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| Hermi - 2022 14 Ꙛ SISTEMAS Ꙛ Desde el punto de vista de la biofísica, el organismo humano es un sistema biológico y dinámico. DEFINICIÓN. Un sistema es un conjunto de partes o elementos organizados y relacionados que interactúan entre sí para lograr un objetivo. CARACTERÍSTICAS. 1. TIENE PARTES: Interactúan juntas para cumplir su función. A su vez, pueden ser sistemas, a los cuales se les denomina subsistemas. Ejemplos: *Célula: Núcleo, RER, REL, mitocondrias. *Mesa: Madera, pintura. 2. CUMPLE UN OBJETIVO: Debo preguntarme: ¿Para qué sirve? Ejemplos: *Célula: Nutrición, reproducción y relación. *Mesa: Apoyar cosas, comer. 3. TIENE LIMITES: Los límites separan al sistema del entorno o ambiente que lo rodea. Pueden ser visibles o no. Ejemplos: *Célula: Membrana plasmática. *Cuerpo: Piel. *Casa: Techo, paredes. 4. REALIZA INTERCAMBIO DE MATERIA Y ENERGÍA CON EL ENTORNO: Materia: Es todo aquello que tiene peso, y ocupa un lugar en el espacio. Ej.: Aire, agua, alimentos, etc. Energía: Es la capacidad de los cuerpos para realizar un trabajo, acción o movimiento. La energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma. Ej.: Energía potencial (es la energía que posee un cuerpo en función de su posición o condición con respecto a otro), energía cinética (es la energía que genera el movimiento de un cuerpo, y que a su vez se ve afectada por la masa y velocidad del mismo). Ejemplos: *Tomar agua: El entorno aporta materia (agua) al sistema (organismo). *Orinar: El sistema (organismo) aporta materia (agua) al entorno. *Descenso de la T° corporal: El sistema (organismo) aporta energía (calor) al entorno. *Ascenso de la T° corporal: El entorno aporta energía (calor) al sistema (organismo). | Hermi - 2022 15 Sistema + Entorno = Universo CLASIFICACIÓN. *NATURAL: -No fue creado por el hombre. -Ejemplos: animales, plantas, agua, rocas, montañas. *ARTIFICIAL: -Fue creado por el hombre. -Ejemplos: Casa, computadora, TV, mesa. *SOCIAL: -Son agrupaciones de animales, plantas o ambos. -Ejemplos: Bosque (conjunto de árboles), escuela (edificio, director, alumnos, docentes), cardumen (conjunto de peces), piara (conjunto de chanchos), bandada (conjunto de pájaros). *CONCRETO O FÍSICO: -Se puede ver o tocar. -Sus límites son bien definidos. -Ejemplos: *Célula: membrana plasmática. SI ST EM A S De acuerdo a su origen Natural Artificial Social De acuerdo a su Constitución o Composición Concreto o Físico Abstracto o Teórico De Acuerdo al intercambio de Materia energía con el Entorno Abierto Cerrado Aislado SISTEMA ENTORNO O AMBIENTE Subs. Subs. Subs. Energía Materia Límite | Hermi - 2022 16 *Cuerpo: piel. *ABSTRATO O TEÓRICO: -No se puede ver o tocar. -Sus límites son difusos. -Ejemplos: *Ser humano: Está formado por el cuerpo humano, pero también su conducta, su pensamiento, su cultura. *Conciencia: Es mucho más que el cerebro humano. *Software de computadora: Programas (power point, Excel, Word). *ABIERTO: -Realiza intercambio de materia y energía con el entorno. -TODOS LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS SIEMPRE SON SISTEMAS ABIERTOS. -Ejemplos: Vaso con agua: A este vaso se le puede cargar o descargar el agua (hay intercambio de materia), como también puede calentarse (absorber calor) o enfriarse (perder calor) (hay intercambio de energía). *CERRADO: -Realiza intercambio de energía, pero no de materia con el entorno. -Ejemplo: Vaso con agua tapado: No se le puede agregar ni quitar agua (no hay intercambio de materia), pero sí puede calentarse o enfriarse (hay intercambio de energía). *AISLADO: -No realiza intercambio ni de materia, ni de energía con el entorno. -No existe en la naturaleza, solo se puede obtener bajo