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INTRODUCCIÓN
MEDIO EXTERIOR Y MEDIO AMBIENTE
Medio exterior: “todo aquello que no forma parte de mi cuerpo”
Ambiente: “una parcela más próxima, lo que es cercano e influyente”
Ambiente: “conjunto de características climáticas, edáficas y bióticas en las que se desarrollan los seres vivos”
FACTORES AMBIENTALES :
Aquellas características del medio externo que afectan de un modo directo a nuestro organismo siendo de naturaleza física o química simple.
Radiación electromagnética. Temperatura. Composición de la atmósfera (incluyendo humedad). Presión atmosférica. Ruido, sonido, vibración, impacto. Aceleración, gravedad. Magnetismo. Tiempo y ciclos temporales (Cronobiología). Otros (ionización, radiaciones corpusculares, etc.) y en el medio acuático (ocasional en el hobre). Temperatura, presión, composición química del agua.
El ambiente es un determinante de las reacciones de los seres vivos ya que es una entidad circunstancial y cambiante La fisiología del medio ambiente estudia los efectos y las respuestas que sobre los seres vivos provocan las alteraciones del medio exterior o las condiciones extremas de este.
TERMINOLOGÍA ASOCIADA A LA RESPUESTA MEDIOAMBIENTAL
Toda ella hace alusión a la capacidad del individuo para mejorar sus condiciones vitales en orden a soportar imperativos ambientales inhabituales o adversos.
Adaptación: cambios de índole genética o adquiridos. Aclimatación: fenómenos fenotípicos en respuesta a la acción de factores climáticos. Aclimación (aclimatización): caso restringido de aclimatación. Respuesta ante un único factor climático (en el ambiente natural muy raro, en laboratorio). Habituación: el estímulo induce un hábito o acostumbramiento (también influyen factores ecológicos).
VENTAJAS DE LA DISPOSICIÓN DE ORGANOS FORMADOS A PARTIR DE EPITELIOS
INVAGINADOS
Mantener protegido un epitelio muy vulnerable. Modificar las características del medio exterior antes de que alcance el epitelio. Dar una extensa superficie del epitelio.
Límites entre medio ambiente y medio interno: TEJIDOS FRONTERA
Tegumentos animales (células se “esconden” dentro de una capa de células muertas). Defiende el medio ambiente: capa continua (aislado): dificulta los intercambios de materia y energía: introducir el tejido frontera en determinadas localizaciones (aparato respiratorio y aparato digestivo). Medio externo (por ejemplo medio aéreo en los pulmones), que no es exactamente medio externo. El organismo secuestra un trocito de este medio externo y lo llamamos medio de intercambio (adquiere propiedades distintas). Ejemplo: a nivel del mar (1 atm= 760 mmHg), el 21% es O 2 (160 mmHg), en el pulmón se mezcla con el aire y esta presión baja (100 mmHg) →ADAPTACIÓN: la hemoglobina está saturada a 100 mmHg.
¿Por qué los organismos introducen los epitelios hacia dentro de su cuerpo?
Proteger: el epitelio es muy fino (y vulnerable) para el intercambio de materia y energía. Modificar las características del medio exterior. Incrementar la superficie (epitelio replegado).
CONFORMISTAS Y REGULADORES
Las funciones celulares soportan situaciones extremas. El conformismo limita las posibilidades de “vida libre”. Cuanto más sean las variables sometidas a regulación activa, mayor será la independencia del animal. “La constancia del medio interno es la condición para la vida libre” (Claude Bernard). Medio interno constante→ ser independiente de la condición del medio ambiente. 2 soluciones: Reguladores: cuantas más sean las variables sometidas a regulación activa, mayor será la independencia del animal. (Células más vulnerables, mayor gasto energético). Conformistas: capaces de mantenerse viables aunque los parámetros internos cambien con el medio externo. Funciones celulares soportan condiciones extremas. Limita las posibilidades de “vida libre”. En general, los conformistas toleran amplios cambios en las características de su medio interno, mientras que los reguladores toleran amplios cambios en las características del medio exterior. A medida que ascendemos en la escala evolutiva, la capacidad de mantener la estabilidad del medio interno se nos muestra más y más eficaz pero los órganos y tejidos se vuelven más vulnerables.
