Fisiología AFIR by Academia AFIR

MANUAL AFIR DE FISIOLOGÍA, FISIOPATOLOGÍA Y ANATOMÍA 1.ª edición - Febrero 2017 ISBN 978-84-946570-2-3 DEPÓSITO LEGAL M-3171-2017 ACADEMIA DE PREPARACIÓN FIR, S.L. www.afiracademia.com info@afiracademia.com DISEÑO, MAQUETACIÓN E ILUSTRACIONES Iceberg Visual Diseño, S.L.N.E. IMPRESIÓN

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FISIOLOGÍA, FISIOPATOLOGÍA Y ANATOMÍA

ORIENTACIÓN FIR

Rendimiento por asignatura (preguntas por página)

Número medio de preguntas (de los últimos 17 años)

3,8

Fisiología, Fisiopatología y Anatomía es con diferencia la asignatura más importante en el FIR. Todos los años caen alrededor de 40-45 preguntas. Éstas se reparten de forma dispar entre los sitemas endocrino, nervioso, digestivo, cardiovascular, renal y respiratorio. El que se lleva la palma sin duda es el tema de células sanguíneas y hemostasia que año tras año es el más preguntado de todos. Es una asigantura relativamente sencilla si se entienden los conceptos y no se intenta memorizar de carrerilla. ¡Ánimo con la Fisio!

Orientación FIR

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ÍNDICE TEMA 1.

FISIOLOGÍA CELULAR Y GENERALIDADES........................................................................................11

Estructura celular.................................................................................................................................... 11 Membrana plasmática............................................................................................................................. 13 Transporte de sustancias a través de la membrana celular....................................................................... 13 Uniones entre células.............................................................................................................................. 16 Potencial de membrana y potencial de acción......................................................................................... 16 Canales iónicos....................................................................................................................................... 18

1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6.

TEMA 2.

SISTEMA MUSCULAR........................................................................................................................20

Anatomía del sistema muscular............................................................................................................... 20 Músculo esquelético............................................................................................................................... 20 Músculo liso............................................................................................................................................ 27

2.1. 2.2. 2.3.

TEMA 3.

TEMA 4.

SISTEMA NERVIOSO.........................................................................................................................69

5.1. Principios básicos del sistema nervioso.................................................................................................... 69 5.2. Fibras nerviosas. Generalidades............................................................................................................... 71 5.3. Anatomofisiología del sistema nervioso central....................................................................................... 72 5.4. Encéfalo.................................................................................................................................................. 74 5.5. Médula espinal....................................................................................................................................... 84 5.6. Anatomofisiología del sistema nervioso periférico................................................................................... 87 5.7. Anatomofisiología del sistema nervioso autónomo.................................................................................. 88

TEMA 6.

SISTEMA CARDIOVASCULAR............................................................................................................40

4.1. Anatomía del músculo cardiaco.............................................................................................................. 40 4.2. Circulación coronaria.............................................................................................................................. 42 4.3. Potencial de acción cardiaco................................................................................................................... 42 4.4. Ciclo cardiaco......................................................................................................................................... 43 4.5. Electrocardiograma................................................................................................................................. 44 4.6. Regulación de la función cardiaca........................................................................................................... 44 4.7. Sistema de excitación y conducción cardiaca........................................................................................... 46 4.8. Gasto cardiaco y retorno venoso............................................................................................................. 47 4.9. Patología del corazón.............................................................................................................................. 48 4.10. Anatomía del sistema circulatorio............................................................................................................ 51 4.11. Principios básicos de la función cardiaca.................................................................................................. 55 4.12. Elementos de la circulación..................................................................................................................... 56 4.13. Tipos de circulación................................................................................................................................. 57 4.14. Regulación del flujo sanguíneo................................................................................................................ 57 4.15. Regulación de la presión arterial.............................................................................................................. 60 4.16. Patología del sistema circulatorio............................................................................................................ 61

TEMA 5.

SISTEMA ÓSEO Y ARTICULACIONES.................................................................................................29

3.1. Anatomía del sistema óseo..................................................................................................................... 29 3.2. Articulaciones......................................................................................................................................... 35 3.3. Tejido óseo............................................................................................................................................. 36 3.4. Patología del hueso................................................................................................................................. 38 3.5. Patología de las articulaciones................................................................................................................. 38

FISIOLOGÍA DE LA SENSIBILIDAD....................................................................................................95

6.1. Receptores sensoriales............................................................................................................................ 95 6.2. Órganos de los sentidos.......................................................................................................................... 99 6.2.1. Vista....................................................................................................................................................... 99 6.2.2. Audición y equilibrio............................................................................................................................... 106 6.2.3. El olfato.................................................................................................................................................. 108 6.2.4. El gusto.................................................................................................................................................. 109

TEMA 7. TEMA 8.

SISTEMA LINFÁTICO.........................................................................................................................111 LÍQUIDOS CORPORALES Y SISTEMA RENAL.....................................................................................113

Líquidos corporales. Composición y funciones......................................................................................... 113 Patología del líquido corporal.................................................................................................................. 114 Anatomofisiología del sistema urinario.................................................................................................... 114 Funciones renales.................................................................................................................................... 115 Patología renal........................................................................................................................................ 121 Datos de laboratorio............................................................................................................................... 125

8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5. 8.6.

TEMA 9.

FISIOLOGÍA DE LAS CÉLULAS SANGUÍNEAS Y HEMOSTASIA...........................................................128

Células sanguíneas y hematopoyesis....................................................................................................... 128 Patología de las células sanguíneas......................................................................................................... 133 Hemostasia y coagulación....................................................................................................................... 142

9.1. 9.2. 9.3.

Índice

Pág. 9

9.4. Patología de la hemostasia y coagulación................................................................................................ 146 9.5. Grupos sanguíneos................................................................................................................................. 149 9.6. Proteinograma........................................................................................................................................ 149 9.7. Reactantes de fase aguda....................................................................................................................... 149 9.8. Marcadores tumorales............................................................................................................................ 150

TEMA 10.

SISTEMA RESPIRATORIO..................................................................................................................153

10.1. Anatomofisiología del sistema respiratorio.............................................................................................. 153 10.2. Ventilación pulmonar.............................................................................................................................. 154 10.3. Espirometría............................................................................................................................................ 154 10.4. Principios físicos del intercambio gaseoso. Difusión de gases a través de la membrana respiratoria.......... 156 10.5. Transporte de gases en sangre y líquidos tisulares................................................................................... 157 10.6. Regulación de la respiración.................................................................................................................... 159 10.7. Patología del sistema respiratorio............................................................................................................ 159

TEMA 11.

SISTEMA ENDOCRINO......................................................................................................................162

11.1. Generalidades de endocrinología............................................................................................................ 162 11.2. Sistema hipotálamo-hipófisis. Hormonas hipotalámicas. Hormonas hipofisarias y control por el hipotálamo. Patologías asociadas................................................. 162 11.3. Hormonas metabólicas tiroideas. Patología del tiroides............................................................................ 168 11.4. Hormonas corticosuprarrenales. Patologías asociadas a la secreción corticosuprarrenal............................ 171 11.5. Hormona paratiroidea, calcitonina, metabolismo del calcio y el fosfato y vitamina D. Patologías asociadas.......... 173 11.6. Páncreas. Hormonas pancreáticas. Diabetes............................................................................................ 175 11.7. Obesidad................................................................................................................................................ 177 11.8. Glándula pineal....................................................................................................................................... 177

TEMA 12.

SISTEMA REPRODUCTOR..................................................................................................................178

12.1. Anatomofisiología de los órganos sexuales femeninos............................................................................. 178 12.2. Sistema hormonal femenino................................................................................................................... 178 12.3. Ciclo ovárico mensual............................................................................................................................. 179 12.4. Embarazo............................................................................................................................................... 179 12.5. Patología de la secreción ovárica............................................................................................................. 181 12.6. Anatomofisiología de los órganos sexuales masculinos............................................................................ 181 12.7. Sistema hormonal masculino................................................................................................................... 181 12.8. Espermatogenia...................................................................................................................................... 183 12.9. Patología de la secreción testicular.......................................................................................................... 183

TEMA 13.

SISTEMA DIGESTIVO........................................................................................................................185

Anatomofisiología del sistema digestivo.................................................................................................. 185 Funciones secretoras del tubo digestivo................................................................................................... 189 Digestión y absorción en el tubo digestivo............................................................................................... 191 Hormonas gastrointestinales................................................................................................................... 193 Patología gastrointestinal........................................................................................................................ 193 Páncreas. Patologías asociadas................................................................................................................ 195 Hígado. Patologías asociadas.................................................................................................................. 196

13.1. 13.2. 13.3. 13.4. 13.5. 13.6. 13.7.

ANEXO. PATOLOGÍA DEL CALOR Y DEL FRÍO.........................................................................................................199 BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................................................................200

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Índice

TEMA 1

FISIOLOGÍA, FISIOPATOLOGÍA Y ANATOMÍA

FISIOPATOLOGÍA DE LA CÉLULA EUCARIOTA Enfoque FIR

1.1. Estructura celular

Tema muy poco importante, entre 1 y 2 preguntas de media en el examen FIR. Lo más preguntado son los tipos de transporte de sustancias a través de la membrana, con ejemplos de cada uno y la mayoría de preguntas están relacionadas con la bomba Na-K.

La célula constituye la unidad funcional y estructural básica del organismo. Está compuesta en su mayoría por agua (80% aprox); proteínas (10-15%), de tipo estructural o fibroso (inmóviles), constituyentes de los microtúbulos del citoesqueleto y responsables de la contracción o la división celular; y funcionales o globulares (móviles) con actividad enzimática; lípidos (2%), en su mayoría fosfolípidos y colesterol, como constituyentes

Figura 1. Partes de la célula. Tomada de Master Anatomía EVO7 ©Fondo editorial Marbán.

Fisiopatología de la célula eucariota

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de membranas y triglicéridos o grasas neutras como almacén de energía; hidratos de carbono (1%), como glucoproteínas estructurales o disueltos en forma de glucosa en el líquido extracelular o en forma de glucógeno como almacén de energía; y finalmente iones entre los que destacan el potasio, magnesio, fosfato y sulfato. El conjunto de todas estas sustancias que forman la célula se denomina protoplasma. (Ver figura 1 en la página anterior) Principalmente distinguimos dos estructuras: núcleo y citoplasma.

Núcleo Contiene el material genético de la célula. Se encuentra delimitado y separado del citoplasma por una doble membrana nuclear. La capa externa se continúa con el retículo endoplásmico y una capa interna con poros nucleares que controlan el transporte de sustancias entre los dos compartimentos. Está presente en todas las células del organismo excepto en hematíes. Dentro del núcleo encontramos los nucléolos, sin membrana limitante, que contienen el RNA necesario para la síntesis de ribosomas.

Recuerda... El músculo esquelético contienen dos núcleos.

Citoplasma: citosol + orgánulos celulares Contiene proteínas en forma de microtúbulos (participan en la división celular), microfilamentos de actina (proteína más abundante en células de mamíferos, encargada del movimiento de la célula) o filamentos intermedios. Todas ellas constituyen el citoesqueleto, importante en el mantenimiento de su estructura. Dentro de los orgánulos celulares se encuentran: Mitocondria Es el lugar de síntesis de energía en forma de ATP, necesaria para llevar a cabo las funciones de la célula. También interviene como reguladora en la apoptosis. Contiene DNA propio. Estructuralmente está formada por: - Membrana externa, a través de la cual pasan moléculas con un tamaño de hasta 5kDa. - Espacio intermembranoso. - Membrana interna, la cual se pliega formando unas crestas donde se producirá la fosforilación oxidativa para la síntesis del ATP. La matriz o interior de la mitocondria contiene enzimas necesarios para el ciclo de Krebs y oxidación de ácidos grasos. (Ver figura 2) Retículo endoplásmico Está formado por una red de membranas de bicapa lipídica formando túbulos y vesículas interconectados. Es de dos tipos:

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Figura 2. Mitocondria. Tomada de Master Anatomía EVO7 ©Fondo editorial Marbán.

