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Tema 1: Fisiología del ser humano
UNIDAD III SER HUMANO
Tema 1: La fisiología del ser humano
Tema 1: Fisiología del ser humano
FISIOLOGÍA DEL SER HUMANO
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
progresión de la vida. Cada tipo de
vida, desde el virus más simple hasta
el árbol más grande o el complicado
ser humano, posee sus propias
características funcionales, por lo que
la inmensa mayoría de las funciones
fisiológicas pueden separarse en
fisiología vírica, fisiología bacteriana, fisiología celular, fisiología vegetal, fisiología
humana y muchas otras subdivisiones.
Fisiología humana
En la fisiología humana intentamos explicar las características y mecanismos
específicos del cuerpo humano que hacen que sea un ser vivo. El hecho de
mantenerse vivo es algo que aún escapa a nuestro control, ya que el hambre nos
hace buscar alimentos y el miedo nos hace buscar refugio. Las sensaciones de
frío nos hacen buscar medios para calentamos y otras fuerzas nos hacen buscar
compañía y reproducimos. Por tanto, el ser humano es en realidad un autómata y
el hecho de que seamos seres que perciben, sienten y aprenden forma parte de
esta secuencia automática de la vida; estos atributos especiales nos permiten
existir en situaciones muy variables.
Las células como unidades vivas del cuerpo
La unidad viva básica del cuerpo es la célula. Cada
órgano es un agregado de muchas células
diferentes que se mantienen unidas mediante
estructuras de soporte intercelulares.
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Cada tipo de célula está especialmente adaptada para realizar una a más
funciones concretas. Por ejemplo, los eritrocitos, que ascienden a 25 billones en
cada ser humano, transportan el oxígeno desde los pulmones a los tejidos.
Aunque éstas son las células más abundantes entre todas las células corporales,
hay otros 75 billones de células de otros tipos que realizan otras funciones
diferentes, es decir, que el cuerpo entero contiene en torno a 100 billones de
células.
Aunque las múltiples células del cuerpo son muy diferentes entre sí, todas ellas
tienen determinadas características básicas que son similares. Por ejemplo, en
todas ellas el oxígeno reacciona con los hidratos de carbono, grasas y proteínas
para liberar la energía necesaria para mantener las funciones de la célula y los
mecanismos químicos generales que permiten cambiar los nutrientes en energía
son básicamente los mismos en todas las células y todas las células liberan los
productos finales de sus reacciones químicas en los líquidos circundantes.
Además, prácticamente todas las células tienen la capacidad de reproducirse
formando más células de su propia estirpe. Por fortuna, cuando se destruyen
células de un tipo en particular, por una u otra causa, el resto de las células de
este tipo genera nuevas células hasta rellenar el cupo.
LÍQUIDO EXTRACELULAR: EL «MEDIO INTERNO»
El 60% del cuerpo humano del adulto es
líquido, principalmente una solución acuosa
de iones y otras sustancias. Si bien casi todo
este líquido queda dentro de las células y se
conoce como líquido intracelular:
aproximadamente una tercera parte se
encuentra en los espacios exteriores a las
células y se denomina líquido extracelular.
Este líquido extracelular está en movimiento
constante por todo el cuerpo y se transporta
rápidamente en la sangre circulante para mezclarse después entre la sangre y los
líquidos tisulares por difusión a través de las paredes capilares. En el líquido
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extracelular están los iones v nutrientes que necesitan las células para
mantenerse vivas, por lo que todas ellas viven esencialmente en el mismo entorno
de líquido extracelular. Por este motivo el líquido extracelular también se
denomina medio interno del organismo, o milieu interieur, un término que fue
introducido hace más de 100 anos por el gran fisiólogo francés del siglo XIX
Claude Bernard.
Las células son capaces de vivir, crecer y realizar sus funciones especiales,
siempre que este medio interno disponga de las concentraciones adecuadas de
oxígeno, glucosa, distintos iones, aminoácidos, sustancias grasas y otros
componentes.
Diferencias entre los líquidos extracelular e
intracelular.
El líquido extracelular contiene grandes
cantidades de iones sodio, cloruro y
bicarbonato más nutrientes para las
células, como oxígeno, glucosa, ácidos
grasas y aminoácidos, También contiene
dióxido de carbono, que se transporta
desde las células a los pulmones para ser
excretado junto a otros residuos celulares
que se transportan a los riñones para su excreción.
El líquido intracelular es muy distinto del líquido extracelular: específicamente,
contiene grandes cantidades de iones potasio, magnesia y fosfato en lugar de los
iones sodio y cloruro que se encuentran en el líquido extracelular. Los
mecanismos especiales de transporte de iones a través de la membrana celular
mantienen las diferencias en la concentración de iones entre los líquidos
extracelular e intracelular.
