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Pintura al óleo que representa a Claude Bernard, el padre de la fisiología moderna, con sus alumnos.

Fisiología (/ ˌfɪziˈɒlədʒi /; del griego antiguo φύσις (physis), que significa 'naturaleza, origen', y -λογία (-logia), que significa 'estudio de') es el estudio científico de las funciones y mecanismos que funcionan dentro de un sistema vivo.^[1]​^[2]​^[3]​

Históricamente, la fisiología es uno de los cimientos sobre los cuales se han construido todas las ciencias biológicas y médicas.^[4]​^[5]​ Recientemente, ha habido intensos debates sobre la vitalidad de la fisiología como disciplina (¿Está viva o muerta?).^[6]​ Si la fisiología es quizás menos visible hoy en día que durante la edad de oro del siglo XIX, es en gran parte porque el campo ha dado lugar a algunos de los dominios más activos de las ciencias biológicas y médicas actuales, como la neurociencia, la endocrinología y la inmunología.^[7]​ Además, la fisiología todavía es vista como una disciplina integradora, que puede agruparse en un marco coherente de datos provenientes de varios dominios diferentes.^[8]​^[9]​

Como una subdisciplina de la biología, el enfoque de la fisiología está en cómo los organismos, sistemas de órganos, órganos, células y biomoléculas llevan a cabo las funciones químicas y físicas que existen en un sistema vivo.^[10]​

Es fundamental para comprender el funcionamiento fisiológico la investigación de los fenómenos biofísicos y bioquímicos fundamentales, los mecanismos coordinados de control homeostático y la comunicación celular.^[11]​

El estado fisiológico es la condición que se produce a partir de la función normal del cuerpo, mientras que el estado patológico se centra en las anomalías que se producen en las enfermedades animales, incluidos los humanos.^[12]​

Según el tipo de organismos investigados, el campo se puede dividir en fisiología animal (incluida la de los humanos), fisiología vegetal, fisiología celular y fisiología microbiana.

El Premio Nobel de Fisiología o Medicina se otorga a aquellos que logran logros significativos en esta disciplina por la Real Academia de Ciencias de Suecia.

Fundamentos de la fisiología

Animales

Humanos

La fisiología humana busca comprender los mecanismos que funcionan para mantener vivo y en funcionamiento el cuerpo humano a través de la investigación científica sobre la naturaleza de las funciones mecánicas, físicas y bioquímicas de los seres humanos, sus órganos y las células de las que están compuestos. El nivel principal de enfoque de la fisiología está en el nivel de los órganos y sistemas dentro de los sistemas. Los sistemas endocrino y nervioso desempeñan papeles importantes en la recepción y transmisión de señales que integran la función en los animales. La homeostasis es un aspecto importante con respecto a tales interacciones tanto en las plantas como en los animales. La base biológica del estudio de la fisiología, la integración se refiere a la superposición de muchas funciones de los sistemas del cuerpo humano, así como su forma acompañada. Se logra a través de la comunicación que se produce de diversas maneras, tanto eléctricas como químicas.

Los cambios en la fisiología pueden afectar las funciones mentales de los individuos. Ejemplos de esto serían los efectos de ciertos medicamentos o niveles tóxicos de sustancias. El cambio en el comportamiento como resultado de estas sustancias se usa a menudo para evaluar la salud de las personas.

Gran parte de la base del conocimiento en fisiología humana fue proporcionada por la experimentación animal. Debido a la conexión frecuente entre forma y función, la fisiología y la anatomía están intrínsecamente vinculadas y se estudian conjuntamente como parte de un plan de estudios médico.^[13]​

Plantas

La fisiología de las plantas es una subdisciplina de la botánica relacionada con el funcionamiento de las plantas. Los campos estrechamente relacionados incluyen morfología vegetal, ecología vegetal, fitoquímica, biología celular, genética, biofísica y biología molecular. Los procesos fundamentales de la fisiología de las plantas incluyen la fotosíntesis, la respiración, la nutrición de las plantas, los tropismos, los movimientos nasales, el fotoperiodismo, la fotomorfogénesis, los ritmos circadianos, la germinación de las semillas, la latencia y la función y transpiración de los estomas. La absorción de agua por las raíces, la producción de alimentos en las hojas y el crecimiento de los brotes hacia la luz son ejemplos de la fisiología de las plantas.

