Introducción al Estudio de las Ciencias Fisiológicas

Fisiología proviene del griego ( φύσις (phúsis) "naturaleza, origen", y -λογία (-logía) "estudio de").

La fisiología es el estudio científico de las funciones y mecanismos en un sistema vivo. Como subdisciplina de la biología, se centra en cómo los organismos, los sistemas de órganos, los órganos individuales, las células y las biomoléculas llevan a cabo las funciones químicas y físicas en un sistema vivo. A lo largo de la historia, la fisiología ha evolucionado y ha sido influenciada por diversos pensadores y descubrimientos.Rresumen de su desarrollo histórico:

1. Antigua Grecia:

   • Hipócrates (420 a. C.) es uno de los primeros médicos que se interesó por la fisiología humana. Incorporó la teoría de los cuatro humores: bilis negra, flema, sangre y bilis amarilla. 

   • Aristóteles también contribuyó al pensamiento crítico sobre la fisiología, explorando cómo los organismos funcionan en relación con su anatomía. Su enfoque en la relación entre estructura y función marcó el inicio de la fisiología en la antigua Grecia

2. Galeno y la Fisiología Experimental:

   • Galeno (130-200 d. C)  médico romano, realizó experimentos para estudiar el funcionamiento del organismo, convirtiéndose en el fundador de la fisiología experimental. Describió que el cuerpo humano constaba de tres sistemas conectados: el cerebro y los nervios, que son responsables de los pensamientos y las sensaciones; el corazón y las arterias, que dan vida; y el hígado y las venas, que pueden atribuirse a la nutrición y el crecimiento.​ Es considerado el fundador de la fisiología experimental.​ Y durante los siguientes 1.400 años, la fisiología galénica fue muy influyente en la medicina.​ Durante esta época, se equiparon salas de estudio con instrumentos de medición para medir parámetros biológicos en animales sacrificados.

3. Revolución Médica del Siglo XIX:

   • Claude Bernard (en Francia) formuló las bases de la medicina experimental. Bernard es considerado el padre de la fisiología moderna. Esta revolución se centró en la experimentación y teorización, sentando las bases para la fisiología como la conocemos hoy. 

En la actualidad la palabra Fisiología implica la utilización de métodos experimentales, técnicas y conceptos de las ciencias químicas y físicas en la investigación de los procesos vitales y de las funciones orgánicas y celulares.

Organización Funcional del Cuerpo

El cuerpo humano es un sistema complejo que está formado por varios sistemas de órganos. Estos sistemas trabajan en conjunto para realizar funciones vitales.  

SISTEMAS

¿Qué es un sistema?

Se entiende por un sistema a un conjunto ordenado de componentes relacionados entre sí, ya se trate de elementos materiales o conceptuales, dotado de una estructura, una composición y un entorno particulares.

Un sistema no es otra cosa que un segmento de la realidad que puede estudiarse de manera independiente del resto, pero en el cual sus componentes se hallan interconectados.

Cualquier sistema es reconocible dados sus límites y partes interrelacionadas e interdependientes (sus llamados subsistemas), a punto tal que la modificación de un elemento modifica necesariamente el funcionamiento del resto del sistema.

De manera similar, se considera que un sistema es más que la mera sumatoria de sus partes, es decir, dentro de un sistema es posible prever el comportamiento de sus componentes si se modifican los demás, y además los sistemas poseen un propósito a cumplir, un fin último que garantiza su éxito.

Tipos de sistema

Los sistemas pueden clasificarse en dos grandes categorías:

Sistemas conceptuales. Se trata de conjuntos ordenados e interrelacionados de conceptos e ideas, que pueden ser de cuatro tipos diferentes: individuos, predicados, conjuntos u operadores. Son de tipo abstracto, intangible.

Sistemas materiales. Por el contrario, son tangibles, concretos, y están compuestos de componentes físicos, es decir, cosas con propiedades específicas, como energía, historia, posición, etc. El cuerpo humano , por razones obvias, es de este tipo de sistemas.

Ejemplos de sistema

En nuestra vida cotidiana abundan los sistemas, tales como:

Sistema circulatorio el cuerpo humano, compuesto por el corazón, las venas y arterias, así como la sangre que lleva el oxígeno a todo el cuerpo.

El cuerpo humano es un sistema abierto ya que intercambia materia, energía e información con el medio ambiente y es un sistema complejo.

Sistemas complejos

Aunque no hay consenso en cuanto a la definición de sistemas complejos, ​ todos ellos comparten varias propiedades claramente identificables. Entre ellas se destaca que los sistemas complejos consisten en entes:

·  Conectados

·  Interdependientes

·  Diversos

·  Adaptativos

·  Dependientes del camino (propósito a cumplir).

· Emergentes: La emergencia o el surgimiento hace referencia a aquellas propiedades o procesos de un sistema no reducibles a las propiedades o procesos de sus partes constituyentes. La mente, por ejemplo, es considerada por muchos como un fenómeno emergente, ya que surge de la interacción distribuida entre diversos procesos neuronales (incluyendo también algunos corporales y del entorno) sin que pueda reducirse a ninguno de los componentes que participan en el proceso (ninguna de las neuronas por separado es consciente).

