Conceptos Esenciales de Fisiología Humana: Sistemas y Procesos Biológicos

Fisiología del Transporte de Gases Sanguíneos

Efecto Haldane

El Efecto Haldane describe la mayor capacidad de la hemoglobina desoxigenada para transportar dióxido de carbono (CO2) y protones (H+). En los pulmones, la oxigenación de la hemoglobina (Hb) disminuye su afinidad por el CO2 y los iones H+, lo que facilita su liberación. Este proceso desplaza la curva de disociación del oxígeno hacia la izquierda, indicando una mayor afinidad de la Hb por el O2 y una disminución de la P50 (la presión parcial de O2 necesaria para saturar el 50% de la Hb).

Efecto Bohr

El Efecto Bohr se refiere a la disminución de la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno en presencia de un aumento de la concentración de CO2, iones H+ (lo que resulta en una disminución del pH o acidosis), o un aumento de la temperatura y del 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG). Estos factores desplazan la curva de disociación del oxígeno hacia la derecha, favoreciendo la liberación de O2 en los tejidos. En consecuencia, la P50 aumenta, lo que significa que se requiere una mayor presión parcial de O2 para saturar el 50% de la hemoglobina, reflejando una menor afinidad.

Fisiología Cardiovascular y Hemodinámica

Volúmenes Cardíacos

• VTD (Volumen Telediastólico): Volumen de sangre en el ventrículo al final de la diástole (fase de llenado).
• VTS (Volumen Telesistólico): Volumen de sangre que queda en el ventrículo al final de la sístole (fase de contracción).

Parámetros de la Función Cardíaca

• Gasto Cardíaco (GC): Es el volumen de sangre bombeado por el corazón por minuto. Se calcula como:
  • GC = FC (Frecuencia Cardíaca) x VE (Volumen de Eyección)
• Volumen de Eyección (VE): Volumen de sangre expulsado por el ventrículo en cada latido. Se calcula como:
  • VE = VTD - VTS
• Fracción de Eyección (FE): Porcentaje de sangre en el ventrículo que es expulsado con cada latido. Se calcula como:
  • FE = (VE / VTD) x 100

Principios del Flujo Sanguíneo

Ley de Ohm Aplicada al Flujo Sanguíneo

El flujo sanguíneo es directamente proporcional a la diferencia de presión (ΔP) e inversamente proporcional a la resistencia (R). Esto significa que un aumento en la diferencia de presión incrementa el flujo, mientras que un aumento en la resistencia lo disminuye.

Ley de Poiseuille para la Resistencia Vascular

La resistencia (R) al flujo sanguíneo en un vaso es determinada por la siguiente fórmula:

R = (8ηL) / (πr^4)

Donde:

• η (eta) es la viscosidad de la sangre: A mayor viscosidad, mayor resistencia.
• L es la longitud del vaso: A mayor longitud, mayor resistencia.
• r es el radio del vaso: La resistencia es inversamente proporcional a la cuarta potencia del radio. Un pequeño aumento en el radio disminuye drásticamente la resistencia, y viceversa.

En condiciones como la hipertensión arterial, un aumento de la presión arterial (PA) puede ser el resultado de un incremento en la resistencia periférica total (RPT) o en el gasto cardíaco (GC).

Fisiología del Sistema Nervioso

Potencial de Acción Neuronal

El potencial de acción es una rápida y transitoria despolarización de la membrana celular, seguida de una repolarización.

1. Despolarización: Se produce por la apertura de canales de sodio (Na+) dependientes de voltaje, lo que permite una rápida entrada de Na+ a la célula, llevando el potencial de membrana a valores positivos (aproximadamente +30 mV).
2. Repolarización: Se inicia con el cierre de los canales de Na+ y la apertura de canales de potasio (K+) dependientes de voltaje, lo que provoca la salida de K+ de la célula.
3. Hiperpolarización: Una salida prolongada de K+ puede llevar el potencial de membrana por debajo del potencial de reposo antes de que se restablezca.

Potenciales Postsinápticos

• Potencial Postsináptico Excitatorio (PPSE): Es una despolarización local de la membrana postsináptica, causada por la apertura de canales iónicos que permiten la entrada de iones positivos como Na+ o Ca2+, acercando el potencial de membrana al umbral de disparo.
• Potencial Postsináptico Inhibitorio (PPSI): Es una hiperpolarización local de la membrana postsináptica, causada por la apertura de canales iónicos que permiten la salida de K+ o la entrada de Cl-, alejando el potencial de membrana del umbral de disparo.

