PRINCIPIS FISIOLÒGICS (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Fisiologia Animal
Año del apunte 2014
Páginas 11
Fecha de subida 18/10/2014
Descargas 19

Descripción

Professor: Vicente Martínez

Vista previa del texto

1. PRINCIPIS FISIOLÒGICS 1.1.
MEDI INTERN I HOMEÒSTASI Fisiologia animal: és la ciència que estudia el funcionament dels organismes animals des de tots els punts de vista i a tots els nivells d’organització biològica.
Hem de conèixer i entendre com funciona un cos normalment per poder estudiar i poder “arreglar” aquests cossos quan estiguin malament. La funció (fisiologia) és la base de la disfunció (fisiopatologia).
La fisiologia és important per la genètica perquè: - La organització funcional d’un organisme depèn del seu bagatge genètic, per processos de selecció.
L’objectiu final dels gens és crear sistemes de funcionament coordinat.
Si entenem com és la fisiologia d’un organisme podem saber com es veu afectat per una variació genètica (sobrexpressió, mutació...).
Els animals són organitzacions funcionals en les quals les cèl·lules són la unitat bàsica vital.
Aquestes unitats funcionals que són les cèl·lules poden formar una ésser unicel·lular o un ésser pluricel·lular. En el qual hi ha un conglomerat de cèl·lules. Però en aquesta associació de cèl·lules, aquestes s’especialitzen, migren... i creen cèl·lules diferenciades, de manera que formen teixits, òrgans i sistemes amb diferents funcions els uns dels altres. Els teixits, òrgans i sistemes són estructures multicel·lulars organitzades.
Per tant un organisme pluricel·lular és un conjunt de cèl·lules diferents pel que fa a l’estructura i el funcionament, relacionades entre elles, i que tenen l’últim objectiu de fer que aquest organisme sobrevisqui.
Per la supervivència de l’individu, els seus sistemes han de mantenir la viabilitat, activitat i coordinació, i per això necessiten trobar-se en un medi adequat. Aquest és el medi intern, és un medi orgànic diferent del medi extern (ambient a l’exterior de l’individu). Aquest medi intern permet a les cèl·lules relacionar-se entre elles, obtenir els nutrients...
El medi intern i l’extern estan en constant comunicació, i s’intercanvien materials: S’ha d’assegurar que les condicions del medi intern són constants, no com les del medi extern, que varien fàcilment, perquè d’aquesta manera les cèl·lules mantinguin la seva activitat.
L’homeòstasi és la constància de les variables del medi intern que necessiten les cèl·lules per sobreviure. Aquesta es pot mantenir gràcies als sistemes d’autoregulació, sistemes orgànics com: - Sistema respiratori: Capta O2 i elimina CO2.
Sistema digestiu: aportació de nutrients i aigua i eliminació de les substàncies no aprofitables.
Sistema renal: eliminació de productes del metabolisme cel·lular i manteniment de l’aigua corporal.
Sistema circulatori: transport orgànic de nutrients.
Sistema locomotor: busca d’aliment i protecció.
Sistema reproductor: assegurar la supervivència de l’espècie.
Sistema nerviós i endocrí: regulació general de les funcions orgàniques.
SISTEMES DE CONTROL HOMEOSTÀTIC Són els anomenats sistemes de retroalimentació o sistemes de feed-back. Mantenen la constància del medi intern i asseguren una estabilitat que garanteix la viabilitat, activitat i coordinació dels sistemes cel·lulars.
N’hi ha de dos tipus: - - Sistemes de feed-back negatius: s’activen davant el canvi d’una determinada variable orgànica. Volen minimitzar el canvi en la variable, és a dir, tornar a la situació original.
Són els sistemes més freqüents en els sistemes biològics.
Sistemes de feed-back positius: també s’activen davant el canvi d’una determinada variable orgànica. Però incrementen el canvi de la variable. Són sistemes degenerats.
Exemple d’un sistema mecànic de control.
El procés pel qual es genera un feedback en un sistema de control s’anomena reflex de control (reflex control). Un estímul genera un canvi local (per exemple fred a la mà) i això ho rep un receptor del sistema local. A través d’una via aferent (que va de la perifèria al centre), la informació de l’estímul arriba al centre integrador (on hi ha els nivells de referència de la variable). El centre genera una resposta que és enviada per les vies eferents i que duu a terme el sistema efector a l’àmbit local. D’aquesta manera es corregeix el canvi inicial (feedback).
