Biología Celular Fundamental

Componentes Bioquímicos de la Célula

Moléculas inorgánicas: Entre ellas destacan el agua y las sales minerales.

Moléculas orgánicas: Tienen el carbono como elemento fundamental. Los glúcidos, los lípidos, las proteínas y las vitaminas que forman parte del organismo son moléculas orgánicas.

Organelos y Estructuras Celulares

Aparato de Golgi: Es un sistema de membranas que se comunica con el retículo endoplasmático (RE). Sus funciones son la modificación, el transporte y la secreción de proteínas.

Está formado por el conjunto de dictiosomas (estructuras compuestas por una serie de sáculos) de la célula, cuyo número varía según el tipo celular y el estado funcional. Se diferencian dos caras: la cis y la trans, y una región intermedia.

Lisosomas: Son vesículas membranosas que contienen enzimas digestivas, utilizadas principalmente para la digestión intracelular de distintos tipos de partículas. Se forman en la cara trans del aparato de Golgi. Se pueden distinguir dos grupos de lisosomas: primarios y secundarios. Sus características incluyen:

• Las proteínas son muy glucosiladas.
• Poseen un sistema de transporte denominado bomba de protones.
• Contienen una serie de proteínas de transporte.

Microfilamentos: Son fibras cuya unidad básica es la actina, una proteína globular que se polimeriza formando largas hélices dobles, conocidas como filamentos de actina.

Proteínas accesorias: En el citoesqueleto encontramos proteínas accesorias, vinculadas a los distintos tipos de filamentos y túbulos. Estas proteínas cumplen diversas funciones y se clasifican en:

• Proteínas reguladoras: Regulan los procesos de alargamiento (polimerización) y acortamiento (despolimerización) de los filamentos principales.
• Proteínas ligadoras: Conectan los filamentos entre sí y con distintas estructuras celulares.
• Proteínas motoras: Sirven para la motilidad, contracción y cambios de forma celulares.

Nucleoplasma: Es la región delimitada por la membrana nuclear.

Procesos Celulares Fundamentales

Metabolismo celular: La célula capta oxígeno y nutrientes del medio para utilizarlos en sus distintos procesos fisiológicos.

El conjunto de reacciones químicas que permiten a la célula utilizar los nutrientes y el oxígeno para atender sus necesidades vitales se denomina metabolismo.

Homeostasis: Estado en el que las células son capaces de mantener una condición interna estable.

Endocitosis: Es el proceso celular por el cual la célula incorpora a su interior moléculas grandes o partículas que se encuentran en el exterior mediante la formación de vesículas. Este proceso puede producirse de tres formas:

1. Pinocitosis
2. Fagocitosis
3. Endocitosis mediada por receptor

Uniones Celulares

Uniones ocluyentes: También se denominan uniones herméticas, sellantes o estrechas. En ellas, las membranas plasmáticas de las células están totalmente unidas, lo cual impide el paso de sustancias entre ellas. Pueden ser:

• Puntual o macular: Como en las células endoteliales de los capilares.
• En banda o zónula: Rodeando toda la circunferencia de la célula. Encontramos este tipo de unión en los epitelios.

Uniones de adhesión: La mayoría de las células tienen en sus membranas glucoproteínas que participan en la adhesión de la célula con otras células o con la matriz extracelular (MEC). Estas moléculas son receptores en los que se distinguen tres partes:

• Una parte intracelular, que se une al citoesqueleto.
• Una parte transmembrana, que atraviesa la membrana plasmática.
• Una parte extracelular, que interacciona con glucoproteínas de otras células o de la MEC.

Histología y Tejidos Corporales

Conceptos Generales de Tejidos

Un conjunto de células que cumple una misma función en el organismo se denomina tejido.

La ciencia que estudia la estructura microscópica, el desarrollo y las funciones de los tejidos se denomina histología. Podemos agrupar los tejidos en cuatro grupos principales: epitelial, muscular, nervioso y conectivo.

Tejido Epitelial

Tejido epitelial de revestimiento: Está formado por células estrechamente unidas mediante uniones ocluyentes y uniones de anclaje, de manera que no existe matriz extracelular entre ellas.

