Fisiologia Animal T1 Introducció (2015)

Vista previa del texto

Laura Casas Ferrer 2n BQ UAB Fisiologia animal curs 14-15 1 INTRODUCCIÓ 1.1 QUÈ ÉS LA FISIOLOGIA. PRINCIPIS BÀSICS, MEDI INTERN I HOMEÒSTASI.
La fisiologia és la part de la biologia que estudia el funcionament dels éssers vius. És una disciplina molt complexa, ja que pot anar des de l’anàlisi de com funcionen a nivell molecular fins a nivell d’organisme sencer, passant per les cè·lules, teixits, òrgans i sistemes que el conformen. El què obtindrem serà una visió conjunta de tots aquests nivells que integren l’organisme i com es relacionen entre ells.
La complexitat d’aquesta disciplina ve donada pel gran nombre d’espècies que integren els éssers vius i les seves particularitats. En aquesta assignatura es parlarà sols de fisiologia animal, ja que molts dels processos fisiològics bàsics són comuns en tots els organismes del regne animal.
Dins dels nivells de la fisiologia, ens centrarem en els sistemes. N’hi ha 10, que formen l’organisme viu: 1 Circulatori, necessari per al transport de substàncies.
2 Respiratori, per captar oxigen del medi.
3 Digestiu, per captar nutrients del medi extern i digerir-los.
4 Reproductor, essencial per a la perpetuació de l’espècie.
5 Sistema excretor per eliminar productes de rebuig.
6 Sistema nerviós, 7 Sistema Endocrí, per coordinar a tots els sistemes.
8 Immunitari, per donar resposta davant de patògens.
9 Sistema musculoesquelètic per permetre el moviment.
10 Sistema tegumentari (pell) que proporciona aïllament.
Cal integrar totes aquestes funcions perquè l’organisme visqui i funcioni adequadament. A més a més, però, són necessaris dos elements més perquè l’organisme funcioni com a tal: una relació amb l’entorn i poder ser capaços d’adaptar-se als canvis que es produeixin en aquest.
Laura Casas Ferrer 2n BQ UAB Fisiologia animal curs 14-15 A continuació s’explicaran les bases de la fisiologia animal; ens defineixen quines característiques compleixen els organismes animals a nivell general per a poder viure: MEDI INTERN: és tot el que envolta les cèl·lules. NO SÓN LES CÈL·LULES! La seva definició va ser proposada per Claude Bernard. Va observar diferents animals, i va veure que les condicions que complia aquest medi que envoltava les cèl·lules eren constants en tots ells. Els paràmetres que composen el medi intern són el pH, la pressió osmòtica, la concentració d’ions, el volum d’aquest medi intern, els nivells de nutrients, i la temperatura.
L’homeòstasi va ser un concepte proposat per Cannon, posteriorment a que Bernard definís el medi intern.
L’HOMEÒSTASI és la constància d’aquest medi intern, i tots els processos que s’encarreguen de que sigui així s’anomenen homeostàtics. Aquesta necessitat de mantenir els nivells sempre constants és que estem contínuament sotmesos a factors externs que alteren aquests nivells. Com a exemple, posarem el què succeix en el cos per mantenir la homeòstasi després d’una ingesta glucídica: ens alimentem, i llavors el nivell de glucosa en sang augmenta i cal retornar-lo al seu estat basal, disminuïr-lo. Les cèl·lules pancreàtiques detecten aquest nivell anòmal i generen una resposta: alliberen insulina al torrent sanguini, que passarà als teixits diana i aquests captaran la glucosa, disminuïnt-ne el nivell en sang. Una resposta similar succeïria en el cas de que el nivell de glucosa en sang fos massa baix. És important mantenir estable el nivell de glucosa en sang, perquè òrgans tan importants com el cervell depenen exclusivament d’aquesta molècula per obtenir energia i funcionar correctament. Altres òrgans, en canvi, només utilitzaran la glucosa quan aquesta es trobi en nivells molt alts.