Células

Aunque existen diferencias entre las células animales, vegetales y microbianas, las funciones fisiológicas básicas de las células se pueden dividir en procesos de división celular, señalización celular, crecimiento celular y metabolismo celular.

Microorganismos

Los microorganismos se pueden encontrar en casi todas partes de la Tierra. Los tipos de microorganismos incluyen arqueas, bacterias, eucariotas, protistas, hongos y micro-plantas. Los microbios son importantes en la cultura y la salud humanas de muchas maneras, sirven para fermentar alimentos, tratar aguas residuales, producir combustible, enzimas y otros compuestos bioactivos. Son herramientas esenciales en biología como organismos modelo y se han utilizado en la guerra biológica y el bioterrorismo. Son un componente vital de los suelos fértiles. En el cuerpo humano, los microorganismos forman la microbiota humana, incluida la flora intestinal esencial. Son los patógenos responsables de muchas enfermedades infecciosas y, como tales, son el objetivo de las medidas de higiene. La mayoría de los microorganismos pueden reproducirse rápidamente, y las bacterias también pueden intercambiar libremente genes a través de la conjugación, la transformación y la transducción, incluso entre especies ampliamente divergentes.

Virus

Historia

La era clásica

El estudio de la fisiología humana como campo médico se origina en la Grecia clásica, en la época de Hipócrates (finales del siglo V aC). Fuera de la tradición occidental, las formas tempranas de fisiología o anatomía pueden reconstruirse como si estuvieran presentes casi al mismo tiempo en China, India y otros lugares. Hipócrates incorporó su sistema de creencias llamado teoría de los humores, que consistía en cuatro sustancias básicas: tierra, agua, aire y fuego. Cada sustancia es conocida por tener un humor correspondiente: bilis negra, flema, sangre y bilis amarilla, respectivamente. Hipócrates también notó algunas conexiones emocionales con los cuatro humores, que Claudio Galeno posteriormente expandiría. El pensamiento crítico de Aristóteles y su énfasis en la relación entre estructura y función marcaron el comienzo de la fisiología en la antigua Grecia. Al igual que Hipócrates, Aristóteles adoptó la teoría humoral de la enfermedad, que también consistía en cuatro cualidades principales en la vida: caliente, fría, húmeda y seca. Claudio Galeno (c. ~ 130–200 dC), conocido como Galeno de Pérgamo, fue el primero en usar experimentos para investigar las funciones del cuerpo. A diferencia de Hipócrates, Galeno argumentó que los desequilibrios humorales pueden localizarse en órganos específicos, incluido todo el cuerpo. Su modificación de esta teoría equipó mejor a los médicos para realizar diagnósticos más precisos. Galeno también hizo caso omiso de la idea de Hipócrates de que las emociones también estaban ligadas a los humores, y agregó la noción de temperamentos: la sangre se corresponde con la sangre; flemático está ligado a la flema; La bilis amarilla está conectada al colérico; Y la bilis negra se corresponde con la melancolía. Galeno también vio el cuerpo humano que consta de tres sistemas conectados: el cerebro y los nervios, que son responsables de los pensamientos y las sensaciones; El corazón y las arterias, que dan vida; y el hígado y las venas, que pueden atribuirse a la nutrición y el crecimiento. Galeno fue también el fundador de la fisiología experimental. Y durante los siguientes 1,400 años, la fisiología galénica fue una herramienta poderosa e influyente en la medicina.

Periodo moderno temprano

Jean Fernel (1497-1558), un médico francés, introdujo el término "fisiología". Se les reconoce a Galeno, Ibn al-Nafis, Michael Servetus, Mateo Realdo Colombo, Amato Lusitano y William Harvey como los descubridores del mecanismo de la circulación de la sangre. Santorio Santorio en 1610 fue el primero en usar un dispositivo para medir la frecuencia del pulso (el pulsilogium) y un termoscopio para medir la temperatura.

