Apuntes de Fisiología para Enfermería (1er Cuatrimestre)

FISIOLOGÍA 1º CUATRIMESTRE 1º ENFERMERÍA BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN TEMA 1: FISIOLOGÍA Y RELACIÓN CON OTRAS CIENCIAS. HOMEOSTASIS 1. Introducción 2. Fisiología modern...

FISIOLOGÍA 1º CUATRIMESTRE 1º ENFERMERÍA BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN TEMA 1: FISIOLOGÍA Y RELACIÓN CON OTRAS CIENCIAS. HOMEOSTASIS 1. Introducción 2. Fisiología moderna (Claude Bernard) 3. Homeostasis (Walter B. Cannon) 3.1. Ley de equilibrio de masas 3.2. Mecanismos de retroalimentación 3.3. Otros mecanismos de regulación: mecanismos de prealimentación (feed – forward) 3.4. Homeostasis y salud  1. INTRODUCCIÓN ❖ La fisiología es el estudio del funcionamiento del organismo y de los mecanismos que usa para el mantenimiento y desarrollo de la vida. Según el tipo de organismo: animal y vegetal. Según el nivel de organización: celular y general. ❖ La fisiología humana explica las características y mecanismos del cuerpo humano que hacen que sea un ser vivo. ❖ Los niveles de organización son: químico, celular, tisular, orgánico, sistémico e individuo. 2. FISIOLOGÍA MODERNA (CLAUDE BERNARD) La fisiología moderna, que se basa en la medicina experimental, estudia el funcionamiento del organismo y la regulación que permite el mantenimiento de la homeostasis del medio interno. El medio interno es el líquido extracelular que rodea las células (plasma + líquido intersticial) y contiene todo lo necesario para realizar las funciones celulares. Su constancia es fundamental para el funcionamiento de las células y para adaptar el organismo al medio externo. Interacciona con las células y modifica su composición. VARIABLES DEL MEDIO INTERNO Dióxido de Ion Ion Ion Ion Ion Oxígeno Glucosa Temperatura pH carbono calcio potasio bicarbonato cloruro sodio 1’2 4’2 106 142 40mmHg 45mmHg 90mg/dl 37ºC 7’4 24mmol/l mmol/l mmol/l mmol/l mmol/l 3. HOMEOSTASIS (WALTER B. CANNON) La homeostasis es el mantenimiento de la constancia del medio interno mediante mecanismos fisiológicos coordinados. Es sensible al medio ambiente. No es un equilibrio porque el valor de referencia varía según las circunstancias, por eso existe un rango de normalidad. Un organismo está en homeostasis cuando: ❖ El medio interno contiene las concentraciones óptimas de nutrientes, agua, iones y gases. ❖ La temperatura es óptima. ❖ El volumen de fluidos es óptimo para la vida celular. La homeostasis se consigue mediante: ❖ Mecanismos fisiológicos coordinados que compensan las modificaciones del medio interno. ❖ Sistemas de control (presión sanguínea, temperatura…). 3.1. LEY DE EQUILIBRIO DE MASAS La ley de equilibrio de masas dice que para que la cantidad de una sustancia corporal permanezca constante, la entrada debe ser contrarrestada por una pérdida equivalente. 3.2. MECANISMOS DE RETROALIMENTACIÓN ❖ Están producidos por otros órganos diferentes al que está siendo regulado. ❖ Están regulados por el sistema nervioso (transmisión de impulsos) y el sistema endocrino (secreción de hormonas). El sistema de control está formado por: Bucle de respuesta Receptor: detecta la variable que ha cambiado. Centro integrador: conoce el rango corrector de la variable y envía señales para activar la respuesta. Efector: ejecuta la respuesta. Bucle de retroalimentación: la información de salida regresa a la entrada. Mecanismos de retroalimentación negativa (negative feedback) ❖ Es una respuesta frecuente mediada por los sistemas de control que ayuda al mantenimiento de la homeostasis. ❖ El sistema responde de manera opuesta a la señal de entrada, es decir, la respuesta fisiológica contrarresta el estímulo y desactiva el bucle de respuesta. Por ejemplo, al aumentar la glucemia se inician mecanismos para bajarla. Mecanismos de retroalimentación positiva (positive feedback): es una respuesta poco frecuente y no homeostática que potencia un estímulo. Por ejemplo, cuando el feto presiona para salir se inician mecanismos que potencian su salida. 3.3. OTROS MECANISMOS DE REGULACIÓN: MECANISMOS DE PREALIMENTACIÓN (FEED – FORWARD) Los mecanismos de prealimentación (feed – forward) anticipan las necesidades del organismo y lo preparan para producir una respuesta. Por ejemplo, el control cefálico de la digestión. 3.4. HOMEOSTASIS Y SALUD Un cambio externo (frío, falta de oxígeno…) provoca un cambio interno (estrés, metabolismo celular…) y por tanto la pérdida de la homeostasis, por lo que el organismo intenta compensarlo. Si la compensación fracasa se produce una enfermedad. FISIOLOGÍA 1º CUATRIMESTRE 1º ENFERMERÍA BLOQUE 2: FISIOLOGÍA CELULAR TEMA 2: LA MEMBRANA CELULAR 1. La membrana celular 1.1. Funciones de la membrana celular 1.2. Propiedades de la membrana celular 1.3. Estructura y componentes de la membrana celular 1.4. Uniones celulares 2. Transporte de moléculas a través de la membrana celular 2.1. Transporte de macromoléculas 2.2. Transporte de moléculas pequeñas 2.2.1. Transporte pasivo 2.2.2. Transporte activo 3. Movimiento del agua a través de la membrana 3.1. Ósmosis 3.2. Osmolaridad 3.3. Tonicidad 1. LA MEMBRANA CELULAR La membrana celular es una estructura elástica que rodea y delimita la célula (separa el medio intracelular del extracelular). Membrana biológica o celular: membrana plasmática + membrana intracelular. Membrana plasmática: la que rodea a la célula. 1.1. FUNCIONES DE LA MEMBRANA CELULAR Función estructural Sostén estructural: mantiene la forma de la célula. Aislamiento físico: separa la célula del medio y mantiene el medio intracelular. Compartimentalización intracelular: separa el contenido de los orgánulos en las células eucariotas. Comunicación entre la célula y el medio: mediante receptores y movimientos. Barrera de permeabilidad selectiva: regula el intercambio de sustancias entre el medio intracelular y extracelular. 1.2. PROPIEDADES DE LA MEMBRANA CELULAR Fluidez: los lípidos y proteínas se pueden mover. Asimetría: la composición de lípidos y proteínas de las monocapas (interna y externa) es distinta. Barrera de permeabilidad selectiva: solo las moléculas pequeñas e hidrófobas pueden atravesar la membrana (las demás necesitan proteínas transportadoras). 1.3. ESTRUCTURA Y COMPONENTES DE LA MEMBRANA CELULAR Sus componentes se disponen según el modelo de mosaico fluido (una distribución asimétrica donde los componentes se pueden mover), formando una bicapa lipídica de proteínas (55%), lípidos (42%) y glúcidos (3%). Glúcidos: glucolípidos y glucoproteínas. Lípidos ❖ Están formados por un ácido graso (saturado: sin doble enlace / insaturado: con doble enlace) y un glicerol. ❖ Forman la barrera hidrófoba porque son insolubles en agua. ❖ Sus movimientos en la membrana son intramoleculares (flexión de las colas) o traslacionales (rotación, difusión lateral y flip – flop). Fosfolípidos (75%) ❖ Están formados por dos ácidos grasos, un glicerol, un grupo fosfato y un grupo polar (colina, serina o etanolamina). ❖ Los tipos de fosfolípidos influyen en la forma de la célula. Los que tienen forma cilíndrica (fosfatildilcolina [PC]) forman monocapas planas. Los que tienen grupos pequeños (fosfatildiletanolamina [PE]) tienen forma cónica. La bicapa con fosfatildilcolina (PC) en la parte externa y fosfatildiletanolamina (PE) en la parte interna tiene una curvatura natural. ❖ Tienen dos características principales. Autoensamblaje: son moléculas anfipáticas formadas por una cabeza polar hidrofílica y una cola apolar hidrofóbica, por eso se ordenan en soluciones acuosas. ▪ Micelas: son esferas con la cabeza hacia fuera y la cola hacia dentro. ▪ Bicapas: la cabeza está en el exterior y la cola está en el interior. ▪ Láminas: cuando están en interfase líquida. Fluidez de la membrana: depende de dos factores. ▪ Longitud de la cadena hidrocarbonada: + longitud = – fluidez → cuanto más larga sea la cadena hidrocarbonada más zonas de interacción hay y menos se pueden mover los fosfolípidos. ▪ Grado de saturación de los ácidos grasos: + enlaces dobles = + fluidez → los enlaces dobles disminuyen las interacciones, por lo que los fosfolípidos se pueden mover más. Colesterol (20%) ❖ Es una molécula anfipática formada por un grupo alcohol (polar) unido a un anillo esteroide y una cadena hidrocarbonada (apolares). ❖ Tiene dos funciones. Aumenta la rigidez y estabilidad mecánica. (+ colesterol = – fluidez). Disminuye la temperatura de congelación y la permeabilidad Glucolípidos (5%) ❖ Son moléculas anfipáticas formadas por una cabeza polar (hidrato de carbono) y dos cadenas hidrocarbonadas (esfingolípidos). ❖ Solo se encuentran en la monocapa externa de la membrana, por eso tienen una alta asimetría. Proteínas ❖ Hay dos tipos de proteínas. Proteínas integrales: atraviesan total o parcialmente la bicapa lipídica o están unidas a los lípidos y es difícil separarlas de la membrana porque tienen una interacción fuerte (enlaces covalentes). Proteínas periféricas: están unidas a una monocapa de la membrana mediante interacciones débiles, por eso es fácil separarlas de la membrana. ❖ Tienen varias funciones. Función estructural: proporcionan flexibilidad a la membrana y dan forma a la célula. Transporte: proteínas transportadoras o canales iónicos. Receptores: de hormonas y neurotransmisores. Enzimas: rompen algo para que el producto entre directamente en la célula. Reconocimiento celular: reconocen una molécula y la señalan. Adhesión y migración celular: se unen con las células vecinas, lo que puede hacer que la célula migre. 1.4. UNIONES CELULARES Las uniones celulares son especializaciones de la membrana plasmática que conectan las células (entre sí o con la matriz extracelular) y forman los tejidos (epitelial, conectivo, muscular y nervioso). Uniones en hendidura o comunicantes: permiten el paso de iones de un lado a otro. Uniones estrechas u oclusivas: cierran el espacio entre dos células. Uniones de anclaje (desmosomas): unen la célula a la membrana basal. 2. TRANSPORTE DE MOLÉCULAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA CELULAR 2.1. TRANSPORTE DE MACROMOLÉCULAS Endocitosis: la molécula entra en la célula. Fagocitosis: moléculas grandes. Los pseudópodos (proyecciones de la membrana celular) rodean la molécula y se forma un fagosoma, el cual se une al lisosoma (contiene enzimas digestivas que rompen la molécula) y se forma el fagolisosoma. Pinocitosis: moléculas más pequeñas. Las vesículas unen sus extremos (invaginación de la membrana) y engloban parte del contenido extracelular. Pinocitosis mediada por un receptor: líquido o componentes del medio externo. La zona de la membrana que se invagina tiene proteínas que reconocen la molécula, la cual se introduce en la célula en una vesícula cubierta por la proteína clatrina. Exocitosis: la molécula (molécula grande o neurotransmisor) sale de la célula dentro de una vesícula intracelular que se fusiona con la membrana plasmática. Constitutiva: ocurre en todas las células para renovar la membrana plasmática. Reguladora: ocurre como respuesta a un estímulo. 2.2. TRANSPORTE DE MOLÉCULAS PEQUEÑAS El gradiente electroquímico puede ser: Gradiente eléctrico: como el interior de la célula es negativo, las moléculas positivas entran en la célula. Gradiente químico: las moléculas pasan de donde hay más concentración a donde hay menos. 2.2.1. TRANSPORTE PASIVO El transporte pasivo ocurre a favor del gradiente electroquímico, por lo que no necesita energía. Difusión simple: moléculas liposolubles (+ liposolubilidad = + difusión). D·A· β·(C1−C2) Ley de Fick: mide el flujo de moléculas entre dos regiones → J = ∆X Difusión facilitada: moléculas no liposolubles que necesitan proteínas transportadoras. Proteínas permeasas: reciben la molécula en la zona receptora, cambian su conformación y liberan la molécula al otro lado de la membrana. Especificidad: son específicas para un sustrato o un conjunto de sustratos. Competencia: los sustratos pueden competir por la proteína transportadora, por lo que cuando hay mucha concentración de sustrato competidor el transporte es inhibido. Saturación: tienen un límite en su funcionamiento, es decir, a partir de cierta concentración de sustrato la tasa de transporte es máxima. Proteínas canal: tienen un poro hidrofílico para que los iones atraviesen la membrana. Según el tipo de ion permeable: muy selectivos o poco selectivos. Según el mecanismo de activación ▪ Sin compuertas: canales iónicos responsables del potencial de membrana en reposo donde el ion se transporta continuamente. ▪ Con compuertas: canales iónicos dependientes de ligando (regulan la apertura y cierre de la compuerta) o dependientes de potencial (el cambio de voltaje cambia la compuerta). 2.2.2. TRANSPORTE ACTIVO El transporte activo ocurre en contra del gradiente electroquímico, por lo que necesita energía y siempre interviene una proteína. Primario: la energía procede de la hidrólisis de ATP de la bomba iónica (saca 3 Na+ e introduce 2 K+, gastando 1 ATP). Mantiene la homeostasis y las diferencias de concentración de sodio y potasio. Establece un potencial eléctrico negativo en el interior celular. Controla el volumen celular ya que si la bomba se detiene, el sodio aumenta y entra agua en la célula. Secundario: la energía procede de la disipación de un gradiente iónico, es decir, de la energía almacenada por la diferencia de concentración iónica entre dos sustancias durante el transporte primario. Simporte (cotransporte): las moléculas van en el mismo sentido. Antiporte (contratransporte): una molécula va al interior celular y la otra al exterior. 3. MOVIMIENTO DEL AGUA A TRAVÉS DE LA MEMBRANA Las moléculas de agua atraviesan la membrana biológica mediante canales de membrana (acuaporinas) u ósmosis (difusión simple a través de la membrana). 3.1. ÓSMOSIS La ósmosis es el paso del agua a través de una membrana semipermeable (deja pasar el agua, pero no el soluto) desde el compartimento más diluido (menos concentración de soluto) al más concentrado (más concentración de soluto). Equilibrio osmótico: se produce cuando la concentración de soluto es igual en el líquido intracelular y el extracelular. Presión osmótica: es la presión necesaria para detener la ósmosis, es decir, para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable. + concentración de soluto = + presión osmótica. Se mide con la Ley de Van’t Hoff: π = R · T · (φ · i · c) 3.2. OSMOLARIDAD ❖ Es el número de partículas osmóticamente activas por unidad de volumen. ❖ Se mide en osmoles / litro (OsM/l) o miliosmoles / litro (mOsM/l). 3.3. TONICIDAD La tonicidad mide la capacidad de una solución para cambiar el volumen de las células alterando su concentración de agua. Determina el volumen celular. Depende de la concentración de solutos no penetrantes. Solución isotónica: el medio intracelular y extracelular tienen las mismas concentraciones de soluto, por lo que no se produce ningún cambio. Solución hipertónica: el medio extracelular está más concentrado que el medio intracelular, por lo que sale agua de la célula y se encoge. Solución hipotónica: el medio extracelular está menos concentrado que el medio intracelular, por lo que entra agua en la célula y se hincha. FISIOLOGÍA 1º CUATRIMESTRE 1º ENFERMERÍA BLOQUE 2: FISIOLOGÍA CELULAR TEMA 3: POTENCIAL DE MEMBRANA Y POTENCIAL DE ACCIÓN 1. Composición iónica del líquido intracelular y extracelular 2. Potencial de membrana 2.1. Canales iónicos 2.2. Potencial de equilibrio: ecuación de Nernst 2.3. Potencial de membrana en reposo: ecuación de Goldman 3. Fenómenos eléctricos en las células excitables y no excitables 3.1. Variaciones del potencial de membrana 3.2. Fenómenos eléctricos celulares 3.2.1. Características del potencial de acción 3.2.2. Conducción del potencial de acción 1. COMPOSICIÓN IÓNICA DEL LÍQUIDO INTRACELULAR Y EXTRACELULAR Líquido intracelular: potasio (K+). Líquido extracelular: sodio (Na+) y cloro (Cl–). Entre ambos líquidos hay un equilibrio osmótico (tienen la misma osmolaridad), unos 290mOsM (miliosmoles), pero hay un desequilibrio por: ❖ Permeabilidad selectiva. ❖ Concentración asimétrica de iones. ❖ Aniones intracelulares. 2. POTENCIAL DE MEMBRANA El potencial de membrana (Vm) es la diferencia de potencial entre el interior y el exterior celular, es decir, la diferencia entre la carga intracelular y extracelular. El interior celular tiene carga negativa respecto al exterior. Si la célula no está estimulada eléctricamente, el potencial de membrana es – 65mV. 2.1. CANALES IÓNICOS La molécula entra en la célula a través de una proteína canal, que tiene un poro hidrofílico para que los iones atraviesen la membrana. Según el tipo de ion permeable Muy selectivos: sodio (Na+), potasio (K+), calcio (Ca2+) y cloro (Cl–). Poco selectivos: aniónicos y catiónicos. Según el mecanismo de activación Sin compuertas: canales iónicos responsables del potencial de membrana en reposo donde el ion se transporta continuamente. Con compuertas: canales iónicos dependientes de ligando (regulan la apertura y cierre de la compuerta) o dependientes de potencial (el cambio de voltaje cambia la compuerta). 2.2. POTENCIAL DE EQUILIBRIO: ECUACIÓN DE NERNST ❖ El potencial de equilibrio es el nivel potencial que se opone a la difusión neta de un ion específico a través de la membrana. ❖ La ecuación de Nernst sirve para calcular el potencial de equilibrio de un ion a una diferencia de concentración dada a través de una membrana. Potencial de equilibrio del potasio (K+) ❖ Hay un flujo de potasio hasta que su potencial de equilibrio sea – 90mV. ❖ Para que el potencial de la célula sea – 90mV, el potasio tiene que salir de la célula ya que al ser un catión positivo la célula queda cargada negativamente. Potencial de equilibrio del sodio (Na+) ❖ Hay flujo de sodio hasta que su potencial de equilibrio sea + 60mV. ❖ Para que el potencial de la célula sea + 60mV, el sodio tiene que entrar en la célula ya que al ser un catión positivo la célula queda cargada positivamente. El potencial de equilibrio del calcio es – 63mV y el del cloro es + 122mV. 2.3. POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO: ECUACIÓN DE GOLDMAN ❖ El potencial de membrana (Vm) en reposo es la diferencia de potencial entre las membranas de las células excitables (aquellas capaces de producir un potencial de acción) durante el periodo de reposo (periodo entre potenciales de acción). ❖ Depende de varios factores. Carga eléctrica y concentración (interior y exterior) de cada ion. Permeabilidad de la membrana para cada ion. ❖ Se debe a la salida de potasio a través de los canales de fuga, ya que el potasio es más permeable que el sodio. La bomba de Na+ / K+ es electrogénica y supone una pérdida continua de cargas positivas del interior celular, ya que saca 3 Na+ e introduce 2 K+. ❖ El valor del potencial de membrana en reposo de una célula se acerca al valor del potencial de equilibrio del ion más permeable en ese momento. Como la membrana es mucho más permeable al potasio, el potencial de membrana en reposo será cercano al potencial de equilibrio del potasio. El potencial de equilibrio del potasio es mayor que el del sodio y el del cloro. ❖ La ecuación de Goldman sirve para evaluar la contribución de cada ion al potencial de membrana. 3. FENÓMENOS ELÉCTRICOS EN LAS CÉLULAS EXCITABLES Y NO EXCITABLES 3.1. VARIACIONES DEL POTENCIAL DE MEMBRANA Despolarización: el potencial de membrana se hace más positivo respecto al potencial de membrana en reposo (se acerca al 0). Repolarización: el potencial de membrana vuelve a la normalidad después de una despolarización. Hiperpolarización: el potencial de membrana se hace más negativo respecto al potencial de membrana en reposo (se aleja del 0). 3.2. FENÓMENOS ELÉCTRICOS CELULARES Potenciales locales: cuando una célula recibe estímulos, abre o cierra los canales y cambia el potencial de membrana (despolarización e hiperpolarización). Se producen en un punto concreto de todas las células (excitables y no excitables). Son graduados (los receptores varían su intensidad según el estímulo recibido). Se pueden sumar. Potencial de acción: cambio rápido en el potencial de membrana en reposo (despolarización). Se produce en las células excitables (neuronas y células musculares y glandulares) por los canales iónicos dependientes de potencial y se extiende por la membrana. Tiene tres fases: Reposo: el potencial de membrana es el potencial de membrana en reposo (– 70mV), antes de que se produzca el potencial de acción. Despolarización: al superar el potencial umbral, los canales de sodio se abren y entra sodio (cargas positivas que neutralizan la carga negativa del interior celular). Si se alcanzan valores positivos (+ 30mV) se denomina potencial invertido. Repolarización: los canales de sodio se cierran y los de potasio se abren y sale potasio (la membrana se repolariza, luego se hiperpolariza y vuelve al potencial de membrana en reposo). Los canales de sodio dependientes de voltaje se abren rápidamente y se cierran lentamente. Los canales de potasio dependientes de voltaje se activan lentamente porque se abren cuando los canales de sodio comienzan a cerrarse. 3.2.1. CARACTERÍSTICAS DEL POTENCIAL DE ACCIÓN Fenómeno todo o nada ❖ Si no se alcanza el potencial umbral (potencial de membrana en el que es inevitable el potencial de acción) no se produce el potencial de acción. ❖ El tiempo que los canales de sodio y potasio permanecen abiertos no depende de la fuerza del estímulo. ❖ La amplitud del potencial de acción es la misma. Periodo refractario: periodo de tiempo tras un potencial de acción donde la célula está menos excitable de lo normal. Periodo refractario absoluto: la célula no está excitable y ningún estímulo puede producir otro potencial de acción porque los canales de sodio están cerrados. Periodo refractario relativo: la célula está menos excitable y solo se puede producir otro potencial de acción con una despolarización muy potente porque los canales de potasio están abiertos y la membrana está hiperpolarizada. 3.2.2. CONDUCCIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN Las neuronas están formadas por: Soma: parte central que contiene el núcleo y donde se produce el potencial de acción. Dendritas: ramificaciones que reciben la información. Axón: ramificación más larga por la que se transmite el potencial de acción. Axones amielínicos ❖ No están recubiertos por la vaina de mielina. ❖ Tienen una conducción continua. El impulso nervioso o muscular es la transmisión del potencial de acción a lo largo de una fibra nerviosa o muscular. 1. Despolarización: los canales de sodio se abren y entra sodio. 2. Repolarización: a medida que el sodio avanza, los canales de sodio se cierran. 