En organismos unicelulares, todos los procesos vitales ocurren en una sola célula. Conforme progreso la evolución de los organismos multicelulares, varios grupos celulares se organizaron en tejidos y órganos con funciones particulares que se dividen en sistemas (digestivo, nervioso, respiratorio). En seres humanos y otros animales vertebrados los grupos celulares especializados incluyen:

• • un sistema digestivo para la digestión y absorción de alimentos,

  • un sistema respiratorio para la captación de O2 y eliminación de CO2; 

  • un sistema urinario para eliminar productos de desecho metabólico y equilibrar el medio interno,

• • un sistema cardiovascular para la distribución de nutrimentos, O2, y productos del metabolismo;

  • un sistema reproductor para perpetuar a la especie;

  • un sistema endocrino y el sistema nervioso para coordinar e integrar la función de los otros aparatos y sistemas

  • un sistema locomotor para movilizarse. 

Medio Interno y Homeostasis

El concepto de medio interno es fundamental en el ámbito de la medicina y la fisiología. Fue introducido por el fisiólogo francés Claude Bernard en el siglo XIX . El medio interno se refiere a los líquidos corporales que rodean a las células, proporcionando un ambiente estable y protegido donde pueden realizar sus funciones metabólicas. Este concepto es central para comprender cómo los organismos multicelulares logran mantener el equilibrio interno frente a los cambios del entorno externo.

Incluye el líquido intersticial y el líquido intravascular que es el plasma sanguíneo y la linfa que se encuentra dentro de vasos sanguíneos  y linfáticos. Su composición debe mantenerse dentro de límites estrechos para asegurar la supervivencia celular y la función orgánica. 

Homeostasis es el mantenimiento del equilibrio del medio interno, esto es vital para el funcionamiento adecuado de los sistemas corporales. 

Las células que constituyen el cuerpo de los animales multicelulares (excepto las formas de vida más simple), ya sean acuáticos o terrestres, existen en un “mar interno” denominado líquido extra celular delimitado por el aparato integumentario del animal. De este líquido, las células captan O2 y nutrientes y hacia él vierten sus productos de desecho metabólico. El líquido extra celular se encuentra más diluido que el agua de mar de hoy en día, pero su composición simula estrechamente la que se encontraba en los océanos primordiales en los cuales, se supone, se originó la vida.

En animales con un sistema vascular cerrado, el líquido extra celular se divide en dos componentes: el líquido intersticial y el plasma sanguíneo circulante. El plasma y los elementos celulares de la sangre, sobre todo los eritrocitos, llenan el sistema vascular y en conjunto constituyen el volumen sanguíneo total. El líquido intersticial es la porción del líquido extra celular que se encuentra fuera del árbol vascular, y que cubre a las células. Casi una tercera parte del agua corporal total se encuentra en el espacio extra celular, y la porción restante se encuentra en el interior de la célula (líquido intracelular). En el adulto joven varón promedio, 18% del peso corporal está constituido por proteínas y sustancias relacionadas, 7% se compone de minerales y 15% corresponde a grasa. El restante 60 a 70% es agua.

El componente intracelular del agua corporal constituye casi 50% del peso del cuerpo y el componente extracelular, cerca de 20%. Casi 25% del componente extracelular se encuentra en el sistema vascular (plasma = 5% del peso corporal) y 75% se encuentra fuera de los vasos sanguíneos (líquido intersticial = 15% del peso corporal). Todo el volumen sanguíneo representa casi 8% del peso corporal total. El flujo entre estos espacios está estrictamente regulado.

Resumiendo:

En el organismo humano adulto el agua representa aproximadamente el 60% al 70% del peso corporal.  Está distribuido en dos grandes compartimientos

• el espacio intracelular (50%)

• el espacio extracelular (20%)

Separados entre si por una membrana con permeabilidad selectiva (semipermeable), la membrana celular.

A su vez el agua extracelular está distribuida en otros dos compartimientos:

• intravascular (5%)

• intersticial (15%)

Separados entre si por una membrana semipermeable, La pared capilar.

La presencia de membranas semipermeables limitando los tres espacios permite un continuo e intenso intercambio y determina diferencias en la composición química de los distintos espacios.

Si se producen alteraciones en el Volúmen o composición de algunos de los compartimientos trae aparejadas alteraciones de los otros.  Conservar sus características estructurales y funcionales, lo que implica un control estricto sobre el intercambio de materiales, esta constancia del medio interno es los que se denomina: HOMEOSTASIS.

El Líquido extracelular se transporta por todo el cuerpo en 2 etapas:

1. transporte de la sangre a través del sistema circulatorio.

2. movimiento de líquido entre los capilares sanguíneos y las células.

A medida que la sangre pasa por los capilares se produce un intercambio continuo de esta con el espacio intracelular a través del líquido intersticial en uno u otro sentido. El líquido intersticial o líquido del intersticio, sirve para rellenar la parte vacía entre las células y los capilares sanguíneos. Gracias a su presencia se favorece la interacción entre ambas entidades.

El exceso de líquido intersticial es reabsorbido por los capilares linfáticos. Se convierte, entonces, en linfa. Esta es transportada hasta el cuello donde a través de  los conductos linfáticos, de nuevo se integra en la vía sanguínea a través de la vena subclavia izquierda y derecha. La composición del líquido intersticial es relativamente cercana a la del plasma.

