PRINCIPIOS BÁSICOS DE FISIOLOGÍA

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1 PRINCIPIOS BÁSICOS DE FISIOLOGÍA
Universidad Nacional del Santa Facultad de Ciencias Departamento de Biología, Microbiología y Biotecnología PRINCIPIOS BÁSICOS DE FISIOLOGÍA Eliana Zelada Mázmela Carmen Yzásiga Barrera

2 Buena ciencia conduce a buena tecnología
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

3 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: El organismo El ambiente Claude Bernard

4 Lógica química de la vida
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

5 Control del cambio Analizar y entender
Conocer y entender (acontecimientos y act. FUNCIONES) División: General Celular Del órgano Ambiental Respiración Reproducción Digestiva Áreas de solapamieto Comprender en términos físicos y químicos los mecanismos que ocurren en los seres vivos (a todo nivel: celular hasta el animal completo) FISIOLOGÍA Ciencia compleja y variada Amplia variedad de fenómenos funcionales Gran N° de sps. Gama de niveles de organización Población Moléculas Átomos

6 F. sistémica S. Nervioso S. Muscular S. Endocrino S. Cardiovascular S. Respiratorio S. Renal S. Reproductor S. Digestivo

7 Cerebro Corazón Branquias pulmones O2, glucosa O2 Órdenes nerviosas

8 Fis. de los organismos acuáticos
No es la misma 25,50,10 años Investigación acelerada Aparición de nuevas técnicas e instrumentos Fis. de los organismos acuáticos FISIOLOGÍA Historia evolutiva Leyes físicas Química Ciencia de carácter cambiante Planeta Nuevos conocimientos no anulan los antigüos Vida: Procesos biológicos fundamentales son compartidos por todos los animales Adicionar Creer en ellos

9 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.

10 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.

11 F. Moderna  1865, con C. Bernard  Introducción a la Medicina
F. Moderna  1865, con C. Bernard  Introducción a la Medicina Experimental 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”. Claude Bernard

12 Haller 1º en demostrar que la materia posee irritabilidad.
En los años 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 º 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.

13 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

14 Zoologistas alemanes dividieron a los reflejos en sus componentes
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

15 Morfología y Fisiología CAMPOS DE LA FISIOLOGÍA
Fisiología y Genética Fisiología Comparada Fis. Celular y General

16 Morfología y Fisiología
Animal muertos. Describe atributos espaciales y físicos Fisiología Animal vivo E y F son 2 entidades inseparables Más sutil en los niveles más bajos Frey Wyssling: la  es el TIEMPO

17 Conceptos Morfológicos: Similaridad, simetría, segmentación.
Diseño Biológico de la Forma y Tamaño:

18 Simetría bilateral Simetría radial Metamerización

19 Fisiología Celular y General
Interesada en estructura y función de las células Principios básicos para entender la actividad de todos los seres vivos Leyes F y Q, campo + anplio pero necesita de FC Teoría Celular (período de categorización – caracterización) 1a fase  morfofisiológico tipos celulares (Enfasis fis. cambios de estructura  papel Nu en la célula 2a 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

20 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: A nivel celular hay > semejanza que diferencia  cél. especializadas

21 Disciplina conexa 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).

22 Qué es ecofisiología ? diversidade fisiológica ambiente
ecologia dos organismos

23 Leyes físicas y químicas
GENÉTICA Y FISIOLOGÍA Información contenida en ADN es el resultado de muchas generaciones de selección Mutación Mutación - Favorecen la supervivencia reproducción Ha determinado A través de la SN 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

24 Proceso oculto de la evolución : “Supervivencia DNA (gametos)
Codifica una sp. Weissman Proceso oculto de la evolución : “Supervivencia DNA (gametos) Si se pierde Se pierde una sp Estructura y función y aún comportamiento DNA Cél. Somáticas Simbiosis A través de SN Han evolucionado con el propósito final de supervivencia del ADN de células germinales de la sp.