Tejidos corporales
A pesar de la gran variedad de estructuras
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intracelulares, ninguna célula puede por sí sola llevar a cabo todos los procesos
del cuerpo humano maduro. Por el contrario, las células se ensamblan para formar
unidades de mayor tamaño que llamamos tejidos. Las células de un tejido se
mantienen unidas a través de conexiones especializadas denominadas uniones
celulares y por medio de otras estructuras de sostén. La complejidad de los tejidos
varía desde tejidos simples que contienen sólo un tipo celular, como el endotelio
de los vasos sanguíneos, hasta tejidos complejos que contienen diversos tipos
celulares y gran cantidad de material extracelular, como el tejido conectivo. Las
células de la mayoría de los tejidos funcionan coordinadamente para alcanzar un
objetivo común.
El estudio de la estructura y la función de los tejidos se denomina histología
(histos, tejido). Los histólogos describen los tejidos de acuerdo con sus
características físicas:
1) La forma y el tamaño celular,
2) la disposición de las células en el tejido (en capas, dispersas, etc.),
3) la conexión entre las células, y
4) la cantidad de material extracelular presente en el tejido.
Existen cuatro tipos de tejidos principales en el cuerpo humano: epitelial,
conectivo, muscular y neural o nervioso. Antes de examinar cada tipo de tejido en
particular, se analizará la forma en la que se ensamblan las células para formar los
tejidos.
Diversas funciones de la matriz extracelular
La matriz extracelular (general células
mente llamada sólo matriz) es
material extracelular sintetizado y
secretado por las células de un tejido.
Durante años los científicos creyeron
que se trataba de una sustancia
inerte cuya única función era
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mantener unidas a las células. Sin embargo, las pruebas experimentales muestran
que la matriz extracelular desempeña un papel vital en muchos procesos
fisiológicos, desde el crecimiento y el desarrollo hasta la muerte celular Muchos
estados patológicos están relacionados con la superproducción o la destrucción de
la matriz extracelular, como la insuficiencia cardiaca crónica y la propagación de
células cancerosas en el organismo (metástasis).
La composición de la matriz extracelular varía de un tejido a otro, pero siempre
incluye dos componentes básicos: los proteoglucanos y los filamentos proteicos
insolubles. Los proteoglucanos son glucoproteinas, es decir proteínas unidas a
cadenas de polisacáridos por enlaces covalentes. Las fibras proteicas insolubles,
como el colágeno, la fibronectina y la laminina, son las que confieren resistencia y
el anclaje de las células a la matriz.
Las uniones entre la matriz extracelular y las
proteínas de membrana o el cito esqueleto son
algunos de los medios de comunicación entre la
célula y el ambiente externo.
La cantidad de matriz extracelular de un tejido es
altamente variable. El tejido muscular y nervioso
tienen muy poca matriz, mientras que los tejidos
conectivos, como el cartílago, el hueso y la
sangre, tienen gran cantidad de matriz, que ocupa
tanto volumen como las células. La consistencia de la matriz también es variable,
desde acuosa (en la sangre y la linfa) a rígida (en el hueso).
Las uniones celulares mantienen unidas a las células para formar tejidos
Durante el crecimiento y el desarrollo, las células forman adhesiones célula-célula
que pueden ser temporarias o desarrollar uniones celulares de carácter
permanente. Las moléculas de adhesión celular, CAM, son proteínas
transmembrana responsables de las uniones celulares y de las adhesiones
celulares temporarias. Las adhesiones intercelulares o las adhesiones entre las
células y la matriz mediadas por las CAM son esenciales para el crecimiento y el
desarrollo normales. Por ejemplo, las células nerviosas en crecimiento se
desplazan por la matriz extracelular con la ayuda de moléculas de adhesión de la
célula nerviosa, NCAM.
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La adhesión celular permite que los leucocitos
puedan salir de la circulación y llegar a los tejidos
infectados, así como permite que grupos de
plaquetas se peguen a los vasos sanguíneos
dañados. Como las adhesiones celulares no son
permanentes, la unión entre las CAM y la matriz
es débil.
Las uniones celulares pueden clasificarse en tres
grupos: las uniones en hendidura o comunicantes, las uniones estrechas y las
uniones de anclaje.
Las uniones en hendidura permiten una combinación directa entre las células. Las
unión., estrechas son uniones oclusivas que impiden el traspaso de materiales
entre las células. Las uniones de anclaje mantienen a las células unidas entre sí o
con la matriz extracelular.
1. Las uniones en hendidura o
comunicantes son las formas más simples
de unión célula-célula.
Crean puentes de comunicación citoplasmática
entre las células adyacentes de manera que las
señales químicas y eléctricas pasen
rápidamente de una célula a la otra. Proteínas
cilíndricas denominadas conexinas, se
entrelazan para formar corredores que se
asemejan a remaches huecos con estrechos
canales en el centro. Estos canales se abren y se cierran para regular el paso de
pequeñas moléculas y de iones a través de ellos.
Se creía que las uniones comunicantes solo estaban presentes en células
nerviosas y musculares, pero ahora se sabe que también constituyen una
comunicación intercelular importante en muchos otros tejidos, como el del hígado,
el del páncreas, el de los ovarios y el de la tiroides.