La sangre también fluye a través de los pulmones captando el oxígeno de los alvéolos, también por el tubo digestivo se absorben nutrientes hasta el líquido extracelular como carbohidratos, ácidos grasos, aminoácidos, etc. pero no todas se utilizan tal como se absorben sino que muchos cambian su composición química  por el hígado,  para ser mejor utilizados, y los tejidos.

Al mismo tiempo que la sangre capta el oxígeno en los pulmones el CO2 se libera de la sangre a los alvéolos y de estos a la atmósfera por los movimientos respiratorios.

Los riñones realizan su función primero mediante la filtración de grandes cantidades de plasma y después reabsorbiendo hacia la sangre las sustancias necesarias para el cuerpo y las no requeridas, como la urea, son eliminadas por la orina.

Existen numerosas sustancias  disueltas en los líquidos corporales, variando la composición según se trate de líquido intra o extracelular. Entre estas sustancias se encuentran elementos nutritivos (oxígeno, glucosa, aminoácidos, lípidos) y electrolitos tanto aniones como cationes.

 Hay un equilibrio dinámico entre la composición del líquido intracelular y extracelular, estando regulado su pasaje por las leyes que manejan el transporte a través de las membranas.

TIPOS DE TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA CELULAR

Permeabilidad: 

Es la facilidad o dificultad con que distintas sustancias pueden atravesar la membrana cuando son impulsadas por una fuerza determinada, peden ser:

• membranas impermeables: no dejan pasar ninguna sustancia.

• membranas permeables: dejan pasar cualquier sustancia en forma indiscriminada.

• membrana semipermeable: solo dejan pasar selectivamente algunas sustancias. A este tipo corresponde la membrana celular.

 El transporte a través de una membrana semipermeable se pueden clasificar como:

1. Transporte a través de un gradiente de concentración: (pasivo, sin gasto de energía). La fuerza impulsora se establece por diferencias de concentración, la sustancia se mueve desde donde está más concentrada hasta donde está más diluida, y depende principalmente del tamaño de las partículas.

·   Difusión

·   Osmosis

·   Difusión facilitada.

2. Transporte en contra de un gradiente de concentración (activo, con gasto de energía)

·    Transporte activo. 

3. Transporte especializado o Transportes en masa.

·    Pinocitosis.

·    Fagocitosis

·    Exocitosis.

1. Transporte a través de un gradiente de concentración: (pasivo, sin gasto de energía)

Osmosis y Difusión:

Suponiendo que  tenemos un recipiente dividido en dos compartimientos por una membrana semipermeable, ambos contienen agua (solvente)  y un soluto (ejem. arena), pero el compartimiento A tiene dos moles de soluto y el compartimiento B tiene  un mol  de soluto, el soluto pasa desde donde está más concentrado hacia donde está menos concentrado, es decir, del lado A al B. Esto se conoce como Difusión.

Entonces Difusión es el pasaje de una sustancia a través de una membrana semipermeable que separa dos soluciones. La fuerza que empuja al soluto es creada por la diferencia de concentraciones. Pasa desde donde hay mas soluto hacia donde hay menos soluto.

En cambio Osmosis es un  proceso de difusión aplicado al agua (solvente). El agua (solvente) pasa de donde hay menos soluto (menos concentración de la mezcla) hacia donde hay mas soluto (mas concentración de la mezcla).La fuerza que empuja las moléculas de agua a través de la membrana, dada por la actividad molecular que es mayor en el lado donde menos soluto hay.

 La Difusión facilitada la sustancia reacciona con ciertos componentes de la membrana celular, lo cual altera sus características físico químicas permitiendo el  pasaje de la sustancia.

2. Transporte en contra de un gradiente de concentración (activo, con gasto de energía)

Transporte activo: moverse en contra de un gradiente

Para transportar una sustancia en contra de un gradiente electro químico o de concentración, la célula debe utilizar energía. Los mecanismos de transporte activo justamente hacen eso: gastan energía (a menudo en forma de ATP) para mantener las concentraciones correctas de iones y moléculas en las células vivas. De hecho, las células ocupan mucha de la energía obtenida en el metabolismo para mantener en funcionamiento los procesos de transporte activo. Por ejemplo, la mayoría de la energía de un glóbulo rojo se usa para mantener los niveles internos de sodio y potasio que difieren de los de su entorno.

Los mecanismos de transporte activo pueden dividirse en dos categorías. El transporte activo primario utiliza directamente una fuente de energía química (p.ej., ATP) para mover las moléculas a través de una membrana contra su gradiente. Por otro lado, el transporte activo secundario (cotransporte) utiliza un gradiente electroquímico, generado por el transporte activo, como fuente de energía para mover moléculas contra su gradiente y, por lo tanto, no necesita directamente una fuente de energía química, como el ATP. A continuación, veremos cada tipo de transporte activo con mayor detalle.

• Transporte activo primario

Una de las bombas más importantes en las células animales es la bomba sodio-potasio, que transporta Na  hacia afuera de las células y K  hacia adentro de ellas. Dado que el proceso de transporte utiliza ATP como fuente de energía, se considera un ejemplo de transporte activo primario.

