Tratado de Fisiología Médica

1. La fisiología explica la vida: de las células a los sistemas

La fisiología tiene como objetivo explicar los factores físicos y químicos responsables del origen, desarrollo y evolución de la vida.

Alcance de la fisiología. La fisiología busca comprender los procesos físicos y químicos que sustentan la vida, desde virus simples hasta seres humanos complejos. Este vasto campo se divide en áreas especializadas como la fisiología viral, bacteriana, celular, vegetal y humana, cada una enfocada en las características funcionales únicas de distintas formas de vida.

Enfoque en la fisiología humana. La fisiología humana examina específicamente los mecanismos que permiten al cuerpo funcionar como un organismo vivo. Explora cómo mantenemos la vida mediante respuestas automáticas al hambre, miedo, frío y el impulso de reproducirnos, destacando la intrincada autorregulación del cuerpo.

Homeostasis. El cuerpo humano opera como un autómata complejo, donde las sensaciones y sentimientos juegan un papel crucial en la secuencia automática de la vida. Estas cualidades nos permiten adaptarnos y sobrevivir en condiciones diversas. El concepto de homeostasis, que implica mantener condiciones internas estables, es fundamental para entender cómo funcionan y prosperan nuestros cuerpos.

2. Las células: los bloques fundamentales del cuerpo

La unidad básica viva del cuerpo es la célula, y cada órgano es un conjunto de muchas células diferentes unidas por estructuras intercelulares de soporte.

Las células como unidades. El cuerpo humano está compuesto por aproximadamente 100 billones de células, cada una una unidad viva con funciones especializadas. Los órganos se forman por agregados de estas células, unidas mediante estructuras intercelulares.

Especialización celular. Diferentes tipos de células están adaptados para realizar tareas específicas. Por ejemplo, los glóbulos rojos transportan oxígeno, mientras que otras células cumplen funciones únicas. A pesar de sus diferencias, todas las células comparten características básicas, como la necesidad de oxígeno y nutrientes para funcionar.

Ambiente interno. Las células existen dentro del líquido extracelular, el ambiente interno del cuerpo. Este fluido proporciona los iones y nutrientes necesarios para la vida celular. Las células pueden prosperar siempre que el ambiente interno mantenga las concentraciones adecuadas de sus componentes esenciales.

3. El ADN: el plano de la vida que controla las células y la herencia

Cada gen, que es un ácido nucleico llamado ácido desoxirribonucleico (ADN), controla automáticamente la formación de otro ácido nucleico, el ácido ribonucleico (ARN); este ARN se dispersa por toda la célula para controlar la formación de una proteína específica.

Los genes como directores. Los genes, compuestos por ADN, son los centros de control de la célula, dictando la síntesis de proteínas. Estas proteínas incluyen componentes estructurales y enzimas que catalizan reacciones químicas, influyendo en todo, desde la producción de energía hasta la estructura celular.

Transcripción y traducción. Las instrucciones del ADN se transcriben primero en ARN, que luego transporta el código genético desde el núcleo hasta el citoplasma. Allí, el ARN dirige el ensamblaje de aminoácidos en proteínas específicas, proceso conocido como traducción.

Regulación genética. La actividad de los genes está estrictamente regulada por mecanismos de retroalimentación, asegurando que los procesos celulares se mantengan equilibrados. Esta regulación involucra operones, proteínas represoras y activadoras, que trabajan para conservar la homeostasis celular.

4. Transporte a través de la membrana: difusión versus transporte activo

La mayoría de las sustancias atraviesan la membrana celular por difusión y transporte activo.

Difusión. La difusión, o transporte pasivo, se basa en el movimiento aleatorio de moléculas para desplazar sustancias a través de la membrana celular. Las sustancias solubles en lípidos pueden difundirse directamente a través de la bicapa lipídica, mientras que las solubles en agua utilizan canales proteicos.

Transporte activo. El transporte activo requiere proteínas transportadoras y energía para mover sustancias en contra de sus gradientes de concentración. Este proceso es esencial para mantener las diferencias en las concentraciones de iones entre los líquidos intracelular y extracelular.

