Fisiología Humana I: receptores sensoriales y procesamiento de estímulos

FISIOLOGÍA HUMANA I

2º farmacia UAH 1er cuatrimestre

UNIDAD TEMÁTICA 1: INTRODUCCIÓN A LA FISIOLOGÍA

TEMA 1: LA FISIOLOGÍA

1. INTRODUCCIÓN A LA FISIOLOGÍA. HOMEOSTASIA. MEDIO INTERNO Y MEDIO EXTERNO

FISIOLOGÍA: Es la ciencia que estudia el funcionamiento normal de un organismo vivo y las partes que lo componen. Incluidos sus procesos químicos y físicos, así como la relación entre los seres vivos y su entorno. Es una ciencia integrada: un organismo vivo no es únicamente la suma de sus partes. Se encuentran las funciones a través de varios niveles de organización incluyendo ciencias como la biología molecular celular.

Nuestro cuerpo posee propiedades emergentes (emoción, inteligencia) que no se pueden anticipar sobre la base del conocimiento de los componentes individuales (como son las propiedades individuales de las neuronas).

HOMEOSTASIS: su primera definición consistía en "estado de mantenimiento de una condición similar, parecidas al medio interno relativamente constante o habilidad que permite que los organismos sobrevivan en ambientes hostiles soportando la variabilidad externa y manteniendo su medio interno relativamente estable". En el momento en el que se pierde la homeostasis, aparece la PATOLOGÍA, ante esto nuestro organismo va a intentar compensarla. Hay dos posibilidades: fallo en la compensación deriva en enfermedad, o éxito en la compensación que deriva en bienestar.

Los mecanismos homeostaticos se controlan mediante parámetros llamados constantes fisiológicas, a su vez éstas se pueden ver afectadas por factores ambientales.

• Constantes fisiológicas: sistema nervioso, sistema hematológico, sistema músculo esquelético y aparatos respiratorio, cardiovascular, digestivo y urinario.
• Factores ambientales: presión arterial, frecuencia cardíaca y respiratoria, diuresis, temperatura, peso, sueño y vigilia y hemoglobina.

DEPURACIÓN: Medida indirecta de cómo se elimina una sustancia del organismo. Velocidad a la que desaparece una sustancia de la sangre: volumen de sangre depurado de una sustancia por unidad de tiempo. Principales depuradores del organismo: riñón e hígado, y otros: sudor, saliva, cabello, leche.

El MEDIO INTERNO es el medio acuoso que rodea a las células. La composición del LEC (extracelular) y del LIC (intracelular) no es idéntica en el organismo. Los LEC y LIC están en estado de equilibrio dinámico. En homeostasis la composición es relativamente estable.

• Hay movimiento de sustancias.
• No hay movimiento neto.
• La concentración de iones no es idéntica: se produce un gradiente.

Patrones básicos de mecanismos de control de variables reguladas: Estímulo- Señal aferente-Centro de integración-Señal eferente-Respuesta.

Controles:

• Local: restringido a un tejido
• A larga distancia: se extiende a todo el organismo de naturaleza sistémica (vías nerviosa y endocrina).

Pasos del reflejo

1. La temperatura del agua está por debajo del valor fijado. ESTÍMULO
2. El termómetro detecta la disminución de la temperatura. SENSOR
3. La señal pasa del sensor a la caja de control a través del cable. SEÑAL DE ENTRADA

La caja de control se programa para que responda a una temperatura menor de 29 ℃. CENTRO INTEGRADOR

1. La señal pasa por un cable hasta el calentador. SEÑAL DE SALIDA
2. El calentador se enciende. OBJETIVO

El objetivo de la regulación no es la constancia sino el mecanismo de adaptación.

1. La temperatura del agua sube. RESPUESTA

Ritmos biológicos: cambios unipersonales en el rango normal de una variable regulada. Generan una respuesta anticipatoria a una variable ambiental predecible.

2. COMPARTIMENTOS LÍQUIDOS DEL CUERPO. FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA.

Es una bicapa lipídica compuesta por lípidos (fosfolípidos esfingolípidos y colesterol) y proteínas (transmembrana ancladas y periféricas).

Funciones: barrera física (separa LC del LEC) regulación del intercambio (permeabilidad selectiva y transportadores específicos) comunicación (receptores de membrana) soporte estructural (conexión con la matriz extracelular y con células vecinas).

• EQUILIBRIO OSMÓTICO
• DESEQUILIBRIO QUÍMICO
• DESEQUILIBRIO ELÉCTRICO

ESTADOS DINÁMICOS Implica CONSUMO DE ENERGÍA HOMEOSTASIA

3. EQUILIBRIO DE MASAS Y HOMEOSTASIS

Las células (LIC) están en equilibrio osmótico con el líquido extracelular (LEC). Gracias al movimiento libre de agua las concentraciones globales de solutos en el LEC y LlC son las mismas. Pero no están en equilibrio químico porque la concentración de solutos no es la misma en el LEC que en el LC. El desequilibrio químico origina un desequilibrio eléctrico.