SISTEMA DE REGULACIÓN DE MOTILIDAD DE CROMATÓFOROS EN PECES
TELEÓSTEOS
Sistema de integración: Bulbo y otros centros del tallo.
Mediadores:
- ACh: acetilcolina
- Epi: adrenalina
- NE: nor-adrenalina
- MCH: Hormona concentradora de la melanina
- MSH: Hormona estimulante de los melanóforos
- MIF: Factor inhibidor de la liberación de MSH
- PRL:prolactina
- PIH: Hormona inhibidora de la secreción de prolactina
- MT: melatonina
- ET: endotelina
- NO:óxido nítrico
- SISTEMA FOTOSENSIBLE
INFORMACIÓN→ RECEPTORES SENSITIVOS→ SNC (BULBO):
Cambio de coloración rápidamente: SNA→ neurona preganglionar sinapta con la célula cromafin (en la cápsula suprarrenal). Eje simpático-adrenal. Medula adrenal es un ganglio simpático modificado, dentro se encuentran las células cromafin.
Cambio de coloración más lentamente. Sistema endocrino. Glándula pineal: controlando la secreción hormonal por luz-oscuridad. Produce melatonina→ muchas propiedades, entre ellas, influye en el comportamiento de los cromatóforos.
Cromatóforo: cambio de coloración por reagrupación de las vesículas (llenas de pigmento). Agrupación en el centro→ palidece (receptor α). Agrupación en la periferia→ coloración, oscurecimiento (receptor β).
Otro punto de regulación: EPITELIOS DE INTERCAMBIO Regulación en la cantidad de intercambio (hambre, sed, respiración no consciente…) Ejemplos: Baja glucemia → Hambre: descenso más marcado. → Apetito: descenso menos marcado. Sed: → Bajo volumen detectado por los volorreceptores. → Aumento de la presión osmótica.
Ambos ejemplos son sensaciones conscientes (hambre y sed) → Implican un comportamiento (RECURSO HOMEOSTÁTICO).
OBJETIVO DE LOS EFECTORES HOMEOSTÁTICOS La estrategia adaptativa puede actuar en diferentes puntos de los sistemas reguladores, pudiendo: •Atenuar la intensidad del factor ambiental perturbador
•Aumentar la intensidad de las compensaciones
•Atenuar los efectos indeseables de algunas compensaciones
•Modificar el comportamiento de los centros reguladores
•Modificar la sensibilidad de los receptores ATENUACIÓN DE LA INTENSIDAD DEL FACTOR AMBIENTAL PERTURBADOR Ejemplos:
Efecto barrera: Contra las altas radiaciones: Melanización fenotípica y Melanización genética. La absorbancia de la melanina para las radiaciones uV evita que estas alcancen las zonas vitales de la piel. Contra el frío: abrigo (comportamiento). Estrategias frente a hipoxia a elevadas alturas: aumentar la concentración de O 2 → aumenta la cantidad de hemoglobina (facilitar el transporte del poco gas presente). La concentración de hemoglobina aumenta en condiciones de hipoxia, lo que mejora proporcionalmente la capacidad de transporte de O 2 en sangre. La eritropoyetina es una glucoproteína producida por el riñón como respuesta a la hipoxia. El gen de la eritropoyetina tiene secuencias que son sensibles al oxígeno. La eritropoyetina actúa sobre las células eritroides
GRADOS DE EFICACIA ADAPTATIVA FRENTE A LA ALTERACIÓN DE LOS FACTORES
AMBIENTALES
- Indiferencia
- Respuesta compensadora total
- Respuesta compensadora parcial
- Incapacidad de compensación
FACTORES DETERMINANTES DE LA EFICACIA ADAPTATIVA
Ante la diversidad de los posibles grados de éxito:
- Naturaleza del estímulo
- Aspecto cuantitativo
- La velocidad de instauración del estímulo
- Concurrencia de más de un factor ambiental
- Condiciones del organismo
- Circunstancias transitorias incidentales
- Estado orgánico de los ritmos biológicos
Respuesta de alarma a corto plazo
ASPECTOS INESPECÍFICOS DE LA ADAPTACIÓN
Hay mecanismos fisiológicos que tienden a favorecer de un modo genérico la capacidad del ser vivo a la agresión. Los sistemas nervioso y endocrino instauran este estado de defensa. Las agresiones pueden ser: AGUDAS CRÓNICAS
REACCIONES DE ALARMA A CORTO Y LARGO PLAZO
RESPUESTA DE ALARMA A CORTO PLAZO
Un problema que surge inesperadamente Recurrir a la función motora Demanda de un metabolismo intenso e inmediato Acondicionamiento orgánico para dar soporte a esta función→ ACTUACIÓN DE LAS CATECOLAMINAS.
