Anatomía y Fisiología: De las Células a los Tejidos

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El estudio de la anatomía y la fisiología empieza en cada célula de nuestro cuerpo. Ellas son un organismo completo por sí solos y muchas hacen ciertos sacrificios de características en aras de una mayor eficiencia y lograr escapar de sus propias limitaciones. Así como los seres humanos nos organizamos en países y sociedades, las células constituyen órganos y tejidos.

Cada célula es mundo en miniatura y cómo funciona, es decir, su fisiología, es fundamental a la hora de entender los procesos que se llevan a cabo en todo el organismo. Las células son el ladrillo estructural del cuerpo humano, y al mismo tiempo son perfectamente capaces de realizar todas las funciones que hacen los seres vivos. Conocer la historia de las células, la evolución de los organismos y los procesos fisicoquímicos que lo hacen posible es el fin de este viaje que emprenderemos.

El Mar Interior

Esta historia comienza con un concepto llamado “Mar Interior” y tenemos que remontarnos al origen de la célula para entenderlo. Las células, según la mayoría de las teorías, probablemente se originaron en un océano primitivo, no es el objetivo de este texto discutir las diferentes teorías, pero se presume que tras eones de evolución, alguna combinación de sustancias inorgánicas las llevo a convertirse en organismos capaces de replicarse, conservar sus características y transmitir todo eso a su progenie.

Estas protocélulas se originaron en ese mar primitivo y para poder alcanzar territorios fuera del agua y convertirse en organismos terrestres, debieron adaptar su fisiología para llevarse parte del agua de ese mar consigo.

No es casualidad que al igual que en el mar actual sea el cloruro de sodio (NaCl) el electrolito que más concentración, tiene tanto el océano como en la sangre. Entonces el mar donde se originaron las células en el pasado es, en cierta medida, el mismo mar en el que vive la cédula en el cuerpo hoy en día.

Actualmente, la concentración de solutos en el mar es de aproximadamente 1000 miliosmoles por litro, mientras que la concentración de la sangre es unos 300 miliosmoles por litro (Los Osmoles son una unidad de solutos osmóticamente activos disueltos en el agua), esto quiere decir que el océano primitivo era un mar donde había disueltos menos solutos, que en el mar como lo conocemos actualmente.

Las células para vivir fuera del agua se trajeron el mar consigo, entonces todas nuestras células están bañadas en un líquido que las recubre, conocido como líquido intersticial y es el que representa el mar interior. Por definición, el mar primigenio era esencialmente “infinito e inmutable”, ya que para las células ese mar primitivo no cambiaba en el tiempo, entonces si las células querían llevarse las características de ese mar con ellas, la única manera de lograrlo para que no se contaminara por los desechos de las células, es que las células se organizaran para garantizar que se mantengan la condiciones del medio interno.

A este proceso de mantenimiento de las condiciones del medio interno es a lo que se conoce como homeostasis. El cuerpo está hecho en aproximadamente un 60% de agua y distribuido de la siguiente manera, 40% es líquido intracelular (dentro de las células) y 20% es líquido extracelular (fuera de las células). Ese 20% del líquido extracelular está repartido en 15% de líquido intersticial y 5% de líquido intravascular.

No se debe confundir el líquido intravascular (plasma sanguíneo) con el volumen sanguíneo (plasma y células sanguíneas), y el cual es aproximadamente un 8% del peso corporal

La Célula Eucariota

Las células eucariotas son las células de la especie humana y de prácticamente todos los organismos pluricelulares, su característica diferencial principal es que poseen un núcleo en contraposición las células procariotas (ejemplo: Bacterias) donde la información genética está en el citoplasma. Las células eucariotas tienen ciertas características comunes, entre las que destacan:

-Poseen una membrana celular que las recubre por completo

-Tienen un núcleo celular donde está el material genético

-Presentan un citoplasma que es dónde están los organelos (u organulos según los autores).

En el citoplasma hay muchos organelos celulares entre los que podemos nombrar:

-Los ribosomas, donde se traduce el material genético (ARN mensajero) que sale del núcleo para la síntesis de proteínas.

-El retículo endoplasmático el cual suele acoplarse a los ribosomas, son como fábrica de producción proteínas.

