Funciones de la Piel

Tras analizar la anatomía de las diversas partes de la piel, ahora pasamos a analizar algunos aspectos fisiológicos. Y el primer aspecto fisiológico será analizar las funciones más importantes que cumple la piel.

Las clasificaremos en cuatro grandes categorías: funciones de protección, relación, regulación y funciones metabólicas.

Protección.

Es la función más evidente, ya que la piel supone una barrera que separa el interior de nuestro cuerpo del exterior. Nos protege de todo tipo de agresiones exógenas. Podemos dividir esta protección en varios grupos:

Protección frente a agentes mecánicos: la piel nos protege frente a fricciones, contusiones, intentos de penetración de cuerpos extraños, etc. Solo tenemos que pensar lo delicadas que son las zonas en las que la piel está adelgazada o carecen de cubierta epidérmica. La principal capa de protección es la epidermis, por su dureza. La dermis aporta elasticidad y firmeza asociadas, pero no es una capa dura. También colabora en la protección física el panículo adiposo, frente a golpes bruscos.

Protección frente a agentes físicos: existen muchos agentes físicos cuyos daños sobre el cuerpo son atenuados por la piel. Por ejemplo el calor, evitando que el calor haga que cambie la temperatura de nuestro cuerpo; la piel evita quemaduras graves en órganos internos. Es resistente a la corriente eléctrica. Y sobre todo actúa como barrera frente a la radiación ultravioleta; es absorbida por el estrato córneo, sobre todo por la melanina.

Protección frente a agentes químicos: la piel actúa como una barrera que impide que la mayor parte de las sustancias químicas puedan pasar al interior, así como contra la acción de agentes corrosivos o cáusticos (es más resistente a los ácidos que a las bases); además de evitar la deshidratación por la salida de agua (evapotranspiración). La barrera frente a agentes químicos es llevada a cabo, principalmente, por la epidermis (hablaremos en más profundidad cuando tratemos el tema de la permeabilidad cutánea).

Protección frente a agentes biológicos: la piel se opone tanto a la penetración como a la colonización superficial de la mayor parte de los microorganismos; existe, eso si, una flora bacteriana natural sobre la piel, microorganismos adaptados a vivir en su superficie  que no solo no nos causan daños, sino que además evitan la instauración de agentes biológicos indeseables, patógenos como hongos y bacterias. 

La entrada cutánea de microorganismos a través de la piel se debe, en la inmensa mayoría de los casos, a lesiones superficiales en la epidermis. Algunos microorganismos son capaces de penetrar aprovechando las glándulas y los folículos pilosos.

Relación.

En la piel se encuentra el sentido del tacto, por lo cual es un órgano de recepción de estímulos del exterior. Por la piel recibimos sensaciones de tacto, presión, temperatura (frío y calor), dolor, etc. Además, la piel es nuestra superficie exterior, la que mostramos a los demás y esto también está implicado en los procesos de relación; la piel resulta importante en nuestras relaciones sociales, tanto a nivel de aspecto como tacto, olor, etc.

Regulación corporal.

La piel controla tres aspectos básicos de la regulación corporal, es decir, de la homeostasis: la temperatura, el equilibrio hídrico y el volumen de sangre circulante. Analicémoslo individualmente:

Regulación de la temperatura corporal: la piel es imprescindible en el mantenimiento de la temperatura corporal, corrigiendo variaciones ya sean de origen interno (fiebre, elevación de la temperatura corporal por acción muscular intensa, etc.), o de origen externo (frío o calor ambiental). Para ello se dispone de varios mecanismos:

Existe un aislamiento físico respecto al exterior que frena los flujos de calor en ambas direcciones y que está constituido fundamentalmente por el panículo adiposo.

