Sistema de transporte en seres humanos y plantas

Objetivos y estructura del tema

• Ejes IB (B3.2.x)
  • NM y NS:
  • B3.2.1 Adaptaciones de los capilares para el intercambio de sustancias
  • B3.2.2 Estructura general de arterias y venas
  • B3.2.3 Adaptaciones arteriales para extraer sangre del corazón
  • B3.2.4 Medición de pulsaciones
  • B3.2.5 Adaptaciones venosas para retorno sanguíneo
  • B3.2.6 Causas y consecuencias de la oclusión coronaria
  • B3.2.7 – B3.2.9 (Fisiología vegetal: transpiración y xilema)
  • Solo NS:
  • B3.2.11–B3.2.18 (líquido tisular, corazón de mamíferos, ciclo cardíaco, floema, presión radicular, etc.)

Evolución histórica del conocimiento cardiovascular

• Galen de Pérgamo (≈ $129\,\text{d.C.}$)
  • Creía que la sangre se genera en hígado y fluye a ventrículo derecho; parte cruza al izquierdo y se mezcla con aire pulmonar → “espíritus vitales”.
  • En cerebro se transformaría en “espíritus animales”.
  • No describió circulación cerrada ni capilares.
• William Harvey (1628)
  • Demostró flujo sanguíneo unidireccional con válvulas.
  • El corazón bombea sangre por arterias y retorna por venas.
  • Calculó volúmenes imposibles de producirse solo por hígado → postuló circuito cerrado y predijo capilares.
  • Método científico: rechazaba afirmaciones sin pruebas.

Vasos sanguíneos: estructura, función y adaptación

Componentes de la pared

• Túnica íntima: endotelio (capa simple de células planas).
• Túnica media: músculo liso + fibras de elastina (más gruesa en arterias).
• Túnica adventicia: tejido conectivo con colágeno (más gruesa en venas).

Arterias

• Diámetro interno hasta $\approx18\,\text{mm}$ (aorta).
• Alta presión; paredes gruesas y elásticas → soportan gradientes, mantienen presión diastólica mediante retroceso elástico.
• No tienen válvulas (excepto arterias pulmonares semilunares).
• Constricción/vasodilatación regulan flujo local y presión sistémica.

Venas

• Diámetro interno hasta $\approx30\,\text{mm}$ (vena cava).
• Baja presión; pared delgada, gran luz, válvulas de bolsillo que previenen retroceso.
• Actúan como reservorio (≈ $60\%$ del volumen sanguíneo).
• El retorno se facilita por:
  • Contracción de músculos esqueléticos (“bomba musculovenosa”).
  • Movimientos respiratorios.
  • Succión auricular durante diástole.

Capilares

• Solo endotelio + lámina basal gelatinosa.
• Diámetro $\approx10\,\mu\text{m}$ → glóbulos rojos (diámetro $\approx7\,\mu\text{m}$) se deforman y maximizan contacto.
• Hendiduras intercelulares + vesículas de pinocitosis permiten intercambio selectivo.
• Presión hidrostática provoca filtración; presión oncótica (proteínas plasmáticas) favorece reabsorción → formación de líquido tisular.

Comparación funcional rápida

Aterosclerosis (oclusión coronaria)

• Formación de ateromas: macrófagos muertos + colesterol, triglicéridos y ácidos grasos dentro de túnica íntima.
• Disminuye lumen → isquemia miocárdica, angina; ruptura provoca trombosis y infarto.
• Factores: dieta rica en grasas saturadas, tabaquismo, hipertensión, sedentarismo, predisposición genética.

Corazón de los mamíferos

Anatomía básica

• Dos bombas paralelas:
  • Lado derecho → circulación pulmonar.
  • Lado izquierdo → circulación sistémica.
• Cámaras:
  • Aurículas: paredes finas, reciben sangre.
  • Ventrículos: paredes gruesas, generan presión.
• Válvulas: tricúspide, bicúspide (mitral), semilunares aórtica y pulmonar.

Ciclo cardíaco

1. Sístole auricular ($\approx0{,}1\,\text{s}$): $25\,\text{mL}$ extra pasan a ventrículo.
2. Sístole ventricular ($\approx0{,}3\,\text{s}$): expulsa $70\,\text{mL}$ (volumen sistólico).
3. Diástole general ($\approx0{,}4\,\text{s}$): llenado pasivo; ciclo completo $0{,}8\,\text{s}$ → $75\,\text{lat/min}$.

• Parámetros:
  • $LVEDV$ – volumen diastólico final.
  • $LVESV$ – volumen sistólico final.
  • $S.V.=LVEDV-LVESV$.
  • $CO = S.V. \times F.C.$ (gasto cardíaco).

Control eléctrico (miogénico)

• Nódulo SA (marcapasos): potenciales automáticos cada $\approx0{,}8\,\text{s}$.
• Nódulo AV: retardo $0{,}1\,\text{s}$ → coordina contracción ventricular.
• Vía his-Purkinje distribuye señal.

