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Fisiología-Guyton
Organización funcional del cuerpo humano y control del medio interno.
El objetivo de la fisiología es explicar los factores físicos y químicos
responsables del origen, desarrollo y continuidad de la vida. Desde el virus más
sencillo hasta el complicado ser humano.
La fisiología se puede dividir en fisiología viral, bacteriana, celular, etc.
FISIOLOGIA HUMANA: En esta rama nos ocupamos de las características y
mecanismos específicos del cuerpo humano que hacen de él un ser vivo: si
tenemos hambre buscamos comida, las sensaciones de frío nos lleva a buscar
calor, así, el permanecer vivos casi se escapa de nuestro control.
Las células como unidades vivas del cuerpo:
La unidad viva básica del cuerpo es la célula, y cada órgano es un agregado de
células diferentes que se mantienen unidas mediante estructuras intercelulares de
soporte. Cada tipo de célula está especialmente adaptada para desarrollar una o
varias funciones en particular.
Por ejemplo: los glóbulos rojos transportan oxígeno desde los pulmones a los
tejidos (25 billones). En total el cuerpo tiene 100 billones de células.
Si bien difieren mucho unas de otras, hay funciones básicas y comunes a todas
ellas, por ej. El oxígeno se combina con los productos de la degradación de los H
de C, grasas y proteínas para liberar la Energía necesaria para la función celular y
también eliminan los productos finales de sus reacciones químicas hacia los
líquidos circundantes.
También tiene la capacidad de reproducirse en caso de destrucción.
Líquido extracelular: Medio interno
Cerca del 60% del cuerpo humano adulto es líquido.
La mayor parte se encuentra dentro de las células y se llama líquido intracelular
Un tercio se encuentra en los espacios externos a las células y se llama
extracelular.
El líquido extracelular está en constante movimiento por todo el cuerpo.
Es transportado por la sangre circulante y mezclado después entre la sangre y los
líquidos titulares por difusión a través de las paredes capilares.
En el líquido extracelular se encuentran iones y nutrientes que necesitan las
células para mantener la vida celular.
Todas las células viven en el mismo medio, el líquido extracelular, por lo cual
recibe el nombre de medio interno.
Diferencias entre el líquido extracelular e intracelular:
El líquido extracelular contiene grandes cantidades de iones Na, cloruro y
bicarbonato, además de nutrientes para las células, tales como el O2, glucosa,
ácidos grasos y aminoácidos.
Contiene también CO2 en proceso de
transportación desde las células a los pulmones para ser expulsado, además de
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otros productos celulares que están siendo transportados a los riñones para su
excreción.
El líquido intracelular:
Contiene en particular grandes cantidades de iones K, Mg y fosfatos. Existen
mecanismos especiales para el transporte de iones a través de las membranas
celulares que mantienen dichas diferencias.
HOMEOSTASIS:
“Es el mantenimiento de las condiciones estáticas o constantes en el medio
interno”.
El líquido extracelular es transportado por todo el cuerpo en dos etapas:
a.- la primera supone el movimiento de la sangre por el organismo en los
vasos sanguíneos y
b.- el movimiento del líquido entre capilares sanguíneos y las células.
Toda la sangre de la circulación recorre el circuito completo una vez por minuto
en reposo y unas 6 veces por minuto en actividad.
A medida que la sangre atraviesa los capilares, se produce también un
intercambio continuo del líquido extracelular entre la porción de plasma de la
sangre y el líquido intersticial que ocupa los espacios entre células.
Los capilares son permeables a la mayoría de las moléculas presentes en el
plasma sanguíneo, a excepción de las grandes moléculas de proteínas
plasmáticas, así que grandes cantidades de líquidos y de sus constituyentes
disueltos pueden difundir en ambos sentidos entre la sangre y los espacios
titulares, como señalan las flechas.
Este proceso de difusión está provocado por el movimiento cinético de las
moléculas tanto del plasma como del líquido intersticial.
Es decir el líquido y las moléculas disueltas están moviéndose y rebotando
continuamente en todas direcciones en el interior del propio líquido y también a
través de los poros y de los espacios titulares.
Origen de los nutrientes del líquido extracelular:
Sistema respiratorio: La sangre capta el O2 en los alvéolos, necesarios para las
células.