La posibilidad de variar el tono vascular de los vasos sanguíneos de las diferentes zonas de la dermis, así como las anastomosis presentes en el sistema circulatorio suponen un mecanismo muy eficaz para luchar contra las variaciones térmicas. Cuando se eleva en exceso la temperatura en el interior del cuerpo (bien por motivos internos, bien por motivos externos), se produce una vasodilatación y aumento de flujo en los vasos sanguíneos periféricos, lo que permite que el calor se escape por convención en mayor medida; de ahí que, cuando hace mucho calor o realizamos un ejercicio intenso, nuestra piel enrojece (aumenta su flujo sanguíneo periférico). En cambio, ante descensos de la temperatura exterior (o, de forma menos común, bajadas de la temperatura interior del cuerpo) se reduce el calibre y el flujo de sangre a los vasos sanguíneos periféricos, para evitar en la medida de lo posible pérdidas de calor, quedando abiertos los que circulan por debajo del panículo adiposo (estos ceden poco calor) y dirigiéndose la sangre a zonas más profundas de nuestro cuerpo.

Producción de sudor por parte de las glándulas sudorípara ecrinas. El sudor aporta una capa de agua sobre la piel que, al evaporarse, absorbe calor de la piel, produciendo así una bajada de la temperatura de su superficie.

Existe un cuarto sistema, cuya importancia es controvertida; la contracción de los músculos erectores del pelo (que nos ponen la piel de gallina) genera una pequeña cantidad de calor (posiblemente insignificante ante las contracciones involuntarias de músculos esqueléticos en situaciones de frío intenso, es decir, la tiritona, que sí supone una elevación importante de la temperatura corporal al aprovechar el calor generado por los músculos; pero este no es un sistema que implique directamente a la piel).

Equilibrio hídrico y electrolítico: la piel pierde agua de forma constante por evaporación, un proceso denominado perspiración insensible; además, puede eliminar cantidades mucho más elevadas de líquidos, con sales minerales disueltas, mediante la sudoración (hasta tres litros a la hora o diez litros al día). No es una función en si misma, sino el efecto producido por otras funciones; sin embargo, no cabe duda de que la piel contribuye en control iónico y el volumen de líquido corporal, así como la cantidad de agua de la sangre (de hecho, en situaciones de escasez de agua, la piel se resiste en mayor medida a perder agua y en situaciones de exceso permite que esta fluya, por ejemplo mediante la sudoración, con mayor facilidad).

Volumen de sangre circulante: en la red de vasos sanguíneos de la dermis puede llegar a acumularse hasta el 10 % del volumen total de sangre de nuestro cuerpo, que puede movilizarse en un momento determinado si fuese necesario (por necesidades musculares de sangre, debido a una bajada de tensión o del volumen de sangre, etc.).

Metabolismo.

La piel posee varias funciones relacionadas con el metabolismo general del cuerpo:

Síntesis de Vitamina D: la vitamina D, encargada de la absorción y metabolismo del calcio y fósforo, se sintetiza a partir de un derivado del colesterol, por la acción sobre este de la radiación ultravioleta. Por lo tanto, la vitamina D debe fabricarse en un lugar donde incida la radiación ultravioleta, por lo tanto la piel (en realidad en la piel se sintetiza el denominado D3, que es modificado en el hígado y riñón, que son los lugares finales donde se obtiene la vitamina activa).

Función endocrina: la piel actúa como receptor de muchas hormonas (sobre todo de hormonas sexuales) y es en la piel donde muchas de ellas se modifican, generándose las hormonas realmente activas; por ejemplo, a la piel llega la testosterona, que es la hormona sexual masculina, pero que presenta muy poca actividad biológica y en la piel se transforma, por la acción del enzima 5α-reductasa, en la DHT (dihidrotestosterona), que es la hormona realmente activa.

Función excretora: mediante el sudor puede excretarse y por lo tanto eliminarse, por vertido al exterior, tanto iones (de los que ya hablamos en el mantenimiento de la homeostasis), como sustancias tóxicas y de desecho en pequeñas cantidades (desde sustancias tan habituales como la urea y el ácido úrico a sustancias tóxicas ingeridas del exterior, como restos de medicamentos).

Función inmunológica: la piel es el primer órgano que suele recibir a los agentes externos invasores; por eso tiene muy desarrollado el sistema inmunológico. La respuesta inmunológica comienza en la epidermis, pero se lleva a cabo sobre todo en la dermis.