- Rugoso. Por la presencia de ribosomas unidos a su membrana externa. Se encargan de la traducción del RNAm y de modificaciones postraduccionales (p. ej., glucosilación) cuando el destino de las proteínas es secretarse fuera de la célula o transportarse a la membrana plásmática u otros orgánulos como Aparato de Golgi o lisosomas. - Liso, sin ribosomas. Síntesis de ácidos grasos y lípidos ymodificación y detoxificación de sustancias. En las células del músculo se denomina retículo sarcoplásmico, y constituye el almacén de Ca2+. Aparato de Golgi Es un orgánulo membranoso formado por la apilación de sacos aplanados y vesículas. Por su cara convexa o cis recibe vesículas cargadas de proteínas sintetizadas en el RER, que se fusionan con sus estructuras para sufrir nuevas modificaciones (p. ej. modificaciones de la parte glucosilada de la proteína con nuevos hidratos) y lípidos del REL, a los que se le añadirán hidratos de carbono. Posteriormente, se secretan por su cara cóncava o trans para formar lisosomas, vesículas secretoras o fusionarse con la membrana plasmática. Lisosomas Son vesículas membranosas esféricas que proceden del aparato de Golgi. En su interior, a pH ácido (4,5) existen enzimas digestivas de tipo hidrolasa. Peroxisomas Diferencias con lisosomas: no proceden del aparato de Golgi, si no que se forman por autorreplicación y contienen enzimas oxidasas como peroxidasas o catalasas para la detoxificación de fármacos y oxidación de ácidos grasos.

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Fisiología, Fisiopatología y Anatomía Vesículas secretoras Se liberan hacia el citoplasma desde el aparato de Golgi conteniendo las sustancias formadas en el RE y aparato de Golgi que están destinadas a secretarse fuera de la célula.

colípidos, dispuestos en la cara externa de la membrana (p. ej., glucosilfosfatidilinositol, molécula necesaria para el anclaje de las proteínas a la cara externa de la membrana; glucoesfingolípidos como galactocerebrósidos (FIR), ...). Todos ellos poseen carácter anfipático, es decir, están formados por una parte hidrófila (grupos fosfato) orientada hacia la cara externa de la membrana y otra hidrófoba (cadenas de ácidos grasos) hacia el interior.

1.2. Membrana plasmática Bicapa lipídica que separa el medio intracelular del extracelular. Está formada principalmente por proteínas (55%), lípidos (40%) y un 5% de hidratos de carbono, normalmente asociados por enlace covalente a lípidos o proteínas.

Proteínas (glucoproteínas) Las hay de dos tipos: - Integrales. Atraviesan la membrana y se asocian a ella por enlaces hidrófobos. Pueden atravesarla por completo (proteínas transmembrana). Algunas forman canales o poros que permiten el paso de sustancias, y otras se comportan como proteínas transportadoras, enzimas o receptores de membrana. - Periféricas. Generalmente unidas a las proteínas integrales en la superficie externa o interna. Las proteínas serán las responsables de dar a la bicapa sus funciones fundamentales: - Transporte selectivo de sustancias a su través. - Reconocimiento celular por medio de los antígenos existentes en su superficie. - Comunicación entre células. - Organización tisular mediante uniones intercelulares. - Actividad enzimática. - Mantenimiento de la forma celular por unión del citoesqueleto a la membrana plasmática.

Hidratos de carbono (en forma de glucolípidos o glucoproteínas) Figura 3. Modelo de mosaico fluido de la membrana plasmática. Tomada de Master Anatomía EVO7 ©Fondo editorial Marbán.

Los componentes de la membrana se hallan unidos a ella por enlaces hidrofóbicos. Su estructura se describe con el modelo de Singer-Nicolson o mosaico fluido: estructura fluida que permite el movimiento de proteínas y lípidos de manera lateral por la bicapa (FIR).

La parte del glúcido que se asocia se sitúa en la superficie externa de la membrana constituyendo el glucocáliz.

1.3. Transporte de sustancias a través de la membrana celular

La fluidez de la misma depende de: - Grado de saturación de ácidos grasos. A mayor saturación menor fluidez. - Temperatura. A mayor temperatura mayor fluidez de la membrana. - Colesterol. Distinto comportamiento en función de la temperatura. Por un lado, a temperaturas más o menos altas (37 ºC) por ser una molécula rígida y plana disminuye la fluidez de las membranas y por otro, evita que a temperaturas bajas la membrana se solidifique y los fosfolípidos se agregen. - Longitud de las cadenas de ácidos grasos. Fosfolípidos de cadena corta aumentan la fluidez.

Lípidos Fosfolípidos (los más abundantes), responsables de la estructura fundamental de la bicapa, colesterol a ambos lados y glu-

Figura 4. Distintos tipos de transporte a través de la membrana.

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Pasivo Moléculas e iones difunden a favor de gradiente de concentración, sin gasto de energía. La velocidad de difusión de las moléculas por unidad de tiempo (J) sigue la ley de Fick:

- Competición de moléculas estructuralmente similares por la misma proteína transportadora. - Velocidad de transporte menor que a través de canales iónicos (102-104). Típico de moléculas polares de mayor tamaño. Por ejemplo, glucosa (Transportadores GLUT) y aminoácidos).

D = coeficiente de difusión A = superficie de difusión ∆C/∆x: gradiente de concentración por espesor de la membrana

Se dividen en: difusión simple y difusión facilitada. Difusión simple Moléculas liposolubles como gases (p. ej., O2 y CO2, nitrógeno), etanol o esteroides atraviesan directamente la membrana siendo la velocidad de difusión proporcional a la liposolubilidad de la sustancia. Sustancias polares y de pequeño tamaño, como el agua e iones como Na+ y K+ pasan a través de canales proteicos. La difusión a través de canales es más lenta que cuando las sustancias pasan directamente. La difusión simple sigue una cinética lineal: la velocidad de difusión aumenta proporcionalmente a su concentración.

Figura 5. Cinética de la difusión simple y la difusión facilitada.

Los canales proteicos se caracterizan por:

Activo

- Selectividad a ciertos iones o moléculas. - Algunos están siempre abiertos pero por lo general la apertura de la mayoría tiene un mecanismo de compuerta que responde a señales eléctricas “canales activados por voltaje” o químicas “canales activados por ligando”, regulando así la permeabilidad iónica. - Alta rapidez de transporte (106/108 moléculas/sg).

Se produce en contra de gradiente de concentración a través de bombas, con gasto de energía (FIR 2009, 146; FIR 2005, 131).

En el caso del agua, el proceso de difusión se conoce como ósmosis y el paso se produce muy rápidamente (109 moléc/sg) a través de canales de agua conocidos como acuoporinas.

La energía proviene de la hidrólisis de compuestos fosfato de alta energía, como el ATP.

Difusión facilitada La sustancia atraviesa la membrana mediante su unión a una proteína transportadora o carrier que cambia de conformación y libera la sustancia al interior. Características: - Unión específica a la proteína transportadora. - Cinética saturable (diferencia con difusión simple). La velocidad de difusión aumenta hasta un valor máximo (Vmáx), a partir del cual el transportador se satura.

TIPO P Na+/K+. Ca2+ (en membrana celular o membrana del retículo sarcoplásmico). H+/K+ (células gástricas y riñón: TD y TC).

Tiene las características propias del transporte mediado por proteína transportadora: especificidad, competencia y saturación (al igual que la difusión facilitada). Transporte activo primario

Bombas transportadoras con función ATPasa (ver tabla 1). Destaca la bomba de Na+/K+ (FIR 2004, 78; FIR), presente en todas las células del organismo (FIR). Se encarga del bombeo de 3 iones Na al exterior y dos iones K al interior. Estructura: dos proteínas globulares: - Subunidad α, con actividad funcional. - Subunidad β (mantiene la bomba fija a la membrana): • En la parte interna de la subunidad: - 3 lugares de unión al Na+. - Lugar de hidrólisis del ATP. • En la parte externa: - 2 puntos de unión al K+.

TIPO V

TIPO F

GLICOPROTEÍNA P170 O MULTITRANSPORTE DE FÁRMACOS (MDR)

H+ Participa en exo y endocitosis.

H+ En mitocondrias para la síntesis de ATP.

Expulsan sustancias fuera de la célula constituyendo un mecanismo de resistencia a fármacos.

(EN ENDOSOMAS O LISOSOMAS)

Tabla 1. Tipos de bombas implicadas en el transporte activo primario.

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Fisiología, Fisiopatología y Anatomía Unión del Na+ a la subunidad β → hidrólisis de ATP en ADP y Pi → fosforilación de la bomba con cambio conformacional → liberación de 3 Na+ al exterior y unión de 2 K+ en la cara extracelular → liberación de Pi y cambio de conformación al estado inicial → introducción de 2 K+ al interior (FIR). Importancia de la bomba Na+/K+: - Mantiene el gradiente de concentración de estos dos iones a través de la membrana (FIR 2010, 63). - Es electrogénica: crea en el interior de la célula un potencial eléctrico negativo. - Mantiene el equilibrio osmótico y el volumen celular. - Contribuye de manera indirecta al transporte activo secundario, ya que mantiene el gradiente del sodio.

Tres tipos: - Fagocitosis. Bacterias, células viejas o dañadas o restos de tejido. - Pinocitosis. Proceso no selectivo que engloba macromoléculas disueltas en líquido extracelular. - Endocitosis mediada por receptor. Se internaliza una molécula por unión específica a un receptor de la membrana. Ej: transporte de colesterol por lipoproteínas LDL.

Recuerda... Los glucósidos cardiotónicos como la ouabaína se unen a un sitio de fijación de la bomba Na+/K+, bloqueando su actividad (FIR). Aumenta el Na+ intracelular, que se intercambia con Ca2+, estimulando la contracción.

Transporte activo secundario o transporte acoplado La energía para este transporte procede de la energía almacenada por el gradiente de concentración del Na+ creado por la bomba Na/K, y se aprovecha para introducir otras sustancias en contra de gradiente de concentración. Dos tipos: - Cotransporte o simporte. Transporte de ambas sustancias en la misma dirección. El sodio y la molécula a transportar se unen a una proteína transportadora de la membrana, una vez unidos se produce un cambio conformacional de la misma que los introduce dentro de la célula. Por ejemplo, Na+ - glucosa (a través de las proteínas SGLT (FIR 2010, 78)) o Na+ - aa, ambos en células epiteliales del aparato digestivo y renal); Na/K/2Cl en el asa ascendente de Henle; Na/ Cl en el túbulo distal. - Contratransporte o antiporte. Transporte de las dos sustancias en direcciones opuestas. El sodio se une a la cara extracelular de la proteína, mientras que la molécula o ión a transportar se une en el interior. Los dos ya unidos producen un cambio conformacional que libera al Na dentro y a la otra sustancia fuera. Por ejemplo, 2Na-Ca, en la gran mayoría de las células (importante en la relajación muscular); Na-H en los túbulos proximales del riñón para la regulación de pH celular; Cl/HCO3 en hematíes y nefronas.

Figura 6. Tipos de endocitosis.

Exocitosis Liberación del contenido de vesículas al medio extracelular por fusión de la misma con la membrana plasmática a través de proteínas de membrana.

Hasta ahora hemos visto como se transportan las sustancias de pequeño tamaño, sin embargo, las macromoléculas necesitan de otro tipo de transporte para atravesarla.

Figura 7. Exocitosis.

Transporte a través de vesículas

Transcitosis

Endocitosis

Endocitosis + exocitosis. Permite el paso de sustancias de la sangre al liquido intersticial. Típico de células endoteliales como las de los vasos sanguíneos.

Para pasar al interior de las células, las moléculas de gran tamaño se engloban en vesículas formadas por invaginación de la membrana y recubiertas de proteínas como la clatrina.

(Ver figura 8 en la página siguiente)

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afiracademia.com 1.4. Uniones entre células Principalmente existen tres tipos:

Figura 8. Transcitosis.

