INTERNO = MEDIO EXTRACELULAR

60% del cuerpo adulto es líquido. Casi todo este líquido está dentro de las células y se denomina líquido intracelular, LIC, (2/3), el otro tercio corresponde al líquido extracelular (LEC). En el LEC se encuentrasn iones y nutrientes necesarios para mantener vivas a las células por eso también se le conoce como medio interno.

▪ ▪

LIC: K+, Mg, y fosfato. LEC: Na+ 142 mMol/L, Cloruro 108 mMol/L, bicarbonato 28 mMol/L, oxigeno 40 mmHg, ácidos grasos, aminoácidos, dióxido de carbono 40 mmHg, glucosa 85 mg/dl. Temperatura 37 °C, acidobásico 7.4 pH

MECANISMOS

▪

▪ ▪ ▪ ▪

Aparato circulatorio: Movimiento de la sangre por todo el cuerpo dentro de los vasos sanguíneos y movimiento de líquido entre los capilares sanguíneos y los espacios intercelulares entre las células tisulares. Nutrientes del líquido extracelular: Aparato respiratorio, digestivo, locomotor, e hígado. Eliminación de productos finales metabólicos: eliminación de dióxido de carbono en pulmones, riñones, aparato digestivo, hígado. Regulación de funciones corporales: sistema nervioso, sistemas hormonales (glándulas endocrinas), Protección del cuerpo: Sistema inmunitario (glóbulos blancos y derivados, timo, nódulos linfáticos, vasos linfáticos), sistema tegumentario (piel, pelo, uñas, glándulas...)

SISTEMAS DE CONTROL DEL ORGANISM O

Van a actuar en todas las células para mantener el control de la función intracelular y también en la extracelular. Los mecanismos poseen ciertas características en común, a continuación se mencionan: Retroalimentación negativa: Si algún factor se vuelve excesivo o deficiente el sistema de control inicia esta retroalimentación negativa que consiste en una serie de cambios que devuelven ese factor hacia un determinado valor medio, con lo que se mantiene la homeostasis. Retroalimentación positiva: Consiste en provocar reacciones del mismo tipo que del estímulo inicial. Es menor la cantidad de sistemas que utilizan la retroalimentación positiva pues no consigue la estabilidad sino la inestabilidad. Control adaptativo: se puede decir que es una retroalimentación negativa retardada. Se trata de ir modificando funciones del cuerpo que llegan por señales para corregirlas progresivamente.

CRONOFISIOLOGÍA

La ciencia que estudia los ritmos biológicos en todos sus niveles de organización. RITMOS BIOLÓGICOS

Se define como una variación oscilante con un período constante. Pueden definirse tres tipos de ritmos biológicos: 1. Ultradiano: ciclo que tarda más de 24 h para realizarse (reproducción, muda, hibernación) 2. Circadiano: Período próximo a 24 h como ciclo sueño-vigilia, temperatura corporal. 3. Infradiano: un ciclo que se completa varias veces en menos de 24 h como la frecuencia cardíaca, respiración... RITMOS CIRCADIANOS Se caracterizan por variaciones diarias aproximadamente de 24 h. Controlados por relojes internos que generan variaciones temporales endógenas. APLICACIONES DE LA CRONOFISIOLOGÍA

La relación entre el tiempo y alguna actividad vital de la índole que sea (por ejemplo, la excitabilidad de un músculo o de un nervio, el crecimiento, la reproducción, el comportamiento, la respiración, el sueño y la vigilia, etcétera), se descubre la existencia de ciclos o periodos que nos indican claramente cómo dichas actividades no se desarrollan de forma continua. Su estudio puede hacerse atendiendo a la descripción y análisis del fenómeno. Al investigar las causas de estos «relojes biológicos» se demuestra que gran parte de ellas tienen un origen externo, como pueden ser la foto-periodicidad, los cambios climáticos estacionales, las mareas, etc.