Endocitosis. Partículas grandes ingresan a la célula mediante endocitosis, que incluye la pinocitosis (ingestión de pequeñas gotas de líquido extracelular) y la fagocitosis (ingestión de partículas grandes). Los lisosomas luego digieren estas sustancias dentro de la célula.

5. Señales nerviosas: potenciales eléctricos y potenciales de acción

El término homeostasis es utilizado por los fisiólogos para referirse al mantenimiento de condiciones estáticas o constantes en el ambiente interno.

Potencial de membrana en reposo. Todas las células, especialmente las nerviosas y musculares, mantienen una diferencia de potencial eléctrico a través de sus membranas. Este potencial en reposo es típicamente negativo dentro de la célula, debido a la distribución de iones como sodio, potasio y cloro.

Potenciales de acción. Las señales nerviosas se transmiten mediante potenciales de acción, cambios rápidos en el potencial de membrana que viajan a lo largo de la fibra nerviosa. Estos potenciales se inician con la despolarización, una reducción en la negatividad de la membrana, y terminan con la repolarización, la restauración del potencial negativo.

Canales dependientes de voltaje. Los canales de sodio y potasio dependientes de voltaje juegan un papel crucial en los potenciales de acción. Los canales de sodio se abren rápidamente para causar la despolarización, mientras que los de potasio se abren más lentamente para facilitar la repolarización.

6. Contracción muscular: de los mecanismos moleculares al movimiento

El tipo de movimiento más importante que ocurre en el cuerpo es el de las células musculares en el músculo esquelético, cardíaco y liso, que constituyen casi el 50 por ciento de la masa corporal total.

Actina y miosina. La contracción muscular depende de la interacción entre los filamentos de actina y miosina dentro de las células musculares. Estos filamentos se deslizan uno sobre otro, acortando la fibra muscular y generando fuerza.

ATP y calcio. El proceso se alimenta con ATP, que proporciona la energía para que las cabezas de miosina se unan a la actina y tiren de los filamentos. Los iones de calcio juegan un papel crítico al iniciar la contracción al unirse a la troponina, lo que permite que la miosina se adhiera a la actina.

Tipos de músculo. El músculo esquelético es responsable del movimiento voluntario, el músculo cardíaco bombea sangre y el músculo liso controla funciones involuntarias como la digestión y la constricción de vasos sanguíneos. Cada tipo posee características estructurales y funcionales únicas.

7. El corazón como bomba: ciclo cardíaco y regulación

El líquido extracelular se transporta por todas las partes del cuerpo en dos etapas.

Ciclo cardíaco. El corazón funciona como una bomba doble, con el lado derecho circulando sangre hacia los pulmones y el izquierdo hacia el resto del cuerpo. El ciclo cardíaco consta de diástole (relajación y llenado) y sístole (contracción y expulsión).

Gasto cardíaco. El gasto cardíaco, la cantidad de sangre bombeada por minuto, depende de la frecuencia cardíaca y el volumen sistólico. La capacidad del corazón para adaptarse a demandas cambiantes es crucial para mantener un flujo sanguíneo adecuado.

Regulación. La capacidad de bombeo del corazón está regulada por mecanismos intrínsecos, como la ley de Frank-Starling, y por el sistema nervioso autónomo. La estimulación simpática aumenta la frecuencia y contractilidad cardíaca, mientras que la parasimpática la reduce.

8. Respiración: ventilación, difusión y transporte de gases

Debido a que el oxígeno es una de las sustancias principales requeridas para las reacciones químicas en las células, es afortunado que el cuerpo tenga un mecanismo especial de control para mantener una concentración casi exacta y constante de oxígeno en el líquido extracelular.

Ventilación pulmonar. La respiración involucra la ventilación pulmonar (movimiento del aire), la difusión de gases entre los alvéolos y la sangre, el transporte de gases en la sangre y la regulación de la respiración. La ventilación es impulsada por diferencias de presión creadas por el diafragma y los músculos de la caja torácica.

