Fisiología celular y sistemas: transporte, músculos, neuronas y circulación

Generalidades

Shunt → cortocircuito (sangre venosa con sangre arterial).

Contenido de agua corporal: adulto → 60% agua; anciano → 40%.

Compartimientos

• 1) Intracelular
• 2) Extracelular
• 3) Intravascular (dentro del vaso)

Capilares → vasos más pequeños. Los capilares conectan una arteriola con una vénula.

• 1) Intercambio de sustancias o de oxígeno.

Ruta de oxígeno: arteria → oxígeno → célula → entrada de oxígeno.

Intracelular → potasio (K = 3.5–4.5 mEq/L).

Extracelular → sodio (Na = 135–145 mEq/L); electrolitos positivos mayormente fuera, electrolitos negativos mayormente dentro.

Los iones positivos favorecen la polarización y el movimiento de la célula.

pH: 7.35 (acidosis) – 7.45 (alcalosis).

Enfermedad → ausencia de homeostasis. ATP → mantenimiento de la homeostasis.

Fisiopatología: explica cómo se alteran los procesos fisiológicos (explica la enfermedad) durante las enfermedades y las lesiones.

Los capilares son la unión de arteriola y vénula; somos seres aeróbicos.

Célula → ATP / oxígeno.

Circulación pulmonar (menor): lado derecho del corazón → al pulmón.

Circulación sistémica (mayor): lado izquierdo del corazón → sale la sangre oxigenada a todos los sistemas del cuerpo.

Alvéolo → unidad funcional del pulmón → intercambio de O₂ y CO₂.

Vena pulmonar → corazón, aurícula izquierda → ventrículo izquierdo.

Sangre desoxigenada → arteria pulmonar.

Sistema renal → reabsorción → ultrafiltrado de la sangre.

Transporte de sustancias

Fosfolípidos → capa principal de la membrana celular: cabeza (hidrosoluble) y cola (hidrofóbica).

Proteínas → canales, transportadores, colesterol, carbohidratos asociados.

Canales → conductos acuosos, movimiento rápido de iones.

Transportadores → transportadores que cambian de conformación para permitir el paso de la molécula.

Membrana celular → semipermeable; contiene gran número de moléculas proteicas insertadas en la bicapa lipídica.

Difusión

Movimiento molecular aleatorio, proceso pasivo (no requiere energía adicional).

• Difusión simple: movimiento de moléculas o iones a través de aberturas en la membrana por espacios intermoleculares.
• Difusión facilitada: paso mediado por una proteína transportadora; unión química a la proteína que permite el paso a través de la membrana.

Transporte → movimiento de iones a través de la membrana por medio de proteínas transportadoras; si requiere energía adicional, es activo.

Liposolubles → atraviesan rápidamente la bicapa lipídica; transportan, por ejemplo, gases como el oxígeno en cantidades importantes a través de membranas.

Potencial de Nernst → potencial eléctrico a través de una membrana que equilibra la diferencia de concentración de un ion; cuando se alcanza, el flujo neto del ion es cero.

Difusión por poros → proteínas de membrana que funcionan como tubos abiertos y siempre abiertos, permiten el paso de ciertas moléculas.

Activación de canales proteicos

• Activación por voltaje: la compuerta del canal cambia su forma en respuesta al potencial eléctrico de la membrana.
• Activación química (por ligando): la compuerta se abre o cierra cuando una sustancia química (ligando) se une a la proteína del canal, provocando un cambio conformacional.

Ósmosis → movimiento neto de agua a través de una membrana selectivamente permeable desde una zona de alta concentración de agua (baja concentración de soluto) hacia una de baja concentración de agua (alta concentración de soluto), hasta igualar las concentraciones.

Presión osmótica → fuerza requerida para detener la ósmosis a través de una membrana semipermeable. Es directamente proporcional a la concentración de solutos en la solución.

