Apuntes de Fisiología - 1er Cuatrimestre - PDF

apuntesfisiotodoslostemas-cuatri... lucordoba Fisiología 1º Grado en Medicina Facultad de Ciencias de la Salud. Campus de Castellón Universidad CEU Cardenal Herrera Reservados todos los derechos. No se permite la...

apuntesfisiotodoslostemas-cuatri... lucordoba Fisiología 1º Grado en Medicina Facultad de Ciencias de la Salud. Campus de Castellón Universidad CEU Cardenal Herrera Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 1 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  TEMA 1: MEDIO INTERNO Y HOMEOSTASIS Bibliografía: Guyton y Jaf Tresguerres Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 2 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  1. ¿QUÉ ES LA FISIOLOGÍA? La fisiología es la ciencia que se encarga del estudio de todos los procesos y las funciones de los seres vivos. Abarca desde las funciones y procesos a nivel molecular y celular hasta las interacciones de nuestro organismo con el medio ambiente (niveles de organización). El objetivo clave de la fisiología es comprender cómo funcionan las diferentes poblaciones celulares que componen los tejidos, cómo se controlan estas funciones, cómo interactúan y cómo se adaptan a las condiciones cambiantes (internas y externas). Todas estas condiciones deben ser óptimas en cualquier momento para mantenerse saludable. Un fallo en cualquier nivel de este complejo conducirá a la patología (enfermedad). 1.1 Niveles de organización estructural 1. Nivel químico y molecular Incluye átomos y moléculas. Ciertos átomos, como C, H, O, N, P, S, Ca y Cl, son esenciales para mantener la vida. Dos moléculas fundamentales que se encuentran en el cuerpo son el ADN y la glucosa. 2. Nivel celular Las moléculas se combinan para formar células. Las células son las unidades vivas más pequeñas del cuerpo humano (unidades funcionales). Células musculares, células nerviosas y células epiteliales. 3. Nivel tisular Los tejidos son grupos de células y los materiales que las rodean trabajan juntos para realizar una función particular. Tejido epitelial, tejido conectivo, tejido muscular y tejido nervioso. En el tejido distinguimos 2 partes, el parénquima (conjunto de células que desarrollan una determinada función ej. miocito -mio: músculo, cito: célula-) y el estroma (estructura que da soporte al parénquima ej. fibrocitos, que generan ácido hialurónico y colágeno, forman parte del estroma de la inmensa mayoría de los tejidos). Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 3 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Fisiología Banco de apuntes de la  4. Nivel de órgano Los órganos son estructuras que se componen de dos o más tipos diferentes de tejidos. Ejemplos de órganos: estómago, piel, huesos, corazón, hígado, pulmones y cerebro. 5. Nivel del sistema Un sistema consiste en órganos relacionados con una función común. Ej. digestivo. 6. Nivel de organismo Todos los sistemas se integran de forma conjunta dando forma al organismo completo. 1.2 Subespecialidades de la fisiología Neurofisiología Propiedades funcionales de las células nerviosas Hormonas (reguladores químicos en la Endocrinología sangre) y cómo controlan las funciones del cuerpo Patofisiología Cambios funcionales asociados con la enfermedad y el envejecimiento Fisiología cardiovascular Funciones del corazón y los vasos sanguíneos Inmunología Cómo el cuerpo se defiende contra los agentes causantes de enfermedades Fisiología respiratoria Funciones de los conductos de aire y pulmones Fisiología del ejercicio Funciones de los riñones, vías urinarias y aparato reproductor Cambios en las funciones celulares y Fisiología genito-urinaria orgánicas como resultado de la actividad muscular Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 4 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  2. EL MEDIO INTERNO “Es el medio donde se encuentran los nutrientes y los iones que necesitan las células para mantenerse vivas y desarrollar su función” - Claude Bernard El componente fundamental del medio interno es el agua. Representa 45%-75% del peso corporal de una persona adulta (a más tejido adiposo, menos agua) El contenido de agua corporal es constante: ○ Equilibrio pérdida/ingreso Pérdidas: Orina (1500 ml/día) Insensibles: ○ Piel (350 ml/día) ○ Respiratorio (350 ml/día) ○ Digestivo (100 ml/día) Ingresos: Líquidos (habría que ingresar una media de 2.5l/día) Sólidos (50%-90% es agua) Debemos tener un balance hídrico en el cuerpo. Orinamos (diuresis) una media de 1500 ml al día. Cuando una persona orina entre 400 y 500 ml se llama oliguria. Si orino menos de 100 ml al día es posible que presente anuria. Ambas patologías son de inmediata intervención. 