Las catecolaminas son moléculas que proceden de la tirosina (Dopamina, Noradrenalina, Adrenalina) → sintetizadas en: algunas neuronas del SNC, SNA simpático, Médula adrenal).
El sistema nervioso autónomo simpático y la secreción de la médula adrenal son los dos protagonistas fundamentales de la respuesta de alarma a corto plazo, lo que logran gracias a la liberación de noradrenalina y adrenalina.
Las catecolaminas y sus tejidos productores: dopamina, adrenalina, noradrenalina (derivados de tirosina). Las catecolaminas son sintetizadas por varios tipos celulares:
Ciertas neuronas del SNC Neuronas periféricas del SNA en su rama simpática. Médula adrenal
En el SNA simpático, las neuronas postganglionares liberan como neurotransmisor noradrenalina. La cápsula suprarrenal se divide en corteza (síntesis de hormonas esteroideas) y médula (síntesis de catecolaminas) → tienen distinto origen : el origen embriológico de la médula es la cresta neural y la corteza se forma a partir del mesodermo → secreciones hormonales distintas.
FUNCIONES DE LAS CATECOLAMINAS
- Aumento del gasto cardiaco.
- Vasoconstricción de tejidos tales como piel, riñón, mucosas y glándulas digestivas.
- Vasodilatación de otros territorios entre los que destacan el miocardio, tejido muscular esquelético e hígado.
- Aumento de la presión arterial (tanto la sistólica como la diastólica).
- Dilatación pupilar (midriasis).
- Inhibición de la actividad del músculo liso intestinal.
- Inhibición de la actividad del músculo liso bronquial.
- Glucogenolisis muscular.
- Movilización de la glucosa hepática. 10.Inhibición de la secreción de insulina. 11.Favorecen el estado de vigilia. 12.Aumento de la capacidad de difusión gaseosa pulmonar. 13.Movilización de los ácidos grasos del tejido adiposo.
SU VIDA MEDIA NO SUPERA LOS DOS MINUTOS. ES UNA RESPUESTA INMEDIATA Y TRANSITORIA
FENÓMENOS NO EXPLICABLES EXCLUSIVAMENTE POR LA ACTIVIDAD SIMPÁTICA
- Incremento del volumen minuto respiratorio
- Incremento del tono muscular
→ La respuesta de alarma a corto plazo se origina en circuitos neuronales localizados en el sistema límbico. La actividad límbica repercute notablemente sobre la actividad simpática. El procesamiento consciente cortical es el causante en gran proporción de los estados de alarma que se elaboran en el límbico.
ORIGEN DE LA RESPUESTA: CONTROL DE LA ACTIVIDAD SIMPÁTICA
La respuesta inmediata de alarma se origina en el sistema límbico. Las alteraciones del ánimo repercuten notablemente sobre la actividad simpática. El procesamiento cortical es el causante, en gran proporción, del grado de alarma. La naturaleza psicogénica de la respuesta permite elaborar una respuesta anticipada (instinto, experiencia). La respuesta permite alcanzar las máximas posibilidades de supervivencia. La respuesta aparece con una latencia de segundos. Esta propiedad es una de las claves más importantes de su eficacia.