FISIOLOGÍA CELULAR MEMBRANA CELULAR

Permite la comunicación selectiva entre los compartimientos intracelular y extracelular, además ayuda al movimiento celular. Da forma a la célula y controla el paso de materiales hacia dentro y fuera de la célula. Es una estructura elástica, fina y flexible, con un grosor de 7.5 a 10 nm. Está compuesta por proteínas (55%), fosfolípidos (25%), colesterol (13%), hidratos de carbono (3%) y otros lípidos (4%). FOSFOLÍPIDOS, GLUCOLÍPID OS Y ESTEROLES.

La membrana plasmática está formada por un bicapa lipídica en la que los fosfolípidos hidrofóbicos excepto en la región que contiene grupos fosfato pues aquí es hidrofílico. Esta propiedad le permite regular el paso de sustancias y moléculas de un lado a otro de la membrana. PROTEÍNAS, LOCALIZAC IÓN Y FUNCIÓN Las proteínas en la membrana celular desempeñan funciones como el apoyo estructural, transporte de moléculas a través de la membrana y control enzimático de reacciones químicas en la superficie celular. Existen dos tipos de proteínas en la membrana plasmática: Integrales: Protruyen en toda la membrana. Apoyan el movimiento selectivo de iones y moléculas pequeñas desde un lado de la membrana y transmiten una señal al otro lado. Desde el punto funcional pueden dividirse en: Periféricas: Se unen sólo a un lado de la superficie de la membrana y no penetran en todo su espesor. TRANSPORTE TRANSMEMBRANAL Se presentan varios mecanismos para transportas sustancias, iones o moléculas a través de la célula. Algunos de los mecanismos son los canales, bombas y transportadores que en realidad son proteínas integrales con distintas funciones que se describen a continuación: I.

II.

Canales: cuando están abiertos facilitan el movimiento de sustancias en favor de sus gradientes electroquímicos. Controlan el flujo de corriente eléctrica a través de la membrana. Muchos canales son selectivos y se nombran de acuerdo al ion que pasa a través de ellos: ▪ Canales sensibles a deformación mecánica: también llamados canales mecanosensitivos ▪ Canales sensibles a voltaje ▪ Canales quimiosensitivos: también llamados sensibles a ligando. Generan señales eléctricas en respuesta a sustancias químicas específicas como ACh, glutamato o ATP. ▪ Canales de agua: o acuaporinas (AQP), permiten el paso de agua pero excluyen iones. ▪ Canales célula- célula: Conectan el citoplasma de una célula con el de otra. Bombas: Mueven iones en contra de su gradiente electroquímico a expensas del consumo de ATP.

III.

Transportadores: Pueden enlazar el movimiento de dos o más sustancias, y pueden mover una de ellas contra su gradiente a expensas de mover la otra en favor de su gradiente.

CONTRACCIÓN MUSCULAR POTENCIAL DE MEMBRANA, UMBRAL Y P OTENCIAL DE ACCIÓN

Todas las células del organismo poseen una composición química diferente de uno y otro lado de la membrana, la cual es mantenida por las características de la membrana plasmática (ya que es selectiva). Este voltaje que se genera a un lado y otro de la membrana por la movilización de iones se denomina: Potencial de Membrana (PM), importante en los tejidos excitables (tal es el caso del músculo esquelético) ya que le permite a la célula responder de forma eficaz cuando se genera un estímulo. En el caso de las células del músculo esquelético, el potencial de membrana es generalmente de –50 a –90 mV y más frecuente de –70 mV1,2. Cuando se genera un estímulo en la célula (físico, químico o eléctrico), ocurre un cambio conformacional en el PM ya que la célula deja entrar algunos iones con carga positiva (por

lo general Na+). La célula comienza a despolarizarse y si este estímulo es suficientemente potente el voltaje alcanzará un umbral que es el voltaje necesario para desencadenar un potencial de acción (PA). Si se alcanza el PA la célula activara sus canales de Na por voltaje y asi podrá alcanzar la sobreexcitación para después repolarizarse introduciendo iones K+ (regularmente) y restablecer el PM original. En las células musculares esqueléticas el PM va desde los -90mV hasta los -70mV y alcanza un umbral cuando llega a -50mV, esto según, varios autores, aunque en realidad estas cantidades pueden variar1,2,3. ESTRUCTURA MOLECULAR DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO 3, 4, 5

I. II.

III. IV. V.

VI.