Sist. gastrointestinal: gran cantidad de sangre bombeada por el corazón, atraviesa
las paredes del tracto gastrointestinal. Aquí se absorben desde los alimentos
ingeridos hasta el líquido extracelular de la sangre, nutrientes como H de C,
grasas, aminoácidos.
Hígado: transforma la composición química de muchas de estas sustancias en
formas más manejables y otros tejidos del cuerpo, como los adipositos, mucosa
gastrointestinal, riñones y glándulas endócrinas, ayudan a modificar las
sustancias absorbidas o a almacenarlas hasta que sean necesarias.
Sistema musculoesqueletico: ¿Cómo participa este sistema en las funciones
homeostáticas del cuerpo?
Principal sistema que me permite desplazarme en busca de alimentos y
protegerme de las condiciones adversas.
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Eliminación de los productos finales del organismo:
CO2 por pulmones: se libera CO2 desde los capilares hacia los alvéolos y a
través de la respiración hacia el exterior.
El CO2 es el producto final más abundante del metabolismo.
Riñones: El paso de la sangre por los riñones elimina la mayor parte del resto de
sustancias del plasma; urea, ácido úrico, excesos de iones y H2O.
Regulación de las funciones corporales:
Sistema nervioso: Sensitivo o aferente
Central o integrador
Motor o eferente
Sistema Hormonal: 8 glándulas endócrinas principales que secretan sustancias
químicas llamadas hormonas.
Ej.: suprarrenales controlan los iones de Na y K y el metabolismo proteico.
Insulina controla la glucosa
Paratiroidea controla el metabolismo del Ca y P
El sistema nervioso regula fundamentalmente las actividades musculares y
secretoras del cuerpo.
El sistema hormonal regula principalmente las funciones metabólicas.
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Transporte de sustancias a través de la membrana celular:
El líquido extracelular contiene grandes cantidades de Na y poco K.
El líquido intracelular contiene gran cantidad de K y poco Na
Pero las concentraciones de fosfatos y de proteínas en el líquido intracelular son
mayores que en el extracelular.
Estas diferencias son muy importantes para la vida de la célula.
Barra lipídica y proteínas de transporte de la membrana celular.
La membrana celular está formada por una doble capa lipídica con un gran
número de proteínas (moléculas proteicas) en el lípido; muchas de las cuales
atraviesan la membrana por completo.
La bicapa lipídica constituye una barrera para el movimiento de la mayor parte
de las moléculas del H2O y sustancias hidrosolubles entre los compartimientos
del líquido extra e intracelular.
Las moléculas proteicas poseen propiedades diferentes para el transporte de
sustancias.
Algunas de estas proteínas pueden atravesar la capa lipídica y son consideradas
proteínas de transporte.
Algunas poseen espacios acuosos a todo lo largo de su molécula y permite el
libre movimiento de ciertos iones y moléculas: son proteínas de los canales.
Otras llamadas proteínas transportadoras se unen a las sustancias que hay que
transportar y mediante cambios de conformación en sus propias moléculas, hacen
que las sustancias se muevan a través de los intersticios de la proteína hasta el
otro lado de la membrana.
Tanto las proteínas de los canales como las transportadoras suelen ser muy
selectivas en cuanto al tipo o tipos de moléculas o iones a los que permiten
atravesar la membrana.
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Difusión frente a transporte activo.
1.- Difusión o transporte pasivo
2.- Transporte activo
La difusión implica un movimiento molecular aleatorio de sustancias; molécula a
molécula, ya sea a través de los espacios intermoleculares de la membrana o en
combinación con una proteína transportadora.
La Energía causante de la difusión es la E del movimiento cinético de la materia.
Difusión:
Todas las moléculas e iones de los líquidos corporales, incluidas las moléculas de
agua y las sustancias disueltas están en constante movimiento, cada partícula en
forma independiente.
El movimiento de estas partículas es lo que los físicos llaman “calor” (a mayor
movimiento, mayor temperatura).
El movimiento no cesa nunca bajo ninguna condición, a excepción de 0º
absoluto.
Cuando una molécula en movimiento A se aproxima a una molécula inmóvil B,
las fuerzas electroestáticas e internucleares de la molécula A repelen a la B,
transfiriendo a ésta parte de su E de movimiento.
La molécula B adquiere E cinética de movimiento mientras que A se lentifica,
perdiendo parte de su E cinética.
