FISIOLOGIA CAMBIOS CORPORALES
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PRINCIPIOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE BÁSICOS DE FISIOLOGÍAFISIOLOGÍA
Buena ciencia conduce a buena tecnología. Si estamos por el avance de la tecnología en acuicultura, para encontrar cambios y espectativas en el futuro, podemos hacerlo pero haciendo buena ciencia.
Anderson, 1999.
El futuro de la acuicultura puede estar seguro solamente, usando una herramienta tecnológica apoyada por una base científica excelente de sus practicantes.
Anderson, 1999
Cada cosa tiene su explicación de mecanismo en los niveles inferiores y su significancia en los niveles superiores.
George Bertholo.
En fisiología, hay siempre dos cosas por considerar:
1. El organismo 2. El ambiente
Claude Bernard
ORGANISMO
Determinan la interacción a todos los niveles
Órganos
Tejidos
Células
Organelos
Proteínas
Lógica química de la vida
• Interacción de CHON s
• Propiedad CHON estructura
• Sec. AA sec. nucleótidos
• Ac. Nucleicos material genético
Control del cambio
FISIOLOGÍA
Analizar y entender
Conocer y entender (acontecimientos y act. FUNCIONES)
Comprender en términos físicos y químicos los mecanismos que ocurren en los seres vivos (a todo nivel: celular hasta el animal completo)
Ciencia compleja y variada
División:•General•Celular•Del órgano•Ambiental•Respiración•Reproducción•Digestiva
Áreas de solapamieto
•Amplia variedad de fenómenos funcionales
•Gran N° de sps.
•Gama de niveles de organización
PoblaciónMoléculasÁtomos
F. sistémicaF. sistémica S. NerviosoS. Nervioso S. MuscularS. Muscular S. EndocrinoS. Endocrino S. S. CardiovascularCardiovascular S. RespiratorioS. Respiratorio S. RenalS. Renal S. S. ReproductorReproductor S. DigestivoS. Digestivo
Cerebro
Corazón
Branquiaspulmones
Cerebro
O2, glucosa
O2
Órdenes
nerviosas
No es la misma
25,50,10 años
FISIOLOGÍA
Investigación acelerada
Aparición de nuevas técnicas e instrumentos
Ciencia de carácter cambianteNuevos
conocimientos no anulan los antigüos
Fis. de los organismo
s acuáticos
Adicionar
Creer en ellos
Historia evolutivaPlaneta
Leyes físicas
Química
Vida: Procesos biológicos fundamentales son compartidos por todos los animales
HISTORIA- Hipócrates (420 a.c.)
- Aristóteles (384 – 322 a.c.)
- Harvey (1578 – 1657)
casi no
Observación ----------- Hipotetización -----------Experimentación
Son importantes los trabajos de Albrecht von Haller y Lázaro Spallanzani.
Es la dedicada a la fisiología, decía que era anatomia animata y a partir de su obra queda considerada como “pura ciencia del movimiento vital”. Al tratar de resolver el problema biológico fundamental de ¿qué es la vida? a través de la experimentación, resultó el concepto de irritabilidad.
Su mejor contribución a la ciencia: sus investigaciones que tocaron cuatro puntos principales: la generación de los seres vivos, el proceso digestivo, el proceso de la circulación sanguínea y la naturaleza del fenómeno respiratorio.
1628: Harvey : Idea sistema circulatorio cerrado.
“Excercitatio Anatomica de Motu Cordis et Sanguinisin Animalibus”-
explica como empleando la observación, experimentación y deducción, pudo refutar a Galeno acerca del flujo y reflujo de la sangre y presentar así la idea de un sistema circulatorio cerrado. Fue el primero además, que utilizó el análisis matemático para dar solución a un problema fisiológico.
Claude Bernard
Bernard es considerado el máximo fisiólogo de la historia, contando en su haber la propuesta de medio interno, sus fundamentales estudios sobre la función glucogénica del hígado, la digestión pncreática, la inervación vasomotora, la iniciación de la teoría de las secreciones internas y la formulación precisa de los objetivos de la fisiología general. De Bernard pudo alguien decir que “no es solamente un fisiólogo, es la fisiología misma”.