2.1 Distribución del agua corporal: compartimentos líquidos Compartimento intracelular (2/3 partes del agua total) Compartimento extracelular o medio interno (1/3 parte del agua total): ○ Subcompartimento plasmático, agua en el aparato circulatorio ( 4-7%) ○ Subcompartimento intersticial, agua en el estroma (16-20%) ○ Subcompartimento linfático, agua dentro del sistema linfático (2%) ○ Subcompartimento transcelular (fracción especializada separada por una capa de células epiteliales): LCR (líquido cefalorraquídeo), lo produce el tejido ependimario, PIC (presión intracraneal) Líquido intraocular (humor acuoso -se drena por el canal de la lágrima, regula la presión intraocular (PIO)- y glaucoma -a una mayor PIO = nervio óptico se puede dañar provocando ceguera) Líquido peritoneal (peritoneo: forro del aparato digestivo con 2 hojas, visceral pegada al aparato digestivo y parietal pegada a los abdominales) Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 5 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  2.1.1 Compartimento extracelular Iones: Na+ * (140 mEq/ml, ión fundamental del compartimento extracelular), Cl-, bicarbonato. Na viene de Natrium (latín), una ciudad egipcia. La natriuresis es la cantidad de sodio que elimino en la orina. Nutrientes: oxígeno, glucosa, ácidos grasos y aminoácidos. 2.1.2 Compartimento intracelular El ion fundamental es el K+ (4-5 mEq/ml). Otros componentes importantes son el magnesio y los fosfatos (imprescindibles para el mantenimiento del voltaje negativo a nivel intracelular). También contiene CO2 que se produce como consecuencia de la actividad metabólica celular, el cual es transportado hacia los pulmones donde es intercambiado por O2. 3. HOMEOSTASIS Se trata del estado de equilibrio en el que se mantienen las constantes del medio interno. Dentro de este equilibrio, el cuerpo debe sentir las desviaciones de la normalidad y luego ser capaz de restaurar las condiciones fisiológicas. Esas desviaciones de las condiciones normales pueden variar entre demasiado altas o demasiado bajas. De acuerdo con esto, todos los órganos y tejidos realizan funciones que ayudan a mantener estas condiciones relativamente constantes. El principal mecanismo responsable del mantenimiento de la homeostasis es el intercambio de agua entre los diferentes compartimentos para mantener las diferencias de concentración de iones entre los fluidos extracelulares e intracelulares (ósmosis). Cuando el cuerpo es incapaz de restaurar las variables fisiológicas y de mantener la homeostasis aparecen disfunciones (enfermedades). Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 6 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  4. MANTENIMIENTO DE LA HOMEOSTASIS 4.1 Nutrientes en el líquido extracelular Tracto gastrointestinal (nutrientes) Sistema respiratorio (oxígeno) Hígado y otros órganos que realizan principalmente funciones metabólicas. El hígado es la "fábrica" metabólica en el cuerpo humano y cambia las composiciones químicas de muchas sustancias a formas más utilizables (glucógeno) Sistema musculoesquelético (comer) 4.2 El sistema circulatorio sanguíneo El líquido extracelular se transporta a través de todas las partes del cuerpo: La primera etapa de ese transporte es el movimiento de la sangre a través de los vasos sanguíneos La segunda es el movimiento entre los capilares y los espacios intercelulares entre las células del tejido que dan nuevos nutrientes y limpian los desechos metabólicos. 4.3 Eliminación de productos finales metabólicos Sistema circulatorio y pulmones (eliminación de CO2) Riñones El paso de la sangre a través de los riñones elimina del plasma la mayoría de las sustancias innecesarias para las células: urea, ácido úrico, agua... Tracto gastrointestinal El material no digerido y los productos de desecho se eliminan en las heces Hígado El hígado secreta desechos en la bilis para ser finalmente eliminado en las heces Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 7 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  4.4 Regulación de las funciones corporales Sistema nervioso Sistema hormonal Ubicadas en el cuerpo hay 8 glándulas endocrinas principales que secretan sustancias químicas llamadas hormonas. Las hormonas ayudan a regular la función celular 4.5 Protección del organismo Sistema inmunológico El sistema inmunitario consiste en los glóbulos blancos, las células de tejido derivadas de los glóbulos blancos, el timo, los ganglios linfáticos y los vasos linfáticos que protegen al cuerpo de patógenos como bacterias, virus, parásitos y hongos. Sistema tegumentario La piel y sus diversos apéndices, incluyendo el cabello, las uñas, las glándulas y otras estructuras, cubren y protegen los tejidos y órganos más profundos del cuerpo. El sistema tegumentario también es importante para la regulación de la temperatura. 