1.Introduccion a La Fisiologia y Sistemas de Control

7/22/2019 1.Introduccion a La Fisiologia y Sistemas de Control

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Introduccin a la Fisiologa y Sistemas de Control

Adriana Surez Urhan, MD, MSc. Profesora Asociada

Escuela de Medicina

Departamento Fisiologa

Curso ME 2012Carrera Acreditada por el

SINAES


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Contenidos de la clase

Gua de estudio Qu es y qu estudia la Fisiologa?

Enfoque mecanicista vs enfoque teleolgico.

Homeostasis

Estado estacionario vrs equilibrio

Sistemas de control: Retroalimentacin positivay negativa. Ganancia y atenuacin del error del

sistema Regulacin anticipada prealimentacin

Ritmos biolgicos

Niveles fisiolgicos de control

Dra. Adriana Surez Urhan MSc Profesora Asociada2


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Gua de estudio

Objetivo 1: Comprender el funcionamiento de lossistemas fisiolgicos de regulacin que permiten lahomeostasis corporal.

La clase ser una gua importante para este tema.

Boron: Captulo 1

Drucker: Captulo 46

Dvorkin, Cardinale, Iermoli: Cronobiologa pag 1052 a1064

ATPs

Froy O. Circadian Rhythms, Aging, and Life Span in

Mammals. Physiology. 26: 225-235, 2011


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Qu estudia la fisiologa?

El funcionamiento normal del cuerpohumano.

Boron: Es el estudio dinmico de la vida.

Griego: physis y logia: Conocimiento,

lgica, estudio de la naturaleza

Dra. Adriana Surez Urhan MSc Profesora Asociada

La funcin se basa en la estructura (anatoma). Es una disciplina experimental, dinmica e integradora.

Propiedades emergentes. Somos ms que la suma de las partes.


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Algunos Tipos de Fisiologa

Fisiologa del ejercicio

Fisiologa cardiovascular, respiratoria

Fisiologa celular y molecular

Fisiologa comparativa

Fisiologa mdica: visin global delfuncionamiento del organismo humano.

Fisiologa genmica y protemica: papel de losgenes y su expresin en la fisiologa

Fisiopatologa


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Niveles de organizacin y campos de estudio relacionados


El estudio de la fisiologa involucra todos estos niveles!!!

La fisiologa es la madre de varias ciencias biolgicas:

bioqumica, biofsica, la farmacologa, neurociencias


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Pensamiento fisiolgico

Mecanicista

Leyes de fsica y qumica

explican los fenmenos.

Causa y efecto Explicar mecanismos

(procesos). Cmo suceden

las cosas?

Pregunta: Cmo?, Porqu?

Nos impulsa a la

investigacin.

Vitalista

Una fuerza vitalexplica

los fenmenos.

Explica fenmenos desde unpunto de vista de la

finalidad o propsito

(teleologa).

Pregunta: Para qu sirve?

Noestimula la investigacin

cientfica.



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Por qu aumenta el flujo sanguneo a los msculos que se

encuentran activos?

Respuesta teleolgica: Para suplir almsculo con ms nutrientes ya que ste losnecesitanpara contraerse.

Respuesta mecanicista: Al contraerse unmsculo se produce vasodilatacin por lo

que aumenta el flujo de la sangre. Sangrefluye a zonas de menor resistencia.


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9Dra. Adriana Surez Urhan MSc Profesora Asociada


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Claude Bernard (fisilogo francs 1878)

Padre de la fisiologa.

Organismos se relacionan con dos ambientes:

1. Medio externo: rodea al organismo

2. Medio interno: corresponde al lquido extracelular que rodea a

las clulas. Es el anlogo al mar primitivodonde se origin la

vida.


La constancia del medio interno

es la base de la vidaindependiente.


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Caractersticas de los organismos vivos que sern

estudiadas en el curso

Intercambio de materia y energa con el

medio ambiente.

Recepcin de informacin del ambiente y

las conductas desencadenadas.

Ciclo de crecimiento y reproduccin.