Las células epiteliales soportan bien las tensiones mecánicas, gracias a la organización de su citoesqueleto. Los epitelios de revestimiento tapizan todas las superficies del cuerpo, tanto las exteriores (piel y mucosas) como las interiores (cavidades pleural, pericárdica y peritoneal, y los distintos conductos). Tipos de epitelio de revestimiento:

• Epitelios simples o monoestratificados: Presentan una sola capa de células, que pueden ser planas, cúbicas o cilíndricas.
• Epitelios pseudoestratificados: Los núcleos se ven a distintas alturas, pero en realidad solo tienen una capa de células y todas ellas tocan la membrana basal. Esta organización se forma siempre con células cilíndricas.
• Epitelios estratificados: Tienen varias capas de células, y solo la inferior toca la membrana basal. Las células pueden ser planas, cúbicas o cilíndricas.

Tejido Muscular

Tejido muscular: Está formado por células con capacidad contráctil. Este tejido forma los músculos, que permiten el movimiento (voluntario e involuntario) de muchas estructuras del organismo. La célula especializada es el miocito o fibra muscular. Se trata de una célula fusiforme y con capacidad contráctil.

Estas células contienen un complejo entramado de fibras de actina y miosina cuya principal propiedad, la contractilidad, les permite acortar su longitud cuando son sometidas a un estímulo físico, químico, eléctrico o mecánico.

Tipos de tejido muscular: Existen tres tipos principales: estriado voluntario o esquelético, estriado cardiaco y liso. Los dos últimos son de movimiento involuntario.

Tejido Conjuntivo y Óseo

Tejido conjuntivo: Es el tejido clásico de soporte y relleno. La matriz extracelular (MEC) del tejido conjuntivo es una red formada por distintos polisacáridos y proteínas. No presenta células ni componentes específicos. En él encontramos:

• Fibroblasto: Es el tipo celular más abundante. Estas células son las responsables de secretar la MEC.
• Miofibroblasto: Se forma a partir del fibroblasto, que sintetiza abundante actina asociada a miosina II. Esta forma celular tiene capacidad contráctil y su número se incrementa en los procesos de cicatrización.
• Células mesenquimatosas: Son células poco diferenciadas que pueden dar lugar a otros tipos celulares del tejido si es necesario.
• Adipocitos: Son células especializadas en el almacenamiento de lípidos. Se pueden presentar aisladas o en grupos pequeños.

Tejido óseo: Es un tejido duro y rígido, gracias a la calcificación de su matriz extracelular (MEC). Forma los huesos, que proporcionan soporte y protección al organismo. Sus principales tipos celulares son:

1. Osteoblastos
2. Osteocitos
3. Osteoclastos

Sistema Nervioso y Endocrino

Sistema Nervioso Central (SNC)

Sistema Nervioso Central (SNC): Parte del sistema nervioso que procesa la información interna y externa del organismo y genera las respuestas. Actúa como centro de coordinación del organismo.

Cerebro: Estructura más voluminosa del encéfalo. Alberga las funciones mentales avanzadas y es el responsable de los movimientos en general, de las funciones viscerales, de la percepción y del comportamiento, así como de la integración de todas las funciones.

Su capa más externa se denomina corteza o córtex cerebral. En cada hemisferio se distinguen una serie de lóbulos: frontal, parietal, occipital y temporal. Los ventrículos cerebrales son las cavidades donde se forma el líquido cefalorraquídeo.

• Cuerpo calloso: Es un haz de fibras nerviosas que comunica los dos hemisferios.
• Tálamo: Es la zona a la que llegan los estímulos sensoriales, con excepción del olfato.
• Hipotálamo: Es el punto de conexión entre el sistema nervioso y el sistema endocrino.
• Fórnix, hipocampo y amígdala: Estructuras que forman parte del sistema límbico.

La parte derecha del cerebro se asocia con la creatividad, mientras que la parte izquierda se relaciona con el pensamiento lógico y las habilidades matemáticas.

Cerebelo: Tiene un cuerpo central alargado y dos lóbulos dispuestos lateralmente. Ayuda a integrar los movimientos voluntarios, procesando e interpretando datos que recibe de los ojos, de los oídos y del tacto. También mantiene el tono muscular y el equilibrio.

Tronco encefálico: Conecta el encéfalo con la médula espinal. Transmite impulsos nerviosos y además controla varias funciones involuntarias importantes, como la respiración y el ritmo cardiaco.

Pares craneales: Son doce nervios que nacen del tronco encefálico y que tienen funciones específicas.

