Apunts Funció del Cos Humà I (Infermeria UVic) amb test

L'estudi del funcionament del cos humà requereix comprendre tant la disposició material dels seus elements com els mecanismes fisicoquímics que en fan possible la vida. Aquesta integració entre estructura i funció constitueix l'eix central de les ciències biomèdiques modernes.

1. Fonaments històrics i epistemològics de la biomedicina

La comprensió científica del cos humà és el resultat d'una transició progressiva des d'explicacions màgiques o teològiques cap al paradigma empiricocientífic. Diverses figures clau van assentar les bases metodològiques que avui regeixen les ciències de la salut:

• Hipòcrates (460-375 aC): Considerat tradicionalment el pare de la medicina occidental, va defensar que les alteracions de la salut responen a causes naturals derivades del propi organisme o de la interacció amb el seu entorn, rebutjant la intervenció de forces sobrenaturals o divinitats com a origen de les patologies.
• Aristòtil (384-322 aC): Va introduir el pensament teleològic i organitzatiu en la biologia, proposant que els cossos complexos s'estructuren a partir d'unitats constituents progressivament més elementals.
• Claudi Galè (130-200 dC): A través de la seva experiència mèdica amb gladiadors i disseccions d'animals, Galè va establir un corpus anatòmic i fisiològic que va perdurar durant segles; a més, va plantejar que la ciència mèdica havia de consistir en un mètode rigorós de descobriment empíric i no en dogmes immutables acceptats per mera autoritat.
• Ibn Sina (Avicenna, 980-1037 dC): Va compilar el saber mèdic de l'antiguitat en la seva obra enciclopèdica de referència, identificant i corregint nombroses errades dels textos de Galè i promovent una visió sistemàtica de la pràctica clínica.
• Andreas Vesalius (1514-1564): Va revolucionar l'ensenyament biomèdic amb la publicació el 1543 del primer gran atles anatòmic modern basat en la dissecció sistemàtica de cadàvers humans, qüestionant les doctrines anatòmiques heretades que contenien discrepàncies evidents.
• William Harvey (1578-1657): Va inaugurar la fisiologia experimental en demostrar mitjançant mesuraments i càlculs quantitatius que el sistema cardiovascular forma un circuit tancat impulsat pel bombeig continu del cor.
• Robert Hooke (1635-1703) i Anton van Leeuwenhoek (1632-1723): Hooke va perfeccionar els microscopis compostos i va encunyar el terme de cèl·lula l'any 1665; Leeuwenhoek, construint lents simples d'alta precisió, va descobrir els microorganismes en mostres d'aigua i fluids corporals.
• Matthias Schleiden (1804-1881) i Theodor Schwann (1810-1882): Van formular formalment la teoria cel·lular, determinant que tot teixit viu vegetal i animal està constituït per cèl·lules, i que qualsevol funció de l'organisme deriva de l'activitat coordinada d'aquestes unitats fonamentals.

2. Branques de l'anatomia, la fisiologia i mètodes d'estudi

L'anatomia estudia la conformació, disposició i relacions espacials de les estructures corporals. Inclou subdisciplines com l'embriologia, la histologia, la biologia cel·lular i l'anatomia patològica. Per la seva banda, la fisiologia investiga els mecanismes operatius i físico-químics d'aquestes estructures, desglossant-se en camps com la neurofisiologia, la immunologia, l'endocrinologia o la fisiopatologia.

En l'exploració física bàsica, l'anatomia clínica s'avalua mitjançant quatre procediments cardinals:

1. Inspecció o exploració visual: Valoració de l'aparença general, postura, patrons de marxa o presència de lesions dèrmiques superficials.
2. Palpació: Aplicació de pressió manual amb les mans per percebre la textura de teixits, la temperatura, la presència de masses, adenopaties o zones edematoses.
3. Percussió: Tocs rítmics sobre la superfície corporal per generar ones acústiques que indiquin si un teixit subjacent és dens, fluid o gasós.
4. Auscultació: Escolta de sorolls biològics interns (cardíacs, respiratoris o hidroaeris) mitjançant un fonendoscopi.