Intercambio gaseoso. El oxígeno difunde desde los alvéolos hacia la sangre pulmonar, mientras que el dióxido de carbono difunde en sentido contrario. La eficiencia de este intercambio depende de factores como el grosor de la membrana, el área superficial y los gradientes de presión.

Transporte de gases. El oxígeno se transporta principalmente por la hemoglobina en los glóbulos rojos, mientras que el dióxido de carbono se transporta en varias formas, incluyendo CO2 disuelto, iones bicarbonato y carbaminohemoglobina.

9. Riñones: regulación de líquidos, electrolitos y equilibrio ácido-base

El paso de la sangre por los riñones elimina del plasma la mayoría de las sustancias, aparte del dióxido de carbono, que no son necesarias para las células.

Funciones renales. Los riñones desempeñan múltiples funciones esenciales, incluyendo la excreción de productos de desecho, la regulación del equilibrio hídrico y electrolítico, el control de la presión arterial y el mantenimiento del equilibrio ácido-base.

Formación de orina. La formación de orina implica filtración glomerular, reabsorción tubular y secreción tubular. Estos procesos están cuidadosamente regulados para mantener la composición adecuada de los líquidos corporales.

Control hormonal. Hormonas como la ADH, aldosterona y angiotensina II juegan roles críticos en la regulación de la función renal, influyendo en la reabsorción de sodio y agua, la secreción de potasio y el equilibrio ácido-base.

10. La defensa del cuerpo: inmunidad e inflamación

El cuerpo humano tiene literalmente miles de sistemas de control en su interior.

Inmunidad innata. La primera línea de defensa contra infecciones es la inmunidad innata, que incluye barreras físicas, fagocitosis por neutrófilos y macrófagos, y compuestos químicos que destruyen invasores.

Inmunidad adquirida. La inmunidad adquirida se desarrolla tras la exposición a sustancias extrañas (antígenos) e involucra la formación de anticuerpos (inmunidad humoral) y células T activadas (inmunidad celular).

Inflamación. La inflamación es una respuesta compleja a la lesión tisular, caracterizada por vasodilatación, aumento de la permeabilidad capilar y migración de células inmunitarias al área afectada.

11. La sangre: grupos, coagulación y transfusión

La unidad básica viva del cuerpo es la célula, y cada órgano es un conjunto de muchas células diferentes unidas por estructuras intercelulares de soporte.

Grupos sanguíneos. La sangre se clasifica en diferentes grupos según la presencia o ausencia de antígenos específicos en los glóbulos rojos. Los sistemas O-A-B y Rh son los más importantes para las transfusiones sanguíneas.

Coagulación sanguínea. La coagulación es un proceso complejo que involucra una cascada de factores de coagulación, plaquetas y formación de fibrina. Este proceso es esencial para prevenir la pérdida de sangre tras una lesión.

Transfusión. Las transfusiones pueden salvar vidas, pero deben ser cuidadosamente compatibles para evitar reacciones transfusionales. Estas ocurren cuando los anticuerpos en la sangre del receptor atacan los antígenos en los glóbulos rojos del donante.

12. Fisiología ambiental: adaptarse a los extremos

El cuerpo humano tiene literalmente miles de sistemas de control en su interior.

Gran altitud. En altitudes elevadas, el cuerpo se adapta a los bajos niveles de oxígeno mediante un aumento de la ventilación pulmonar, mayor producción de glóbulos rojos y cambios en el metabolismo tisular.

Buceo en aguas profundas. El buceo profundo expone al cuerpo a altas presiones, lo que puede causar narcosis por nitrógeno y enfermedad por descompresión. Procedimientos adecuados de descompresión son esenciales para prevenir estas complicaciones.

Fisiología espacial. La ingravidez en el espacio provoca desplazamientos de fluidos, atrofia muscular y pérdida ósea. Programas de ejercicio y otras contramedidas se utilizan para mitigar estos efectos durante misiones espaciales prolongadas.