Infestaciones más habituales de la piel

Introducción.

Entendemos como infestaciones la invasión por seres vivos que no son microorganismos. Las más frecuentes son producidas por artrópodos. Y además de los problemas que puedan causar directamente mediante picaduras, algunos son capaces de colonizar nuestro cuerpo o portar infecciones asociadas.

Analizaremos las infestaciones cutáneas más habituales, producidas por artrópodos. En otro post analizaremos otras infestaciones independientes de la piel, como las causadas por nemátodos (lombrices y anisaqui, entre otras).

Pediculosis.

Las pediculosis son infestaciones producidas por piojos. Los piojos son insectos del orden Anoplura. En el ser humano existen tres tipos de piojos que causan tres afecciones diferentes:

Pediculus humanus (piojo)

• Pediculus humanus s.p. capitis: se trata del piojo de la cabeza y causa la pediculosis capilar, que es la más frecuente.
• Pediculus humanus s.p. corporis: se trata del piojo del cuerpo y causa la pediculosis corporal.
• Pthirius pubis: más conocida como ladilla, es el piojo que infesta la región genital.

Phiriuos pubis (ladilla)

Son insectos de pequeño amaño que se alimentan de la sangre humana. Se reproducen mediante unos huevos denominados liendres. Los del cuerpo son difíciles de localizar, ya que se esconden entre las costuras de la ropa y solo las abandonan para alimentarse. Los del cabello son también difíciles de ver, siendo más frecuente la localización de las liendres, sobre manera ancladas al cabello de la zona occipital.

Liendre (huevas de piojo) anclada la pelo

Para eliminar una infestación por piojos no solo debemos eliminar los piojos adultos, también debemos exterminar sus huevas o liendres. Una opción habitual es aclarar el pelo con vinagre tras el lavado con champú antipiojos (que suele ser muy efectivo con los adultos, pero no tanto con los huevos). El ácido acético del vinagre disuelve el anclaje de la liendre al pelo y esta puede ser retirada con un peine (mejor usar un peine especial, con cerdas muy juntas, denominado liendrera).

Los champús antipiojos suelen incorporar sustancias tóxicas para el insecto cuya toxicidad para humanos es reducida, pero no nula (como el melathion). Por eso nunca deben usarse como método preventivo. Hoy en día existen antipiojos basados en recubrimientos de un derivado de silicona (dimenticonas) que envuelve a los piojos y liendres y los elimina por asfixia, resultando bastante efectivos con una toxicidad nula para el humano.

Es conveniente, indispensable incluso en las pediculosis corporales, completar con un proceso de higiene exaustivo de la vestimenta y la ropa de cama, con lavado en agua muy caliente y planchado al vapor.

En caso de que alguna prenda no tolerase el lavado y planchado en esas condiciones, existe la posibilidad de almacenarla en una bolsa cerrada de la manera más hermética posible. Se dejaría la bolsa en esas condiciones un par de semanas, tiempo más que suficiente para que piojos y liendres mueran de inanición.

Pulicosis.

Pulex sp. (pulga)

Infestación provocada por las pulgas, insectos del orden Sifonaptera. Cada mamífero tiene su propia pulga. La pulga humana, poco habitual, se denomina Pulex irritans. Aunque son frecuentes las picaduras de la pulga del perro (Ctenocephalides canis), del gato (Ctenocephalides felis) o de otras especies. Estas otras pulgas no suelen invadir de forma permanente el cuerpo humano, sino que lo usan como vehículo hasta encontrar un animal de la especie de la que son características.

Son importantes transmisoras de enfermedades asociadas. La más conocida por su gravedad es la peste bubónica, enfermedad originaria de las ratas (causada por la bacteria Yersinia pestis) y que pasa al hombre cuando es invadido por la pulga, que lo utiliza como vehículo y al que transmite la enfermedad por medio de la picadura.

Sarna.