Sistema Nervioso Autónomo

Sistema simpático: Desencadena la respuesta del organismo ante una situación de peligro y lo prepara para la lucha o la huida. Sus efectos incluyen un incremento de las frecuencias cardiaca y respiratoria, y la dilatación de pupilas.

Sistema parasimpático: Actúa en situación de normalidad, para mantener las funciones del organismo. Tiene efectos antagónicos a los que provoca el sistema simpático, como la contracción de las pupilas.

Trastornos Neurológicos

Esclerosis Lateral Amiotrófica (ELA): Afecta a las neuronas motoras del cerebro y la médula espinal, y causa pérdida del control muscular. Es más común en personas entre 40 y 70 años, y más frecuente en mujeres.

Meningitis: Existen varios tipos de meningitis, dependiendo del agente que la produzca:

• Bacteriana: Son extremadamente graves y pueden producir la muerte o daño cerebral incluso con tratamiento.
• Vírica (meningitis aséptica): El virus se propaga normalmente por vía sanguínea, aunque algunos pueden llegar por los nervios periféricos.
• Fúngica: Hay distintas especies que pueden provocar meningitis, especialmente en personas inmunodeprimidas.

Sistema Endocrino

Hipotálamo e hipófisis: Están situados en la zona central del cerebro y su funcionamiento está muy relacionado.

Hipotálamo: Es el nexo entre los sistemas endocrino y nervioso. Recibe la estimulación del SNC mediante neurotransmisores y responde sintetizando y secretando hormonas. El hipotálamo secreta dos hormonas funcionales: la antidiurética (ADH) y la oxitocina.

Hipófisis o glándula pituitaria: Es una estructura muy pequeña, del tamaño de un guisante, pero se considera la parte más importante del sistema endocrino. La hipófisis almacena y secreta las hormonas funcionales producidas por el hipotálamo y además sintetiza y secreta diversas hormonas hipofisarias.

Trastornos Endocrinos

Gigantismo: Excesivo crecimiento corporal debido a un exceso de hormonas del crecimiento durante la niñez, antes de que las placas de crecimiento óseo se hayan cerrado.

Acromegalia: Debida a un exceso de hormona del crecimiento cuando los cartílagos de crecimiento ya se han cerrado; los huesos largos no pueden crecer entonces en longitud y lo hacen en anchura.

Sistemas Respiratorio y Digestivo

Sistema Respiratorio

Faringe: Conducto complejo que conecta la cavidad nasal, la cavidad oral, el esófago y la laringe. Es una zona compartida por los aparatos respiratorio y digestivo. En ella encontramos la epiglotis, que durante la deglución cierra la laringe para evitar que los alimentos pasen a las vías respiratorias.

Alvéolos: Son pequeñas cavidades delimitadas por un epitelio muy plano y rodeadas de capilares en las que se produce el intercambio gaseoso. Las células que forman este epitelio se denominan neumocitos. Hay dos tipos de neumocitos:

• Neumocitos de tipo I: La mayor parte de la pared del alvéolo está cubierta por este tipo de neumocitos. Son células grandes y extremadamente planas, y son las encargadas de que se produzca el intercambio de gases.
• Neumocitos de tipo II: Secretan una lipoproteína surfactante.

Pleura: Membrana serosa que recubre ambos pulmones, el mediastino, el diafragma y la parte interna de la caja torácica. La hoja externa o parietal está adherida a la cara interna de la pared costal, mientras que la interna o visceral lo está a los pulmones.

La respiración comprende varios procesos:

• Ventilación: Es el proceso mecánico de entrada y salida de aire desde el exterior hasta los alvéolos por las vías aéreas.
• Hematosis: Es el intercambio de gases que tiene lugar en los alvéolos, entre la sangre de los capilares y el aire de la luz alveolar.
• Transporte: Es el transporte de gases entre los capilares que rodean a los alvéolos y las distintas células del organismo, que se realiza por medio del sistema vascular.

Hematosis: Es el intercambio de gases entre el aire que llega a los alvéolos, rico en oxígeno, y la sangre, rica en dióxido de carbono.

Alteraciones Respiratorias

Acidosis: La reducción del pH sanguíneo (asociada a hipercapnia). Suele ser causada por una hipoventilación o falta de oxígeno.

Alcalosis: El aumento del pH de la sangre (asociada a hipocapnia). La causa suele ser una hiperventilación o exceso de oxígeno.