Adaptacin a circunstancias cambiantes


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Homeostasis (homeo: similar; stasis: condicin)

El control de un parmetro vital

constancia del medio interno y los

mecanismos fisiolgicos que la determinan.

Trmino acuado por Walter Cannon (1929)

Se lleva a cabo por medio de mecanismos de

control o sistemas de control.



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Mecanismos homeostticos

La homeostasis es el control de una variable parmetro fisiolgico (variableregulada): presin arterial, volumen sanguneo, temperatura corporal, PO2,

PCO2, glicemia, conentracin de K+, Ca++, pH, niveles de hormonas.

En las clulas tambin hay mecanismos homeostticos que regulan: volumen

celular, pH intracelular, osmolalidad intracelular, niveles de energa (ATP).

Mecanismos homeostticos son redundantes.

Homeostasis requiere de energa.

Variable regulada NO se encuentra en equilibrio. Se encuentra en un estadoconstante estacionario pero Noen equilibrio.

Homeostasis NOsignifica equilibrio.


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En los sistemas, debe distinguirse entre el

equilibrio y el estado estacionario:

Equilibrio:

Se alcanza despus

de cierto tiempo enausencia de fuerzasexteriores

Para romperlo es

imprescindible elaporte de energa alsistema

Estado estacionario

dinmico:

La variable regulada setrata de mantener

estable.

Se debe adicionar

energa al sistemaconstantemente para

mantener estable la

variable regulada



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Hay un desequilibrio

dinmico entre el

LEC y el LIC.

Hay un estado de

desequilibrio qumico

entre el LEC y el

LIC.

Desequilibrio

qumico es posible

por aporte de energa.

Ej.: Na +-K+ATPasa


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Carga

corporal

existente

Entrada o

produccin

metablica

Excrecin o

eliminacin

metablica

Equilibrio de

masas

Ley de equilibrio de masas



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Ej.: CncerEnf. Autoinmune,

Enf hereditarias

Ej.: txinas,

agentesinfecciosos,

traumas



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Sistemas de control fisiolgico

Sistema: conjunto de partes coordinadas por una ley u ordenadamente y

dinmicamente relacionadas entre s que contribuyen a determinado objetivo

o funcin.

Permiten mantener la homeostasisdel organismo.

Permiten mantener la constancia en la composicin y las propiedades del medio

interno del organismo.

Homeostasis se mantiene por:

1. Vas intracelulares

2. Vas locales: respuestas autocrinas o paracrinas. Ej.: PO2 disminuye

localmente, lo que promueve liberacin de sustancias vasoactivas

(vasodilatacin)

3. Vas de larga distancia (vas de control reflejas): por cambios a nivel

sistmico. Con centro integrador alejado del sitio afectado. Involucran al

sistema nervioso y al sistema endocrino.



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19Figure 6-22Dra. Adriana Surez Urhan MSc Profesora Asociada


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Partes de un sistema de control

1. Variable regulada parmetro controlado (estmulo)

2. Sensor receptor

3. Va aferente

4. Centro integrador controlador

5. Va eferente

6. Diana Efectores

7. Respuesta

Valor de ajuste o nivel de referencia del sistema (puede variar).

Seal de error: diferencia entre valor de la variable y el valor de ajuste.



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21Figure 6-25 - OverviewDra. Adriana Surez Urhan MSc Profesora Asociada


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Sistema de retroalimentacin

Retroalimentacin negativa: Mantienen homeostasis.El cambio inicial en la variable regulada es atenuado.Ej. barorreflejo. Estabiliza el sistema. Variable oscilaalrededor del valor de ajuste.

Retroalimentacin positiva: aumenta o magnifica el

cambio inicial. No son homeostticos. Desestabiliza elsistema. Variable se aleja cada vez ms del valor deajuste. Evento externo detiene la respuesta.