F. Moderna 1865, con C. Bernard Introducción a la Medicina Experimental
En los años 1700 avances en estudios de respiración. John Mayow mostró que aire era una mezcla.
In the 18th century:
Joseph Priestley la proporción de O2 necesario para la vida es = a la proporción necesaria para la combustión
Antoine Lavoisier, mostró que el CO2 es el producto de la respiración.
18th- and 19th-Century Physiology
Hermann Boerhaave y Albrecht von Haller, introdujeron la idea de que en la fisiología se presentaban fenómenos físicos y químicos.
Haller 1º en demostrar que la materia posee irritabilidad.
Luigi Galvani mostró que el músculo del sapo podría contraerse por estimulación eléctrica.
Spallanzani investigó la actividad del jugo gástrico en digestión y fertilización e inseminación artificial en animales inferiores.
Jan Baptista desarrolló concepto de gases y sugirió el uso de álcalis en el tratamiento de disturbios digestivos.
Giovanni Alfonso Borelli publicó estudios de la locomoción animal sugirió que la base de la contracción muscular se encuentra en la fibra muscular.
Anthony van Leeuwenhoek dio las primeras descripciones de glóbulos rojos y espermatozoides.
Marcello Malpighi demostró la existencia de capilares y estudió la fisiología del riñón, hígado y bazo.
Thomas Wharton, demostró la secreción salival.
Regnier de Graaf descubrió la función glandular de los folículos; también estudió el jugo pancreático y bilis.
Richard Lower fue le primero en transferir la sangre de un animal a otro
Avances del siglo 20: descubrimientos de nuevas hormonas, reconocimiento del rol vitaminas; descubrimiento del tipo de sangre; desarrollo del electrocardiograma y electroencefalograma, etc.
La primera mitad de 20th fue importante para la comprensión de los reflejos.
Descartes: como un concepto filosófico para distinguir los reflejos involuntarios de los animales de las reacciones racionales de humanos
Zoologistas alemanes dividieron a los reflejos en sus componentes
Charles Sherrington, mostró que los reflejos funcionan como una unidad del sistema nervioso
CAMPOS DE LA FISIOLOGÍA
Morfología y Fisiología
Fisiología y
Genética
Fisiología Comparada
Fis. Celular y General
• E y F son 2 entidades inseparables• Más sutil en los niveles más bajos• Frey Wyssling: la es el TIEMPO
Morfología
Animal muertos. Describe atributos espaciales y físicos
Fisiología
Animal vivo
Morfología y Fisiología
Conceptos Morfológicos: Similaridad, simetría, segmentación.
Diseño Biológico de la Forma y Tamaño:
Metamerización
Simetría bilateral Simetría radial
Fisiología Celular y General
(período de categorización – caracterización)
1a fase morfofisiológico tipos celulares (Enfasis fis. cambios de estructura papel Nu en la célula2a fase Interés por sustancia de células: Protoplasma Von Moh (1846)
Schuttze (1861) todas las células Vida basada en sustancia física, analizable por sus
propiedades físicas y químicas: Teoría del protoplasma. Hertwing
3a fase 1940 organelos celulares, protoplasma no sust. homogénea 1960 Bases moleculares
Interesada en estructura y función de las células
Principios básicos para entender la actividad de todos los seres vivos
Teoría Celular
Leyes F y Q, campo + anplio pero necesita
de FC
A nivel celular hay > semejanza que diferencia cél. especializadas
FISIOLOGÍA COMPARADA Y EVOLUCIÓN
Describe y compara: mecanismos que existen en diferentes organismos problemas fisiológicos
- Animales diferentes genéticamente Sist. Fisiol. similares
- Animales cercanos genéticamente Sist. Fisiol. diferentes
Responde preguntas relacionadas a las capacidades fisiológicas de los animales respecto a su E
Se pone énfasis en estudios de órganos o sistemas de órganos a este nivel se adaptan con > facilidad a nuevos ambientes:
FC FE ya que la FE examina al animal dentro del contexto de las adaptaciones y sólo aquel animal que desarrolla mecanismos adecuados para enfrentarse al medio ambiente podrá habitarlo.