ciertas condiciones de laboratorio. -Ejemplo: Vaso con agua, tapado y dentro de una caja de plomo, la cual no deja pasar ningún tipo de energía. Ꙛ SISTEMAS BIOLÓGICOS Ꙛ CARACTERÍSTICAS. a) DE ACUERDO A SU ORIGEN: Natural, artificial o social. b) DE ACUERDO CON SU CONSTITUCIÓN: Concreto o abstracto. | Hermi - 2022 17 c) DE ACUERDO CON EL INTERCAMBIO DE MATERIA Y ENERGIA CON EL ENTORNO: Siempre son abiertos. d) SON DINAMICOS: Se encuentran en constante cambio, para adaptarse al entorno que los rodea. Es decir que presentan ADAPTABILIDAD (capacidad de un sistema biológico de adaptarse al entorno que lo rodea). e) SON ROBUSTOS: A pesar de sus constantes cambios, logran mantener su estabilidad y su función, frente a las continuas alteraciones o perturbaciones, tanto internas como externas. TIPOS DE ADAPTABILIDAD. 1. ADAPTACIÓN O EVOLUCIÓN: Es la serie de cambios genéticos, físicos y culturales que ocurren en el organismo, para adaptarse al entorno que lo rodea. Tarda millones de años en ocurrir. Es un proceso irreversible. Ejemplos: *Con la evolución del hombre, el tamaño del cráneo fue aumentando con los años, y el tamaño y fuerza del maxilar y colmillos fue disminuyendo. *Con la evolución, se extinguieron las jirafas de cuello corto, y solo quedaron las de cuello largo, ya que eran las únicas que podían alcanzar los árboles para alimentarse. 2. AMBIENTACIÓN: Es la serie de cambios físicos que ocurren rápidamente en un entorno habitual o natural del individuo. Tarda segundos, minutos, horas o días en ocurrir. Es un proceso reversible. Ejemplos: 3. ACLIMATACIÓN: Es la serie de cambios físicos, que ocurren rápido en un entorno artificial al individuo. Tarda segundos, minutos, horas o días en ocurrir. Es un proceso reversible. Ejemplos: Ejercicio ↑Consumo de O2 por los músculos Hipoxia (↓O2 en el organismo) ↑FC, ↑GC, ↑PA Invierno (↓T° ambiental) Pérdida de calor por el organismo ↓T° corporal Temblores Ascensos a grandes alturas ↓ Presión atmosférica ↓Entrada de aire a los pulmones Hipoxia (↓O2 en el organismo) ↑FC, ↑GC, ↑PA | Hermi - 2022 18 TIPOS DE SISTEMAS DINÁMICOS. SISTEMA DETERMINISTA O LINEAL. o El azar no interviene en los futuros estados del sistema. o Si sobre el sistema actúa un estímulo especifico (o variable de estado), se produce una respuesta determinada. o Son predecibles. o Son susceptibles de ser estudiados, mediante el modelo “Causa – efecto”. o Tiene algo de estocástico (el azar interviene sólo un poco). o Ejemplos: *Cigarrillo → PULMONES → Cáncer de pulmón *Aterosclerosis → CORAZÓN → Infarto Aire acondicionado (↓T° de habitación) Pérdida de calor por el organismo ↓T° corporal Temblores Deshidratación Colocación de una vía periférica (suero) ↑Volumen sanguíneo ↑ Hidratación Mascarilla de O2 ↑ Entrada de O2 al organismo ↑Oxigenación de la sangre Cámara Hiperbárica ↑ Presión Atmosférica ↑Entrada de aire a los pulmones ↑Oxigenación de la sangre Sistemas Dinámicos Deterministas De Lazo abierto o Regulado De Lazo cerrado o Regulado o Feedback o Retroalimentación Feedback Positivo Feedback NegativoEstocásticos Estímulo (Causa) Respuesta (Efecto) SISTEMA | Hermi - 2022 19 SISTEMA ESTOCÁSTICO O NO LINEAL. o El azar interviene en los futuros estados del sistema. o Si sobre el sistema actúan múltiples variables de estado, el sistema se producirá múltiples respuestas. o No se conocen todas las variables de estado que pueden estar actuando sobre el sistema. o Son impredecibles. o No se pueden estudiar: Se utilizan cálculos de probabilidad. o Ejemplos: *Radiación: Con la misma dosis, no siempre se produce el mismo daño. *En una concesionaria se desea saber cuántos autos rojos y negros se vendieron. TIPOS DE SISTEMAS DETERMINISTAS. SISTEMA DE LAZO ABIERTO O NO REGULADO. ɸ Es aquel