ORIGEN DE LA RESPUESTA: CONTROL DE LA ACTIVIDAD SIMPÁTICA
Reacción de estrés: respuesta de alarma a
medio-largo plazo
EL HALLAZGO DEL SÍNDROME GENERAL DE ADAPTACIÓN (SGA) y EL ESTRÉS
HANS SELYE (1907-1982) Nació en Viena. Fue profesor en la Universidad McGill de Montreal. Estando aun en 2º de carrera empezó a desarrollar su idea acerca de la influencia de las agresiones exteriores sobre la capacidad de hacer frente a las mismas. Pacientes con diferentes enfermedades manifestaban síntomas muy similares que el atribuyó a los esfuerzos del cuerpo para responder a la agresión. A esta colección de síntomas la denominó Síndrome de Estrés o Síndrome General de Adaptación.
ESTRÉS Estado de un individuo o de alguno de sus órganos que por estar sometidos a una demanda funcional excesiva se ponen en riesgo de enfermar.
Muchos acontecimientos pueden desencadenar un estado de estrés: Agresiones mecanicas. Agresiones físicas. Agresiones biológicas. Agresiones químicas. Agresiones psicológicas. Distintas situaciones desarrolladas en el seno del organismo.
LA INESPECIFICIDAD ES EL ATRIBUTO MÁS DESTACABLE DE LA REACCIÓN DE ESTRÉS
CAMBIOS FISIOLÓGICOS EN EL ESTRÉS
- Aumento del tamaño de las cápsulas suprarrenales.
- Notable incremento de la secreción de hormonal esteroides: cortisol.
- Involución del sistema tímico y linfático
- Aparición de úlceras gastrointestinales.
Tres sistemas protagonistas: Sistema nervioso, Sistema endocrino y Sistema inmune. En primer lugar actúa es SNA simpático: cuanto más intenso es el estrés más comprometido (más consciente eres) del factor que te agrede.
LA CÁPSULA SUPRARRENAL La mayor parte de las modificaciones que se observan en la respuesta de estrés se deben al aumento de la actividad corticosuprarrenal.
ORIGEN DE LA RESPUESTA DE ESTRÉS
Del estímulo estresante hasta la secreción de cortisol y la activación del sistema adrenérgico: Hipotálamo (núcleo paraventricular) con dos salidas:
- Sistema LC-NE. Hacia el Locus cerelus (LC), es una vía bidireccional.
- HPA (sistema CRH/AVP). AVP (antidiurética) sensibiliza a la célula corticotropa para la CRH. 2. Vía final
La vía final común a una gran variedad de estímulos estresantes es la liberación hipofisaria de ACTH. Todos los posibles estímulos estresantes van a llegar al tálamo, de manera directa o a través del sistema límbico.
Ejemplo de respuesta de estrés al dolor: Dolor: “experiencia sensorial o emocional desagradable ante un daño tisular potencial o real”. Ante un traumatismo se activa la nocicepción → se produce una emoción (activa el sistema límbico) → hacia hipotálamo. Los nociceptores activa 2 vías: la espino-talámica (hacia corteza) y hacia Sistema límbico.
- Sistema AVP/CRH y Sistema LC-NE
SIGNIFICADO DE LA REACCIÓN DE ESTRÉS
Respuesta catatóxica: se opone activamente al agente agresor. Respuesta sintóxica: se desarrolla con una resistencia mínima (evitar respuestas de de inflamación, dolor…)→ el animal se paraliza, no es conveniente. La respuesta de estrés es sintóxica, con respecto al sistema inmune. Las respuestas inmunitarias e inflamatorias se acompañan, con frecuencia, de efectos secundarios indeseables. La respuesta de estrés constituye una clara ventaja adaptativa puesto que los animales adrenalectomizados mueren al aplicarles un estímulo estresante de cierta intensidad. La respuesta de estrés, aunque inespecífica, depende de varios factores, como la intensidad del estímulo, su duración, su predicción y su control.
EL ESTRÉS CRÓNICO
- Cambio notable del perfil endocrino.
- Analgesia.
- Sobrecarga funcional del sistema cardiovascular.
- Depresión inmunitaria.
- Disfunciones cognitivas.