Sarcoptes scabiei

La sarna es una infestación producida por un artrópodo de la clase de los Aracnidos y orden de los Acarinos (es decir, un ácaro), denominado Sarcoptes scabiei. La hembra de esta especie realiza incisiones en la piel, fabrica canales intraepidérmicos donde deja sus huevos. Al realizar este canal, origina un picor muy intenso y deja una señal acanalada muy característica. Se trata de una señal a modo de arañazo, alargada y rectilínea (corresponde al canal), generalmente con un pequeño abultamiento en ocasiones perlado en uno de los extremos (ahí se encontraría la hembra del ácaro realizando la puesta).

Es un artrópodo de hábitos nocturnos, por lo que los picores se hacen mucho más intensos por la noche. En el extremo del surco queda una vesícula perlada donde se cobija la hembra que ha puesto los huevos.

Lesiones de la sarna

La lesión acanalada suele ir acompañada por marcas y lesiones derivadas del rascado (pueden originarse infecciones asociadas).

Se trata de una infestación muy contagiosa, por lo que lo más habitual es que se presente en varios miembros de la misma familia (o comunidad), sobre todo aquellos que comparten cama o ropas.

Se eliminan con pesticidas y requieren, al igual que en puliculosis y pediculosis corporal, la limpieza exaustiva con agua muy caliente y planchado al vapor de la ropa, a fin de eliminar posibles individuos que se hayan resguardado entre la vestimenta o en la ropa de cama.

Meabolismo: reducción anaeróbica y ciclo de Krebs

En una entrada anterior analizábamos las primeras fases de la reducción de la glucosa, mediante el proceso denominado glucolisis y que producía ácido pirúvico.

En esta entrada analizaremos las dos rutas más importantes que sigue el ácido pirúvico. En organismos anaeróbicos o en algunas células de seres pluricelulares (como ocurre en las células musculares de los mamíferos en determinadas circunstancias), puede llevarse a cabo una degradación o reducción aneróbica que restituirá el NAD. Se trata de un proceso rápido, pero poco eficiente a nivel energético.

La otra opción es el ciclo de Krebs, que tiene lugar en las células aeróbicas y que aportará los precursores para obtener grandes cantidades de energía en la cadena de transporte de electrones que analizaremos en entradas posteriores.

Reducción anaerobia.

En el caso de bacterias del ácido láctico y de células animales facultativas, en ausencia de oxígeno, después de la glucólisis, la degradación continua de la siguiente forma:

Transformación de ácido pirúvico en lactato.

 Esta reacción tiene lugar, por ejemplo, en el músculo.

Tras el proceso, la reacción global, con la recuperación del NAD, sería como sigue:

Ciclo anaeróbico del lactato.

O lo que es lo mismo:

Glc+2ADP+2Pi  →   2Lactato+2ATP+2H2O - ΔG = -32,4Kcal/mol

De las 686 Kcal/mol que se podrían llegar a liberar, solo se extraen alrededor de 47, que supondría alrededor del 6%. Pero no se aprovechan las 47, solo se aprovecha 32,4 Kcal/mol. El resto de la energía se queda en el ácido láctico. Si hay oxígeno, el ácido láctico puede retornar, volver atrás y retomar la ruta aerobia.

Fermentación alcohólica.

Las levadurass siguen otra ruta. Se denomina fermentación alcohólica.

Glc+2ADP+2Pi   →  2CO2+2Etanol+2ATP+2H2O

Degradación aeróbica.

En la degradación aeróbica el ácido pirúvico entra en la mitocondria y ahí la energía que aun posee y que es abundante, se extraerá en forma de NADH. El NADH fosforilará al ADP.

El piruvato sigue tres procesos.

• Descarboxilaicón oxidativa.
• Ciclo de Krebs.
• Cadena Respiratoria.

El primero, es la descarboxilación oxidativa, con la que se obtiene acetil-CoA. Este paso es preparatorio y necesario para que el piruvato pueda entrar en el Ciclo de Krebs. El ciclo de Krebs tiene tres etapas. Tras el mismo, pasamos al tercer proceso, la cadena respiratoria. El Ciclo de Krebs y la cadena respiratoria se llevan a cabo simultaneamente y conjuntamente.

Descarboxilación oxidativa.