en el cual la señal de salida no modifica la señal de entrada. ɸ Señal de entrada: -O estímulo, o causa. -Es el que el entorno aplica al sistema. ɸ Señal de salida: -O respuesta, o efecto. -Es la que produce el sistema, al ser estimulado, hacia el entorno ɸ Ejemplo: SISTEMA DE LAZO CERRADO O REGULADO. ɸ O Feedback o retroalimentación o retroacción. ɸ Es aquel en el cual la señal de salida modifica la señal de entrada. Estímulo SISTEMA Estímulo Estímulo Estímulo Respuesta Respuesta Respuesta Respuesta Señal de entrada (Estímulo) Señal de salida (Respuesta) SISTEMA ↑T° corporal ↑FC CORAZON | Hermi - 2022 20 ɸ 2 tipos de Feedback: *Feedback Positivo. *Feedback Negativo. FEEDBACK O RETROALIMENTACIÓN POSITIVA. ɸ Es aquel en el cual la señal de salida estimula a la señal de entrada. ɸ ɸ La señal de salida y la señal de entrada están en el mismo sentido. ɸ Función: Amplificación de la señal inicial. ɸ Predomina poco en el organismo. ɸ Se degeneran fácilmente, lo cual puede llevar a la muerte. ɸ No son mecanismos homeostáticos completos: A la larga se convierten en feedbacks negativos, cuando finaliza el proceso. ɸ Son mecanismos simples. ɸ Ejemplos: *Parto normal (vaginal). *Hemostasia secundaria: Coagulación de la sangre. *Hemorragia aguda. 1) PARTO NORMAL. *A medida que más se distiende el cuello del útero, más oxitocina se libera, y más se contrae el cuerpo del útero. Las contracciones son cada vez más potentes, hasta que se produce el nacimiento del bebé. *Una vez que ocurre el nacimiento, finaliza el proceso (Se convierte en Feedback negativo). ESTIMULA O INHIBE Señal de entrada (Estímulo) Señal de salida (Respuesta) SISTEMA ESTIMULA Señal de entrada (Estímulo) Señal de salida (Respuesta) SISTEMA La cabeza del bebé distiende el cuello uterino (canal de parto) Médula Espinal Señal sensitiva o aferente Hipotá- lamo Neurohi -pófisis Liberación de Oxitocina Señal motora o eferente Sangre Contracción del cuerpo del útero Empuja al bebé hacia el canal de parto | Hermi - 2022 21 2) CASCADA DE COAGULACIÓN. *Es producida por los factores de coagulación, los cuales son un conjunto de proteínas que se van activando entre sí hasta formar el coágulo de sangre. *Una vez que se forma el coágulo, finaliza el proceso (se convierte en un Feedback negativo). *Se degenera fácilmente y puede llegar a producir CID (Coagulación Intravascular Diseminada), la cual consiste en la activación de la cascada de coagulación en todo el organismo. Esto produce el consumo de todos los factores de coagulación del cuerpo, que lleva a la muerte del paciente por múltiples hemorragias en todo el organismo (Se convierte en feedback negativo). 3) HEMORRAGIA AGUDA. *Es la pérdida de un gran volumen de sangre (mayor a 2 litros) en poco tiempo. *Una gran pérdida de sangre genera un círculo vicioso que conlleva a la muerte del paciente por paro cardíaco (la muerte es un Feedback Negativo). Factor Xa + Ca+2 + Fosfolípidos plaquetarios Protrombina (Factor II) Trombina (Factor IIa) Fibrinógeno (Factor I) Fibrina (Factor Ia) Formación del coágulo Hemorragia aguda (>2 l. de sangre) ↓Vol. Sanguíneo o Volemia ↓Presión Arterial ↓Flujo sanguíneo tisular ↓Llegada de sangre al corazón ↓Eyección ventricular | Hermi - 2022 22 FEEDBACK O RETROALIMENTACIÓN NEGATIVA. ɸ O Servomecanismo. ɸ Es aquel en el cual la señal de salida inhibe a la señal de entrada. ɸ ɸ La señal de salida y la señal de entrada están en sentido opuesto. ɸ Función: Mantener la homeostasis (equilibrio) en el organismo, y de esta manera mantener la salud. ɸ Predomina mucho en el organismo. ɸ No se degeneran fácilmente. ɸ Son mecanismos homeostáticos completos: Siempre son Feedbacks negativos. ɸ Son mecanismos complejos: Están formados por varios componentes. ɸ Ejemplos: *Regulación de la Presión arterial. *Regulación de la Temperatura corporal. *Regulación de la glucemia. ELEMENTOS DE UN SISTEMA HOMEOSTÁTICO (O SISTEMA DE CONTROL). A. Variable controlada: señal de entrada, o estímulo. Es un determinado proceso en el organismo que se quiere regular, para mantenerlo estable o controlado. Ejemplos: T° corporal, glucemia, PA, etc. Presenta valores de referencia: -Son rangos: Glucemia (70 – 110 mg/dl), T° corporal (36,5 – 37,5 °C). -Tiene límites Límite inferior: Ej → Glucemia: 70 mg/dl. Límite superior: Ej → Glucemia: 110 mg/dl. Set Point o Punto de control: Es un estadío intermedio entre los límites superior e inferior. Representa el punto en el que el sistema se encuentra en estado Estacionario, es decir en equilibrio con el entorno (No hay ganancia ni pérdida de energía). Es específico para cada individuo. Si la variable controlada sufre perturbaciones o cambios, por fuera del set point, esto activa el mecanismo de Feedback negativo. B. Sensor: Su función es captar (o detectar) la perturbación de la variable controlada. Son receptores sensitivos, es decir estructuras nerviosas se encargan de captar estímulos de regiones tanto internas como externas del organismo. Ejemplos: Barorreceptores arteriales, quimiorreceptores arteriales, receptores de temperatura, receptores de dolor. Envía la señal al transductor. INHIBE Señal de entrada (Estímulo) Señal de salida (Respuesta) SISTEMA | Hermi - 2022 23 C. Transductor: Convierte el estímulo captado por el sensor, en un impulso nervioso, que se llama señal de retroalimentación. La señal de retroalimentación es enviada al centro de control. D. Centro de control: Se localiza generalmente en el SNC o en el sistema endócrino. 2 partes: *Comparador: Compara el set point (habitual en el individuo) con la señal de retroalimentación (perturbación que sufrió la variable controlada) y produce la señal de error hacia el controlador. Señal de error Es la diferencia entre Set point y la señal de retroalimentación. Puede ser Positiva: Cuando la señal de Retroalimentación se encuentra por encima del set point. Negativa: Cuando la señal de Retroalimentación se encuentra por debajo del set point. Envía la señal de error hacia el controlador. *Controlador: Decide corregir la perturbación. Envía una señal nerviosa denominada señal de corrección hacia el efector. E. Efector: Es un grupo de órganos que se encarga de cumplir la función decidida por el controlador Órganos efectores: *Músculos: Realizan contracción muscular para cumplir la función. *Glándulas: Realizan secreción de sustancias para cumplir la función. Produce la señal de salida. F. Señal de salida: Es la corrección de la perturbación. Es opuesta a la señal de entrada. El mecanismo de Feedback negativo no se realiza una sola vez, ya q solo con realizarlo una sola vez, no se alcanza el set point. Debe realizarse la cantidad de veces que sea necesario, hasta alcanzar el set point. Variable controlada (Señal de Entrada) Sensor Perturbación Transductor Señal de Retroalimentación Comparador Señal de Error Controlador Señal de Corrección Efector Señal de Salida | Hermi - 2022 24 Por lo tanto, cada vez que se produce la señal de salida, ésta vuelve a sensarse por el sensor, luego la señal va hasta el transductor y el comparador. El comparador vuelve a comparar la señal de retroalimentación con el set point. Si no coinciden, vuelve a producir la señal de error hacia el controlador y se vuelve a producir el mecanismo de feedback negativo. Una vez que la variable controlada alcance el set point, el comparador ya no producirá la señal de error, y de esta manera finaliza el Feedback negativo. Entonces, para que finalice el feedback negativo, se debe inhibir al comparador. EJEMPLOS DE FEEDBACK NEGATIVOS. 