Respecto a la Fisiología Evolutiva, usa métodos y técnicas de la biología evolutiva para entender la evolución de los animales desde un punto de vista fisiológico, empleando marcadores fisiológicos en lugar de marcadores anatómicos.
Para un gran número de problemas existirá cierto animal para elegir, o un grupo de estos animales, en los cuales el problema será más convenientemente estudiado” August Krogh (1929).
Disciplina conexa
Qué es ecofisiología ?Qué es ecofisiología ?
diversidade fisiológica ambiente
ecologia dos organismos
GENÉTICA Y FISIOLOGÍA
• Información contenida en ADN es el resultado de muchas generaciones de selección
Mutación + Mutación -
Favorecen la supervivencia reproducción
Evolución Darwin detalles básicos estructurales de todos los seres vivientes es evidente que ha habido una evolución funcional
Evolución
Leyes físicas y químicas
Solamente puede actuar
Estructura y función de los seres vivo están limitadas por las propiedades fundamentales físicas y químicas de los elementos y biomoléculas
Ha determinado
A través de la SN
Estructura y función y aún comportamiento
• Weissman
Proceso oculto de la evolución : “Supervivencia DNA (gametos)
Codifica una sp.
Se pierde una sp
Si se pierde
DNA
Cél. SomáticasSimbiosis
Han evolucionado con el propósito final de supervivencia del ADN de células germinales de la sp.
A través de SN
CONCEPTOS FUNDAMENTALES EN FISIOLOGÍA
Nivel letalExperimentación
Vitalismo
Mecanicismo
Finalidad Regulación
Adaptación
Tolerancia
Resistencia
CONCEPTOS FISIOLÓGICOS FUNDAMENTALES
1) EXPERIMENTACIÓN:
Observación Hipótesis Experimentación Repetición
Bioló ,Físi., Quim.
explicaciónDejó de ser teóricavalidar
Bajo condiciones controladas
2) VITALISMO: Vida es el resultado de una fuerza vital (sust. Especial).
Aceptada por la mayoria desde
Aristóteles
La vida está dotada de características no presentes en el mundo inanimado, los compuestos eran de naturaleza diferentes al mundo inanimado, y su organización es irreconciliable con las leyes de la física y química. Las sustancias orgánicas sólo pueden ser producidas por seres vivos. Fue traído abajo cuando se pudo sintetizar úrea sintéticamente
3) MECANICISMO: Reemplazó gradualmente al vitalismo
Vida se basa en material y leyes no difierente del mundo inanimado.
La vida era causa y efecto del mundo inerte. y podría explicarse en definitiva, en términos físicos y químicos. Descartes la utilizó totalmente aunque no la aceptó para la explicación de las funciones mentales y del alma del hombre.
materiales y leyes = Mat . y Leyes
mundo animado Mundo inanimado
El mecanicismo es una doctrina filosófica que afirma que la única forma de causalidad es la influencia física entre las entidades que conforman el mundo material, cuyos límites coincidirían con el mundo real. Teoría que explica que todos los procesos, incluyendo los psíquicos, por las leyes fisicoquímicas y no admiten otros principios explicativos.
Vida causa – efecto del mundo inanimado
4) FINALIDAD:La vida está orientada hacia un objetivo y que evoluciona hacia una meta o propósito final
La vida tiende a esa meta Evolución
No por el proceso evolutivo mismo
META
Supervivencia del DNA de las cél. germinales
sino que el proceso evolutivo es determinado por la meta final que se pretende alcanzar TELEOLOGIA
De acuerdo con la naturaleza de los sistemas de retroalimentación que usan los organismos para la regulación y el control, las metas son parte de la estructura misma de tales sistemas. Es decir, la orientación de la vida hacia una meta, se considera una idea útil sin que se crea en la invocación de fuerzas vitales, o en un propósito o voluntad consciente.