Como hemos indicado, en la descarboxilación oxidativa se obitene acetil-CoA a partir del ácido pirúvico. La reacción es la siguiente:

Decarboxilación oxidativa.

El enzima piruvato deshidrogenasa es en realidad un sistema multienzimático. Está regulado por modulación covalente. Los enzimas que modulan a este están a su vez modulados alostéricamente. Se inhibe si la célula tiene mucho ATP, NADH o Acetil-CoA, en definitiva, si tiene mucha energía. Los activadores son los iones de calcio (Ca2+) que se generan, por ejemplo, cuando hay mucha actividad muscular.

Al Acetil-CoA se puede llegar por otras vías. Por ejemplo, mediante el metabolismo de grasas o mediante el metabolismo de aminoácidos.

Ciclo de Krebs.

El Ciclo de Krebs está modulado por ocho enzimas que catalizan la ruta. Todos están en la mitocondria excepto uno, la succinato deshidrogenasa, que se encuentra en la membrana.

Cico de Krebs

El resumen de todo el proceso es el siguiente:

CH3-CO-SCoA+3NAD+ +FAD+Pi+2H2O → 2CO2+CoASH+3(NADH+H+) + FADH2+ATP

Estas fosforilaciones de ATP, al igual que las de la glucolisis, son a nivel de sustrato. Debemos tener en cuenta que por cada glucosa, el ciclo da dos vueltas. Todo el resultado del ciclo debería multiplicarse por dos por cada glucosa.

Este es un resumen del Ciclo de Krebs:

Resumen del ciclo de Krebs

 La reacción general de combustión de la glucosa, como ya vimos, es la siguiente:

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6H2O

Hasta ahora, la reacción ha tenido lugar sin oxígeno. Pero la reacción global necesitará el oxígeno, ya que sin este el NAD y el FAD no se regenerarán.

En cuanto a la regulación del ciclo de Krebs, se lleva a cabo por la regulación de los siguientes enzimas:

• Citrato sintasa: está inhibida por ATP, NADH, citrato, succinil-CoA y acil-CoA (este proviene del metabolismo de lípidos).
• Isocitrato DHasa: está inhibida por el NADH y estimulada por el ADP (si no hay ADP enlazado junto con Mg2+ el enzima no funciona).
• α-Cetoglutarato DHasa: es inhibida por ATP, NADH, succinil-CoA y algún producto más (todos ellos indicadores de niveles energéticos altos).

Anexos cutáneos: anatomía de la uña.

Las uñas son placas córneas situadas en la cara dorsal de las falanges terminales de los dedos de las manos y pies. La uña nace en un entrante de la epidermis de forma oblicua en la dermis, la raíz de la uña.

En la zona más profunda se encuentran un grupo de células en división continua que fabrican la uña y que constituyen lo que se denomina matriz ungueal. A la uña propiamente dicha, la que vemos en nuestros dedos, se le denomina placa ungueal. Está constituida por células epidérmicas fuertemente cornificadas y muy apretadas.

Presenta unas estrías longitudinales que se manifiestan en todo su grosor. Se trata, en general, de un amanifestación de las papilas dérmicas de la piel suyacente a la uña (lecho ungueal).

En algunos dedos, en la zona proximal, la placa ungueal tiene un proceso de queratinización que deja una zona más clara, denominada lúnula o luna (su nombre deriva de su forma de media luna).

La placa ungueal se aplica sobre la piel constituida solo por estrato basal y espinoso (es, por lo tanto, una piel muy débil) denominada lecho ungueal. Sobre la zona del nacimiento de la uña la piel se pliega y recubre ligeramente la placa; se denomina eponiquio.

Puede prolongarse sobre la placa una fina capa córnea, que se denomina cutícula. En el extremo distal la piel sufre, también un pliegue, esta vez para colocarse bajo la uña; se denomina hiponíquio (o pliegue subungueal distal). Si la uña es larga, vuela en su extremo distal sobre la piel, lo que se denominará borde libre de la uña. Los pliegues de piel que recubren y protegen los laterales de la uña se denominan rodetes ungueales.