Regulación nerviosa y química

• Medulla oblongata detecta $CO_2$ ↑ y envía impulsos simpáticos → acelera nódulo SA.
• Adrenalina (epinefrina):
  • Secretada por médula suprarrenal en estrés (respuesta lucha-huida).
  • Aumenta frecuencia y fuerza de contracción, contrae vasos periféricos, dilata vías aéreas.
• ACTH → Cortisol potencia efecto y moviliza glucosa.

Sangre: tejido conectivo líquido

Funciones

• Transporte: gases, nutrientes, desechos, hormonas.
• Regulación: $T^\circ$ corporal, $pH$, balance hídrico.
• Defensa: inmunidad, coagulación.

Composición

• Células (≈ $45\%$)
  • Eritrocitos: transportan $O<em>2$ y $CO</em>2$ mediante hemoglobina (Hb).
  • Hb: 4 cadenas + 4 grupos hemo con $Fe^{2+}$; unión a $O_2$ es reversible.
  • Leucocitos: neutrófilos, linfocitos, etc.
  • Plaquetas: fragmentos de megacariocitos; coagulación.
• Plasma (≈ $55\%$)
  • $\approx90\%$ agua + electrolitos, proteínas (albúmina, fibrinógeno, globulinas), nutrientes, hormonas, desechos.
• Volumen total: mujeres $4{-}5\,\text{L}$; hombres $5{-}6\,\text{L}$.

Sustancias transportadas y papel

• Nutrientes (glucosa, aminoácidos)
• $O_2$ → respiración celular.
• $CO_2$ → desecho metabólico.
• Hormonas → señalización endocrina.
• Anticuerpos (inmunoglobulinas).
• Urea → excreción renal.
• Calor → vasodilatación/vasoconstricción cutánea.

Fisiología vegetal: transporte de agua y nutrientes

Transpiración

• Pérdida de $H_2O$ como vapor por estomas (intercambio gaseoso).
• Mecanismos de reducción: cutícula cerosa, cierre estomático mediante células oclusivas.
• Potómetro mide tasa de transpiración por desplazamiento de burbuja en capilar.

Xilema

• Vasos largos, continuos, lignificados; células muertas → conducto rígido.
• Tensión-cohesión-adhesión:
  • Evaporación crea tensión negativa.
  • Cohesión entre moléculas de agua + adhesión a paredes arrastra columna hacia arriba.
  • Riesgo de cavitación si la columna se rompe.
• Presión radicular: transporte activo de iones $\rightarrow$ entrada osmótica de agua genera presión ascendente.

Floema

• Tubos cribosos + células acompañantes: pared celular con placas cribosas.
• Translocación de savia (sacarosa, aminoácidos) en ambas direcciones según fuente-sumidero.

Organización anatómica

• Tallo dicotiledóneo (sección transversal):
  • Anillo vascular: xilema interno, cámbium vascular (meristemo), floema externo.
  • Parénquima esponjoso, colénquima, epidermis.
• Raíz dicotiledónea:
  • Epidermis (pelos radiculares) absorbe agua + minerales.
  • Corteza (almacenamiento, soporte).
  • Endodermis con banda de Caspari fuerza agua a cruzar membranas.
  • Xilema en forma de estrella; floema entre brazos.

Absorción de minerales

• Mayor concentración de solutos dentro de células radiculares → agua entra por ósmosis.
• Bombas específicas (transporte activo) desplazan iones $K^+$, $NO<em>3^-$, $PO</em>4^{3-}$ contra gradiente.

Flujo íntegro del agua

1. Evaporación en paredes del mesófilo.
2. Difusión de vapor por estomas.
3. Tensión atrae agua de las venas → mesófilo.
4. Columna de agua asciende por xilema de tallos y raíces.
5. Cohesión mantiene continuidad; adhesión reduce caída columnar.
6. Agua entra en pelos radiculares por ósmosis para reemplazar pérdida.

Comparaciones fisiológicas

• Circulación simple (peces óseos): corazón con dos cámaras; sangre pasa una sola vez por el corazón por ciclo.
• Circulación doble (mamíferos): separación pulmonar-sistémica permite mantener alta presión en cuerpo y baja presión en pulmones → evita edema alveolar y mejora difusión de $O_2$.

Implicaciones éticas y de salud pública

• Comprensión moderna guiada por prueba experimental (Harvey) subraya importancia de pensamiento crítico.
• Conocimiento de aterosclerosis fundamenta campañas de dieta, ejercicio y control del estrés.
• Aplicación de adrenalina (epinefrina) en anafilaxia muestra vínculo entre fisiología y medicina de urgencia.

Fórmulas y datos clave (resumen rápido)

• $CO = S.V. \times F.C.$ (Gasto cardíaco)
• $S.V.=LVEDV-LVESV$ (Volumen sistólico)
• Frecuencia basal: $\approx72\,\text{lat/min}$; ciclo $0{,}8\,\text{s}$.
• Presión aórtica media adulta $\approx100\,\text{mmHg}$.
• Volumen sanguíneo: mujeres $4{-}5\,\text{L}$, hombres $5{-}6\,\text{L}$.

Conexiones con otros temas IB

• Homeostasis (pH, temperatura)
• Inmunología (anticuerpos, leucocitos)
• Bioenergética (transporte de $O<em>2$/$CO</em>2$ y respiración celular)
• Transporte a través de membranas (ósmosis, transporte activo en raíces).