3. Potencial en reposo: los canales de sodio están cerrados y los de potasio están abiertos, por lo que la célula se puede despolarizar por un estímulo. Axones mielínicos ❖ Están recubiertos por la vaina de mielina (enrollamiento de las células de Schwann), que funciona como un aislante eléctrico. ❖ Tienen una conducción saltatoria. Se produce en los nódulos de Ranvier (parte sin recubrir que contiene los canales iónicos). Cuando se produce un potencial de acción, la despolarización se propaga al siguiente nódulo y llega con una amplitud superior al potencial umbral. Es más rápida que la conducción continua y gasta menos energía porque produce menos potenciales de acción. Los factores que influyen en la velocidad de conducción son: Diámetro del axón: + diámetro = + velocidad. Presencia o ausencia de mielina: las fibras mielínicas conducen más rápido que las amielínicas. Temperatura: cinética de canales. FISIOLOGÍA 1º CUATRIMESTRE 1º ENFERMERÍA BLOQUE 2: FISIOLOGÍA CELULAR TEMA 4: TRANSMISIÓN SINÁPTICA 1. Comunicación celular 2. La neurona 3. Sinapsis 3.1. Sinapsis eléctrica 3.2. Sinapsis química 3.2.1. Eventos presinápticos 3.2.2. Eventos postsinápticos 3.2.2.1. Integración neuronal 3.3. Enfermedades por la alteración en la transmisión sináptica 1. COMUNICACIÓN CELULAR Comunicación de corta distancia Directa (sinapsis eléctrica): la señal se transmite de una célula a otra por contacto directo mediante las uniones en hendidura. Autocrina: la célula libera una señal que capta ella misma mediante sus receptores. Paracrina: la célula libera una señal que capta una célula cercana mediante sus receptores. Comunicación de larga distancia Nerviosa (sinapsis química): una neurona genera una señal que crea un neurotransmisor que se libera al exterior hasta el receptor de la célula diana. Endocrina: la señal sale de la célula y viaja por la sangre hasta el receptor de la célula diana. Neuroendocrina: una neurona genera una señal que crea un neurotransmisor que viaja por la sangre hasta el receptor de la célula diana. 2. LA NEURONA La neurona es la unidad básica y funcional del sistema nervioso. Soma: parte central que contiene el núcleo. Dendritas: ramificaciones que reciben la información. Axón: ramificación más larga donde se produce la sinapsis (terminal axónico o presináptico). 3. SINAPSIS Las sinapsis son uniones intercelulares especializadas (entre neuronas o entre neuronas y células musculares o glandulares) donde las señales se propagan a gran velocidad. Sinapsis axodendrítica: entre el terminal axónico de una neurona y la dendrita de otra. Sinapsis axosomática: entre el terminal axónico de una neurona y el soma de otra. Sinapsis axoaxónica: entre los terminales axónicos de dos neuronas. 3.1. SINAPSIS ELÉCTRICA ❖ Son canales directos que transmiten impulsos eléctricos de una célula a otra (sobre todo células del músculo cardiaco y el músculo liso), ya que los iones pasan de una célula a otra mediante las uniones en hendidura. Están formadas por dos conexones (proteínas intrínsecas de membrana formadas por seis proteínas conexina). Proporcionan continuidad citoplasmática (espacio extracelular reducido). ❖ La apertura y cierre del conexón es al azar, puede aumentar y se puede cerrar por daño celular. La probabilidad de apertura aumenta por la despolarización de una o ambas células. La probabilidad de cierre aumenta por un aumento de calcio o de protones intracelulares de una célula. ❖ Son corrientes iónicas bidireccionales sin mediadores químicos. ❖ El cambio de potencial en las células es sincrónico y activador (activa y despolariza las células adyacentes), por lo que no hay retardo sináptico. 3.2 SINAPSIS QUÍMICA ❖ Una neurona genera una señal que crea un neurotransmisor que se libera al exterior y contacta con otra célula para excitarla o inhibirla. ❖ Es una corriente unidireccional con mediadores químicos (neurotransmisores). ❖ El contacto sináptico puede ser excitador o inhibidor y puede haber retraso sináptico (el cambio de potencial se produce antes en la membrana presináptica que en la postsináptica). ❖ Tiene tres elementos. Elemento presináptico (neurona): tiene una zona activa con proteínas (terminal axónico) que unen las vesículas sinápticas que contienen los neurotransmisores. Hendidura sináptica: espacio entre las dos membranas. Elemento postsináptico (neurona): contiene receptores para los neurotransmisores. 3.2.1. EVENTOS PRESINÁPTICOS 1. Síntesis del neurotransmisor: el péptido precursor se sintetiza en los ribosomas, se procesa en el aparato de Golgi y se convierte en un neurotransmisor. 2. Almacenamiento del neurotransmisor en vesículas: el neurotransmisor se almacena en vesículas sinápticas en el terminal axónico. 3. Apertura de los canales de calcio: el potencial de acción abre los canales de calcio y el calcio de la hendidura sináptica entra en la neurona presináptica. 4. Liberación del neurotransmisor a la hendidura sináptica: las vesículas sinápticas se fusionan con el terminal axónico, por lo que el neurotransmisor sale a la hendidura sináptica por exocitosis y se une a los receptores de la neurona postsináptica. 5. Fin de la actividad del neurotransmisor Recaptación: mediante transportadores presinápticos. Degradación: mediante enzimas. Difusión: hacia fuera de la hendidura sináptica. 3.2.2. EVENTOS POSTSINÁPTICOS 1. Interacción entre el neurotransmisor y el receptor de la neurona postsináptica: los neurotransmisores son sustancias químicas que transmiten la señal en una sinapsis química de una neurona a otra neurona o célula (muscular o glandular). Neurotransmisores: moléculas pequeñas que producen respuestas rápidas. Clase I: acetilcolina. Clase II: aminas, adrenalina, noradrenalina, dopamina e histamina. Clase III: aminoácidos, glutamato (excitador) y GABA (ácido gama – aminobutírico / inhibidor). Clase IV: otras clases. Neuropéptidos: moléculas grandes que producen respuestas lentas y actúan en los sitios no sinápticos. ❖ Hormonas liberadoras hipotalámicas. ❖ Péptidos hipofisiarios. ❖ Péptidos intestinales o cerebrales. 2. Transducción de la señal mediante un receptor (ionotrópico o metabotrópico). Receptores ionotrópicos ❖ Son canales iónicos que se abren por la unión del neurotransmisor y producen una sinapsis rápida. ❖ Permiten el paso de iones positivos (canales catiónicos) y negativos (canales aniónicos). ❖ Pueden despolarizar (respuesta excitadora: entrada de sodio) o hiperpolarizar (respuesta inhibidora: entrada de cloro o salida de potasio) la neurona postsináptica. Receptores metabotrópicos ❖ Son receptores acoplados a proteínas G que producen una sinapsis lenta. ❖ Activan la proteína G, la cual puede actuar sobre un canal iónico o sobre una enzima o activar enzimas intracelulares o la transcripción génica. 3. Generación del potencial postsináptico: un potencial postsináptico es un cambio transitorio en el potencial de la membrana postsináptica producido por el neurotransmisor. Potencial postsináptico excitatorio (PPSE) ❖ Despolariza la neurona postsináptica. ❖ Aumenta la frecuencia de los impulsos de la neurona y la probabilidad de que la neurona genere un potencial de acción. ❖ Es de poca amplitud. ❖ El umbral para producir un nuevo potencial de Por eso un solo PPSE no puede acción en la neurona postsináptica es 10 – 20mV generar un potencial de acción más positivo que el potencial de reposo. ❖ Ej: glutamato (apertura de canales catiónicos). Potencial postsináptico inhibitorio (PPSI) ❖ Hiperpolariza la neurona postsináptica. ❖ Disminuye la frecuencia de los impulsos de la neurona y la probabilidad de que la neurona genere un potencial de acción. ❖ Ej: glicina y GABA (apertura de canales aniónicos). 3.2.2.1. INTREGRACIÓN NEURONAL La integración neuronal es la suma de los potenciales postsinápticos que se producen en la neurona como consecuencia de las numerosas sinapsis que recibe. Sumación temporal: suma de dos potenciales postsinápticos de una misma neurona que ocurren próximos en el tiempo. Sumación espacial: suma de dos potenciales postsinápticos de dos neuronas diferentes. Si la amplitud de la despolarización alcanza un valor umbral se genera un potencial de acción al inicio del axón. 3.3. ENFERMEDADES POR LA ALTERACIÓN EN LA TRANSMISIÓN SINÁPTICA Sistema nervioso periférico: miastenia grave. Sistema nervioso central: epilepsia, esquizofrenia, depresión, demencias y enfermedades neurodegenerativas (Alzheimer, Parkinson…). FISIOLOGÍA 1º CUATRIMESTRE 1º ENFERMERÍA BLOQUE 2: FISIOLOGÍA CELULAR TEMA 5: FISIOLOGÍA DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO 1. Tipos de músculos 2. El músculo esquelético 2.1. Fibra muscular esquelética o miofibra 2.2. Sarcómero 3. Fisiología del músculo esquelético 3.1. Teoría de la contracción del filamento deslizante 3.2. Función del calcio en la contracción muscular: puentes cruzados 3.3. Mecanismo molecular de la contracción muscular 4. Control neuronal de la contracción del músculo esquelético 4.1. Transmisión neuromuscular 4.2. Acoplamiento excitación – contracción del músculo esquelético 4.3. Fases de la contracción muscular 5. Energética muscular 6. Unidad motora y umbral de activación 6.1. Control de la fuerza de contracción 7. Tipos de contracciones del músculo esquelético 8. Trastornos musculares 1. TIPOS DE MÚSCULOS Hay tres tipos de músculos: Según el modo de control: voluntario e involuntario. Según la anatomía: esquelético, cardíaco y visceral. Según la histología: liso y estriado. Todos ellos se clasifican en tres tipos: Músculo esquelético ❖ Voluntario y estriado. ❖ Fibras estriadas con células grandes, alargadas y multinucleadas. Músculo cardíaco ❖ Involuntario y estriado. ❖ Fibras estriadas con células cortas y mononucleadas unidas por discos intercalares. Músculo liso ❖ Involuntario y liso. ❖ Fibras sin estrías con células pequeñas y mononucleadas. 2. EL MÚSCULO ESQUELÉTICO ❖ Determina la posición y el movimiento del esqueleto. ❖ Tiene bandas oscuras y claras y células alargadas y multinucleadas por la fusión de las fibras musculares. ❖ Está formado por varios componentes. El músculo está formado por la unión de varios fascículos. Los fascículos están formados por fibras musculares. Las fibras musculares están formadas por miofibrillas. Las miofibrillas están formadas por filamentos de actina y miosina y se disponen en el sarcómero. ❖ En el cuerpo humano hay 660 músculos esqueléticos. 2.1. MIOFIBRA O FIBRA MUSCULAR ESQUELÉTICA La miofibra o fibra muscular esquelética es una célula multinucleada formada por: Sarcolema: membrana celular. Sarcoplasma: citoplasma. Retículo sarcoplásmico: almacena el calcio (dispara la contracción). Sistemas de túbulos T o transversales: invaginaciones del sarcolema. Mitocondrias: tiene muchas por la gran demanda energética. Miofibrillas: son estriadas y están formadas por filamentos de actina y miosina. Filamentos de actina (finos): formados por cadenas de actinas, troponina (sitio de unión al calcio) y tropomiosina (unida a la troponina). Filamentos de miosina (gruesos): formados por una región bisagra, una cola de miosina y dos cabezas de miosina (forman el puente cruzado y son el sitio de unión a la actina, donde se produce la actividad ATPasa). 