- Uniones estrechas, impermeables, herméticas u ocluyentes. A través de determinadas proteínas (ocludinas) se unen las membranas plasmáticas de células adyacentes, evitando el paso de moléulas e iones. Se produce así una barrera entre dos compartimentos líquidos vecinos.Presentes en el tejido epitelial que envuelve la vejiga, el estomago y los intestinos. - Uniones adherentes o desmosomas. Mediadas por proteínas de adhesión (cadherinas, selectinas, interinas..) que conectan el citoesqueleto de las células que unen células entre si y con la membrana basal (hemidesmosoma). Se encuentran en la epidermis y en el corazón. Requieren calcio y las principales proteínas implicadas son la desmoplaquina y la placoglobina. - Uniones en hendidura, comunicantes o GAP. Conectan el citoplasma de células contiguas a través de 6 proteínas transmembrana (conexinas) que forman un canal para el paso de moléculas pequeñas. Se permite así el acoplamiento eléctrico y metabólico de células adyacentes. Presentes en músculo cardiaco, músculo liso y sistema nervioso. (Ver figura 9)

1.5. Potencial de membrana y potencial de acción Potencial de membrana Diferencia de carga o potencial entre ambos lados de la membrana. Si la membrana no está transmitiendo impulsos se llama “potencial de membrana en reposo”. El potencial de membrana en reposo es negativo y suele estar entre -90 mV para las fibras nerviosas mielínicas grandes y fibras musculares esqueléticas, -50/-60 mV para el músculo liso y -40/70 mV para neuronas y pequeñas fibras musculares y nerviosas. Se define potencial de difusión o de equilibrio (Ek) como el potencial de membrana que mantiene las concentraciones de cada ión estables a ambos lados de la membrana, evitando su difusión. Para su cálculo, si consideramos que la membrana es permeable a un determinado ión, se usa la ecuación de Nerst, que relaciona el potencial de equilibrio del ión con su concentración dentro y fuera de la célula.

Signo -: si el ión que difunde tiene signo positivo Signo +: si el ión que difunde tiene signo negativo

Por ejemplo, K+ interior/K+ exterior = 140 mEq/L / 4 mEq/L = 35; Ek = -61 x log 35 = -94 mV

Figura 9. Tipos de uniones intercelulares. Tomada de Master Anatomía EVO7 © Fondo editorial Marbán.

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Fisiología, Fisiopatología y Anatomía Si por el contrario, consideramos que la membrana es permeable a diferentes iones se emplea la ecuación de Goldman-Hodgkin-Katz, que engloba la polaridad del ión, la permeabilidad de la membrana a cada ión (P) y las concentraciones a ambos lados de la membrana (C):

La negatividad de este valor se debe a los siguientes factores: - Existencia de la bomba Na+-K+. - Moléculas cargadas negativamente en el interior celular (proteínas y aniones) que por su tamaño no pueden salir al exterior. - Distinta permeabilidad de la membrana en reposo a los iones: mayor permeabilidad al K+ que al Na+ en reposo, por lo que salen más iones potasio que sodios entran. - Potenciales de difusión o equilibrio del Na+ y el K+. - Diferente composición en electrolitos del líquido intracelular y el liquido extracelular.

la propagación se interrumpe. Para la propagación, el cociente entre el PA y el valor umbral tienen que ser mayor de 1: factor de seguridad para que se produzca la propagación. En ciertas células como musculares cardiacas o lisas, el Ca2+ interviene también en la despolarización a través de canales dependientes de voltaje que se activan lentamente permitiendo el transporte pasivo de Ca2+ al interior celular. Son canales también permeables al sodio, pero en menor medida: canales lentos de Ca2+-Na+. La apertura más lenta de estos canales hace que la despolarización se mantenga en una meseta, alargando su duración y dando comienzo más tardíamente a la repolarización. Esta morfología, difiere del típico PA en espiga, y se denomina PA en meseta. Otra posible razón del potencial en meseta es la apertura más lenta de los canales de K+.

El LIC y el LEC tienen una concentración de 150 mEq/L de cationes y 150 mEq/L de aniones pero su distribución es muy distinta:

LIC

LEC

K, Mg Fosfatos, sulfatos Aminoácidos y proteínas Colesterol, fosfolípidos y triglicéridos pH: 7 pO2: 20 mmHg pCO2: 50 mmHg

Na, Ca, Cl HCO3 Glucosa Figura 10. Potencial en meseta.

pH: 7.4 pO2: 35 mmHg pCO2: 46 mmHg

Tabla 2. Composición en el LIC y LEC

El ión más abundante a nivel extracelular es el Na+ (FIR 2005, 59). A nivel intracelular el ión mayoritario es el K+.

Potencial de acción El potencial de acción (PA) es un cambio rápido del potencial de membrana que se produce como respuesta a un estímulo, y mediante el cual las células excitables (neuronas o células musculares) transmiten las señales. Fases del PA: 1. Fase de reposo (-70/-90 mV). Por esta negatividad intracelular se dice que la célula está polarizada. 2. Despolarización. El estímulo provoca un cambio conformacional en los canales de Na+ dependientes de voltaje y se activan (FIR 2005, 60). Entra Na+ al interior y el potencial se vuelve menos negativo, llegando en ocasiones hasta valores positivos. El PA se produce únicamente si la despolarización alcanza un valor umbral, que suele estar en 15-30 mV por encima del potencial de reposo. Entonces, el PA se propaga de forma regenerativa con la misma forma y tamaño a lo largo de toda la membrana siguiendo la Ley del todo o nada. Si en algún punto de la membrana no se alcanza el valor umbral,

3. Repolarización. Inactivación rápida de los canales de Na+ y apertura de canales de K+ dependientes de voltaje, que comienza a salir (FIR 2007, 65) restableciendo el potencial hacia el valor de reposo. 4. Tras la repolarización, el valor del potencial de membrana puede volverse aún más negativo que el de reposo: hiperpolarización. Se debe a la inactivación lenta de los canales de K+. Una vez los canales de K+ se cierran, el potencial de reposo se reestablece. Después del PA, la bomba Na+/K+ reestablece los gradientes de concentración de ambos iones a ambos lados de la membrana. Un tiempo después de que comience el potencial de acción, la inactivación de los canales de Na+ hace que la membrana no pueda responder ante un segundo estímulo, independientemente de su intensidad, hasta que se alcance parte de la repolarización y el potencial se acerque al valor de reposo para que puedan volver a abrirse las compuertas de inactivación. Éste período se conoce como período refractario absoluto. Tras éste y hasta el final del PA, entramos en un período refractario relativo en el que debido al retraso en el cierre de los canales de K+, sólo es posible generar un nuevo PA si el estímulo que llega a la membrana es más intenso de lo normal. (Ver figura 10 en la página siguiente)

Fisiopatología de la célula eucariota

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afiracademia.com 1.6. Canales iónicos Los canales iónicos atraviesan la membrana formando poros que permiten el paso selectivo y rápido de ciertos iones a favor de gradiente. También muestran selectividad ante la señal que lo activa. Los canales se presentan en 3 estados distintos: - Reposo o cerrado. En esta etapa se puede activar. - Activado o abierto. - Inactivado. Está cerrado y no puede ser activado por ningún estímulo.

Tipos de canales iónicos Dependientes de voltaje (FIR 2015, 84) (ver tabla 3) Se activan por un cambio en el potencial de membrana. Una vez activos permiten el paso de ciertos iones como Na+, K+, Ca2+ y Cl- principalmente. Figura 11. Fases del potencial de acción.

Dependientes de ligando (ver tabla 4 en la página siguiente) Canales iónicos asociados a un receptor de membrana también llamado receptor ionotrópico. Formados por 5 subunidades.

CANAL

ESTRUCTURA

FUNCIÓN

3 subunidades: 1 grande + 2 β pequeñas. Tiene dos compuertas: de activación (exterior) y de inactivación (interior). - Reposo: compuerta de activación cerrada y la de inactivación abierta. No entra sodio. Puede activarse por un estimulo. - Estado activado: las dos compuertas están abiertas. Entra sodio. - Estado inactivado: compuerta de activación abierta e inactivación cerrada. No entra sodio. El canal no puede abrirse, para ello debe repolarizarse la célula.

Interviene en excitación neuronal y en el dolor.

Ca De bajo umbral de activación o tipo T (transitorios). De alto umbral, subtipos: L (de larga duración), N (neuronales), P,Q, y R.

5 sununidades: α1(ppal) y α2, β, γ y δ.

Contracción muscular, secreción, expresión de genes.

Antagonistas del calcio (dihidropiridinas, verapamilo, diltiazem)

Tetrámero de 4 subunidades distintas unidas formando el canal. Tiene una compuerta. - Estado reposo: compuerta cerrada. No hay salida de potasio. - Estado activado: compuerta abierta. Sale potasio de la célula.

Mantenimiento del potencial de reposo, repolarización de la membrana, hiperpolarización.

Sulfonilureas y antiarrítmicos.

Antiepilépticos, anestésicos locales y antiarrítmicos.

Tabla 3. Tipos de canales dependientes de voltaje.

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FÁRMACOS RELACIONADOS

Fisiopatología de la célula eucariota

Modulación: Bloqueo: saxitoxina y tetradotoxina. Activación: Batracotoxina, veratridina y aconitina.

Fisiología, Fisiopatología y Anatomía FAMILIA DE RECEPTORES

Nicotinoides

NMDA (n-metil-d-aspartato) y AMPA (ác. α-amino-3OH-5-metil-4isoxazolpropiónico)/ KAINATO

RECEPTOR

ESTRUCTURA

MODULACIÓN

Nicotínico de Ach. Localización: Placa motora y primeros ganglios simpáticos y parasimpáticos.

Subunidades: 2α, β, γ, δ. Activación: unión de 1 molécula de Ach a cada subunidad α.

Bloqueo: D-tubocuranina y α-bungarotoxina.

GABAa GABA: principal neurotransmisor inhibidor del SNC

Asociado a un canal de Cl-: al activarse entra cloro a la célula y se hiperpolariza.

Bloqueo: Bicuculina y picrotoxina

Otros: Glicina y 5-HT3.

Glicina: asociado a canal de Cl-.

Bloqueo: Estricnina (para el receptor de glicina)

Glutamato y aspartato: neurotransmisores excitadores del SNC.

NMDA: permeable al Ca (principalmente), Na y K. En reposo, el Mg2+ se une al canal y lo bloquea. Cuando se une el glutamato, la membrana se despolariza, el Mg2+ se disocia y se activa el canal y puede haber el movimiento de iones.

Glicina como coagonista: favorece la acción del glutamato.

OTROS

Sitios de unión para: esteroides, alcohol, barbitúricos, benzodiazepinas

Acamprosato, riluzol, memantina, felbamato, topiramato y lamotrigina.

AMPA/KAINATO: asociado a canales de Na y K. Tabla 4. Tipos de canales dependientes de ligando.

Fisiopatología de la célula eucariota

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TEMA 2

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SISTEMA MUSCULAR Enfoque FIR

Séptimo tema en orden de importancia. En los últimos años hay una media de entre 2-3 preguntas en el examen FIR. Importante el mecanismo de contracción muscular y las patologías del músculo esquelético (Miastenia gravis, Síndrome de Eaton-Lambert y las distrofias). Ojo a las diferencias del músculo esquelético y el músculo liso.

2.1. Anatomía del sistema muscular (Ver figura 1 y tabla 1 en las páginas siguientes) Existen tres tipos de músculo: - Músculo esquelético. Está bajo control voluntario por el SNC (FIR 2011, 162). Ejecuta el movimiento de los huesos, el mantenimiento de la postura. - Músculo cardiaco, involuntario. Controlado por el SNA o vegetativo - Músculo liso de las vísceras huecas. Es involuntario, controlado por SNA.

Tanto en el músculo esquelético como en el músculo cardiaco se observa la disposición regular típica de los filamentos del músculo estriado.

2.2. Músculo esquelético Anatomía (FIR 2007, 57) Las células que forman el músculo esquéletico son fibras musculares rodeadas de una capa de tejido conjuntivo llamada endomisio. La unión de varias fibras musculares forma fascículos, envueltos en tejido conjuntivo, el perimisio. Finalmente, varios fascículos se unen para formar el músculo y se rodean de epimisio. Es a nivel del perimisio donde se encuentran los vasos sanguíneos. En los extremos de los músculos las capas de tejido conjuntivo forman tendones para insertarse en los huesos. A diferencia de otras células del organismo, las células del músculo esquelético son multinucleadas. Cada fibra muscular está formada por miofibrillas, constituidas a su vez por filamentos de actina y miosina (3000-1500 respectivamente), alternándose filamentos finos y gruesos a modo de bandas que darán lugar al aspecto estriado típico del músculo esquelético.

Figura 1. Músculos del cuerpo humano (continúa en la página siguiente). Tomada de Master Anatomía EVO7 ©Fondo editorial Marbán.

