Fisiología General

Carrera: Obstetricia y Puericultura

Profesor: Marcelo González Ortizmgonzalezo@udec.cl

mgonzalez79@gmail.com

“La estabilidad del medio interno es la condición primaria para una vida libre e

independiente”

Claude Bernard

Medio interno: Líquido extracelular

líquido intersticiallíquido intravascular.

¿Cómo se mantiene la estabilidad del medio interno?

Organismo unicelular en un ambiente externo constituido por el mar primordial.

HomeostasisMantención de la estabilidad del medio interno mediante

mecanismos fisiológicos coordinados.

Mecanismos de retroalimentación (Feedback) positivos y negativos permiten modular las respuestas del organismo a los cambios ambientales

Mecanismo homeostático

- Sensor

- Centro regulador

- Efector

Detecta un cambio en el ambiente

Integra la información y envía señales

Revierte el cambio y da señal de término

Señales

Comunicación

El organismo se puede adaptar a nuevas condiciones…

Fisiología humana

Establecimiento de mecanismos de control y regulación que mantengan la estabilidad del sistema y, por ende, un estado saludable.

Esta regulación implica el mantenimiento de una serie de equilibrios dinámicos con base en principios físicos, químicos y matemáticos.

La complejidad de estos mecanismos se relacionan con el nivel de organización en el cual se estudian. Es necesario acotar nuestro estudio a pequeños dominios y espacios celulares para tener una visión del todo…

Estudio del funcionamiento del organismo desde el nivel molecular hasta el nivel sistémico.

El organismo se regula a nivel sistémico y celular por medio de mecanismos de retroalimentación (feedback) negativos y positivos.

Feedback negativo: control de la presión arterial

Feedback positivo: transmisión del impulso nervioso

Rhoades & Tanner. Medical Physiology, second edition

Una sociedad de células!!!

Modelo del mosaico fluido de una membrana

Espacio extracelular

Oligosacáridos

Glicolípidos

Espacio intracelular

Proteínas integrales

GlicoproteínasFosfolípidos

Bicapa lipídica

Proteínas periférica

Membranas celulares

La fluidez de la membrana se debe a interacciones no covalentes entre los fosfolípidos, lo cual permite el movimiento de las proteínas.

Es una barrera semipermeable y selectiva que permite el intercambio entre el medio interno y el medio externo.

Las proteínas de membrana son las responsables de establecer contactos intercelulares y permitir el intercambio de moléculas.

Compuestas por una bicapa lipídica en donde se insertan proteínas, colesterol, glicolípidos y glicoproteínas.

La composición de lípidos y proteínas de cada membrana se relaciona con el tipo celular y el tipo de organelo del cual forma parte.

Guyton & Hall, Medical Physiology. Eleventh edition, 2006.

La composición del líquido extracelular (LEC) es distinta a la del líquido extracelular (LIC).

Esta diferencia de concentraciones y cargas iónicas permite la estabilidad celular.

La estabilidad de la células permite que los tejidos puedan responder a estímulos provenientes desde el ambiente.

Estos gradientes químicos y eléctricos se mantienen debido a la actividad de proteínas de membranas que permiten el movimiento de estas moléculas desde el citoplasma al LEC o viceversa.

Las proteínas de membrana cumplen diferentes funciones…

Transporte

Actividad enzimática

Transducción de señales

Unión intercelular

Reconocimiento célula-célula

Anclaje a la matriz extracelular

• Intercambio de gases (O2 y CO2)

• Intercambio de agua

• Intercambio de solutos:

Iones y moléculas de baja masa molecular

(Por ej: Na+, aminoácidos, glucosa, PO4=).

• Mantención de los gradientes iónicos y del potencial de membrana en reposo.

Transporte en membranas biológicas

Gap juntion: Canal formado entre dos células adyacentes que permite el paso de iones y pequeñas moléculas.

El intercambio de gases y nutrientes es fundamental para la mantención de la vida fetal.

Este intercambio es posible gracias a que las células que forman parte de la placenta poseen mecanismos de transporte en sus membranas plasmáticas

Transporte de moléculas de baja masa molecular (sin carga) a través de la membrana plasmática

Membrana semipermeableA B

Flujo neto

Difusión simple: movimiento de moléculas a través de una membrana semipermeable donde el flujo neto se establece por el gradiente de concentración.