1) Regulación de la Presión Arterial: *Variable Controlada → Presión Arterial (PA) → Set Point: 120 mmHg. *Perturbación → Descenso de la PA → 100 mmHg. *Señal de error → Negativa → La Perturbación se encuentra por debajo del Set point. →Valor: 20 mmHg. 2) Regulación de la Temperatura Corporal: ↓PA a 100 mmHg (Habitualmente el individuo tiene 120 mmHg) + BaroRc Arteriales (Aorta y Carótida) Señal sensitiva o aferente Centros Vasomotores (Bulbo Raquídeo) + SNS Señal motora o eferente Corazón Arterias y Venas ↑FC ↑Contractilidad Vasoconstricción ↑PA Variable controlada Sensor/Transductor Comparador/Controlador Señal de Retroalimentación Señal de Corrección Efectores Señal de Salida ↓T° Corporal de 36,5 °C (Habitualmente el individuo tiene una T° de 37 °C) + Rc. Térmicos (Piel y Hipotálamo) Señal sensitiva o aferente Hipotálamo Señal motora o eferente Piel Cuerpo Vasoconstricción arterial Posición fetal ↑T° Corporal Variable controlada Sensor/Transductor Comparador/Controlador Señal de Retroalimentación Señal de Corrección Efectores Señal de Salida ↓Flujo Sanguíneo en piel (pálida y fría) ↓Pérdida de calor ↓Superficie de piel en contacto con el entorno MEE Temblores (contracción muscular) ↑Producción de calor | Hermi - 2022 25 *Variable Controlada → T° Corporal → Valor de referencia: 36,5 – 37,5 °C. → Set Point: 37 °C. *Perturbación → Descenso de la T° → 36,5 °C. *Señal de error → Negativa → La Perturbación se encuentra por debajo del Set point. →Valor: 0,5 °C. 3) Regulación de la Glucemia: *Variable Controlada → Glucemia → Valor de referencia: 70-110 mg/dl. → Set point: 85 mg/dl. *Perturbación → Aumento de la glucemia → 115 mg/dl. *Señal de error → Positiva → La Perturbación se encuentra por encima del Set point. →Valor: 30 mg/dl. GRÁFICO DE FEEDBACK O RETROALIMENTACIÓN NEGATIVA. ↑Glucemia a 115 mg/dl Post-ingesta (habitualmente el individuo presenta una glucemia en ayunas de 85 mg/dl ↑Captación de glucosa por el páncreas ↑Liberación de insulina por cél. Beta del páncreas Hígado ↑Captación de glucosa ↓Glucemia Variable controlada Sensor/Transductor/Comp arador/Controlador Señal de Corrección Efector Señal de Salida Insulina viaja por sangre ↑Glucólisis ↑Glucogeno- génesis | Hermi - 2022 26 A) Parámetro de referencia de la variable controlada (límites superior e inferior). B) Perturbación de la variable controlada. *Puede ocurrir por fuera del rango de referencia o no. *Cuanto más se aleja la perturbación del set point, más potente será el mecanismo de feedback. *Provoca la activación del mecanismo de Feedback negativo, el cual se realiza la cantidad de veces que sea necesario hasta corregir la perturbación. C) Set Point o Punto de control. D) Enfermedad. *Cuanto la perturbación es demasiado grande, escapa a los mecanismos de control del organismo, es decir, no funciona el feedback negativo. *Esto provoca la pérdida de la Homeostasis, y produce la enfermedad. *Ej: Los Barorreceptores arteriales sensan un rango de PA de 60 a 140 mmHg. FEEDFORWARD O PROTOALIMENTACIÓN. O proacción, o anteroalimentación, o prealimentación. Un sistema autorregulado (sistema biológico) integra tanto, procesos de retroacción o retroalimentación (feed-back), como de proacción (feed-forward). Definición: *Es descrito como las acciones de anticipación o preactivación que ocurren antes de la detección sensorial de una disrupción de la homeostasis y que se basan en experiencias anteriores. *Es la capacidad de anticipación de un sujeto sin que se produzca el registro sensorial que provoca una respuesta refleja (feedback), sino que se basa en la identificación de una situación que el sujeto relaciona con experiencias anteriores. Funciones: *Anticiparse a la ocurrencia de