Unidad 1: Procesos Celulares Básicos: Introducción a la Fisiología

UNIVERSIDAD DE BURGOS

UNIDAD 1: PROCESOS CELULARES BÁSICOS: INTEGRACIÓN Y COORDINACIÓN

Tema 1: Introducción a la fisiología

Fisiología CYTA Curso 2024/2025

Anatomía Fisiología Estructura y Función del Cuerpo Humano

Dra. Natalia Busto Vázquez (nbusto@ubu.es) Profesor Permanente Laboral- Área Fisiología

Capítulo 1: Introducción a la fisiología

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SITIO WEB COMPLEMENTARIO

Fisiología Humana Un enfoque integrado 8.ª EDICIÓN INCLUYE EBOOK panamericana

1. La fisiología es una ciencia integradora
2. Función y mecanismo
3. Temas en fisiología
4. Homeostasis
5. Sistemas de control y homeostasis
6. La ciencia de la fisiología

La fisiología es una ciencia integradora

Fisiología: del griego Physis-"naturaleza" y Logos-"estudio".

• Aristóteles (384-322 a.C): término para describir el funcionamiento de todos los organismos vivos.
• Hipócrates (460-377 a.C): fisiología entendida como "el poder curativo de la naturaleza", como disciplina estrechamente relacionada con la medicina.
• Siglo XVI en Europa: fisiología como estudio de las funciones vitales del cuerpo humano.

La Fisiología es el estudio del funcionamiento normal de un organismo vivo y sus partes componentes, incluidos todos los procesos físicos y químicos.

. Los sistemas complejos poseen propiedades emergentes que no son las propiedades de un componente aislado del sistema y es mayor que la suma de sus partes. Surgen de interacciones complejas entre los diversos componentes.

• Integración de la función a través de muchos niveles de organización.

Integrar: reunir elementos variados para crear un todo unificado.

• La fisiología está estrechamente ligada a la anatomía en todos los niveles de organización

Niveles de organización y campos de estudio afines

FISIOLOGÍA ECOLOGÍA BIOLOGÍA CELULAR BIOLOGÍA MOLECULAR QUÍMICA

Átomos Moléculas Células Tejidos > Órganos Sistemas/ aparatos Organismos Poblaciones de una especie Ecosistema de di- ferentes especies Biosfera

Átomos de los elementos que se unen para formar moléculas. Moléculas que se unen para formar células -> La célula es la unidad más pequeña de estructura capaz de llevar a cabo todos los procesos vitales. Las células se unen entre sí para formar tejidos > órganos-> sistemas/aparatos > organismos

Revisión de los sistemas orgánicos

• Tegumentario - piel
• Musculoesquelético - soporte y movimiento corporal
• Respiratorio (pulmonar) - intercambia gases
• Digestivo (gastrointestinal) - capta nutrientes (incluida el agua) y elimina desechos
• Urinario (renal) - elimina agua y material de desecho
• Reproductivo - produce ovocitos y espermatozoides
• Circulatorio (cardiovascular) - distribuye materiales al bombear sangre a través de los vasos
• Nervioso - coordina las funciones corporales
• Endocrino - coordina las funciones corporales
• Inmunitario (incluye al sistema linfático) - protege de las sustancias extrañas

Los sistemas orgánicos del cuerpo humano y su integración

FIG. 1.2 Sistemas/aparatos del cuerpo humano y su integración

Nombre del sistema/aparato

Incluye

Funciones representativas

Integración entre sistemas/aparatos del cuerpo

Circulatorio

Corazón, sangre vasos, sangre

Transporte de materiales entre todas las células del cuerpo

Sistema tegumentario

Aparato respiratorio

Sistema nervioso

Endocrino

Glándula tiroides, glándula suprarrenal

Coordinación de la función corporal a través de la síntesis y liberación de moléculas reguladoras

Inmunitario

Timo, bazo, ganglios linfáticos

Defensa contra invasores extraños

Sistema endocrino

Tegumentario

Piel

Protección contra el medio externo

Aparato - circulatorio

Musculo- esquelético

Músculo esque- lético, hueso

Sostén y movimiento

Nervioso

Encéfalo, médula espinal

Coordinación de la función corporal a través de señales eléctricas y liberación de moléculas reguladoras

Reproductor

Ovarios y útero, testículos

Perpetuación de la especie

Respiratorio

Pulmón, vías aéreas

Intercambio de oxígeno y dióxido de carbono entre los medios interno y externo

Urinario

Riñones, vejiga

Mantenimiento de agua y solutos en el medio interno; eliminación de desechos

Sistema musculo- esquelético

Aparato urinario

Aparato reproductor

Este esquema indica las relaciones entre los sistemas/aparatos del cuerpo humano. El interior de algunas vísceras huecas (mostrado en blanco) forma parte del medio externo.

Digestivo

Estómago, intestino, hígado, páncreas

Conversión de alimentos en partículas que pueden ser transportadas al interior del cuerpo; eliminación de algunos desechos

Aparato digestivo

Función y mecanismo

• La función explica el "por qué" - Enfoque teleológico
• El proceso o mecanismo describe el "cómo" - Enfoque mecanicístico
• Ejemplo: Eritrocitos - Teleológico: ¿ Por qué los eritrocitos transportan oxígeno? · "Porque las células necesitan oxígeno y los eritrocitos se lo llevan." - Mecanicístico: ¿ Cómo transportan oxígeno los eritrocitos? · "El oxígeno se une a las moléculas de hemoglobina contenidas en los eritrocitos."
• La investigación translacional emplea los conocimientos de investigación biomédica básica de los mecanismos para desarrollar tratamientos y estrategias destinadas a prevenir enfermedades humanas. Es decir, integra los estudios mecanicísticos y el tratamiento médico. Un enfoque a veces descrito como del laboratorio a la cabecera del paciente.