Una sola molécula en solución rebota en una y otra dirección, rebotando
aleatoriamente millones de veces por segundo. Este movimiento continuo de
moléculas entre sí en los líquidos o en los gases se llama: Difusión
Los iones difunden de la misma manera que las moléculas completas e incluso
las partículas coloidales en suspensión difunden de manera similar, pero con
menor rapidez que las sustancias moleculares, debido a su gran tamaño.
Difusión a través de la membrana celular:
Se % en 1.- difusión simple
2.- difusión facilitada
1.- Simple significa que el movimiento cinético molecular de moléculas o iones
se produce a través de una abertura en la membrana, o a través de los espacios
intermoleculares, sin necesidad de unión con las proteínas transportadoras de la
membrana.
Este tipo de difusión se puede producir a través de la membrana por dos vías:
a.- a través de los intersticios de la bicapa lipídica, especialmente si la
sustancia es liposoluble, ya que éstas aumentan la rapidez con que atraviesan las
membranas (O2, CO2; N, alcoholes)
b.- a través de los canales acuosos que penetran en todo el espesor de
algunas de las grandes proteínas de transporte. El agua aunque es muy insoluble
en los lípidos de la membrana, atraviesa con facilidad pasando prácticamente en
su totalidad a través de los canales proteicos. Otras moléculas insolubles en
lípidos pueden atravesar los canales de la misma forma que el agua si son
hidrosolubles y lo bastante pequeñas. A mayor tamaño, menor rapidez. Por ej.
Una molécula de urea es tan solo un 20 % mayor que la del agua; sin embargo su
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penetración a través de los poros de la membrana es unas 1000 veces inferior a la
del agua.
Los canales se distinguen por 2 características:
c.- a menudo son permeables selectivamente a algunas sustancias
d.- muchos canales pueden abrirse o cerrarse mediante puertas. La
apertura y el cierre de las puertas están controlados en dos formas:
Apertura de voltaje: Por ej. Si existe una fuerte carga (-) negativa en el interior
de la membrana, hace que las puertas externas de Na permanezcan cerradas; por
el contrario, cuando el interior de la membrana pierde su carga (-), estas puertas
se abren bruscamente y permiten la entrada de enormes cantidades de Na a
través de los poros de Na. Esta es la causa básica de los potenciales de acción de
los nervios, responsables de las señales nerviosas.
Apertura química: o apertura de ligando; algunas puertas de los canales
proteicos se abren por la unión de una sustancia química o ligando a la proteína.
Esta puerta es importante para la transmisión de señales desde una célula
nerviosa a otra y desde las células nerviosas hasta las células musculares.
2.- Facilitada; requiere la interacción de una proteína transportadora con las
moléculas o iones.
La proteína transportadora ayuda al paso de las moléculas o iones a través de la
membrana uniéndose químicamente con ellas y transportándolas a través de la
membrana (glucosa, aminoácidos).
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Transporte Activo:
Implica un movimiento de iones u otras sustancias a través de la membrana en
combinación con una proteína transportadora que hace que la sustancia se mueva
contra un gradiente de E como el existente desde un estado de baja concentración
hasta otro de alta concentración, proceso que requiere una fuente adicional de E,
además de la E cinética para causar movimiento.
A veces se necesita una gran concentración de una sustancia en el líquido
intracelular aunque la concentración en el líquido extracelular sea mínima. Esto
sucede con los iones K, y a la inversa, es importante mantener muy bajas las
concentraciones de otros iones en el interior de las células, aunque sus
concentraciones en el líquido extracelular sean altas. Esto es para los iones Na.
Ninguno de estos efectos se podría producir por difusión simple, ya que ésta
equilibra con el tiempo las concentraciones en los dos lados de la membrana.
Alguna E debe producir el movimiento de los iones K al interior de la célula y el
movimiento de iones Na hacia el exterior de la célula.
Cuando una membrana celular mueve moléculas o iones “cuesta arriba” contra
un gradiente de concentración o contra un gradiente eléctrico o de PR.; el
proceso se llama transporte activo.
Ej. De sustancias transportadas activamente: Na,K,Ca,H,Fe,Cl, azúcares y
aminoácidos.
El transporte depende de las proteínas transportadoras que atraviesan la
membrana, pero necesitan E para moverse en contra de un gradiente
electroquímico.
Bomba de Na y K: Transporte activo primario.