Des del punt de vista metodològic, la ciència biomèdica articula dos procediments lògics de recerca:

• Mètode inductiu: Consisteix a extreure generalitzacions o principis teòrics amplis a partir d'un gran nombre d'observacions particulars repetides que presenten patrons constants.
• Mètode hipoteticodeductiu: Parteix de la formulació d'una hipòtesi falsable i coherent per donar resposta a una pregunta clínica o biològica específica. A partir d'aquesta hipòtesi es deriven prediccions operatives que s'han de sotmetre a contrastació mitjançant dissenys experimentals controlats.

3. Nivells d'organització biològica

La matèria viva s'organitza en una jerarquia d'ordre creixent en la qual cada nivell exhibeix propietats emergents que no es dedueixen directament dels seus components aïllats. La comprensió d'aquesta escala estructural resulta fonamental per abordar des dels processos moleculars fins a la resposta clínica de l'individu complet.

Per aprofundir en la disposició espacial d'aquests components anatòmics, la definició dels eixos, talls corporals i la ubicació de les cavitats internes, vegeu «Tema 1: Organització del cos humà — Terminologia anatòmica, plans, eixos i cavitats corporals». Així mateix, per als mètodes instrumentals emprats per estudiar aquestes estructures en l'ésser humà viu sense recórrer a la dissecció, vegeu «Tema 1: Organització del cos humà — Diagnòstic per la imatge i lectura tomogràfica».

4. Processos vitals essencials de l'organisme humà

Un organisme es considera viu si manté de forma contínua i autònoma una sèrie de processos funcionals indispensables. El cessament irreversible d'aquests mecanismes comporta la pèrdua de l'estabilitat cel·lular i, finalment, la mort biològica.

Aquests processos operen de manera permanent en l'organisme humà:

• Metabolisme: Suma integrada de totes les transformacions químiques que ocorren dins les cèl·lules corporals per obtenir energia i sintetitzar matèria pròpia.
• Reactivitat o resposta a estímuls: Aptitud biològica per registrar modificacions ambientals i desenvolupar respostes adaptatives adients. Els estímuls poden procedir del medi extern (com radiacions tèrmiques, estímuls lluminosos o sonors) o de l'ambient intern (canvis en l'osmolaritat sanguínia, la tensió de gasos arterials o el volum circulant).
• Moviment: Canvis dinàmics que abasten des del transport intracel·lular de vesícules al llarg del citoesquelet fins al desplaçament mecànic de fluids (sang, quim intestinal) i la motilitat locomotora de l'organisme mitjançant la contracció muscular.
• Creixement: Increment de volum de l'organisme degut a un augment de volum de les cèl·lules existents (hipertròfia), un augment en el seu nombre absolut fruit de divisions mitòtiques (hiperplàsia) o una expansió de la matriu extracel·lular.
• Diferenciació cel·lular: Procés pel qual una cèl·lula precursora pluripotencial o no especialitzada adquireix un fenotip estructural i bioquímic definit que la capacita per executar una funció fisiològica especialitzada (com la conversió de precursors de la medul·la òssia en limfòcits o eritròcits).
• Reproducció: Compren tant la replicació cel·lular per reposició i reparació de teixits lesionats, com la generació de nous individus mitjançant la formació de gàmetes haploides funcionals.

5. Bioenergètica cel·lular: metabolisme, oxidació i reducció

El funcionament sostingut de qualsevol cèl·lula depèn de l'acoblament termodinàmic entre reaccions degradatives i sintètiques. El metabolisme s'organitza en dues branques fonamentals estretament interconnectades:

• Catabolisme: Vies de degradació exergònica en les quals les molècules orgàniques complexes (polisacàrids, lípids, proteïnes) s'escindeixen en compostos més senzills (com $\text{CO}_2$, $\text{H}_2\text{O}$ i urea), alliberant energia lliure que s'emmagatzema majoritàriament en forma d'adenosina trifosfat (ATP).
• Anabolisme: Rutes de biosíntesi endergònica que utilitzen l'energia química de l'ATP i poder reductor per construir macromolècules cel·lulars essencials (àcids nucleics, proteïnes estructurals, reserves de glicogen) a partir de precursors de baixa massa molecular.