-El aparato de Golgi que es como una planta empaquetadora y distribuidora de los productos del retículo endoplasmático.

-Los lisosomas y peroxisomas, que vienen a ser como el aparato digestivo y de reciclaje de la célula, estos se unen a lo que la célula ingiere (fagocita), o a lo que no necesita y lo degrada a sus componentes básicos para reutilizarlos o expulsarlos.

-Los microtubulos, los cuales cumplen funciones de estructura y transporte intracelular.

-Y existen otros componentes menos comunes como por ejemplo los cilios (tracto respiratorio) y flagelos (espermatozoides) que tienen funciones de movilidad.

La célula tiene muchos organelos especializados, pero todo en dirigido desde una estructura llamada el núcleo. El núcleo de la célula es una verdadera computadora molecular, esa computadora tiene un hardware y un software hecho de ácido desoxirribonucleico (ADN), el hardware vendría a ser el ADN empaquetado y enrollado, mientras que el software son los segmentos desenrollados (genes) que se usan como patrón para codificar unas secuencias nucleótidas llamadas ARN (ácido ribonucleico) mensajero que luego viaja al citoplasma y en los ribosomas se convierten en proteínas.

Las proteínas son, entonces, las que ejercen las funciones celulares. El ADN contiene toda la información necesaria para que las funciones corporales se lleven a cabo, dado que posee las instrucciones de las proteínas que tenemos en el cuerpo.

Las mitocondrias son otros organelos celulares, pero con una historia muy curiosa, porque evolutivamente son en realidad bacterias modificadas que colonizaron a las células eucariotas y se convirtieron en organelos con la función de producir energía.

Se podría decir que las mitocondrias obtuvieron la vida eterna dentro de las células a cambio de perder su libertad. Las mitocondrias no las produce el organismo, ellas se replican de forma autónoma, según las necesidades de las células y pasan de madres a hijos, ya que provienen de los óvulos maternos. Las mitocondrias son el “banco de energía de la célula”. Lo cierto es que la mitocondria tiene su propio ADN y hasta puede ser afectada por algunos antibióticos.

Fisiología de Los Seres Vivos

Para ser considerado seres vivos, los organismos deben cumplir con ciertas condiciones que forman parte de su fisiología normal, estas son:

Nacen.
Captan materia del entorno.
Tiene metabolismo.
Crecen.
Tienen respuesta a estímulos.
Poseen mecanismos de homeostasis.
Interaccionan con el entorno.
Eliminan productos de desecho.
Tienen material genético.

Entonces fácilmente se puede ver que todas las células son capaces de cumplir estas condiciones. Una anécdota a mencionar es el caso de Henrietta Lacks, quien murió de cáncer hace más de medio siglo en Estados Unidos (años 50), pero las células que la mataron (cáncer) siguen misteriosamente vivas, ya que se multiplican al ser cultivadas en un líquido apropiado (con las características del líquido intersticial) y son las que se utilizan para la investigación habiendo salvado la vida de millones de personas.

Esta es la increíble historia de una mujer prácticamente analfabeta, que falleció por una neoplasia maligna y cuyos tejidos son investigados por todos los laboratorios del mundo. Se podría decir, estas células tumorales de Henrietta Lacks (llamadas células HeLa) poseen una fisiología tiene el secreto de la inmortalidad.

Especialización

Cuando las células se agrupan pueden organizarse formando diferentes estructuras, cambiando sus características individuales y ubicando las células para formas cierta arquitectura en sus tejidos.

Célula Adiposa – Adipocito

La especialización celular ha creado muchas variaciones para adaptarse a las diferentes necesidades del organismo. Tenemos células como las neuronas especializadas en transmitir impulso eléctrico, hay células como las que forman glándulas, especializadas en producir secreciones y hormonas, existen especializadas en acumular energía bajo la forma de lípidos (células adiposas) e incluso poseemos células como las musculares especializadas en cambiar su tamaño contrayéndose para poder movilizarnos en el entorno. Cada una de ellas tiene diferentes funciones, forman diferentes órganos y tejidos.