La bomba sodio-potasio no solo mantiene las concentraciones correctas de Na  y K  en las células vivas, sino que también desempeña una función importante en la generación de voltaje a través de la membrana celular en las células animales. Bombas como esta, que participan en el establecimiento y mantenimiento de los voltajes de membrana, se llaman bombas electrógenas. La bomba electrógena primaria en plantas es la que bombea iones de hidrógeno (H ) en lugar de sodio y potasio .

El ciclo de la bomba de sodio-potasio

La bomba sodio-potasio transporta sodio hacia afuera de la célula y potasio hacia adentro de la misma en un ciclo repetitivo de cambios de conformación (forma). En cada ciclo, tres iones de sodio salen de la célula y entran dos iones de potasio. Este proceso se lleva a cabo en los siguientes pasos:

1.     En su forma inicial, la bomba está abierta hacia el interior de la célula. En esta forma, realmente le gusta unirse (tiene una alta afinidad) a los iones sodio y tomará hasta tres de ellos.

2.    Cuando se unen los iones sodio, hacen que la bomba hidrolice (degrade) ATP. Un grupo fosfato del ATP se une a la bomba, es decir, la fosforila. En el proceso se libera ADP como producto secundario.

3.  La fosforilación hace que la bomba cambie de forma, reorientándose a sí misma de manera que abre hacia el espacio extracelular. En esta conformación, a la bomba ya no le gusta unirse a los iones sodio (tiene una afinidad baja por ellos), por lo que los tres iones de sodio son liberados fuera de la célula.

4.    En su forma orientada hacia el exterior, la bomba cambia lealtades y ahora le gusta unirse a iones de potasio (tiene alta afinidad por ellos) . Se unirá a dos iones de potasio, lo que desencadena la eliminación del grupo fosfato unido a la bomba en el paso 2.

5.    Sin el grupo fosfato, la bomba regresa a su forma original, y se abre hacia el interior de la célula.

6.    En su forma orientada hacia el interior, la bomba pierde interés en los iones potasio (tiene baja afinidad por ellos), por lo que libera los dos iones de potasio en el citoplasma. La bomba está nuevamente como en el paso 1 y el ciclo puede comenzar otra vez.

Esto puede parecer un ciclo complicado, pero solo implica que la proteína va y viene entre dos formas: una forma orientada hacia el interior con una gran afinidad por el sodio (y poca afinidad por el potasio) y una forma orientada hacia el exterior con una afinidad elevada por el potasio (y baja afinidad por el sodio). La proteína puede alternar entre ambas formas mediante la adición o eliminación de un grupo fosfato, que a su vez es controlado por la unión de los iones transportados.

Cómo genera un potencial de membrana la bomba de sodio-potasio

¿Cómo exactamente establece la bomba sodio-potasio un voltaje a través de la membrana? por cada tres iones de sodio que se mueven hacia fuera, solamente dos iones de potasio se mueven hacia dentro, por lo que el interior de la célula es más negativo. 

• Transporte Activo Secundario

Los gradientes electroquímicos creados mediante transporte activo primario almacenan energía, que puede liberarse a medida que los iones se mueven otra vez por sus gradientes. El transporte activo secundario utiliza la energía almacenada en estos gradientes para mover otras sustancias contra sus propios gradientes.

Por ejemplo, supongamos que tenemos una alta concentración de iones de sodio en el espacio extracelular (gracias al gran esfuerzo de la bomba sodio-potasio). Si alguna ruta, como una proteína de canal o transportadora, está abierta, los iones de sodio se moverán por su gradiente de concentración y regresarán al interior de la célula.

En el transporte activo secundario, el movimiento de los iones de sodio a favor de su gradiente se acopla al transporte de otras sustancias en contra de su respectivo gradiente mediante una proteína transportadora compartida (un cotransportador). Por ejemplo, en la siguiente figura, una proteína transportadora permite que los iones de sodio se muevan en el sentido de su gradiente, pero simultáneamente lleva una molécula de glucosa en contra de su gradiente y hacia la célula. La proteína transportadora utiliza la energía del gradiente de sodio para transportar moléculas de glucosa.

En el transporte activo secundario, las dos moléculas transportadas pueden moverse en la misma dirección (es decir, hacia la célula) o en direcciones opuestas (es decir, una hacia adentro y otra hacia fuera de la célula). Cuando se mueven en la misma dirección, la proteína que las transporta se llama simportador; si se mueven en direcciones opuestas, se llama antiportador.

 3. Transporte especializado o transportes en masa.

Imagina que eres un macrófago: un glóbulo blanco despiadado que acecha, como ameba, entre los tejidos del cuerpo, en busca de patógenos, células moribundas y muertas y otras cosas indeseables. Cuando encuentras alguno de estos, tu tarea no es destruirlos, sino devorarlos por completo. Esta aniquilación total parece un poco exagerada, pero tiene dos propósitos. Primero, recupera macromoléculas valiosas para que el cuerpo pueda volver a usarlas. Segundo, en el caso de organismos patógenos extraños, permite que el macrófago presente fragmentos del patógeno sobre su superficie, lo que alerta a otras células inmunitarias sobre su presencia y desencadena una respuesta inmunitaria.