- Alteraciones del sueño (insomnio prolongado/lo opuesto).
- Cambio notable del perfil endocrino: Obesidad, osteoporosis y estrés. La CRH modifica el perfil de producción hormonal adenohipofisario. La CRH inhibe la secreción de GnRH y estimula la producción de somatostatina (S.S.), un factor que inhibe la producción de GH, TSH, FSH y LH. También activa ACTH, que fomentará la producción de cortisol en la corteza suprarrenal, y que a su vez, inhibe GH, TSH FSH y LH.
- Estrés crónico (cardiovascular) El estrés crónico puede: Incrementar el riesgo de enfermedad coronaria. Provocar hipertensión. Provocar arterioesclerosis. Incrementar el riesgo de infarto de miocardio. → Sobre carga del Sistema cardiovascular.
- Estrés crónico (inmunidad)
El estrés crónico puede: Deprimir la inmunidad celular. Provocar la emigración de células inmunitarias a diferentes partes del cuerpo, empeorando las condiciones alérgicas y autoinmunes.
- Estrés crónico (alteraciones cognitivas)
El hipocampo posee una gran concentración de receptores de cortisol, por lo que el estrés crónico altera sensiblemente su función: Atrofia y destrucción de neuronas. Pérdida de memoria a corto plazo. Pérdida de memoria contextual.
ESTRÉS Y REGULACIÓN DEL TAMAÑO POBLACIONAL
El estrés podría ser un factor de regulación de la población. El número poblacional aumenta mucho y escasean los recursos (factor estresante) → Se observa: migración, disminución de la fertilidad, aumento de agresiones entre miembros, aumento de epidemias, aumento de muertes…
CONSIDERACIONES FINALES
- La respuesta de estrés es una respuesta universal.
- La respuesta de estrés tiene su origen en el sistema nervioso de invertebrados.
- Vertebrados e invertebrados utilizan moléculas similares para elaborar la respuesta de estrés.
- Se han identificado neuropéptidos análogos a los liberados por el eje hipotálamo hipofisario.
Cronobiología
CRONOBIOLOGÍA: Efecto del tiempo sobre los seres vivos. Ciencia que estudia los ritmos biológicos.
TIEMPO: Duración de las cosas sujetas a mudanza. Coordenada de referencia en el universo físico que, en un lugar determinado, permite ordenar la secuencia de sucesos estableciendo un pasado, un presente y un futuro. → Todos los organismos estudiados hasta ahora miden, de alguna manera el paso del tiempo. La estimación del tiempo por los organismos es fundamental para su supervivencia. Coordinar una serie de mecanismos en el tiempo. Es necesario un oscilador, cuyas variaciones recurrentes sirvan para medir el tiempo.
Tiempo biológico: variación regular de una función biológica a lo largo del tiempo.
El fundamento de los mecanismos de adaptación a su entorno físico y vital, así como la base de los mecanismos encargados de coordinar las funciones orgánicas en el devenir temporal.
Para medir el tiempo es necesario hacer uso de un fenómeno recurrente a intervalos regulares, que permita la segmentación de su continuo (oscilador). La mayoría de los procesos bioquímicos, fisiológicos y conductuales están sometidos a variaciones periódicas (oscilan con regularidad).
Un ritmo es la variación regular de una función biológica en el curso del tiempo. El significado biológico de los ritmos es predecir la aparición de un estímulo ambiental y anticipar la respuesta correctiva adecuada (Homeostasis predictiva). Tipos de homeostasis:
- Reactiva
- Predictiva: la perturbación incide sobre una variable a controlar, pero también sobre un sistema circadiano. Ej: alteraciones estacionales de la actividad melanogénica, ritmos circadianos…
TIPOS DE RITMOS BIOLÓGICOS según su…
- FRECUENCIA
- BAJA: períodos mayores de 6 días (menstruación, migración, apareamiento…).
- MEDIA: períodos mayores de 30 minutos y menores de 6 días (sueño-vigilia…).
- ALTA: períodos menores de 30 minutos (respitación, electrocardiograma…).
