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La importancia de la Fisiología Animal

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Fisiología Animal y Fisiología Humana

La importancia de la fisiología animal muchas veces es omitida por la fisiología humana, aquí explicaremos por qué es tan importante la fisiología animal.

La fisiología humana en sí cumple los mismos principios que la fisiología animal, muchas veces los mecanismos de acción son muy similares.

La fisiología humana depende de la fisiología animal, un ejemplo muy claro es en los estudios experimentales con mamíferos como las ratas o ratones sobre enfermedades humanas.

Los diferentes grupos de organismo en términos evolutivos poseen caracteres que les permite afrontar el ambiente en donde viven.

Estos nos han llevado a los estudios del pelaje del zorro del ártico que funciona como un abrigo que impide que penetre el frío o la regulación corporal de los mamíferos.

Este último, tiene su mecanismo en el sistema nervioso en donde el hipotálamo dentro de sus funciones regula la temperatura corporal.

Fisiología Animal y Fisiología Humana
Imagen 1. El pelaje del zorro del ártico en invierno suele ser blanco y en verano cambia a marrón. Créditos: Jonathen Pie

La fisiología, una ciencia integradora

La fisiología se encarga del estudio de las funciones de los tejidos, órganos y sistemas de los seres vivos. Es una ciencia integradora porque sus dos principales pilares son la física y la química.

Se puede estudiar de manera teórica, pero es necesario la experimentación, sin ella no podemos sustentar nuestras hipótesis de como ocurre los mecanismos de acción de los diferentes organismos.

Algunas leyes físicas y químicas de los seres vivos

  • Ley de Ohm: Con esta ley se explica cómo ocurre el flujo sanguíneo, la presión, a nivel celular explica las corrientes iónicas y la capacitancia de las membranas.
  • Leyes de los gases ideales y Boyle: Explica el mecanismo de respiración.
  • Gravedad: Flujo sanguíneo.
  • Energía Cinética y Potencial: Explica el proceso de contracción muscular y los movimientos torácicos mientras ocurre la respiración.

No hay función sin forma

La función va íntimamente relacionada con la estructura, los organismos desde el punto de vista fisiológico no pueden ejercer una función sin que haya una forma y no puede haber forma sin función.

Por ejemplo, el músculo esquelético y la capacidad de contraerse. Estos músculos permiten el movimiento de los huesos. Si un anfibio realiza un desplazamiento mediante un salto, como observamos en la imagen 2, sus músculos de los miembros inferiores deben contraerse.

La función va íntimamente relacionada con la estructura.
Imagen 2. Nota: Recuperado «Fisiología Animal», Randall et al. (2002). p. 7, Madrid, España, McGraw-Hill Interamericana.

Contracción muscular

Los músculos están conformados por miles de células llamadas fibras musculares. Alrededor de las fibras musculares hay tejido conectivo:

  • Epimisio: Rodea todo el músculo, es la capa externa.
  • Perimisio: Rodea de 10 hasta 100 grupos de fibras musculares, estas separaciones llevan el nombre de fascículo.
  • Endomisio: Penetra el interior de cada fascículo, separado cada fibra entre sí.

Estos músculos están inervados por una arteria; de una a dos venas por cada nervio que ingresa al músculo. La neurona encargada de estimular contracción muscular son las neuronas motoras somáticas.

Las fibras musculares están compuestas por miofibrillas, las cuales están formadas por tres tipos de proteínas:

  • Contráctiles: Actina y Miosina.
  • Reguladores: Troponina y tropomiosina.
  • Estructurales.

La proteína actina representa los filamentos finos de la miofibrillas. La proteína miosina representa los filamentos gruesos de la miofibrillas.

  • Troponina: Desplaza a la tropomiosina del sitio de unión de la actina.
  • Tropomiosina: Inactiva la contracción muscular al estar en el sitio de unión de la actina.

Mecanismo de acción

Cuando ocurre un potencial de acción se transmite al sarcolema de la fibra muscular, posterior a los túbulos T y se libera Ca++ del retículo sarcoplásmico.

  • El Ca++ activa a la troponina que desplaza a la tropomiosina del sitio de unión de la actina.
  • El Ca++ activa a la troponina que desplaza a la tropomiosina del sitio de unión de la actina.
  • Una vez, que el sitio de unión se encuentre libre permite que la cabeza de miosina se una a la actina. Esto produce la contracción muscular.

En el siguiente video se explica el mecanismo del salto del sapo, aclarando que se omite algunos procesos para ser más entendible. Además, explicamos el por qué no puede haber función sin forma. En este ejemplo, partimos desde el nivel de organización macroscópico (individuo) hasta el nivel microscópico, el molecular.

Fisiologia-animal. Mecanismo de acción. Contracción muscular.
Imagen 3. Resumen de la contracción muscular a nivel molecular.

El salmón y la osmorregulación

Así, podemos tomar otro ejemplo sobre lo importante de estudiar la fisiología animal. Los salmones, de la familia Salmonidae, es uno de los peces más estudiados en procesos de osmoregulación.