Célula Nerviosa – Neurona

Tejidos Epitelial

El epitelio puede tener varias capas (estratificado), como la piel, el cual es un epitelio estratificado con una capa de queratina arriba, que es lo que hace que nuestra piel sea impermeable, las células que están en la parte más alta de la piel van produciendo queratina que impermeabiliza y aísla del medio ambiente (así evitamos perder el agua de nuestro “mar interior”).

Hay epitelios como el del tracto respiratorio que pueden tener células con cilios (son una especie de flagelos que se mueven y desplazan las secreciones) y que se alternan con otras que produce secreciones (moco).

Para hablar de especialización pondré como ejemplo al tejido epitelial. El epitelio es un tejido suele forma el revestimiento del cuerpo, pero que también cumple otras funciones, puede tener células aplanadas y forman una lámina muy delgada llamada epitelio simple, pero también puede organizarse en tubos como estructuras glandulares (glándulas exocrinas) y que producen hormonas (glándulas endocrinas).

Anatomía

Ya pasados los tejidos y habiendo tocado un poco el tema de la fisiología, vamos a centrarnos un poco de lo que son las nociones básicas de anatomía. La anatomía es básicamente el estudio de la estructura de los seres vivos. La anatomía se divide básicamente en anatomía descriptiva y anatomía topográfica.

La anatomía descriptiva se centra en describir los órganos según las funciones (también se le llama anatomía funcional), mientras que la anatomía topográfica está enfocada en ver las relaciones de los diferentes planos del organismo. Si yo tuviera que hablar de la anatomía descriptiva del esqueleto óseo, tendría que hablar de sus relaciones entre sí, donde hay huesos y donde no hay huesos, etc. Pero si yo voy a hablar de la anatomía topográfica, entonces describiría los diferentes órganos que hay en una región del cuerpo y por eso a la anatomía topográfica también se le llama anatomía quirúrgica.

Posición Anatómica

Para fines de estudio se considera que el cuerpo está en una posición particular a la que se llama posición anatómica. Esta posición es la cabeza al frente, las manos con las palmas hacia delante y los brazos ligeramente separados del cuerpo. La posición anatómica sirve de punto de partida para la localización de órganos y extremidades en el cuerpo.

Sí nos imaginamos una persona de pie (en bipedestación) en posición anatómica, podemos notar que existe una parte anterior y una posterior, un lado derecho y uno izquierdo, un polo cefálico y uno caudal. También podemos dividir el cuerpo en cabeza, tronco y extremidades y el tronco en tórax, abdomen y pelvis, todas estas consideraciones topográficas se hacen en la posición anatómica.

En esta posición también se dibujan una serie de ejes imaginarios o planos, los cuales es necesario conocer, el plano que divide longitudinalmente el cuerpo en dos mitades iguales (derecha e izquierda) se llama sagital, y toma ese nombre de la sutura sagital del cráneo del cual parece una prolongación.

Si se traza un plano imaginario, también de orientación cráneo-caudal, pero que pase por los conductos auditivos externos, pues tendríamos un plano coronal, también recibe su nombre de una sutura del cráneo y dividirá el cuerpo en una parte anterior y otra posterior.

Si pasamos un plano perpendicular a los dos anteriores y que divida el cuerpo en una parte superior y otra inferior, entonces hablamos de un plano transverso o axial. Estos planos se han vuelto especialmente importantes con la popularización de estudios como la tomografía computada y la resonancia magnética.

Fisiología

Es el estudio de la función biológica del organismo, es decir, cómo funciona el cuerpo, incluyendo sus mecanismos moleculares. Cuando ocurre la enfermedad, estos procesos fisiológicos se pueden alterar y el estudio de estas alteraciones es lo que constituye la fisiopatología.

Cuando usted le pregunta a un médico ¿Qué tengo?, la explicación que él dará lo hará pensando en la fisiología y la fisiopatología de la enfermedad, y ese es un asunto importantísimo porque si no se comprende la fisiopatología de una enfermedad es muy difícil conseguir un tratamiento adecuado.

El estudio de la fisiología del cuerpo no es más que el estudio de los mecanismos para el mantenimiento de la homeostasis.

Homeostasis

La Homeostasis es quizás uno de los más importantes procesos que deben llevar a cabo los seres vivos para funcionar. La homeostasis es un estado de equilibrio entre todos los sistemas del cuerpo y es el centro de estudios de la fisiología humana.