Des d'una perspectiva fisicoquímica, la gestió de l'energia a les vies metabòliques es realitza mitjançant reaccions d'oxidoreducció (redox). Aquests processos consisteixen en la transferència d'electrons entre espècies químiques:

Aquestes transformacions redox determinen el sentit bioenergètic del metabolisme:

• Les rutes catabòliques són essencialment vies d'oxidació biològica. En elles, els substrats energètics cedeixen els seus electrons d'alta energia a coenzims transportadors oxidats com el $\text{NAD}^+$ (nicotinamida adenina dinucleòtid) o el FAD, convertint-los en les seves formes reduïdes (NADH i $\text{FADH}_2$).
• Les rutes anabòliques, en canvi, requereixen vies de reducció biosintètica. En aquests processos, els transportadors reduïts (com el NADPH) cedeixen electrons per transformar molècules precursores oxidades en polímers orgànics altament reduïts i rics en enllaços d'energia lliure.

Tots aquests processos bioquímics s'han de coordinar amb el manteniment d'un entorn líquid intern estable. Per estudiar les característiques d'aquests fluids corporals i els mecanismes de regulació que mantenen constants les seves concentracions, vegeu «Tema 2: Homeòstasi i medi intern — Compartiments líquids corporals i transport hidroelectrolític» i «Tema 2: Homeòstasi i medi intern — Sistemes de control i mecanismes de retroalimentació».

Tots els processos fisiològics de l'organisme tenen lloc en un entorn aquós altament regulat. Per comprendre com les cèl·lules intercanvien nutrients, generen potencials bioelèctrics i mantenen el seu volum, cal analitzar l'arquitectura dels fluids corporals, les propietats químiques de l'aigua i les forces biofísiques que governen el tràfec d'aigua i soluts entre els diferents espais de l'organisme.

1. El concepte de medi intern i les funcions vitals de l'aigua

El fisiòleg francès Claude Bernard va formular al segle XIX el concepte clau de milieu intérieur o medi intern. A diferència dels organismes unicel·lulars, que viuen en contacte directe amb l'ambient exterior, la immensa majoria de les cèl·lules d'un organisme pluricel·lular es troben banyades per un fluid extracel·lular que les aïlla de les fluctuacions externes. Aquest medi intern actua com un amortidor protector i constitueix la via indispensable per a l'arribada d'oxigen i nutrients i per a l'evacuació de deixalles metabòliques. El manteniment de l'estabilitat d'aquest medi intern és la base fonamental de l'equilibri funcional (per a una anàlisi detallada dels bucles de retroalimentació que sustenten aquesta dinàmica, vegeu «Tema 2: Homeòstasi i medi intern — Sistemes de control i mecanismes de retroalimentació»).

L'aigua és el component majoritari de la biomassa humana i actua com la matriu fonamental del medi intern gràcies a les seves propietats fisicoquímiques singulars:

• Dissolvent polar universal: la seva naturalesa dipolar li permet envoltar ions i compostos polars mitjançant esferes d'hidratació, facilitant les reaccions bioquímiques cel·lulars.
• Medi de transport hidroelectrolític: possibilita la circulació contínua d'electròlits, hormones, gasos respiratoris i productes catabòlics a través del torrent circulatori i l'interstici.
• Amortidor tèrmic i regulador: la seva elevada calor específica i elevada calor de vaporització permeten absorbir i dissipar grans quantitats d'energia calòrica sense sotmetre l'organisme a canvis bruscs de temperatura.
• Reactiu metabòlic essencial: participa directament com a substrat en les reaccions d'hidròlisi essencials per a la degradació de biomolècules i es genera com a aigua metabòlica en la fosforilació oxidativa mitocondrial.

2. Compartiments líquids corporals i distribució de l'aigua

En un individu adult jove de constitució estàndard (aproximadament 70 kg), l'aigua corporal total (ACT) representa al voltant del 60 % del pes corporal total (uns 42 L). Aquesta fracció varia segons l'edat (és més alta en lactants, prop del 75 %, i decreix en la senectut), el sexe biològic i la proporció de teixit adipós, ja que els adipòcits presenten un contingut hídric molt baix en comparació amb el teixit muscular esquelètic.