Esquema de la uña

La uña tiene un grosor medio de entre 0,5 y 0,7 milímetros y el crecimiento varía en función del dedo (tienden a crecer más deprisa en los dedos de mayor tamaño) y algunos factores externos, como el calzado; es el doble de rápido en manos que en pies: una uña de la mano se renueva en alrededor de ocho meses en las manos y de un año en los pies. Esto se traduce en unos 0,1mm al día en las manos y alrededor de 0,06mm al día en los pies.

La principal función de las uñas es la protección del extremo del dedo así como ayuda en determinadas tareas manuales, en la manipulación de objetos o para labores cotidianas como el rascado.

Transporte a través de membrana

Transporte por difusión física simple.

Es un transporte pasivo y no mediado. La membrana debe ser permeable para el producto en cuestión, que pasará desde la zona más concentrada a la zona más diluida.

En teoría, cualquier molécula se puede disolver en la bicapa lipídica. Lo que ocurre es que algunas sustancias tardarán demasiado en disolverse. Los factores más importantes son los siguientes:

• Coeficiente de reparto agua-lípido: tienen prioridad las sustancias liposolubles. Las sustancias liposolubles difunden mejor.
• Tamaño: las sustancias más pequeñas pasan mejor.
• Carga: las moléculas cargadas son las que peor pasan.

Las que mejor pasan los las liposolubles. Por ejemplo, benceno, o metano. En general, los compuestos polares pasan más. Si son polares, sin carga y de pequeño tamaño pueden llegar a pasar con relativa facilidad, como ocurre con el agua o el dióxido de carbono. A mayor tamaño, peor paso. Por ejemplo, el etanol, glicerina, glucosa y sacarosa, van pasando de mejor a peor (son moléculas cada vez mayores). Algunas, serán rechazadas. Los iones no pasan en absoluto.

Difusión facilitada.

En el caso de las membranas naturales, algunas moléculas que no deberían pasar acaban pasando. Podrán pasar por difusión a través de canales hidrófobos, proteínas de canal.

Esquema de proteína canal

 Como es un transporte pasivo, no consume energía. Por lo tanto la energía libre del proceso es menor de cero y la diferencia de entropía será positiva (ΔG<0 ; ΔS>0). Como no es mediado, no se enlaza ni modifica en el proceso de transporte.

La fuerza que impulsa el transporte varía si la sustancia presenta carga eléctrica o no la presente. Si es un no electrolito, la fuerza que dirige el transporte debe ser el gradiente de concentración. La dirección será siempre a favor de gradiente y la velocidad de transporte, proporcional a ese gradiente.

Transporte a favor de gradiente

La recta tendrá más o menos pendiente en función de la permeabilidad de la membrana, su grosor, etc. Cuando las concentraciones se igualen se llegará a un equilibrio estacionario en el que no habrá transporte neto.

Equilibrio de concentración

 En el caso de que haya electrolitos, la fuerza impulsora es el gradiente de concentración de ión y el gradiente eléctrico del sistema. La suma de ambos nos dará lo que se denomina gradiente electroquímico.

En el equilibrio, el gradiente electroquímico será cero. La distribución a los dos lados de la membrana no tiene porque seer una igualdad de concentraciones. Podría coincidir, pero lo normal es que la concentración sea asimétrica. La razón está en que en el gradiente eléctrico no solo influyen los iones que difunden, sino que influyen otras moléculas cargadas que no difunden.

 En el ejemplo anterior de modelo de célula, al sumergirlo todo en cloruro potásico, el gradiente electroquímico los va a hacer entrar, pero en distinta medida. El potasio va a entrar porque dentro no hay potasio y porque tiene carga positiva y en el interior del modelo solo hay cargas negativas. En cambio, el cloro va a tender a entrar por gradiente de concentración, pero no va a tender a entrar debido al gradiente electrónico. En el equilibrio, habrán entrado los dos, pero habrá más potasio en el interior que en el exterior (para compensar la diferencia de carga) y más cloro en el exterior que en el interior. De aquí se deduce lo que se llama ley de Domma.

Y por lo tanto:

En las células no se cumple la ley de Domma porque hay otros tipos de transporte.