Segons els mecanismes homeostàtics, tenim dos tipus d’animals: els conformistes i els reguladors. Els conformistes s’adapten als canvis del medi extern; en canvi els reguladors tenen mecanismes que mantenen estable la variable que és afectada pel medi. Un exemple d’això són els animals poiquiloterms (“de sang freda”) i els animals homeoterms (“de sang calenta”). Els poiquiloterms baixen la temperatura corporal quan també baixa la del medi; per això són animals que solen viure en climes càlids i amb temperatura constant. Són un exemple d’animals conformistes. Els animals homeoterms, en canvi, tenen mecanismes per regular la seva temperatura corporal i la poden mantenir estable independentment dels canvis del medi. Aquests animals són més lliures i poden ocupar més varietat d’hàbitats.
Un exemple particular és el salmó, que per a la variable “temperatura” és un animal poiquiloterm (conformista) però en canvi per a la variable “concentració de Clor” són reguladors, i per això poden viure tant en rius com en el mar. Els humans som reguladors gairebé de tot.
Laura Casas Ferrer 1.2 2n BQ UAB Fisiologia animal curs 14-15 REGULACIÓ I MECANISMES DE RETROALIMENTACIÓ (FEEDBACK).
Gairebé tots els processos fisiològics utilitzen la regulació per retroalimentació negativa. Consisteix en què quan una variable es dispara cap amunt o cap avall els mecanismes de retroalimentació engeguen mecanismes per oposar-se a aquesta variable que s’ha disparat. Els elements clau del procés són: 1 Sensor, que detecta el canvi en la variable i genera un senyal; 2 Centre regulador o integrador que rebrà el senyal del sensor i el traduïrà per enviar-lo a l’efector; 3 Efector, que modificarà la situació per retorar la variable a l’estadi original.
Com a exemple posarem el camí que segueix el senyal per arribar al feedback negatiu quan la concentració de glucosa en sang puja, i també quan la pressió arterial puja: Puja nivell de glucosa en sang  1 cèl pancreàtica 2 sistema endocrí, que fara insulina 3 teixit muscular, teixit adipós, fetge que captaran la glucosa i la degradaran.
Pressió arterial puja  1 sensors baroreceptors arterials 2 sistema nerviós 3 vasos sanguinis, que es vasodilataran perquè baixi la pressió arterial.
No tots els processos estan regulats per feedback negatiu! En alguns casos també es pot donar el positiu: una variable es dispara i encara reforça més que aquesta augmenti o disminueixi. Un exemple molt clar són les contraccions de la paret de l’úter quan s’ha de fer sortir el nounat en acabar el període de gestació. La variable que augmenta és la pressió de les parets de l’úter. Això provoca reflexos que van al sistema nerviós i fan que s’alliberi oxitocina; l’oxitocina augmentarà les contraccions i per tant la pressió, s’estimularan més els nervis i es farà més oxitocina, i així successivament fins que es produeixi el part.
1.3 TRANSPORT A TRAVÉS DE LA MEMBRANA PLASMÀTICA.
Cada cèl·lula té unes necessitats concretes i la permeabilitat d’aquesta un nutrient varia en funció d’això.
1.4 COMUNICACIÓ INTERCEL·LULAR. RECEPTORS. MISSATGERS INTRACEL·LULARS.
La comunicació entre cèl·lules pot donar-se de moltes maneres diferents: SENYALITZACIÓ DIRECTE: és el contacte directe entre cèl·lules adjacents per transmetre’s entre elles determinades molècules. Procés que es dona a través de GAP junctions o canals de baixa resistència. Sobretot passen ions, aminoàcids, glucosa. El més important són els ions, perquè són imprescindibles per a la comunicació nerviosa i la sincronització de les neurones.
Una cèl·lula emissora allibera al líquid intersticial un missatger químic, i aquest fa contacte amb una cèl·lula propera. Aquesta pot ser una cèl·lula veïna (senyalització paracrina) o bé la mateixa cèl·lula (senyalització autocrina). Perquè una cèl·lula diana pugui activar-se o reaccionar per rebre aquest missatger ha de tenir un receptor específic per aquest missatger químic.