L'aigua corporal no es distribueix de manera homogènia, sinó que es troba repartida en dos grans compartiments anatòmics i funcionals:

1. Líquid intracel·lular (LIC): correspon al contingut líquid delimitat a l'interior de les membranes plasmàtiques cel·lulars (el citosol). Representa aproximadament els 2/3 de l'aigua corporal total (uns 28 L en un adult de 70 kg). És un medi ric en potassi ($\text{K}^+$), magnesi ($\text{Mg}^{2+}$), fosfats orgànics i proteïnes intracel·lulars.
2. Líquid extracel·lular (LEC): constitueix el terç restant (1/3 de l'ACT, aproximadament 14 L) i engloba tots els fluids situats fora de les cèl·lules. És un fluid dominat pel sodi ($\text{Na}^+$) i el clorur ($\text{Cl}^-$), a més del bicarbonat ($\text{HCO}_3^-$). Es divideix en tres subcompartiments:

3. Dinàmica del transport hidroelectrolític: difusió, filtració, osmosi i diàlisi

L'intercanvi de líquids i soluts a través de les membranes cel·lulars i de les parets capil·lars està dirigit per gradients de concentració, diferències de pressió hidroestàtica i gradients osmòtics. Comprendre aquests processos físics és indispensable per avaluar tant la fisiologia normal com les alteracions patològiques (edema, deshidratació, xoc hipovolèmic).

Mecanismes bàsics de transport passiu

• Difusió simple: moviment espontani de molècules de solut a favor del seu gradient de concentració (des de la zona de major concentració cap a la de menor concentració) sense despesa energètica. És el mecanisme pel qual gasos apolars com l'$\text{O}_2$ i el $\text{CO}_2$ travessen lliurement la bicapa lipídica.
• Difusió facilitada: transport passiu de molècules polars o carregades (com la glucosa o ions) a través de canals proteics transmembrana o proteïnes transportadores (carriers), a favor de gradient electroquímic i sense consum d'ATP.
• Filtració: pas forçat d'aigua i molècules petites a través d'una barrera porosa per acció d'un gradient de pressió hidroestàtica. Té lloc clau als capil·lars sistèmics i a la barrera de filtració glomerular dels ronyons.

Distinció crítica per a l'examen: Osmosi enfront de Diàlisi

En fisiologia clínica i exàmens d'avaluació és molt comú confondre els termes osmosi i diàlisi. Tot i que tots dos són fenòmens passius basats en gradients químics a través de membranes, el component mòbil és completament diferent:

La força requerida per impedir exactament aquest flux osmòtic d'aigua es defineix com a pressió osmòtica ($\Pi = i \times M \times R \times T$). Quan la pressió osmòtica l'exerceixen proteïnes que no poden travessar la paret d'un capil·lar sanguini (com l'albúmina vascular), s'anomena específicament pressió col·loidosmòtica o pressió oncòtica, força fonamental per retenir i retornar líquid de l'interstici cap a l'interior dels capil·lars.

4. Osmoregulació i cooperació dels sistemes d'òrgans

L'osmoregulació és el control homeostàtic actiu de la pressió osmòtica dels fluids corporals, mantenint un estricte equilibri entre la pèrdua i el guany d'aigua i electròlits per evitar tant l'edema cel·lular com la dessecació.

Aquest equilibri hidroelectrolític depèn de la cooperació coordinada de quatre sistemes fisiològics clau de l'organisme:

• Sistema urinari (renal): òrgan diana central de l'osmoregulació. Ajusta amb precisió el volum i l'osmolaritat de l'orina mitjançant filtració glomerular, reabsorció tubular i secreció sota control hormonal (com l'hormona antidiürètica o ADH i l'aldosterona).
• Sistema digestiu: absorbeix l'aigua i els electròlits procedents de la ingesta líquida i sòlida al llarg de l'intestí prim i l'intestí gros, a més d'eliminar restes no digerides i una petita fracció fecal d'aigua.
• Sistema respiratori: permet l'intercanvi d'oxigen i diòxid de carboni, generant una pèrdua passiva i constant de vapor d'aigua per humidificació de les vies aèries (pèrdua insensible d'aigua).
• Sistema tegumentari (pell): forma una barrera queratinitzada impermeable que frena la pèrdua d'aigua per evaporació des del medi intern i participa activament en la termorregulació mitjançant l'emissió de suor hipotònica per les glàndules sudorípares.