Fundamentos de Biología Humana: Citología, Fisiología de Sistemas y Metabolismo

1. La Célula

Unidad Anatómica y Funcional (UAF):

• Funciones: Crecimiento, Nutrición y Multiplicación.
• Composición: Agua y Principios Inmediatos / Lípidos.
• Características: Irritabilidad (relación con el medio periférico, conductibilidad del medio y motilidad periférica), Metabolismo y Homeostasis (crecimiento), Autoduplicación (ADN), ARN, Estructura y Protección.

Tipos de Células: Célula Animal

• Nucléolo (No): Síntesis de proteínas y ARN.
• Núcleo (N): Contiene el ADN genómico.
• Ribosomas (R): Síntesis de proteínas (sp).
• Vacuolas (V): Almacenamiento y transporte.
• Retículo Endoplasmático Rugoso o Granular (RER / REG): Síntesis y transporte de proteínas.
• Aparato de Golgi (AG): Secreción, empaquetamiento y transporte celular.
• Centríolos / Centrosoma (CE): División y estructura celular.
• Retículo Endoplasmático Liso (REL): Producción y metabolismo de lípidos.
• Mitocondrias (MI): Producción de energía (ATP).
• Vesículas (V): Transporte de agua, alimentos y desechos.
• Citoesqueleto / Citoplasma (CI): Reacciones químicas y soporte.
• Lisosomas (L): Digestión de materia orgánica y desechos.
• Membrana Plasmática o Celular (MP): Selección celular, protección y permeabilidad selectiva.

2. Sistema Cardiovascular y Pulmonar

Función general: Transporte de O₂ y nutrientes, recogida de productos de desecho (RPD). Estructura básica en arterias, capilares y venas.

Circuitos de Circulación

• Circulación Mayor o Sistémica (CS / CM): Ventrículo Izquierdo (VI) → Aorta → Tejidos → Venas Cavas → Aurícula Derecha (AD). Distribuye sangre rica en O₂ y recoge CO₂.
• Circulación Menor o Pulmonar (CP / Cm): Ventrículo Derecho (VD) → Arteria Pulmonar → Pulmones (intercambio gaseoso de CO₂ por O₂) → Venas Pulmonares → Aurícula Izquierda (AI).

Componentes de la Sangre (Sistema Tisular Orgánico - STO)

• Elementos Celulares y Plasma:
  • Glóbulos Rojos (Eritrocitos / Hematíes): Varones: ~5.5 millones/mm³; Mujeres: ~4.5 millones/mm³. Transporte de O₂.
  • Glóbulos Blancos (Leucocitos): 5.000 a 10.000/mm³. Defensa del organismo.
  • Plaquetas (Trombocitos): 200.000 a 400.000/mm³. Coagulación sanguínea.
  • Hematocrito (H): Volumen relativo celular en plasma: ~47% en hombres, ~42% en mujeres.

Presión Sanguínea y Hemodinámica

Trayecto: Arterias → Arteriolas → Capilares → Vénulas → Venas.

• Mayor presión generada en el Ventrículo Izquierdo (VI).
• Presión Sistólica (PS): Presión máxima generada durante la sístole ventricular (~120 mmHg).
• Presión Diastólica (PD): Presión mínima durante la relajación diastólica (~80 mmHg).
• Factores de Retorno Venoso: Fuerza de compresión, tono arterial, válvulas venosas, bomba muscular esquelética y presión respiratoria negativa intratorácica.

Estructura y Fisiología Cardíaca

• Tabique interventricular: Separa ventrículos.
• Válvula Tricúspide (VT): Comunica Aurícula Derecha (AD) con Ventrículo Derecho (VD).
• Válvula Mitral o Bicúspide (VM): Comunica Aurícula Izquierda (AI) con Ventrículo Izquierdo (VI).
• Miocardio: Músculo cardíaco contráctil.
• Frecuencia Cardíaca (FC): Varía según edad (140 ppm en neonatos), sexo (+5 a 10 ppm en mujeres), temperatura (+FC con calor), posición (más baja en decúbito), tensión arterial, respiración (inspiración la incrementa), ejercicio, estrés y digestión (+3 horas postprandial; disminuye durante el sueño en ~10 ppm).
• Gasto Cardíaco o Volumen Minuto Cardíaco (VMC / Q): Q = VS × FC (donde VS es el Volumen Sistólico, entre 70 y 120 ml).

3. Sistema Respiratorio

Función: Captación de O₂ y eliminación de CO₂ celular mediante intercambio gaseoso.