Vías Motoras Eferentes

• Sistema Nervioso Somático: Controla los músculos esqueléticos (movimiento voluntario). Consiste en una única neurona mielinizada que va desde el sistema nervioso central (SNC) hasta el músculo efector.
• Sistema Nervioso Autónomo: Regula funciones involuntarias (ej. latido cardíaco, digestión). Se compone de dos neuronas: una preganglionar y una postganglionar (frecuentemente amielínica).

Divisiones del Encéfalo

• Prosencéfalo (Cerebro Anterior): Incluye:
  • Telencéfalo: Contiene los ganglios basales, el hipocampo (fundamental para la memoria) y la corteza cerebral.
  • Diencéfalo: Incluye el tálamo y el hipotálamo.

Sistema Nervioso Autónomo (SNA)

• Sistema Nervioso Simpático:
  • Origen: Región toracolumbar de la médula espinal.
  • Activación: Asociado a la respuesta de "lucha o huida", con activación en masa.
  • Neuronas: Fibras preganglionares cortas y postganglionares largas.
  • Efectos: Aumento de la frecuencia cardíaca (efecto cronotrópico positivo), aumento de la presión arterial. Los receptores beta-1 (β1) en el corazón son activados por norepinefrina/epinefrina.
• Sistema Nervioso Parasimpático:
  • Origen: Región craneosacra (el nervio vago, X par craneal, inerva aproximadamente el 75% de las vísceras).
  • Neuronas: Fibras preganglionares largas y postganglionares cortas.
  • Efectos: Asociado a la respuesta de "descanso y digestión".

Fisiología Muscular

Contracción Muscular

La contracción muscular se inicia cuando la cabeza de miosina se une a la actina. La proteína troponina, al unirse al calcio (Ca2+), permite esta interacción actina-miosina, desencadenando el ciclo de puentes cruzados y la contracción.

Fisiología Cardíaca: Potenciales de Acción y Ciclo

Potencial de Acción de Miocitos Cardíacos (Auriculares y Ventriculares)

El potencial de reposo de los miocitos cardíacos es de aproximadamente -90 mV.

1. Fase 0 (Despolarización Rápida): Apertura de canales rápidos de Na+ dependientes de voltaje, lo que provoca una rápida entrada de Na+ y la despolarización de la célula.
2. Fase 1 (Repolarización Inicial): Cierre de los canales de Na+ y apertura transitoria de algunos canales de K+.
3. Fase 2 (Meseta): Apertura de canales lentos de Ca2+ tipo L, lo que permite la entrada de Ca2+ y mantiene la despolarización. Esta fase es crucial para la contracción muscular cardíaca.
4. Fase 3 (Repolarización Final): Cierre de los canales de Ca2+ y apertura de más canales de K+, lo que provoca una salida neta de K+ y la repolarización de la membrana.
5. Fase 4 (Potencial de Reposo): Mantenido por canales de K+ y la bomba Na+/K+ ATPasa.

Potencial de Acción del Nódulo Sinoauricular (SA)

El nódulo SA es el marcapasos natural del corazón, con un potencial de reposo inestable que oscila alrededor de -60 mV.

1. Fase 4 (Despolarización Lenta o Prepotencial): Se debe a la entrada de Na+ a través de los canales "funny" (If) y, posteriormente, a la entrada de Ca2+ a través de canales tipo T.
2. Fase 0 (Despolarización Rápida): La despolarización principal es causada por la apertura de canales de Ca2+ tipo L, lo que permite una rápida entrada de Ca2+.
3. Fase 3 (Repolarización): Se produce por la salida de K+.

Ciclo Cardíaco

El ciclo cardíaco describe los eventos mecánicos y eléctricos que ocurren durante un latido.

• Diástole (Fase de Llenado Ventricular):
  • Apertura de las válvulas auriculoventriculares (AV).
  • El Volumen Telediastólico (VTD) es el volumen máximo de sangre en el ventrículo al final de esta fase.
• Sístole (Fase de Contracción y Eyección Ventricular):
  • Contracción Isovolumétrica (CI): Aumento de la presión ventricular con todas las válvulas (AV y semilunares) cerradas. Coincide con el primer ruido cardíaco (R1) y el complejo QRS en el electrocardiograma (ECG).
  • Período de Eyección: Apertura de las válvulas semilunares, permitiendo la salida de sangre del ventrículo. El Volumen Telesistólico (VTS) es el volumen de sangre que queda en el ventrículo después de la eyección.
  • Relajación Isovolumétrica (RI): Cierre de las válvulas semilunares, lo que genera el segundo ruido cardíaco (R2).

Fisiología del Sistema Endocrino

Páncreas Endocrino

• Las células beta (β) de los islotes de Langerhans producen insulina, hormona hipoglucemiante.
• Las células alfa (α) producen glucagón, hormona hiperglucemiante.
• La insulina se sintetiza como preproinsulina en el retículo endoplasmático rugoso (RER), se convierte en proinsulina en el RER y finalmente en insulina en el aparato de Golgi.