El centre d’integració pot ser el sistema nerviós central o una glàndula endocrina. Depenent d’això, direm que un reflex és nerviós, endocrí o neuroendocrí. A més, les vies eferents poden ser vies nervioses o hormones.
Els reflexos a vegades poden donar-se només a nivell local, no és necessari que se n’adonin els sistemes de control de la resta del cos. El reflex local no inclou centre integrador. Un teixit és capaç d’autoregular-se i canviar una variable que només l’està afectant a ell, independentment de la resta de l’organisme.
PROPIETATS DELS SISTEMES DE FEEDBACK Aquestes propietats fan que siguin eficaços o no.
- - Rang de control. Els sistemes de feedback mantenen una variable dins un rang de control, no una constant. Deixen oscil·lar els valors de la variable. Això té una raó física, termodinàmica, i és que és més rentable energèticament que no intentar mantenir una constant.
Fora del rang de control un sistema de control és inefectiu.
Davant un canvi permanent un sistema feedback minimitza la variació de la variable, però no la torna al valor original. La diferència entre el valor original i final s’anomena marge d’error.
Hi ha diferents paràmetre que permeten veure l’eficàcia que te un sistema feedback.
- Marge d’error: com més petit és més efectiu és un sistema de control feedback.
Temps de resposta: un sistema és més efectiu com més ràpid és.
Guany o factor de retroalimentació (FR): FR= resposta no controlada / resposta controlada.
Exemple: nivell de Ca2+ en sang: 20 mM. Després d’un estímul A, si hi ha sistema feedback la concentració és de 18 mM, per tant la resposta controlada és de 2 mM. Amb el mateix estímul A però sense sistema feedback el calci està a 5 mM, per tant la resposta no controlada és de 15 mM.
FR = 15 mM / 2 mM = 7,5 Si: - - - FR > 1: correspon als feedbacks negatius. La resposta no controlada és més gran que la controlada, la qual cosa vol dir que es minimitzen les variacions. El sistema feedback és més efectiu com més alt és el FR.
FR <1: la resposta controlada és més petita que la resposta no controlada, per la qual cosa s’observa que s’augmenten les variacions. Correspon a sistemes feedbacks positius.
FR = 1: és igual si hi ha sistema de control o no. Probablement el sistema que estic estudiant no controla el paràmetre orgànic que té la variació.
RESUM Els sistemes de feedback operen dins un marge d’error i minimitzen els canvis d’una variable.
Hi ha algunes conseqüències funcionals. Tots els paràmetres orgànics varien oscil·latòriament, aquestes oscil·lacions són minimitzades pels sistemes de control. Els canvis depenen de factors del medi intern i extern. No totes les variables es controlen en la mateixa mesura. El grau de control depèn de la importància vital de la variable.
BALANÇ És la mesura de l’estat d’un paràmetre orgànic al llarg del temps. Sobretot s’aplica als paràmetres de tipus metabòlic i/o energètic, paràmetres que impliquen un intercanvi entre el medi intern i extern.
- Balanç positiu: guany net d’un paràmetre (guanya més del que perd). Ex: nen que creix.
Balanç neutre: variable més o menys constant. Ex: adult sa.
Balanç negatiu: es perd més del que es guanya. Ex: individu malalt, la vellesa...
1.2.
COMPARTIMENTS ORGÀNICS I MECANISMES DE TRANPORT Sabem que els éssers pluricel·lulars tenen les cèl·lules organitzades en sistemes funcionals, i que hi ha dos medis, l’intern i l’extern. L’intern és el que envolta directament les cèl·lules, però a part, dins les cèl·lules també hi ha líquid. Per tant l’aigua de l’interior del cos es pot dividir entre la que hi ha dins de les cèl·lules i la que les envolta.
Aquests dos medis estan separats per la membrana plasmàtica de les cèl·lules. La membrana plasmàtica té: - Estructura funcional: lípids (fosfolípids i colesterol), proteïnes (integrals i perifèriques) i glúcids (glucoproteïnes i glucolípids).
