PRINCIPIOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE BÁSICOS DE FISIOLOGÍAFISIOLOGÍA

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

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:

1. El organismo 2. El ambiente

Claude Bernard

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

Control del cambio

FISIOLOGÍA

Analizar y entender

Conocer y entender (acontecimientos y act. FUNCIONES)

Comprender en términos físicos y químicos los mecanismos que ocurren en los seres vivos (a todo nivel: celular hasta el animal completo)

Ciencia compleja y variada

División:•General•Celular•Del órgano•Ambiental•Respiración•Reproducción•Digestiva

Áreas de solapamieto

•Amplia variedad de fenómenos funcionales

•Gran N° de sps.

•Gama de niveles de organización

PoblaciónMoléculasÁtomos

F. sistémicaF. sistémica S. NerviosoS. Nervioso S. MuscularS. Muscular S. EndocrinoS. Endocrino S. S. CardiovascularCardiovascular S. RespiratorioS. Respiratorio S. RenalS. Renal S. S. ReproductorReproductor S. DigestivoS. Digestivo

Cerebro

Corazón

Branquiaspulmones

Cerebro

O2, glucosa

O2

Órdenes

nerviosas

No es la misma

25,50,10 años

FISIOLOGÍA

Investigación acelerada

Aparición de nuevas técnicas e instrumentos

Ciencia de carácter cambianteNuevos

conocimientos no anulan los antigüos

Fis. de los organismo

s acuáticos

Adicionar

Creer en ellos

Historia evolutivaPlaneta

Leyes físicas

Química

Vida: Procesos biológicos fundamentales son compartidos por todos los animales

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.

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.

Claude Bernard

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”.

F. Moderna 1865, con C. Bernard Introducción a la Medicina Experimental

En los años 1700 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 1º 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.

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

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

CAMPOS DE LA FISIOLOGÍA

Morfología y Fisiología

Fisiología y

Genética

Fisiología Comparada

Fis. Celular y General

• E y F son 2 entidades inseparables• Más sutil en los niveles más bajos• Frey Wyssling: la es el TIEMPO

Morfología

Animal muertos. Describe atributos espaciales y físicos

Fisiología

Animal vivo

Morfología y Fisiología

Conceptos Morfológicos: Similaridad, simetría, segmentación.

Diseño Biológico de la Forma y Tamaño:

Metamerización

Simetría bilateral Simetría radial

Fisiología Celular y General

(período de categorización – caracterización)

1a fase morfofisiológico tipos celulares (Enfasis fis. cambios de estructura papel Nu en la célula2a 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

Interesada en estructura y función de las células

Principios básicos para entender la actividad de todos los seres vivos

Teoría Celular

Leyes F y Q, campo + anplio pero necesita

de FC

A nivel celular hay > semejanza que diferencia cél. especializadas

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:

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).

Disciplina conexa

Qué es ecofisiología ?Qué es ecofisiología ?

diversidade fisiológica ambiente

ecologia dos organismos

GENÉTICA Y FISIOLOGÍA

• Información contenida en ADN es el resultado de muchas generaciones de selección

Mutación + Mutación -

Favorecen la supervivencia reproducción

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

Ha determinado

A través de la SN

Estructura y función y aún comportamiento

• Weissman

Proceso oculto de la evolución : “Supervivencia DNA (gametos)

Codifica una sp.

Se pierde una sp

Si se pierde

DNA

Cél. SomáticasSimbiosis

Han evolucionado con el propósito final de supervivencia del ADN de células germinales de la sp.

A través de SN

CONCEPTOS FUNDAMENTALES EN FISIOLOGÍA

Nivel letalExperimentación

Vitalismo

Mecanicismo

Finalidad Regulación

Adaptación

Tolerancia

Resistencia

CONCEPTOS FISIOLÓGICOS FUNDAMENTALES

1) EXPERIMENTACIÓN:

Observación Hipótesis Experimentación Repetición

Bioló ,Físi., Quim.

explicaciónDejó de ser teóricavalidar

Bajo condiciones controladas

2) VITALISMO: Vida es el resultado de una fuerza vital (sust. Especial).

Aceptada por la mayoria desde

Aristóteles

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

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

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.

Vida causa – efecto del mundo inanimado

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.

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

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

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

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

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

1. 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.

2. 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

3. 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".

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:

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.

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.

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.

Walter Cannon

Enfermedad:Enfermedad: Alteración de la homeostasis Alteración de la homeostasis

Control de la

homeostasis

• 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.

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.

Resp. Conductuales y no homeostáticas

Enantiasis la actividad enzimática se mantiene constante

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

Condiciones Condiciones esenciales del esenciales del medio interno:medio interno:

Concentración Concentración óptima de gases, óptima de gases, elementos elementos nutritivos, iones y nutritivos, iones y aguaagua Temperatura Temperatura óptimoóptimo Volumen óptimoVolumen óptimo

m.e

Rmaduro

inm

adur

o

m.e m.e

m.i. m.i. m.i.R

CC

¿Por qué cambia el medio interno?

Líquidos corporales Act. Celular

Medio externo

aquéllas que no resisten cambios ambientales

Un conformador

otras que sí resisten

Debe asegurar su supervivencia

Vive en ambientes poco cambiantes como el fondo del mar

Al no tener mecanismos homeostáticos

Un regulador

posee células que pueden resistir sólo pequeñas variaciones de su medio interno

pero pueden habitar ambientes cambiantes en la medida de que sus mecanismos homeostáticos mantienen constante su medio interno.

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.

Cuando la aclimatización responde a cambios prolongados del m.a. ESPECIACIÓN

•No todos se aclimatizan cambian su estado fisiológico:

Mecanismos que permite vivir al animal en términos relativamente normales

ADAPTACIÓN

HIBERNACIÓN

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

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

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

8) RESISTENCIA.

9) NIVEL LETAL

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.

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

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

TOLERANCIA vs.RESISTENCIA vs. MORTALIDAD:

LETA

L

LETA

L

Capacidad adaptativa

Resiste

ncia

adaptativ

a

ADAPTACIÓN Y

RESISTENCIA

c b a o a´ b´ c´

No todos se aclimatizan sino cambian su estado fis. HIBERNACIÓN

Términos normales

La aclimatación y aclimatización pueden hacer variar la tolerancia, resistencia o los niveles letales de un factor mediomabiental.

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

ÓCiertos niveles de actividad

Se usa en exp. Fisi.

Contracción muscular

E Sistema

Leyes

SDe asa o circuito abierto

Usado con frecuencia para

mantener un estado

preseleccionado

E Sistema Ssensor

Retroalimentación - + : círculo vicioso

De asa o circuito cerrado

Irritabilidad : - Excitación Estímulo: - Fisiológico

- Inhibición - No fisiológico

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.

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

Retroalimentación

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.

Observación del

sistema real

Observación del

sistema real

CN

CB

Ideas PrincipalesIdeas 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.