Fisiología Humana y Biología Celular: Mecanismos Esenciales del Cuerpo

Mecanismos de Regulación Fisiológica: Retroalimentación

Los sistemas biológicos emplean mecanismos de retroalimentación para mantener la homeostasis y responder a los estímulos.

Retroalimentación Negativa

• Homeostática: Mantiene las variables fisiológicas cerca de un valor de control o punto de ajuste.
• Mayoría de los sistemas: Es el mecanismo más común en el cuerpo.
• Éxito y sensibilidad: Permite una regulación precisa y eficiente.

Retroalimentación Positiva

• Fortalece el estímulo: La respuesta amplifica el estímulo inicial.
• Aleja del valor normal: Tiende a desviar la variable del punto de ajuste, a menudo en procesos que requieren una finalización rápida (ej., parto, coagulación sanguínea).

La Membrana Celular: Estructura y Función

La membrana celular es una barrera vital que separa los fluidos intracelulares de los extracelulares, regulando el paso de sustancias.

Bicapa Lipídica

Constituye la estructura fundamental de la membrana, otorgándole permeabilidad selectiva. Está compuesta principalmente por:

• Fosfoglicéridos o fosfolípidos: Son los componentes más abundantes y forman la base de la bicapa.
• Esfingolípidos: Lípidos complejos con funciones estructurales y de señalización.
• Colesterol: Contribuye a la fluidez y estabilidad de la membrana.

Proteínas de Membrana

Integradas o asociadas a la bicapa lipídica, desempeñan diversas funciones:

• Integrales: Atraviesan completamente la bicapa (ej., canales iónicos, transportadores).
• Periféricas: Se asocian solo a un lado de la membrana (ej., receptores, enzimas).

Transporte a Través de las Membranas Celulares

Las células regulan el movimiento de moléculas a través de su membrana mediante diferentes mecanismos.

1. Transporte a Favor del Gradiente Electroquímico (Sin Gasto de Energía)

   Movimiento de sustancias desde una región de mayor concentración a una de menor concentración.

   • Difusión Simple: Las moléculas pequeñas y lipofílicas atraviesan directamente la bicapa lipídica (ej., O₂, CO₂).
   • Difusión Facilitada: Requiere la ayuda de proteínas de membrana (canales proteicos o transportadores) para el paso de iones o moléculas más grandes.

2. Transporte en Contra del Gradiente Electroquímico (Con Gasto de Energía)

   Movimiento de sustancias desde una región de menor concentración a una de mayor concentración, requiriendo energía.

   • Transporte Activo Primario: Utiliza directamente la energía del ATP para mover iones contra su gradiente (ej., bomba Na+/K+).
   • Transporte Activo Secundario: Utiliza indirectamente la energía del ATP, aprovechando el gradiente electroquímico creado por el transporte activo primario (ej., cotransportadores de sodio).

3. Transporte de Macromoléculas

   Mecanismos para el movimiento de moléculas grandes o partículas.

   • Exocitosis: La célula transporta grandes moléculas o desechos al exterior celular mediante vesículas.
   • Endocitosis: La célula incorpora sustancias del exterior formando vesículas.

Osmosis: El Movimiento del Agua

La osmosis es el flujo neto de agua entre dos disoluciones con distinta concentración de solutos, separadas por una membrana semipermeable. El agua se mueve desde la solución hipotónica (menor concentración de solutos) hacia la solución hipertónica (mayor concentración de solutos).

Potencial de Membrana y la Bomba Sodio-Potasio

El potencial de membrana es un gradiente electroquímico a través de la membrana celular. Las partículas se mueven por gradientes de concentración y cargas eléctricas. Se crea y mantiene por el transporte activo y la difusión de iones.

• La bomba Na+/K+ bombea 3 iones Na+ hacia fuera de la célula por cada 2 iones K+ que bombea hacia dentro, manteniendo los gradientes iónicos.
• La membrana es más permeable al K+ que al Na+, lo que contribuye al potencial de reposo.

El Potencial de Acción (PA)

El potencial de acción es una rápida despolarización y repolarización de la membrana celular, fundamental para la comunicación neuronal y muscular.

• Se inicia por una despolarización (entrada de Na+ a la célula) que debe alcanzar un umbral.
• Es una respuesta de “todo o nada”: una vez iniciado, se propaga sin decremento.
• Después de un potencial de acción, hay un periodo refractario breve durante el cual la célula no puede generar otro potencial de acción.