Ellos son anádromos, su ciclo de vida implica eclosionar en agua dulce, vivir en agua salada y volver al agua dulce para reproducirse. Teniendo en cuenta que el Na+ es el principal ion para mantener un balance osmótico del medio externo con el medio interno.

El salmón capta o absorbe mucho NaCl en agua dulce y lo excreta de manera activa en agua salada. Para que esta adaptación suceda las branquias sintetizan o eliminan algunos componentes moleculares del sistema de transporte epitelial, cambios de morfología y números de células de cloro.

Los resultados fueron que los cambios de adaptación osmorreguladoras se deben a las hormonas del cortisol y hormona de crecimiento las cuales afectan la diferenciación celular y el metabolismo.

Si deseas saber más sobre estos experimentos, les invitamos a leer sobre los experimentos de August Krogh.

Estudios hechos con animales a lo largo de la historia

Aquí te presento un listado de algunos animales utilizados para investigaciones humanas:

  • 1726: La primera medición de la presión sanguínea. (Caballo)
  • 1790: Desarrollo de la vacuna contra viruela. (Vaca)
  • 1880: Desarrollo de la vacuna contra Ántrax. (Oveja)
  • 1888: Desarrollo de la vacuna contra Rabia. (Conejo y Perro)
  • 1902: Descubrimiento del ciclo de vida de la Malaria. (Paloma)
  • 1905: Descubrimiento de la patogénesis de Tuberculosis. (Vaca y oveja)
  • 1919: Descubrimiento de los mecanismos de inmunidad. (Cobayo, Caballo y Conejo)
  • 1923: Descubrimiento de la insulina. (Perro y Pez)
  • 1928: Descubrimiento de la patogénesis de la Tifus. (Cobayo, Rata y Ratón)
  • 1929: Descubrimiento del apoyo de las vitaminas al desarrollo de los nervios. (Pollo)
  • 1932: Descubrimiento del funcionamiento de las neuronas. (Perro y Gato)
  • 1933: Desarrollo de la vacuna contra Tétanos. (Caballo)
  • 1939: Desarrollo de anticoagulantes. (Gato)
  • 1942: Descubrimiento del Factor Rh. (Mono)
  • 1943 Descubrimiento de la Vitamina K. (Rata, Perro, polluelo y Ratón)
  • 1945: Penicilina a prueba. (Ratón)
  • 1954: Desarrollo de la vacuna contra Polio. (Ratón y Mono)
  • 1956: Desarrollo del marcapasos y de cirugía a corazón abierto. (Perro)
  • 1964: Descubrimiento de los mecanismos de regulación del colesterol. (Rata)
  • 1968: Desarrollo de la vacuna contra la Rubéola. (Mono)
  • 1970: Aprobación del Litio. (Rata y Cobayo)
  • 1973: Descubrimiento de los patrones de comportamiento y sociales de los animales. (Abeja, Pez y Pájaro)
  • 1982: Desarrollo del tratamiento contra la Lepra. (Armadillo)
  • 1984: Desarrollo de anticuerpos monoclonales. (Ratón)
  • 1989: Desarrollo de los avances en los trasplantes de órganos.
  • (Perro, Oveja, Vaca y Cerdo)
  • 1992: Desarrollo de las técnicas quirúrgicas por laparoscopías. (Cerdo)
  • 1995: Desarrollo de la transferencia de genes para la fibrosis quística. (Ratón y Primates No Humanos)
  • 2000: Descubrimiento de la transducción de señales cerebrales. (Ratón, Rata y Babosa de Mar)

Implicaciones éticas

El uso de los animales como modelo de experimentación hoy en día, debe pasar por procesos rigurosos por un comité de bioética para su debida aprobación. Ya que los procesos deben ser lo menos doloroso para el animal, su sacrificio debe ser de una manera digna, debido a que todos tenemos derechos a la vida.

Diferentes mecanismos

Habíamos mencionado que los mecanismos de acción suelen ser similares en animales y humanos, sin embargo, no todo el tiempo es así. La expresión del gusto en vertebrados se da por la proteína dependiente de AMPc (PKA) y en invertebrados por la proteína kinasa dependiente de calcio (PKC).

Conclusión

Gracias a los estudios de la fisiología animal podemos tener una mejor explicación sobre la fisiología humana.

Por otra parte, la ciencia en general necesita de gente curiosas, de personas que hagan preguntas interesantes, como por ejemplo:

  • ¿Cómo los colibríes pueden latir su corazón 20 veces en un segundo durante su vuelo?
  • ¿Cómo la rata canguro del desierto sobrevive a falta de agua?

Ser fisiólogo, ser un científico, es algo muy bonito en donde siempre hay algo que nos sorprende.


Referencias

Aarón, R. O. R. (2013). Manual de procedimientos recomendables para la investigación con animales.

Randall, D., Burggren, W., French, K., & Fernald, R. (2002). Eckert Fisiología animal: Mecanismos y adaptaciones (4a. ed.). Madrid [etc.]: McGraw-Hill Interamericana.


1 comentario en “La importancia de la Fisiología Animal”

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