Retrocedamos un poco. ¿Cómo un macrófago se “come” a un patógeno o un fragmento de detrito celular? En secciones anteriores hemos hablado acerca de las formas en que los iones y moléculas pequeñas, como azúcares y aminoácidos, pueden entrar y salir de la célula mediante proteínas transportadoras y de canal. Las proteínas de canal y los transportadores son muy buenas para permitir el paso de pequeñas moléculas específicas a través de la membrana, pero son demasiado estrechas (y muy selectivas con lo que transportan) como para permitir que una célula ingiera algo tan grande como una bacteria.

En cambio, las células necesitan mecanismos de transporte en masa con los que pueden mover partículas grandes (o grandes cantidades de partículas más pequeñas) a través de la membrana celular. Estos mecanismos implican encerrar las sustancias que van a ser transportadas en sus propios globos pequeños de membrana que pueden desprenderse o fusionarse con la membrana plasmática para transportar la sustancia a través de ella. Por ejemplo, un macrófago engulle su cena de patógeno extendiendo sus protrusiones de membrana alrededor de ella y encerrándola en un globo de membrana llamado vacuola alimenticia (donde posteriormente será digerida).

Los macrófagos son un ejemplo impresionante de transporte en masa, y la mayoría de las células del cuerpo no engullen microorganismos enteros. Sin embargo, tienen mecanismos de transporte en masa de algún tipo. Estos mecanismos permiten a las células obtener nutrientes del ambiente, selectivamente “agarrar” ciertas partículas del líquido extracelular o liberar moléculas de señalización para comunicarse con sus vecinos. Tal como los procesos de transporte activo que mueven iones y moléculas pequeñas a través de proteínas transportadoras, el transporte en masa es un proceso que requiere energía (y, de hecho, consume mucha).

Aquí, analizaremos los diferentes modos de transporte en masa: fagocitosis, pinocitosis, endocitosis mediada por receptores y exocitosis.

Endocitosis

Endocitosis (del griego endon, que significa "dentro", kytos, que significa "célula", y -osis, que significa "proceso ) es un término general para los distintos tipos de transporte activo que introducen partículas en una célula encerrándolas en vesículas de membrana plasmática.

Existen variaciones de endocitosis, pero todas siguen el mismo proceso básico. En primer lugar, la membrana plasmática de la célula se invagina (se pliega hacia adentro), formando un bolsillo alrededor de la partícula o partículas objetivo. Entonces, el bolsillo se desprende con la ayuda de proteínas especializadas y atrapa la partícula en una vesícula o vacuola recién creada dentro de la célula.

A su vez, la endocitosis puede subdividirse en las siguientes categorías: fagocitosis, pinocitosis y endocitosis mediada por receptores.

• Fagocitosis

La fagocitosis (literalmente “alimentación celular") es una forma de endocitosis en la que se introducen partículas grandes, como células o restos celulares, dentro de la célula. Ya hemos visto un ejemplo de fagocitosis en la introducción de este artículo, ya que este es el tipo de endocitosis utilizada por los macrófagos para engullir un patógeno.

Una vez que la célula ha rodeado exitosamente su objetivo, el bolsillo que lo contiene se desprende de la membrana y forma un compartimiento de membrana llamado vacuola alimenticia. La vacuola alimenticia se fusionará después con una organella llamado lisosoma, al que también se le conoce como "centro de reciclaje" de la célula. Los lisosomas contienen enzimas que degradan la partícula atrapada en sus componentes básicos (como aminoácidos y azúcares) que posteriormente pueden ser utilizados por la célula.

• Pinocitosis

La pinocitosis (literalmente, “beber celular”) es una forma de endocitosis en la cual una célula absorbe pequeñas cantidades de líquido extracelular. La pinocitosis se presenta en muchos tipos de células y ocurre continuamente, ya que la célula toma muestras una y otra vez del líquido circundante para obtener todos los nutrientes y demás moléculas presentes. El material pinocitado se almacena en vesículas pequeñas, mucho más pequeñas que la gran vacuola alimenticia producida por la fagocitosis.

• Endocitosis mediada por receptores

La endocitosis mediada por receptores es una forma de endocitosis en la que las proteínas receptoras en la superficie de la célula se utilizan para capturar una determinada molécula objetivo. Los receptores, que son proteínas transmembranales, se agrupan en regiones de la membrana plasmática conocidas como fosas revestidas. Este nombre proviene de una capa de proteínas, llamadas proteínas de revestimiento, que se encuentran en el lado citoplásmico de la fosa. La clatrina, mostrada en el diagrama anterior, es la proteína de revestimiento más estudiada.

Cuando los receptores se unen a su molécula objetivo, se desencadena la endocitosis, y los receptores, junto con las moléculas que tiene unidas, se absorben hacia la célula en una vesícula. Las proteínas de revestimiento participan en este proceso al darle a la vesícula su forma redondeada y ayudándola a desprenderse de la membrana. La endocitosis mediada por receptor permite a las células absorber grandes cantidades de moléculas que son relativamente escasas (presentes en bajas concentraciones) en el líquido extracelular.

Aunque el propósito de la endocitosis mediada por receptores es llevar sustancias útiles a la célula, otras partículas menos amigables pueden entrar por el mismo camino. El virus de la gripe, la difteria y la toxina del cólera usan vías endocíticas mediadas por receptores para entrar en las células.

