TEMA 2: ORGANIZACIÓN BÁSICA DEL CUERPO HUMANO 1. NIVELES DE ORGANIZACIÓN DEL CUERPO HUMANO. Es difícil estudiar un organismo tan complejo como el ser humano; por eso, analizamos la materia viva desde lo más sencillo hasta lo más complejo. Pueden distinguirse varios niveles de complejidad o de organización en nuestro cuerpo: Nivel atómico. Nivel molecular. Nivel celular Tejido Órgano Sistema y aparato. Esas asociaciones forman estructuras cada vez más complejas, además interaccionan entre ellas hasta dar lugar a una gran estructura única que es nuestro cuerpo. Los átomos son las partículas más pequeñas de materia que conservan las propiedades químicas del elemento químico al que pertenecen. Los átomos que forman parte de la materia viva se denominan BIOELEMENTOS. Los más abundantes son los bioelementos primarios, que son Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno, Fósforo y Azufre. Éstos forman el 96% de la materia viva y se encuentran en todos los seres vivos. Cuando los átomos se unen entre sí forman una estructura de mayor complejidad. Es un nivel superior, el molecular. Los bioelementos se unen para formar moléculas. Las moléculas que forman la materia viva y, por tanto son parte de nuestro cuerpo, son las biomoléculas. 1
BIOMOLÉCULAS. Los grupos de biomoléculas más importantes son: INORGÁNICAS Agua: sirve como transportador de moléculas, soporte de las reacciones del organismo, disolvente de moléculas, termorregulador... Sales minerales: pueden encontrarse en estado sólido formando estructuras duras, como los dientes, o en disolución, ayudando a mantener constante el medio interno, o siendo las responsables de la contracción de los músculos o del impulso nervioso. ORGÁNICAS Glúcidos: sirven de combustible para el organismo, de reserva de energía y forman estructuras duras (solo en plantas). Lípidos: forman estructuras flexibles, sirven de reserva energética en animales y como hormonas o vitaminas. Proteínas: formadas por aminoácidos. Tienen función estructural, de transporte, hormonal, inmunológica, homeostática, enzimática, contracción muscular Ácidos nucleicos: son el ADN y el ARN. Contienen la información genética, en la que se encuentran escritos todos nuestros caracteres. Cuando estas biomoléculas se combinan entre si forman una estructura única, capaz de reaccionar ante todo lo que le rodea. Esta estructura es la célula. Los humanos, como otros seres vivos, somos pluricelulares. Nuestras células se organizan dando lugar a tejidos, órganos, sistemas y aparatos. Un tejido es la asociación de células que tienen la misma estructura y función. Un órgano está formado por un conjunto de tejidos distintos que, entre todos realizan una determinada función. Cuando los órganos se asocian para realizar una función vital determinada forman aparatos y sistemas. Los aparatos se forman por la asociación de órganos con distintas estructuras, como el aparato digestivo o el reproductor. Los sistemas están formados por órganos que tienen la misma estructura, como es el sistema nervioso o el muscular. La asociación de tejidos, órganos, sistemas y aparatos tiene como función la supervivencia del individuo y de la especie. 2
2. LA CÉLULA COMO UNIDAD ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL DE LOS SERES VIVOS. La célula es la unidad morfológica y funcional de todo ser vivo. Nuestro cuerpo está formado por un gran número de células, es decir, somos seres vivos pluricelulares. Si en vez de piel, pudiéramos ver al microscopio muestras de otras regiones de nuestro cuerpo, veríamos que las células tienen formas y tamaños muy distintos, pero todas tienen las mismas partes fundamentales de una célula. ESTRUCTURA CELULAR La célula humana es una célula eucariota. Tiene un núcleo en su interior y pequeñas estructuras en su citoplasma, llamadas orgánulos. Está envuelta por la membrana plasmática, una fina lámina que controla el paso de sustancias, es decir, el alimento que entra o los residuos que salen de la célula. La célula contiene un citoplasma en el que hay agua y orgánulos celulares. En ellos se hacen las reacciones químicas que permiten obtener las sustancias necesarias para sobrevivir. El núcleo es la estructura 3