Conceptos fundamentales para la enseñanza de la biología

1. Estructura y funcion en todos los niveles de organización
2. Transferencia, almacenamiento y uso de energía
3. Flujo, almacenamiento y uso de información dentro de organismos individuales y dentro de una especie de organismos
4. Homeostasis y sistemas de control que la mantienen
5. Evolución

Temas de fisiología

• La estructura y la función están íntimamente relacionadas. Su integración se extiende por todos los niveles de organización. -Interacciones moleculares -Compartimentalización
• Los organismos vivos necesitan energía
• El flujo de información coordina las funciones corporales
• La homeostasis mantiene la estabilidad interna

Homeostasis

-Homeo: Parecido o similar -stasis: condición -Homo: Igual -estado estático o inmodificable

• Claude Bernard (mediados s. XIX): "La constancia del medio interno es la condición para la vida libre e independiente".
• Walter B. Cannon (1929): lista de variables que están bajo control homeostático. - Variables ambientales (pH, osmolaridad, temperatura) - Materiales para las necesidades celulares (nutrientes, agua, sodio, calcio, otros iones orgánicos, oxígeno y secreciones internas que ejercen efectos generales y continuos - hormonas y otras moléculas de comunicación intercelular).
• Homeoestasis u homeodinámica

Claude Bernard (s. XIX)

Medio interno relativamente estable

Walter Cannon (1929)

Homeostasis

Regulación estable del medio interno (líquido extracelular)

• Mantenimiento de un medio interno relativamente estable

I. Factores ambientales que afectan a las células

• Variables críticas

II. Materiales para las necesidades celulares

III. Factores que usan las células para comunicarse entre sí

• Regulado dentro de un intervalo de valores, no un solo valor
• Cuando falla el mantenimiento de la homeostasis aparece la enfermedad o condición patológica. Puede tener un origen interno o externo. -El estudio de las funciones corporales en una enfermedad se denomina fisiopatología -Ejemplo: diabetes mellitus - glucemia anormalmente elevada

Organismo en homeostasis

Cambio externo

Cambio interno

El cambio interno causa pérdida de la homeostasis

El organismo intenta compensar

La compensación fracasa

La compensación tiene éxito

Enfermedad o patología

Bienestar

¿Qué es el medio ambiente interno del cuerpo?

• Líquido extracelular (LEC) - El medio ambiente interno acuoso que rodea a la célula
• Líquido intracelular (LIC) - El líquido dentro de las células
• EI LEC sirve como zona amortiguadora entre el mundo exterior y el LIC - EI LEC debe mantenerse relativamente estable

(a) El líquido extracelular es un amortiguador entre las células y el mundo exterior.

Las células contienen líquido intracelular (LIC)

<- Medio LEC

Las células están rodeadas por el líquido extracelular (LEC)

Células

> externo

La membrana celular separa las células del LEC

(b) Un diagrama de caja representa el LEC, el LIC y el medio externo como tres compartimentos distintos.

Medio externo

Líquido extracelular (LEC)

Líquido intracelular (LIC)

La homeostasis depende del equilibrio de masa

• Ley de equilibrio de masa -Carga es la cantidad de una sustancia - se mantiene constante si cualquier ganancia es superada por una pérdida igual -Ganancia · Ingresos desde el exterior · Producción metabólica

Cantidad total de X en el cuerpo

Ingesta

Excreción

=+

Producción

Metabolismo

• Pérdida · Excreción hacia el exterior · Eliminación metabólica

Equilibrio de masas

(a) El equilibrio de masas en un sistema abierto requiere entrada igual a salida

Entrada

< Para mantener el nivel constante, la salida debe equivaler a la entrada

Salida

(b) Equilibrio de masas en el cuerpo

Entrada

Salida

Ingesta a través de intestino, pulmones, piel

CARGA CORPORAL

Producción metabólica

Excreción por riñones, hígado, pulmones, piel

Metabolismo a una nueva sustancia

Ley de equilibrio de masas

Equilibrio de masas

=

Carga corporal existente

+

Ingesta o producción metabólica

-

Excreción o eliminación metabólica

La homeostasis depende del equilibrio de masa

• El flujo de masa es la velocidad de transporte de una sustancia a través del cuerpo o hacia dentro o fuera del cuerpo

Flujo de masa (cantidad de X/min)

Concentración de X (Cantidad de X/vol)

×

flujo de volumen (vol/min)

Ej: Si una persona recibe una infusión intravenosa de una solución de glucosa de concentración 50 g/L y la infusión se realiza a una velocidad de 2 mL/min ¿cuál es el flujo de masa de glucosa hacia el interior del cuerpo?

• La excreción elimina sustancias del cuerpo - Depuración (clearance) es la velocidad a la que un material es eliminado de la sangre por unidad de tiempo, o lo que es lo mismo, el volumen de sangre depurado de una sustancia por unidad de tiempo. -La depuración además de en el hígado y riñones tiene lugar en otros tejidos distintos. La saliva, el sudor, la leche materna o el cabello contienen sustancias que han sido eliminadas del cuerpo.