Exocitosis

Las células deben ingerir ciertas moléculas, como los nutrientes, pero también deben liberar otras, como proteínas señalizadoras y productos de desecho, al exterior. La exocitosis (del griego exo: fuera y cito: receptáculo ) es una forma de transporte en masa en la que los materiales son transportados del interior al exterior celular por medio de vesículas cubiertas de membrana que se fusionan con la membrana plasmática.

Algunas de estas vesículas proceden del aparato de Golgi y contienen proteínas sintetizadas específicamente por la célula para su liberación en el exterior, como las moléculas de señalización. Otras vesículas contienen desechos que la célula debe eliminar, como lo que sobra después de que una partícula fagocitada ha sido digerida.

Estas vesículas son transportadas hasta el borde de la célula, donde se fusionan con la membrana plasmática y liberan su contenido en el espacio extracelular. Algunas vesículas se fusionan completamente con la membrana y se incorporan a ella, mientras que otras siguen el modelo de “besa y corre”, en el que se fusionan de tal forma que liberan su contenido (“besan” la membrana) antes de desprenderse y regresar al interior de la célula.

LA CÉLULA : ORGANIZACIÓN Y FUNCIONES

   La célula es la unidad estructural más pequeña de los organismos vivos. Está rodeada de una Membrana Celular en cuyo interior se encuentra el Citoplasma o matriz celular y las estructuras subcelulares u organelas limitadas por membranas.

   En las células eucariota (altamente especializadas) el material genético de la célula está concentrado en el Núcleo, las “enzimas digestivas” en los Lisosomas, la producción de adenosín trifosfato (ATP) por fosforilación oxidativa, tiene lugar en las Mitocondrias y la síntesis de proteínas en los Ribosomas.

   El Núcleo contiene un líquido denominado Cariolinfa así como la Red de cromatina y los Nucleolos. La red de cromatina está constituida por Ácido desoxirribonucléico (ADN) que es portador de la información genética- dos hebras de ADN enrolladas y plegadas formando los cromosomas los cuales poseen más de 10 micras de longitud. El Núcleo  de la célula humana normal contiene 46 cromosomas: 2 conjuntos de 22 autosomas y 2 cromosomas X en la mujer  o uno X y otro Y en el varón. El ADN es una molécula de cadena larga formada por 4 nucleótidos distintos: adenosina, timidina, guanosina y citosina. Su “columna vertebral”está constituida por moléculas de ácido  fosfórico unidos a una pentosa, la desoxirribosa. La secuencia en que se disponen las bases determina el Código genético. El Nucleolo contiene ácido ribonucléico (ARN); el denominado ARN mensajero (ARNm) que proporciona la información genética, que ha recibido de las moléculas de ADN (trascripción) a los ribosomas, en donde es utilizada para el proceso de síntesis de proteínas (traducción). El ARNm (molécula de gran tamaño) atraviesa las dos capas de la membrana nuclear a través de poros nucleares. El ARN de transferencia (ARNt) participa en el suministro o aporte de los aminoácidos individuales requeridos para la síntesis de proteínas en un proceso en que el ARN ribosómico (ARNr) desempeña un papel esencial.

 El Retículo endoplásmico rugoso (RER) está constituido por vesículas aplanadas conectadas entre sí, constituyendo una red de canales que se extienden por toda la célula. Las proteínas sintetizadas por los Ribosomas en la superficie del RE  son vehiculizadas en el interior de las vesículas que se han desprendido del RER.

 El RE desprovisto de ribosomas de denomina de RE Liso y se encarga fundamentalmente de la síntesis de lípidos.

 El Aparato de Golgi está constituido por piulas de vesículas aplanadas las más pequeñas de las cuales pueden ser liberadas. Sus principales funciones están relacionadas con procesos de secreción. Los Gránulos de secreción así formados se desplazan hacia la membrana externa de la célula, se fusionan con ella y liberan su contenido al espacio extracelular: Exocitosis (Ej.: secreción hormonal) que es un  proceso que consume energía. La Endocitosis es el proceso inverso.

  Las Mitocondrias constituyen la central productora de energía de la célula. Poseen enzimas del ciclo del ác. Cítrico (Ciclo de Krebs) y de la cadena respiratoria. Constituyen la parte donde se producen las reacciones oxidativas más importantes para generar energía, que es almacenada en forma química en moléculas de ATP. Las mitocondrias contienen también ribosomas y pueden sintetizar determinadas proteínas.

  Los Lisosomas son vesículas repletas de enzimas que se originan en la mayoría de los casos en el RE y en el Ap. De Golgi (lisosomas primarios). También implicados en el transporte y degradación de sustancias (fago lisosomas o lisosomas secundarios). La degradación de organelas también tiene lugar en ellos (cito lisosomas o vacuolas autofágicas) Estos son trasladados a la periferia de la célula y expulsados por Exocitosis.