Organización Celular del Sistema Nervioso

El sistema nervioso está compuesto por dos tipos principales de células que trabajan en conjunto para procesar y transmitir información.

Neuronas: Las Unidades Funcionales

Las neuronas son las células especializadas en la transmisión de impulsos nerviosos. Sus partes principales son:

• Cuerpo celular (Soma): Contiene el núcleo y la mayoría de los orgánulos.
• Dendritas: Extensiones ramificadas que reciben señales de otras neuronas.
• Axón: Proyección larga que transmite señales a otras neuronas o células efectoras.

El sistema nervioso central (SNC) contiene núcleos (agrupaciones de cuerpos neuronales), mientras que el sistema nervioso periférico (SNP) contiene ganglios.

Células Gliales: Soporte y Protección

Las células gliales, a diferencia de las neuronas, no tienen dendritas ni axones, pero desempeñan funciones cruciales de soporte, nutrición y protección.

• Oligodendrocitos: Forman las vainas de mielina en el SNC, que aíslan los axones y aceleran la transmisión nerviosa.
• Microglía: Actúan como fagocitos, eliminando desechos celulares y patógenos.
• Células Ependimales: Revisten los ventrículos cerebrales y el canal central de la médula espinal, produciendo líquido cefalorraquídeo.
• Astrocitos: Son las células gliales más abundantes, involucradas en la regulación del entorno neuronal, el soporte estructural y la formación de la barrera hematoencefálica.

Transmisión Sináptica: Comunicación Neuronal

La sinapsis es el punto de comunicación entre dos neuronas o entre una neurona y una célula efectora. Existen dos tipos principales:

Sinapsis Eléctricas

• Continuidad eléctrica: Las células están conectadas directamente por uniones gap.
• Transmisión directa de iones: Los iones fluyen directamente de una célula a otra.
• Rapidez: Permiten una transmisión muy rápida y sincronizada.

Sinapsis Químicas

• No hay conexión directa: Existe una hendidura sináptica entre las células.
• Neurotransmisores: La señal se transmite mediante sustancias químicas (neurotransmisores) que se liberan y se unen a receptores específicos en la membrana postsináptica.

Neurotransmisores Clave y sus Funciones

Los neurotransmisores son sustancias químicas que transmiten información de una neurona a otra, o a células efectoras.

• Acetilcolina: Importante en la unión neuromuscular y en el sistema nervioso autónomo.
• Glutamato: Principal neurotransmisor excitador del SNC.
• GABA (Ácido Gamma-Aminobutírico): Principal neurotransmisor inhibitorio del SNC.
• Noradrenalina: Influye en el estado de ánimo, la atención y la respuesta de lucha o huida.
• Dopamina: Implicada en la función motora (su deficiencia se asocia al Parkinson), la recompensa y el placer.

El Sistema Sensorial: Percepción del Entorno

El sistema sensorial permite al organismo percibir y responder a los estímulos del entorno.

Neuronas Sensoriales

Conducen los potenciales de acción desde los receptores sensoriales hacia el Sistema Nervioso Central (SNC).

Tipos de Receptores Sensoriales

Los receptores se clasifican según su adaptación al estímulo:

• Receptores Tónicos: Presentan una adaptación lenta, generando impulsos durante toda la duración del estímulo (ej., receptores de dolor).
• Receptores Fásicos: Presentan una adaptación rápida, respondiendo al inicio y/o final del estímulo, pero no durante su duración constante (ej., receptores de presión).

La localización del estímulo también es una característica clave de la percepción sensorial.

Sistema Nervioso Autónomo (SNA): Regulación Involuntaria

El Sistema Nervioso Autónomo (SNA) regula las funciones de los órganos internos que no están bajo control voluntario. Se divide en dos ramas con efectos generalmente opuestos.

División Parasimpática

• Somas neuronales: Se encuentran en ganglios próximos al órgano diana.
• Fibras preganglionares: Son largas.
• Fibras postganglionares: Son cortas.
• Función: Controla los efectores autónomos en situaciones de reposo y digestión (rest and digest).
• Neurotransmisor principal: Acetilcolina.