La funció de separar el medi cel·lular (espai intracel·lular) de l’extracel·lular (medi intern). Per això no és una barrera passiva, sinó que és dinàmica i selectiva. Permet el pas de substàncies, però no un pas indiscriminat d’elles. Depèn del tipus de cèl·lules, en passaran unes o unes altres.
La majoria del cos és aigua o líquid corporal, que es pot dividir en dos compartiments: líquid intracel·lular i líquid extracel·lular. El primer ocupa l’interior de les cèl·lules, i el segon és el medi intern i ocupa tot l’espai extracel·lular. Es pot trobar com a líquid tissular o intersticial (dins els teixits o separant diferents teixits), o com a plasma (líquid en circulació).
Per mesurar el volum dels líquids del cos es fa servir el mètode de dilució de marcadors. Una determinada quantitat d’una substància que pot ser detectada s’inocula dins el cos (normalment per via intravenosa) i es mesura la concentració final que té.
Volum de dilució = quantitat inoculada d’indicador/ concentració final Les substàncies indicadores han de tenir unes propietats: - Ha de ser estable al medi del qual es vol saber el volum (les cèl·lules no l’han d’agafar per degradar-lo).
No ha de ser tòxic (no pot matar l’organisme que valorem).
S’ha de poder detectar i mesurar amb facilitat.
No ha de modificar la composició del líquid que es valora.
S’ha de distribuir ràpidament i homogèniament pel medi.
És fàcil trobar marcadors que complexin tots els requisits. Però en éssers vius, sovint aquests els tracten com una substància exògena i els intenten eliminar, i hi ha pèrdues del marcador.
Aquestes s’han de detectar i corregir.
Volum de dilució = quantitat d’indicador administra – quantitat d’indicador perdut / concentració final Mesura de l’aigua corporal total Els millors marcadors són aigües modificades que fàcilment es poden detectar: aigua pesada (D2O) o aigua tritiada (3H2O). Tenen unes propietats fisicoquímiques iguals que les de l’aigua i per això es distribueixen com ella i són perfectes.
En un adult sa el pes de l’aigua és el 60% del total del cos. En infants arriba a un 75% (per això els nens es deshidraten més fàcilment) i en la vellesa disminueix el percentatge fins un 50%.
Aquests són uns valors mitjos, de referència.
Líquid extracel·lular S’ha d’utilitzar un marcador que no entri dins les cèl·lules, que es mantingui a l’espai extracel·lular. Per tant, han de ser molècules no permeables a la membrana plasmàtica. Els millors marcadors són la inulina marcada amb carboni-14, ions extracel·lulars (sodi o clor radioactius) i tiosulfat.
Líquid intracel·lular S’hauria d’utilitzar un marcador que entrés totalment dins les cèl·lules i no en quedés gens a l’espai extracel·lular. No existeix cap marcador d’aquest tipus.
Per tant, es mesura el volum indirectament.
Vol. intracel·lular = aigua corporal – vol. extracel·lular Plasma És el líquid que trobem a la sang, el que circula. Els marcadors han de ser administrats per via intravenosa i fer que es mantinguin als vasos, que no passin als teixits, a l’espai intersticial.
D’aquesta manera només es mesurarà el volum del plasma. També s’ha de distribuir homogèniament per tota la circulació.
S’utilitzen com a marcadors proteïnes d’alt pes molecular marcades. Ex: albúmina-125. O compostos que donen color que no travessen els vasos i no són tòxics. Ex: Blau d’Evans.
El plasma més les cèl·lules sanguínies formen la sang. La part de les cèl·lules sense el plasma s’anomena hematòcrit.
Per saber el volum de l’hematòcrit, una mostra de sang es posa en un tub d’assaig i es centrifuga.
Al tub queda l’hematòcrit a baix i el plasma a dalt. D’aquesta manera podem saber el volum i el % que ocupa cada part.
Volum sang = volèmia = volum hematòcrit + volum plasma Sabent el volum de plasma i el percentatge que aquest ocupa en la volèmia, podem deduir aquesta última. Tot i això, també hi ha tècniques per determinar la volèmia directament. Per exemple: una valoració amb els glòbuls vermells marcats amb crom radioactiu com a marcadors.