2.2. SARCÓMERO El sarcómero es la unidad anatómica y funcional del músculo estriado formado por filamentos de actina y miosina entre cada par de líneas Z. Línea Z: línea oscura dentro de la banda I (zona de unión entre filamentos de actina). Banda I: banda clara con dos zonas formadas por filamentos de actina. Banda A: banda oscura y central con filamentos de actina y miosina. Banda H: banda clara dentro de la banda A con filamentos de miosina. Línea M: línea oscura dentro de la banda H con miosina unida a la miosina adyacente. 3. FISIOLOGÍA DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO 3.1. TEORÍA DE LA CONTRACCIÓN DEL FILAMENTO DESLIZANTE ❖ El músculo se contrae por el acercamiento o deslizamiento de los filamentos de actina sobre los filamentos de miosina, haciendo que los sarcómeros se acorten. La longitud de los filamentos de actina y miosina y de la banda A no cambia. La distancia entre las líneas Z y el tamaño de las bandas H e I disminuyen. ❖ Es un proceso regulado por el calcio y la intervención nerviosa. Hay un límite máximo de acortamiento. El músculo se acorta más cuando está estriado. Los filamentos no se acortan, se deslizan. Cuanto más espacio hay entre la actina y la miosina, más fuerte es la contracción. 3.2. FUNCIÓN DEL CALCIO EN LA CONTRACCIÓN MUSCULAR: PUENTES CRUZADOS ❖ En reposo, el complejo troponina – tropomiosina bloquea la formación de los puentes cruzados (unión entre la cabeza de miosina y la actina). ❖ El calcio desplaza la tropomiosina, libera el sitio de unión de la actina y así la cabeza de miosina se puede unir a la actina. 3.3. MECANISMO MOLECULAR DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR 1. (Pasos 1 – 2) La cabeza de miosina es una ATPasa que hidroliza ATP para generar energía que produce la contracción, haciendo que se forme el puente cruzado. 2. (Paso 3) Se produce un golpe de fuerza que cambia la conformación de la miosina, haciendo que los filamentos de miosina se deslicen sobre la actina. 3. (Paso 4) Otro ATP se une a la cabeza de miosina para que se separe de la actina y desaparece el puente cruzado. 4. El ATP se hidroliza para que se vuelva a formar el puente cruzado y repetir el proceso. 4. CONTROL NEURONAL DE LA CONTRACCIÓN DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO 4.1. TRANSMISIÓN NEUROMUSCULAR ❖ El músculo esquelético está inervado por fibras neuronales mielinizadas de las motoneuronas de la médula espinal. ❖ La motoneurona libera acetilcolina (neurotransmisor) y estimula la contracción de la fibra muscular. ❖ La unión neuromuscular es la sinapsis entre la motoneurona y la fibra muscular. ❖ La placa motora terminal (región postsináptica) es la región del sarcolema que rodea el terminal axónico. 4.2. ACOPLAMIENTO EXCITACIÓN – CONTRACCIÓN DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO El acoplamiento excitación – contracción es la combinación de sucesos eléctricos y mecánicos en una fibra muscular. 1. Un potencial de acción abre los canales de calcio. 2. El calcio entra en la célula y libera la acetilcolina a la hendidura sináptica. 3. La acetilcolina se une a los receptores (colinérgico o nicotínico) de la placa motora terminal. 4. Los canales de sodio de la placa motora terminal se abren y entra sodio en la célula, por lo que la membrana se despolariza y se produce un potencial de acción. 5. El potencial de acción entra en los túbulos T, los canales de calcio se abren y sale calcio del retículo sarcoplásmico. 6. El calcio libera la tropomiosina, permitiendo que se formen los puentes cruzados y produciendo la contracción. 7. Cuando la célula no está excitada se cierran los canales de calcio, el cual vuelve al retículo sarcoplásmico mediante la bomba de calcio ATPasa, y la fibra muscular se relaja porque ya no se pueden formar puentes cruzados. 4.3. FASES DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR 1. Latencia. 2. Contracción (se inicia a medida que termina el potencial de acción). 3. Relajación. 5. ENERGÉTICA MUSCULAR Se gasta mucho ATP en la célula muscular porque se necesita para: Contracción: miosina ATPasa. Relajación: Ca2+ ATPasa (bomba de calcio). Potencial de acción: bomba de Na+ – K+ ATPasa. El ATP se obtiene de: Metabolismo aerobio: sistema oxidativo (fosforilación oxidativa). Metabolismo anaerobio: sistema fosfocreatina y sistema glucolítico (glucólisis). También se puede almacenar en los glucógenos de hepatocitos y células musculares. 6. UNIDAD MOTORA Y UMBRAL DE ACTIVACIÓN La unidad motora es la unidad básica de la contracción del músculo esquelético y está formada por una motoneurona y las fibras musculares (inervadas por la motoneurona). Una motoneurona puede inervar varias fibras musculares, pero cada fibra muscular está inervada por una sola motoneurona. Cuanto más grande sea la unidad motora, más fuerte es la contracción. 6.1. CONTROL DE LA FUERZA DE CONTRACCIÓN Sumación espacial (reclutamiento de unidades motoras): conforme aumenta la intensidad de estimulación de un nervio, se activan más unidades motoras y por tanto más fibras musculares. Sumación temporal: conforme aumenta la frecuencia de estimulación de un nervio, aumenta la fuerza que produce el músculo. Se puede aumentar la fuerza que produce el músculo hasta llegar a la tetania (estado de contracción máxima). 7. TIPOS DE CONTRACCIONES DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO Contracción isotónica (misma fuerza): la tensión producida por la contracción muscular es mayor que la carga, por lo que el músculo se acorta. Contracción isométrica (misma longitud): la tensión producida por la contracción muscular es menor que la carga, por lo que el músculo no se acorta. 8. TRASTORNOS MUSCULARES Trastornos simples Por uso excesivo: calambre (causa muscular) y contractura (causa neuronal). Por desuso: atrofia muscular. Trastornos adquiridos Enfermedades infecciosas: gripe. Envenenamiento con toxinas: toxina tetánica, botulínica… Trastornos heredados: distrofia muscular (Duchenne). FISIOLOGÍA 1º CUATRIMESTRE 1º ENFERMERÍA BLOQUE 2: FISIOLOGÍA CELULAR TEMA 6: FISIOLOGÍA DEL MÚSCULO CARDÍACO Y MÚSCULO LISO 1. El músculo cardíaco 1.1. Tejido contráctil 1.2. Tejido excitoconductor 1.3. Potenciales de acción del músculo cardíaco 1.3.1. Electrofisiología de una célula muscular contráctil 1.3.2. Electrofisiología del nódulo sinoauricular 1.3.3. Periodos refractarios del potencial de acción del músculo cardíaco 1.4. Acoplamiento excitación – contracción del músculo cardíaco 2. El músculo liso 2.1. Potenciales de acción del músculo liso unitario 2.2. Acoplamiento excitación – contracción del músculo liso 2.3. Tipos de contracciones del músculo liso 2.4. Control de la contracción del músculo liso 1. EL MÚSCULO CARDÍACO ❖ Tiene células cortas y mononucleadas unidas por discos intercalares que forman el sincitio. Forman el sincitio (conjunto de células que se comportan sincrónicamente). ❖ Es un tejido contráctil con fibras musculares conectadas eléctricamente. Puede ser músculo auricular o ventricular. ❖ Es un tejido excitoconductor que produce el estímulo eléctrico, el potencial de acción y la despolarización. Está formado por dos tipos de fibras musculares: nódulos (producen el ritmo del corazón) y haces (conducen la despolarización). No necesita motoneuronas porque se despolariza a sí mismo. 1.1. TEJIDO CONTRÁCTIL ❖ El músculo cardíaco se llama miocardio y las células musculares se llaman cardiomiocitos. ❖ Las fibras están especializadas en la contracción muscular. ❖ Los discos intercalares tienen desmosomas (proteínas que evitan que se rompa la unión entre las células). ❖ Tiene uniones en hendidura que transmiten la sinapsis eléctrica (permiten el movimiento de calcio entre dos células). ❖ Tiene muchas mitocondrias para la producción de ATP del metabolismo aerobio, cuya fuente es la fosforilación oxidativa. 1.2. TEJIDO EXCITOCONDUCTOR El estímulo eléctrico se genera en los nódulos: Nódulo sinoauricular (SA): el potencial de acción se transmite por las fibras de citoconducción hasta las aurículas y el nódulo auriculoventricular. Nódulo auriculoventricular (AV): transmite el potencial de acción más lentamente que el nódulo sinoauricular. Salen dos ramas (haz de His) que se ramifican en las fibras de Purkinje que van a los ventrículos, donde se transmite el potencial de acción a las fibras musculares para que se contraigan.  La transmisión a los ventrículos es decreciente: primero se llenan las aurículas y luego los ventrículos por la lenta transmisión del potencial de acción en el nódulo auriculoventricular (por eso los ventrículos se contraen después que las aurículas). Cuando la despolarización llega a las fibras musculares se contraen ambas aurículas. Sus propiedades son: Automatismo: se despolariza a sí mismo. Ritmo: las fibras musculares se contraen alternamente (sístole y diástole). Si no hay ritmo se produce una arritmia. Alta velocidad de conducción: la contracción es más rápida que en el tejido contráctil. 1.3. POTENCIALES DE ACCIÓN DEL MÚSCULO CARDÍACO Potencial de acción de la aurícula y el ventrículo ❖ Es muy negativo. ❖ No hay hiperpolarización. ❖ Cuando hay una repolarización hay una meseta, por eso es más largo y duradero. ❖ El potencial de acción de la aurícula es un poco más corto que el del ventrículo. Potencial de acción del nódulo sinoauricular ❖ No necesita un estímulo externo, por eso se llama potencial marcapasos. ❖ Es menos negativo que el potencial de la aurícula y el ventrículo. ❖ Hay una despolarización leve y una repolarización. 1.3.1. ELECTROFISIOLOGÍA DE UNA CÉLULA MUSCULAR CONTRÁCTIL El potencial de membrana en reposo es muy negativo por la alta permeabilidad de la membrana al potasio. Fase 0 (despolarización rápida): se abren los canales de sodio y entra sodio en la célula. Fase 1 (repolarización breve): se cierran los canales de sodio, se abren los canales de calcio y entra calcio en la célula. Fase 2 (meseta): los canales de calcio están abiertos y la célula se mantiene despolarizada. Fase 3 (repolarización): se cierran los canales de calcio, se abren los canales de potasio y sale potasio de la célula. Fase 4: se recupera el potencial de membrana en reposo. 1.3.2. ELECTROFISIOLOGÍA DEL NÓDULO SINOAURICULAR ❖ Se denomina potencial marcapasos porque la alta conducción catiónica (sodio y potasio) hace que, en reposo, entre sodio continuamente despolarizando a la célula. ❖ Su valor más negativo es de – 60mV. Fase 0 (despolarización): cuando se supera el potencial umbral (– 40mV) se abren los canales de calcio y se produce el potencial de acción. Fase 3 (repolarización): se cierran los canales de calcio y se abren los canales de potasio. 1.3.3. PERIODOS REFRACTARIOS DEL POTENCIAL DE ACCIÓN DEL MÚSCULO CARDÍACO ❖ Tiene dos periodos refractarios (absoluto y relativo) para evitar la contracción involuntaria del músculo cardíaco (tiene que terminar una contracción antes de empezar otra). Son muy largos porque los canales de sodio están cerrados, por eso cuando la célula se contrae no puede producir otro potencial de acción, evitando que el corazón se fatigue y se detenga. ❖ La fase de meseta corresponde a la duración de la contracción ventricular. 1.4. ACOPLAMIENTO EXCITACIÓN – CONTRACCIÓN DEL MÚSCULO CARDÍACO 1. El potencial de acción entra en el túbulo T desde la célula adyacente. 2. Los canales de calcio se abren y entra calcio en la célula. 3. El calcio induce la liberación de calcio a través de los canales receptores de rianodina. 4. Se produce la chispa de calcio. 5. La suma de las chispas de calcio produce una señal de calcio. 