Proceso de transporte que bombea iones Na hacia el exterior a través de la
membrana celular y, al mismo tiempo, bombea iones de K desde el exterior hacia
el interior.
Esta bomba es responsable de mantener las diferencias de concentración de Na y
K a través de la Membrana celular, así como de establecer un potencial eléctrico
negativo en el interior de las células, base de la función nerviosa de transmisión
de señales a través del sistema nervioso.
Cuando 2 iones de K se unen al exterior de la proteína transportadora y 3 iones
Na se unen en el interior, se activa la función ATPasa de la proteína; que
consume una molécula de ATP descomponiéndola en ADP y Pi y libera E.
Esta E produciría un cambio de conformación en la molécula transportadora
proteica, que desplaza los iones Na hacia fuera y los iones K hacia dentro.
Una de las funciones más importantes de la bomba de Na y K es controlar el
volumen de las células. Sin la función de esta bomba la mayor parte de las
células del organismo se hincharían hasta estallar.
Dentro de las células hay un gran Nº de proteínas y otros compuestos orgánicos
que no pueden salir de ellas. En su mayor parte cargados negativamente y por lo
tanto recogen a su alrededor gran nº de iones positivos. Todas estas sustancias
tienden a producir ósmosis de agua al interior de la célula; y sin un control de
este proceso, la célula se hincharía hasta estallar.
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Para evitarlo existe la bomba de Na y K.
Si una célula comienza a hincharse por cualquier motivo, se activa la bomba
desplazando aún más iones hacia el exterior y transportando agua con ellos.
El que desplace 3 Na hacia fuera y 2 K hacia dentro crea una positividad fuera de
la célula y produce negatividad en el interior.
Se dice que la bomba es electrógena porque al bombear crea un potencial
eléctrico a través de la membrana celular fundamental para los nervios y
músculos para transmitir señales nerviosas y musculares.
Las proteínas transportadoras están compuestas por un complejo de dos proteínas
globulares, una mayor y una de menor tamaño. Se supone que la proteína menor
fija el complejo proteico a la capa lipídica y la mayor tiene tres características
específicas para la función de la bomba.
1.- Posee tres sitios receptores para la unión de los iones Na sobre la parte de la
proteína que protruye hacia el interior de la célula.
2.- Posee dos sitios receptores para los iones K en el exterior.
3.- La porción interna de esta proteína próxima a los sitios de unión del Na posee
actividad ATPasa.
Potenciales de membrana y potenciales de acción:
A través de la membrana de casi todas las células del organismo existen
potenciales eléctricos.
Además algunas células, como las nerviosas y musculares son excitables, es
decir, capaces de autogenerar impulsos electroquímicos rápidamente cambiantes
en sus membranas. En la mayoría de los casos, estos impulsos se pueden usar
para transmitir señales a lo largo de las membranas nerviosas o musculares.
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Potencial de membrana en reposo de los nervios:
El potencial en el interior de la fibra nerviosa en reposo es de -90mv.
Es decir que el interior es 90 mv. Más negativo que el potencial en el líquido
extracelular de la fibra.
Potencial de acción del nervio:
Las señales nerviosas se transmiten mediante potenciales de acción que son
cambios rápidos en el potencial de membrana que se extienden con rapidez por la
membrana de la fibra nerviosa.
Cada potencial de acción comienza con un cambio brusco del potencial de
membrana negativo normal en reposo a un potencial de membrana positivo, y
termina con una vuelta casi igualmente rápida al potencial negativo.
Fases sucesivas del potencial de acción.
Fase de reposo: es el potencial de reposo de la membrana antes de que se
produzca el potencial de acción. Durante esta fase se dice que la célula está
polarizada debido al potencial de membrana negativa de -90mv. Que existe.
Fase de despolarización: En este momento, la membrana se vuelve súbitamente
permeable a los iones sodio, lo que permite el flujo hacia el interior del axón de
enormes cantidades de iones sodio cargados positivamente.
El estado
“polarizado” normal de -90 milivoltios se neutraliza inmediatamente por los
iones Na entrantes, y el potencial se eleva rápidamente en dirección positiva.
Esto recibe el nombre de “despolarización”. En las grandes fibras nerviosas, el
potencial de membrana “sobrepasa” el nivel cero y alcanza un valor ligeramente
“positivo”, pero en algunas fibras más pequeñas. Así como en las neuronas del
sistema nervioso central, el potencial simplemente se acerca a cero, pero no
alcanza el estado positivo.