Transporte activo

Transporte activo primario → usa la energía de la hidrólisis del ATP para mover sustancias contra su gradiente.

Transporte activo secundario → no usa ATP directamente; aprovecha la energía almacenada en el gradiente de otra sustancia (generado previamente por transporte activo primario) para mover una segunda sustancia.

Bomba sodio-potasio (Na+/K+) → usa ATP para bombear 3 Na+ al exterior y 2 K+ al interior de la célula, manteniendo el gradiente electroquímico necesario para el potencial de membrana y otros transportes.

Potenciales y excitabilidad

Potencial de membrana → diferencia de voltaje entre el interior y el exterior de una célula, generada por la distribución desigual de iones (principalmente Na+, K+, Cl–). En reposo, su valor típico es de ≈ –70 a –90 mV (negativo dentro), mantenido por la bomba Na+/K+ y la permeabilidad selectiva de la membrana.

Potencial de acción → cambio rápido y transitorio del potencial de membrana que se propaga a lo largo de la membrana celular. Ocurre cuando un estímulo alcanza el umbral y activa canales de Na+ dependientes de voltaje.

Fases del potencial de acción: Despolarización: entrada masiva de Na+; Repolarización: salida de K+; Hiperpolarización / retorno al reposo.

Músculo esquelético

Estructura y organización

Sarcómero: unidad funcional y contráctil del músculo esquelético, formada por filamentos de actina y miosina entre dos líneas Z.

Sarcolema: membrana plasmática de la fibra muscular; participa en la conducción del potencial de acción.

Miofibrillas: estructuras contráctiles dentro de la fibra muscular, compuestas por sarcómeros en serie.

Filamentos gruesos (miosina): proteína motora con cabezas que contienen ATPasa y se unen a la actina.

Filamentos delgados (actina): formados por actina G polimerizada; poseen sitios activos para la unión con miosina.

Tropomiosina: proteína que bloquea los sitios activos de la actina en reposo. Troponina: complejo regulador (C, I, T) que detecta calcio y permite la contracción.

Tipos de fibras

Tipo I (lentas, oxidativas): alta resistencia a la fatiga, metabolismo aeróbico, función postural.

Tipo II (rápidas): alta fuerza y velocidad, metabolismo anaeróbico, se fatigan rápidamente.

Mecanismo de contracción

Teoría del deslizamiento de filamentos: la contracción ocurre por deslizamiento de actina sobre miosina, sin acortamiento de los filamentos.

Ciclo de puentes cruzados: secuencia de unión, golpe de fuerza, separación y recarga de la cabeza de miosina.

Relación longitud–tensión: existe una longitud óptima del sarcómero para generar máxima fuerza.

Regulación por calcio

Acoplamiento excitación–contracción: secuencia desde el potencial de acción hasta la liberación de Ca2+ del retículo sarcoplásmico.

Retículo sarcoplásmico: almacén y liberador de Ca2+; su bomba de Ca2+ (ATPasa) recapta calcio para la relajación.

Relajación muscular: proceso activo que requiere ATP para bombear Ca2+ de vuelta al retículo.

Energética

Fuentes de ATP: fosfocreatina (reserva rápida), glucólisis anaerobia (rápida, produce lactato), metabolismo oxidativo (lento, eficiente).

Fatiga muscular: disminución de la fuerza por agotamiento de ATP, acumulación de H+ o fallo en la liberación de Ca2+.

Control nervioso y contracción del músculo completo

Unidad motora: conjunto de una neurona motora y las fibras musculares que inerva.

Unión neuromuscular: sinapsis química entre neurona motora y fibra muscular; libera acetilcolina.

Potencial de placa terminal: despolarización local generada por la unión de acetilcolina a receptores nicotínicos.

Sumación temporal: aumento de fuerza por estímulos repetidos antes de la relajación completa.

Tétanos: contracción sostenida máxima por alta frecuencia de estímulos; puede ser incompleto (con oscilaciones) o completo (sin relajación).