El equilibrio se adquiere a través de un proceso dinámico, la vida se desarrolla en un “estado estacionario” donde degradamos productos a través de procesos bioquímicos para obtener energía y mantener la estructura y función de los tejidos.

Para mantener este equilibro, el cuerpo debe poder percibir los cambios (estímulos). Estos son registrados mediante receptores, en ellos se produce una señal que viaja por una vía neural o humoral hasta un centro integrador, el cual genera una respuesta mediante un mecanismo efector.

Hay mecanismos efectores bioquímicos y neurales dependiendo de lo que sea más apropiado, estas respuestas adaptativas normalmente están codificadas por el organismo y son involuntarias en su mayoría, son como el “sistema operativo” del cuerpo. Muchas veces la respuesta puede luego modular al receptor o al estímulo mediante un mecanismo de retroalimentación.

Los Receptores

Los receptores son transductores de energía, son células capaces de responder a determinadas variaciones y transformar eso en una señal que puede ser trasmitida a los nervios e interpretada por el cuerpo. Entonces tenemos básicamente mecanorreceptores (movimiento y deformación), fotorreceptores (luz), quimiorreceptores (moléculas), termorreceptores (temperatura) y nociceptores (dolor).

Estos receptores envían su señal por los nervios aferentes hacia el sistema nervioso que vendría a ser el centro integrador. Cada nervio individual codifica un solo tipo de información de ese receptor, si se “cruzara los cables” de un receptor de temperatura con una de dolor, pues “el calor dolería”, estas alteraciones de la fisiología normal se considerarían enfermedades o disfunciones.

Centro Integrador

En fisiología, el sistema integrador de toda la información del cuerpo es el sistema nervioso. Anatómicamente, al sistema nervioso se divide en sistema nervioso central (SNC) y sistema nervioso periférico (SNP), aunque cada vez es más frecuente la teoría de que algunos órganos poseen un sistema nervioso propio (Ej. Tracto Digestivo). Desde el punto de vista funcional, el sistema nervioso se divide en sistema nervioso somático (voluntario) y sistema nervioso autónomo (involuntario)

Fisiología de las Neuronas

La célula fundamental del sistema nervioso es la neurona. Son células con características muy especiales, son células que no se reproducen y que tiene básicamente dos funciones, la primera es conducir los impulsos nerviosos y la segunda es ser capaz de conectarse a otras células excitables y liberar neurotransmisores para transmitir ese impulso.

Las neuronas poseen una o varias prolongaciones que les permite transmitir los estímulos y a las que se llama axones. También posee otras prolongaciones que le permite recibir estímulos y a las que se llama dendritas y las cuales suele emerger del cuerpo de la neurona.

Todas las células del cuerpo poseen carga eléctrica gracias a una proteína especializada que ejecuta acciones de intercambio de iones en su membrana celular y llamada Bomba de Sodio/Potasio, esta enzima usa energía y produce un intercambio de sodio y potasio en la membrana, por lo cual la célula tiene un alto contenido de potasio y bajo de sodio dentro de la célula en contraposición al extracelular donde es lo opuesto.

Este diferencial iónico entre intracelular y extracelular produce un potencial de membrana (o potencial de reposo) el cual es más elevado en las células excitables (Ej. Neuronas, Miocitos). Ante un estímulo, se puede producir despolarización de la membrana, la cual es potenciado por los mecanismos propios de las neuronas, y el cual genera un “potencial de acción” el cual recorre toda la célula en la medida que va despolarizando las zonas adyacentes en una cascada de eventos que se comportan como una onda hasta que llega al punto distal de los axones y produce la liberación de neurotransmisores, que estimulan a la próxima célula.

El otro tipo de células en el sistema nervioso son las células gliales (neuroglia), estas son células que aíslan y nutren a las neuronas, facilitando así la conducción nerviosa, es como que si los axones fuesen cables eléctricos y las células gliales son el aislamiento (mielina). Existe una unidad funcional entre las neuronas y las células gliales.

