Organización funcional del cuerpo humano y control del «medio interno»
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La fisiología es la ciencia que pretende explicar los mecanismos físicos y químicos responsables del
origen, desarrollo y progresión de la vida. Cada tipo de vida, desde el virus más simple hasta el árbol
más grande o el complicado ser humano, posee sus propias características funcionales, por lo que la
mayoría de las funciones fisiológicas pueden separarse en fisiología vírica, fisiología bacteriana,
fisiología celular, fisiología vegetal, fisiología de los invertebrados, fisiología de los vertebrados,
fisiología de los mamíferos, fisiología humana y muchas otras subdivisiones.
Fisiología humana
La ciencia de la fisiología humana intenta explicar las características y mecanismos específicos del
cuerpo humano que hacen que sea un ser vivo. El hecho de mantenerse vivo es el resultado de sistemas de
control complejos. El hambre nos hace buscar alimentos y el miedo nos lleva a buscar refugio. Las
sensaciones de frío nos impulsan a buscar medios para calentarnos y otras fuerzas nos hacen buscar
compañía y reproducirnos. El hecho de que seamos seres que perciben, sienten y aprenden forma parte de
esta secuencia automática de la vida; estos atributos especiales nos permiten existir en situaciones muy
variables, que en caso contrario harían imposible la vida.
Las células como unidades vivas del cuerpo
La unidad viva básica del cuerpo es la célula. Cada órgano es un agregado de muchas células diferentes
que se mantienen unidas mediante estructuras de soporte intercelulares.
Cada tipo de célula está especialmente adaptado para realizar una o más funciones concretas. Por
ejemplo, los eritrocitos, cuya cantidad asciende aproximadamente a 25 billones en cada ser humano,
transportan el oxígeno desde los pulmones a los tejidos. Aunque los eritrocitos son las más abundantes
entre todas las células corporales, hay 75 billones de células más de otros tipos que realizan funciones
diferentes. El cuerpo en su conjunto contiene en torno a 100 billones de células.
Aunque las múltiples células del cuerpo son muy diferentes entre sí, todas ellas tienen determinadas
características básicas que son similares. Por ejemplo, el oxígeno reacciona con los hidratos de carbono,
grasas y proteínas para liberar la energía necesaria para mantener las funciones de todas las células. Por
otra parte, los mecanismos químicos generales que permiten cambiar los nutrientes en energía son
básicamente los mismos en todas las células y todas las células liberan los productos de sus reacciones
químicas en los líquidos circundantes.
Además, prácticamente todas las células tienen la capacidad de reproducirse formando más células de
su propia estirpe. Por fortuna, cuando se destruyen células de un tipo en particular, el resto de las células
de este tipo genera nuevas células hasta rellenar el cupo.
Líquido extracelular: el «medio interno»
El 60% del cuerpo humano del adulto es líquido, principalmente una solución acuosa de iones y otras
sustancias. Si bien casi todo este líquido queda dentro de las células y se conoce como líquido
intracelular, aproximadamente una tercera parte se encuentra en los espacios exteriores a las células y se
denomina líquido extracelular. Este líquido extracelular está en movimiento constante por todo el cuerpo
y se transporta rápidamente en la sangre circulante para mezclarse después entre la sangre y los líquidos
tisulares por difusión a través de las paredes capilares.
En el líquido extracelular están los iones y nutrientes que necesitan las células para mantenerse vivas,
por lo que todas ellas viven esencialmente en el mismo entorno de líquido extracelular. Por este motivo,
el líquido extracelular también se denomina medio interno del organismo, o milieu intérieur, un término
que fue introducido hace más de 150 años por el gran fisiólogo francés del siglo xix Claude Bernard
(1813-1878).
Las células son capaces de vivir y realizar sus funciones especiales, siempre que este medio interno
disponga de las concentraciones adecuadas de oxígeno, glucosa, distintos iones, aminoácidos, sustancias
grasas y otros componentes.
Diferencias entre los líquidos extracelular e intracelular
El líquido extracelular contiene grandes cantidades de iones sodio, cloruro y bicarbonato más nutrientes
para las células, como oxígeno, glucosa, ácidos grasos y aminoácidos. También contiene dióxido de
carbono, que se transporta desde las células a los pulmones para ser excretado junto con otros residuos
celulares que se transportan a los riñones para su excreción.
El líquido intracelular es muy distinto del líquido extracelular; por ejemplo, contiene grandes
cantidades de iones potasio, magnesio y fosfato en lugar de los iones sodio y cloruro que se encuentran
en el líquido extracelular. Los mecanismos especiales de transporte de iones a través de la membrana
celular mantienen las diferencias en la concentración de iones entre los líquidos extracelular e
intracelular. Estos procesos de transporte se comentan en el capítulo 4.