Vías Respiratorias

• Vías Superiores: Fosas nasales, boca, faringe (con epiglotis), laringe (cuerdas vocales) y tráquea (anillos cartilaginosos en C). Funciones: Filtración, calentamiento (37 °C) y purificación del aire.
• Vías Inferiores: Tráquea, bronquios principales, lobulares, segmentarios, bronquiolos terminales, bronquiolos respiratorios, conductos alveolares y alvéolos. La carina marca la bifurcación traqueal.
• Espacio Muerto Anatómico (EMA): ~150 ml de aire no participante en la hematosis.
• Metabolismo basal respiratorio: Consumo de ~250 ml O₂ y eliminación de ~200 ml CO₂ en reposo; se multiplica hasta 25 veces en esfuerzo físico vigoroso.
• Pulmones y Pleura: Pulmón izquierdo (2 lóbulos: superior e inferior, cisura oblicua), Pulmón derecho (3 lóbulos: superior, medio e inferior). Rodeados por la pleura visceral y parietal.

Volúmenes y Capacidades Pulmonares

• Volumen Corriente (VC): 0,4 a 1 L (~0,5 L en reposo).
• Volumen de Reserva Inspiratoria (VIR): +2,5 a 3,5 L en inspiración máxima.
• Volumen de Reserva Espiratoria (VER): -1 a 1,5 L en espiración forzada.
• Capacidad Vital Forzada (CVF): VIR + VC + VER.
• Volumen Residual (VR): 1 a 2 L (no espirable).
• Capacidad Pulmonar Total (CPT): CVF + VR.
• Ventilación por Minuto (V): VC × Frecuencia Respiratoria (ejemplo: 0,5 L × 12 rpm = 6 L/min).
• Ventilación Alveolar: (VC - EMA) × FR.

Intercambio y Transporte de Gases

• Presiones Parciales: PO₂ alveolar ~100-104 mmHg; PCO₂ alveolar ~40 mmHg. PO₂ venosa ~40 mmHg; PCO₂ venosa ~46 mmHg.
• Transporte de Oxígeno (O₂): 1,5% disuelto en plasma, 98,5% ligado a la hemoglobina.
• Transporte de Dióxido de Carbono (CO₂): 5% disuelto en plasma, 65% en forma de ion bicarbonato (HCO₃^-), 30% combinado como compuestos carbamínicos (carbaminohemoglobina).
• Mioglobina: Reserva y transporte muscular de O₂.
• Efectos del Tabaquismo: Aumento de resistencia en vías respiratorias y disminución del transporte de O₂.

4. Sistema Nervioso

Función: Recepción de estímulos, procesamiento de información y emisión de respuestas coordinadas.

Sistema Nervioso Central (SNC)

• Encéfalo: Protegido por el cráneo y las meninges (duramadre, aracnoides y piamadre).
  • Corteza Cerebral: Hemisferios cerebrales con áreas sensoriales (lóbulo parietal), motoras (lóbulo frontal) y visuales/auditivas (lóbulos occipital y temporal).
  • Tálamo: Centro de relevo sensorial y motricidad.
  • Hipotálamo: Control homeostático, hambre, sed, termorregulación y eje neuroendocrino.
  • Cerebelo: Coordinación motora, tono muscular y equilibrio.
  • Bulbo Raquídeo / Tronco Encefálico: Control de funciones vegetativas autónomas (cardiorrespiratorias, vasomotoras).
• Médula Espinal: Conducción nerviosa y arcos reflejos motores. Raíces raquídeas agrupadas en segmentos: 7 cervicales, 12 dorsales/torácicas y 5 lumbares (más sacros y coxígeo).

Sistema Nervioso Periférico (SNP)

• Vías Aferentes: Sensitivas (entrada de impulsos al SNC).
• Vías Eferentes: Motoras (salida de impulsos hacia efectores musculares o glandulares).
• Nervios: 12 pares de nervios craneales y 31-33 pares de nervios espinales/raquídeos.
• Neurona: Unidad funcional compuesta de Soma (cuerpo con núcleo), Dendritas (receptores aferentes) y Axón (transmisión por sinapsis a través del botón sináptico). Tipos: Sensitivas, motoras e interneuronas/asociativas.

5. Sistema Endocrino

Función: Regulación, coordinación y control del metabolismo orgánico mediante secreción de hormonas.

