Organización funcional del organismo humano y regulación del medio interno

1. Introducción a la fisiología médica

La fisiología es la ciencia que explica cómo funciona el organismo. Su propósito no se limita a describir estructuras; busca comprender los mecanismos que hacen posible la vida: cómo las células obtienen energía, cómo los órganos coordinan sus funciones, cómo se mantiene el equilibrio interno y cómo el cuerpo responde ante los cambios del ambiente.

En medicina, la fisiología constituye el lenguaje que permite interpretar la salud y la enfermedad. La práctica clínica depende directamente de entender la relación causa–efecto: un estímulo produce una respuesta; una alteración activa compensaciones; un fallo en un sistema puede expresarse en otro.

1.1. Fisiología, fisiopatología y enfermedad

En condiciones normales, el cuerpo mantiene variables internas dentro de límites compatibles con la vida. Cuando esta estabilidad se rompe, aparece la enfermedad, entendida como un estado de alteración del equilibrio interno.

La fisiopatología estudia cómo las enfermedades modifican la función normal: cómo una infección altera la temperatura corporal, cómo la insuficiencia renal altera el equilibrio de agua y electrolitos, o cómo un trastorno hormonal modifica el metabolismo.

2. Organización funcional del cuerpo humano

2.1. La célula como unidad estructural y funcional

La célula es la unidad viva fundamental del organismo. En un adulto existen aproximadamente decenas de billones de células, cada una con propiedades esenciales: metabolismo, intercambio con su entorno, excitabilidad (en células especializadas), secreción, movimiento o reproducción.

Cada órgano tiene unidades funcionales específicas (por ejemplo, hepatocitos en hígado y nefronas en riñón), pero todas están formadas por células. Por eso, comprender la fisiología implica comprender la fisiología celular.

2.2. De células a tejidos, órganos y sistemas

La organización del cuerpo sigue una jerarquía:

1. Células → se agrupan y cooperan.
2. Tejidos → conjuntos celulares con funciones comunes.
3. Órganos → combinación de tejidos con una función integrada.
4. Sistemas → órganos que actúan coordinadamente.
5. Organismo → integración de todos los sistemas en una unidad funcional.

Este orden no es solo anatómico: es un principio fisiológico. La función final de un sistema surge de interacciones coordinadas.

2.3. Especialización celular y cooperación funcional

Aunque muchas células comparten estructuras básicas (membrana, organelos, núcleo en células nucleadas), difieren en su especialización:

• Eritrocitos: transporte de oxígeno, con adaptación para maximizar hemoglobina y flexibilidad.
• Enterocitos: absorción de nutrientes, con microvellosidades y transportadores.
• Neurona: conducción de señales eléctricas y comunicación sináptica.
• Miocito: contracción y generación de fuerza.

La vida depende de la cooperación. Por ejemplo, una célula muscular no puede sobrevivir sin el oxígeno que transporta el eritrocito ni sin el control nervioso u hormonal.

2.4. Microbiota humana y su importancia fisiológica

El ser humano convive con una gran comunidad de microorganismos llamada microbiota, localizada principalmente en intestino, piel, cavidad oral y vías respiratorias superiores. En condiciones normales:

• Compite con patógenos y reduce colonización nociva.
• Participa en el metabolismo de nutrientes.
• Modula funciones inmunitarias y mantiene la integridad de barreras.

La fisiología moderna reconoce al organismo como un ecosistema integrado entre células humanas y microorganismos comensales.

3. El medio interno: líquido extracelular

Una característica esencial del organismo es que las células no viven en contacto directo con el exterior; viven inmersas en un entorno líquido interno: el líquido extracelular (LEC), también llamado medio interno.

3.1. Distribución del agua corporal total

En el adulto, el agua representa aproximadamente 50–70% del peso corporal, variando con edad, sexo y proporción de tejido adiposo. Con el envejecimiento, el porcentaje de agua tiende a disminuir.