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Sistema muscular

Fisiología, Fisiopatología y Anatomía

Sistema muscular

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ORIGEN

INSERCIÓN

ESTERNOCLEIDOMASTOIDEO (FIR)

Esternón y clavícula

Apófisis mastoides del hueso temporal

SARTORIO (FIR 2009, 225; FIR 2005, 221; FIR)

Espina iliaca

Tibia

BÍCEPS BRAQUIAL (FIR 2014, 203; FIR 2005, 223)

Apófisis coracoides

Radio y aponeurosis bicipital

TRÍCEPS BRAQUIAL (FIR 2012, 203)

Escápula y húmero

Olécranon

DELTOIDES (FIR 2006, 220)

Clavícula, acromion y escápula

Húmero

GASTROCNEMIO*

Fémur y rodilla

Tendón del músculo sóleo

MASETERO (FIR 2015, 203)

Arco cigomático

Superficie externa de la mandíbula

PSOAS MENOR (FIR 2008, 239)

Vértebras T12 y L1

Eminencia ileopectínea

PSOAS MAYOR

Vértebras T12-L5

Fémur

MÚSCULO TRAPECIO

Hueso occipital y vértebras cervicales y dorsales

Clavícula, acromion y omoplato

MÚSCULO ESTERNOHIOIDEO

Esternón y clavícula

Hueso hioides

MÚSCULO ILÍACO

Fosa ilíaca y sacro

Tendón del psoas mayor y trocánter menor del fémur

MÚSCULO BÍCEPS FEMORAL

Ísquion y fémur

Tibia y peroné

MÚSCULO SÓLEO

Peroné, fascia poplítea y tibia

Calcáneo

*El músculo gastrocnemio es el responsable de la flexión plantar del pie y de la flexión de la rodilla (FIR 2010, 231). Los músculos del brazo contiene 3 músculos flexores y 1 músculo extensor (FIR). El músculo deltoides es abductor (FIR 2013, 206). Tabla 1. Origen e inserción de los distintos músculos del cuerpo.

La unidad funcional del músculo esquelético es el sarcómero, que se repite n veces a lo largo de cada miofibrilla. Está delimitado por dos líneas Z y su estructura está formada por:

- Bandas claras o I, isótropas a la luz polarizada. Formadas únicamente por filamentos de actina. - Bandas oscuras o A, anisótropas a la luz polarizada. Formadas por filamentos de actina superpuestos a filamentos de miosina. - Banda H. Engloba solo filamentos de miosina. Serán zonas menos oscuras que las bandas A. En el centro del sarcómero está la línea M, formada por proteínas que mantienen fijos los filamentos de miosina. Durante la contracción, la anchura de las bandas I disminuye, mientras que la de las bandas A permanece constante. Los filamentos de actina van desde las líneas Z hacia el centro del sarcómero superponiéndose con los de miosina, que están situados en el centro. Además, las miofibrillas están constituidas también por proteínas estructurales (ver tabla 2 en la página siguiente).

Figura 2. Disposición de los filamentos de la fibra muscular esquelética. Tomada de Master Anatomía EVO7 ©Fondo editorial Marbán.

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Sistema muscular

La membrana plasmática que rodea a cada fibra muscular se denomina sarcolema, que forma unas invaginaciones llamadas túbulos T (situados a ambos extremos de la banda A, entre las bandas A e I). Por cada sarcómero hay dos túbulos T.

Fisiología, Fisiopatología y Anatomía FUNCIÓN TITINA

Sirve de unión del filamento de miosina con la línea Z. Peso molecular muy alto.

NEBULINA

Se une al disco Z. Ayudar a mantener la estructura.

MIOMESINA

En la línea M.

DISTROFINA

Participa en la transmisión de la tensión muscular al tendón

DESMINA Y VIMENTINA

Permiten la unión entre miofibrillas.

Composición del filamento de miosina Está formada por 6 cadenas polipeptídicas: Dos cadenas pesadas enrolladas formando una hélice alfa que constituirá la cola de la molécula. En un extremo, cada cadena se separa para formar una cabeza globular a la que se unen las cuatro cadenas ligeras, cada par asociado a cada cabeza. Por lo tanto, 1 cola y dos cabezas por cada molécula de miosina.

Tabla 2. Proteínas estructurales del músculo esquelético.

El citoplasma recibe el nombre de sarcoplasma, rico en iones, enzimas, gránulos de glucógeno y mitocondrias, que aportan la energía para la contracción. El retículo endoplásmico del músculo se denomina retículo sarcoplásmico y funciona como almacén de Ca2+. Está formado por un tubo longitudinal dilatado en ambos extremos, constituyendo las cisternas terminales. El conjunto de un túbulo T y sus dos cisternas terminales a cada lado, constituye la triada.

Figura 5. Filamento de miosina. Tomada de Master Anatomía EVO7 ©Fondo editorial Marbán.

La cabeza se separa de la cola por brazos y tanto la cabeza como el brazo proyectan hacia la actina constituyendo los puentes cruzados de la miosina, que producen la contracción cuando interaccionan con los puntos activos de la actina. Características de la cabeza: - Unión a actina. - Función ATPasa para la obtención de energía necesaria en la contracción.

Figura 3. Representación de los túbulos T y las cisternas terminales del músculo esquelético.

Composición del filamento de actina Constituido por monómeros de actina G formando una doble cadena en forma de hélice llamada actina F. Cada actina G posee un sitio de unión al ADP, que es el punto activo de unión con los puentes cruzados de la miosina. Moléculas de tropomiosina se unen a lo largo de la actina F, cubriendo en estado de reposo los puntos activos de la actina. Unidas a la tropomiosina hay moléculas de troponina, formada por tres subunidades: - T, unidas a tropomiosina. - I, cubre el punto activo de la actina, impidiendo que se una la miosina. - C, lugar de unión del Ca2+.

Figura 6. Disposición del filamento de miosina con el de actina. Tomada de Master Anatomía EVO7 ©Fondo editorial Marbán.

Contracción muscular Transmisión y generación del PA en la membrana de la fibra muscular El músculo esquelético está inervado por motoneuronas α cuyos axones salen desde la médula espinal por las raíces ventrales o anteriores. A nivel del músculo se ramifican en botones terminales y cada rama del nervio inerva una fibra muscular. Esta unión forma la unión neuromuscular. (Ver figura 7 en la página siguiente) Un neurona motora junto con todas las fibras musculares que inerva constituye la unidad motora. Las fibras musculares de una misma unidad motora se contraen a la vez.

Figura 4. Filamento de actina. Tomada de Master Anatomía EVO7 ©Fondo editorial Marbán.

La parte del sarcolema próxima a los botones terminales se denomina placa motora terminal y es muy rica en canales de acetilcolina.

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afiracademia.com Recuerda... Canal iónico dependiente de Ach Receptor nicotínico formado por dos subunidades α, a las que se unen dos moléculas de Ach para su activación. Acoplamiento excitación-contracción El cambio de potencial es detectado por los receptores de dihidropiridina de los túbulos T, ligados a canales de Ca2+ de las cisternas terminales (canales receptores de rianodina). Su activación provoca la salida de Ca2+ hacia el sarcoplasma.

Figura 7. Unidad motora del músculo esquelético. Tomada de Master Anatomía EVO7 ©Fondo editorial Marbán.

Cuando un estímulo genera un potencial de acción en una neurona motora, este se propaga a lo largo del axón llegando hasta la terminación nerviosa, donde se abren canales de Ca2+ dependientes de voltaje. Entra Ca2+ a la terminación y éste desencadena la fusión de vesículas conteniendo Ach y su posterior exocitosis a la hendidura sináptica (FIR 2005, 63). La Ach liberada se une a receptores nicotínicos de la fibra muscular (canales de sodio dependientes de ligando) que, al activarse, permiten el paso a través de la membrana de cationes (principalmente sodio). Entra el Na+ y se despolariza la membrana generando un potencial de placa terminal que si alcanza un valor umbral genera un PA en la fibra muscular y se propaga por el sarcolema y a lo largo del túbulo T. La presencia de altas cantidades de acetilcolinesterasa (FIR 2012, 57) en el espacio sináptico impiden que la membrana del músculo se vuelva a excitar degradando la acetilcolina en acetato y colina. La colina se recapta por un mecanismo dependiente de Na+ para ser reutilizada.

El Ca2+ liberado se une a la troponina C (FIR) y provoca un cambio conformacional de la troponina que desplaza a la tropomiosina y deja libres los puntos de unión de la actina con la miosina. Se pueden unir hasta 4 iones Ca2+. Hasta que el Ca2+ no se una en este punto, no podrá unirse la miosina y por tanto no se producirá la contracción. Por ello se puede decir que la contracción del músculo esquelético está regulada por el filamento de actina. Antes de que se inicie la contracción, las cabezas de miosina se unen a ATP en un sitio adyacente al lugar de unión con la actina. Posteriormente se activa su actividad ATPasa, y se hidroliza en ADP y Pi. Estos quedan unidos a su cabeza y la energía liberada provoca un cambio conformacional que permite posicionar la cabeza perpendicular al filamento de actina para poder unirse a ella. Una vez unidos, se liberan el Pi y ADP y se produce un nuevo cambio de conformación que genera un golpe de energía que desplaza la cabeza hacia el brazo tirando de la actina hacia el centro del sarcómero. En el sitio de unión que ha quedado libre se fija otra molécula de ATP y la actina se separa de la miosina para que se pueda generar un nuevo golpe de energía: éste es el llamado “mecanismo de cremallera” de la contracción. De esta manera los filamentos de actina se superponen a los de miosina (FIR 2010, 65), y la magnitud de su superposición determinará la fuerza de contracción. Ésta será máxima a mayor superposición (FIR 2005, 65). La fuerza de la contracción también será mayor cuantos más puentes cruzados existan. Finalmente, la relajación se produce por la presencia de una bomba de Ca2+ dependiente de ATP en el retículo sarcoplásmico que bombea iones hacia el interior. En su interior hay calsecuestrina, que funciona como almacén de Ca2+. Por tanto, en la contracción se necesita ATP para: - Activar la cabeza de la miosina. - Durante la relajación, para introducir el Ca2+ en el retículo sarcoplásmico. - Mantenimiento de los gradientes iónicos y el potencial de membrana por la bomba Na+-K+.

Rigidez cadavérica o rigor mortis Rigidez muscular producida por la incapacidad de relajar los músculos tras la muerte por falta de ATP.

La cantidad de ATP disponible en el organismo permite mantener la contracción durante poco tiempo. Los mecanismos que permiten refosforilar el ADP para volver a obtener ATP y continuar con la contracción son:

Figura 8. Unión neuromuscular.

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- Fosfocreatina. Principal fuente para la obtención de energía de forma inmediata pero existe poca cantidad y se agota rápidamente.

Fisiología, Fisiopatología y Anatomía - Glucógeno almacenado, con obtención de glucosa por su glucogenólisis. Consigue energía muy rápidamente, tanto en condiciones aerobias como anaerobias, y una contracción más prolongada (FIR 2008, 181). - Fosforilación oxidativa. Para la contracción sostenida del músculo a largo plazo. Regulación de la contracción muscular La fuerza de la contracción se puede regular a través del mecanismo de sumación. De dos tipos: - Espacial. Mediante el incremento de unidades motoras que se contraen simultáneamente. - Temporal. En el músculo esquelético no hay periodo refractario y ante un aumento de la frecuencia de estimulación las contracciones se suman y aumenta la fuerza de contracción. Si estos estímulos llegan muy seguidos, el músculo no puede relajarse desencadenando una parálisis espástica (tetania).

Tipos de fibras en el músculo esquelético (Ver tabla 3) Tipos de contracción Cuando el músculo se contrae se genera una fuerza que se mide como tensión. Incluso cuando el músculo está en reposo existe un cierto grado de tensión que se conoce como tono muscular. - Isométrica. Contracción del músculo con aumento de su tensión pero sin variar su longitud. Por ejemplo, aguantar un peso pesado (FIR 2007, 59). - Isotónica. Acortamiento del músculo con tensión constante. Por ejemplo, levantar un peso ligero (FIR 2015, 58).

Patogenia del músculo esquelético y de la unión neuromuscular Miopatías - Estructurales: rabdomiolisis. Destrucción intensa de las fibras musculares con pérdida de sus funciones y liberación de su contenido a la circulación: aumento de K, fosfato, CK en sangre y mioglobina en orina. Se produce por (toxinas, isquemia, traumatismos, etc.).