Principales Glándulas y Hormonas

• Hipófisis / Pituitaria: Somatotropina (hormona del crecimiento GH), endorfinas, oxitocina (contracción miometrial en el parto y eyección de leche), vasopresina / hormona antidiurética (reabsorción de agua renal).
• Hipotálamo: Regula temperatura, apetito, sed y libera factores liberadores para hipófisis y páncreas.
• Tiroides: Estimulada por la TSH hipofisaria; produce tiroxina (T4), triyodotironina (T3) (ambas incrementan el consumo metabólico de O₂) y calcitonina (disminuye calcio en sangre). Trastornos: Hipertiroidismo e hipotiroidismo.
• Paratiroides: Parathormona (PTH); regula el equilibrio de calcio y fósforo sérico.
• Suprarrenales: Corteza y médula secretan aldosterona, cortisol, cortisona, adrenalina y noradrenalina (regulación del estrés, presión arterial y metabolismo de hidratos de carbono y sales).
• Páncreas: Islotes de Langerhans; secretan insulina (hipoglucemiante, almacenamiento de glucosa) y glucagón (hiperglucemiante, glucogenólisis hepática).
• Gónadas: Ovarios (estrógenos y progesterona) y Testículos (testosterona y otros andrógenos).
• Timo: Regulación y maduración del sistema inmunitario (linfocitos T).

6. Sistema Digestivo y Excretor

Aparato Digestivo

Funciones primarias: Digestión mecánica y química, degradación enzimática, absorción de nutrientes y eliminación de residuos fecales.

• Boca: Ingestión, masticación, salivación (glándulas parótidas, sublinguales y submandibulares).
• Faringe y Esófago: Deglución y paso activo del bolo alimenticio mediante peristaltismo.
• Estómago: Mezcla mecánica y digestión química mediante jugo gástrico (pepsina y ácido clorhídrico).
• Intestino Delgado: Duodeno, yeyuno e íleon (~7 m de longitud, de los cuales los primeros 2 m presentan alta capacidad absortiva mediante vellosidades). Conecta con el intestino grueso a través de la válvula ileocecal.
• Intestino Grueso: Ciego, colon ascendente, colon transverso, colon descendente, colon sigmoide y recto.
• Glándulas Anejas:
  • Hígado y Vesícula Biliar: Síntesis de bilis, coagulación, detoxificación celular, metabolismo de azúcares y eliminación de bilirrubina.
  • Páncreas: Función exocrina (secreción de jugo pancreático digestivo rico en amilasa, lipasa y tripsina) y endocrina (insulina y glucagón).

Aparato Excretor

• Estructura: 2 riñones, 2 uréteres, 1 vejiga urinaria y 1 uretra.
• Anatomía Renal: Corteza renal externa y médula renal interna (con las pirámides renales).
• Nefrona (Unidad Funcional): Glomérulo, cápsula de Bowman, túbulo contorneado proximal, asa de Henle, túbulo contorneado distal y túbulo colector.
• Fases de Formación de la Orina: Filtración glomerular, reabsorción tubular de agua y solutos esenciales, y secreción activa tubular.

7. Aparato Locomotor: Huesos y Articulaciones

Funciones del Esqueleto: Soporte estructural pasivo, anclaje muscular para el movimiento, protección de órganos vitales, depósito metabólico de calcio y fósforo, y hematopoyesis en la médula ósea roja.

Tejido y Clasificación Ósea

• Células Óseas: Osteoblastos (formadores de matriz) y osteoclastos (reabsorción y remodelado óseo).
• Huesos Largos: Epífisis proximal - Metáfisis - Diáfisis - Metáfisis - Epífisis distal (ej. húmero, fémur).
• Huesos Planos: Dos capas de tejido compacto que recubren hueso esponjoso central (ej. huesos del cráneo).
• Huesos Cortos: Forma cuboides con capa compacta fina y centro esponjoso (ej. vértebras, huesos del carpo -compuesto por 8 huesecillos-).

Articulaciones

• Sinartrosis (Fibrosas / Inmóviles): Unión rígida por tejido fibroso (ej. suturas craneales).
• Anfiartrosis (Cartilaginosas / Semimóviles): Unión por cartílago hialino o fibrocartílago, movilidad limitada (ej. sínfisis púbica, discos intervertebrales).
• Diartrosis (Sinoviales / Móviles): Gran libertad de movimiento. Tipos:
  • Enartrosis / Esférica: Hombro y cadera.
  • Encaje Recíproco / Silla de Montar: Articulación carpometacarpiana del pulgar.
  • Trocleartrosis / Bisagra: Codo y rodilla.
  • Trocoide / Pivote: Articulación radiocubital del antebrazo.
  • Condilartrosis / Elipsoidea: Articulación radiocarpiana.
  • Artrodia / Deslizante: Huesos intercarpianos.