JN= JA-B – JB-A

[A] > [B]

Fuerza impulsora(“driving force”)

∆C

Membrana semipermeableA B

Flujo neto = 0

[A] = [B]

Transporte de moléculas de mayor masa molecular o con carga a través de la membrana plasmática

CANALES IONICOS:

Los iones y moléculas cargadas no difunden con facilidad a través de las membranas biológicas.

El flujo iónico depende de cambios conformacionales que ocurren en las proteínas. Estos cambios causan la apertura o el cierre de poros formados por la estructura terciaria o cuaternaria.

La fuerza impulsora para el paso de un ion es su gradiente electroquímico, que resulta de la combinación de los gradientes químico y eléctrico.

Canal iónico activado por cambios del potencial de membrana

Ej. Canal de sodio activado por voltaje

Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

Canal iónico activado por ligando

Ej. Receptor nicotíco (acetilcolina)

Transporte de moléculas de elevada masa

molecular

Transporte de moléculas de baja masa molecular

Endocitosis

Exocitosis

Transcitosis

Fagocitosis

Pinocitosis

Mediada por receptor

Transporte pasivo

Transporte activo

Difusión simple

Difusión facilitada

Primario

Secundario

Fagocitosis: Ingestión de grandes partículas o microorganismos, usualmente por parte de células especializadas.

Endocitosis: Proceso en el cual se produce una invaginación de la membrana que finalmente se escinde conteniendo liquido y/o solutos extracelulares.

Exocitosis: mecanismo mediante el cual las células liberan al espacio extracelular macro-moléculas sintetizadas en su interior.

Transporte de moléculas de elevada masa molecular a través de la membrana plasmáticaFormación de vesículas

Fusión de membranas:

La fusión de dos membranas es un macanismo central para una variedad de procesos celulares que involucran tanto a organelos como a la membrana plasmática.

Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

Difusión facilitada

Canales iónicos: iones

Proteínas transportadoras: glucosa, aminoácidos, nucleótidos.

A favor de un gradiente

electroquímico

No hay gasto de energía

Transporte pasivo

DIFUSION FACILITADA

• Proceso pasivo, debido al movimiento de moléculas desde una zona de alta a una de baja concentración.

• La difusion facilitada esta mediada por proteínas (transportadoras o canales).

• Los canales permiten el paso de iones a favor de sus gradientes electroquímicos.

• Las proteínas transportadoras (carriers) son específicas para un sustrato y tienen una cinética saturada.

TRANSPORTE ACTIVO

• Cataliza el flujo de una substancia en contra de su gradiente químico o electroquímico.

• Dos clases: i) Primario (hidrólisis de ATP)ii) Secundario acoplado a un gradiente electroquímico.

• Cinética saturada.

Transporte activo primario

Transporte activo secundario

PROPIEDADDifusión simple

Transporte facilitado

Transporte activo

Mediado por proteínas No  Si Si

Selectividad  No Si Si

Transporte saturable No Si Si

Puede ser inhibido  No Si Si

En contra del gradiente  No  No Si

Requiere hidrólisis de ATP  No  No Si

Transporte de solutos

OsmosisFlujo de agua (JW)

Movimiento espontáneo de agua a favor de un gradiente de concentración

Difusión neta de agua a través de una membrana

Transporte pasivo de agua

Para recordar…

Concentración osmolarosmoles de soluto/litro de solución

1 Osmol se define como el peso molecular expresado en gramos de un soluto que al disolverse en un litro de agua, da origen a una solución con una presión osmótica de 22.4 atmósferas a 22 ºC (o de 25.4 atm a 37ºC).

Unidad usada: mOsM = mOsm/LOsmolaridad del plasma= 300 mOsm/L

Conceptos

Concentración: Concentracion molar (M) Es el número de moles por litro de solución

Osmolaridad proporcional al número de partículas disueltas

•Glucosa (1 partícula/ molécula) •NaCl (2 partículas/molécula)

En el caso de solutos que no se disocien M = osmolaridad En el caso de las sales que se disocian completamente, m se multiplica por el número de particulas (n) que se genera por molécula original. NaCl Na+ + Cl- n = 2  Ca Cl2 Ca2+ + 2 Cl- n = 3  En el caso de la glucosa, que no se disocia n = 1

Concentración de agua

Memb. Permeable a solutos y agua.

Memb. Permeable al agua e impermeable a solutos.

Tonicidad de las soluciones: Concentración de solutos osmóticamente activos en una solución.