Recuerda... Tetania Cuando existe déficit de calcio extracelular (FIR 2007, 79) disminuye el valor del potencial al cual los canales de sodio se activan. Así, la fibra nerviosa se vuelve más excitable y algunos nervios comienzan a descargar espontáneamente generando una contracción espástica de los músculos que inervan: tetania muscular, que puede llegar a ser mortal si afecta a los músculos respiratorios.

Recuerda... Estatinas, daptomicina o los antirretrovirales, aumentan el riesgo de sufrir rabdomiolisis.

TIPO I: FIBRAS LENTAS O ROJAS

TIPO II (IIA Y IIB): FIBRAS RÁPIDAS O BLANCAS

(POR LA ELEVADA CANTIDAD DE MIOGLOBINA)

(POR DISMINUCIÓN O AUSENCIA DE MIOGLOBINA)

TAMAÑO

Pequeñas, inervadas por nervios pequeños.

Grandes (IIb) e intermedias (IIa), inervadas por nervios de gran tamaño. Para una mayor fuerza de contracción.

METABOLISMO

Oxidativo.

IIA: glucolítico y oxidativo. IIB: glucolítico.

RESPIRACIÓN

Aerobia.

IIA: aerobia. IIB: anaerobia.

(Nº MITOCONDRIAS, VASCULARIZACIÓN, MIOGLOBINA)

Alta.

IIA: alta. ↑ mioglobina (rojo claro). IIB: baja ↓ mioglobina (blancas).

RETÍCULO SARCOPLÁSMICO

Menor.

Amplio, liberación rápida de Ca2+.

VELOCIDAD DE CONTRACCIÓN

Lenta.

Elevada.

VELOCIDAD DE RELAJACIÓN

Lenta.

Rápida.

Baja.

Alta.

Músculos para el mantenimiento de la postura.

Músculos de contracción rápida (músculos extraoculares).

CAPACIDAD OXIDATIVA

FATIGABILIDAD

(= PÉRDIDA DE LA CAPACIDAD DEL MÚSCULO PARA GENERAR FUERZA)

EJEMPLO

Tabla 3. Tipos de fibras del músculo esquelético

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- Funcionales. • Alteración en la transmisión del impulso. - A nivel presináptico: • Botulismo: bloqueo de la liberación de Acetilcolina de las terminaciones nerviosas por Clostridium botulinum. • Síndrome de Eaton-Lambert: enfermedad autoinmune desencadenada por la presencia de anticuerpos a nivel de los canales de Ca2+ dependientes de voltaje. No entra calcio y disminuye la liberación de acetilcolina. Es más frecuente en hombres.Se caracteriza por debilidad muscular sobretodo de músculos de las extremidades. A diferencia de la miastenia, afecta a los reflejos y las pupilas (midriasis). La estimulación repetitiva (test de Holly) produce un aumento del potencial de las respuestas. - Son más frecuentes las alteraciones a nivel postsináptico y la principal causa es la miastenia gravis. • Miastenia gravis: Enfermedad autoinmune que afecta a la unión neuromuscular en el músculo esquelético. Causa: Presencia de anticuerpos contra los receptores postsinápticos de acetilcolina. La existencia de estos anticuerpos es casi diagnostica pero su ausencia no descarta la ausencia de la enfermedad. En el 85% de los pacientes se observan anticuerpos de tipo inmunoglobulinas G dependiente de linfocitos T contra el receptor de Ach. Dentro del 15% restante, observamos pacientes con anticuerpos contra la tirosina cinasa músculo específica (MuSK), proteína encargada del mantenimiento de los receptores nicotínicos de Ach. Parece que en el inicio de la reacción autoinmune intervienen anormalidades del timo. En el 75% de los pacientes se observa hiperplasia del timo y con menos frecuencia, la presencia de timomas. Se caracteriza por debilidad y fatiga muscular, que aumenta durante el ejercicio y mejora en reposo. Suele afectar más a mujeres y comienza con afectación de músculos de cara y cuello con ptosis (caída de párpados)

y diplopía, debilidad en la masticación, voz nasal, disartria, disfagia.. Más tarde se extiende a los músculos de las extremidades. Los reflejos miotáticos se mantienen porque el sistema nervioso autónomo no se ve alterado. Diagnóstico: - Test del tensilón: se realiza con edrofonio IV, un anticolinesterásico de inicio rápido y breve duración que inhibe la ACE de la hendidura sináptica, de manera que la Ach permanece durante más tiempo en la hendidura con mayor posibilidad de unirse a los pocos receptores que existen. Se observa mejoría de la clínica de forma transitoria. Se administra atropina si se producen efectos colaterales. - Anticuerpo antirreceptores de Ach: prueba más específica, pero su resultado positivo no es patognomónico. Su presencia es casi diagnóstica pero su ausencia no excluye el diagnóstico. - Anticuerpos antimúsculo estriado, más frecuentes en formas con timoma. - Electromiograma (test de Holly): produce disminución rápida del potencial de las respuestas. (Ver tabla 4) • Alteraciones en la generación de la energía por metabolopatías. Alteraciones a este nivel, se pueden diagnosticar mediante la prueba del ejercicio, en la que no se observa lactato por estar alterada la glucogenolisis o la glucólisis y por biopsia del músculo, donde se observan los nutrientes no degradados. - Alteración del metabolismo de hidratos de carbono (p.ej en enfermedad de McArdle o en enfermedad de Pompe) que provoca fallo en la glucogenolisis. - Alteración del metabolismo de lípidos por déficit de carnitina-palmitiltransferasa (CTP), por lo que se altera el transporte de ácidos grasos al interior de la mitocondria.

MIASTENIA GRAVIS

SÍNDROME DE EATON-LAMBERT

BOTULISMO

PATOGENIA

Postsináptica: anticuerpos antirreceptor de acetilcolina

Presináptica: anticuerpos anticanal de calcio

Presináptica: tóxina botulínica

MÁS FRECUENTE EN…

Mujeres, 3.ª década de la vida

Varones 5.ª década de la vida

Lactante

MUSCULATURA AFECTADA

Bulbar, proximal de miembros

Ocular extrínseca, proximal de miembros

Bulbar, generalizada

DISAUTONOMÍA

Sí

REFLEJOS TENDINOSOS

Normales

Hipoactivos

TRAS EJERCICIO FÍSICO

Empeora

Mejora

PUEDE ASOCIARSE A…

Timoma, hiperplasia tímica

Carcinoma pulmonar de células pequeñas

TRATAMIENTO

Piridostigmina/Neostigmina Corticoides Plasmaféresis Timectomía

Extirpación del tumor Inmunosupresores 3,4-DAP

Tabla 4. Diferencias entre los tres tipos de alteraciones en la transmisión del impulso.

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Sistema muscular

Soporte vital Antitoxina equina

Fisiología, Fisiopatología y Anatomía - Miopatías mitocondriales que llevan a la alteración de la fosforilación oxidativa. Se caracterizan por la presencia de mitocondrias anormales en “fibras rojo rasgadas” que ocasionan un trastorno de la relajación muscular. Son: • Síndrome Kearns-Sayre: Oftalmoplejía externa progresiva con defectos en la conducción cardiaca. • Síndrome MERRF: Epilepsia mioclónica y fibras rojo rasgadas. • Síndrome MELAS: Miopatía, Encefalopatía, Acidosis Láctica y Stroke (ataque cerebral) o Seizures (convulsiones). • Alteración de las proteínas estructurales del músculo esquelético. Cuantitativas: dan lugar a atrofias. Hereditarias: provocan distrofias. - Distrofias. Provocan debilidad y degeneración progresiva de las fibras musculares que se sustituyen por tejido graso y colágeno. El tono muscular y los reflejos no se ven alterados hasta que la atrofia es grave (diferencia con neuropatías). La distrofina es una proteína del interior celular que se encuentra asociada a glucoproteínas integrales de la membrana. Se encarga de unir los filamentos contráctiles a la membrana, ayudando a mantener la estructura de la célula y su contracción. • Distrofia de Duchenne: es la más frecuente. Se trata de una enfermedad muscular degenerativa y progresiva producida por alteración del gen de la distrofina, situado en el brazo corto del cromosoma X. Patrón de herencia recesiva ligada a X (FIR 2004, 187). Inicio a los 3-5 años. Cursa con debilidad muscular, principalmente en musculatura proximal y se caracteriza por la “marcha de pato” y el signo de Gowers (necesidad de ayudarse con las manos para levantarse del suelo). • Distrofia de Becker (FIR 2014, 60). Es una variante de la distrofia de Duchenne menos grave y tardía.Es también un trastorno de la distrofina pero cuantitativamente menos intenso que el de Duchenne.

2.3. Músculo liso Se clasifica en dos tipos: - Músculo liso unitario, sincitial o visceral. Fibras individuales que se contraen de manera simultánea. Están comunicadas entre sí a través de uniones en hendidura, funcionando como un sincitio. Control nervioso, y no nervioso (hormonal, químico, mecánico). Está presente en las paredes de arterias y venas y en las vísceras huecas del organismo. Ej: paredes del aparato digestivo, vejiga urinaria, útero. - Múltiples unidades. Fibras musculares lisas separadas que funcionan de manera independiente. Muestran control nervioso. Ej: Músculo del iris, músculo ciliar del ojo y músculos erectores del

- Filamentos de actina unidos a través de la proteína actinina α a unas estructuras llamadas “cuerpos densos”, equivalentes a la línea Z esquelética. La actina se extiende a ambos lados sobreponiéndose a los filamentos de miosina.

Figura 9. Fibra muscular lisa.

- Filamentos intermedios de proteínas (desmina y vimentina) unen los cuerpos densos entre sí. - Ausencia de troponina (FIR 2009, 56) y tropomiosiona. - Retículo sarcoplásmico poco desarrollado. - Ausencia de túbulos T. El sarcoplasma se invagina en estructuras llamadas cavéolas, que transmiten el PA al RS para que se libere Ca2+ al interior celular. - Las fibras nerviosas, al aproximarse a las células musculares, forman uniones difusas, que liberan el neurotransmisor a una distancia, sin establecer contacto directo con ellas. Una minoría lo libera a una mínima distancia, similar a la de la hendidura sináptica del músculo esquelético: son las uniones de contacto. Por ello la contracción será más rápida en las uniones de contacto. Contracción y relajación del músculo liso

Diferencias con el músculo esquelético En cuanto a la anatomía del músculo y la unión neuromuscular - Fibras más delgadas y cortas. - Células con un sólo núcleo. - Fibras de actina y miosina no dispuestas regularmente por lo que no se observa estriación. Mayor contenido en actina y menor en miosina que en el músculo esquelético.

Al igual que en el músculo esquelético, el ion Ca2+ inicia la contracción, pero en este caso procede principalmente del líquido extracelular a través de la membrana por canales de Ca2+ dependientes de voltaje tipo L. Mecanismo de contracción: unión de 4 iones Ca2+ a la proteína calmodulina, con la posterior unión y activación de la miosinacinasa. Este enzima fosforila la cabeza reguladora de la miosina, proceso que activa su actividad ATPasa (el ATP proporciona la energía para la contracción) para que pueda unirse

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al filamento de actina. Por ello, la contracción está regulada por el filamento de miosina. El deslizamiento de los filamentos de actina sobre los de miosina producen la contraccion. Los puentes cruzados de los filamentos de miosina tienen polaridad lateral, de forma que los de un lado giran en una dirección y los del otro en la opuesta. Esto permite un mayor acortamiento de las fibras (hasta el 80% de su longitud) en comparación con el músculo esquelético. El inicio de la contracción es más lento, por la mayor lentitud del ciclo de los puentes cruzados (unión de la miosina a la actina y posterior separación) y la actuación de los canales de Ca2+ tipo L. Se necesita menos energía que en el músculo esquelético para mantener la misma fuerza de contracción y la fuerza máxima de contracción es mayor. Mecanismo de relajación: la relajación se produce por el bombeo del Ca2+ fuera del líquido intracelular a través de una bomba dependiente de ATP situada en la membrana. Ésta bomba actúa de manera más lenta que la del RE del ME por lo que la contracción es más duradera. Todo el mecanismo de relajación se regula por la disminución de los niveles de Ca2+, excepto la desfosforilación de la miosina, llevada a cabo por la miosina fosfatasa del citosol. Regulación de la contracción y potencial de acción - El músculo liso tiene regulación nerviosa, hormonal, química o mecánica (por distensión).