5. MECANISMOS DE CONTROL DE LA HOMEOSTASIS La homeostasis en el cuerpo humano está siendo continuamente perturbada. Algunas interrupciones provienen del exterior, otras se originan en el entorno interno. Los desequilibrios homeostáticos también pueden ocurrir debido a tensiones psicológicas. En la mayoría de los casos, la interrupción de la homeostasis es leve y temporal. En algunos, la interrupción de la homeostasis puede ser intensa y prolongada. El cuerpo tiene muchos sistemas de regulación que generalmente pueden devolver el equilibrio al entorno interno. Hay dos principales que registran su velocidad de respuesta: Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 8 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  Respuesta primaria Los impulsos nerviosos suelen causar cambios rápidos. El sistema nervioso regula la homeostasis mediante el envío de señales eléctricas a los órganos que contrarrestan los cambios del estado desequilibrado (1º respuesta a cambios en presión arterial) Respuesta secundaria El sistema endocrino incluye muchas glándulas que secretan hormonas, en la sangre, que funcionan en muchos órganos diferentes para recuperar la homeostasis. Las hormonas funcionan más lentamente que el sistema nervioso, pero su efecto es más potente y duradero (angiotensina y presión arterial). Ambos medios de regulación trabajan hacia el mismo fin, generalmente a través de sistemas de retroalimentación negativa. 5.1 Sistemas de retroalimentación Ciclo de eventos en el que se monitorea, evalúa y cambia el estado de una condición corporal. Un sistema de retroalimentación incluye 3 componentes: Receptor: estructura corporal que monitorea los cambios en una condición controlada y envía entrada (en forma de impulsos nerviosos o señales químicas) a un centro de control por vía aferente. Los que captan presión se llaman barorreceptores. Centro de control: están localizados en el sistema nervioso central. Establecen el rango de valores dentro del cual se debe mantener una condición controlada, evalúan la entrada que reciben de los receptores y generan comandos de salida (impulsos nerviosos, hormonas u otras señales químicas) por la vía eferente a un órgano efector (todo lo que llega es aferente, y todo lo que sale es eferente). Efector: estructura corporal que recibe salida del centro de control y produce una respuesta o efecto que cambia la condición controlada para recuperar la homeostasis. Cuando recuperamos un valor normal, el receptor deja de activarse y se cierra el ciclo. Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 9 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  En un sistema de retroalimentación, la respuesta del sistema "retroalimenta" la información para cambiar la condición de alguna manera, ya sea negándola (retroalimentación negativa) o mejorándola (retroalimentación positiva). 5.2 Naturaleza de retroalimentación negativa de la mayoría de los sistemas de control Si algún factor se vuelve excesivo o deficiente, un sistema de control inicia la retroalimentación negativa, que consiste en una serie de cambios que devuelven el factor hacia un cierto valor medio. En los mecanismos de regulación de la presión arterial, una presión alta detectada por los barorreceptores de las paredes de los vasos sanguíneos provoca una serie de reacciones que promueven una presión más baja. Los barorreceptores envían impulsos nerviosos al cerebro por vía aferente, que los interpreta y responde enviando impulsos nerviosos al corazón y los vasos sanguíneos por vía eferente. La frecuencia cardíaca disminuye y los vasos sanguíneos se dilatan, lo que hace que la presión arterial disminuya. Glucemia: es el nivel de glucosa en sangre, una constante vital. Si excede los 100 mg es detectado por un receptor, que por vía aferente manda la información a un centro de control. Por vía eferente, actúa en el órgano efector, el páncreas, que activa la insulina, disminuyendo el nivel de glucosa. Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 10 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  5.3 Retroalimentación positiva Los sistemas de retroalimentación positiva son pocos y son nocivos para el organismo. Con la retroalimentación positiva, se detecta una variable y se toman medidas para reforzar un cambio de la variable: respuesta en la misma dirección, lo que lleva a un efecto amplificado. Conduce a la inestabilidad y, en algunos casos, puede causar la muerte (Shock o IDC). Isquemia: falta de aporte sanguíneo a una determinada región del organismo. 6 horas después de la isquemia tiene lugar la necrosis, que suele conllevar un infarto. Consecuencia de una retroalimentación positiva. En algunos casos, el cuerpo utiliza la retroalimentación positiva para su ventaja. Cuando las contracciones uterinas se vuelven lo suficientemente fuertes como para que la cabeza del bebé comience a empujar a través del cuello uterino, las células nerviosas que controlan el estiramiento del cuello uterino, la parte más baja del útero, envían señales a través del músculo uterino al cuerpo del útero, causando contracciones aún más poderosas. Al notar el estiramiento, el receptor envía el mensaje al centro de control (cerebro), que recibe la necesidad de subir los niveles de oxitocina por medio aferente. El cerebro libera la oxitocina en la sangre a través del órgano efector, haciendo que los músculos de la pared del útero se contraigan con más fuerza y se produzca una cascada de coagulación, haciendo así posible el parto, de la manera más eficiente. Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 11 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  TEMA 2: TRANSPORTE DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE MEMBRANAS CELULARES Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 12 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  1. MEMBRANA CELULAR 1.1 Estructuras de la membrana celular Ninguna célula tiene todas las estructuras que se muestran aquí: Membrana plasmática: Separa el medio interno del externo. Es una barrera selectiva que regula el flujo de materiales dentro y fuera de la célula. Es esencial para la comunicación entre células Citoplasma: 2 componentes: citosol (la porción líquida del citoplasma) y orgánulos (rodeados de citosol). Núcleo: alberga la mayor parte del ADN de una célula La mayoría de los orgánulos de la célula están cubiertos por membranas: ○ membrana celular ○ membrana nuclear ○ membrana del retículo endoplásmico ○ membranas de las mitocondrias, lisosomas y aparatos de Golgi 1.2 Membrana celular (membrana plasmática) ○ Proteínas: 55 % ○ Fosfolípidos: 25 % ○ Colesterol: 13 % ○ Otros lípidos: 4 % ○ Hidratos de carbono: 3 % Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 13 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  1.2.1 Barrera lipídica de la membrana celular Bicapa lipídica: compuesta por moléculas de fosfolípidos (75%). Consta de un extremo hidrófilo (polar) y otro hidrófobo (apolar). Las porciones hidrofóbicas se unen entre sí en el medio. La porción hidrofílica constituye las dos superficies de la membrana. Intercaladas hay proteínas globulares grandes. La capa lipídica en el centro de la membrana es impermeable a las sustancias solubles en agua. Las otras moléculas de lípidos en la membrana se disuelven en la bicapa de la membrana. Colesterol (20%), de color amarillo en la imagen, permite la flexibilidad de la membrana plasmática. Es la base fundamental sobre la que se sintetizan las proteínas esteroideas. 1.2.2 Proteínas integrales y periféricas de la membrana celular Ambas suelen tener función estructural Proteínas integrales: llamadas así porque atraviesan la membrana ○ Proporcionan canales estructurales (o poros) a través de los cuales las moléculas de agua y las sustancias solubles en agua pueden difundirse ○ Actúan como proteínas portadoras para el transporte de sustancias ○ Actúan como enzimas ○ Sirven como receptores para productos químicos solubles en agua. La interacción causa cambios conformacionales en la proteína receptora. Esto induce interacciones entre el receptor y las proteínas en el citoplasma que actúan como segundos mensajeros. Cuando se unen al ligando alteran su estructura tridimensional, activando así otros receptores hasta que se consiguen formar cadenas metabólicas que sintetizan proteínas Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 14 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  Proteínas periféricas ○ A menudo se unen a las proteínas integrales ○ Funcionan como enzimas o como controladores del transporte de sustancias 1.2.3 Carbohidratos de la membrana Hidratos de carbono: en combinación con proteínas o lípidos (glicoproteínas o glicolípidos). La mayoría de las proteínas integrales son glicoproteínas. Glicolípidos: Las porciones "glico" de estas moléculas sobresalen hacia el exterior de la célula: la superficie exterior a menudo tiene una capa de carbohidratos llamada glicocálix. Funciones Muchos tienen carga eléctrica negativa, lo que da a la mayoría de las células una carga superficial negativa general El glicocálix de algunas células se une al glicocálix de otras células Actúan como sustancias receptoras para la unión de hormonas Participación en reacciones inmunes Ejemplo clínico I: Biopsias El patrón de carbohidratos en el glicocálix varía de una célula a otra. Por lo tanto, el glicocálix actúa como una "firma" molecular que permite a las células reconocerse entre sí. La capacidad de los glóbulos blancos para detectar un glicocálix "extraño" es una base de la respuesta inmune que nos ayuda a destruir los organismos invasores. La presencia de células NK en la biopsia de un tumor es bueno ya que cuantas más lo detecten, más probable es que acaben con él. Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 15 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  Ejemplo clínico II: Esferocitosis hereditaria Trastorno poco frecuente de la membrana de los glóbulos rojos. Forma esférica y descomposición en forma prematura (anemia hemolítica). Se hace rígido y no pasa por los capilares. Por la presión acaba rompiéndose. Esto lo causa la espectrina, una proteína de membrana anómala. Los efectos de este defecto son, entre otros, la anemia hemolítica. Otra es la hipoxia, disminución de la presión parcial de oxígeno en sangre. Además, también está la ictericia (pigmentación amarilla, naranja o fluorescente de la franja blanca del ojo), esto puede requerir hasta un trasplante de médula ósea. 2. PERMEABILIDAD DE LA MEMBRANA La permeabilidad de la membrana plasmática es diferente dependiendo de las distintas sustancias que intentan pasar. Este fenómeno se conoce como permeabilidad selectiva. La porción lipídica de la bicapa de la membrana: Es permeable a moléculas no polares, sin carga: O2, CO2, esteroides Es ligeramente permeable a moléculas polares pequeñas y sin carga: H2O y urea. Es impermeable a los iones y a las moléculas polares grandes y sin carga: la glucosa. Las proteínas transmembrana que actúan como canales y/o portadores son muy selectivos y aumentan la permeabilidad de la membrana a los iones y moléculas polares no descargadas. Las macromoléculas, como las proteínas, son tan grandes que no pueden pasar a través de la membrana plasmática, a no ser que lo hagan por endocitosis y exocitosis. Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 16 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  2.1 Gradientes a través de la membrana plasmática Un gradiente de concentración es una diferencia en la concentración de una sustancia química desde el interior hasta el exterior de la membrana plasmática. Puede ser químico o eléctrico e influye en los transportes. El O2, el Cl- y el Na+ están más concentrados en el líquido extracelular que en el citosol. CO2 y K+ más concentrados en el citosol. La superficie interna de la membrana plasmática está más cargada negativamente, mientras que la superficie externa está más cargada positivamente: gradiente eléctrico. Potencial de membrana. La influencia combinada del gradiente de concentración y el gradiente eléctrico en el movimiento de un ion particular se conoce como su gradiente electroquímico. Las membranas celulares están polarizadas. El interior se hace positivo y el exterior, negativo. La despolarización es la causa de determinados eventos intracelulares (hay cargas positivas en ambos). Para que vuelva a ser polar, se repolariza (intercambia las cargas) De unas células a otras, esto puede variar de unos -100 mV a unos -30mV. Normalmente, toman valores entre los -80 y -60 mV. Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 17 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  3. TRANSPORTE DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE MEMBRANAS 3.1 Difusión No precisa consumo de energía ya que se realiza a favor de gradiente. Si un soluto en particular está presente en una alta concentración en un área de una solución y en una concentración reducida en otra área, las moléculas de soluto se acabarán difundiendo hacia el área de menor concentración. Después de algún tiempo, las partículas se distribuyen uniformemente por toda la solución y se dice que la solución está en equilibrio. Aún así, las partículas continúan moviéndose al azar debido a su energía cinética; sus concentraciones no cambian. 3.1.1 Ósmosis Tipo de difusión consistente en el movimiento espontáneo de agua a través de una membrana selectivamente permeable causado por un gradiente de concentración. El movimiento va desde una solución de mayor concentración de agua (baja concentración de soluto, hipotónica) hacia una solución con una menor concentración de agua (alta concentración de soluto, hipertónica). Es un mecanismo de transporte pasivo que tiende a igualar las concentraciones totales de soluto de las soluciones a ambos lados de cada membrana selectivamente permeable. La presión osmótica es la presión necesaria para detener el movimiento neto del agua a través de la membrana que separa la solución del agua pura. Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 18 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  Existen 3 tipos de soluciones según ósmosis según la osmolalidad fisiológica (290 mOsm/kg): Isotónicas Hiperosmóticas o hipertónicas Hipoosmóticas o hipotónicas La osmolaridad depende del sodio, la glucosa y la urea. Osm = 2xNa+ + (Glucosa/18) + (Concentración de urea/6) ¿Qué tipo de solución habría que emplear en un paciente con una concentración extracelular de Na+ de 122 mEq/L? Como la concentración extracelular de Na+ normal es de 140 mEq/L, tiene hiponatremia (baja cantidad de sodio en sangre). Hará falta administrarle una solución hipertónica que provocará que la solución del medio intracelular pase al extracelular mediante ósmosis. Caso clínico I: Hiponatremia Varón, 82 años con disminución del nivel de conciencia y desorientado en espacio, tiempo y persona. El resultado de la analítica dice que tiene 120 mEq/l de Na+ (135-145), 4,6 mEq/l de K+ (3-5), 106 mEq/l de Cl- (100-110) y 112 mg/ml de glucosa (90-115). Es una clara hiponatremia (los datos son extracelulares). La hiponatremia hace que la neurona se llene de agua (hidropsia) y las concentraciones de los demás solutos se alteran, disminuyen. Por eso la función de la neurona se altera. De ahí la clínica. El primer mecanismo fisiológico que se pone en marcha para recuperar el equilibrio será la ósmosis. Esto se incentivará mediante una reposición de Na+, con una solución hipertónica. La reposición de Na+ tiene que durar un día como mínimo, para no provocar el efecto contrario en el paciente. 