Circulación Específica

• Circulación Renal: Arteria → Capilar Glomerular → Arteria (Arteriola Eferente) → Capilares Peritubulares → Vena.
• Circulación Hepática: Vena (Vena Porta) → Capilares Sinusoidales Hepáticos → Vena (Vena Hepática).

Hipófisis (Glándula Pituitaria)

Adenohipófisis (Lóbulo Anterior)

Produce diversas hormonas, incluyendo:

• Hormona del Crecimiento (GH): Producida principalmente en el núcleo arcuato del hipotálamo (que regula su liberación). Estimula la producción de IGF-1 (factor de crecimiento similar a la insulina 1).
  • Estímulos Inhibidores: Hiperglucemia, ácidos grasos libres, somatostatina, dopamina, obesidad, envejecimiento.
  • Estímulos Estimuladores: Hipoglucemia, aminoácidos, sueño (especialmente fase no-REM), ejercicio, estrés. Sus efectos incluyen el crecimiento, la gluconeogénesis y la proteosíntesis.
• Prolactina (PRL): Su secreción está bajo control tónico inhibitorio de la dopamina.
  • Estímulos Estimuladores: Lactancia, succión, gestación, estrés, hormona liberadora de tirotropina (TRH).

Neurohipófisis (Lóbulo Posterior)

Almacena y libera hormonas producidas en el hipotálamo:

• Hormona Antidiurética (ADH) / Vasopresina: Producida en el núcleo supraóptico. Promueve la reabsorción de agua en los túbulos colectores renales.
• Oxitocina: Producida en el núcleo paraventricular. Implicada en la contracción uterina durante el parto (estimulada por la dilatación cervical) y la eyección de leche (estimulada por la succión). Funciona mediante retroalimentación positiva.

Glándula Suprarrenal

La corteza suprarrenal se divide en zonas que producen diferentes hormonas esteroideas:

• Zona Glomerular: Produce mineralocorticoides, como la aldosterona, que regulan el equilibrio de electrolitos (sodio y potasio) y la presión arterial.
  • La secreción de aldosterona es estimulada principalmente por la angiotensina II, la hiperpotasemia (aumento de K+) y, en menor medida, por la ACTH.
  • El aparato yuxtaglomerular (células yuxtaglomerulares y mácula densa) produce renina, que inicia la cascada del sistema renina-angiotensina-aldosterona.
• Zona Fascicular: Produce glucocorticoides, como el cortisol, que son cruciales en la respuesta al estrés y actúan como mediadores antiinflamatorios.

Regulación del Calcio

• Hormona Paratiroidea (PTH): Aumenta los niveles de calcio (Ca2+) en sangre.
• Calcitonina: Disminuye los niveles de calcio (Ca2+) en sangre.

Hormonas Esteroideas

Las hormonas esteroideas (derivadas del colesterol, como las hormonas suprarrenales y sexuales) son liposolubles y sus receptores son intracelulares (citoplasmáticos o nucleares), lo que les permite modular directamente la expresión génica.

Fisiología del Sistema Reproductor

Ciclo Ovárico Femenino

El ciclo ovárico se divide en fases:

1. Fase Folicular:
   • Reclutamiento: Un grupo de folículos primordiales comienza a crecer.
   • Selección: Uno o pocos folículos son seleccionados para continuar su desarrollo.
   • Dominancia: Un folículo se convierte en el folículo dominante, que madurará completamente.
   • Producción Hormonal:
     • Las células de la teca interna (estimuladas por la LH) producen andrógenos (ej. androstenediona).
     • Las células de la granulosa (estimuladas por la FSH) convierten estos andrógenos en estrógenos (ej. estradiol).
2. Ovulación:
   • Desencadenada por un pico de la hormona luteinizante (LH).
   • El folículo dominante se rompe, liberando el ovocito secundario (en metafase II) junto con el líquido folicular y el cúmulo oóforo.
3. Fase Lútea:
   • Formación del Cuerpo Lúteo: Las células de la teca interna y la granulosa se transforman en el cuerpo lúteo, que produce principalmente progesterona y, en menor medida, estrógenos.
   • Luteólisis: Si no hay embarazo, el cuerpo lúteo degenera.

Transporte de Espermatozoides

El trayecto de los espermatozoides en el tracto reproductor femenino es el siguiente:

1. Vagina
2. Cérvix: A través de criptas con moco cervical.
3. Útero: Ayudado por contracciones uterinas, que son estimuladas por prostaglandinas presentes en el semen y por el estradiol y la oxitocina de la hembra.
4. Oviducto (Trompa de Falopio): Lugar donde típicamente ocurre la fecundación.