- PERIODO
- INFRADIANO: periodo mayor de 24 horas (ciclo menstrual…).
- CIRCADIANO: periodo aproximadamente de 24 horas (sueño-vigilia…)
- ULTRADIANO: periodo menor de 24 horas (respiración, frecuencia cardiaca…)
●CORRELACIÓN CON FACTORES GEOFÍSICOS
- RITMOS GEOFÍSICO DEPENDIENTES (circamareales, circadianos, circalunares, circanuales). Se correlacionan con cambios periódicos del planeta → periodos estables. Asociados con la homeostasis predictiva.
- RITMOS GEOFÍSICO INDEPENDIENTES (ultradianos, de alta frecuencia). No se correlacionan con cambios periódicos del planeta → ritmos poco estables, pueden ser alterados por cambios en el medio interno o en el medio ambiente. Asociados a la homeostasis reactiva.
RELOJES Y SINCRONIZADORES BIOLÓGICOS
RELOJ BIOLÓGICO: Estructura interna de un organismo responsable de la generación de una categoría de oscilación rítmica SINCRONIZADOR: Cualquier agente (habitualmente la luz) capaz de sincronizar el periodo de un ritmo biológico al suyo propio. CURSO LIBRE (free running): Define a un ritmo biológico que no está siendo influido (sincronizado) por ningún factor externo, consecuentemente su periodo será correspondiente al oscilador o reloj endógeno.
•ZEITGEBERS (Sincronizador)
- Luz (más común y efectivo)
- Temperatura
- Disponibilidad de alimento
- Interacciones sociales
•ZEITSTORERS (Disrruptores) Disruptor químico, físico o psicosocial que disrupciona ritmos. Alteran el ritmo.
EL OJO NO SÓLO ES EL ÓRGANO DE LA VISIÓN, INCLUSO EN AUSENCIA DE ÉSTA OPERA COMO UN SENSOR DE LA ILUMINACIÓN AMBIENTAL.
LEYES DE ASCHOFF ◊ En los animales diurnos situados en oscuridad continua, el periodo en ritmo libre es mayor de 24 horas; lo contrario ocurre en los animales de actividad nocturna. De expresarse su período endógeno, el ritmo se iría desfasando continuamente de las condiciones periódicas ambientales.
CURVAS DE RESPUESTA DE FASE (PRC)
Se observa diferente respuesta a un agente sincronizador (zeitgeber) en función del momento del ciclo en que se aplica. Este fenómeno se representa por la llamada “curva de respuesta de fase”. La determinación de esta curva es un requisito que debe cumplir cualquier agente para ser considerado con actividad directa sobre el reloj endógeno. En todos los casos, las curvas de respuesta de fase indican que durante gran parte del ciclo diario, el estímulo luminoso es ineficaz para modificar el periodo circadiano. PROPIEDADES DE LAS PRC
- Son universales.
- Difieren de un individuo a otro o de una especie a otra en cuanto a la magnitud de los avances o retardos de fase que se producen.
- No hay simetría entre los avances y retrocesos de fase. En unas especies el retraso o el avance de fase es más importante en magnitud y duración que en otras.
- En un mismo individuo, la magnitud del avance o retraso de fase dependen de la intensidad del estímulo luminoso.
- En todos los casos, los retardos de fase son inmediatos, mientras que los avances requieren un cierto tiempo.
◊ El aumento de la intensidad luminosa prolonga el tiempo de actividad y acorta el tiempo de reposo en las especies diurnas, mientras que disminuye el tiempo de actividad y aumenta el de reposo en las especies nocturnas. Al aumentar la intensidad luminosa, aumenta la actividad de las especies diurnas y disminuye la de las nocturnas.
El reloj principal es el que tiene el periodo más largo: controla los relojes endógenos en condiciones normales. En condiciones no normales, los osciladores periféricos dejan de ser controlados por el oscilador principal.
Free running → sueño y vigilia → no acompasado con el ciclo principal sueño de mala calidad. Desincronización de los ritmos.
Agente ambiental: cumple el fenómeno del ajuste de cambio de fase para ser considerado un zeitgebergs.