característica de las células eucariotas. Contiene el ADN y lo protege mediante la envoltura nuclear. El ADN se encuentra condensado en forma de cromatina y contiene la información genética en su estructura. Los orgánulos que se encuentran en el citoplasma de la célula son los siguientes: Las mitocondrias son orgánulos grandes, con doble membrana, que producen la mayor parte de la energía que necesita la célula, mediante procesos de oxidación de materia orgánica. Para ello, utiliza oxígeno y libera dióxido de carbono. Este proceso se denomina respiración celular. Aparato de Golgi. Está formado por pilas de sacos membranosos aplanados y se rodea de pequeñas vesículas, en cuyo interior hay muchas de las sustancias que fabrica la célula en el retículo. Se encarga de empaquetar y procesar vesículas procedentes de otros lugares de la célula. 4
Citoesqueleto. Formado por agrupaciones de filamentos de proteínas, los microtúbulos y los microfilamentos, dan a la célula su forma. Intervienen en la división núcleo y en los movimientos de la célula. Centriolos. Parecen dos cilindros huecos y con paredes formadas por filamentos. Estas estructuras se encargan de dirigir el movimiento de los filamentos del citoesqueleto e intervienen en la división celular. 5
Ribosomas. Partículas pequeñas en las que tiene lugar la síntesis de proteínas. Lisosomas. Son vesículas rodeadas de membrana que contienen enzimas hidrolíticas encargadas de las digestiones intracelulares. Para que la célula funcione, necesita materia y energía. La materia que capta a su alrededor sirve para crear la materia de la propia célula y para obtener energía, pero cómo se obtiene?. 6
EL METABOLISMO El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el interior celular. Ahora mismo, en tus células, están teniendo lugar unas 1000 reacciones metabólicas. Hay dos tipos de estas reacciones: 1. Catabolismo. Conjunto de reacciones cuyo objetivo es degradar las moléculas complejas y transformarlas en moléculas más simples para liberar la energía que contienen. Un ejemplo de proceso catabólico es la respiración celular, nombrada anteriormente. En este proceso se utiliza oxígeno (O2) para "romper" moléculas orgánicas ricas en energía y obtener moléculas más sencillas e inorgánicas pobres en energía, como el dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). 2. Anabolismo. Conjunto de reacciones cuyo objetivo es construir moléculas complejas a partir de otras más sencillas. Este proceso utiliza parte de la energía obtenida durante el catabolismo. Pero cómo entran esas sustancias en el interior celular? 7
MECANISMOS DE TRANSPORTE DE SUSTANCIAS AL INTERIOR CELULAR Existen varios mecanismos en función del tamaño de las partículas a interiorizar: 1. Partículas grandes. No pueden entrar en la célula atravesando la membrana plasmática. Para entrar en el interior celular, la membrana plasmática se hunde, engloba la partícula y la incorpora al citoplasma en una vesícula. Este proceso se llama endocitosis, y si ocurriera al revés, es decir, que vesículas situadas en el citoplasma se fusionaran con la membrana plasmática y liberaran su contenido, se llamaría exocitosis. 2. Partículas pequeñas. Pueden atravesar la membrana plasmática por medio de dos mecanismos: Por difusión (transporte pasivo). Moléculas pequeñas como el O2 ó el CO2 pueden entrar y salir libremente de la célula. Van al interior o al exterior celular, distribuyéndose homogéneamente por todo el espacio disponible. La osmosis es una forma especial de difusión, ya que es el agua la que pasa del interior al exterior celular y viceversa, a través de la membrana plasmática, desde la dilución que esté más diluida a la que esté más concentrada, de forma que las concentraciones dentro y fuera de la célula se igualan. Por transporte activo. La membrana plasmática tiene permeabilidad selectiva y sólo deja pasar sustancias como el agua, el O2 y el CO2. Hay