El estado dinámico se puede mantener gracias a: 1) La permeabilidad selectiva de la membrana:

• Muy permeables gases y lípidos (sí pasan).
• Poco permeables moléculas polares y proteínas.

La movilidad depende del tamaño de la molécula y de la solubilidad en lípidos. 2) Por mecanismos transportadores.

Sistemas de retroalimentación: son fenómenos activos que permiten la regulación y control de los cambios que se producen en el organismo.

• Negativa: la respuesta contrarresta el estímulo desactivando el bucle de respuesta
• Positiva: la respuesta refuerza el estímulo alejando la variable aún más del valor de referencia.

Muchas variables no son homeostáticas y sus desvíos no son errores sino adaptaciones: mecanismos fisiológicos que resuelven problemas. Mediadores fisiológicos de adaptación: adrenalina, glucocorticoides y citocinas.

Alostasis: es la capacidad para lograr estabilidad interna (homeostasis) en condiciones cambiantes: es decisiva para la supervivencia.

4. LÍQUIDOS INTRA Y EXTRACELULARES. COMPOSICIÓN Y FUNCIÓN.

Tienen los mismos componentes pero en diferentes concentraciones.

LIC LEC concentraciones de Concentración iónica (mmol/L) 160 Na Non 140- K Na 120- Prot Ce Ce K 100- CI 80 HCO3 Proteina 60 40- 20 Liquido intracelular Líquido intersticial Plasma

Porque son moléculas tan pequeñas que pasan libremente entre las células endoteliales

Na K Ca Mg Cl prat

5. OSMOSIS Y OSMOLARIDAD

El agua se desplaza según el gradiente de concentración de los solutos (de + a -) hasta alcanzar el equilibrio osmótico: misma concentración de solutos en los compartimentos.

Osmolaridad: considera el número de partículas osmóticamente activas de una sustancia en un volumen de disolución. Se trata de una medida de concentración al igual que la molaridad.

M Cantidad: Glc 1 mol-1 Osmol DISO PAI Concentración: [Glc] 1 mol/L- 1 Osmol/L GLI MOLARIDAD OSMOLARIDAD

Osmolaridad= Molaridad X nº de partículas en solución de esa molécula

Unidades: Osm/L o mOsm/L (miliosmoles por litro en líquidos fisiológicos)

Hay que tener en cuenta si la molécula se disocia o no y en cuántas partículas: efecto de ionización. La glucosa por ej no se disocia pero el NaCI sí entonces tendrán diferente osmolaridad.

Volume =% Volume = x Volume = 2/3x Volume = 4/3% 1.5 0sm 1.5 Osm

Tipos de disoluciones: Isosmoticas: tienen la misma osmolaridad.

• Hiperosmótica: una tiene mayor osmolaridad respecto que la otra.
• Hiposmótica: una tiene menor osmolaridad respuesta que la otra.

Si pongo en contacto un hipo con una hiper el agua pasará de la hipo a la hiper.

o 1.5 m(glucose -. 75 m(NaCI O 8 H2O o 1.0 Osm 2.0 Osm 8 H20 ·1.0 m glucose 1.0 m(NaCD

LIC 9 LEC

Na y Cl son iguales en el líquido intersticial y el plasma?

6. TONICIDAD DE LAS SOLUCIONES Y VOLUMEN CELULAR:

La TONICIDAD de una solución se describe al comprobar como el volumen celular se ve afectado al colocar la célula en esa solución permitiendo llegar al equilibrio. Tipos de soluciones:

• Hipotónica: con respecto a la célula: si al colocar la célula en ella la célula se hincha hasta llegar al equilibrio.
• Hipertónica con respecto a la célula: si al colocar la célula en ella la célula pierde agua.
• Isotónica con respecto a la célula: si al colocar la célula ni gana ni pierde agua.

7. HOMEOSTASIS DE LÍQUIDOS Y ELECTROLITOS

Procesos y sistemas corporales que mantienen la homeostasis de líquidos y electrolitos.

• RIÑÓN: agua e iones mayoritariamente
• SUDOR: agua e iones en menor proporción

RESPIRACIÓN: H+, ion bicarbonato

• HECES: agua e iones en menor proporción

SED Na+ y agua: controlan fundamentalmente la osmolaridad K+: función cardiaca, muscular y nerviosa Ca2+: función muscular, exocitosis, hueso, coagulación H+ y HCO3 -: control del pH

8. FISIOLOGÍA GENERAL DE LA COMUNICACIÓN CELULAR (mirar Bioquímica ll, tema 2)

Entre las funciones que tiene la membrana se encuentra la comunicación celular que puede ser local por conexiones célula-célula o señales para y autocrinas*, o puede ser a larga distancia usando moléculas específicas.