SENYALITZACIÓ NEUROENDOCRINA: una cèl·lula fa un missatger i aquest és alliberat al líquid intersticial, d’aquí passa a la sang i arriba fins la cèl·lula diana, que està relativament allunyada de la cèl·lula emissora.
Laura Casas Ferrer 2n BQ UAB Fisiologia animal curs 14-15 S’anomenarà senyalització neurocrina si la cèl·lula emissora és una neurona i s’anomenarà senyalització endocrina si s’emet gràcies a una glàndula secretora endocrina.
SENYALITZACIÓ NERVIOSA: quan una neurona allibera un missatger químic i aquesta passa un breu espai abans de fer contacte amb la cèl·lula diana; per exemple la comunicació entre els axons neuronals i el teixit muscular, per donar una ordre de contracció. La diferència entre la senyalització nerviosa i la directe és que en la primera no hi ha contacte i en la segona sí.
Perquè el missatger pugui fer efecte sobre la cèl·lula diana cal que hi hagi una interacció amb un receptor específic. hi ha dos tipus de receptors: de membrana i nuclears. Dins dels receptors de membrana hi ha tres tipus: canals iònics, acoblats a proteïnes G, i amb activitat catalítica intrínseca.
RECEPTORS DE CANAL IÒNIC: són típics dels que responen a neurotransmissors, n’hi ha en abundància en cèl·lules excitables. Són receptors amb un domini transmembrana, i la unió de lligand a aquest receptor modifica la conductància a un ió determinat. Aquesta modificació pot ser per entrar l’ió, per evitar la seva entrada o per expulsar-lo del compartiment cel·lular, en funció del gradient de concentracions. Un exemple n’és el receptor nicotínic per a l’acetilcolina, que en rebre aquest NT augmenta la permeabilitat del sodi i aquest pot entrar dins la cèl·lula.
RECEPTORS ACOBLATS A PROTEÏNA G: són els majoritaris. Responen a missatgers químics molt diversos: proteics, peptídics (hormones), aminoàcids com Glu que actuen de NT, i derivats d’àcids grassos com les prostaglandines. Estructuralment, els receptors acoblats a proteïnes G tenen un domini transmembrana format per set dominis, i entre aquests afloren anells a l’espai extracel·lular formant un espai essencial d’unió amb el lligand. Els dominis orientats a l’espai citosòlic tenen funció reguladora. La proteïna G és una proteïna trimèrica formada per tres subunitats (alfa, beta, gamma); quan el receptor està lliure aquestes tres subunitats estan juntes i uneixen GDP. Quan el lligand s’uneix al receptor, això provoca un canvi conformacional que activa la proteïna G i passa a intercanviar GDP per GTP del medi. Llavors la subunitat alfa es dissocia de la betagamma i aquesta pot activar diferents enzims o canals iònics. Un dels enzims activats pot ser l’adenilat ciclasa, que fa AMPc (missatger intercel·lular), la fosfolipasa C, que trenca fosfolípids de membrana i sintetitza com a segons missatgers DAG i IP3. Altres obren canals de calci, etc.
La funció dels segons missatgers és que fa que la senyal produïda per un sol missatger s’amplifiqui. Els missatger secundaris que hem comentat abans activaran, en últim terme, quinases, calmodulines, que poden resultar en activació de factors de transcripció i activació de l’expressió gènica, inici de la proliferació cel·lular, etc.
Receptors sense activitat enzimàtica intrínseca: la unió amb el lligand provoca la dimerització del receptor.
Això fa que s’activi el receptor i que s’activin les proteïnes JAK i es fosforil·lin.