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afiracademia.com Recuerda... El músculo esquelético sólo tiene control nervioso. - Las vesículas de las terminaciones nerviosas contienen Ach o NA (en el músculoesquelético sólo Ach), que excitarán o inhibirán el músculo liso en función de los receptores a los que se unan. - Potencial de acción en espiga (ML multiunitario y visceral) o en meseta (visceral). - En el sarcoplasma existen muchos más canales de Ca2+ dependiente de voltaje que de Na+. Por ello, el Ca2+ a parte de iniciar la contracción, también es el principal responsable del inicio del potencial de acción. Estos canales se abren y cierran más lentamente que los de Na+: potencial en meseta. - Algunas células del músculo liso unitario son capaces de generar PA por sí mismas. En valores de reposo muestran un potencial de ondas lentas o marcapasos, que cuando es tan intenso como para alcanzar el valor umbral, desencadena un PA. - En el músculo liso multiunitario, las contracciones se producen sin generar previamente un PA. La despolarización (potencial de la unión) se transmite electrotónicamente y provoca la contracción del músculo. - A parte del control nervioso también se estimula por factores químicos que provocan vasodilatación (↓O2, Ca2+; ↑CO2, H+, adenosina, ácido láctico, K+, temperatura) o vasoconstricción y factores hormonales como A, NA, angiotensina II, vasopresina, oxitocina, endotelina, etc. que producirán vasodilatación o vasoconstricción en función del tipo de receptor (excitador o inhibidor) de la membrana.

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SISTEMA ÓSEO Y ARTICULACIONES Enfoque FIR

Tema poco importante, una media de entre 1-2 preguntas en el examen FIR. De la parte de anatomía si vais faltos de tiempo aprenderse las preguntas que ya han caído en los exámenes anteriores, ya que suelen preguntar siempre las mismas. Saberse los marcadores de formación y resorción y en cuanto a las patologías suelen preguntar solo las definiciones. La parte de anatomía de las articulaciones no compensa estudiarla.

3.1. Anatomía del sistema óseo El cuerpo humano tiene 208 huesos cuyos tamaños varían desde el fémur (el hueso más largo del esqueleto) a los huesos del interior del oído (donde se halla el hueso más pequeño, el estribo en el oído medio).

Huesos de la cara Los huesos de la cara son 14: - Maxilar superior (2). En él está la apófisis frontal, alveolar y palatina (= paladar duro) (FIR). - Maxilar inferior o mandíbula (1). En él se encuentran la apófisis condilar y apófisis coronoides. - Vómer (1). Forma parte del tabique nasal (FIR). - Lacrimal (2). - Palatino (2). - Cornete nasal inferior (2). - Nasal (2). - Cigomático o malar (pómulos) (2). Huesos de la órbita ocular (FIR 2011, 246): frontal, lacrimal, cigomático, etmoides, esfenoides, palatino y maxilar superior.

Huesos de la cabeza La cabeza está constituida por el cráneo y la cara. Huesos del cráneo Los huesos del cráneo son 8: parietales (2), temporales (2), frontal (1), etmoides (1), esfenoides (1) y occipital (1). El hueso parietal está separado del frontal por la sutura coronal, del temporal por la sutura escamosa y del occipital por la sutura lamboidea. El pterion es el punto de unión entre los huesos parietal, esfenoides, frontal y temporal. (Ver figuras 1 y 2 en la página siguiente) El hueso temporal contiene: - Apófisis cigomática. Se articula con la apófisis temporal del cigomático. - Tubérculo articular. - Apófisis mastoidea. - Apófisis estiloides (FIR; 2006, 213). - Conducto carótido. Pasa la arteria carótida interna. - Foramen yugular. Agujero por el que pasa la vena yugular. - Fosa mandibular. - Conducto auditivo externo. - Conducto auditivo interno. - Agujero mastoideo.

Huesos del tronco Existen 24 costillas: - Verdaderas (unidas al esternón): de la 1 a la 7. - Falsas (8, 9,10) - Flotantes: 11, 12. (Ver figura 4 en las páginas siguientes)

Columna vertebral

El hueso esfenoides:

Constituida por 33 vértebras:

- Apófisis pterigoides (FIR 2014, 205; FIR 2005, 222; FIR 2004, 235). - Apófisis clinoides. - La “silla turca” aloja la fosa hipofisaria y forma parte del hueso esfenoides (FIR).

- 7 cervicales (la 1.ª Atlas y la 2.ª Axis). - 12 dorsales o torácicas. - 5 lumbares. - 5 sacras (están fundidas y componen el Sacro). - 4 coccígeas (están fundidas y componen el cóccix).

El hueso etmoides:

Entre el sacro y el cóccix no hay articulación.

- Galli (FIR 2012, 202). - Concha nasal o cornete superior (FIR 2003, 234).

(Ver figura 5 en las páginas siguientes)

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Huesos de las extremidades superiores (Ver figura 6 en la página siguiente) El olécranon es una apófisis del cúbito, nombrada comúnmente como codo (FIR 2015, 202; FIR 2002, 235; FIR 2006, 219). Éste se inserta en la fosa olecraneana del húmero. El húmero se inserta en la cavidad glenoidea de la escápula. Huesos del carpo (Ver figura 7 en la página siguiente)

Huesos de las extremidades inferiores (Ver figuras 8 y 9 en las páginas siguientes) Acetábulo: fosa situada en la cadera donde se articula la cabeza del fémur (FIR). El agujero obturador es una gran apertura en cada pubis (Hueso Iliaco) que permite el paso de vasos sanguíneos y nervios desde la cavidad abdominal hasta el interior de la parte superior de las piernas (FIR 2007, 224). El trocánter menor forma parte del fémur (FIR 2013, 205). El maléolo medial es una prominencia en el lado interno del tobillo, formada por el extremo inferior de la tibia (FIR 2004, 237). El maléolo lateral es la prominencia en el lado exterior del tobillo, formada por el extremo inferior del peroné. Figura 5. Columna vertebral. Tomada de Master Anatomía EVO7 ©Fondo editorial Marbán.

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Figura 6. Huesos de la extremidad superior (visión posterior y anterior). Tomada de Master Anatomía EVO7 ©Fondo editorial Marbán.

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Huesos del tarso (FIR 2010, 253; FIR 2004, 260) (Ver figura 10) La tibia y el peroné encajan en el astrágalo (FIR).

3.2. Articulaciones Articulaciones = conjunto de elementos o tejidos que permiten la unión entre dos o más huesos. Según su grado de movimiento se clasifican en tres tipos: - Articulaciones inmóviles o sinartrosis. Constituidas por dos extremos óseos unidos por otro tipo de tejido. Por ejemplo, en el cráneo, cara y en los huesos largos en crecimiento. - Articulaciones semimóviles o anfiartrosis, dos tipos: • Sínfisis (extremos óseos unidos por un disco de tejido fibrocartilaginoso). Por ejemplo, Pubis. • Sindesmosis. Las piezas óseas están unidas por una membrana o ligamento interóseo tipo fibroso (tibia-peroné).

• Sindesmosis. Por ejemplo, articulación tibioperonea distal. Funcionalmente son anfiartrosis. • Gónfosis (FIR 2011, 245). Es la articulación de las raíces de los dientes en los huesos maxilares. - Cartilaginosas. Unión ósea por cartílagos, y no poseen cavidad articular, los huesos se unen por cartílago (funcionalmente son anfiartrosis). Tipos: • Sincondrosis. Unidos por cartílago hialino. Funcionalmente son sinartrosis (p. ej., articulación entre epífisis y diáfisis). • Sínfisis. Los huesos tienen una capa de cartílago hialino y entre ambos huesos hay un disco de fibrocartílago (p. ej., sínfisis del pubis y las articulaciones intervertebrales). - Sinoviales. Huesos unidos por tejido conectivo denso de una cápsula articular y ligamentos. (Ver figura 11 en la página siguiente)

- Articulaciones móviles, sinoviales o diartrosis. En función de su estructura: - Fibrosas. Sin cavidad articular, los huesos se mantienen unidos por tejido conectivo fibroso. Son sinartrosis. Tipos: • Suturas. Son las uniones de los huesos del cráneo. Incluye las sinostosis o articulaciones óseas en la que hay fusión completa de los huesos en la línea de unión (p. ej., la sutura frontal).

La articulación carpometacarpiana del pulgar (primer dedo) es una articulación de tipo sinovial en silla de montar (FIR). Articulación troclear ó en bisagra se da en rodilla y codo (FIR 2013, 233; FIR 2006, 218).

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Figura 11. Tipos de articulaciones sinoviales.

3.3. Tejido óseo El tejido óseo es una estructura viva en continua remodelación. Los huesos largos tienen la siguiente estructura (ver figura 12): - Diáfisis. Cuerpo del hueso. - Epífisis. Extremos del hueso. - Metáfisis. Unión de la diáfisis con la epífisis. Es la zona de crecimiento longitudinal; cuando la epífisis se junta con la diáfisis, el hueso deja de alargarse. Los huesos están recubiertos de cartílago articular y periostio, una capa vascularizada de tejido conectivo que protege al hueso. El periostio se une al hueso a través de unas fibras de colágeno denominadas fibras de Sharpey. El hueso está formado por: - Matriz inorgánica. Sales minerales, principalmente hidroxiapatita (fosfato tricálcico). La mineralización o calcificación es la deposición de estas sales sobre las fibras de colágeno del hueso. - Matriz orgánica. Fibras de colágeno tipo I, cartílago y proteínas exclusivas del hueso como la osteocalcina. - Células: • Osteoblastos. Células formadoras de hueso. • Osteocitos. Células óseas maduras. No sintetizan matriz y son responsables de las actividades propias del hueso. • Osteoclastos. Células encargadas de la resorción ósea.

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Fisiología, Fisiopatología y Anatomía OSTEOBLASTO

OSTEOCLASTO (FIR)

Células uninucleadas.

Células multinucleadas.

Tienen fosfatasa alcalina (FIR 2011, 194) y osteocalcina.

Tienen fosfatasa acida resistente a tartrato.

Receptores para la PTH y la vitamina D.

Receptores para la calcitonina.

Tabla 1. Diferencias entre osteoclastos y osteblastos.

El hueso está formado por unas unidades funcionales denominadas osteonas o sistema Havers, formadas por un conducto central (canal de Havers) rodeado de tejido óseo. Entre éste, se encuentran las lagunas, que contienen los osteocitos. Los vasos sanguíneos y los nervios irrigan e inervan el tejido óseo a través de unos canalículos que derivan del canal de Havers. Las osteonas se comunican unas con otras a través de los conductos de Volkmann.

Figura 14. Sistema RANK/RANKL/OPG.

La remodelación ósea está regulada por hormonas y factores locales que influyen sobre el sistema OPG/RANK/RANKL: En la formación de los osteoclastos intervienen células inmaduras osteoblásticas que expresan en su membrana la proteína RANKL. El RANKL es ligando de la proteína RANK de los osteoclastos.Cuando se produce la unión RANK-RANKL se activan los osteoclastos. Estas células inmaduras osteoblásticas también secretan la proteína osteoprotegerina (OPG). La OPG se une al RANKL impidiendo que éste se una al RANK y evitando así la diferenciación osteoclástica. Por lo tanto, los osteoblastos inmaduros secretan M-CSF y expresan RANKL favoreciendo la acción de los osteoclastos. Los osteoblastos maduros secretan OPG favoreciendo la acción de los osteoblastos al inhibir los osteoclastos.

Recuerda... RANKL Actividad osteoclástica → resorción (riesgo de osteoporosis). Figura 13. Osteona: unidad estructural del hueso. Tomada de Master Anatomía EVO7 ©Fondo editorial Marbán.

OPG Actividad osteoblástica → formación de hueso.

Remodelación ósea

Las hormonas que participan en la regulación son:

La remodelación ósea es un proceso continuo de renovación del tejido óseo. Intervienen los osteoclastos en la resorción (destrucción) y los osteoblastos en la formación ósea. La diferencia entre la cantidad de hueso destruido y hueso formado (balance óseo) es casi nula hasta los 40 años, edad a partir de la cual el balance se hace negativo.