En 1791, Luigi Galvani describió el papel de la electricidad en los nervios de las ranas disecadas. En 1811, Julien Jean César Legallois estudió la respiración en la disección de animales y las lesiones y encontró el centro de la respiración en la médula oblonga. En el mismo año, Charles Bell terminó el trabajo sobre lo que luego se conocería como la ley de Bell-Magendie, que comparó las diferencias funcionales entre las raíces dorsal y ventral de la médula espinal. En 1824, François Magendie describió las raíces sensoriales y produjo la primera evidencia del papel del cerebelo en el equilibrio para completar la ley de Bell-Magendie.

En la década de 1820, el fisiólogo francés Henri Milne-Edwards introdujo la noción de división fisiológica del trabajo, que permitía "comparar y estudiar los seres vivos como si fueran máquinas creadas por la industria del hombre". Inspirado en la obra de Adam Smith, Milne-Edwards escribió que "el cuerpo de todos los seres vivos, ya sea animal o vegetal, se parece a una fábrica... donde los órganos, comparables a los trabajadores, trabajan incesantemente para producir los fenómenos que constituyen la vida del individuo." En organismos más diferenciados, el trabajo funcional podría repartirse entre diferentes instrumentos o sistemas (llamados por él como appareils).^[14]​

En 1858, Joseph Lister estudió la causa de la coagulación de la sangre y la inflamación que se produce después de lesiones previas y heridas quirúrgicas. Más tarde descubrió e implementó antisépticos en la sala de operaciones y, como resultado, disminuyó la tasa de mortalidad por cirugía en una cantidad sustancial.^[15]​

La Sociedad fisiológica se fundó en Londres en 1876 como un club gastronómico.^[16]​ La Sociedad Americana de Fisiología es una organización sin fines de lucro fundada en 1887. La Sociedad está "dedicada a fomentar la educación, la investigación científica y la difusión de información en las ciencias fisiológicas".^[17]​

En 1891, Ivan Pavlov realizó una investigación sobre "respuestas condicionales" que involucraban la producción de saliva de los perros en respuesta a una campana y estímulos visuales.

En el siglo XIX, el conocimiento fisiológico comenzó a acumularse a un ritmo acelerado, en particular con la aparición en 1838 de la teoría celular de Matthias Schleiden y Theodor Schwann. Afirmó radicalmente que los organismos están formados por unidades llamadas células. Los descubrimientos adicionales de Claude Bernard (1813–1878) llevaron finalmente a su concepto de milieu interieur (ambiente interno), que más tarde sería retomado y defendido como "homeostasis" por el fisiólogo estadounidense Walter B. Cannon en 1929.^[18]​^[19]​ Por homeostasis, Cannon lo definía como " el mantenimiento de estados estables en el cuerpo y los procesos fisiológicos a través de los cuales son regulados".^[20]​ En otras palabras, la capacidad del cuerpo para regular su entorno interno. William Beaumont fue el primer estadounidense en utilizar la aplicación práctica de la fisiología.

Los fisiólogos del siglo XIX, como Michael Foster, Max Verworn y Alfred Binet, basados en las ideas de Haeckel, elaboraron lo que llegó a llamarse "fisiología general", una ciencia unificada de la vida basada en las acciones de las células, que más tarde pasó a llamarse Biología celular en el siglo XX.^[21]​

Periodo moderno tardío

En el siglo XX, los biólogos se interesaron en cómo funcionan los diferentes organismos distintos de los seres humanos, lo que finalmente engendró los campos de la fisiología comparada y la ecofisiología.^[22]​ Las principales figuras en estos campos incluyen a Knut Schmidt-Nielsen y George Bartholomew. Más recientemente, la fisiología evolutiva se ha convertido en una subdisciplina distinta.^[23]​

En 1920, August Krogh ganó el Premio Nobel por descubrir cómo se regula el flujo sanguíneo en los capilares.