  Membrana Celular: La membrana que rodea a la célula es una estructura notable. Está constituida por lípidos y proteínas y es semipermeable, lo cual permite el paso de algunas sustancias a través de ella al tiempo que evita el paso de otras. No obstante, su permeabilidad puede variar porque contiene numerosos conductos regulados y otras proteínas de transporte que pueden cambiar la cantidad de sustancias que la atraviesan. En general, se le denomina membrana plasmática. El núcleo y otros organelos en la célula están limitados por estructuras membranosas similares. La estructura química de las membranas y sus propiedades varían de manera considerable de una ubicación a otra, pero comparten algunas características. En general, aquéllas tienen un espesor cercano a 7.5 nm (75 Å). Los principales lípidos son fosfolípidos, como fosfatidilcolina y fosfatidiletanolamina. La forma de las moléculas de fosfolípidos refleja sus propiedades de solubilidad: un extremo de la molécula contiene una porción fosfato, la cual es relativamente soluble en agua (polar, hidrofílica) y, el otro extremo, que es relativamente insoluble en dicha sustancia (no polar, hidrófoba). El poseer propiedades hidrofílica e hidrófoba hace de los lípidos moléculas anfipáticas. En la membrana, los extremos hidrófilos de las moléculas están expuestos al entorno acuoso que rodea el exterior de las células y el citoplasma acuoso; los extremos hidrófobos se encuentran en contacto con la región interior de la membrana, la cual posee bajo contenido de agua. 

En las células (que contienen núcleo), las membranas celulares poseen varios glucoesfingolípidos, esfingomielina y colesterol además de los fosfolípidos y la fosfatidilcolina. Diferentes proteínas están incluidas en la membrana. Se encuentran como unidades globulares separadas y muchas pasan a través de la membrana (proteínas integrales), en tanto que otras (proteínas periféricas) se observan incrustadas dentro y fuera de la membrana. La cantidad de proteínas varía de manera significativa con la función de la membrana, pero constituyen hasta casi 50% de la masa de la membrana; es decir, hay aproximadamente una molécula de proteína por 50 moléculas de fosfolípidos, las cuales son mucho más pequeñas. Las proteínas en la membrana tienen diversas funciones. Algunas son moléculas de adhesión celular que fijan la célula con las células vecinas o con la lámina basal. Otras proteínas funcionan como bombas que transportan iones de manera activa a través de la membrana. Hay proteínas que actúan como transportadores al desplazar sustancias mediante difusión facilitada. Otros más son conductos iónicos, que cuando se activan, permiten el paso de iones hacia el interior o del exterior de la célula. Más adelante, se revisan las funciones de las bombas, los transportadores y los conductos iónicos en el transporte a través de la membrana celular. Otro grupo de proteínas actúa como receptores, a los cuales se unen ligandos o moléculas mensajeras y que inician cambios fisiológicos en el interior de la célula. Las proteínas también se desempeñan como enzimas, al catalizar reacciones en la superficie de la membrana. Las porciones sin carga, hidrófobas, de las proteínas suelen ubicarse en el interior de la membrana, en tanto que aquellas con carga y, por tanto, hidrofílicas, se ubican en la superficie. Las membranas son estructuras dinámicas y sus elementos constitutivos se renuevan en modo constante a diferentes tasas de velocidad.

   Algunas funciones de la membrana celular son:

   -Mantenimiento del medio interno.

   -Protección frente al entorno.

   -Transporte de sustancias.

   -Reconocimiento de hormonas.

   -Adhesión de las células entre si.

LA HOMEOSTASIS

Del griego ὅμοιος [homoios], «igual, similar»,​ y στάσις [stásis], «estado, estabilidad»​ es una propiedad de los organismos que consiste en su capacidad de mantener una condición interna estable compensando los cambios en su entorno mediante el intercambio regulado de materia y energía con el exterior (metabolismo). Se trata de una forma de equilibrio dinámico que se hace posible gracias a una red de sistemas de control realimentados que constituyen los mecanismos de autorregulación de los seres vivos. Ejemplos de homeostasis son la regulación de la temperatura y el balance entre acidez y alcalinidad (pH).

El concepto de regulación del ambiente interno fue aplicado por Claude Bernard  en 1865 al referirse al concepto de medio interno (milieu intérieur). Walter Cannon en 1926, ​ para referirse a este concepto de regulación del medio interno acuña la palabra Homeostasis.

En general tenemos la idea de que todo organismo vivo debe mantener sus variables estables ya que éstas sostienen la homeostasis. La homeostasis describe la característica esencial de todos los seres vivos que definen un interior y lo mantienen estable en un ambiente inestable. La temperatura corporal o el ph sanguíneo son ejemplos de ello. Este concepto ha dominado la fisiología y la medicina desde que Claude Bernard declaró: "Todos los mecanismos vitales...tienen un solo objetivo: preservar constantes las condiciones del medio interno".

Su máxima se ha interpretado literalmente como que significa que el propósito de la regulación fisiológica es fijar cada parámetro interno en un "punto de ajuste" (setpoint) detectando los errores y corrigiéndolos con realimentación negativa (Cannon, 1935: Figura 1).

Homeostasis y sistemas de control

Los siguientes componentes forman parte de un bucle de retroalimentación (en inglés feedback loop) e interactúan para mantener la homeostasis (Fig. 1):

Figura 1. Componentes de un sistema de retroalimentación.

·    Variable: es la característica del ambiente interno que es controlada (temperatura, PH, oxigeno, etc.)

·    Sensor (Receptor): detecta cambios en la variable y envía la información al integrador (centro de control).