otras sustancias que aunque son pequeñas, no pueden atravesar la membrana, por lo que es necesario gasto de energía para que entren al interior celular y además, el transporte se hace de forma contraria a la difusión. Aunque todas las células de nuestro cuerpo tienen una organización general común, cada una posee características particulares que la hacen adecuada para la función que realizan. En un organismo el número de células aumenta por división celular, es decir, una célula da lugar a dos células hijas, y éstas a su vez a otras dos, etc. Algunas de estas células hijas se especializan, lo que supone: 8
1. Realizar un trabajo concreto. 2. Desarrollar una forma característica. 3. Que se produzcan cambios en su citoplasma. 4. Pérdida de la capacidad para volver a dividirse en la mayoría de casos. Sin embargo, de las dos células hijas obtenidas, una mantiene su capacidad de división, lo que permite que el organismo siga creciendo. 3. LOS TEJIDOS Pero las células con una determinada función no suelen funcionar aisladas sino en conjunto con otras células, generalmente del mismo tipo, para llevar a cabo la misma función al unísono. Esta asociación origina los tejidos. En los tejidos se encuentran células diferenciadas que mantienen el tejido o realizan funciones importantes para el organismo y células sin diferenciar (células madre) que permanecen en el tejido para proliferar cuando las células diferenciadas mueran y así poder sustituirlas: Las células diferenciadas suelen recibir un nombre alusivo con el sufijo -cito (por ejemplo fibrocito). Las células sin diferenciar se suelen nombrar con el sufijo -blasto (por ejemplo osteoblasto). CLASIFICACIÓN DE LOS TEJIDOS NOMBRE TIPOS FUNCIÓN Epiteliales Revestimiento Separación, protección y secreción. Glandular Conectivos Conjuntivo Unen otros tejidos. Cartílago Óseo Sangre y linfa Muscular Liso Movimiento por contracción. Estriado Cardiaco Nervioso Información. 9
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3.1. LOS TEJIDOS EPITELIALES Los tejidos epiteliales están formados por láminas continuas de células. De este modo limitan el paso de sustancias de un lado a otro del epitelio. Existen epitelios que actúan como capas separadoras, epitelio de revestimiento y otros que se encargan de fabricar y emitir secreciones externas o internas, epitelio glandular. 3.2. LOS TEJIDOS CONECTIVOS La función principal del tejido conectivo es la de establecer una continuidad con otros tipos de tejidos, para así conservar la integridad del organismo desde el punto de vista funcional. Otras funciones son las de separar tejidos diferentes, proteger al organismo de forma física frente a agentes externos, ser un medio de intercambio de sustancias, de almacenamiento y de reparación. Están formados por: ü Células bastante separadas entre sí. Se denominan con la terminación -blasto cuando tienen capacidad de división y fabrican la matriz intercelular y con la terminación -cito cuando pierden la capacidad de división. ü Fibras de colágeno (proporcionan resistencia a la tracción), de elastina (proporcionan elasticidad) y de reticulina (proporcionan unión a las demás estructuras). ü Matriz intercelular de consistencia variable que rellena los espacios entre células y fibras y constituida por agua, sales minerales, polipéptidos y azúcares. La consistencia de la matriz determina la clasificación de los tejidos conectivos. Los tejidos conectivos se clasifican en: Tejido conjuntivo: Su matriz es de consistencia gelatinosa, sus células características son los fibroblastos (presenta además Macrófagos, Linfocitos y Mastocitos). Según el tipo y densidad de fibras podemos encontrar: Dermis, tendones y ligamentos, etc. Tejido adiposo: Similar al tejido conjuntivo laxo pero con menos fibras. Sus células características, denominadas adipocitos, se especializan en el almacenamientos de lípidos. Se localiza bajo la 12