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23Figure 6-27bDra. Adriana Surez Urhan MSc Profesora Asociada


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24Figure 6-28

Sistema de

Retroalimentacin

positiva


La salida del sistema o alguna

funcin de la salida misma se

agrega a la entrada (dando como

resultado una salida mayor). Se le

conoce como fenmeno de crculo

vicioso


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25Figure 6-27aDra. Adriana Surez Urhan MSc Profesora Asociada


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26Figure 6-26Dra. Adriana Surez Urhan MSc Profesora Asociada


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Un sistema de control cerrado

Representacin grfica de un sistema regulado cerrado. El modelo de referencia representa el

valor empleado por el comparador (punto lmite o set point) para ajustar la variable controlada.

La retroalimentacin puede ser positiva o negativa. En el caso de la protoalimentacin existensensores para la deteccin de perturbaciones antes de que estas acten sobre el sistema.

perturbacin

Modelo

de

referencia

Comparador

Sensor

EfectorAmplificador

Variable controlada

seal de

error

seal de

gobierno

Sensor

seal de

protoalimentacin

seal de

retroalimentacin

CONTROLADOR

Comando

central


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Sistemas de control

Pueden funcionar como una redde control.

Diferentes sistemas pueden funcionar en formasinrgica en forma antagnica.

Jerarquas de sistemas de control Muchos sistemas de control son redundantes.

Se atienden prioridades: volumen vstemperatura; volumen vs osmolalidad.

Sistemas de control cambiantesnos permitenadaptarnos a diferentes ambientes.


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Ganancia y atenuacin del error del sistema

Ganancia del sistema: corregido/ error

Atenuacin del error: (1/G+1)x 100

Tau: tiempo de repuesta del sistema

Ej: Si PAM baja a 50 mmHg y por barorreflejoregresa a 80 mmHg. Ganancia: 30/13,33= 2,25

Ae: (1/ 2,25 +1)x100= 30,76 Error qued en un30.76% de lo que hubiera quedado sin que elbarorreflejo acte.


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Regulacin anticipada control por prealimentacin

Homeostasis predictiva u homeoquinesis


Un centro superior influye sobre el centro integrador. Ncleo

supraquiasmticodel hipotlamo (marcapaso endgeno,

relojbiolgico).

La experiencia es importante en este tipo de regulacin

Ejemplos: 1. Secrecin de cortisol aumenta antes de despertarse.2. Temp corporal aumenta antes de levantarse.


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Ritmo biolgico: Recurrencia temporal de un fenmeno en un

sistema biolgico en intervalos regulares: 6 h, 24 h, 1 mes, 1

ao.

Ncleo supraquiasmtico

Marcapaso (reloj biolgico): grupode neuronas con actividad espontnea.

La luz es el principal agente

sincronizador (zeitgeber) del

marcapaso endgeno.

Sin ciclos luz-oscuridad, el reloj

biolgicoanda libregenerando

ciclos de alrededor 24 h (tau).Drucker R. Fisiologa mdica. Mxico: El ManualModerno, 2005.


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Tipo de ritmos biolgicos endocrinos y reproductivos

Tipo de ritmo Duracin Ejemplos

circadiano 20 a 28 h Secrecin cortisol,prolactina, TSH,

melatonina

ultradiano < 19 hSecrecin pulstil de LH

infradiano > 28h Ciclos estrales

circalunares Mes lunar 29,5 d Ritmo menstrual

circanuales 1 ao Hibernacin yreproduccin en algunasespecies

Drucker R. Fisiologa mdica. Mxico: El Manual Moderno, 2005.


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Los relojes circadianoscontrolan

gran variedad de sistemas fisiolgicos

Metabolismo energtico

Motilidad del tracto GI

Ciclos vigilia-sueo

Actividad cardiovascular

Secreciones endocrinas

Temperatura corporal

Actividad renal

Actividad locomotora


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Ritmos biolgicos Organismos predicenlos ciclos da-noche por medio de

ritmos endgenos que se encuentran sincronizadosporla luz.

Hay un cambio en el valor de ajuste de la variableregulada.

Son endgenos y se sincronizan con seales del medioambiente conocidas como sincronizadores, Ej. el ciclode luz-oscuridad, tiempos alimentac

Estn determinados genticamente (se presentan auncuando el individuo est aislado de los estmulossincronizadores del ambiente). Genes reloj: per1(perodo), per2, per3, clock, cry1 y cry2.