En 1954, Andrew Huxley y Hugh Huxley, junto con su equipo de investigación, descubrieron los filamentos deslizantes en el músculo esquelético, conocido hoy en día como la teoría de los filamentos deslizantes.

Fisiólogos notables

Mujeres en fisiología

Inicialmente, las mujeres fueron excluidas en gran medida de la participación oficial en cualquier sociedad fisiológica. La Sociedad Fisiológica Americana, por ejemplo, fue fundada en 1887 e incluía solo a hombres en sus filas. En 1902, la Sociedad Americana de Fisiología eligió a Ida Hyde como la primera mujer miembro de la sociedad. Hyde, representante de la Asociación Americana de Mujeres Universitarias y una defensor mundial de la igualdad de género en la educación, intentó promover la igualdad de género en todos los aspectos de la ciencia y la medicina.

Poco después, en 1913, J.S. Haldane propuso que las mujeres puedan unirse formalmente a la Sociedad Fisiológica, que había sido fundada en 1876. El 3 de julio de 1915, seis mujeres fueron admitidas oficialmente: Florence Buchanan, Winifred Cullis, Ruth C. Skelton, Sarah CM Sowton, Constance Leetham Terry, y Enid M. Tribu.^[24]​  El centenario de la elección de mujeres se celebró en 2015 con la publicación del libro "Mujeres fisiólogos: celebraciones del centenario y más allá de la Sociedad Fisiológica". ISBN 978-0-9933410-0-7

Fisiólogas prominentes incluyen:

• 
  Gerty Cori, junto con su esposo Carl Cori, recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1947 por su descubrimiento de la forma de glucosa que contiene fosfato conocida como glucógeno, así como su función dentro de los mecanismos metabólicos eucarióticos para la producción de energía. Además, descubrieron el ciclo de Cori, también conocido como ciclo del ácido láctico, que describe cómo el tejido muscular convierte el glucógeno en ácido láctico a través de la fermentación láctica.


•  Barbara McClintock fue recompensada con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1983 por el descubrimiento de la transferencia genética horizontal. McClintock es la única mujer que ha ganado un Premio Nobel no compartido.


• 
  Gertrude Elion, junto con George Hitchings y Sir James Black, recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1988 por su desarrollo de fármacos empleados en el tratamiento de varias enfermedades importantes, como leucemia, algunos trastornos autoinmunes, gota, malaria y virus. herpes.


•  Linda B. Buck, junto con Richard Axel, recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 2004 por su descubrimiento de losreceptores olfativos y la compleja organización del sistema olfativo.


• 
  Françoise Barré-Sinoussi, junto con Luc Montagnier, recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 2008 por su trabajo en la identificación del Virus de Inmunodeficiencia Humana (VIH), la causa del Síndrome de Inmunodeficiencia Adquirida (SIDA).


• 
  Elizabeth Blackburn, junto con Carol W. Greider y Jack W. Szostak, recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2009 por el descubrimiento de la composición genética y la función de los telómeros y la enzima llamada telomerasa.

Subdisciplinas

Hay muchas maneras de categorizar las subdisciplinas de la fisiología:^[25]​

• Basado en los taxones estudiados: fisiología humana, fisiología animal, fisiología vegetal, fisiología microbiana, fisiología viral. 


• Basado en el nivel de organización: fisiología celular, fisiología molecular, fisiología de sistemas, fisiología de los organismos, fisiología ecológica, fisiología integrativa. 


• Basado en el proceso que causa la variación fisiológica: fisiología del desarrollo, fisiología ambiental, fisiología evolutiva. 


• Basado en los objetivos finales de la investigación: fisiología aplicada (por ejemplo, fisiología médica), no aplicada (por ejemplo, fisiología comparativa)

Referencias

Enlaces externos

• 
  physiologyinfo.org Sitio de información pública patrocinado por La Sociedad Fisiológica americana

Bibliografía

Fisiología humana

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