·   Integrador (Centro de Control): recibe información del sensor sobre el valor de la variable, interpreta el error que   se ha producido y actúa para anularlo integrando datos del sensor y datos almacenados del punto de ajuste.

·   Punto de ajuste: es el valor normal de la variable que ha sido previamente almacenado en la memoria.

·  Efector: es el mecanismo que tiene un efecto sobre la variable y produce la respuesta. La respuesta que se   produce está monitorizada de forma continua por el sensor que vuelve a enviar la información al integrador                  (retroalimentación).

Figura 2. Bucle de retroalimentación negativa.

·    Retroalimentación negativa: tiene lugar cuando la retroalimentación invierte la dirección del cambio. La retroalimentación negativa tiende a estabilizar un sistema corrigiendo las desviaciones del punto de ajuste y constituye el principal mecanismo que mantiene la homeostasis. Algunos ejemplos son la frecuencia cardíaca, la presión arterial, el ritmo respiratorio, el pH de la sangre, la temperatura corporal y la concentración osmótica de los fluidos corporales.

·       Retroalimentación positiva: tiene lugar cuando la retroalimentación tiene igual dirección que la desviación del punto de ajuste amplificando la magnitud del cambio. Luego de un lapso de tiempo se invierte la dirección del cambio retornando el sistema a la condición inicial. En sistemas fisiológicos la retroalimentación positiva es menos común que la negativa, sin embargo, es muy importante en numerosos procesos. Como ejemplos, se puede citar la coagulación de la sangre, la generación de señales nerviosas (concentración de sodio hasta generar el potencial de acción), los estrógenos y la ovulación, la lactancia y las contracciones del parto.

POTENCIAL DE MEMBRANA O POTENCIAL DE ACCIÓN

1.- POTENCIALES DE MEMBRANA

Normalmente hay potenciales eléctricos a través de las membranas en todas las células. De las cuales:

·         Las células nerviosas y musculares son  EXCITABLES

·         Es decir, son capaces de auto generar impulsos electro químicos

·         En sus membranas, y en muchos casos, de transmitir señales a lo largo de las mismas.

En el cuerpo humano el flujo de corriente eléctrica lo establecen iones, es decir átomos que han perdido o ganado electrones. Los iones que actúan en el cuerpo humano son principalmente: Na+, K+, Cl- y Ca++. Los dos primeros tienen una carga positiva, el cloro una carga negativa y el calcio dos positivas. Además, existen algunas moléculas proteicas con carga negativa. La membrana neuronal es semipermeable y sólo permite el paso de determinados iones bloqueándolo a otros.

2.- POTENCIAL DE REPOSO

Cuando una neurona o fibra muscular se encuentra en estado de reposo (no despolarizada), su interior se encuentra cargado negativamente con relación al exterior. En esta situación, los iones intentan equilibrarse a ambo lados de la membrana, sin embargo no es posible porque la membrana es sólo permeable a determinados iones. El ion potasio (K+) no puede atravesar la membrana fácilmente y los iones de cloro (CL-) y sodio (Na+) consumen mayor tiempo para atravesarla. Las proteínas (A-) del interior celular tienen carga negativa y, por su tamaño nuclear, no pueden cruzar la membrana. Además, la bomba de sodio se encarga de expulsar tres iones de sodio por cada dos de potasio que entran, lo que producen un balance negativo a favor en el interior celular.

3.- POTENCIAL DE ACCIÓN

Cuando un estimulo adecuado, del tipo que sea (mecánico, eléctrico, térmico o químico), actúa sobre la membrana plasmática, los canales de sodio se abren y dejan entrar iones sodio rápidamente dentro del citoplasma celular conducidos por su gradiente electro químico. El potencial de membrana cambia aproximadamente 100 mV (-70 mv a +30 mV), y la célula se dice que se encuentra despolarizada. Este cambio breve y reversible del potencial de membrana se llama potencial de acción.

Este explosivo mecanismo persiste por alrededor de 1 ms y es auto limitado. Cuando en el interior de la célula se convierte en positivo, las cargas repelen posteriores entradas de iones sodio y los canales de membrana para el sodio se cierran. Al mismo tiempo, los canales de potasio de la membrana se abren y el potasio sale fuera de la célula rápidamente, siguiendo el gradiente electro químico. Cuando el potasio sale y el potencial de membrana se convierte en menos positivo, el potencial de membrana vuelve a su situación de reposo inicial. Esto se llama re polarización.

El movimiento de los iones en un segmento de la membrana despolariza al segmento adyacente y así en la dirección del impulso (se va alejando de su origen). Una vez iniciado, un potencial de acción es por si mismo un evento que se auto propagada a una velocidad constante a lo largo de la membrana celular.

El potencial de acción es un evento que se rige por la ley del todo o nada, o sucede o no sucede. Cada potencial de acción es seguido por un periodo breve de refractariedad, durante el cual la célula no puede responder a un segundo estimulo. Una fibra muscular responde igual (todo o nada), aunque el punto de mínimo de excitación (threshold = límite) de las células musculares es muy superior al de las células nerviosas.

ALOSTASIS

(Artículos Externos)

¿Qué es la alostasis?

https://drive.google.com/file/d/1YkkZVF_G7MmilrGDVoX28d2fuNspNvAn/view?usp=sharing