5) REGULACIÓN: Infiltrado en pensamiento fisiológico. Sist. Biológicos no sólo reaccionan, sino que REGULAN o CONTROLAN esas reacciones
•C. Bernard. 1855: todos los órganos liberan sustancias que controlan y estabilizan el medio interno precursor de la regulación química
1879: Estabilidad del medio interno requisito para la supervivencia, al descubrir la habilidad de los mamíferos en mantener su medio dentro de rangos estrechos
Unicelulares
pluricelulares
Constancia medio interno fenómeno universal
Grandes fluctuaciones externas
Sistemas de
control
Pequeñas fluctuaciones internas
Los sistemas reguladores: mantienen las condiciones internas dentro de un margen relativamente estrecho de fluctuación frente a las grandes fluctuaciones en el externo
Invadieron ambientes osmóticamente difíciles como el agua dulce
Regulación por parte de la membrana, el transporte activo y otros mecanismos que permiten mantenerlos dentro de límites favorables para la célula
Los procesos reguladores dependen del principio
RETROALIMENTACIÓN
Cannon: Homeostasis del griego homeo: = y "stasis“: posición
Constancia medio interno y mecanimos fisiológicos que lo determinan. Recibió Premio Nobel en 1932 (The Wisdom of the Body“)
Mantenimiento del organismo dentro de límites que le permiten desempeñar una función de manera adecuada
El importante papel tanto del sistema nervioso como del endocrino en el mantenimiento de los mecanismos de regulación.
1. El concepto de nivel tónico de actividad. La cita de Cannon, "un agente puede existir cuando tiene una moderada actividad que puede variar ligeramente arriba o abajo.
2. El concepto de controles antagónicos. "Cuando se conoce que un factor puede cambiar un estado homeostático en una dirección,es razonable buscar un factor o factores que tienen efectos opuestos
3. El concepto de que señales químicas puede tener diferentes efectos en diferentes tejidos corporales. "Agentes homeostáticos, antagonistas en una región del cuerpo, pueden ser agonistas o cooperativos en otras regiones".
Cannon propuso un número de propiedades de la homeostasis que fueron confirmadas posteriormente y que se irán encontrando repetidamente durante el estudio de cada uno de los sistemas. Cannon propuso cuatro, aunque se pueden ampliar a 7:
5. La homeostasis es un proceso continuo que implica el registro y regulación de múltiples parámetros.
6. La efectividad de los mecanismos homeostáticos varía a lo largo de la vida de los individuos.
7. Un fallo de los mecanismos homeostáticos produce enfermedad. En situaciones en las que el cuerpo no puede mantener parámetros dentro de su rango de normalidad, surge un estado de enfermedad o una condición patológica.
Las tres propiedades que rigen un sistema homeostático son:
Estabilidad: Sólo se permiten pocos cambios en el tiempo.
Equilibrio: Los sistemas homeostáticos requieren una completa organización interna, estructural y funcional para mantener el equilibrio.
Impredecible: El efecto preciso de una determinada acción a menudo tiene el efecto opuesto al esperado.
Fue un continuador de la hipótesis que estableció Bernard, poniendo de manifiesto no solo la estabilidad relativa de la composición de los fluidos corporales de muchos organismos, sino también la relativa constancia de la organización y del funcionamiento dentro de las células, tejidos y órganos.
La gran relevancia de Cannon, fue sobre todo el acuñar el término de homeostasis para referirse a la suma total de esta constancia interna, estructural y funcional.
El término implica no solo la condición de estabilidad en sí misma, sino también a los innumerables procesos fisiológicos implicados en su mantenimiento. Para Cannon, la homeostasis era la piedra de toque de una vida muy evolucionada, y por tanto, como diría Ilya Prigogine, una de los procesos naturales más disipativos de energía de la naturaleza.
Cannon sostenía que los seres eran más evolucionados, a medida que eran capaces de
incrementar su grado de homeostasis.
Finalmente se cree que la evolución de la homeostasis ha sido el factor determinante que ha permitido a los animales aventurarse a invadir ambientes hostiles.
Walter Cannon
Enfermedad:Enfermedad: Alteración de la homeostasis Alteración de la homeostasis
Control de la
homeostasis
• Prosser: Homeoquinesis posición
Constancia medio interno por actividad locomotora o cambios en la producción de energía metabólica que permiten sobrevivir frente a cambios en el medio externo.