8. Sistema Muscular y Biomecánica

Clasificación del Tejido Muscular

• Músculo Liso: Involuntario, recubre órganos viscerales y vasos.
• Músculo Estriado Cardíaco: Involuntario, miocitos ramificados con contracción automática intrínseca.
• Músculo Estriado Esquelético: Voluntario, adherido a los huesos; coordina motricidad fina y gruesa.

Estructura Anatómica y Microscópica

• Envolturas Musculares: Epimisio (recubre el músculo completo), Perimisio (agrupa fascículos musculares) y Endomisio (envuelve cada fibra muscular individual).
• Fibra Muscular: Delimitada por el sarcolema y rellena de sarcoplasma con miofibrillas.
• Miofibrillas: Filamentos finos de actina y gruesos de miosina.
  • Banda I: Banda clara, conformada por filamentos de actina, dividida centralmente por la Línea Z.
  • Banda A: Banda oscura, dominada por filamentos de miosina y solapamiento.
  • Zona H: Zona central de la banda A que desaparece durante la contracción muscular.
  • Sarcómero: Unidad funcional contráctil comprendida entre dos líneas Z sucesivas.

Tipos de Contracción Muscular

• Isométrica (Estática): Tensión muscular sin variación de longitud del músculo (resistencia inamovible).
• Isotónica Concéntrica (Dinámica): Acortamiento muscular activo superando una carga (ej. fase ascendente del curl de bíceps).
• Isotónica Excéntrica: Elongación controlada del músculo bajo tensión (ej. fase descendente de una carga).
• Contracciones Combinadas: Pliométrica (ciclo estiramiento-acortamiento de alta velocidad, ej. saltos) y Auxotónica (combinación de tensión isométrica e isotónica continua, ej. tiro con arco).

Tipos de Fibras Musculares

• Fibras Rojas (Tipo I / Lentas): De menor calibre, alta resistencia a la fatiga, ricas en mitocondrias, capilares y mioglobina; predominio del metabolismo oxidativo aeróbico.
• Fibras Rosas (Tipo IIa / Intermedias): Calibre medio, capacidad mixta aeróbica-anaeróbica y velocidad intermedia.
• Fibras Blancas (Tipo IIx / Rápidas): Gran diámetro celular, fatiga rápida, metabolismo anaeróbico glucolítico; adaptadas a esfuerzos de alta potencia y corta duración.

Planos, Ejes y Tipos de Movimiento

• Planos Corporales:
  • Sagital: Divide el cuerpo en mitad izquierda y derecha (movimientos de flexión y extensión visibles de perfil).
  • Frontal / Coronal: Divide en anterior y posterior (movimientos de abducción, aducción e inclinación lateral).
  • Transversal: Divide en superior e inferior (movimientos de rotación interna, rotación externa, pronación y supinación).
• Ejes Articulares: Eje transversal (plano sagital), eje sagital o anteroposterior (plano frontal) y eje vertical o longitudinal (plano transversal).
• Movimientos Básicos: Abducción (separación de la línea media), Aducción (aproximación a la línea media), Flexión (disminución del ángulo articular), Extensión (enderezamiento articular) y Circunducción (movimiento circular cónico tridimensional).

9. Metabolismo Energético

Metabolismo Basal (MB): Consumo de energía por metro cuadrado de superficie corporal en reposo absoluto, 12 horas de ayuno previo, posición en decúbito dorsal durante 30 minutos a 23 °C, en calma emotiva y vigilia.

• Distribución del MB: Funcionamiento celular basal 80%, trabajo respiratorio 10%, circulación cardíaca 5%, tono muscular y excreción 5%.
• Factores que Modifican el MB: Edad (disminuye con el envejecimiento), sexo (menor en mujeres), biotipo morfológico, sueño (disminuye), altitud (+ a partir de 3000 m), fiebre (+7% por grado de elevación térmica), ansiedad (+50%) y fármacos.