• Taquipnea: Frecuencia respiratoria (FR) > 20 respiraciones por minuto (rpm).
• Bradipnea: Frecuencia respiratoria (FR) < 12 respiraciones por minuto (rpm).
• Apnea: Ausencia de respiración.

Presión parcial de dióxido de carbono en la sangre arterial (PaCO2): Cuando la PaCO2 supera los 45 mmHg, se denomina hipercapnia.

Disnea o ahogo: Sensación molesta de dificultad respiratoria o falta de aire.

Enfermedades Pulmonares Obstructivas Crónicas (EPOC): Son enfermedades crónicas que pueden tener distintas causas y que se caracterizan por una obstrucción de las vías bajas que provoca dificultades para respirar.

Sistema Digestivo

Duodeno: Es el primer tramo del intestino delgado, con una longitud de unos 30 cm. Tiene forma de ‘C’ para rodear al páncreas. El ligamento de Treitz marca el final del duodeno y el inicio del yeyuno.

Hígado: Es el órgano más grande del organismo. Participa en la digestión, pero tiene muchas otras funciones, como la síntesis de proteínas plasmáticas, el almacenamiento de vitaminas y glucógeno o la eliminación de toxinas de la sangre.

En cuanto al proceso digestivo, el hígado produce la bilis, un líquido amarillo verdoso que ayuda a la digestión. La bilis se almacena en la vesícula biliar, y se vierte al duodeno durante la digestión a través del conducto biliar o colédoco.

Secreciones pancreáticas: El páncreas produce secreciones digestivas que vierte al duodeno. El jugo pancreático tiene el agua como componente mayoritario, y una gran cantidad de enzimas:

• Enzimas amilolíticas: Como la amilasa, que hidroliza el almidón produciendo oligosacáridos y maltosa.
• Enzimas lipolíticas: Como la lipasa, la fosfolipasa A y la esterasa. La fosfolipasa A y la esterasa requieren la presencia de sales biliares para desarrollar su actividad.
• Precursores de enzimas proteolíticas: Como el tripsinógeno, el quimotripsinógeno, la proelastasa o las procarboxipeptidasas A y B.
• Nucleasas: Ribonucleasas y desoxirribonucleasas, que degradan los ácidos nucleicos hasta formar nucleótidos libres.

Trastornos Digestivos

Gastritis: Inflamación de la mucosa gástrica, que puede ser aguda o crónica. Los signos y síntomas más comunes son dolor en la boca del estómago, sensación de saciedad, náuseas y vómitos. Si la gastritis está causando un sangrado de la pared del estómago, los síntomas pueden incluir heces negras y hematemesis.

Las causas pueden ser muy diversas: el consumo de algunos medicamentos, el alcoholismo y la infección con la bacteria Helicobacter pylori.

Cálculos biliares: Se forman cuando hay sustancias en la bilis que se endurecen. El tratamiento más común es la extirpación de la vesícula biliar.

Pancreatitis: Inflamación del páncreas que se produce cuando las enzimas pancreáticas se activan en el páncreas en lugar de hacerlo en el intestino delgado.

Una de las causas más frecuentes de pancreatitis son los cálculos biliares, que obstruyen el conducto pancreático o colédoco e impiden la salida de las secreciones.

Hepatitis: Inflamación del hígado que puede tener causas muy diversas, como traumatismos, enfermedades autoinmunes, acción de fármacos o tóxicos.

Un síntoma clásico de hepatitis es la ictericia (coloración amarillenta de piel y ojos) debida a un exceso de bilirrubina en el organismo, por incapacidad del hígado para eliminarla.

Inmunología y Defensa del Organismo

Barreras de Defensa Inespecíficas

Piel: Está recubierta externamente por una capa de queratina, que la hace impermeable. Además, su superficie, con un pH de 5,5 y alta salinidad, es un ambiente hostil para los microorganismos.

Tracto genitourinario: Está protegido principalmente por la orina, que con un pH ácido actúa barriendo los microorganismos. Además, el líquido prostático y el pH ácido de la vagina protegen de la invasión de microorganismos patógenos.

Células del Sistema Inmune Inespecífico

Sistema fagocítico mononuclear: Está formado por células sanguíneas capaces de salir de los vasos para fagocitar sustancias extrañas presentes en los tejidos adyacentes.

