1. Introducción a la Fisiología Celular y Biofísica

RETROALIMENTACIÓN POSITIVA EN EL PARTO

- Cuando las contracciones uterinas adquieren la fuerza suficiente para que la cabeza del feto comience a protruir a través del cuello uterino, el estiramiento del mismo envía señales desde el miometrio hacia el cuerpo del útero provocando el aumento de las contracciones.

DISTRIBUCIÓN DE LÍQUIDOS EN EL ORGANISMO

- AGUA TOTAL: 42 Lt, el 60% de la masa del ser humano de 70 kg. El porcentaje de agua varía en los diferentes tejidos: - Ambos compartimentos se separan por medio de la membrana plasmática. - 2/3 es LÍQUIDO INTRACELULAR: que conforma el citoplasma de todas las células del organismo. - 1/3 es LÍQUIDO EXTRACELULAR: es el medio interno de Claude Bernard y del que : ¾ son líquido intersticial y 1/4, plasma sanguíneo. Ambos compartimentos se separan mediante la pared de los capilares. - El porcentaje de agua varía entre hombre y mujer: en la mujer es menor. En bebés dicho porcentaje asciende al 75% y en ancianos es considerablemente menor oscilando entre el 40 % y el 50% dependiendo del sexo.

RETROALIMENTACIÓN POSITIVA

- Casi todos los sistemas de control del cuerpo funcionan mediante retroalimentación negativa en vez de hacerlo mediante retroalimentación positiva. - En un sistema con retroalimentación positiva la salida del efector tiene el mismo sentido que el cambio de la variable, por lo que tiende a producir inestabilidad (círculos viciosos). - En cada caso que la retroalimentación positiva resulta útil, el proceso se enmarca en un proceso global de retroalim negativa.

MEDIO INTERNO Y CLAUDE BERNARD

- Conferencias sobre los fenómenos de la vida, Claude Bernard, 1878 sobre las condiciones de la constancia de la vida, que él consideraba una propiedad de las formas superiores de vida. - Según Bernard, los animales tienen dos ambientes: el ambiente externo que rodea físicamente a todo el organismo, y el medio interno, en el que viven los tejidos y las células del organismo vivo. - el medio líquido Bernard lo llama "el líquido orgánico que circula y baña todos los elementos anatómicos de los tejidos, la linfa o el plasma". - Bernard sostuvo que las funciones fisiológicas proceden de una manera indiferente a los cambios del entorno, porque el medio interno aisla los órganos y tejidos del cuerpo de los caprichos de las condiciones físicas cambiantes del medio ambiente. - Frase célebre: La estabilidad del medio interno es una condición de vida.

RETROALIMENTACIÓN POSITIVA EN LA GENERACIÓN DE SEÑALES NERVIOSAS

- Cuando se estimula la membrana de una fibra nerviosa se produce un ligero escape de ión sodio a través de los canales de sodio de la membrana hacia el interior de la fibra. - El sodio que ha penetrado en la fibra varía, activa entonces, el potencial de membrana; el cual, a su vez, provoca una mayor apertura de los canales, más variación de potencial, todavía mayor apertura de los canales sodio y, así, sucesivamente. - De esta manera, a partir de un comienzo suave se va produciendo una explosión de escape de sodio al interior de la fibra nerviosa que genera el potencial de acción nervioso, el cual excita a la fibra nerviosa que transmite la señal nerviosa hasta sus terminaciones.

RETROALIMENTACIÓN POSITIVA EN LA COAGULACIÓN SANGUÍNEA.

- Cuando se rompe un vaso sanguíneo y empieza a formarse el coágulo, varias enzimas denominadas factores de la coagulación se activan en el interior del propio coágulo. - Algunas de estas enzimas actúan sobre otras enzimas activándolas y produciendo todavía más coágulo. Este proceso continúa hasta que se tampona el agujero producido en el vaso y se detiene la hemorragia.

Composición de LIC y LEC

- El LIC se corresponde con el líquido contenido en el interior de las células. Los iones más abundantes en los líquidos orgánicos son el ion cloruro, el ion sodio, el ion potasio, magnesio, las proteínas no neutras, los fosfatos inorgánicos y aniones orgánicos. - El LEC comprende el plasma sanguíneo (porción no celular de la sangre), el líquido intersticial (el que se encuentra entre los tejidos integrando la matriz extracelular) y el líquido transcelular (líquido sinovial, líquido cefalorraquídeo, humores vítreo y acuoso, etc). En el líquido intersticial y el plasma sanguíneo abundan el ión sodio y el ión cloruro, calcio, bicarbonato:HCO3, glucosa, oxígeno, acidos grasos, aminoácidos y C02 (resultado del transporte)

DIFERENCIAS ENTRE LÍQUIDO EXTRA E INTRACELULAR

- El líquido extracelular contiene grandes cantidades de iones sodio, cloruro y bicarbonato; además, presenta nutrientes (oxígeno, glucosa, ácidos grasos...) y dióxido de carbono en proceso de transporte desde las células hasta los pulmones para ser expulsado. - Por otro lado, el líquido intracelular difiere significativamente del extracelular y contiene grandes cantidades de iones potasio, magnesio y fosfato. - Estas diferencias explican la existencia de mecanismos especiales de transporte de los iones a través de las membranas celulares (proteínas canal, poros...).