perturbaciones de las variables reguladas. *Permite anticipar los cambios del ambiente o del organismo que requieren de un ajuste. Una señal de protoalimetación que controle la memoria donde se almacena el valor del Set point dentro del comparador, podría ser capaz de modificar el valor de referencia de los sistemas de retroalimentación negativa, y llevaría a la regulación homeostática a un nuevo nivel de ajuste, acorde a las nuevas necesidades del organismo. Ejemplos: *En la glucólisis, una enzima puede ser inhibida por retroalimentación mientras otra es activada por proalimentación, como ocurre con el ATP (producto) que inhibe por retroalimentación a la enzima fosfofructocinasa 1, mientras que la fructosa-1,6-bifosfato (producto) activa por proacción a la enzima piruvato cinasa. *El sistema nervioso al intervenir en procesos como el de la escritura. Al levantar un lápiz los movimientos del brazo, la mano y los dedos son dirigidos por la corteza cerebral con movimientos suaves, pero las fuerzas se ajustan solo en parte por la retroalimentación de información visual y la información sensorial desde los receptores en las articulaciones y los músculos. Es posible que las señales de salida de la corteza premotora influyen sobre las respuestas dentro de la corteza motora, aún en ausencia o antes del movimiento de escritura o viceversa ya que las representaciones motoras están activas aún en ausencia de movimiento o de la visión de la escritura. Por lo tanto, hay una conexión estrecha entre los mecanismos sensoriales y motores. Entre estos circuitos se integran conexiones mutuamente excitatorias que se refuerzan por medio de la actividad repetida, lo que permite que después el grupo de neuronas mantenga esa actividad sin estimulación sensorial directa. Esto es importante ya que se pueda adaptar la función del sistema de control con respecto al tiempo. *La preactivación muscular que se consigue tiene la capacidad de proteger las estructuras del aparato locomotor de una carga lesiva. | Hermi - 2022 27 *Aumento de la Frecuencia Respiratoria al comienzo del ejercicio, por activación de la corteza cerebral y de Receptores articulares y musculares, para “anticiparse” al descenso del O2 y al aumento de CO2 en sangre. La experiencia previa y el aprendizaje pueden cambiar el mensaje de salida del sistema de control, de modo que se conduzca más eficaz o apropiadamente. En definitiva, si bien los procesos de retroacción (retroalimentación) posibilitan al sistema reaccionar después de que se han producido los eventos, para adaptarse de forma eficiente a un ambiente variable, debe ser capaz de anticipar lo que es probable que ocurra en el futuro, por lo cual, los procesos de proacción posibilitan las acciones anticipadas y proporcionan un método de control en el que la información sobre las alteraciones esperadas, o posibles, o sobre las consecuencias del funcionamiento, se emplea para generar una actividad tendente a preparar al sistema de acción para afrontar tales alteraciones, para prevenirlas, o para producir otros resultados deseados. El sistema feed-forward puede responder más rápidamente a los tipos de alteraciones medibles y conocidas, pero apenas lo consigue con aquellas de nueva aparición. Un sistema retroalimentado maneja cualquier alteración del comportamiento deseado, pero requiere que la variable medible del sistema (la salida) reaccione a las alteraciones para registrar así su aparición. Ejercicio Rc. Articulares y musculares Señal sensitiva o aferente Centros Respiratorios (Bulbo y Protuberancia) Contracción rápida del diafragma Señal motora o eferente ↑Frecuencia Respiratoria ↑entrada de O2 y ↑salida de CO2 del organismo
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