Por ejemplo, las condiciones desfavorables determinan un incremento general de la actividad locomotora y una mayor posibilidad de que el animal se desplace a ambientes más favorables, en tanto que el estar en ambientes favorables conduce a una disminución de la actividad locomotora para que el animal pueda permanecer en ese ambiente.
Resp. Conductuales y no homeostáticas
Enantiasis la actividad enzimática se mantiene constante
Medio Interno: Se refiere a los fluidos que rodean a las células, es decir los líquidos corporales de un animal en el que viven las células: sangre circulante, líquido intersticial, líquido celómico, etc. El concepto fue muy bien precedido e influenciado por el filósofo Augusto Comte: La vida sólo es posible cuando existe armonía entre estructura y medio
Fluido celómico
Condiciones Condiciones esenciales del esenciales del medio interno:medio interno:
Concentración Concentración óptima de gases, óptima de gases, elementos elementos nutritivos, iones y nutritivos, iones y aguaagua Temperatura Temperatura óptimoóptimo Volumen óptimoVolumen óptimo
m.e
Rmaduro
inm
adur
o
m.e m.e
m.i. m.i. m.i.R
CC
¿Por qué cambia el medio interno?
Líquidos corporales Act. Celular
Medio externo
aquéllas que no resisten cambios ambientales
Un conformador
otras que sí resisten
Debe asegurar su supervivencia
Vive en ambientes poco cambiantes como el fondo del mar
Al no tener mecanismos homeostáticos
Un regulador
posee células que pueden resistir sólo pequeñas variaciones de su medio interno
pero pueden habitar ambientes cambiantes en la medida de que sus mecanismos homeostáticos mantienen constante su medio interno.
6) ADAPTACIÓN
Cambios, respuestas o conjunto de mecanismos funcionales que favorecen la supervivencia cambios m.a.
La selección natural la adaptación fisiológica, procesos que permiten a los animales sobrevivir en ambientes con condiciones diferentes y que están genéticamente determinadas y codificadas en el ADN
Compensación es el término más adecuado
-Homeostasis . Es uno de tales conjunto de mecanismos adaptadores
La adaptación además incluye:
• Aclimatación resp. crónica
• Aclimatización días o semanas
Min – horas
Resp. aguda
Ambas pueden desviar los límites para el cambio del medio interno tanto en conformistas como en reguladores.
Cuando la aclimatización responde a cambios prolongados del m.a. ESPECIACIÓN
•No todos se aclimatizan cambian su estado fisiológico:
Mecanismos que permite vivir al animal en términos relativamente normales
ADAPTACIÓN
HIBERNACIÓN
ESTUDIO DE ADAPTACIONES
Ecología Población
Fisiología Individuo
Bioquímica Célula
Genética Núcleo ¿Cuáles son los mecanismos fisiológicos?
BIOQUÍMICA
¿Para qué le sirve?
ECOLOGÍA
¿El mecanismo fisiológico tiene sustentación genética?
GENÉTICA
INFLUENCIA DEL TIEMPO
El factor tiempo es el que determina el tipo de respuesta que el animal dará
TIPO
COMPORTAMIENTO Más rápida, órg. Sentidos
FISIOLÓGICAS Cambios de tasa, de frecuencias: respiratoria, etc.
BIOQUÍMICA Demora semanas en presentarse
- Nueva isoenzimas
- Nuevos ribosomas, memb. Lipídica
MORFOLÓGICA
7) TOLERANCIA
C/sp puede vivir solamente dentro de un rango de variación de la variable medio ambiental al rango de variable ambiental en donde el medio interno no se modifica y por lo tanto el animal no debe hacer uso de sus mecanismos homeostáticos se conoce como tolerancia o zona de la neutralidad.
Lo que ingresa de la variable en estudio será igual a lo que sale de ella. Precht denominó a esta zona como adaptación de capacidad. Organismos estenoicos : Son aquéllos que presentan una tolerancia restringida a un determinado factor ambiental.
Organismos eurioicos : Son aquéllos que presentan menor tolerancia a un factor determinado factor ambiental
8) RESISTENCIA.