Según la propiedad fisicoquímica de osmolaridad, una solución es con respecto al medio intracelular:

SOLUCION OSMOLARIDAD FLUJO DE AGUA

HIPOSMÓTICA Menor De entrada

ISOSMÓTICA

(300 mosm/l)

Igual En equilibrio

HIPEROSMÓTICA Mayor De salida

- Equilibrio iónico y Potencial de membrana en reposo.

Equilibrio iónico: Equilibrio de Gibbs-Donnan

En los líquidos orgánicos (plasma, citoplasma, líquido intersticial) se mantiene la ELECTRONEUTRALIDAD de las soluciones y la suma de los cationes será igual a la suma de los aniones.

Equilibrio iónico: Equilibrio de Gibbs-Donnan

En los líquidos orgánicos además de iones existen moléculas de gran tamaño que no difunden ni se transportan a través de la membrana plasmática (Ej: proteínas). La mayoría de éstas moléculas tienen carga negativa a ph fisiológico.

Este fenómeno produce un cambio en la distribución de las partículas iónicas a través de la membrana.

El sistema debe cumplir simultáneamente dos requisitos

Electroneutralidad: En ambos compartimientos el total de cargas negativas debe ser igual al total de cargas positivas. Esta afirmación omite por ser imposible de medir, la pequeña diferencia que existe entre aniones y cationes que genera el potencial de membrana.

Equilibrio termodinámico: Debe cumplirse el equilibrio de Nernst.

LEC = Na+,, Cl-,

Bicarbonato

K+, Ca++,

Mg, Fosfatos,

Ac. Orgánicos.LIC: K+, Mg Fosfatos, Proteínas Na+,, Cl-, Ca++

Potencial de membrana en reposo

Todas las células en condiciones de reposo tienen una diferencia de potencial a través de sus membranas plasmáticas, con carga negativa orientada hacia el interior de la células. Esta diferencia de potencial es el potencial de membrana en reposo.

Se debe a una pequeña diferencia de distribución de cargas a un lado y otro de la membrana. Estas diferencias en la distribución iónica se fundan en dos hechos:

La actividad de las bombas de ionesLa difusión pasiva de iones.

POTENCIAL DE EQUILIBRIO DE NERNST

 

Es el potencial de membrana al cual el flujo de entrada de un ion es igual al flujo de salida (flujo neto = 0).  

Eeq = RT/zF ln C1/C2

 

Donde: Eeq : potencial de equilibrio (mV)R : constante universal de los gasesT : temperatura absolutaF : constante de Faradayz : valencia del ionC : concentraciones del ión a cada lada de la membrana

…la ecuación de NERST convierte la diferencia de concentración de un ión en voltaje.

Ej: Potencial de equilibrio del potasio

Ecatíon = 61,5 log [cation]o / [cation]I

[cation]o : 4.5 mEq

[cation]I : 140 mEq

EK+ = 61,5 log [K+]o / [K+]I

EK+ = 61,5 log 4.5 / 140

EK+ = -91 mV

Los valores más comunes para los potenciales de equilibrio de los iones más importantes, asumiendo una distribución normal a cada lado de la membrana son:

ENa+ = +65mV

EK+ = -85mV

ECa2+ = +120 mV

ECl- = -90 mV

El potencial de la membrana (Em) puede ser determinado si se conocen las conductancias y los potenciales de equilibrio de los iones que se distribuyen a un lado y otro de la membrana. Asumiendo que estos iones son K+, Na+ y Cl–,

ClKNa

ClClKKNaNam GGG

EGEGEGV

)(0 ClmClKmKNamNa EVGEVGEVG

El potencial de reposo depende de las conductancias y los potenciales de equilibrio de Na+ y K+.

GK = 0.90GNa = 0.03GCl = 0.07

EK = – 85 mV ENa = + 65 mVEcl = – 90 mV

Al insertar estos valores en la ecuación anterior obtenemos

Em = – 85 mV.

POTENCIAL DE REPOSO

• Las células se dividen respecto a sus propiedades eléctricas en dos tipos básicos:– no excitables– Excitables

• Las células no excitables son aquellas que mantienen un potencial de membrana fijo, o que varía muy poco. Ya hemos dicho que este potencial suele estar alrededor de los –60 mV.

• Por el contrario las células excitables son aquellas, que en respuesta a determinadas señales pueden cambiar este potencial y originar un potencial de acción.

Potencial de acción