*En otro tipo de clasificaciones podemos tener: comunicación por contacto directo y por moléculas secretadas (auto/para/neuro/endocrinas).

8.1 COMUNICACIÓN LOCAL.

• Uniones en hendidura o brecha: canales iónicos (CONEXIÓN). Especificidad: aminoácidos, ATP, AMP, iones. CÉLULAS NERVIOSAS Y EXCITABLES: HÍGADO, PULGÓN, MÚSCULO CARDIACO Y LISO.
• SEÑALES DEPENDIENTES DE CONTACTO: moléculas de adhesión celular (MAC), se adhieren al citoesqueleto y enzimas intracelulares. Transfieren la señal. SISTEMA INMUNE, CRECIMIENTO Y DESARROLLO (células nerviosas)
• SEÑALES AUTOCRINAS (la misma célula envía y recibe la señal) y PARACRINAS (del citoplasma de una célula a la membrana de otra). Sustancias químicas al LEC: citoquinas, eicosanoides, histamina.

8.2 COMUNICACIÓN A LARGA DISTANCIA.

• Sistema nervioso: sustancias neurocrinas: neurotransmisores, neuromoduladores, neurohormonas. Llegan a otro tipo de células excitables también.
• Sistema endocrino: señales químicas (hormonas) transportadas por la sangre a células dianas (con receptores).

8.3 RECEPTORES proteicos: de membrana y citoplasmáticos.

• Cuando la molécula es lipofílica (apolar), va a entrar directamente a la membrana. Pero una vez dentro va a tener que circular con un receptor citoplasmático (o intracelular) y para entrar al núcleo necesitará otro. Esta respuesta es más lenta.
• Cuando la molécula es hidrofílica (polar) no puede atravesar directamente la membrana, sino que va a necesitar un receptor de membrana. Ya dentro de la célula sí puede ir sola. Se necesitan menos estructuras: es más rápida.

Tipos de receptores de membrana:

• Receptor-canal: la unión del ligando abre o cierra el canal.
• Receptor enzimático: la unión del ligando a un receptor enzimático activa una enzima intracelular.
• Receptor asociado a proteína G: la unión del ligando a un receptor asociado a proteína G abre un canal iónico o altera la actividad de una enzima.
• Receptor tipo integrina: la unión del ligando a los receptores tipo integrina altera el citoesqueleto.

Receptor	Actividad	Transducción de señales	Ligandos
Enzimáticos	Proteincinasa y guanililciclasa		Insulina, citocinas, factores de crecimiento
Acoplados a proteínas G		y enzimas amplificadoras (adenilciclasas y fosfolipasas C)	Hormonas, pigmentos sensoriales (visual y oído), factores de crecimiento
Integrina: proteínas transmembrana		Coagulación sanguínea, reparación de heridas, respuesta inmune, desplazamiento celular en el desarrollo.	Proteínas de matriz extracelular, anticuerpos, moléculas para la coagulación sanguínea.
Canales iónicos, el canal es el receptor	La señal activa el cambio de conformación del canal.		Se unen a proteínas G o responden a segundos mensajeros.

Estructura: polipéptido de 7 hélices alfa con aa hidrofóbicos integrados en la membrana.

En células excitables porque el movimiento de iones altera el potencial eléctrico de la membrana

8.4 TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES: es el mecanismo por el cual la señal (ligando) se une al receptor y éste pone en marcha una respuesta celular adecuada a esa señal.

SEGUNDO MENSAJERO	FORMADO A PARTIR DE	ENZIMA AMPLIFICADORA	UNIDO A	ACCIÓN	EFECTOS
Nucleótidos	AMPc	ATP	Adenililciclasa (membrana)	GPCR*	Activa proteincinasas, especialmente PKA. Se une a canales iónicos. Fosforila proteínas. Altera la apertura de canales.
GMPc	GTP	Guanililciclasa (membrana)	Receptor enzimático	Activa proteincinasas, especialmente PKG. Fosforila proteinas.
Guanililciclasa (citosol)	Óxido nítrico (NO)			Se une a canales iónicos. Altera la apertura de canales.
Derivados de lípidos*	IP	Fosfolipidos de membrana	Fosfolipasa C (membrana)	GPCR	Libera Ca2+ de depósitos intracelulares. Véase los efectos del Ca2+ más abajo.
DAG				Activa la proteincinasa C. Fosforila proteinas.
lones	Ca2+			Se une a calmodulina. Se une a otras proteínas. Altera la actividad enzi- mática. Exocitosis, con- tracción muscular, movi- miento citoesquelético, apertura de canales.

Características:

• Las vías forman una cascada de varias activaciones.
• Regulación negativa: cada eslabón de la ruta de señalización se encarga de transmitir la señal al eslabón siguiente y al mismo tiempo desconecta la transmisión del eslabón anterior.

*GPCR = receptor asociado a proteina G. IP3 = inositol trifosfato. DAG = diacilalicerol