Neutrófilos: Son un tipo de leucocitos, y constituyen el grupo de fagocitos más abundante y activo. Ante la presencia de un agente extraño, atravesarán la pared de los capilares por diapédesis para llegar hasta él.

Macrófagos: Los monocitos de la sangre abandonan también los vasos sanguíneos para actuar como células fagocíticas. La denominación común cuando están fuera de la sangre es macrófago.

Mastocitos: Se forman en la médula ósea a partir de la misma célula progenitora que los basófilos.

Células NK: Son un tipo de linfocito que deriva del mismo tipo de célula progenitora que los linfocitos T. Estas células no destruyen microorganismos patógenos, sino células infectadas o que puedan ser cancerígenas.

Eosinófilos: También pueden salir de los vasos sanguíneos para participar en la respuesta inmune. También intervienen en la reparación y remodelación de los tejidos. Actúan contra agentes extraños por otros mecanismos:

• Liberando proteínas con actividad citotóxica que contienen sus gránulos, para destruir microorganismos no fagocitables.
• Liberando proteínas reguladoras, que participan en la regulación de la respuesta inmune.

Componentes Moleculares de la Inmunidad Inespecífica

Sistema del complemento: Está formado por unas 30 proteínas plasmáticas, que se activan de forma secuencial para conseguir una amplificación de la respuesta humoral.

El interferón: Las células infectadas por virus sintetizan unas pequeñas proteínas del grupo de las citocinas, conocidas como interferón (IFN). También algunos leucocitos pueden sintetizarlas.

Se une a receptores específicos de membrana de células no infectadas y las inducen a sintetizar enzimas antivíricas que inhiben la síntesis de proteínas víricas. Por tanto, no actúa directamente contra los virus.

El interferón solo es activo en infecciones víricas y no es específico para el tipo concreto de virus que ha causado su síntesis.

Inmunidad Específica o Adquirida

La inmunidad específica o adquirida: Es el conjunto de mecanismos de defensa que se activan tras el reconocimiento de agentes concretos, que pueden ser un microorganismo o cualquier sustancia extraña al organismo.

Se denomina antígeno (Ag) a cualquier agente que, introducido en el interior de un organismo, provoca una respuesta inmune específica, con formación de anticuerpos contra él.

IgM: Suelen aparecer en momentos precoces de la infección, generalmente alcanzan el pico hacia los 7-10 días y se mantienen durante semanas. La presencia de IgM tiende a indicar infección reciente.

IgG: Proporcionan resistencia a largo plazo. Atraviesan la placenta proporcionando inmunidad pasiva al feto, y también se secretan en la leche materna. Existe en dos formas:

• IgA sérica: Presente en el suero y parecida a las IgG.
• IgA secretora: Se acumula en las secreciones corporales: lágrimas, leche materna, saliva y secreciones de los tractos digestivo, respiratorio y genitourinario.

Tipos de Vacunas

Vacunas vivas atenuadas: Contienen microorganismos cultivados bajo condiciones que anulan su capacidad patogénica; a pesar de ello, no se deben administrar a personas inmunodeprimidas. Se obtiene una respuesta muy duradera.

Toxoides: Son toxinas bacterianas inactivadas con formol o calor; conservan su capacidad antigénica pero no su patogenicidad. Ejemplos: vacunas contra el tétanos o la difteria.

Órganos Linfoides

Timo: Algunas de las células precursoras formadas en la médula ósea se desplazan hasta el timo y completan su diferenciación en este órgano, para dar lugar a los linfocitos T.

• Cápsula externa: Con septos que entran hasta la médula.
• Corteza: Con una gran población de linfocitos.
• Médula: De color más claro. Tiene pocos linfocitos y presenta agrupaciones de células epiteliales dispuestas en forma concéntrica.

El estroma o entramado de sostén del timo consiste en células epiteliales en forma de estrella, llamadas timocitos, que segregan hormonas que controlan la producción y maduración de los linfocitos T en el timo.

El bazo: Es una víscera celíaca, junto con el duodeno y el páncreas. Su relación con el proceso digestivo no es directa, pero está conectado al hígado mediante la vena porta. Es un órgano de color rojo púrpura por su alto contenido en sangre. Tiene funciones hematopoyéticas y de defensa. No es un órgano vital y, si es necesario, puede ser extirpado.