Homeostasis: mantenimiento de un medio interno casi constante
En 1929, el fisiólogo estadounidense Walter Cannon (1871-1945) acuñó el término homeostasis para
referirse al mantenimiento de unas condiciones casi constantes del medio interno. Esencialmente todos
los órganos y tejidos del organismo realizan funciones que colaboran en el mantenimiento de estas
condiciones relativamente constantes, por ejemplo, los pulmones aportan el oxígeno al líquido
extracelular para reponer el oxígeno que utilizan las células, los riñones mantienen constantes las
concentraciones de iones y el aparato digestivo aporta los nutrientes.
Los diversos iones, nutrientes, productos de desecho y otros componentes del organismo están
regulados normalmente dentro de un intervalo de valores, no poseen valores fijos. Para algunos de estos
componentes, el intervalo en cuestión es extremadamente reducido. Por ejemplo, las variaciones en la
concentración de iones hidrógeno en la sangre se sitúan por lo general por debajo de 5 nanomoles por
litro (0,000000005 moles por litro).
La concentración de sodio en sangre está también estrechamente
regulada, y varía en general en unos milimoles por litro, aun cuando existan cambios importantes en la
ingestión de sodio; sin embargo, estas variaciones en la concentración de sodio son al menos 1 millón de
veces superiores a las de los iones hidrógeno.
Existen poderosos sistemas de control para mantener las concentraciones de sodio e hidrógeno, así
como la mayoría de los demás iones, nutrientes y sustancias del organismo, en niveles que permitan que
las células, los tejidos y los órganos lleven a cabo sus funciones normales, pese a grandes variaciones
ambientales y a las dificultades derivadas de lesiones y enfermedades.
Gran parte de este texto está dedicado a la forma en que cada órgano o tejido contribuye a la
homeostasis. Las funciones normales del organismo exigen acciones integradas de células, tejidos,
órganos y los múltiples sistemas de control nervioso, hormonales y locales que contribuyen
conjuntamente a la homeostasis y a la buena salud.
A menudo, la enfermedad se considera un estado de ruptura de la homeostasis. Sin embargo, incluso
en presencia de enfermedades, los mecanismos homeostáticos siguen activos y mantienen las funciones
vitales a través de múltiples compensaciones. Estas compensaciones pueden conducir en algunos casos a
desviaciones importantes de las funciones corporales con respecto al intervalo normal, lo que dificulta la
labor de diferenciar la causa principal de la enfermedad de las respuestas compensadoras. Por ejemplo,
las enfermedades que impiden la capacidad de los riñones de excretar sales y agua pueden conducir a una
elevación de la presión arterial, que inicialmente ayuda a recuperar valores normales de excreción, de
forma que sea posible mantener un equilibrio entre la ingestión y la excreción renal.
Este equilibrio es
necesario para el mantenimiento de la vida, pero los períodos de tiempo prolongados de alta presión
arterial pueden provocar perjuicios en diversos órganos, entre ellos, los riñones, lo que deriva en nuevos
aumentos de la presión arterial y, con ello, más daños renales. De este modo, las compensaciones
homeostáticas que se producen en el organismo después de una lesión, una enfermedad o de cambios
ambientales importantes pueden verse como un «compromiso» necesario para mantener las funciones
vitales si bien, a largo plazo, pueden contribuir a inducir anomalías adicionales en el organismo. La
disciplina de la fisiopatología pretende explicar cómo se alteran los diversos procesos fisiológicos
durante las enfermedades y las lesiones.
Este capítulo expone los distintos sistemas funcionales del organismo y sus contribuciones a la
homeostasis, para después revisar brevemente la teoría básica de los sistemas de control corporal que permiten colaborar a los distintos sistemas funcionales para mantenerse unos a otros.
Transporte en el líquido extracelular y sistema de mezcla: el aparato circulatorio
El líquido extracelular circula por el organismo en dos etapas. La primera de ellas consiste en el
movimiento de la sangre por el cuerpo dentro de los vasos sanguíneos, y la segunda es el movimiento del
líquido entre los capilares sanguíneos y los espacios intercelulares entre las células tisulares.
En la figura 1-1 se muestra la circulación general de la sangre. En este modelo toda la sangre atraviesa
la totalidad del circuito una media de una vez por minuto cuando el cuerpo está en reposo y hasta seis
veces por minuto cuando la persona está muy activa.