RECEPTORS NUCLEARS: propis de lligands liposolibles com ara hormones esteroidees derivades del colesterol i hormones tiroidees, doncs tenen la capacitat de travessar la membrana. El receptor per aquests lligands pot estar en el citosol o bé en el nucli. Si es troba en citoplasma, en unir-se el receptor es translocaran tots dos a nucli i s’uniran a promotors del DNA. Podem classificar aquests receptors en diversos tipus: 1 Solubles, els trobem lliures a citosol o dins de la matriu nuclear com els receptors de progesterona; 2 Glucocorticoides, que estan adherits a l’ADN, i responen a hormones tiroidees. Aquests receptors tenen un domini amino terminal variable, domini C central essencial per a la unió amb el DNA. Els llocs d’unió a hormones en Laura Casas Ferrer 2n BQ UAB Fisiologia animal curs 14-15 l’ADN s’anomenen HRE (Hormone Response Elements). Cada hormona té el seu lloc específic, i la unió de la hormona amb el receptor és el que determina la regulació de la transcripció gènica. El domini D té relació amb el moviment del receptor cap a dins del nucli. A l’extrem Ct tenim la zona que té relació amb la unió del lligand (zona E).
1.5 COMPARTIMENTS LÍQUIDS I COMPOSICIÓ.
Com ja hem comentat, una característica important del medi intern dels organismes és el volum d’aigua. En els humans, un 60% del pes corporal en un individu sa i adult està compost per aigua. Aquesta aigua està distribuïda segons: 40% líquid intracel·lular, 20% líquid extracel·lular. Entremig d’aquests dos tenim la membrana cel·lular, essencial per mantenir la composició iònica del medi cel·lular. Del líquid intracel·lular, ¾ d’aquest és líquid intersticial, i l’altre ¼ restant és el plasma líquid dels vasos sanguinis. Entre el líquid intersticial i el plasma tenim una barrera que són els endotelis dels vasos sanguinis.
La composició d’aigua pot variar en funció de l’edat, el sexe i la massa de teixit adipós, ja que aquest és el que menys aigua conté de tots els teixits (10%). La resta de teixits, com per exemple el cor i els pulmons (que són els que més) en tenen al voltant de 70%. És per això que les dones tenen menys aigua corporal que els homes.
Amb l’edat també disminueix el volum corporal d’aigua, i també la diferència entre homes i dones es torna més pronunciada.
Del 20% de líquid extracel·lular, un 5% pertany al plasma sanguini i la limfa (vasos limfàtics) i un 1% als líquids transcel·lulars, que es troben en llocs molt específics com ara el líquid cefaloraquidi dels ventricles del sistema nerviós i de la medul·la espinal, el líquid dels ulls, de l’aparell digestiu, i de filtrat glomerular a les nefrones durant la formació d’orina.
També incloem líquids amb funció protectora presents a les cavitats pleural, pericàrdica, etc.
que s’encarrega d’amortiguar els cops que puguin rebre els òrgans.
Laura Casas Ferrer 2n BQ UAB Fisiologia animal curs 14-15 Tenim tres tipus de líquids, que difereixen en el lloc on estan localitzats i la seva composició iònica: Líquid extracel·lular, líquid intersticial i líquid intracel·lular. Les diferències més pronunciades es poden apreciar entre els líquids extracel·lular i intracel·lular. La seva composició iònica en concentracions és la següent: Sodi –alta en líquid extracel·lular i baixa en líquid intracel·lular.
Potassi –baixa en líquid extracel·lular i alta en líquid intracel·lular.
Calci –alta en líquid extracel·lular i baixa en líquid intracel·lular.
Magnesi –baix en líquid extracel·lular i alta en líquid intracel·lular.
Clor –alt en líquid extracel·lular i baixa en líquid intracel·lular.
Proteïnes (anions orgànics) –alta en líquid extracel·lular i baixa en líquid intracel·lular. Interessa que hi hagi un nivell elevat de proteïna al líquid extracel·lular perquè així s’impedeix la sortida d’aigua per part de les cèl·lules endotelials cap al sistema circulatori, la qual cosa podria ser molt perjudicial per a l’organisme.
...