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35Froy O. Circadian Rhythms, Aging, and Life Span in Mammals. Physiology. 26: 225-235, 2011.

Asas de retrocontrol de transcripcin y traduccin de genes reloj


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Glndula Pineal

Es un transductor neuroendocrino. Pinealocitos secretan melatonina en oscuridad por

estmulo simptico NE: Rs1 (seal on), AMPc, PKA,

activa NAT, aumenta secrecin melatonina. Seal off:

Expresin de ICER ( inducible cAMP early represorgene) que inhibe expresin de gen de NAT.

Muy vascularizada. Sin BHE. Con inervacin simptica

del GCS.

Bajo control del ncleo supraquiasmtico

Frecuentemente con depsitos calcreos en el adulto


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37Drucker R. Fisiologa mdica. Mxico: El Manual Moderno, 2005.

Vas neurales que conectan

glndula pineal con entrada

de luz al organismo

Vas que conectan al NPV

con adrenales

ME: eminencia media

Pit: hipfisisDMV: ncleo motor dorsal del vago

IML: sust intermedio lat

SCG: ganglio cervical superior

Dibner C Schibler U Albrecht U The Mammalian Circadian Timing

System: Organization and Coordination of Central and PeripheralClocks. Annu. Rev. Physiol. 2010. 72: 517-549


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Melatonina (N-acetil-5-metoxi-triptamina)

Es una seal humoral que marca el tiempoa otros sistemas fisiolgicos.

Se secreta en la noche. Luz inhibe secrecin.

Producida por pinealocitos de glndula pineal y en retina, tracto GI, piel, mdulasea.

Molcula conservada en evolucin desde bacterias hasta humanos.

Vida media en plasma: 10 min

70% viaja unida a albmina

Secrecin comienza a 26 sem gest. Niveles mayores se ven entre 1-3 aos edad.Disminuye en pubertad y sigue disminuyendo toda la vida.

90% se metaboliza en hgado y se excreta en orina.

Funciones: sincronizar ritmos biolgicos con ciclos de luz oscuridad(fotoperiodicidad); inhibe secrecin de gonadotrofinas; inhibe secrecin de GH,TSH, ACTH y PRL; estimula secrecin de somatostatina; es un antioxidante;regula el sueo; disminucin de temperatura corporal en la noche (causavasodilatacin de arterias de piel);


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Mecanismo de accin de melatonina

Rs de membrana: MT1 (Gq11y Gi) y MT2(inhiben guanilato ciclasa)

MT1 (ms prevalente) en NSQ, hipotlamo,

cerebelo, corteza, tlamo , retina, pars tuberalis dehipfisis, arterias cerebrales, linfocitos, clulasgranulosas de folculos preovulatorios,espermatozoides, plaquetas, tej mamario.

Rs intracelulares tipo RZR/RORy Se une a complejo Ca+2 CAM y lo inactiva

Como antioxidante.


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40Drucker R. Fisiologa mdica. Mxico: El Manual Moderno, 2005.

Sntesis de melatoninaNAT: enzima reguladora.

Se activa en la oscuridad

por estimulacin de

pinealocitos por NE

(receptores beta 1)


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Tejidos perifricos tienen relojes biolgicos (marcapasos). Del

transcriptoma de stos tejidos, 5-20% se transcribe en forma

cclica. Mayora de stos genes son tejido especficos.

Froy O. Circadian Rhythms, Aging, and Life Span in Mammals. Physiology. 26: 225-235, 2011.


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Modelo que describe el

efecto de diferentes

regmenes de alimentacin

sobre los marcapasos

(relojes internos) central y

perifricos.

Froy O. Circadian Rhythms, Aging, and Life Span in Mammals. Physiology. 26: 225-235, 2011.


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43Figure 6-1 - Overview

Niveles Fisiolgicos de Control

Uniones en hendidura:

conexinas forman

conexn.

Seales dependientes del contacto:

molculas de adhesin celular

(yuxtacrino)


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Comunicaciones a larga distancia: endocrina, neurocrina,

neurotransmisin

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