Vías de Producción de Adenosín Trifosfato (ATP)

• Vía Anaeróbica Aláctica: Sistema de fosfágenos (ATP-Fosfocreatina). Inmediata, máxima potencia energética, baja capacidad de reserva.
• Vía Anaeróbica Láctica (Glucólisis Anaeróbica): Degradación incompleta de glucosa a lactato; provee ATP rápido con fatiga por acumulación de protones.
• Vía Aeróbica Oxidativa: Glucólisis aeróbica, Ciclo de Krebs y Cadena de Transporte de Electrones. Menor potencia pero máxima capacidad energética (rendimiento neto de 36 a 38 ATP por molécula de glucosa; recuperación de reservas en ~24 h).
• Lipólisis: Hidrólisis de triglicéridos a ácidos grasos libres y glicerol para beta-oxidación mitocondrial cuando decae la glucemia.
• Proteólisis: Uso de aminoácidos estructurales con incremento de desecho de urea en caso de inanición o ejercicio de ultraresistencia.
• Cuerpos Cetónicos: Producidos por el hígado en alta oxidación lipídica por déficit de carbohidratos.

Terminología Metabólica de Glúcidos

• Glucólisis: Oxidación y degradación de glucosa celular.
• Glucogénesis: Síntesis y polimerización de glucosa a glucógeno tisular.
• Glucogenólisis: Escisión de glucógeno para liberar glucosa (muscular o hepática).
• Gluconeogénesis: Formación de novo de glucosa a partir de sustratos no glucídicos (aminoácidos, lactato, glicerol).

10. Principios de Nutrición y Micronutrientes

Clasificación Nutricional

• Funciones de los Nutrientes: Plástica/Estructural (Agua, proteínas y sales minerales), Energética (Lípidos y glúcidos; secundariamente proteínas), Reguladora (Vitaminas y minerales).
• Glúcidos / Hidratos de Carbono:
  • Monosacáridos: Glucosa, fructosa y galactosa.
  • Disacáridos: Maltosa, lactosa y sacarosa.
  • Polisacáridos: Glucógeno, almidón y celulosa. Digestión química iniciada en boca (amilasa).
  • Reservas corporales: Sangre (~15-20 g), hígado (~10-20 g basal / hasta 100 g), músculo esquelético (~325-400 g).
  • Distribución dietética: Sedentarios: ~60% del gasto calórico diario (15% rápidos, 45% lentos); Atletas: ~55-60% (25% rápidos, 30-35% lentos según período).
• Lípidos: 9,4 kcal por gramo. Formas simples (ácidos grasos, triglicéridos), compuestas (fosfolípidos de membrana, lipoproteínas de alta/baja densidad HDL/LDL) y derivadas (esteroles, isoprenoides). Grasas saturadas (predominio animal) e insaturadas (vegetales/pescados). Funciones estructurales (bicapa lipídica), mecánicas, térmicas y reguladoras hormonales.
• Proteínas: Cadenas de aminoácidos con funciones catalíticas enzimáticas, estructurales, inmunitarias (anticuerpos) y de transporte (hemoglobina).
  • Aminoácidos Esenciales: Valina, leucina, isoleucina, lisina, histidina, fenilalanina, treonina, triptófano y metionina.
  • Aminoácidos No Esenciales: Glicina, prolina, ácido glutámico, asparagina, cisteína, alanina, arginina, glutamina, ácido aspártico, ornitina, tirosina, citrulina y serina.
• Agua y Balance Hídrico: Constituye el 60% del peso en varones, 50% en mujeres y hasta 80% en recién nacidos. El tejido adiposo contiene menor proporción hídrica. Distribución: Intracelular (32-40%) y Extracelular (líquido intersticial ~13%, plasma ~7%). Una deshidratación de tan solo el 2% reduce hasta un 10% el rendimiento biológico general.
• Minerales Clave: Calcio (mineralización ósea, contracción y coagulación), Magnesio (metabolismo oxidativo y excitabilidad neuromuscular), Potasio (balance hídrico, bomba Na⁺/K⁺ y conducción nerviosa), Hierro (formación de hemoglobina y transporte oxidativo) y Zinc (función inmunológica y síntesis proteica).
• Vitaminas: Liposolubles (A, D, E y K; almacenadas en hígado y tejido graso) e Hidrosolubles (Complejo B y Vitamina C; no acumulables de forma prolongada, eliminadas en orina).
• Suplementación y Aminoácidos de Apoyo Biológico: L-Arginina (donador de óxido nítrico y regeneración de tejidos), Glicina (síntesis de ADN y reserva de glucógeno), L-Glutamina (antioxidante celular y prevención del catabolismo muscular), L-Carnitina (transporte mitocondrial de ácidos grasos), Creatina (resíntesis ultra rápida de ATP) y BCAA / Aminoácidos Ramificados (estimulación de la síntesis muscular).