RETROALIMENTACIÓN NEGATIVA

- En un sistema de realimentación negativa el valor de la variable es la señal que se utiliza para controlar la propia variable y la salida del efector es tal que siempre se opone al cambio producido en la variable - Es el más utilizado, ya que el valor de la variable es la señal que se utiliza para dar lugar a los cambios y el efector genera un fenómeno opuesto al que desencadenó el cambio. - Se utiliza, por ejemplo, en la variación de la tensión arterial, la regulación de la glucosa en sangre y en el ayuno.

RETROALIMENTACIÓN NEGATIVA EN LA PRESIÓN ARTERIAL

- Frente a un aumento de la presión arterial actúan los sensores baroreceptores, ubicados en la bifurcación de las carótidas y el cayado aórtico, los cuales se estimulan al estiramiento de los vasos. - Detectan los cambios de presión y envían esta información al bulbo raquídeo del encéfalo, inhibiendo el sistema vasomotor, el cual envía una señal inhibitoria simpática a los sistemas efectores (corazón y vasos sanguíneos) y estos tratan de devolver la presión a los valores normales al disminuir la actividad de bombeo cardíaco y por vasodilatación periférica. - frente a una disminución de la presión arterial ocurre lo contrario, por lo tanto hay efectos negativos (opuestos) en ambos casos.

BIOFÍSICA

- La Biofísica es una disciplina científica que aplica los principios y métodos de la Física al estudio de los procesos de la vida. - NO es una rama de la física, sino de la biología, tal y como se concreta en la nomenclatura internacional de la Unesco. - Comprende la bioacústica, la bioelectricidad, la bioingeniería, la biomecánica, la bioóptica y la física médica. - La biofísica es bastante antigua; uno de los primeros tratados sobre el tema es (De motu animalium, 1628 por Giovanni Borelli, considerado el fundador de la escuela iatrofísica (aplicación de la física a la medicina). - En ese mismo año, el médico inglés William Harvey publica De motu Cordis, tratado en el que expone su revolucionaria teoría sobre la circulación sanguínea y en el que se aprecia la aplicación de métodos cuantitativos al estudio de la medicina en el denominado cálculo de Harvey.

LAS CÉLULAS COMO UNIDADES VIVAS DEL CUERPO

- La UNIDAD VIVA BÁSICA del cuerpo es la célula (tenemos 100 billones de ellas) y cada órgano es, por tanto, un agregado de muchas células diferentes que se mantienen UNIDAS mediante ESTRUCTURAS INTERCELULARES DE SOPORTE. - Las células están DIFERENCIADAS, especialmente adaptadas para desarrollar una u otra función - Presentan características BÁSICAS y mecanismos GENERALES para: - transformar los NUTRIENTES EN ENERGÍA - para eliminar los PRODUCTOS FINALES de sus reacciones químicas hacia los líquidos circundantes son los mismos. - REPRODUCIRSE; así, cuando una célula o un conjunto de ellas se destruye, las células restantes de ese tipo generan nuevas células.

CONCEPTO ACTUAL DEL MEDIO INTERNO

- La expresión "medio interno" refiere al líquido que baña a las células manteniéndolas en un ambiente controlado - es un mecanismo de conexión de los organismos pluricelulares con el medio ambiente. - Así pues, el medio interno será el líquido o líquidos que se encuentran en contacto con las células del organismo, que constituyen su ambiente, y que permiten el intercambio de toda clase de materiales con rapidez y eficacia. - Este ambiente interno es lo que hoy llamamos el líquido extracelular.

SISTEMAS DE CONTROL DE LA HOMEOSTASIS

- La homeostasis depende de la existencia de sistemas de control. - Un sistema de control permite mantener una variable dentro de un rango de valores estrecho pese a que cambien las condiciones externas. Esta es una variable controlada. - Un sistema de control tiene los siguientes elementos: - un sensor que detecta el valor de la variable - un controlador que compara el valor real de la variable con el valor ideal - un efector que realiza cambios que actúan sobre la variable - Los más complejos son los sistemas de control genético que actúan sobre todas las células para controlar la función intracelular y todas las funciones extracelulares. - Otros muchos sistemas de control operan en el interior de los órganos para regular las funciones de partes concretas de los mismos; al igual que existen sistemas de control que actúan en todo el cuerpo para controlar las relaciones entre los diferentes órganos.