6. El calcio se une a la troponina y se produce la contracción. 7. El calcio se separa de la troponina y se produce la relajación. 8. Se bombea calcio al retículo sarcoplásmico para almacenarlo. 9. El antitransportador NCX intercambia calcio por sodio. 10. La bomba de Na+ – K+ – ATPasa mantiene el gradiente de sodio. Las diferencias con el músculo esquelético son: ❖ En el músculo esquelético no se abre ningún canal porque sus receptores tienen una conexión física. ❖ En el músculo esquelético no entra calcio porque recibe directamente el impulso nervioso. 2. EL MÚSCULO LISO ❖ Es el músculo principal de las paredes de los órganos internos y de los vasos sanguíneos. ❖ Produce el movimiento de sustancias hacia el interior, el exterior o dentro del cuerpo. ❖ Tiene células pequeñas, mononucleadas y sin estrías. Tienen cuerpos densos en la membrana con filamentos de actina y miosina intercalados en orientación opuesta. ❖ Tiene mayor fuerza de contracción porque los cuerpos densos tienen más fuerza que los sarcómeros. ❖ No tiene troponina, pero sí tiene tropomiosina (por eso su retículo sarcoplásmico no está tan desarrollado), ❖ No tiene túbulos T, pero sí tiene cavéolas (invaginaciones del sarcolema). Músculo liso unitario ❖ Está formado por células conectadas eléctricamente por uniones en hendidura. ❖ La sinapsis química se produce en la superficie y la sinapsis eléctrica se produce entre las células. ❖ El potencial de acción se propaga por todas las fibras, que se contraen a la vez formando un sincitio. Músculo liso multiunitario ❖ Las fibras no están conectadas eléctricamente y se contraen independientemente. ❖ No hay sinapsis eléctrica porque cuando la fibra nerviosa se activa libera el neurotransmisor y se contrae. ❖ No hay potencial de acción porque la contracción es producida por un estímulo químico. 2.1. POTENCIALES DE ACCIÓN DEL MÚSCULO LISO UNITARIO El potencial de membrana es inestable y hay tres tipos de potenciales de acción: ❖ Potencial en espiga. ❖ Potencial en espiga repetitivo. ❖ Potencial con meseta (retraso en la repolarización). Potencial de onda lenta ❖ El potencial de acción se dispara cuando llega al umbral, produciendo una contracción muscular muy fuerte. ❖ Es lento porque se produce cada minuto. ❖ Se produce sobre todo en el intestino. Potencial marcapasos: el potencial de membrana siempre alcanza el umbral con cierta frecuencia. 2.2. ACOPLAMIENTO EXCITACIÓN – CONTRACCIÓN DEL MÚSCULO LISO La contracción del músculo liso es más lenta y duradera y gasta menos energía. Fenómeno de cerrojo: permite mantener el tono muscular en muchos órganos a largo plazo sin gastar demasiada energía. 1. El calcio entra en la célula desde el retículo sarcoplásmico o desde el espacio extracelular. 2. El calcio se une a la proteína calmodulina (proteína ligadora de calcio) y ambos activan la MLCK (proteína cinasa). 3. La MLCK fosforila la miosina y produce el golpe de fuerza que induce la actina para que produzca la contracción. Esta fosforilación hace que la contracción dure más. 4. Para que se produzca la relajación se elimina calcio mediante la bomba de Ca2+ – ATPasa. La actividad de la MLCK disminuye. La miosina fosfatasa desfosforila la miosina. 2.3. TIPOS DE CONTRACCIONES DEL MÚSCULO LISO Contracción tónica ❖ Es una contracción sostenida, por eso siempre hay un tono muscular (durante horas o días). ❖ Se produce en los vasos sanguíneos, las vías respiratorias y los esfínteres. Contracción fásica ❖ Es una contracción rápida no tan sostenida. ❖ Se produce en el aparato digestivo y genitourinario.  2.4. CONTROL DE LA CONTRACCIÓN DEL MÚSCULO LISO La señal puede ser excitatoria (induce la contracción) o inhibitoria (induce la relajación). ❖ Señales nerviosas. Sistema nervioso simpático (adrenalina y noradrenalina). Sistema nervioso parasimpático (acetilcolina). ❖ Hormonas circulantes y factores tisulares locales. ❖ Actividad intrínseca (distensión o estiramiento del músculo). COMPARACIÓN DE LOS TRES TIPOS DE MÚSCULOS MÚSCULO MÚSCULO MÚSCULO CARACTERÍSTICA ESQUELÉTICO CARDÍACO LISO Paredes de órganos Ubicación Huesos y esfínteres Músculo cardíaco internos y vasos sanguíneos Apariencia microscópica Estriado Estriado Liso Fibras grandes, Fibras cortas y Fibras pequeñas y Morfología tisular alargadas y mononucleadas mononucleadas multinucleadas Independientes o Conexión de las fibras Independientes Conectadas unidas por hendidura Organización de las fibras Sarcómeros Sarcómeros Cuerpos densos Actina, miosina, Actina, miosina, Actina, miosina y Proteínas de la fibra troponina y troponina y tropomiosina tropomiosina tropomiosina Retículo Retículo Retículo Estructura interna sarcoplásmico y sarcoplásmico y sarcoplásmico y túbulos T túbulos T cavéolas Calcio y fibras unidas Calcio y Control Calcio y troponina por hendidura calmodulina Velocidad de contracción Rápida Intermedia Lenta Inicio de la contracción No regulada Autorrítmica Regulada FISIOLOGÍA 1º CUATRIMESTRE 1º ENFERMERÍA BLOQUE 3: FISIOLOGÍA DE LA SANGRE TEMA 7: SANGRE, HEMATOPOYESIS Y ERITROCITOS 1. La sangre 1.1. Funciones de la sangre 1.2. Características físico – químicas de la sangre 1.3. Composición de la sangre 1.4. Hematocrito 1.5. Hematopoyesis 2. Eritrocitos 2.1. Parámetros de interés clínico 2.2. Ciclo vital del eritrocito 2.3. Aspectos fisiopatológicos 3. Sistemas sanguíneos 3.1. Sistema ABO 3.2. Sistema Rh 1. LA SANGRE ❖ Es un tejido conectivo especial porque su matriz extracelular es líquida (roja y viscosa). ❖ La volemia es el volumen total de sangre corporal. Hombre: 5 – 6 litros. Mujer: 4 – 5 litros. 1.1. FUNCIONES DE LA SANGRE Protección inmune: leucocitos e inmunoglobulinas. Transporte Nutrición y excreción: nutrientes y productos de desecho. Respiración: gases (oxígeno y CO2). Comunicación celular: hormonas. Homeotermia: calor. Transporte de calor a todo el cuerpo a través del sistema circulatorio. Hemostasia: mecanismos para detener la hemorragia. Plaquetas y factores de coagulación. Homeostasia: mantenimiento de la constancia del medio interno. Equilibrio ácido – base. Equilibrio hidrosalino. Presión arterial. Temperatura. Glucemia. 1.2. CARACTERÍSTICAS FÍSICO – QUÍMICAS DE LA SANGRE Osmolaridad: número de partículas osmóticamente activas por unidad de volumen. Presión oncótica: presión que ejercen las proteínas en el plasma sanguíneo (26mmHg). Isotonía del plasma: 280 – 300 mOsm/H2O. Densidad Hombre: 1055 – 1064 mg/ml. Mujer: 1050 – 1056 mg/ml. pH: 7’38 – 7’44. Viscosidad referida al agua: entre 3’6 – 5’4 veces la viscosidad del agua. 1.3. COMPOSICIÓN DE LA SANGRE Elementos formes (45%) Eritrocitos: 4 200 000 – 5 900 000 células/µl. Leucocitos: 4 000 – 10 000 células/µl. Leucocitosis: recuento alto de leucocitos (> 11 000 células/µl). Leucopenia: recuento bajo de leucocitos (< 3500 células/µl). Granulocitos ❖ Neutrófilos (50 – 70%: 4 000 – 7 000 células/µl). ❖ Eosinófilos (1 – 4%: 50 – 500 células/µl). ❖ Basófilos (0’4%: 0 – 100 células/µl). Agranulocitos ❖ Linfocitos (20 – 40%: 2 500 – 5 000 células/µl). Linfocitos B. Linfocitos T (auxiliar y supresor). Linfocitos nulos. ❖ Monocitos (2 – 8%: 100 – 1 000 células/µl). Plaquetas: 150 000 – 350 000 células/µl. Plasma sanguíneo (55%) Agua: 91’5%. Proteínas plasmáticas: 7% (la mayoría se sintetizan en el hígado). Albúmina (54%): mantenimiento de la presión oncótica y transporte de moléculas (ácidos grasos, hormonas, fármacos…). Globulinas (38%): alfa – globulinas y beta – globulinas (transporte de lípidos y vitaminas liposolubles) y gamma – globulinas (son anticuerpos secretados por el tejido linfoide). Fibrinógeno (7%) y protrombina: son factores de coagulación. Transferrina: transporte de hierro. Solutos no proteicos (1’5%) ❖ Nutrientes. ❖ Productos de desecho. ❖ Sustancias reguladoras. ❖ Gases (oxígeno y CO2). ❖ Electrolitos (Na+, Cl–…). 1.4. HEMATOCRITO ❖ Es el porcentaje del volumen total de la sangre compuesta por eritrocitos. volumen de eritrocitos ❖ Ht = volumen de sangre · 100 ❖ El valor de referencia del hombre es 47 ± 5% y el de la mujer es 42 ± 5%. ❖ El aumento del hematocrito produce policitemia y la disminución produce anemia. 1.5. HEMATOPOYESIS La hematopoyesis es la síntesis de células sanguíneas en la médula ósea a partir de una célula madre pluripotente que da lugar a dos progenitores, los cuales se dividen y se diferencian en las distintas células. Progenitor linfoide: agranulocitos (linfocitos B, linfocitos T y células NK). Progenitor mieloide: eritrocitos, granulocitos (neutrófilos, eosinófilos y basófilos), agranulocitos (monocitos) y plaquetas. La hematopoyesis se produce en distintas zonas: Embrión y feto: saco vitelino, hígado, bazo, ganglios linfáticos y médula ósea. Tras el nacimiento: médula ósea de huesos largos. Adulto: médula ósea de huesos membranosos y cráneo. 2. ERITROCITOS ❖ Son células bicóncavas y anucleadas con pocos orgánulos. No tienen mitocondrias porque su metabolismo es no oxidativo (utilizan glucosa). ❖ Son flexibles para pasar por los capilares. ❖ Viven unos 120 días. ❖ El hombre tiene 4 200 000 – 6 500 000 células/µl y la mujer tiene 3 800 000 – 5 800 000 células/µl. ❖ Tienen dos funciones. Transportan oxígeno por la sangre unidos a la hemoglobina. Aumentan la cantidad de CO2 que transporta la sangre (contienen la enzima anhidrasa carbónica que convierte el CO2 en bicarbonato, el cual actúa como tampón). ❖ Contienen mucha hemoglobina. Es una proteína multimérica de color rojo formada por cuatro globinas (cadenas proteicas) unidas cada una a un grupo hemo que tiene un átomo de hierro que se une al oxígeno, por lo que cada molécula de hemoglobina puede transportar cuatro moléculas de oxígeno. 2.1. PARÁMETROS DE INTERÉS CLÍNICO Hemoglobina Hombre: 15 g/dl. Mujer: 14 g/dl. Volumen corpuscular medio (VCM): volumen medio de cada eritrocito. hematocrito VCM = número de eritrocitos 80 – 96 fl (femptolitros). Hemoglobina corpuscular media (HCM): índice del contenido de hemoglobina de cada eritrocito. hemoglobina (g/l) HCM = número de eritrocitos 27 – 31 pg (picogramos). Concentración de hemoglobina corpuscular media (CCMH): índice del contenido medio de hemoglobina en la masa total de eritrocitos. hemoglobina (g/l) CCMH = hematocrito 32 – 36 g / 100ml. 2.2. CICLO VITAL DEL ERITROCITO Eritropoyesis: síntesis y maduración de eritrocitos en la médula ósea (célula madre pluripotente → progenitor mieloide → reticulocitos → eritrocitos [pierden el núcleo]). Dura unos cinco días. Se necesita eritropoyetina (producida por las células renales), hierro, vitamina B9 (ácido fólico) y vitamina B12. Está regulada por la eritropoyetina. ▪ La oxigenación tisular en el riñón disminuye por un volumen de sangre bajo, riego sanguíneo bajo, hemoglobina baja, anemia o enfermedad pulmonar. ▪ Las células del riñón aumentan la producción de eritropoyetina para que aumente el número de eritrocitos hasta recuperar la oxigenación tisular normal.  Eritrólisis: degradación y eliminación de los eritrocitos. Los macrófagos del hígado y del bazo los retiran de la circulación sanguínea. Se produce bilirrubina (pigmento biliar) a partir de la hemoglobina y se libera en la bilis. El hierro de la hemoglobina se une a la transferrina en el plasma sanguíneo. ▪ Se almacena en el hígado como ferritina. ▪ Se utiliza para producir hemoglobina en el tejido mieloide. 