3.1.2 Difusión simple Sin ningún tipo de interacción con proteínas transportadoras en la membrana. La velocidad de difusión viene determinada por: la cantidad de sustancia disponible (amplitud de gradiente) la velocidad del movimiento cinético el número y los tamaños de las aberturas en la membrana Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 19 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  Difusión de sustancias liposolubles a través de la bicapa lipídica La velocidad de difusión de cada sustancia (gases, hormonas y moléculas lipófilas) a través de la membrana está definida por la ley de Fick, (oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono y alcoholes). V = velocidad de transporte de algo liposoluble A = superficie, T = grosor membrana, D = coeficiente de difusión, P = amplitud gradiente Factores que influyen en la velocidad de difusión: 1.- Gradiente de concentración. La pendiente del gradiente electroquímico determina la velocidad de difusión a través de la membrana 2.- Temperatura 3.- Masa de la sustancia difusora 4.- Superficie. Ejemplo clínico: ENFISEMA 5.- Distancia de emisión Caso clínico II: Enfisema Si hay una alteración en el grosor de la membrana celular puede haber problemas respiratorios en el organismo. Se trata de una enfermedad pulmonar intersticial (EPI) o fibrosis pulmonar: los alvéolos se inflan de un modo anormal, provocando que se dañen sus paredes y que los tabiques se destruyan. La superficie del alvéolo se ve alterada, lo que provoca que el intercambio de gases sea más lento, produciendo fatiga o incluso DISNEA (falta de aire). Existe más distancia entre la membrana alvéolo-capilar, lo que hace que aumente el grosor de la membrana (T), la velocidad disminuya y la respiración se vuelva cada vez más difícil e insostenible. Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 20 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  Difusión a través de los poros proteicos A medida que aumenta la concentración de la sustancia difusora, la tasa de difusión simple aumenta proporcionalmente Los poros están compuestos de proteínas integrales de la membrana celular que forman tubos abiertos a través de ella. Son selectivamente permeables a determinadas sustancias. Canales de potasio Canales de sodio (hacia dentro) Acuaporinas Pueden estar abiertos o cerrados por compuertas reguladas por señales eléctricas (canales voltaje dependientes) o por productos químicos que se unen a las proteínas del canal (canales dependientes de ligando, que se unen a partes del receptor, cambiando su conformación y controlando cuándo se abren o cierran dependiendo del gradiente). Además hay otro tipo de poros que siempre están abiertos. 3.1.3 Difusión facilitada (mediada por portadores) En este tipo de difusión una sustancia se difunde a través de la membrana utilizando una proteína transportadora específica. La velocidad de difusión se acerca a un máximo, llamado Vmax (cuando todas las proteínas de transporte están saturadas), a medida que aumenta la concentración de la sustancia difusora. El mecanismo de esta difusión se basa en que la molécula entra en el poro y se une al lugar específico de unión. Se produce un cambio conformacional en el portador, el poro se abre al lado opuesto de la membrana. Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 21 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  Elementos que atraviesan la membrana por difusión facilitada: Glucosa Aminoácidos Ejemplo clínico I: Diabetes Las moléculas transportadoras de glucosa realizan la difusión mediada por proteínas transportadoras. Algunos también pueden transportar otros monosacáridos que tienen estructuras similares a la de la glucosa, incluyendo galactosa y fructosa. Las células beta del páncreas segregan insulina. La insulina llega al receptor, activa el transportador (GLUT4), lo que provoca que se abran las proteínas y pase la glucosa. A veces en la diabetes, los altos niveles de glucosa ocurren porque hay un defecto en la GLUT4. Si no hay insulina, se produce la diabetes (enfermedad crónica severa). 