Líquid intersticial No existeixen els marcadors que només es quedin a l’espai intersticial, ja que s’han de donar per via intravenosa i no hi ha manera de que en surtin totalment. Si s’administressin per una altra via no es repartirien homogèniament per tot el cos, ja que la sang és justament el que ho transporta.
Per tant, es fa una mesura indirecta: Líquid intersticial = Líquid extracel·lular – plasma També es pot mesurar el volum de líquid en altres zones tancades: - Cefaloraquidi.
Líquid sinovial.
Ulls.
Pericardi (bossa de líquid que envolta el cor).
Pleura (bossa de líquid que envolta els pulmons).
Però en tots aquests espais, el líquid és una solució que conté substàncies químiques. També en volem saber la composició.
La composició dins i fora les cèl·lules és molt semblant. Bàsicament trobem ions (els més importants dels quals són el sodi, el potassi i el clor), i proteïnes. Però es troben en quantitats diferents al líquid extracel·lular que a l’intracel·lular. Això és a causa de la permeabilitat selectiva de la membrana plasmàtica.
Hi ha unes proporcions entre l’interior i l’exterior cel·lular que sempre es mantenen, perquè són important funcionalment.
- K+: 140 mEq/L dins i 4 mEq/L fora. És principalment intracel·lular.
Na+ i Cl-: 10 mEq/L dins i 142 mEq/L fora el primer i 4 mEq/L dins i 103 mEq/L fora el segon. Són principalment extracel·lulars.
Proteïnes: es troben en una concentració molt més alta dins les cèl·lules. Perquè és on formen estructures, tenen funcions enzimàtiques (ADN, rutes metabòliques...).
El medi extracel·lular és una mica més heterogeni perquè circula i pot tenir més intercanvi.
Entre el líquid intersticial i el plasma no hi ha gaire diferència de composició. Només que en el plasma trobem un percentatge més gran de proteïnes (no gaire gran) perquè conté albúmina, immunoglobulines...
Per tant, els compartiments corporals no estan pas tancats, ja que estan separats per la membrana plasmàtica i aquesta pot deixar passar selectivament i controladament substàncies.
Això és gràcies a uns mecanismes específics de transport, que mantenen la diferencia de composició entre compartiments en un equilibri dinàmic. És a dir, les molècules es mouen però les proporcions es mantenen.
Mecanismes de transport: 1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Moviment d’aigua.
Difusió simple.
Difusió facilitada.
Transport actiu.
Filtració.
Pinocitosi.
Fagocitosi.
Moviment d’H2O – Osmosi Es produeix gràcies a les aquoporines, uns porus que deixen passar l’aigua que hi ha a la membrana plasmàtica. Les aquoporines són canals proteics altament selectius. L’aigua es mou a causa de els concentracions de solut, que genera forces osmòtiques, de les zones de baixa concentració a les d’alta concentració osmòtica.
Els soluts que generen osmosis són osmòticament actius (ions, proteïnes...). Són substàncies que tenen dificultats per travessar la membrana. Per mantenir l’equilibri, la membrana deixa moure l’aigua i el flux d’aquesta compensa la concentració de soluts.
La concentració osmòtica d’una solució és el nombre total de molècules osmòticament actives que té que poden crear flux d’aigua, per unitat de volum. No té res a veure amb la naturalesa de les partícules. Es calcula en miliosmols/L.
En el medi intern la concentració osmòtica és de 300 miliosmols/L. Aquesta concentració és universal per totes els espècies i organismes vius.
Aquesta dada fa dividir totes les solucions biològiques en tres grups: - Solucions isotòniques: 300 mosmols/L.
Solucions hipotòniques: >300 mosmols/L.
Solucions hipertòniques: <300 mosmols/L.
La pressió osmòtica és la pressió necessària per detenir el flux d’aigua generat per soluts osmòticament actius.
Tonicitat: efecte d’una solució biològica sobre el volum cel·lular. Depèn de la seva concentració osmòtica i de si és isotònica, hipotònica o hipertònica.
Filtració Pas net d’aigua dels vasos sanguinis a l’espai intersticial. No surten ni cèl·lules ni proteïnes plasmàtiques, potser sí ions i gasos dissolts.