2.3. ASPECTOS FISIOPATOLÓGICOS Policitemia: aumento del hematocrito (> 50%) por un aumento de los eritrocitos o una disminución del plasma sanguíneo. Policitemia vera: alteración genética en la que la médula ósea produce más eritrocitos de lo normal. Policitemia secundaria: aumento natural o artificial de la producción de eritropoyetina por falta de oxígeno. Anemia: disminución del hematocrito (< 40%). Pérdida acelerada de eritrocitos: pérdida de sangre que causa anemia hemolítica (eritrocitos frágiles). Disminución de la síntesis de eritrocitos: defecto en la síntesis de eritrocitos o de Causas hemoglobina y baja cantidad de eritropoyetina. Anemia aplásica (función insuficiente de la médula ósea). Anemia megaloblástica (déficit de vitamina B9 o B12) o perniciosa (déficit de vitamina B12). 3. SISTEMAS SANGUÍNEOS ❖ La membrana del eritrocito está marcada por aglutinógenos (antígenos) que reaccionan con las aglutininas (anticuerpos) del plasma sanguíneo. ❖ Los dos sistemas sanguíneos (ABO y Rh) dependen del antígeno y del anticuerpo. Algunos eritrocitos no tienen antígenos. 3.1. SISTEMA ABO ❖ Los grupos sanguíneos se denominan según el antígeno de la membrana del eritrocito. ❖ El plasma sanguíneo tiene anticuerpos contrarios a los antígenos. ❖ El grupo 0 – es el donante universal (porque no tiene antígenos) y el grupo AB + es el receptor universal (porque no tiene anticuerpos). ❖ Los grupos sanguíneos influyen en el rechazo de las transfusiones de sangre. Se produce hemólisis (rotura de eritrocitos) por una reacción antígeno – anticuerpo, una aglutinación de los eritrocitos o un ataque de los fagocitos. 3.2. SISTEMA Rh Rh +: presencia de antígeno D (la mayoría de las personas blancas). Rh –: ausencia de antígeno D. La eritroblastosis fetal es una reacción antígeno – anticuerpo producida por la incompatibilidad del grupo Rh (el padre es Rh +, la madre es Rh – y el feto es Rh +). Primer embarazo: la sangre de la madre y la del feto contactan, haciendo que la madre genere anticuerpos anti – Rh. Segundo embarazo: los anticuerpos anti – Rh atraviesan la placenta y los eritrocitos fetales se aglutinan, lo cual provoca en el bebé anemia, ictericia y aumento del tamaño del hígado y del bazo. FISIOLOGÍA 1º CUATRIMESTRE 1º ENFERMERÍA BLOQUE 3: FISIOLOGÍA DE LA SANGRE TEMA 8: LEUCOCITOS E INMUNIDAD 1. Leucocitos 1.1. Leucopoyesis 2. Fagocitos 2.1. Eosinófilos 2.2. Basófilos 2.3. Neutrófilos 2.4. Monocitos: macrófagos 2.5. Papel de los neutrófilos y macrófagos en una infección 3. Linfocitos 3.1. Linfocitos B 3.1.1. Anticuerpos o inmunoglobulinas 3.2. Linfocitos T 3.3. Linfocitos NK 4. Inmunidad 4.1. Inmunidad innata o inespecífica 4.2. Inmunidad adquirida o específica 4.3. Respuesta inmunitaria coordinada 5. Sistema linfático 1. LEUCOCITOS Los leucocitos son elementos del sistema inmune que protegen frente a agentes invasores en la infección o la inflamación. Según su morfología, pueden ser: Granulocitos: neutrófilos, eosinófilos y basófilos. Tienen citoplasma granulado y núcleo multilobulado. Agranulocitos: linfocitos y monocitos. No tienen gránulos en el citoplasma. Según su función, pueden ser: Fagocitos: todos excepto los linfocitos. Realizan la fagocitosis (ingestión celular del patógeno). Inmunocitos: linfocitos y células plasmáticas. 1.1. LEUCOPOYESIS La leucopoyesis es la síntesis de leucocitos en la médula ósea a partir de una célula madre pluripotente que da lugar a dos progenitores: Progenitor linfoide: linfocitos B y T. Se originan en la médula ósea y maduran en los tejidos linfáticos. Duran desde semanas hasta meses. Progenitor mieloide: granulocitos (neutrófilos, eosinófilos y basófilos) y monocitos. Se originan en la médula ósea y se liberan por factores específicos. Los granulocitos duran unas 4 – 8 horas en la sangre y unos 4 – 5 días en los tejidos. Los monocitos duran unas 10 – 20 horas en la sangre y varios meses en los tejidos. 2. FAGOCITOS 2.1. EOSINÓFILOS ❖ Tienen gránulos rojos en el citoplasma (porque se tiñen con colorantes ácidos como la eosina) y un núcleo bilobulado. ❖ Defienden frente a parásitos y participan en las reacciones alérgicas. 2.2. BASÓFILOS ❖ Tienen gránulos azules en el citoplasma (porque se tiñen con colorantes básicos como la hematoxilina) y un núcleo bilobulado o trilobulado. ❖ Migran al tejido como mastocitos. ❖ Producen la reacción de hipersensibilidad de las alergias. 2.3. NEUTRÓFILOS ❖ Son los leucocitos más abundantes. ❖ Tienen un color neutro. ❖ Duran unas 6 horas en la sangre. ❖ Fagocitan bacterias y hongos. Las fases de la fagocitosis de los neutrófilos son: 1. Diapédesis: los neutrófilos y monocitos atraviesan las células endoteliales y salen de los vasos sanguíneos. 2. Quimiotaxis: el foco de infección genera señales químicas que atraen a los neutrófilos y monocitos. 3. Opsonización: los anticuerpos recubren el patógeno. 4. Fagocitosis: un fagosoma digiere el patógeno. Células sanas: tienen una superficie lisa con una cubierta protectora que repele a los fagocitos. Células dañadas: tienen una superficie rugosa sin cubierta protectora y quedan marcadas por la proteína C3 del complemento. 5. Brote o estallido respiratorio: reacciones químicas que liberan las especies reactivas de oxígeno. 1. Cuando el patógeno está dentro del fagosoma aumenta el consumo de oxígeno, el cual se oxida y se convierte en un ion superóxido. 2. El ion superóxido se une al hidróxido y forma peróxido de hidrógeno, que se une a la enzima catalasa y destruyen el patógeno. 3. El macrófago presenta fragmentos antigénicos al CMH II (complejo mayor de histocompatibilidad). 2.4. MONOCITOS: MACRÓFAGOS Los monocitos son células inmaduras que maduran en los tejidos y se convierten en macrófagos. Son fagocitos más potentes que los neutrófilos. Son la primera línea de defensa de los tejidos. Son células presentadoras de antígenos (presentan antígenos a los linfocitos T). Secretan citoquinas (atraen a los leucocitos al foco de infección). 2.5. PAPEL DE LOS NEUTRÓFILOS Y MACRÓFAGOS EN UNA INFECCIÓN La inflamación es una respuesta frente a las agresiones del medio realizada por los agentes inflamatorios que destruyen el patógeno y reparan el tejido u órgano dañado. 1. Inflamación y tabicación (primeras horas tras la infección): se produce inflamación (por el aumento del flujo sanguíneo) y tabicación (la fibrina forma tabiques para que el patógeno no se propague). 2. Primera línea de defensa (primeras horas tras la infección): los macrófagos fagocitan las células dañadas. 3. Segunda línea de defensa (días después de la infección): los neutrófilos aumentan de número (neutrofilia) e invaden el tejido inflamado. 4. Tercera línea de defensa (días o semanas después de la infección): los monocitos inmaduros invaden el tejido y se convierten en macrófagos. 5. Cuarta línea de defensa (durante la infección): aumenta la producción de neutrófilos y monocitos en la médula ósea. 3. LINFOCITOS El progenitor linfoide produce directamente los linfocitos B o migra hacia el timo, donde produce los linfocitos T. 3.1. LINFOCITOS B ❖ Tienen anticuerpos en su superficie que reconocen antígenos. ❖ Actúan en infecciones bacterianas y víricas mediante la inmunidad humoral. ❖ Se dividen en dos tipos. Células de memoria: inician una respuesta secundaria rápida. Células plasmáticas o plasmocitos: producen anticuerpos. ❖ Se activan mediante la selección clonal de linfocitos B. 1. El linfocito B precursor se divide en varios clones. 2. Se produce la selección clonal: el antígeno se une a un clon específico (linfocito B) que madura y da lugar a las células de memoria. 3. Las células de memoria dan lugar a las células plasmáticas, que producen anticuerpos contra el antígeno. 3.1.1. ANTICUERPOS O INMUNOGLOBULINAS ❖ Son proteínas con cuatro cadenas polipeptídicas (dos pesadas y dos ligeras). ❖ Tienen regiones constantes (Fc) y regiones variables (Fab). Las zonas de unión al antígeno se encuentran en las regiones variables. ❖ Tienen seis mecanismos de acción. Aglutinación: los complejos antígeno – anticuerpo se aglutinan y forman agregados. Precipitación: forman complejos antígeno – anticuerpo insolubles. Opsonización: fagocitan patógenos marcados con anticuerpos. Lisis: rompen la membrana del patógeno. Neutralización: bloquean o neutralizan las toxinas. Activación: linfocitos B y sistema del complemento (proteínas que se activan cuando el anticuerpo reconoce el antígeno y potencian el sistema inmune). ❖ Se dividen en cinco tipos. IgM: es el anticuerpo más abundante al comienzo de la inmunidad humoral y reconoce los antígenos A y B del sistema ABO. IgG: es el anticuerpo más abundante en la sangre, protege frente a bacterias y puede atravesar la placenta para llegar al feto. IgE: protege frente a parásitos e interviene en la respuesta alérgica. IgA: protege de la colonización por patógenos. IgD: activa los basófilos y los mastocitos. 3.2. LINFOCITOS T ❖ Tienen receptores en su superficie. ❖ Maduran en el timo. ❖ Atacan a células tumorales, trasplantadas e infectadas por hongos o virus mediante la inmunidad celular. ❖ Se activan mediante la selección clonal de linfocitos T. 1. Las células presentadoras de antígenos presentan el antígeno al linfocito T. 2. El antígeno se une al complejo mayor de histocompatibilidad. CMH I: se encuentra en todas las células y presenta antígenos a los linfocitos T citotóxicos. CMH II: solo se encuentra en los macrófagos y presenta antígenos a los linfocitos T colaboradores. ❖ Se dividen en cuatro tipos. Linfocitos T colaboradores (CD4+) ▪ Secretan citoquinas que estimulan a los linfocitos B para que produzcan anticuerpos. ▪ Estimulan la proliferación de los linfocitos T citotóxicos. Linfocitos T citotóxicos (CD8+): secretan sustancias citotóxicas que destruyen las células a las que se unen. Linfocitos T reguladores: suprimen los linfocitos T citotóxicos cuando desaparece la infección para evitar una respuesta inmune excesiva. Linfocitos T de memoria: se almacenan para actuar en futuras infecciones. 3.3. LINFOCITOS NK ❖ No necesitan un antígeno para activarse. ❖ Tienen varias funciones. Protegen frente a virus. Secretan citoquinas. Son responsables de las reacciones de rechazo en los trasplantes. Destruyen las células anormales (como las tumorales, que no tienen CMH I) con perforinas (hacen un agujero en la membrana plasmática y la célula muere por apoptosis). 4. INMUNIDAD La inmunidad es la capacidad de resistencia del organismo frente a infecciones y toxinas. 4.1. LÍNEAS DE DEFENSA DEL ORGANISMO Barreras físicas y químicas ❖ Piel. ❖ Secreciones glandulares. ❖ Secreciones y enzimas digestivas. Respuesta inmune: respuesta de los leucocitos mediada por señales químicas. 1. Detección e identificación del patógeno. 2. Comunicación con las células inmunitarias. 3. Reclutamiento y coordinación. 4. Destrucción o supresión del patógeno. 4.2. TIPOS DE INMUNIDAD 4.2.1. INMUNIDAD INNATA O INESPECÍFICA La inmunidad innata o inespecífica es el conjunto de mecanismos naturales del cuerpo que protegen frente a patógenos. Barreras físicas y químicas Piel: barrera protectora de la piel y membranas mucosas. Secreciones glandulares: las glándulas salivales y de las vías respiratorias secretan moco y anticuerpos que atrapan los patógenos ingeridos o inhalados. Secreciones y enzimas digestivas: destruyen los patógenos ingeridos. Barreras celulares ❖ Neutrófilos y sistema monocito – macrófago (fagocitosis). El sistema monocito – macrófago o retículo endotelial está formado por monocitos, macrófagos y células de las zonas donde penetran los patógenos. ❖ Linfocitos NK. ❖ Factores solubles en sangre (interferones, lisozimas, proteínas del complemento…). 