3.2. Compartimentos: líquido intracelular y extracelular

El agua corporal se distribuye principalmente en:

• Líquido intracelular (LIC): dentro de las células; representa la mayor fracción.
• Líquido extracelular (LEC): fuera de las células; se divide en:
  • Intersticial: entre células.
  • Plasma: componente líquido de la sangre.
  • (En menor proporción: líquidos transcelulares como LCR, sinovial, etc.)

3.3. Composición del líquido extracelular

El LEC es una solución acuosa con iones, nutrientes y moléculas reguladoras. Contiene:

• Oxígeno y dióxido de carbono
• Glucosa, aminoácidos y lípidos
• Electrolitos (especialmente sodio, cloro y bicarbonato)

Este medio es crucial porque aporta a la célula lo necesario y retira productos de desecho.

3.4. Intercambio entre plasma e intersticio

El plasma y el líquido intersticial están en intercambio continuo a través de capilares. Este intercambio permite que el medio interno:

• Se “recargue” con oxígeno y nutrientes al pasar por pulmones e intestino.
• Se “limpie” de desechos al pasar por riñones, pulmones e hígado.

3.5. Distancia de difusión y supervivencia celular

En la mayoría de tejidos, las células se encuentran a distancias cortas de los capilares (del orden de decenas de micrómetros). Esto permite que sustancias como oxígeno y glucosa difundan hacia las células en segundos, asegurando metabolismo continuo y supervivencia.

4. Homeostasis: mantenimiento de un medio interno casi constante

4.1. Definición moderna de homeostasis

La homeostasis es el mantenimiento de condiciones casi constantes en el medio interno. “Casi” es esencial: las variables fluctúan, pero dentro de rangos compatibles con la vida.

No se trata de inmovilidad, sino de estabilidad dinámica: ajustes continuos para contrarrestar cambios internos y externos.

4.2. Variables fisiológicas y rangos normales

El organismo regula múltiples variables:

• Presión arterial
• Temperatura corporal
• pH
• Concentración de glucosa
• Osmolaridad
• Concentraciones de sodio, potasio, calcio, etc.
• Gases sanguíneos (O₂, CO₂)

El concepto de normalidad corresponde a intervalos fisiológicos en los cuales las células funcionan adecuadamente.

4.3. Enfermedad como ruptura de la homeostasis

Cuando una variable se desvía en exceso o de forma sostenida de su rango fisiológico, aparecen disfunciones celulares y manifestaciones clínicas.

Ejemplos integradores:

• Alteración del potasio plasmático: puede afectar excitabilidad neuromuscular y función cardíaca.
• Alteración de la glucosa: compromete metabolismo energético del sistema nervioso y genera cambios osmóticos importantes.

La enfermedad puede entenderse como un estado en el cual los mecanismos homeostáticos son insuficientes, se desorganizan o se sobrecargan.

5. Transporte y mezcla del líquido extracelular

El medio interno debe renovarse y distribuirse continuamente. Para ello, el organismo utiliza un sistema de transporte y mezcla: el aparato circulatorio.

5.1. Circulación del plasma dentro de los vasos sanguíneos

La sangre circula por arterias, arteriolas, capilares, vénulas y venas. En su componente líquido (plasma) transporta:

• Nutrientes absorbidos
• Hormonas
• Electrolitos
• Proteínas plasmáticas
• Productos de desecho hacia órganos excretores

La circulación asegura que el LEC llegue a todos los tejidos y se mantenga mezclado, evitando diferencias excesivas entre órganos.

5.2. Intercambio capilar y difusión hacia las células

En capilares ocurre el intercambio principal:

• Sustancias útiles salen del plasma al intersticio y luego a la célula.
• Desechos salen de la célula al intersticio y regresan a la sangre.

La eficiencia depende de:

• Flujo sanguíneo
• Permeabilidad capilar
• Gradientes de concentración
• Distancia de difusión

5.3. Importancia del aparato circulatorio como sistema de mezcla

El aparato circulatorio funciona como un sistema de mezcla rápida que mantiene uniformes las características del medio interno. Sin esta mezcla, habría regiones con oxígeno abundante y otras con hipoxia, o zonas con nutrientes y otras en déficit, lo cual sería incompatible con la vida.