3.2 Transporte activo Es aquel tipo de transporte en el que las sustancias se mueven a través de la membrana celular en contra del gradiente de concentración. Por este motivo, la característica principal de este tipo de transporte es el consumo de energía. Además, otra de sus características es que se necesita la presencia de proteínas transportadoras específicas para llevarlo a cabo. Diferentes sustancias se transportan activamente: Na+, K+, Ca++, iones Fe, H+, Cl-, iones urato, varios azúcares diferentes y la mayoría de los aminoácidos. 3.2.1 Transporte activo primario La energía se deriva directamente del metabolismo del ATP (metabolismo oxidativo). Bomba sodio-potasio Esta bomba controla el volumen de la célula y establece un voltaje eléctrico negativo dentro de ella. Salen 3 iones de Na+ y entran 2 iones de K+. Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 22 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  Bomba de calcio El calcio participa en casi todos los procesos del organismo (contracción muscular, por ejemplo). Está en baja concentración en el citosol intracelular. Hay dos bombas de calcio de transporte activo principales: En la membrana celular, hacia el exterior. En la membrana de uno o más de los orgánulos vesiculares intracelulares de la célula (retículo endoplásmico). Transporte activo primario de iones de hidrógeno En dos lugares del cuerpo, el transporte activo primario de iones de hidrógeno es importante: en las glándulas gástricas del estómago** en los túbulos distales y los conductos colectores de los riñones ** El estómago tiene un pH ácido, de menos de 2 Cuanto más H+, más ácido. Las células de las paredes del estómago, para protegerse de la digestión por el ácido clorhídrico, tienen moco que evita que nos destruyamos. Como hay mucho HCl la concentración de hidrógeno es más grande fuera que dentro. El transporte es en contra de gradiente, por lo que es necesaria una bomba de hidrógeno que haga que vaya de dentro hacia fuera. Si tenemos más HCl dentro se llama pirosis retroesternal (caso clínico). Esto es gracias a la bomba de protones. El omeprazol se encarga de inhibir la bomba de protones (IBPs). Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 23 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  3.2.2 Transporte activo secundario Se realiza mediante una proteína transportadora de membrana. La energía utilizada proviene de la que se ha almacenado, previamente, en un transporte activo primario. Co-transporte (simporte) El Na+ se transporta fuera de las células por transporte activo primario. El gradiente de Na+ usado en ese transporte es un almacén de energía que puede tirar de otras sustancias junto con el Na+ a través de la membrana. Esto se logra por medio de la proteína transportadora. Ejemplos: la glucosa y aminoácidos junto con iones de Na+: ocurre especialmente a través de las células epiteliales del tracto intestinal y los túbulos renales de los riñones. Contratransporte (antiporte) La sustancia a transportar está en el interior de la célula y debe ser transportada al exterior. Contratransporte sodio-calcio: presente en la práctica totalidad de las membranas celulares. Contratransporte sodio-hidrógeno: células de los túbulos proximales del riñón Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 24 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  3.2.3 Transporte a través de vesículas Mecanismo de transporte para moléculas de elevado peso molecular. Endocitosis Mecanismo de transporte mediado por receptores altamente selectivos por el cual las células se unen a ligandos específicos como LDL, transferrina, vitaminas, anticuerpos y hormonas. Fagocitosis: es una forma de endocitosis en la que la célula envuelve (mediante pseudópodos) partículas sólidas grandes, como células desgastadas, bacterias enteras o virus. Sólo unas pocas células del cuerpo, denominadas fagocitos, son capaces de llevar a cabo la fagocitosis. 3 tipos principales de fagocitos: células dendríticas, macrófagos y neutrófilos. Pinocitosis: forma de endocitosis en la que se toman gotas de líquido extracelular. Exocitosis Mecanismo de transporte por el la célula libera materiales hacia el espacio extracelular. Todas las células llevan a cabo la exocitosis, pero es especialmente importante en dos células: Células secretoras que liberan enzimas digestivas, hormonas, moco u otros tipos distintos de secreciones celulares Células nerviosas que liberan neurotransmisores A veces, los desechos también se liberan por exocitosis. Los segmentos de la membrana plasmática perdidos a través de la endocitosis se recuperan o reciclan por exocitosis. Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 25 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  Transcitosis Las células actúan como proteínas transportadoras (transporte del yodo en el tiroides) Mecanismo de transporte de moléculas que transporta las sustancias de un lado a otro de la célula (combinación de endo y exocitosis). La transcitosis ocurre con mayor frecuencia a través de las células endoteliales que recubren los vasos sanguíneos y es un medio para que los materiales se muevan entre el plasma y el líquido intersticial. Caso clínico I: Mujer embarazada Algunos de los anticuerpos de las mujeres embarazadas atraviesan la placenta hacia la circulación fetal a través de la transcitosis, para transmitirlos al feto. Caso clínico II: Fibrosis quística Niño de 3 años, después de antibióticos y broncodilatadores hace una semana, porque respiraba mal y tenía pitiditos dentro. Con fiebre. Síntomas: Trabajo respiratorio aumenta Tos con expectoración mucosa Cansancio con juegos de ejercicio físico leve Test del sudor: Cl es casi el doble que en condiciones normales Concentración del Cl del moco: mitad de las condiciones normales 1- Fallo en los canales de transporte de Cl 2- Sí es consecuente con los síntomas, ya que el moco tapona las vías respiratorias 3- Diagnóstico: fibrosis quística: hay una mutación en uno de los aminoácidos que forman parte del canal de Cl (CFTR), con lo cual el Cl no puede atravesarlo y la concentración de Cl es mayor fuera (drásticamente). Siempre que se mueve el Na se arrastra agua; en la fibrosis, el moco se hace más denso porque entra agua y no sale Cl, se taponan las vías respiratorias y el paciente, en muchos casos, acaba falleciendo. Tratamiento: trasplante de pulmón y páncreas. Suele ser temporal, por lo que la esperanza de vida en estos casos no es excesivamente alta. Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 26 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  TEMA 3: POTENCIALES DE MEMBRANA DE REPOSO Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 27 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  Células excitables: las células del tejido nervioso y las células del tejido muscular responden a cambios de polarización de sus membranas dependiendo de los estímulos que les llegan. La luz es capaz de estimular la secreción de hormonas que hacen que nos movamos: “La primavera la sangre altera” es un dicho fisiológicamente hablando real, ya que en primavera hay más luz solar, por lo que nuestras hormonas se activan más, siendo secretadas a la sangre. 1. CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA NERVIOSO 1.1 Estructuras del Sistema Nervioso El sistema nervioso periférico somático es el responsable de la inervación sensorial y motora. El sistema nervioso periférico autónomo es el responsable de todo lo que ocurre de manera automática y de las acciones involuntarias. El sistema nervioso autónomo simpático adapta a nuestro organismo a las situaciones de estrés, con la ayuda de algunas hormonas de la glándula suprarrenal, como el cortisol. Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 28 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  El sistema nervioso autónomo parasimpático es el sistema de la relajación, del descanso. Equilibra la activación con la recuperación, es el contrario y complementario del simpático. 1.2 Funciones del sistema nervioso Función sensorial: detección de estímulos externos (luz, calor) e internos (presión arterial). Esta información llega a centros de integración mediante vías aferentes. Función de integración: función clave del sistema nervioso consistente en el análisis y almacenamiento de la información sensorial y en la toma de decisiones correctas para responder a esa información mediante los órganos efectores. Función motora: respuesta adecuada a la información sensorial realizada por mecanismos efectores regulados por nervios craneales, espinales o del sistema autónomo. Para esto la energía calorífica de la vela se tiene que transformar en eléctrica. Este proceso se llama transducción, algo que cada receptor realiza de manera distinta. La sustancia gris es donde se encuentran los cuerpos de las neuronas. Se dedica a integrar y analizar la información. La sustancia blanca está formada por miles de fibras nerviosas, tanto aferentes como eferentes. Las astas posteriores de las neuronas son sensoriales. En la parte intermedia están las interneuronas (integración y análisis de la información). Por último, en las astas anteriores se encuentran las motoneuronas. De ahí sale la información por las vías eferentes hasta los órganos efectores. La información es una orden flexora para la parte anterior del brazo y otra inhibidora para la parte posterior del brazo. Esto se denomina arco reflejo de retirada. Lucía Córdoba De Miguel | CEU UCH | Fisiología | 1º de Medicina 29 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-7678261 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  1.3 Tipos celulares del Sistema Nervioso 1.3.1 Neuronas Son las unidades funcionales del sistema nervioso, las responsables del desarrollo de las funciones propias del sistema: Interpretación de estímulos sensoriales Pensamiento Recuerdos Control de los movimientos Regulación de las secreciones glandulares 1.3.2 Neuroglía Son células de soporte que mantienen las condiciones de homeostasis del medio interno permitiendo un buen funcionamiento de las neuronas.