Fisiología Humana Esencial: Metabolismo, Contracción Muscular y Regulación Corporal

1. Factores del Consumo Máximo de O2 y su Fórmula

¿De qué factores depende el consumo máximo de O2 (VO2 máx) de una persona? Dependerá de la herencia, la masa muscular activa, la edad, el sexo, el nivel de entrenamiento y la motivación del sujeto.

¿Cuál es la fórmula básica que permite determinar el consumo de O2 durante el ejercicio? La fórmula es:

VO2 = Vs x FC x Dif av O2

Donde:

• VO2: Oxígeno consumido por todas las células.
• Vs: Volumen sistólico (cantidad de sangre expulsada por el ventrículo en cada latido).
• FC: Frecuencia cardíaca (número de latidos por minuto).
• Dif av O2: Diferencia arteriovenosa de oxígeno (diferencia de oxígeno entre la sangre arterial y la venosa).

2. Intercambio Gaseoso y Espacio Muerto Respiratorio

¿En qué proceso físico se basa el intercambio gaseoso a nivel alvéolo-capilar? Se basa en el proceso de difusión de gases, donde el oxígeno y el dióxido de carbono se mueven de una zona de mayor presión parcial a una de menor presión parcial.

¿Qué es el llamado espacio muerto respiratorio? Es la parte del aparato respiratorio que contiene un volumen de aire que no participa en el intercambio de gases. Se divide en espacio muerto anatómico (vías aéreas conductoras) y espacio muerto alveolar (alvéolos no funcionales).

¿Qué refleja en la práctica la diferencia arteriovenosa de O2? Refleja la cantidad de oxígeno que ha sido extraída y utilizada por los tejidos del organismo. Se calcula como la diferencia entre el contenido de oxígeno en la sangre arterial que llega a los tejidos y el contenido de oxígeno en la sangre venosa que regresa de ellos.

3. Mecanismo de la Contracción Muscular y Unidad Motora

Mecanismo de la Contracción Muscular

El mecanismo de la contracción muscular implica una serie de interacciones bioquímicas y mecánicas:

• Hidrólisis de ATP: El ATP se hidroliza a ADP y Pi, liberando la energía necesaria para el movimiento de las cabezas de miosina: ATP → ADP + Pi + Energía para la contracción.
• Activación por Calcio: Un potencial de acción libera iones de calcio (Ca²⁺) en el sarcoplasma.
• Interacción Calcio-Troponina: El Ca²⁺ se une a la troponina, lo que provoca un cambio conformacional en el complejo troponina-tropomiosina, exponiendo los sitios de unión de la miosina en la actina.
• Formación de Puentes Cruzados: Las cabezas de miosina se unen a la actina, formando puentes cruzados.
• Golpe de Fuerza: La miosina, actuando como una ATPasa, utiliza la energía del ATP hidrolizado para pivotar, tirando de los filamentos de actina y acortando el sarcómero.

¿Qué es la Unidad Motora?

Es el conjunto funcional formado por una motoneurona (neurona motora) y todas las fibras musculares que son inervadas y controladas por ella. Todas las fibras musculares de una unidad motora se contraen simultáneamente.

4. Termorregulación y Eje Hipotálamo-Hipofisario

Mecanismos de Transferencia de Calor

Enumera los mecanismos básicos de transferencia de calor de los que dispone el organismo humano para el mantenimiento de la temperatura corporal:

• Radiación: Transferencia de calor en forma de ondas electromagnéticas.
• Conducción: Transferencia de calor por contacto directo entre superficies.
• Convección: Transferencia de calor a través del movimiento de fluidos (aire o agua).
• Evaporación: Pérdida de calor a través de la vaporización del sudor de la superficie de la piel.

Eje Hipotálamo-Hipofisario

¿Qué es el eje hipotálamo-hipofisario y para qué sirve? El eje hipotálamo-hipofisario es un sistema neuroendocrino crucial que conecta el hipotálamo (una región del cerebro) con la hipófisis (una glándula endocrina situada justo debajo). La hipófisis anterior es una glándula minúscula que, bajo la influencia de hormonas liberadoras e inhibidoras secretadas por el hipotálamo, produce y secreta sus propias hormonas. Por ejemplo, la hipófisis anterior secreta la hormona del crecimiento y la prolactina, entre otras. Este eje es fundamental para la regulación de numerosas funciones corporales, incluyendo el crecimiento, el metabolismo, la reproducción, la lactancia y la respuesta al estrés, actuando como el principal centro de control del sistema endocrino.

5. Sistema ATP-PC (Fosfágenos): Ventajas e Inconvenientes

Ventajas e inconvenientes del sistema ATP-PC (o sistema de los fosfágenos) como fuente de obtención de energía para la contracción muscular:

Ventajas

• Obtención rápida de energía: Es el sistema más rápido para generar ATP.
• Fundamental para actividades de alta intensidad y corta duración: Es crucial para el desarrollo de actividades físicas o deportivas que requieren una explosión de energía, como sprints o levantamiento de pesas.