6. Origen de los nutrientes y eliminación de productos metabólicos

La estabilidad del medio interno requiere dos procesos constantes:

• Aporte de sustancias necesarias
• Eliminación de productos del metabolismo y excesos

6.1. Pulmones: aporte de oxígeno y eliminación de dióxido de carbono

Los pulmones cumplen dos funciones esenciales:

• Incorporación de oxígeno (O₂) al plasma.
• Eliminación de dióxido de carbono (CO₂).

El CO₂ influye en el equilibrio ácido–base. Por ello, la ventilación pulmonar es una herramienta homeostática fundamental.

6.2. Aparato digestivo: absorción de nutrientes

El aparato digestivo transforma alimentos en moléculas absorbibles:

• Hidratos de carbono → monosacáridos (principalmente glucosa)
• Proteínas → aminoácidos y péptidos
• Grasas → ácidos grasos y monoglicéridos

La absorción intestinal aporta al medio interno los sustratos que las células requieren.

6.3. Hígado: procesamiento metabólico y detoxificación

El hígado es un centro metabólico que:

• Modifica nutrientes absorbidos para uso o almacenamiento (por ejemplo, glucógeno).
• Participa en metabolismo de lípidos y aminoácidos.
• Detoxifica sustancias, incluyendo fármacos y alcohol.
• Excreta productos por bilis hacia el intestino.

6.4. Riñones: control de agua, electrolitos y eliminación de desechos

Los riñones mantienen la composición del medio interno al:

• Eliminar productos nitrogenados como urea y ácido úrico.
• Ajustar excreción de agua y electrolitos (Na⁺, K⁺, Cl⁻, HCO₃⁻).
• Contribuir al control del pH mediante excreción de H⁺ y manejo de bicarbonato.

Un principio clave: el riñón elimina principalmente excesos.

6.5. Piel: excreción y regulación térmica

La piel actúa como barrera protectora y además:

• Participa en termorregulación mediante sudoración y cambios de flujo sanguíneo.
• Contribuye modestamente a la excreción de agua y electrolitos.

6.6. Papel del aparato locomotor en la obtención de nutrientes

Aunque no aporta nutrientes directamente, el aparato locomotor permite conductas esenciales: desplazarse, buscar alimento, ingerirlo y realizar actividades que aseguran supervivencia.

7. Regulación de las funciones corporales

Para mantener la homeostasis, el cuerpo necesita sistemas reguladores que detecten cambios y ejecuten respuestas coordinadas.

7.1. Sistema nervioso: aferencia, integración central y eferencia

El sistema nervioso funciona mediante:

1. Aferente sensitiva: detecta estímulos con receptores.
2. SNC: integra información y decide respuestas.
3. Eferente motora: ejecuta respuestas hacia músculos y glándulas.

Este control es rápido y preciso, ideal para ajustes inmediatos.

7.2. Sistema endocrino: control hormonal y coordinación con el nervioso

El sistema endocrino regula con hormonas liberadas a sangre y que actúan sobre órganos diana. Su acción suele ser:

• Más lenta que la del sistema nervioso, pero sostenida.
• Fundamental en crecimiento, metabolismo, reproducción, balance hídrico y electrolítico.

Nervioso y endocrino se complementan.

7.3. Sistema inmunitario: defensa y vigilancia del medio interno

El sistema inmunitario protege contra microorganismos y sustancias extrañas mediante:

• Reconocimiento de lo no propio.
• Eliminación del agente por fagocitosis o respuestas específicas.

También influye en inflamación, reparación tisular y equilibrio de barreras. Alteraciones pueden generar enfermedades autoinmunitarias.

7.4. Sistema tegumentario: barrera, protección y funciones homeostáticas

La piel y sus anexos constituyen una barrera que:

• Protege contra lesiones y deshidratación.
• Evita entrada de microorganismos.
• Participa en termorregulación y funciones sensoriales.