HOMEOSTASIS

- La homeostasis es el mantenimiento de las condiciones constantes en el medio interno. El término es debido al fisiólogo norteamericano W.B.Cannon - El cuerpo controla cuidadosamente el valor de un gran número de parámetros vitales. Algunos ejemplos de parámetros controlados son: la presión arterial, el volumen sanguíneo, la temperatura corporal central y los niveles plasmáticos de oxígeno, glucosa, y los iones potasio (K+), calcio (Ca2+), e hidrógeno (H+, control del pH). - La homeostasis se produce también a nivel de la célula. Así, las células regulan muchos de los mismos parámetros que el cuerpo en su conjunto: el volumen celular, la concentración de iones inorgánicos (K+, Na+, Ca2+, H+, etc.), y los niveles de energía ([ATP]). - El rango de variación es relativamente estrecho (especialmente en el caso de la temperatura)

RETROALIMENTACIÓN NEGATIVA EN LA TERMORREGULACIÓN

- La temperatura del cuerpo está regulada por mecanismos de retroalimentación neural, que operan principalmente a través del hipotálamo. - El hipotálamo contiene no sólo los mecanismos de control, sino también los sensores de temperatura importantes. - Bajo el control de estos mecanismos, comienza la sudoración casi exactamente a la temperatura de la piel de 37°C, y aumenta rápidamente a medida que la temperatura de la piel se eleva por encima de este valor. - La producción de calor del cuerpo en estas condiciones se mantiene casi constante a medida que aumenta la temperatura cutánea. - Si la temperatura de la piel cae por debajo de 37°C, se ponen en marcha una variedad de respuestas para conservar el calor en el cuerpo y aumentar su producción. - Estos incluyen la constricción de los vasos para disminuir el flujo de calor a la piel, el cese de la sudoración, el temblor para aumentar la producción de calor en los músculos y la secreción de noradrenalina, adrenalina y tiroxina para aumentar la producción de calor.

RETROALIMENTACIÓN NEGATIVA EN LA REGULACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE DIÓXIDO DE CARBONO.

- Una elevada concentración de DIÓXIDO DE CARBONO en el líquido extracelular aumenta la ventilación pulmonar. - Esto, a su vez, hace disminuir la concentración de dióxido de carbono en el líquido extracelular debido a que los pulmones excretan, posteriormente, mayores cantidades del mismo. En otras palabras, la elevada concentración da lugar a una disminución de la concentración, la cual es negativa con respecto al estímulo iniciador.

FISIOLOGÍA Y FISIOLOGÍA CELULAR

- es el estudio del funcionamiento interno de los seres orgánicos, y por tanto del cuerpo humano, en condiciones normales. Por medio de los procesos físicos y químicos que tienen lugar en los seres orgánicos cuando realizan sus funciones vitales. -Abarca el estudio de las funciones vitales a distintos niveles de organización, desde el molecular hasta el organismo entero. Niveles: moléculas, células, tejidos, órganos, sistemas y organismos. - OBJETIVO: buscar los principios, conceptos y funciones comunes a todos los seres vivos. EJ/ transporte de sustancias, transferencia de información y homeostasis (mantenimiento del equilibrio interno) - Dado que la célula es la unidad básica de la vida, la Fisiología Celular estudia funciones que son comunes a los seres vivos.

Factor común entre la fisiología celular y la biofísica

Ambas disciplinas, la Fisiología Celular y la Biofísica utilizan métodos cuantitativos. Esta tradición se remonta a W. Harvey que utilizó sus medidas del volumen de sangre expulsada por el corazón en cada latido y un sencillo cálculo como un argumento más en sus razonamientos para demostrar la existencia de la circulación de la sangre. - En su época se pensaba que la sangre procedía del hígado, y que era de este órgano de donde emergía el torrente sanguíneo. Harvey, no muy de acuerdo con esta teoría, comenzó a realizar estudios y cálculos que le llevaron a averiguar que la sangre no salía del hígado, sino del corazón, y que además esa sangre que impulsaba el corazón, posteriormente siguiendo un circuito cerrado y completo, volvía a él.

CARACTERÍSTICAS DEL LÍQUIDO EXTRACELUAR Y EL LÍQUIDO TRANSCELULAR

EL líquido EXTRACELULAR: - está en movimiento constante por todo el cuerpo y se transporta rápidamente en la sangre para intercambiarse con los líquidos intersticiales por difusión a través de las paredes de los capilares. - mantiene una temperatura, un pH y una concentración de nutrientes, sustancias de desecho e iones constantes que permiten a las células disponer de un medio estable para realizar sus funciones. Los llamados líquidos transcelulares: - el líquido cefalorraquídeo y los líquidos de los espacios sinovial, pericárdico e intraocular. - Lo habitual es considerarlos como un tipo especial de líquido extracelular aunque, en algunos casos, su composición puede diferenciarse bastante de la del plasma o el líquido intersticial.