Sinapsis

La fisiología de la transmisión del impulso nervioso empieza cuando la membrana de una neurona se despolariza, la onda despolarizante llega a las puntas de los axones y hasta las dendritas de otras neuronas (o la placa motora de los músculos) y en ese sitio los axones liberan sustancias químicas llamadas neurotransmisores, que pasan el estímulo hacia la otra célula para transmitir el impulso nervioso.

Debo decir que esta es solo una simplificación, hay múltiples variaciones de este mecanismo, como neurotransmisores que evitan la despolarización o que la acortan o que inhiben su propia liberación, por lo cual hay diferentes mecanismos de interrelación, pero la idea es que tengan una visión general de proceso. Por cierto, una droga neurotrópica es una sustancia que puede interferir en este mecanismo de las sinapsis a nivel del sistema nervioso central.

SNC – El Cerebro

El cerebro es un órgano sólido, blando, compuesto básicamente por neuronas y sus células de soporte (glia), está protegido por los huesos del cráneo de forma completa, lo cual denota la importancia que tiene. El cerebro posee dos hemisferios separados por un surco interhemiférico y unidos por una estructura llamada cuerpo calloso.

El cerebro presenta varios lóbulos nombrados en función de los huesos adyacentes, entonces hay lóbulos frontales, parietales, temporales y occipitales. Los lóbulos cerebrales están algo especializados y grosso modo podemos decir que el lóbulo frontal es la cuna del pensamiento, los lóbulos parietales controlan la percepción y el movimiento, los lóbulos temporales se especializan en audición y lenguaje, y el lóbulo occipital es el centro de control de la vista.

El cerebro está compuesto por neuronas, la parte periférica es la corteza, que es donde residen los cuerpos de las neuronas y la sustancia blanca es por donde viajan los axones, de hecho la sustancia blanca es “blanca” por sus altos contenido graso (mielina – lipoproteína). También existen acumulas de neuronas (núcleo) que sirvan como estaciones de relevo y control en la zona más interna del cerebro.

Cerebro Triuno

Actualmente, se han postulado varias teorías para explicar la naturaleza funcional del cerebro, donde debo nombrar la teoría del cerebro triuno. Según esta teoría el cerebro evolucionó, pero mantuvo las estructuras primitivas de forma subyacente, entonces hay un “cerebro reptílico” que responde a los instintos, un “cerebro límbico o mamífero” que es el núcleo de las emociones y está el “cerebro neocortical” o simplemente neocortex que es la sede del pensamiento.

Cada nivel superior es capaz de modular y controlar hasta cierto nivel al inferior, pero el inferior sigue funcionando y ese modelo lo podemos hacer extensivo a varios niveles, es decir el cerebro cortical controla al límbico, este a su vez controla al cerebro reptílico por lo cual podemos decir que hay respuestas a múltiples niveles. Sin embargo, es importante menciona que ese control “no es absoluto” y bajo ciertas condiciones el cerebro más bajo puede tomar el control (ejemplo: Ataque de Pánico – Límbico-, aguantar la respiración más allá de cierto nivel – Reptílico-).

La Médula Espinal

Es un cordón neural protegido por las vértebras y la cual posee, al igual que el cerebro, sustancia blanca y sustancia gris, en la médula la sustancia gris (neuronas) están en la parte central, mientras que la parte periférica (sustancia blanca) son los axones que van y vienen del cerebro. La medula es el sistema de control, más básico del sistema nervioso central y alberga numerosos reflejos.

La médula es controlada por el cerebro y los centros superiores, pero eso no le impide hacer una serie de acciones básicas. Los nervios abandonan la médula espinal por espacios entre las vértebras llamados agujeros de conjunción, cada nervio nace de una raíz anterior (motora o eferente) y una posterior (sensitiva o aferente). Entonces, la médula es una especie de “estación de relevo” para los estímulos que van y vienen del cerebro.

Sistema Nervioso Periférico

Se considera “periférico” toda la actividad neural que no ocurre en el sistema nervioso central, eso incluye nervios periféricos, plexos y las estructuras neurales ligadas a los órganos. Antes se creía que este sistema solo consistía en vías de conducción, pero el tiempo ha demostrado que es en realidad un sistema semiautónomo independiente, con algunas áreas destinadas solamente a la conducción y otras que claramente elaboran repuestas complejas, y donde el mejor ejemplo es el sistema digestivo.