VII.

VIII.

El músculo esquelético se encuentra organizado en haces de fibras musculares llamados fascículos. Cada fascículo está formado por un conjunto fibras (células) musculares alargadas, las cuales tienen un diámetro que va desde 10 µm hasta 100 µm. El sarcolema es una fina membrana que envuelve a cada fibra muscular. La fibra muscular consiste en agrupaciones de unidades longitudinales, las miofibrillas. Las miofibrillas están compuestas por miofilamentos de dos tipos: filamentos gruesos de miosina y filamentos finos de actina. La unidad funcional de la miofibrilla es el sarcómero (que se extiende desde un disco Z a otro). En el sarcómero vamos a identificar distintas estructuras: ▪ Banda A (banda oscura): contiene filamentos de miosina y los extremos de la actina en el punto en que se superpone con la miosina. ▪ Banda I (banda clara): solo contiene filamentos de actina. ▪ Disco Z: Sitio donde se divide a la mitad a un filamento de actina ▪ Línea H: Es la región más clara de la banda A donde solo hay miosina. El retículo sarcoplasmático (RS) está organizado en una seria de redes repetidas alrededor de las miofibrillas. Se extiende desde una unión A-I hasta la siguiente dentro del sarcómero contiguo. En el sitio donde se encuentran las dos redes el RS forma una cisterna terminal que contiene abundancia de canales con compuerta para la liberación de Ca+ (receptores de rianodina) ya que estas cisternas sirven como reservorio de Ca+ para liberarlo hacia el citoplasma. El sistema T consiste en invaginaciones (túbulos T) tubulares de la membrana plasmática. Estos penetran en la fibra muscular entre las cisternas terminales del RS. Los túbulos contienen canales de sodio activados por voltaje o también llamados receptores de dihidropiridina. Una unidad motora está conformada por todas las fibras musculares que son inervadas por una única fibra nerviosa.

FILAMENTOS CONTRÁCTILES I.

Filamentos de miosina: formada por muchas moléculas de miosina. La molécula de miosina está formada por seis cadenas polipeptídicas: 2 cadenas pesadas y 4 cadenas ligeras. Las dos cadenas pesadas se enrollan entre sí para formar una doble hélice. El extremo de cada una de estas cadenas se pliega para formar la cabeza de la miosina (formando dos cabezas libres en cada extremo). Las cadenas ligeras también forman parte de la cabeza (2 en cada cabeza). El brazo es una porción que separa a la cabeza del cuerpo de la molécula, el complejo de cabeza y brazo se denomina puente cruzado. Cada puente cruzado es flexible en dos puntos llamados bisagras3, 5,6, 7.

II.

Filamentos de actina: ▪

▪

▪

Formados por actina F (producto de una hélice bicatenaria de la molécula actina G). Los filamentos de actina son polares y a cada molécula de actina G se le une un ATP. Estos puntos de unión de ATP se piensa que son los puntos activos de la actina. Tropomiosina: Esta molécula proteica esta enrollada a lo largo de la actina F y recubren los puntos activos de actina por lo que no se puede generar atracción entre la miosina y la actina. Troponina: Moléculas unidas a los lados de la tropomiosina. Compuesta por tres subunidades proteicas unidas entre sí, cada una tiene distinta propiedad. La troponina I (TnI) tiene gran afinidad por la actina; la troponina T (TnT) tienen afinidad por la tropomiosina; y la troponina C (TnC), se piensa tiene gran afinidad por los iones de Ca.

La inhibición del sitio activo de la actina está dado por el complejo tropomiosinatroponina, el cual es activado una vez que los iones calcio se unen a la troponina3, 5,6, 7. PROTEÍNAS ACCESORIAS Son indispensables para regular el espacio, la fijación y el alineamiento de los filamentos de cada fibra muscular5. I. II. III.

