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Universidad Nacional del Santa
Facultad de Ciencias
Departamento de Biología, Microbiología y Biotecnología
PRINCIPIOS BÁSICOS
DE FISIOLOGÍA
Eliana Zelada Mázmela
Carmen Yzásiga Barrera
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
Órganos
Determinan
la
interacción
a todos los
niveles
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
División:
•General
•Celular
•Del órgano
•Ambiental
•Respiración
•Reproducción
•Digestiva
Áreas
solapamieto
Analizar y entender
Conocer y entender
(acontecimientos y
act. FUNCIONES)
FISIOLOGÍA
de
Ciencia compleja y
variada
•Amplia variedad de fenómenos
funcionales
•Gran N° de sps.
•Gama de niveles de organización
Comprender en
términos físicos
y químicos los
mecanismos que
ocurren en los
seres vivos (a
todo
nivel:
celular hasta el
animal completo)
Población
Moléculas
Átomos

F. sistémica
 S. Nervioso
 S. Muscular
 S. Endocrino
 S. Cardiovascular
 S. Respiratorio
 S. Renal
 S. Reproductor
 S. Digestivo
Cerebro
O2, glucosa
Corazón
Cerebro
O2
Branquias
pulmones
Órdenes
nerviosas
No es la misma
25,50,10 años
Fis. de los
organismos
acuáticos
Historia evolutiva
Planeta
Investigación
acelerada
Aparición de nuevas
técnicas
e
instrumentos
FISIOLOGÍA
Leyes físicas
Ciencia de carácter
cambiante
Química
Vida:
Procesos
biológicos
fundamentales son
compartidos
por
todos los animales
Nuevos
conocimientos no
anulan los antigüos
Adicionar
Creer en
ellos
HISTORIA
- Hipócrates (420 a.c.)
- Aristóteles (384 – 322 a.c.)
- Harvey (1578 – 1657)
casi no
Observación ----------- Hipotetización -----------Experimentación
Son importantes los
Spallanzani.
trabajos de Albrecht von Haller y Lázaro
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.
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.
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.
F. Moderna  1865, con C. Bernard  Introducción a la Medicina
Experimental
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”.
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
contraerse por estimulación eléctrica.
podría
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
Morfología y Fisiología
Fisiología
y
Genética
CAMPOS DE LA FISIOLOGÍA
Fis. Celular y General
Fisiología
Comparada
Morfología y Fisiología
Morfología
Animal muertos. Describe atributos
espaciales y físicos
• E y F son 2 entidades
inseparables
• Más sutil en los niveles más
bajos
• Frey Wyssling: la  es el TIEMPO
Fisiología
Animal vivo
Conceptos Morfológicos: Similaridad, simetría, segmentación.
Diseño Biológico de la Forma y Tamaño:
Simetría bilateral
Metamerización
Simetría radial
Fisiología Celular y General
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
(período de categorización – caracterización)
1a fase  morfofisiológico tipos celulares
(Enfasis fis. cambios de estructura  papel Nu en la célula
2a 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
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:
A nivel celular hay > semejanza que diferencia  cél.
especializadas
Disciplina conexa
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).
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
Ha determinado
Evolución Darwin
seres vivientes
funcional
detalles básicos estructurales de todos los
es evidente que ha habido una evolución
A través de la SN
Evolución
Solamente puede actuar
Leyes físicas y químicas
Estructura y función de los seres vivo están limitadas por las
propiedades fundamentales físicas y químicas de los elementos y
Codifica una sp.
• Weissman
Proceso oculto de la evolución : “Supervivencia DNA
Si se pierde
(gametos)
Se pierde una sp
Simbiosis
DNA
Estructura y función y aún
comportamiento
Cél. Somáticas
A través de SN
Han evolucionado con el propósito
final de supervivencia del ADN de
células germinales de la sp.
Nivel letal
Resistencia
Tolerancia
Experimentación
CONCEPTOS FUNDAMENTALES
EN FISIOLOGÍA
Vitalismo
Mecanicismo
Adaptación
Regulación
Finalidad
CONCEPTOS FISIOLÓGICOS FUNDAMENTALES
1) EXPERIMENTACIÓN:
Dejó de ser teórica
validar
Bioló ,Físi., Quim.
explicación
Observación  Hipótesis  Experimentación  Repetición
Bajo condiciones controladas
2) VITALISMO: Vida es el resultado de una fuerza vital (sust.
Especial).
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
Aceptada por la
mayoria desde
Aristóteles
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
mundo animado
=
Mat . y Leyes
Mundo inanimado
Vida
causa – efecto del 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.
4) FINALIDAD:
La vida está orientada hacia un objetivo y que evoluciona hacia una meta o
propósito final
TELEOLOGIA
META
La vida tiende a esa
meta
No por el proceso evolutivo
mismo Evolución
sino que el proceso evolutivo es determinado
por la meta final que se pretende alcanzar
Supervivencia del DNA de las cél.
germinales
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
CONTROLAN esas reacciones
o
•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
Constancia medio interno  fenómeno
universal
Unicelulares
pluricelulares
Grandes
fluctuacion
es 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
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:
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".
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
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:
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.
Resp. Conductuales y no
homeostáticas
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.
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
esenciales del
medio interno:
Concentración
óptima de gases,
elementos nutritivos,
iones y agua
 Temperatura óptimo
 Volumen óptimo

Líquidos corporales Act. Celular
¿Por qué cambia el medio interno?
Medio
externo
m.i.
R
m.e
Un conformador
m.i.
m.i.
maduro R
m.e
m.e
aquéllas que no resisten cambios
Al no tener
ambientales
Debe asegurar
su supervivencia
otras que sí resisten
mecanismos
homeostáticos
Vive en ambientes
poco cambiantes como
el fondo del mar
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
Min – horas
La adaptación además incluye:
• Aclimatación  resp. crónica
• Aclimatización
Resp. aguda
días o semanas
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:
HIBERNACIÓN
ADAPTACIÓN
Mecanismos que permite vivir al animal en términos
relativamente normales
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
etc.
 Cambios de tasa, de frecuencias: respiratoria,
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.
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
9) NIVEL LETAL
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
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.
No
todos
se
aclimatizan
sino
cambian su estado
fis. HIBERNACIÓN
LETAL
Términos normales
Capacidad
adaptativa
c b
a
o
LETAL
TOLERANCIA vs.RESISTENCIA vs. MORTALIDAD:
a´ b´ c´
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
Ó
Ciertos niveles de actividad
Se usa en exp.
Fisi.
Contracción
muscular
Usado con
frecuencia para
mantener un
estado
preseleccionado
Leyes
E
Sistema
S
E
Sistema
S
sensor
De asa o
circuito abierto
De asa o
circuito cerrado
Retroalimentación
-
Irritabilidad : - Excitación
- Inhibición
+ : círculo vicioso
Estímulo: - Fisiológico
- No fisiológico
Perturbación
R+
+
Sistema
de control
Sensor
salida
Señal
Amplificador
Perturbación
RContrarresta la perturbación
Sistema
de control
salida
Sensor
Señal
de error
Amplificador
invertido
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:
Sistemas
de retroalimentación positiva: Si la
respuesta potencia el estímulo original. Ejm.
Coagulación Sanguínea.
Sistema de retroalimentación negativa: Si la
respuesta invierte el estímulo 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.
CB
Observación
del sistema
real
Observación
del sistema
real
CN
Ideas 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.