dermis, rodeando a órganos internos como el riñón y en el interior de la parte central de los huesos largos (médula ósea amarilla o tuétano). Su función es de reserva energética y como aislante térmico y mecánico. Tejido cartilaginoso: Formado por una matriz muy rica en fibras de colágeno y elastina, gelatinosa pero mucho más consistente que el tejido conjuntivo y con unas células específicas denominadas condrocitos. Lo encontramos en meniscos, discos intervertebrales, orejas, nariz, etc. Tejido óseo: Formado por tres tipos de células: osteoblastos, osteocitos y osteoclastos (células encargadas de destruir hueso para remodelarlo). La sustancia intercelular es sólida y rígida, está formada por fibras de colágeno y sales inorgánicas de fosfato y carbonato cálcico que le proporcionan resistencia. El tejido óseo forma estructuras denominadas huesos cuyas funciones son: Almacenar calcio y fósforo. Proteger órganos blandos. Formar la estructura del cuerpo y participar del movimiento. Albergar la médula ósea roja (fabrica células sanguíneas). Tejido sanguíneo: Es un tejido conectivo cuya sustancia intercelular es líquida. Se encuentra en el interior de los vasos sanguíneos y tiene un papel importantísimo en el mantenimiento del equilibrio del medio interno. Representa entre el 7 y el 8% del peso corporal. Está compuesta por: una parte líquida o Plasma sanguíneo (60% del volumen) formada por agua, sales minerales, iones y abundantes proteínas (fibrinógeno, albúmina e inmunoglobulinas). Cuando al plasma le quitamos el fibrinógeno queda el Suero. Una parte sólida, las células sanguíneas (40% del volumen), las hay de tres tipos: Hematíes o glóbulos rojos, leucocitos o glóbulos blancos y plaquetas. 13
3.3. EL TEJIDO MUSCULAR TEJIDO MUSCULAR. Los animales poseemos un tejido contráctil especializado: el tejido muscular, que está formado por células con gran cantidad de fibras contráctiles internas. Estas fibras están formadas por dos proteínas principales, actina y miosina, y se encuentran ordenadas en el citoplasma de las células musculares. Además, son capaces de contracciones y relajaciones rápidas. Durante la contracción, se produce un consumo importante de energía, presentan uniones celulares fuertes (si no, el tejido se disgregaría en cada contracción muscular) y permite el movimiento del organismo: Movimientos ligados al esqueleto por palancas. Movimientos de contracción del tubo digestivo, vasos sanguíneos y del corazón. TIPOS DE TEJIDOS MUSCULARES: Existen tres tipos de tejido muscular: Tejido muscular liso: Controlado por el Sistema nervioso autónomo o vegetativo, de contracción lenta, mantenida e involuntaria. Se encuentra en la pared de los conductos internos: vasos sanguíneos, tubo digestivo, aparato urinario, etc. Tejido muscular estriado esquelético: Controlado por el Sistema nervioso central, su contracción es rápida y voluntaria. Se localiza en los músculos unidos a los huesos, su función es movilizar el esqueleto y la mímica. Tejido muscular cardiaco: Tienen bandas claras y oscuras. Están controladas por el Sistema nervioso autónomo o vegetativo, su contracción es rápida, involuntaria y automática. Resistente a la fatiga. 3.4. EL TEJIDO NERVIOSO Es un tejido especializado en captar las variaciones del medio, elaborar una respuesta y conducirla a los órganos efectores. Se basa en una células llamadas Células nerviosas o Neuronas. Estas células necesitan la ayuda de células auxiliares: células gliales. Las células gliales son cinco veces más numerosas que las neuronas. 14
3.5 ADAPTACIÓN TISULAR A LAS DEMANDAS DE LA ACTIVIDAD FÍSICA Los tejidos poseen funciones de relación, y por tanto, se adaptan a las circunstancias en las que vive un organismo. El tipo de nutrición, el ambiente físico, el sedentarismo o el tipo de actividad modifica los tejidos de diferentes modos. El ejercicio físico necesita la colaboración de varios órganos y sistemas, no solamente para soportar las fases de actividad aguda, sino también para adaptar su respuesta al entrenamiento. El sistema esqueléticomuscular, bajo el control del cerebro, dirige la locomoción del cuerpo humano mediante las contracciones coordinadas y concertadas de las células musculares esqueléticas. La