9) NIVEL LETAL
Hay diferencias muy importantes entre las especies con respecto a sus tolerancias, resistencias y niveles letales, pero dentro de la misma especie, hay también plasticidad, es decir, no todos los organismos morirán a un extremo dado.
Son los rangos de la variable medioambiental fuera de los límites de la tolerancia, donde el animal para poder soportarlos hace uso de sus mecanismos homeostáticos.
Lo que ingresa no es igual a lo que sale.
Si la variable se aleja cada vez más de la neutralidad y el tiempo de exposición es largo, el animal puede sufrir daño y morir. Denominada por Precht como adaptación de resistencia
Es el valor de la variable medioambiental que mata una fracción de la población -que usualmente es el 50%- durante una exposición indefinidamente prolongada. Se conoce también como el Lc50. LD50
TOLERANCIA vs.RESISTENCIA vs. MORTALIDAD:
LETA
L
LETA
L
Capacidad adaptativa
Resiste
ncia
adaptativ
a
ADAPTACIÓN Y
RESISTENCIA
c b a o a´ b´ c´
No todos se aclimatizan sino cambian su estado fis. HIBERNACIÓN
Términos normales
La aclimatación y aclimatización pueden hacer variar la tolerancia, resistencia o los niveles letales de un factor mediomabiental.
SISTEMA
DEFINICIÓN: Cualquier parte del universo su análisis implica cualquier colección de leyes, objetos que funcionan en O con un grupo de leyes
PARTES: - 1 ó más entradas
- 1 ó más salidas
- relación entre entrada y salida
- un medio amb.
CLASIFICACIÓN:
1)S. Cerrado: Intercambia energía con medio ambiente, pero no materia
2)S. Abierto: Intercambia materia y energía
(Sust nut) Entrada Salida (desechos)
equilibrio dinámico Ciertos niveles de sust
ÓCiertos niveles de actividad
Se usa en exp. Fisi.
Contracción muscular
E Sistema
Leyes
SDe asa o circuito abierto
Usado con frecuencia para
mantener un estado
preseleccionado
E Sistema Ssensor
Retroalimentación - + : círculo vicioso
De asa o circuito cerrado
Irritabilidad : - Excitación Estímulo: - Fisiológico
- Inhibición - No fisiológico
Perturbación
Sistema
de control Sensor Amplificador salida
Señal +
R+
Perturbación
Sistema
de control
Amplificador invertido
salida
Señal
de error
R-
Sensor
Contrarresta la perturbación
Ajuste al punto de referencia
+ : Altamente inestable. Se limita por la cantidad de energía o sustrato. Se usa para producir un efecto regenerativo, explosivo o autocatalítico: para generar la fase creciente de un fenómeno cíclico.
Tipos:Tipos:Sistemas de retroalimentación positiva: Sistemas de retroalimentación positiva: Si la respuesta potencia el estímulo Si la respuesta potencia el estímulo original. Ejm. Coagulación Sanguínea.original. Ejm. Coagulación Sanguínea.Sistema de retroalimentación negativa: Sistema de retroalimentación negativa: Si la respuesta invierte el estímulo Si la respuesta invierte el estímulo original.original.
Retroalimentación
Requisitos
Tiene un umbral
Si la duración es corta, no hay respuesta
Clásicamente hay una REOBASE que es una potencia mínima común bajo la cual no hay respuesta.
CRONAXIA: Duración (tiempo que debe aplicarse) mínima de una corrinte de potencia 2 veces la REOBASE que se necesita para producir una respuesta.
•Para analizar la naturaleza de los estímulos y sus respuestas, la información se puede obtener: en el animal, órgano, célula
CAJA NEGRA: Weiner (1948) Sistema cuyos componentes son desconocidos, pero tienen una relación E - R que puede ser medida.
Observación del
sistema real
Observación del
sistema real
CN
CB
Ideas PrincipalesIdeas Principales
La función se basa en la estructura en todos los niveles: átomos, moléculas y organelos.
La regulación del ambiente intra o extracelular proporciona la constancia requerida de las condiciones necesarios para los procesos físicos y químicos, seguros y coordinados.
Las funciones de la célula y de los tejidos han surgido a lo largo de una evolución Darwiniana y están genéticamente determinadas.