- Hormona paratiroidea (PTH): doble acción. Cuando la elevación de PTH es mantenida, se activan los osteoclastos favoreciendo la resorción (FIR). Sin embargo, cuando la elevación de PTH es intermitente, se activan los osteoblastos. - Vitamina D. Aunque estimula en parte la resorción ósea, su acción principal es favorecer la mineralización ya que aumenta la absorción de calcio y fósforo a nivel intestinal. - Calcitonina. Inhibe los osteoclastos. - Hormonas sexuales (estrógenos y andrógenos). Favorecen la formación ósea al inhibir los osteoclastos. - Los estrógenos disminuyen la producción de RANKL y aumentan la de OPG. Además, los estrógenos inhiben la producción de IL-1, IL-6 y TNFα y estimulan la producción de TGF-β. Durante la menopausia, disminuyen los niveles de estrógenos y aumentan los osteoclastos favoreciendo la resorción.

Durante la resorción, los osteoclastos se fijan al hueso y liberan ácidos y enzimas lisosómicos. Los protones disuelven los cristales de hidroxiapatita mientras que los enzimas lisosómicos se encargan de degradar la matriz orgánica. Con este proceso, se crean cavidades en el hueso que serán rellenadas después. Durante el proceso de formación, los osteoblastos sintetizan y depositan en estas cavidades la matriz osteoide que posteriormente se mineraliza. (Ver figura 14)

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- Hormona del crecimiento (GH). Favorece el crecimiento longitudinal del hueso al estimular la producción en el hígado del factor de crecimiento tipo insulínico 1 (IGF-1). - Glucocorticoides. Favorecen la resorción ósea. Disminuyen la producción de IGF y OPG y aumentan los niveles de RANKL activando a los osteoclastos. - Hormonas tiroideas. Favorecen la resorción ósea. Los factores locales implicados en la regulación de la remodelación ósea son:

FORMACIÓN ÓSEA Factor transformante beta TGF-b: favorece la maduración de osteoblastos. Factor de crecimiento fibroblástico. Factores de crecimiento similares a la insulina (IGF-1, IGF-2).

RESORCIÓN ÓSEA IL-1, IL-6, TNF-alfa.

afiracademia.com Osteomalacia (adultos) y raquitismo (niños) Trastorno de la mineralización principalmente por déficit de vitamina D o hipofosfatemia. El hueso se hace más blando y tiende a la deformación. Por lo tanto, las manifestaciones más frecuentes son dolor, deformidades y fracturas óseas. Analíticamente, existe hipocalcemia y elevación de la fosfatasa alcalina.

3.5. Patología de las articulaciones Artrosis Enfermedad reumática progresiva caracterizadapor una degeneración del cartílago articular. Tiene una evolución lenta y se caracteriza por afectación local (no sistémica) de las articulaciones: dolor, crepitaciones, deformaciones y limitación de movimiento. Pueden estar afectadas una o varias articulaciones y no necesariamente la afectación es simétrica.

Factores estimulantes de colonias: GM-CSF (granulocitos y macrófagos) y M-CSF. Favorecen la maduración de osteoclastos.

Tabla 2. Factores locales implicados en la regulación de la remodelación ósea.

3.4. Patología del hueso Cambios cuantitativos en la remodelación ósea Hiperostosis Aumento excesivo de la masa ósea por unidad de volumen por baja actividad de osteoblastos o alta de osteoclastos. El hueso resulta más denso pero también más frágil. Osteoporosis Disminución de la masa ósea por aumento de la velocidad de resorción con respecto a la de formación. El hueso queda más esponjoso y más frágil. La enfermedad se manifiesta con dolores, desviaciones óseas (cifosis) y sobre todo fracturas (vértebras, muñeca, cadera). Afecta más a las mujeres. Causas: primaria (postmenopausia, edad avanzada) o secundaria (síndrome de Cushing, fallo en la síntesis de colágeno tipo I, hipertiroidismo, inactividad física).

Cambios cualitativos en la remodelación ósea Enfermedad de Paget (FIR 2008, 49) Remodelación ósea excesiva y anómala. El hueso normal se vuelve patológico y más vascularizado. La enfermedad se manifiesta con dolor, deformidades y fracturas óseas (el hueso más afectado es la pelvis). Tiene mayor prevalencia en los hombres. A nivel de laboratorio, se caracteriza por una elevación de los marcadores de formación ósea (fosfatasa alcalina (FIR 2010, 184), osteocalcina), de resorción (piridinolinas y telopéptidos terminales de colágeno tipo I) y de ambos (hidroxiprolina en orina).

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Artritis reumatoide Enfermedad crónica articular caracterizada por sinovitis y destrucción delcartílago de articulaciones periféricas simétricas. Es característico el pannus reumatoide, una acumulación de células sinoviales, vasos sanguíneos, proteínas y células inflamatorias que destruye las articulaciones en la zona de unión del cartílago y la membrana sinovial. Es una enfermedad autoinmune que se caracteriza por la presencia de anticuerpos IgM (factor reumatoide) contra el fragmento Fc de IgG propias. Su evolución es variable, con periodos de exacerbación y otros de remisión. Aparecen manifestaciones articulares (edema, eritema, dolor, deformaciones óseas, limitación de movimiento) y manifestaciones extraarticulares (anemia, nódulos subcutáneos, vasculitis, afectación pulmonar, pericarditis, alteraciones oculares). (Ver figura 16 en la página siguiente)

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Espondilitis anquilosante Es un tipo de artritis caracterizada por la inflamación de la zona donde se insertan los ligamentos o los tendones al hueso (entesitis). Es de origen inmunológico y su aparición está asociada a la presencia del antígeno HLA B27.

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TEMA 4

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SISTEMA CARDIOVASCULAR Enfoque FIR

Ojo a este tema, ya que es el tercero más preguntado (4-5 preguntas por examen FIR). Especial atención al significado de las ondas del ECG (siempre cae una pregunta sobre ello) y al ciclo cardiaco, sabiendo bien qué ocurre en cada fase del mismo. En cuanto a las patologías, lo más destacado es la cardiopatía isquémica, es muy importante saberse bien cuales son los marcadores más usados para el diagnóstico de IAM (cúal es el primero en elevarse en sangre, cuál es el más usado como marcador de necrosis..).

4.1. Anatomía del músculo cardiaco El corazón se encuentra situado en el mediastino medio, con su vértice o ápex desviado hacia la izquierda. Está constituido por cuatro cavidades: dos ventrículos y dos aurículas, separadas entre sí por un septo interauricular y un septo interventricular. El cruce entre el surco interventricular y el auriculoventricular se denomina crux cordis (cruz del corazón). (Ver figura 1)

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Fisiología, Fisiopatología y Anatomía El corazón está formado por tres tipos de músculo cardiaco: auricular, ventricular y fibras musculares de excitación y conducción. Éstas últimas no contribuyen especialmente al mecanismo de contracción pero descargan de forma rítmica y automática potenciales de acción y los conducen entre aurículas y ventrículos. Las células cardiacas se disponen de manera ordenada y están unidas entre sí a través de discos intercalares (membranas celulares que separan cada célula cardiaca y que constituyen una serie de uniones mecánicas y eléctricas). Los desmosomas y la fascia adherens constituyen las conexiones mecánicas, y actúan impidiendo que las células cardiacas se separen durante la contracción, mientras que las eléctricas están constituidas por las uniones en hendidura o comunicantes, de baja resistencia eléctrica, que facilitan la difusión de los potenciales de acción de una a otra permitiendo que se contraigan de manera sincrónica. Así, el músculo cardiaco funciona como un sincitio eléctrico y mecánico. El músculo auricular y el ventricular funcionan cada uno como un sincitio diferenciado del otro. Entre aurículas y ventrículos existe un tejido fibroso que no conduce el potencial de acción, y permite separar el sincitio auricular del ventricular, de manera que se produzca la contracción de las aurículas previa a la de los ventrículos para así permitir el llenado adecuado de éstos y conseguir un bombeo eficaz de la sangre a los pulmones o a la circulación periférica. La pared del corazón está constituida por tres capas, el endocardio (interna), el miocardio (donde se encuentra el sistema de excitación-conducción y las fibras contráctiles) y el pericardio visceral o epicardio (externa), encargado de proteger el corazón.

COMPARACIÓN DEL MÚSCULO CARDIACO CON MÚSCULO ESQUELÉTICO - Músculo estriado. Fibras más cortas y gruesas que el músculo esquelético con uno (o dos) núcleos. Los miocitos son más pequeños en las aurículas. - Mayor número de mitocondrias. - Un solo túbulo T (más desarrollado) por sarcómero situado sobre la línea Z (díada)- Menor desarrollo del retículo sarcoplásmico. El calcio proviene mayoritariamente del LEC. - Contracción más duradera (debido a la meseta del potencial de acción) Tabla 1. Comparación del músculo cardiaco con músculo esquelético.

Aurícula derecha Recibe el drenaje venoso sistémico (a través de las venas cavas inferior y superior) y el drenaje venoso del propio corazón (mayoritariamente a través del seno coronario). Desembocaduras: - Vena cava inferior → válvula de Eustaquio. - Vena cava superior → parte anterosuperior de la AD. - Seno coronario → válvula de Tebesio.

Todo ello está envuelto por una membrana, el pericardio, que lo protege, lo ayuda en los movimientos de contraccióny lo fija en su posición natural. El pericardio está formado por el pericardio fibroso (membrana externa unida al diafragma y los pulmones) y el pericardio seroso (doble capa interna, la capa parietal se une al pericardio fibroso y la visceral al corazón). Entre la capa parietal y la visceral queda el espacio pericárdico (FIR 2010, 232) lleno de líquido pericárdico, que facilita el movimiento del corazón. El pericardio también se encarga de evitar la excesiva dilatación del corazón.

En la parte superior de la AD, Cerca de la desembocadura de la vena cava superior se encuentra el nodo auriculoventricular (de Aschoff-Tawara) (FIR 2011, 249).

Aunque la principal función del corazón es el bombeo de sangre, también regula la homeostasis del agua y sodio mediante la liberación de péptidos natriuréticos cuando se eleva el volumen sanguíneo. Existen el auricular (PN-A) liberado por las células de la aurícula derecha, el cerebral (PN-B), liberado desde los ventrículos y el PN-C, liberado por el endotelio vascular. Estos actúan sobre los vasos sanguíneos produciendo vasodilatación de forma directa y por inhibición del SN simpático y del SRAA; sobre el riñón, aumentan la tasa de filtración glomerular porque disminuyen el tono en la arteriola aferente y aumentan el de la arteriola eferente; y en el SNC disminuyen la sed e inhiben el SN simpático.

Ventrículo derecho

Aurícula izquierda (AI) Es la estructura más posterior del corazón. Recibe el drenaje pulmonar a través de las cuatro venas pulmonares, que no presentan válvulas en su desembocadura.

Propulsa la sangre desoxigenada a la circulación pulmonar a través de la válvula pulmonar. Ventrículo izquierdo El grosor de su pared es superior al del ventrículo derecho. Su función es propulsar la sangre oxigenada a la circulación sistémica a través de la válvula aórtica.

El PN-B y su fragmento aminoterminal NT-BNP aumentan en insuficiencia cardiaca (FIR 2012, 151).

Para controlar la dirección en la que fluye la sangre y evitar su reflujo existen válvulas a la entrada y la salida de los ventrículos. Las válvulas cardiacas son estructuras formadas por tejido conectivo y recubiertas de endocardio.

(Ver tabla 1)

Las válvulas se abren y cierran pasivamente en función de los gradientes de presión en el interior de las cavidades (FIR).

Las aurículas reciben la sangre procedente de las venas que pasa a los ventrículos desde donde es bombeada a la circulación arterial. El corazón derecho participa en la circulación menor o pulmonar y el corazón izquierdo participa en la circulación mayor o sistémica.