8. Regulación de las funciones corporales

8.1. Elementos de un sistema de control

Los sistemas de control comparten:

• Sensor: detecta el cambio.
• Centro integrador: compara con el valor deseado y organiza la respuesta.
• Efector: ejecuta la respuesta.

El objetivo es reducir el error y mantener la variable en su rango adecuado.

8.2. Ejemplo integrado: regulación rápida de la presión arterial (barorreceptores)

La presión arterial debe mantenerse en un rango que garantice perfusión tisular y evite daño vascular.

Reflejo barorreceptor:

• Barorreceptores en seno carotídeo y cayado aórtico.
• Detectan estiramiento de pared arterial.
• A mayor estiramiento, mayor frecuencia de impulsos a centros cardiovasculares en tronco encefálico.

Respuesta ante presión elevada:

• Disminución simpática y/o aumento parasimpático.
• Disminución de frecuencia y fuerza cardíaca.
• Vasodilatación periférica.

Resultado: descenso de presión y retorno a valores adecuados.

8.3. Retroalimentación negativa: principio general y ejemplo respiratorio

La retroalimentación negativa es el mecanismo más común:

• Si una variable aumenta, se activan respuestas que la disminuyen.
• Si una variable disminuye, se activan respuestas que la aumentan.

Ejemplo: regulación del CO₂

• Si CO₂ se eleva, aumenta la ventilación.
• Ventilación elevada elimina CO₂.
• CO₂ retorna a su rango fisiológico.

8.4. Retroalimentación positiva: utilidad fisiológica y riesgos

La retroalimentación positiva amplifica un cambio inicial:

• Puede ser peligrosa (círculos viciosos).
• Puede ser útil cuando se necesita completar un proceso.

Ejemplo en hemorragia masiva:

• Menor volumen → menor retorno venoso → menor gasto cardíaco.
• Menor gasto → menor perfusión coronaria → corazón menos eficiente.
• Corazón menos eficiente → aún menor gasto cardíaco.

Puede conducir a colapso si no se interrumpe.

8.5. Ejemplos de retroalimentación positiva útiles

a) Coagulación sanguínea
Activación de factores que aceleran la formación del coágulo hasta sellar el vaso.

b) Parto
Contracciones aumentan estiramiento cervical; el estiramiento incrementa contracciones hasta el nacimiento.

c) Potencial de acción
Despolarización abre canales de Na⁺, entra Na⁺, se despolariza más y se abren más canales hasta el potencial de acción.

Estos casos son beneficiosos porque tienen un final fisiológico definido.

9. Valores normales del líquido extracelular y relevancia clínica básica

La homeostasis se refleja en la constancia relativa de múltiples componentes del medio interno. Aunque existen rangos de referencia, lo más importante es que desviaciones significativas alteran funciones celulares.

9.1. Concepto de “valores normales” y variabilidad

Los valores normales no son números fijos. Se influyen por:

• Ritmos biológicos
• Alimentación
• Ejercicio
• Altitud y ventilación
• Edad y composición corporal

Aun así, el organismo usa mecanismos de control para evitar desviaciones peligrosas.

9.2. Alteraciones comunes: potasio y glucosa como ejemplos integradores

Potasio (K⁺)

• Es crucial para el potencial de membrana y la excitabilidad.
• Hipopotasemia: puede causar debilidad muscular y alteraciones del ritmo cardíaco.
• Hiperpotasemia: puede ser especialmente peligrosa por su efecto sobre conducción y excitabilidad cardíaca.

Glucosa

• Es un combustible esencial, sobre todo para el sistema nervioso.
• Hipoglucemia: compromete energía cerebral y produce síntomas neurológicos agudos.
• Hiperglucemia sostenida: altera equilibrio osmótico y causa daño microvascular y neuropático a largo plazo.

Estos ejemplos muestran cómo la homeostasis se traduce en clínica: el cuerpo mantiene rangos porque la biología celular depende de ellos.