Inconvenientes

• Obtención muy limitada de energía: Las reservas de ATP y fosfocreatina (PC) en el músculo son muy escasas, agotándose en segundos (aproximadamente 5-10 segundos de esfuerzo máximo).
• Produce gran deuda de O2: Aunque no requiere oxígeno directamente para la resíntesis de ATP, su recuperación posterior contribuye significativamente a la deuda de oxígeno post-ejercicio.

6. Diferencias entre Glucólisis Aeróbica y Anaeróbica

¿En qué se diferencia la glucólisis aeróbica y anaeróbica desde el punto de vista del rendimiento energético? La principal diferencia radica en la presencia o ausencia de oxígeno y en el destino final del piruvato, lo que afecta la cantidad total de ATP producido:

• Glucólisis Anaeróbica:
  • Suministro rápido de ATP: Genera ATP rápidamente sin necesidad de oxígeno.
  • Rendimiento energético limitado: Solo produce 2 moléculas de ATP por molécula de glucosa.
  • Producto final: El piruvato se convierte en lactato (ácido láctico) para regenerar NAD+, permitiendo que la glucólisis continúe.
  • Duración: Predomina en esfuerzos de alta intensidad y duración media (30 segundos a 2 minutos).
• Glucólisis Aeróbica:
  • Requiere oxígeno: El piruvato entra en el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones en presencia de oxígeno.
  • Rendimiento energético alto: Produce una cantidad significativamente mayor de ATP (aproximadamente 30-32 moléculas de ATP por molécula de glucosa, incluyendo la glucólisis inicial).
  • Producto final: El piruvato se oxida completamente a CO2 y H2O.
  • Duración: Predomina en esfuerzos de baja a moderada intensidad y larga duración.

En resumen, la presencia de oxígeno inhibe la formación de ácido láctico a partir de ácido pirúvico, dirigiendo el piruvato hacia la oxidación completa y una mayor producción de energía.

7. Deuda de Oxígeno (EPOC)

¿Qué es la deuda de O2? La deuda de oxígeno, más precisamente conocida como Consumo de Oxígeno Post-Ejercicio (EPOC), se refiere al volumen de oxígeno adicional que el cuerpo consume después de un ejercicio para restaurar el organismo a su estado de reposo pre-ejercicio. Cuando se inicia un esfuerzo físico desde el reposo, el cuerpo trabaja inicialmente con un déficit de oxígeno hasta que se alcanza una fase de estabilidad o equilibrio.

Componentes de la Deuda de O2

Los principales componentes que contribuyen a la deuda de O2 son:

• Restauración de reservas de O2: Reabastecimiento del oxígeno unido a la mioglobina en los músculos y a la hemoglobina en la sangre.
• Resíntesis de ATP y PC: Restauración de las reservas de adenosín trifosfato (ATP) y fosfocreatina (PC) en el músculo.
• Eliminación de lactato: Conversión del ácido láctico (AL) acumulado en glucosa (a través del ciclo de Cori en el hígado) o su oxidación para obtener energía.
• Elevación de la temperatura corporal: El aumento de la temperatura corporal post-ejercicio incrementa la tasa metabólica.
• Hormonas circulantes: Niveles elevados de catecolaminas y hormonas tiroideas post-ejercicio.

8. Niveles de Organización de los Seres Vivos

Describe brevemente los diferentes niveles de organización de los seres vivos, de menor a mayor:

Nivel Atómico-Molecular

Todos los seres vivos comparten una composición química fundamental, aunque con variaciones. Están compuestos por elementos químicos o átomos que se agrupan para formar moléculas. Estas moléculas, que pueden ser orgánicas (como proteínas, lípidos, carbohidratos y ácidos nucleicos) o inorgánicas (como agua y sales minerales), son las que confieren las diferencias entre los seres vivos. Este nivel molecular, por sí mismo, carece de vida propia.

Nivel Celular

Las diversas moléculas se agrupan para formar estructuras más complejas, dando lugar a la célula, que es la unidad básica, estructural y funcional de la vida. Es la mínima unidad capaz de realizar todas las funciones vitales. En los organismos unicelulares, el nivel celular ya constituye el nivel máximo de organización del organismo.

Nivel Tisular

En organismos pluricelulares, las células similares que se agrupan para realizar una función específica forman un tejido. Ejemplos incluyen el tejido muscular, tejido nervioso, tejido epitelial y tejido conectivo.

Nivel de Órgano

Diferentes tejidos se asocian para formar un órgano, una estructura con una función más compleja y específica. Ejemplos son el corazón, los pulmones, el cerebro o el estómago.

Nivel de Sistema o Aparato

Varios órganos que trabajan juntos para llevar a cabo funciones vitales más amplias constituyen un sistema o aparato. Ejemplos incluyen el sistema circulatorio, el sistema respiratorio o el aparato digestivo.

Nivel de Organismo

El nivel más alto de organización individual es el organismo, que es un ser vivo completo e independiente, capaz de realizar todas las funciones vitales de manera coordinada. Todos los sistemas y aparatos funcionan en conjunto para mantener la homeostasis y la vida del individuo.