Tipos de contracción

• Isométrica: genera tensión sin acortamiento (ej.: mantenimiento de postura).
• Isotónica: produce movimiento; puede ser concéntrica (acortamiento) o excéntrica (alargamiento bajo tensión).

Músculo liso

Características generales: involuntario, sin estrías, contracción lenta y prolongada, bajo consumo de ATP.

Músculo liso unitario (visceral): fibras conectadas por uniones gap; se contraen sincrónicamente (ej.: intestino).

Músculo liso multiunitario: fibras independientes, inervación separada, control fino (ej.: iris).

Mecanismo de contracción

Regulación por calmodulina: Ca2+ se une a calmodulina, activando la quinasa de cadena ligera de miosina (MLCK), que fosforila la miosina y permite la interacción con actina.

Estado latch: mantenimiento de la contracción con bajo consumo de ATP, gracias a puentes cruzados que permanecen unidos.

Regulación

Control nervioso autónomo: simpático y parasimpático; efecto excitador o inhibidor según el receptor.

Control hormonal: hormonas como oxitocina, angiotensina II o adrenalina modulan la contracción.

Regulación local: respuesta directa a estiramiento, cambios en O₂, CO₂ o pH.

Neurona y sinapsis

Neurona → célula especializada en la conducción de impulsos electroquímicos; unidad funcional del sistema nervioso.

Tipos según función: sensitivas (aferentes), motoras (eferentes), interneuronas.

Tipos según morfología: multipolares, bipolares, pseudounipolares, anaxónicas.

Partes de la neurona: soma (cuerpo celular), dendritas (recepción), axón (conducción), telodendrón (terminal sináptico).

Mielinización: acelera la conducción; en el SNP por células de Schwann, en el SNC por oligodendrocitos.

Nodos de Ranvier: espacios entre vainas de mielina; permiten conducción saltatoria.

Sinapsis

Definición: zona de comunicación entre neuronas o entre neurona y célula efectora.

Tipos estructurales: axodendrítica, axosomática, axoáxonica.

Tipos funcionales: química: liberación de neurotransmisores en la hendidura sináptica y unión a receptores postsinápticos; eléctrica: comunicación directa por uniones gap, paso rápido de iones.

Sistema circulatorio

Circulación sistémica (mayor): transporta sangre oxigenada desde el corazón a todos los tejidos (excepto pulmones) y retorna sangre desoxigenada al corazón.

Circulación pulmonar (menor): lleva sangre desoxigenada a los pulmones para oxigenarla y la retorna al corazón.

Función principal de la circulación: transportar nutrientes, oxígeno, hormonas y eliminar desechos para mantener la homeostasis tisular.

Capas de los vasos

Túnica íntima (interna): endotelio en contacto con la sangre; regula permeabilidad, flujo y contracción. Incluye membrana basal y lámina elástica interna.

Túnica media: capa de músculo liso y fibras elásticas; controla el diámetro del vaso (vasoconstricción / vasodilatación).

Túnica adventicia (externa): tejido conjuntivo con fibras de colágeno, nervios y vasa vasorum; ancla el vaso y lo nutre.

Tipos de vasos

Arterias elásticas: grandes arterias (ej.: aorta); transportan sangre a alta presión desde el corazón.

Arterias musculares: distribuyen sangre a órganos específicos; regulan flujo por contracción del músculo liso.

Arteriolas: controlan la entrada de sangre a capilares; principal sitio de resistencia periférica.

Capilares: vasos microscópicos (5–10 μm) donde ocurre el intercambio de sustancias con el líquido intersticial.

Vénulas: recogen sangre de capilares y drenan en venas; participan en intercambio y reserva de sangre.

Venas: conducen sangre al corazón; paredes más delgadas, válvulas (en extremidades) que evitan el reflujo; actúan como reservorio de volumen.