25 CONCEPTOS FUNDAMENTALES
Nivel letal Experimentación Resistencia Vitalismo CONCEPTOS FUNDAMENTALES EN FISIOLOGÍA Tolerancia Mecanicismo Adaptación Regulación Finalidad

26 CONCEPTOS FISIOLÓGICOS FUNDAMENTALES
Bioló ,Físi., Quim. explicación 1) EXPERIMENTACIÓN: Dejó de ser teórica validar Observación  Hipótesis  Experimentación  Repetición Bajo condiciones controladas 2) VITALISMO: Vida es el resultado de una fuerza vital (sust. Especial). 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 Aceptada por la mayoria desde Aristóteles

27 Vida se basa en material y leyes no difierente del mundo inanimado.
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 Vida causa – efecto del 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.

28 Supervivencia del DNA de las cél. germinales
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.

29 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

30 Pequeñas fluctuaciones internas
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

31 Los procesos reguladores dependen del principio
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

32 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

33 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: El importante papel tanto del sistema nervioso como del endocrino en el mantenimiento de los mecanismos de regulación. 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. 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 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".

34 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.

35 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.

36 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.

37 Walter Cannon

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39 Enfermedad: Alteración de la homeostasis

40 Control de la homeostasis

41 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. Resp. Conductuales y no homeostáticas 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. Enantiasis  la actividad enzimática se mantiene constante

42 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

43 Condiciones esenciales del medio interno:
Concentración óptima de gases, elementos nutritivos, iones y agua Temperatura óptimo Volumen óptimo

44 ¿Por qué cambia el medio interno? Líquidos corporales Act. Celular
Medio externo m.e m.i. R C maduro R inmaduro m.e aquéllas que no resisten cambios ambientales Un conformador otras que sí resisten Debe asegurar su supervivencia Al no tener mecanismos homeostáticos Vive en ambientes poco cambiantes como el fondo del mar

45 posee células que pueden resistir sólo pequeñas variaciones de su medio interno
Un regulador pero pueden habitar ambientes cambiantes en la medida de que sus mecanismos homeostáticos mantienen constante su medio interno.

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47 Homeostasis . Es uno de tales conjunto de mecanismos adaptadores
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.

48 Cuando la aclimatización responde a cambios prolongados del m. a
Cuando la aclimatización responde a cambios prolongados del m.a. ESPECIACIÓN No todos se aclimatizan  cambian su estado fisiológico: HIBERNACIÓN ADAPTACIÓN Mecanismos que permite vivir al animal en términos relativamente normales

49 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

50 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 

51 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

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53 Lo que ingresa no es igual a lo que sale.
8) RESISTENCIA. 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 9) NIVEL LETAL 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 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.

54 TOLERANCIA vs.RESISTENCIA vs. MORTALIDAD:
LETAL Capacidad adaptativa Resistencia adaptativa ADAPTACIÓN Y RESISTENCIA No todos se aclimatizan sino cambian su estado fis. HIBERNACIÓN Términos normales c b a o a´ b´ c´ La aclimatación y aclimatización pueden hacer variar la tolerancia, resistencia o los niveles letales de un factor mediomabiental.

55 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 Ó Ciertos niveles de actividad

56 De asa o circuito abierto De asa o circuito cerrado
Se usa en exp. Fisi. Contracción muscular E Sistema Leyes S De asa o circuito abierto Usado con frecuencia para mantener un estado preseleccionado E Sistema S sensor Retroalimentación - + : círculo vicioso De asa o circuito cerrado Irritabilidad : - Excitación Estímulo: - Fisiológico - Inhibición No fisiológico

57 Ajuste al punto de referencia
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.

58 Tipos: Sistemas de retroalimentación positiva: Si la respuesta potencia el estímulo original. Ejm. Coagulación Sanguínea. Sistema de retroalimentación negativa: Si la respuesta invierte el estímulo original.

59 Retroalimentación

60 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.

61 Observación del sistema real Observación del sistema real
CB Observación del sistema real Observación del sistema real CN

62 Ideas 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.

63 YOU HAVE STUDY VERY MUCH
WELCOME YOU HAVE STUDY VERY MUCH ¡YOU CAN!