Difusió simple Moviment continu d’ions i molècules que porta a la homogeneïtzació de les solucions. El moviment es produeix a favor del gradient de concentració (gradient de difusió): les partícules es mouen des d’on hi ha més concentració a on hi ha menys. Quan s’aconsegueix l’equilibri de concentracions, les molècules es continuen movent, en un equilibri dinàmic.
La intensitat i la rapidesa de la difusió simple depèn de: - Diferència de concentració: com més diferència hi ha, hi ha més difusió.
Medi: gasós, líquid...
Pes molecular de les partícules en solució.
Distància de difusió.
Àrea de secció de difusió.
Temperatura.
Hi ha dues formes de difusió simple a través d’una membrana biològica: 1. Dissolució en la bicapa lipídica. Només ho poden fer substàncies liposolubles, gasos (O2 i CO2) i colesterol. A més liposolubilitat més difusió hi pot haver.
2. Pas a través de zones hidrofíliques de la membrana. Aquestes són espais que queden entre proteïnes de les membranes, porus formats per proteïnes (ex: aquaporines)... En aquest cas la membrana té una permeabilitat determinada. Poden passar molècules d’aigua, ions i molècules hidrosolubles petites (urea).
La difusió d’ions és una mica especial. Es fa a través de canals proteics, que s’obren o es tanquen amb un mecanisme depenent del gradient electroquímic. La difusió està determinada per: - Tipus de porus: el nombre, l’estat (oberts, tancats o inactius) i càrrega.
Energia d’hidratació dels ions.
Gradient electroquímic: com els ions tenen càrrega, hi poden haver forces d’atracció i repulsió que facin que hi hagi difusió encara que no hi hagi gradient de concentracions.
Difusió facilitada Està associada a la presència de proteïnes transportadores. La difusió facilitada es veu determinada pel gradient de concentració de les molècules que volen travessar, i pel nombre de proteïnes transportadores presents. Es pot donar una saturació.
No implica cap cost energètic i a baixes concentracions de substrat és equiparable a la difusió simple.
La diferència clau en la velocitat de transport entre la difusió simple i la facilitada és el punt de saturació en la facilitada, que no existeix en la simple. Es pot observar en el gràfic.
Transport actiu També utilitza proteïnes transportadores, per la qual cosa té una cinètica de saturació a una alta concentració del substrat. Requereix un cost energètic ja que és un mecanisme de transport en contra de gradient, tant de concentració com elèctric.
Hi ha dos tipus de transport actiu, segons la base de l’aportació energètica: - - Transport actiu primari: obté l’energia de l’aportació de l’ATP. La mateixa proteïna transportadora és una ATPasa. La proteïna transportadora s’uneix al substrat (per afinitat modulada per cofactors), pateix un canvi de conformació i allibera el substrat a l’altra banda de la membrana. Després torna a l’estat inicial.
Dins el transport actiu primari és molt important la bomba de sodi-potassi. Aquesta depèn de magnesi, amb cada canvi conformacional treu tres ions sodi de la cèl·lula i n’entra dos de potassi. Es troba en totes les cèl·lules i és vital perquè manté la diferència iònica entre l’espai intracel·lular i extracel·lular, el potencial de membrana de les cèl·lules, que té un voltatge negatiu a l’interior.
Transport actiu secundari: utilitza gradient iònics per començar el transport, normalment de sodi. L’aportació d’energia és indirecta, perquè utilitza el gradient creat per la bomba, que sí que ha necessitat directament ATP. Té més unions extracel·lulars que intracel·lulars.
El simport o cotransport passa quan el solut es transporta en la mateixa direcció que l’ió. Per tant hi ha d’haver dos llocs d’unió en un mateix costat del transportador.
L’antiport o contratransport passa quan el solut es transporta en la direcció contrària a l’ió. Hi ha llocs d’unió en llocs oposats del transportador.
Endocitosi/Exocitosi És un transport a través de la membrana amb participació activa del citoesquelet. Suposa alteracions estructurals de la membrana. Hi ha dos tipus: - Fagocitosi: transport d’elements de gran mida.
Pinocitosi: transport de líquid i macromolècules en solució.
...