División Simpática

• Somas neuronales: Se encuentran en ganglios cercanos a la médula espinal.
• Fibras preganglionares: Son cortas.
• Fibras postganglionares: Son largas.
• Función: Prepara al cuerpo para la acción o el estrés (fight or flight).
• Neurotransmisores principales: Acetilcolina (en ganglios) y Noradrenalina (en órganos diana).

El Sistema Endocrino: Hormonas y Regulación

El sistema endocrino consta de glándulas y células secretoras que producen y liberan hormonas, las cuales actúan sobre células diana específicas.

Tipos de Glándulas

• Endocrinas: Secretan hormonas directamente al torrente sanguíneo, sin conductos.
• Exocrinas: Secretan sustancias a cavidades o conductos (ej., glándulas salivales, sudoríparas).

Tipos de Hormonas

• Péptidos y Proteínas: Solubles en agua, actúan sobre receptores de membrana (ej., insulina, hormona del crecimiento).
• Esteroideas: Derivadas del colesterol, son lipofílicas y actúan sobre receptores intracelulares (ej., testosterona, cortisol).
• Amínicas: Derivadas de aminoácidos (ej., catecolaminas como adrenalina, y hormonas tiroideas).

Glándulas Endocrinas Clave

Hipófisis o Glándula Pituitaria

Una glándula maestra que regula muchas otras funciones endocrinas.

• Pituitaria Anterior (Adenohipófisis): Secreta hormonas como la hormona del crecimiento, prolactina, hormona estimuladora de la tiroides (TSH), entre otras.
• Pituitaria Posterior (Neurohipófisis): Almacena y libera hormonas producidas en el hipotálamo, como la hormona antidiurética (ADH) y la oxitocina.

Hormona del Crecimiento (GH)

Tiene una acción anabolizante (promueve el crecimiento óseo longitudinal y la hipertrofia muscular), lipolítica (moviliza grasas) e hiperglucemiante (aumenta los niveles de glucosa en sangre).

Glándula Tiroides

Produce hormonas que regulan el metabolismo.

• Células Foliculares: Secretan tiroxina (T4) y triyodotironina (T3).
• Células Parafoliculares: Secretan calcitonina, que regula los niveles de calcio.

Glándulas Suprarrenales

Situadas sobre los riñones, constan de dos partes:

• Corteza Suprarrenal: Produce mineralocorticoides (ej., aldosterona), glucocorticoides (ej., cortisol) y andrógenos.
• Médula Suprarrenal: Produce catecolaminas (adrenalina y noradrenalina).

Hormonas Pancreáticas

El páncreas endocrino regula los niveles de glucosa en sangre.

• Las células beta secretan insulina en respuesta a la abundancia nutritiva (hipoglucemiante).
• Las células alfa secretan glucagón (hiperglucemiante).

Homeostasis de la Glucosa (Glucemia)

Los niveles normales de glucosa en sangre (glucemia) se mantienen entre 70-110 mg/dL gracias a la acción coordinada de la insulina y el glucagón.

El Sistema Circulatorio: Transporte y Homeostasis

El sistema circulatorio es responsable del transporte de sangre, nutrientes, gases y desechos por todo el cuerpo.

Recorrido de la Sangre

La sangre sigue un circuito cerrado:

1. El ventrículo izquierdo bombea sangre oxigenada a la circulación sistémica (órganos y tejidos).
2. La sangre desoxigenada regresa a la aurícula derecha.
3. Pasa al ventrículo derecho, que la bombea a los pulmones.
4. En los pulmones, la sangre se oxigena y regresa a la aurícula izquierda.

Vasos Sanguíneos

• Arterias: Transportan la sangre desde el corazón hacia los tejidos.
• Capilares: Son los vasos más pequeños, donde ocurre el intercambio de sustancias con los tejidos.
• Venas: Recogen la sangre a la salida de los capilares, llevándola de vuelta al corazón.

Regulación Nerviosa de la Presión Arterial

La estimulación del sistema nervioso simpático aumenta la frecuencia cardíaca y la fuerza de contracción cardíaca, lo que contribuye a la regulación de la presión arterial.

Gasto Cardíaco

El gasto cardíaco es el volumen de sangre que el corazón bombea por minuto y se calcula como:

Gasto Cardíaco = Frecuencia Cardíaca × Volumen Sistólico