2. Las uniones estrechas en los seres
humanos y otros vertebrados son
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uniones oclusivas diseñadas para restringir el movimiento de material entre
las células que unen.
En las uniones estrechas, las membranas de las células adyacentes se fusionan
parcialmente con la ayuda de proteínas llamadas, claudinas y ocludinas de esa
manera forman una barrera. Al igual que muchos procesos fisiológicos, las
propiedades de barrera de las uniones estrechas pueden ser alteradas de acuerdo
con las necesidades del organismo.
Las uniones estrechas en el tubo digestivo y en los riñones evitan que la mayoría
de las sustancias se desplacen libremente entre el medio interno y el externo y,
por lo tanto, permiten que las células regulen lo que entra y lo que sale del cuerpo.
Las uniones estrechas también crean la denominada barrera hematoencefálica
que evita que sustancias potencialmente dañinas del torrente sanguíneo lleguen al
liquido extracelular del cerebro.
3. Las uniones de anclaje unen unas células a otras (uniones de anclaje
célula-célula) o a las células con la matriz extracelular (uniones de anclaje
célula-matriz).
En los vertebrados, las uniones de anclaje célula-célula son creadas por CAM
llamadas cadherinas, que se unen unas a otras a través del espacio intercelular.
Las uniones de anclaje célula-matriz utilizan
CAM llamadas integrinas.
Las integrinas son proteínas de membrana
que también se unen a moléculas de señal
presentes en el medioambiente celular y
transfieren la información transportada por la
señal a través de la membrana celular al
citoplasma.
Las uniones de anclaje han sido
comparadas con botones o cierres que unen
a las células y las mantienen ubicadas en el tejido.
La unión de proteínas por medio de uniones de anclaje es muy fuerte, lo que
permite que las láminas de tejido que recubren las cavidades corporales y de la
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piel resistan el daño producido por el estiramiento y la torsión. Sin embargo, aun
los fuertes filamentos proteicos de las uniones de anclaje pueden romperse. Si usa
zapatos ajustados, el roce sobre la piel puede romper las proteínas que conectan
las distintas capas cutáneas. Cuando en el espacio que se genera se acumula
liquido y las capas de piel se separan, se forma una ampolla.
Los tejidos unidos por uniones de anclaje son como una cerca de estacas, en la
cual los espacios entre las estacas permiten el paso de los materiales de un lado a
otro de la cerca. En contrapartida, los tejidos unidos por uniones estrechas son
como un muro de ladrillos: muy poco material puede pasar hacia el otro lado del
muro entre los ladrillos.
Las uniones de anclaje célula-célula adoptan la forma de uniones adherentes o de
desmosomas. Las uniones adherentes vinculan los filamentos de actina de células
adyacentes. Los desmosomas se unen a los filamentos intermedios del
citoesqueleto. Los desmosomas son las uniones célula-célula más fuertes, las
imágenes de microscopia electrónica permiten reconocerlos como cuerpos densos
de glucoproteinas, o placas, que yacen en el interior de la membrana celular en la
zona en la que se conectan las dos células. Los desmosomas pueden aparecer
como pequeños puntos de contacto entre dos células (macula adherens) o como
bandas que rodean completamente la célula (desmosomas en banda).
Existen dos tipos de uniones de anclaje célula-matriz. Los hemidesmosomas son
uniones fuertes que unen los filamentos intermedios del citoesqueleto a las
proteínas fibrosas de la matriz como la laminina. Las adhesiones focales unen los
filamentos de actina intracelular a las distintas proteínas de la matriz como la
fibronectina.
La pérdida de uniones celulares normales
desempeña un papel en diversas enfermedades y
en las metástasis. Los trastornos en los cuales se
destruyen o no llegan a formarse las uniones
celulares pueden tener sin tomas desfigurantes y
dolorosos, como lo es la piel ampollada. Uno de
esos trastornos es el pénfigo, una enfermedad en la
cual el organismo ataca algunas de sus proteínas en
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las uniones celulares (www.penphiglls.org).
La desaparición de las uniones de anclaje posiblemente contribuya a la aparición
de metástasis de las células cancerosas en todo el cuerpo. Las células
cancerosas pierden sus uniones de anclaje porque tienen menos moléculas de
cadherina y las uniones con las células vecinas no son tan firmes. Una vez que la
célula cancerosa se ha librado de su anclaje secreta enzimas conocidas como
proteasas, que digieren proteínas. Estas enzimas, particularmente las
metaloproteinasas de la matriz (MMP), disuelven la matriz extra celular, por lo que
las células cancerosas liberadas pueden invadir los tejidos adyacentes o ingresar
al torrente sanguíneo. Los científicos están investigando maneras de bloquear las
MMP en un intento de prevenir la metástasis.
Comprendida la manera en la que las células están unidas para formar tejidos, se
analizarán los cuatro tipos diferentes de tejido del cuerpo humano: 1) epithelial, 2)
conectivo, 3) muscular y 4) nervioso.