Titina: Forma un retículo elástico que ancla los filamentos gruesos en el disco Z. 𝛼 -actina: proteína fijadora de actina que fija los filamentos finos en forma paralela y los ancla a la línea. Nebulina: ayuda a los filamentos a 𝛼 -actinina a anclar los filamentos finos a las líneas Z.

IV. V. VI. VII.

Tropomodulina: mantiene y regula la longitud del filamento de actina sarcomérico. Desmina: Une dos discos Z contiguos. Miomesiona y proteína C: Mantiene los filamentos gruesos alineados en la línea M. Distrofina: vincula la laminina (componente de la lámina externa de la célula muscular) con los filamentos de actina.

MECANISMO MOLECULAR DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR

I.

II.

III.

IV.

V. VI.

VII.

Primero una fibra nerviosa motora llega a una fibra muscular y descarga un neurotransmisor “Acetilcolina (ACh)”, esta es liberada en las placas terminales motoras en el sarcolema4, 6. En el sarcolema la ACh se une a receptores nicotínicos y abre canales sensibles a ligando. Entonces el Na+ se difunde hacia dentro de la célula lo que produce un estímulo despolarizante modificando gradualmente el PM, cuando se alcanza el umbral se abren canales de Na+ y esto produce un potencial e acción4. El potencial de acción viaja hasta los túbulos T donde los canales de calcio sensibles a voltaje (receptores de dihidropiridina) sufren un cambio conformacional. Estos canales están en acoplamiento molecular con los receptores de rianodina en el RS; entonces si los receptores de DHP son activados, los receptores de rianodina son abiertos y estos liberan Ca+ hacia el citoplasma8. Una vez que el Ca+ es liberado al citoplasma la troponina C lo capta y provoca un cambio conformacional que tirara de la molécula de tropomiosina y desplaza este complejo hacia otra zona de la actina, de esta forma los puntos activos de actina quedan descubiertos y permite que las cabezas de miosina se unan hacia ella3, 4. La cabeza del puente cruzado de miosina tiene unida una molécula de ATP, cuando la zona activa de actina queda descubierta la cabeza se une a ella por atracción3, 4. El proceso exacto de la contracción aun es hipotético; por ello se propone la teoría de la cremallera la cual propone que la cabeza se une a un punto activo provoca cambios en las fuerzas intramoleculares entre la cabeza y el brazo haciendo que esta nueva alineación arrastre con ella al filamento de actina denominado golpe activo3. El ciclo que realiza el puente para mover los filamentos de actina es el siguiente: cuando la fibra está en reposo la cabeza tiene unida una molécula de ATP; en el momento que el puente se une a la actina este se hidroliza y da como resultado una molécula de ADP y una de fosfato inorgánico; entonces se libera el Pi lo que causa un cambio conformacional en la miosina; el golpe de energía hace que los filamentos se deslicen y se libera el ADP; una nueva molécula de ATP se une al puente liberándolo de la actina y así el puente buscara otro sitio de unión gracias a que los demás puentes seguirán

moviendo al filamento en este lapso de tiempo. El ciclo se repite hasta generar la contracción4. Efecto de escalera: Si se da una serie de descargas eléctricas a su voltaje máximo a un músculo in vivo, de modo que cada descarga produzca una contracción espasmódica separada, cada una de las contracciones espasmódicas evocadas será sucesivamente más fuerte, hasta un máximo. A esto justamente se refiere el efecto escalera; se piensa que esto puede representar una especie de calentamiento previo al ejercicio; también se cree que este efecto se debe al aumento de Ca2+ intracelular4. Fatiga muscular: Puede darse por dos factores. El primero es que la fatiga muscular aumenta en proporción directa al gasto de glucógeno o de energía en el músculo. Por otra parte la señal nerviosa a través de la unión neuromuscular puede disminuir la actividad muscular prolongada e intensa a falta de un neurotransmisor para alcanzar un umbral y con ello generar un PA3. Relajación muscular: Para generar una relajación del musculo se tienen que suspender las contracciones musculares lo cual requiere la suspensión de la formación de puentes, así que la producción de PA debe cesar de igual forma. Para esto los cana...