4.2.2. INMUNIDAD ADQUIRIDA O ESPECÍFICA La inmunidad adquirida o específica es el desarrollo de mecanismos de defensa tras la exposición al patógeno. La vacuna es una inmunización con el patógeno atenuado que hace que la persona genere anticuerpos y estimule la inmunidad adquirida. Inmunidad celular: mediada por los linfocitos T. Inmunidad humoral: mediada por los linfocitos B o anticuerpos. Primaria ❖ Es más lenta porque la persona no ha tenido contacto previo con el antígeno. ❖ Los anticuerpos se crean semanas después de la infección, cuando los linfocitos B producen células plasmáticas y de memoria. Secundaria: es más rápida porque al exponerse al mismo antígeno, las células de memoria ya están creadas y producen células plasmáticas que producen anticuerpos rápidamente. 4.3. RESPUESTA INMUNITARIA COORDINADA 1. Los anticuerpos, mediante la opsonización, recubren el patógeno. 2. Los macrófagos ingieren el patógeno, insertan antígenos virales en el CMH II y secretan citoquinas. 3. Los linfocitos T colaboradores se unen al antígeno del macrófago y estimulan los linfocitos B y los linfocitos T citotóxicos. Las linfocitos B (células de memoria) se transforman en plasmocitos, que producen anticuerpos. Los linfocitos T citotóxicos destruyen las células infectadas. 5. SISTEMA LINFÁTICO ❖ Está formado por la linfa y los órganos linfoides. Órganos linfoides primarios: médula ósea y timo (linfopoyesis [síntesis de linfocitos en la médula ósea] y maduración de los linfocitos). Órganos linfoides secundarios: bazo, ganglios linfáticos y tejido linfoide asociado a mucosas (almacenamiento, distribución y circulación de los leucocitos). ❖ Facilita las respuestas inmunes y drena el líquido intersticial. FISIOLOGÍA 1º CUATRIMESTRE 1º ENFERMERÍA BLOQUE 3: FISIOLOGÍA DE LA SANGRE TEMA 9: PLAQUETAS, HEMOSTASIA Y COAGULACIÓN 1. Plaquetas o trombocitos 1.1. Megacariocitopoyesis 2. Hemostasia 2.1. Fases de la hemostasia 2.1.1. Fase vascular: espasmo vascular 2.1.2. Fase plaquetaria: formación del tapón plaquetario 2.1.3. Fase plasmática: coagulación de la sangre 2.1.4. Proliferación y reparación del tejido 3. Coagulación sanguínea 3.1. Prevención de la coagulación sanguínea en un sistema vascular normal 3.2. Pruebas de coagulación 3.3. Fisiopatología de la coagulación 1. PLAQUETAS O TROMBOCITOS ❖ Son corpúsculos anucleados con forma de disco. ❖ Duran unos 8 – 12 días en la sangre. Son destruidos por los macrófagos. ❖ Tienen glucoproteínas (glucocálix) para adherirse al colágeno y a otras plaquetas. ❖ Tienen varios componentes en el citoplasma. Gránulos α y δ. ▪ Gránulos α: almacenan fibrinógeno, factor V, factor VIII, factor de Von Willebrand (vWF) y factor activador de plaquetas (PAF). ▪ Gránulos δ o densos: almacenan calcio, serotonina, ATP y ADP. Sistemas enzimáticos que producen prostaglandinas, serotonina, ATP y ADP. Proteínas contráctiles (actina y miosina). Calcio en el retículo endoplasmático (para la contracción). 1.1. MEGACARIOCITOPOYESIS La megacariocitopoyesis es la síntesis de megacariocitos en la médula ósea: célula madre pluripotente → progenitor mieloide → unidad formadora de colonias megacariocíticas (UFC – Meg) → megacarioblasto → megacariocito → (se fragmenta) → plaquetas. La trombopoyetina induce la diferenciación del progenitor mieloide y de los megacariocitos. 2. HEMOSTASIA ❖ Es el conjunto de mecanismos fisiológicos que previenen la pérdida de sangre cuando se rompe un vaso sanguíneo por una lesión o un daño tisular. ❖ Participan las plaquetas, las células endoteliales y los factores de coagulación. 2.1. FASES DE LA HEMOSTASIA 2.1.1. FASE VASCULAR: ESPASMO VASCULAR ❖ Cuando el vaso sanguíneo se rompe, se produce el espasmo miógeno local (el músculo liso se contrae para disminuir el flujo de sangre). ❖ La contracción se produce por un daño tisular o por sustancias vasoconstrictoras (adrenalina, serotonina y tromboxano A2) liberadas por el tejido o por las plaquetas. También existe una estimulación nerviosa asociada al dolor. 2.1.2. FASE PLAQUETARIA: FORMACIÓN DEL TAPÓN PLAQUETARIO 1. Adhesión: las plaquetas se adhieren al colágeno y al factor de von Willebrand (vWF) de la zona dañada. 2. Secreción: las plaquetas liberan factores (serotonina, tromboxano A2, factor activador de plaquetas y ADP) que atraen a más plaquetas. Esto produce una retroalimentación positiva. 3. Agregación: llegan nuevas plaquetas y se forma el tapón plaquetario. 2.1.3. FASE PLASMÁTICA: COAGULACIÓN DE LA SANGRE ❖ Los filamentos de fibrina forman una red que atrapa eritrocitos, plaquetas y plasma. ❖ Depende del equilibrio entre los factores coagulantes y los anticoagulantes (proteínas sintetizadas en el hígado). Coagulación: el equilibrio se desplaza hacia los factores coagulantes. Fibrinólisis (hemorragia): el equilibrio se desplaza hacia los factores anticoagulantes. 1. Formación del activador de protrombina: el calcio es muy importante para que se produzca la coagulación y es precipitado por anticoagulantes como los precipitantes (oxalato), los desionizantes (citrato) y los quelantes de calcio (EDTA). Vía intrínseca: se inicia por el contacto de la sangre con el colágeno tisular y es lenta (1 – 6 minutos). El factor XII y los fosfolípidos plaquetarios inician una cascada de activación (el factor XII activa al XI, el XI activa al IX y el IX activa al VIII) que activa el factor X (activador de protrombina) para que convierta la protrombina en trombina. Vía extrínseca: se inicia por el contacto de la sangre con el factor tisular que libera el tejido dañado y es rápida (15 segundos). El factor tisular activa el factor VII, que con ayuda del calcio y los fosfolípidos plaquetarios activan el factor X (activador de protrombina) para que convierta la protrombina en trombina. 2. Transformación de protrombina a trombina: la protrombina se convierte en trombina. 3. Transformación de fibrinógeno a fibrina: la trombina rompe el fibrinógeno en moléculas de fibrina que se entrelazan formando el coágulo de fibrina. 4. Retracción del coágulo y fibrinólisis Retracción del coágulo: tras 30 – 60 minutos, la trombina provoca la retracción (contracción) del coágulo. El factor XIII (factor estabilizador de fibrina) retrae la red de fibrina. Las plaquetas se contraen gracias a la actina, la miosina y la trombostenina permitiendo la contracción de los vasos. Fibrinólisis: la trombina y el activador tisular del plasminógeno (tPA) activan el plasminógeno, que da lugar a la plasmina, la cual disuelve la fibrina. La plasmina puede inactivar la síntesis de trombina, fibrinógeno y algunos factores de coagulación (factor V, VIII y XII). 2.1.4. PROLIFERACIÓN Y REPARACIÓN DEL TEJIDO Los factores de crecimiento reparan el tejido dañado, son liberados por el propio tejido, el endotelio y las plaquetas y producen células endoteliales, fibroblastos y músculo liso. 3. COAGULACIÓN SANGUÍNEA 3.1. PREVENCIÓN DE LA COAGULACIÓN SANGUÍNEA EN UN SISTEMA VASCULAR NORMAL Para prevenir la coagulación sanguínea hay tres componentes: Heparina: previene la formación de coágulos sanguíneos. Antitrombina III: inactiva la trombina. Factores de la superficie endotelial ❖ Las células endoteliales tienen una capa de glucocálix que repele las plaquetas y los factores de coagulación. ❖ La membrana endotelial tiene trombomodulina, una proteína anticoagulante que retira la trombina e inactiva los factores V y VIII. 3.2. PRUEBAS DE COAGULACIÓN Tiempo de coagulación: se usa muy poco porque ha sido sustituido por el análisis sanguíneo de los factores de coagulación. Tiempo de hemorragia: se perfora el pulpejo del dedo o el lóbulo de la oreja y se mide el tiempo que tarda en cesar la hemorragia (normalmente entre 1 – 6 minutos). Tiempo de protrombina: mide el tiempo que tarda la sangre en coagular (normalmente 12 segundos). Para iniciar la coagulación se añade calcio y factor tisular. Para parar la coagulación de añade oxalacetato. 3.3. FISIOPATOLOGÍA DE LA COAGULACIÓN Enfermedades que causan una hemorragia excesiva Trombocitopenia: disminución del número de plaquetas (< 50 000 células/µl). Síndrome de Von Willebrand: falta o defecto del factor de Von Willebrand (vWF) que produce un defecto en la adhesión de las plaquetas. Falta de vitamina K: produce defectos en la síntesis de protrombina y algunos factores de coagulación (factor VII, IX y X). Alteraciones hepáticas (hepatitis, cirrosis…): producen un déficit de los factores de coagulación. Hemofilia ❖ Está ligada al cromosoma X (por eso los hombres la padecen más). ❖ Produce hemorragias prolongadas que pueden durar hasta días. ❖ Hay dos tipos. Hemofilia A (85%): déficit del factor VIII. Hemofilia B (15%): déficit del factor IX. Enfermedades que causan una coagulación excesiva: enfermedades tromboembólicas ❖ Se producen por un flujo muy lento de sangre o porque las células endoteliales tienen una superficie rugosa. ❖ Pueden producir trombos (coágulo anormal que se forma en un vaso sanguíneo) o émbolos (el trombo se desprende y tapona los vasos sanguíneos). FISIOLOGÍA 1º CUATRIMESTRE 1º ENFERMERÍA BLOQUE 4: FISIOLOGÍA DEL APARATO CARDIOVASCULAR TEMA 10: ACTIVIDAD MECÁNICA DEL CORAZÓN 1. Aparato cardiovascular 1.1. Anatomía del corazón 1.2. Circulación sistémica y pulmonar 2. Excitación cardíaca y conducción eléctrica en el corazón 2.1. Origen y propagación de la excitación cardíaca 2.2. Conducción eléctrica en el corazón 3. Electrocardiograma 4. El ciclo cardíaco 4.1. Diagrama de Wiggers 4.2. Sonidos cardíacos 5. Gasto cardíaco (GC) o volumen por minuto (VM) 5.1. Factores que afectan al gasto cardíaco 5.2. Variaciones del gasto cardíaco 6. Patologías vasculares 1. APARATO CARDIOVASCULAR El aparato cardiovascular es el sistema de conducción sanguínea formado por: Corazón: órgano que impulsa la sangre. Sangre: líquido que es transportado. Vasos sanguíneos Arterias: salen del corazón (son eferentes) y tienen un cuerpo muscular resistente. Venas: van al corazón (son aferentes) y tienen un cuerpo muscular menor con válvulas. Capilares: son la zona de unión entre las arterias y las venas y el lugar del intercambio gaseoso en los pulmones. 1.1. ANATOMÍA DEL CORAZÓN El corazón está formado por cuatro cámaras (dos aurículas y dos ventrículos) separadas por el tabique interventricular (septum) y comunicadas por las válvulas (evitan el reflujo o retorno de la sangre). Válvulas auriculoventriculares: comunican la aurícula con el ventrículo e impiden el retorno de la sangre del ventrículo a la aurícula. Válvula tricúspide: tiene tres valvas, impide el retorno de la sangre del ventrículo derecho a la aurícula derecha y no tiene cuerdas tendinosas. Válvula bicúspide o mitral: tiene dos valvas, impide el retorno de la sangre del ventrículo izquierdo a la aurícula izquierda y tiene cuerdas tendinosas. Válvulas semilunares: comunican el ventrículo con la arteria e impiden el retorno de la sangre de la arteria al ventrículo. Válvula pulmonar: impide el retorno de la sangre de la arteria pulmonar al ventrículo derecho. Válvula aórtica: impide el retorno de la sangre de la arteria aorta al ventrículo izquierdo. 