contracción de las células musculares esqueléticas se realiza con intervención de energía (ATP), que a su vez se genera a partir de los hidratos de carbono, grasas y proteínas, que pueden provenir de las reservas del organismo o de los alimentos que ingerimos. El sistema cardiovascular transporta los nutrientes y el oxígeno a todo el organismo, al mismo tiempo que elimina del músculo los deshechos ( p.ej. calor y CO2). Al realizar la actividad física, ciertos órganos liberan unas sustancias químicas (hormonas) que viajan a través de la sangre y "avisan" a otros órganos para que estén preparados frente al esfuerzo que se va a realizar. La producción de sudor (agua con sales disueltas) favorece la eliminación del calor excesivo y el sistema renal ayuda a regular el balance de líquidos y electrolitos, así como la presión sanguínea. El metabolismo de los músculos que están en funcionamiento aumenta y con ello aumenta el gasto energético. Para que todo funcione durante este periodo de actividad, órganos como el corazón y los pulmones han de estar a pleno rendimiento, por lo que su metabolismo también aumenta considerablemente (por eso aumenta el ritmo cardiaco y respiratorio). 15
Ejemplos: TEJIDO PRINCIPALES ADAPTACIONES Hueso Reestructuración interna para soportar esfuerzos Aumento de masa ósea implicada en el ejercicio Sangre Aumento de hemoglobina como respuesta la demanda de O2 Aumento del volumen sanguíneo Músculo estriado Aumento de miofibrillas Engrosamiento de las células Cambio del metabolismo dependiendo del tipo de esfuerzo Cartílago Aumento de resistencia de cartílagos articulares Adiposo Disminución general del tejido adiposo de reserva Adaptación de tejido adiposo en almohadillas de manos y pies 16
4. ÓRGANOS, APARATOS Y SISTEMAS. Órgano: conjunto de tejidos que forman una estructura individualizada con una función biológica determinada. Aparatos y sistemas: conjunto de órganos que trabajan para realizar una función biológica concreta. 17
PRINCIPALES APARATOS Y SISTEMAS DEL SER HUMANO Aparato o sistema Funciones Principales órganos Digestivo Abastecer de agua y alimentos al organismo. Boca, glándulas salivares, lengua, dientes, esófago, estómago, intestino, ano, hígado, páncreas. Respiratorio Abastecer de oxígeno al organismo. Fosas nasales, tráquea, bronquios, pulmones. Eliminar CO2 del metabolismo. Excretor Eliminar restos del metabolismo celular. Riñones, uréteres, vejiga urinaria, uretra. Regular cantidad de agua y sales. Circulatorio Reparto de sustancias por el organismo Corazón, venas, arterias, capilares, vasos linfáticos Reproductor Generar nuevos individuos Ovarios, útero, vagina, placenta, testículos, vesicular seminal, pene, próstata. Nervioso Transmisión rápida de información. Ojo, oído, mucosa olfatoria, propioceptores, encéfalo, médula espinal, ganglios. Endocrino Producción de hormonas de tipo general. hipófisis, timo, suprarrenales. Locomotor Producción de movimientos. Músculos, huesos. Inmunitario Defensa frente a infecciones y tumores. Médula ósea, timo, ganglios linfáticos Tegumentario Protección del organismo Sensibilidad. Piel. 18
5. FUNCIONES VITALES DEL SER HUMANO Las funciones vitales del ser humano son: Nutrición: la función de nutrición consiste en la capacidad para tomar sustancias procedentes del exterior y, a partir de ellas, renovar y conservar las estructuras del organismo y obtener la energía necesaria para desarrollar la actividad vital. Aparatos digestivo, respiratorio, circulatorio y excretor. Relación: la función nos permite detectar los cambios en el medio en que vivimos y elaborar una respuesta adecuada para adaptarnos y sobrevivir. Sistemas nervioso, endocrino, esquelético y muscular y órganos de los sentidos. Reproducción: la función de reproducción nos permite realizar copias de nosotros mismos. Aparato reproductor masculino y aparato reproductor femenino. Páginas web de consulta: http://ies.rayuela.mostoles.educa.madrid.org/publicaciones/apuntes AnatomiaAplicada/indice.htm http://genomasur.com/bch/bch_libro/index_bloque_2.htm 19