Actualmente, se acepta que el sistema digestivo tiene prácticamente el sistema nervioso para él solo, al punto que se sabe que los problemas del tracto digestivo afectan el sistema nervioso y los problemas del sistema nervioso afecta en el tracto digestivo de forma recíproca. El tracto digestivo posee una fisiología capaz de generar sus propias respuestas, pero si nosotros sobre estimulamos esas respuestas se pueden convertir en eventos disfuncionales patológicos y desencadenar eventos como el colon irritable y la gastritis por estrés.

El Efector

Representa la respuesta que el organismo hace ante los estímulos, estas pueden ser: Contracción muscular, aumento de la frecuencia cardíaca, cambios en la dilatación de la pupila, alteración en la irrigación de la piel, modificación de presión arterial, cambio del nivel de glicemia, cambio de los valores de leucocitos y bueno pare de contar. Todas estas respuestas obedecen al mecanismo de estímulo – centro integrador – respuesta que describí previamente.

Fisiología de la Homeostasis

Fisiología de los órganos de los sentidos – La Vista

Algo que también es importante mencionar es el tema de la especialización del sistema de entrada de información, mejor conocido como receptores. Dentro de esta especialización están los órganos de los sentidos, tomemos como ejemplo la vista. En la práctica el sentido de la vista es un grupo de neuronas especializadas y las cuales forman la retina, en este sitio hay unos fotorreceptores (conos y bastones) mediados por una sustancia química luminosensible llamada rodopsina, que es capaz de reaccionar ante determinadas longitudes de onda de la luz.

Estos receptores, en la medida en que perciben la luz, son capaces de enviar señales al cerebro, esas señales son conducidas al lóbulo occipital del cerebro dónde son traducidas, organizadas y convertidas en la visión. Hay quien dice que no se ve con el ojo, que se ve con el cerebro y eso tiene mucho de realidad, el cerebro hace un gran post-procesado de la información y la convierte en imágenes, por lo tanto, una cosa es la sensación (la información que sale del ojo y forma imágenes en el cerebro) y otra la percepción (lo que percibimos realmente).

Otros Sentidos

La fisiología de todo los órganos de los sentidos es similar, tienen un receptor que se conecta a un grupo neuronal y envía la información al cerebro para que lo interprete. Entonces nosotros tenemos al sentido del olfato que está en la cavidad nasal y hay un grupo de quimiorreceptores que son capaces de percibir los olores.

Tenemos el sentido del gusto en la lengua, que funciona a través de un grupo de quimiorreceptores (también hay receptores táctiles en la lengua). En el caso del sentido de oído, debo aclarar que hay varios sentidos mediados por mecanorreceptores en el oído interno (entre ellos el sentido de equilibrio y aceleración), y de los cuales el más conocido es la audición.

El caracol tiene dos rampas de diferentes tamaños (recuerden que los caracoles son un espiral que se va haciendo más amplio) y los mecanorreceptores están a lo largo de esa rampa, el sonido entra al caracol, pero hace resonancia solo en un segmento de la rampa ¿y por qué hace resonancia en un segmento de la rampa y en otros no? Pues porque depende de la longitud de onda del sonido, entonces el sitio de la rampa con la que hace resonancia ahí los mecanorreceptores se mueven y nuestro cuerpo interpretar eso como sonido, es ingeniosa y brillante la solución aplicada para hacer de las ondas de presión un sentido. En cada uno de estos casos, cada sentido tiene sus propios nervios conductores.

Desde luego no se ha tocado de forma extensa toda la fisiología de los receptores, ya que esto constituye solo un visón general para entender su funcionamiento, pero espero les haya sido provechoso si llegaron hasta este punto del escrito.

En el caso del tacto es una relación más compleja porque en este caso hay mecanorreceptores (receptores de distorsión mecánica), los termorreceptores (temperatura) y los nociceptores (dolor). Estos estímulos son interpretados en conjunto, por lo cual dan una sensación multidimensional de lo que se toca, y es justo decir que el tacto es quizás uno de los sentidos más complejo y completos de que disponemos. Interpretar cada órgano de los sentidos no es más que comprender la interacción de la fisiología del receptor con los estímulos y así poder crear un modelo adecuado de su funcionamiento.