Las válvulas auriculoventriculares se unen a los músculos papilares de los ventrículos (FIR 2006, 215) a través de las cuerdas tendinosas. Al contraerse el corazón, estas estructuras también se contraen y evitan el retroceso de las válvulas hacia las aurículas que podría producirse por la alta presión, es decir, evitan que se abran en el sentido contrario al que tienen que abrirse. Hay dos tipos de válvulas:

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- Válvulas auriculoventriculares. • Válvula tricúspide o auriculoventricular derecha, tiene tres valvas. • Válvula mitral o auriculoventricular izquierda, posee dos valvas.

afiracademia.com El flujo coronario representa un 5% del gasto cardiaco y está regulado principalmente por las necesidades de oxígeno que presenta el músculo cardiaco. El flujo coronario aumenta cuando se incrementan las necesidades del corazón (p. ej., aumento de la contractilidad o de la frecuencia).

- Válvulas sigmoideas o semilunares. • Válvula aórtica (FIR 2008, 244). Posee tres valvas semilunares, que cerradas en diástole forman unas bolsas llamadas senos de Valsalva. • Válvula pulmonar. También con tres valvas semilunares.

4.3. Potencial de acción cardiaco Figura 2. Flujo de sangre a través de las válvulas cardiacas. Tomada de Master Anatomía EVO7 ©Fondo editorial Marbán.

4.2. Circulación coronaria La irrigación del corazón se lleva a cabo por las arterias coronarias, desde el epicardio hacia el endocardio. Nacen en la parte más proximal de la aorta ascendente, a nivel de los senos de Valsalva. La arteria coronaria izquierda origina el tronco común y posteriormente éste se divide en dos ramas: la arteria circunfleja, que irriga la pared lateral del ventrículo izquierdo, y la arteria descendente anterior, que aporta la sangre a la cara anterior del ventrículo izquierdo y a los 2/3 anteriores del tabique interventricular. Por otro lado, la arteria coronaria derecha nace en el seno coronario derecho. De ella surge la arteria descendente posterior, que irriga la parte posterior del ventrículo izquierdo, ventrículo derecho y el 1/3 posterior del septo interventricular. Aunque el sistema arteriormente descrito es el más habitual, según si la arteria descendente posterior se origina de la arteria coronaria derecha o izquierda, decimos que existe dominancia derecha o izquierda respectivamente. Para evitar que en caso de obstrucción, el corazón se quede sin flujo coronario algunas de estas arterias suelen estar conectadas (anastomosis). Las venas coronarias recogen la sangre venosa procedente de la circulación coronaria y drenan en la AD a través del seno coronario. El flujo de sangre hacia el corazón aumenta durante la diástole y disminuye durante la sístole (circulación fásica, no continua); esto se explica porque durante la sístole, las arterias coronarias quedan comprimidas disminuyendo mucho el flujo sanguíneo (FIR 2015, 52).

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El potencial de acción (PA) cardiaco es similar al de las fibras musculares esqueléticas aunque su duración es mayor debido a la fase de meseta en la que están implicados los canales lentos de calcio voltaje dependientes (canales de calcio-sodio). Son lentos porque tardan más a abrirse y porque permanecen más tiempo abiertos que los de sodio. El PA esquelético dura unos 100 ms, en cambio, el PA auricular 0,2s y el ventricular 0,3s. Las fibras musculares auriculares y ventriculares conducen el PA más lentamente que las fibras esqueléticas. En estado de reposo, la diferencia de potencial transmembrana de los cardiomiocitos es de -90 mV. 1. Fase 0. Despolarización rápida. Apertura de canales rápidos de Na+ voltaje dependientes y entrada masiva de Na+ al interior de la célula. 2. Fase 1. Repolarización lenta. Cierre de canales de Na+ y apertura de canales de K+ dependientes de voltaje, que lo expulsan al exterior. 3. Fase 2. Meseta. Se contrarresta la entrada de Ca2+ a través de los canales de calcio tipo L con la salida de K+, por lo que el potencial transmembrana permanece estable. Tras el inicio del PA disminuye la permeabilidad de la membrana al K+, lo que influye también en la prolongación del potencial de meseta. En esta fase se produce la contracción de los cardiomiocitos. 4. Fase 3. Repolarización rápida. Salida masiva de K+ al exterior celular a través de los canales lentos de K+ y descenso en el flujo de entrada de Ca2+ por el cierre de sus canales, retornando así la célula a su estado de reposo. 5. Fase 4.Reposo. Finalmente se produce un reajuste en la concentración celular de iones a través de la ATPasa Na+/K+ y el intercambiador Na+-Ca2+ que llevan el potencial de membrana a su valor de reposo.

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Si existiese retraso en el cierre de canales de K+ el potencial de membrana se haría más negativo (hiperpolarización). La contracción del miocardio empieza justo después de la despolarización y acaba a los pocos ms de finalizar la repolarización.

El PA se propaga al interior de las fibras cardiacas a través de los túbulos T. La despolarización produce la liberación de calcio del retículo sarcoplásmico y la entrada de calcio procedente del líquido extracelular (LEC) hacia el sarcoplasma (¡ojo! diferencia con músculo esquelético, donde el Ca2+ procede del retículo sarcoplásmico). Por lo tanto, la fuerza de contracción del miocardio depende mayoritariamente de la concentración de iones calcio en el LEC. Tanto en el musculares esquelético como en el cardiaco, el calcio se une a la troponina, que interacciona con las fibras de actina-miosina posibilitando la contracción muscular. Para la contracción cardiaca el corazón necesita energía y oxígeno que lo obtiene de forma principal (70-90%) del metabolismo oxidativo de los ácidos grasos (cuerpos cetónicos) y en menor medida (10-30%) del lactato y la glucosa. En el músculo cardiaco la amplitud del período refractario absoluto (mayor en ventrículos que en aurículas) es tal que impide la tetanización (FIR).

4.4. Ciclo cardiaco Cada ciclo se produce por un potencial espontáneo creado en el nódulo sinusal y consiste en una alternancia entre contracción (sístole) y relajación (diástole) de aurículas y ventrículos. La diástole ocupa 2/3 y la sístole 1/3 del ciclo. El ciclo es similar en ambas cavidades (izquierdas y derechas), aunque las presiones desarrolladas son hasta cinco veces mayores en las izquierdas. (Ver figura 5) Durante la sístole ventricular, la presión en el interior del ventrículo supera la presión en la aurícula, por lo que se cierran las válvulas auriculoventriculares (primer ruido cardiaco) (FIR 2007, 64).

1. Ahora, las cuatro válvulas están cerradas, las aurículas están relajadas y los ventrículos se contraen: contracción isovolumétrica o isométrica (ver figura 5.1), pues no existe cambio en el volumen ventricular. La contracción isométrica termina cuando empieza el vaciamiento de los ventrículos (FIR 2010, 66). Cuando la presión intraventricular supera la presión de las grandes arterias de salida (arteria aorta y pulmonar) se abren las válvulas semilunares aórtica y pulmonar. 2. En la segunda fase, iniciada tras la apertura de dichas válvulas, se produce la eyección de sangre hacia las grandes arterias. Se produce una contracción isotónica (ver figura 5.2) durante la cual la presión permanece constante y el volumen del ventrículo disminuye. Diástole ventricular: cierre de las válvulas sigmoideas (segundo ruido) por menor presión ventricular con respecto a la arterial: 1. La primera fase es la relajación isovolumétrica (reducción de la presión ventricular sin modificar su volumen) que se extiende desde el cierre de las válvulas sigmoideas hasta la apertura de las válvulas auriculoventriculares (FIR) (ver figura 5.3). 2. Una segunda fase, más duradera, comienza con la apertura de las válvulas auriculoventriculares cuando la presión ventricular cae por debajo de la auricular.

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Al comienzo del llenado ventricular se produce el llenado diastólico rápido, que dura el primer tercio de la diástole (ver figura 5.4). 3. Durante el tercio medio sólo penetra una pequeña cantidad de sangre en los ventrículos, que es la que continúa vaciándose en las aurículas desde las venas; se denomina fase de diástasis o llenado lento. 4. Durante el último tercio de la diástole se producela contracción auricular (ver figura 5.5) que proporciona un impulso para el llenado final de los ventrículos (FIR 2004, 71). Los ruidos cardiacos se producen por vibraciones de las válvulas tensas cuando se cierran y por la vibración de las paredes cercanas al corazón y los grandes vasos que lo rodean. En determinadas situaciones pueden oírse un tercero y cuarto ruido: El tercer ruido se produce en la primera fase de la diástole debido a un llenado pasivo ventricular rápido. Puede estar presente en niños y jóvenes de hasta 30 años, siendo patológico si aparece en edades superiores. Aparece fisiológicamente en situaciones de aumento del gasto cardiaco (estados hiperdinámicos: niños, atletas, embarazo, fiebre…), o patológicamente en situaciones de dilatación ventricular (insuficiencia cardiaca sistólica, miocardiopatía dilatada, insuficiencias valvulares…). El cuarto ruido se produce durante la sístole auricular, debido al paso de sangre de aurículas a ventrículos. Suele aparecer enalteraciones de la distensibilidad del ventrículo: hipertrofia ventricular izquierda y derecha (estenosis aórtica y pulmonar), miocardiopatía hipertrófica, cardiopatía isquémica, etc. En la mayoría de los casos es patológico.

Recuerda... Las válvulas izquierdas se abren más tarde y se cierran antes que las válvulas derechas. Al cerrarse antes, existe fisiológicamente el desdoblamiento audible del segundo ruido. En la espiración se produce el cierre simultáneo de las válvulas semilunares, pero durante la inspiración, por el aumento del retorno venoso a la AD, la válvula pulmonar se cierra más tarde: primer componente (cierre de la válvula aórtica) y segundo (cierre de la válvula pulmonar).

(Ver figura 6 en la página siguiente) Cambios de presión en las aurículas Presión auricular: se registra en la vena yugular, la gráfica muestra las siguientes elevaciones: - Onda a. Aumento de presión producido por la contracción auricular. En la fibrilación auricular la onda a desaparece, ya que no hay contracción auricular. - El descenso x. Debido a la relajación auricular, al principio de la contracción ventricular. - Onda c. Producida por desplazamiento de las válvulas AV hacia las aurículas durante la contracción ventricular por el aumento de presión en los ventrículos. - Onda v. Aumento de presión por el llenado de las aurículas mientras las válvulas AV están cerradas, al final de la contracción ventricular. - El descenso y se debe a la disminución de la presión en la aurícula derecha cuando comienza a vaciarse su contenido al ventrículo.

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Figura 7. Presión auricular y sus ondas.

4.5. Electrocardiograma Un electrocardiograma (ECG) es una medida indirecta de la actividad eléctrica del corazón. Registra los cambios eléctricos que se producen en élgracias a su propagación hacia la superficie corporal. El ECG se registra colocando los electrodos en brazos y piernas (derivaciones de las extremidades) y en el tórax (derivaciones torácicas). La despolarización de muchas células cardiacas da lugar a un campo eléctrico, que es lo que detecta el ECG. Por convención, si el vector de este campo eléctrico se acerca al electrodo, generará una onda (deflexión) positiva en el registro. Si el vector se aleja, una deflexión negativa. Existe una correspondencia entre las ondas del ECG y las fases del ciclo cardiaco: - Onda P (FIR). Despolarización auricular, anterior a su contracción. - Intervalo PR o PQ. Tiempo de conducción auriculoventricular. Representa el tiempo entre el inicio de la excitación auricular y el inicio de la excitación ventricular. Mide el retraso del potencial de acción para pasar de aurículas a ventrículos. Tiempo de llenado ventricular debido a la contracción auricular (FIR 2011, 160). - Complejo QRS (FIR 2014, 49). Despolarización ventricular, anterior a su contracción. La duración del intervalo QRS corresponde a la despolarización ventricular + repolarización auricular. - Punto J. Punto de deflexión que marca el final del complejo QRS. - Intervalo QT. Mide la despolarización + repolarización ventricular. Es decir, la sístole ventricular. - Refleja la duración de la contracción ventricular y varía en función de la frecuencia cardiaca. - Intervalo ST. El ventrículo está despolarizado y va repolarizándose. - Onda T (FIR 2015, 60; FIR 2012, 48; FIR 2005, 61). Repolarización ventricular, corresponde al inicio de la diástole ventricular. - Segmento TP. Segmento habitualmente isoeléctrico entre el final de la onda T y el comienzo de la onda P siguiente. (Ver figura 8 en la página siguiente)

4.6. Regulación de la función cardiaca Regulación Intrínseca Por el mecanismo de Frank Starling. El corazón intrínsecamente es capaz de aumentar la fuerza de contracción y la cantidad de sangre que expulsaa medida que

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