1.2. CIRCULACIÓN SISTÉMICA Y PULMONAR La circulación de la sangre es un sistema cerrado con un flujo unidireccional. Circulación sistémica: el corazón bombea sangre oxigenada y nutrientes hacia todo el cuerpo y recoge los productos de desecho (CO2). Ventrículo izquierdo → (válvula aórtica) → arteria aorta → venas cavas → aurícula derecha. Circulación pulmonar: el corazón bombea sangre no oxigenada hasta los pulmones para oxigenarla (se elimina el CO2 y se recupera el oxígeno). Ventrículo derecho → (válvula pulmonar) → arteria pulmonar → pulmones → venas pulmonares → aurícula izquierda. La sangre que circula por la circulación pulmonar después pasa a la sistémica. Circuito de la sangre: venas cavas → aurícula derecha → (válvula tricúspide) → ventrículo derecho → (válvula pulmonar) → arteria pulmonar → pulmones → venas pulmonares → aurícula izquierda → (válvula mitral) → ventrículo izquierdo → (válvula aórtica) → arteria aorta. 2. EXCITACIÓN CARDÍACA Y CONDUCCIÓN ELÉCTRICA EN EL CORAZÓN 2.1. ORIGEN Y PROPAGACIÓN DE LA EXCITACIÓN CARDÍACA 1. El nódulo sinoauricular de la aurícula derecha genera un potencial de acción. 2. Se transmite a la aurícula izquierda y al nódulo auriculoventricular mediante las fibras de conducción (0’03 segundos). 3. Se transmite a toda la aurícula mediante las fibras contráctiles (0’16 segundos). 4. Se transmite del nódulo auriculoventricular al haz de His (0’13 segundos). 5. Se transmite del haz de His a las fibras de Purkinje (0’03 segundos). 2.2. CONDUCCIÓN ELÉCTRICA EN EL CORAZÓN El tejido cardíaco se activa secuencialmente a medida que se propaga el potencial de acción: 1. Despolarización en el nódulo sinoauricular. 2. Conducción rápida hasta el nódulo auriculoventricular mediante las vías internodales. 3. Conducción lenta hasta las aurículas. 4. Conducción rápida mediante el sistema de conducción ventricular. 5. Conducción hacia arriba mediante las fibras de Purkinje. 3. ELECTROCARDIOGRAMA ❖ Es el registro de la actividad eléctrica del corazón desde la superficie del cuerpo. ❖ Su fundamento es que la actividad eléctrica de las células cardíacas se puede representar mediante un vector o flecha. ❖ La frecuencia cardíaca es el intervalo entre dos ondas idénticas. ❖ Tiene ondas, intervalos y segmentos (despolarización = contracción / repolarización = relajación). Onda P: despolarización de las aurículas. Complejo QRS: despolarización de los ventrículos y repolarización de las aurículas. Onda T: repolarización de los ventrículos. Intervalo PR: intervalo que hay entre el inicio de la excitación eléctrica de las aurículas y el inicio de la excitación eléctrica de los ventrículos. Intervalo QRS: tiempo que dura la despolarización de los ventrículos. Intervalo QT: tiempo que dura la despolarización y repolarización de los ventrículos. 4. EL CICLO CARDÍACO Es la secuencia de eventos mecánicos y eléctricos que ocurren entre los latidos, es decir, un patrón repetitivo de contracción (sístole) y relajación (diástole). 1. Diástole auricular: entra sangre en las aurículas. 2. Sístole auricular: las aurículas se contraen, las válvulas auriculoventriculares se abren y la sangre pasa los ventrículos. 3. Contracción ventricular isovolumétrica: el potencial de acción llega a los ventrículos (su volumen no cambia) y las válvulas auriculoventriculares se cierran. 4. Sístole ventricular: los ventrículos se contraen, las válvulas semilunares se abren y la sangre pasa a las arterias. 5. Diástole ventricular: los ventrículos se relajan y las válvulas semilunares se cierran. 4.1. DIAGRAMA DE WIGGERS Se realiza en la parte izquierda del corazón porque es la que ejerce más fuerza para bombear la sangre a todo el cuerpo. 1. Sístole auricular ❖ Se produce la onda P (contracción de las aurículas). ❖ La válvula mitral está abierta y la aórtica está cerrada. 2. Contracción ventricular isovolumétrica ❖ Se produce el complejo QRS (contracción de los ventrículos y relajación de las aurículas). ❖ La válvula mitral se cierra (produce el primer ruido cardíaco) y la aórtica está cerrada. 3. Sístole ventricular ❖ Se inicia la onda T (relajación de los ventrículos). ❖ La válvula mitral está cerrada y la aórtica se abre. ❖ El volumen ventricular disminuye (volumen telediastólico: volumen de sangre que queda en el corazón tras la diástole ventricular). 4. Diástole ventricular temprana ❖ Finaliza la onda T (relajación de los ventrículos). ❖ La válvula mitral se abre y la aórtica se cierra (produce el segundo ruido cardíaco). ❖ El volumen ventricular alcanza el mínimo (volumen telesistólico: volumen de sangre que queda en el corazón tras la sístole ventricular). 5. Diástole ventricular tardía: la válvula mitral está abierta y la aórtica está cerrada. 4.2. SONIDOS CARDÍACOS Los sonidos cardíacos se producen por el cierre de las válvulas (la apertura no produce sonido). Sonido R1 (primer sonido cardíaco): cierre de las válvulas auriculoventriculares al comienzo de la sístole ventricular. Sonido R2 (segundo sonido cardíaco): cierre de las válvulas semilunares al comienzo de la diástole ventricular. 5. GASTO CARDÍACO (GC) O VOLUMEN POR MINUTO (VM) ❖ Es el volumen de sangre por minuto que bombea el corazón a la arteria aorta. ❖ GC (gasto cardíaco) = VS (volumen sistólico) x FC (frecuencia cardíaca). El volumen sistólico es la cantidad de sangre que bombea el ventrículo en cada contracción. ❖ Los valores normales son 5’6 litros / minuto en hombres y 4’9 litros / minuto en mujeres. 5.1. FACTORES QUE AFECTAN AL GASTO CARDÍACO Gasto cardíaco: superficie corporal (índice cardíaco), metabolismo basal, edad y ejercicio. Volumen sistólico: depende de la actividad contráctil. Contractilidad cardíaca ❖ Es la fuerza con la que se contraen los ventrículos. ❖ Tiene una regulación homeométrica por el sistema nervioso simpático: libera noradrenalina → ↑ fuerza de contracción → volumen sistólico → ↑ gasto cardíaco. Los digitálicos mantienen una alta concentración intracelular de calcio al disminuir la actividad de la bomba de Na+ – K+ ATPasa. Precarga ❖ Es el grado de estiramiento de las fibras musculares cardíacas antes de la contracción. ❖ Tiene una regulación heterométrica: ↑ retorno venoso → ↑ precarga → ↑ fuerza de contracción → ↑ volumen sistólico → ↑ gasto cardíaco. ❖ Está relacionada con el volumen telediastólico mediante la Ley de Frank – Starling: ↑ estiramiento del ventrículo → ↑ fuerza de contracción → ↑ volumen sistólico. Postcarga ❖ Es la resistencia que debe superar el ventrículo para expulsar la sangre. ❖ Disminuye el gasto cardíaco: ↑ presión arterial → ↑ postcarga → ↓ volumen sistólico → ↓ gasto cardíaco. La retroalimentación negativa impide que disminuya el gasto cardíaco: ↑ precarga → ↑ fuerza de contracción → ↑ volumen sistólico → ↑ gasto cardíaco. ❖ Está relacionada con la resistencia de los vasos sanguíneos (a mayor resistencia, más dificultad tiene el ventrículo para bombear la sangre). Frecuencia cardíaca ❖ Depende de la actividad marcapasos. ❖ El valor normal es 70 – 80 latidos / minuto. Taquicardia: más de 100 latidos / minuto. Bradicardia: menos de 60 latidos / minuto. ❖ Está regulada por el sistema nervioso simpático (libera noradrenalina que aumenta la frecuencia cardíaca) y parasimpático (libera acetilcolina que disminuye la frecuencia cardíaca) y las hormonas (hormonas tiroideas y catecolaminas). 5.2. VARIACIONES DEL GASTO CARDÍACO Variaciones fisiológicas: postura corporal, temperatura, embarazo, ejercicio y entrenamiento aeróbico. Variaciones patológicas Elevación del gasto cardíaco: anemia, hipertiroidismo… Disminución del gasto cardíaco ❖ Alteraciones que deterioran la efectividad del corazón como bomba (infarto de miocardio, cardiopatías valvulares…). ❖ Alteraciones que reducen el retorno venoso (obstrucción de venas, hipotiroidismo…). 6. PATOLOGÍAS VASCULARES Las patologías vasculares pueden ser una estenosis (estrechamiento de las válvulas) o una insuficiencia (reflujo o retorno de la sangre). Estenosis aórtica: estrechamiento de la válvula aórtica. Estenosis mitral: estrechamiento de la válvula mitral. Insuficiencia aórtica: la sangre vuelve de la arteria aorta al ventrículo izquierdo a través de la válvula aórtica. Insuficiencia mitral: la sangre vuelve del ventrículo izquierdo a la aurícula izquierda a través de la válvula mitral. FISIOLOGÍA 1º CUATRIMESTRE 1º ENFERMERÍA BLOQUE 4: FISIOLOGÍA DEL APARATO CARDIOVASCULAR TEMA 11: CIRCULACIÓN Y PRESIÓN ARTERIAL 1. Vasos sanguíneos 1.1. Tipos de vasos sanguíneos 1.2. Capas de los vasos sanguíneos 2. Hemodinámica de la circulación 2.1. Parámetros que determinan la resistencia: Ley de Poiseuille 3. Circulación arterial 3.1. Propiedades de la circulación arterial 3.1.1. Distensibilidad y elasticidad arterial: efecto Windkessel 4. Presión arterial 4.1. Regulación de la presión arterial 4.2. Variaciones fisiológicas de la presión arterial 4.3. Método auscultatorio para medir la presión arterial 1. VASOS SANGUÍNEOS 1.1. TIPOS DE VASOS SANGUÍNEOS Arterias ❖ Están formadas por endotelio, músculo liso y tejido adiposo y elástico. ❖ Son la zona de complianza y el reservorio de presión. Arteriolas ❖ Están formadas por endotelio y músculo liso (inervado por el sistema nervioso simpático). ❖ Distribuyen la sangre. Venas y vénulas ❖ Son la zona de capacitancia y el reservorio, es decir, almacenan la sangre y la devuelven al corazón desde el lecho capilar. ❖ Son distensibles (se pueden estirar más porque tienen mucho colágeno y poco tejido muscular y elástico). ❖ Tienen válvulas que evitan el retorno de la sangre, lo que hace que el flujo sanguíneo sea unidireccional. Venas: endotelio, músculo liso y tejido adiposo y elástico. Vénulas: endotelio y tejido fibroso. Capilares ❖ Están formados por endotelio. ❖ Son la zona de intercambio del (intercambio de sangre, gases y nutrientes con las células). 1.2. CAPAS DE LOS VASOS SANGUÍNEOS Los vasos sanguíneos tienen tres túnicas o capas: Túnica adventicia (externa): tejido conectivo fibroso (fibras de colágeno). Túnica media (intermedia): lámina elástica externa (fibras de músculo liso). Túnica íntima (interna) o endotelio: lámina elástica interna (fibras de elastina) y endotelio (epitelio simple). 2. HEMODINÁMICA DE LA CIRCULACIÓN La hemodinámica es la ciencia que estudia la relación entre: ❖ Flujo sanguíneo (Q). ❖ Velocidad de flujo sanguíneo (V). ❖ Área transversal (A). ❖ Resistencia al flujo sanguíneo (R). ❖ Gradiente de presión (∆P). Flujo sanguíneo (Q): cantidad de sangre que fluye por un segmento vascular por unidad de tiempo (litros / minuto). Depende del gradiente de presión, la resistencia al flujo sanguíneo y la presión de entrada y de salida del líquido, por lo que la resistencia es la parte del vaso sanguíneo por donde se pierde la presión (por eso el flujo tiene que ser positivo para que la sangre se mueva). Velocidad de flujo sanguíneo (V): distancia que recorre un elemento de la sangre por unidad de tiempo (cm / segundo). Depende del flujo sanguíneo y el área transversal (↑ A = ↓ V y ↓ A = ↑ V). La velocidad es más rápida en los vasos grandes (arterias) y más lenta en los vasos pequeños (capilares) para que se produzca el intercambio gaseoso correctamente. Área transversal (A): los capilares tienen un área transversal mayor porque son muy abundantes, por eso su velocidad de flujo es lenta. Resistencia al flujo sanguíneo (R): dificultad que opone un vaso sanguíneo al pas