Fase de Repolarización: unas diezmilésimas de segundos después de que la
membrana se haga muy permeable al sodio, los canales de Na comienzan a
cerrarse y los canales de K se abren más de lo habitual. Entonces, una rápida
difusión de iones K hacia el exterior reestablece el potencial de reposo negativo
normal de la membrana. Esto se llama repolarización de la membrana.
Canales de Na y K con aperturas de voltaje:
El actor imprescindible para la despolarización y repolarización de la membrana
del nervio durante el potencial de acción es el canal de Na con apertura de
voltaje. El canal del K con apertura de voltaje también desempeña una función
importante en el aumento de la rapidez de repolarización de la membrana. Estos
dos canales de apertura de voltaje se añaden a la bomba de Na-K y a los canales
de escape de Na-K
Activación del canal de sodio: Cuando el potencial de membrana se hace
menos negativo que durante el estado de reposo, elevándose desde -90
milivoltios hacia cero, finalmente alcanza un voltaje, por lo general situado entre
-70 y -50 milivoltios, que provoca un cambio brusco de conformación en la
puerta de activación, llevándola a la posición abierta. Esto recibe el nombre de
estado activado; durante este estado los iones Na invaden el interior a través del
canal, y aumenta la permeabilidad de la membrana al sodio.
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Resumen de los acontecimientos que originan el potencial de acción.
Durante la fase de reposo, antes de que comience el potencial de acción, la
conductancia para los iones K es de unas 50 a 100 veces mayor que para los
iones Na. Esto está causado por un escape mucho mayor de iones K que de iones
Na a través de los canales de escape. Sin embargo, al comienzo del potencial de
acción, los iones de Na se activan instantáneamente y permiten un aumento de
hasta 5000 veces en la conductancia para el Na. Después, el proceso de
inactivación cierra los canales de Na en otra fracción de milisegundos. El
comienzo del potencial de acción también actúa sobre las puertas de voltaje de
los canales de K, haciendo que se abran más lentamente, una fracción de
milisegundo después de la apertura de los canales de Na. Al término del
potencial de acción, el retorno del potencial de membrana al estado negativo hace
que los canales de K se cierren y vuelvan a su estado original, pero también
después de un retraso de un milisegundo o más.
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OSMOSIS
La sustancia más abundante que difunde a través de la membrana celular es el
agua. En ciertas condiciones se puede desarrollar una diferencia de concentración
para el agua a través de la membrana al igual que se pueden producir diferencias
de concentración para otras sustancias. Cuando esto ocurre se produce un
movimiento neto de agua a través de la membrana celular, lo que hace que la
célula se hinche o se contraiga, dependiendo de la dirección del movimiento
neto. Este proceso de movimiento neto de agua causado por una diferencia de
concentración de la misma se denomina ósmosis. Por ej. Tengo agua pura de un
lado y solución de cloruro de Na en otro. Las moléculas de agua atraviesan la
membrana celular con facilidad, mientras que los iones de Cl y Na lo hacen con
dificultad.
La solución del cloruro sódico es una mezcla de moléculas de agua penetrantes y
de iones de Na y Cl no penetrantes y se dice que la membrana es selectivamente
permeable para el agua pero no para los iones Na y Cl. En consecuencia: en el
lado del agua pura (der.) los canales son golpeados por más moléculas de agua
que en el lado (izq.). Donde se ha reducido la concentración de agua. Así, pues,
se produce un movimiento neto de agua de siquiera a der., es decir, se produce
ósmosis desde el agua pura hasta la solución de cloruro sódico.
Presión osmótica: Si aplicáramos una Pr a la solución de Cl Na, la ósmosis de
agua al interior de esta solución sería menor, se interrumpiría o se invertiría.
La cantidad exacta de Pr. Necesaria para detener la ósmosis se llama Pr osmótica
de la solución de Cl Na.
El factor que determina la Pr osmótica de una solución es la concentración de la
solución en cuanto a número de partículas y no en cuanto a su masa del soluto.
El osmol: para expresar la concentración en términos de Nº de partículas, se usa
la unidad llamada osmol en lugar de los gramos.
Un osmol es un gramo de peso molecular de soluto no disociado. Ej. 180 g. de
glucosa= 1 g. de peso molecular de glucosa que equivalen a 1 osmol de glucosa.
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