La distribución asimétrica de las cargas va a crear un potencial eléctrico a ambos lados de la membrana, normalmente con un interior negativo y un exterior positivo.

Donde F es la constante de Faraday, Z la valencia o carga del ión y Ce y Ci las concentraciones en el exterior e interior respectivamente.

Para iones monovalentes y a una temperatura de 20ºC (293 K) tendremos que:

Proteínas transportadoras y transporte activo.

Existen muchas proteínas que ayudan o son responsa les del paso de sustancias que, en teoría, no podrían pasar a través de la membrana. El transporte puede ser:

• Simple o uniporte, cuando se trata del paso de un soluto en una dirección determinada.
• Cotransporte: el sistema exige pasar dos tipos distintos de soluto, o de lo contrario no pasará ninguno de los dos. El contransporte puede ser de dos tipos:

1. Antiporte: si pasan en direcciones opuestas (uno entra y otro sale).
2. Simporte: si pasan en la misma dirección (los dos entran o los dos salen).

Esquemas de transporte activo

Hay dos proteínas implicadas en el transporte: proteínas de canal y los transportadoras o acarreadoras.

En cuanto a las proteínas canal, podemos encontrar los siguientes tipos:

• Permanentemente abiertos.
• Regulados:

1. Químicamente o por ligandos.
2. Por voltaje.

En cualquier caso, se trata de una difusión simple, igual que la que ocurre a través de la bicapa, pero con una velocidad mayor. No es un transporte mediado, no se une a la proteína. Sin embargo hay una cierta relación, debido por ejemplo al diámetro del canal. Y con la carga ocurre lo mismo (habrá canales que no permitan el paso de sustancias con cierta carga).

Proteína canal

 Este canal del dibujo permanece abierto todo el tiempo, pero hay otros con apertura y cierre regulado. Hay dos tipos de regulación.

El primero sería el que está regulado químicamente:

Transportador regulado químicamente

El ligando se une a un centro específico del canal. Se produce un cambio de conformación, que lo abre. El paso que se produce es a favor de gradiente electroquímico.

La segunda opción es una regulación por voltaje. El cambio conformacional estaría regulado por cambios en el voltaje a través de la membrana.

Transporte regulado por potencial electroquímico

 El segundo tipo de proteínas son las proteínas transportadoras, que llevan a cabo el transporte mediado. La proteína se une al soluto y de ese modo lo transfiere de un lado a otro de la membrana.

Todos van a seguir un mecanismo general común. Primero se enlaza con el producto de un lado de la membrana. La proteína tiene dos conformaciones, una con el centro de unión en un lado y otro al contrario. El cambio de conformación lo inducirá el propio sustrato. A esto se le llama conformación ping-pong.

Transporte por proteínas ping-pong

 Todos los transportes mediados por proteínas tienen unas características:

• Especificidad.
• Saturabilidad.
• Inhibición específica.

La especificidad significa que una proteína transporta a un soluto, que es su ligando específico. Al ser específico, nos lleva a la segunda propiedad, y es que el transporte es saturable. Cuando todos los transportadores están funcionando, estarán saturados. En ese momento la velocidad de transporte es máxima. En su cinética de transporte, coincidirá con la cinética de Michaelis – Mendel.

Su fórmula sería la misma:

En cambio, los transportes no mediados, sería una recta. Y en el caso de que fuese un canal, esta podría ser casi vertical, ya que no tiene efecto de saturabilidad.

Gráfica de velocidad de transporte

 La tercera propiedad que comentamos es la inhibición específica. Los transportadores pueden ser inhibidos por inhibidores competitivos y no competitivos.

El transporte mediado puede ser, a su vez, pasivo, también denominado difusión facilitada, y transporte mediado activo o transporte activo.

En la difusión facilitada no hay gasto de energía. En eso es similar a la difusión simple (ΔG<0). Sólo es posible a favor de gradiente electroquímico, a base de aumentar ΔS. Es bidireccional.

Esquema de difusión facilitada

El transporte activo se diferencia en que se requiere un gasto de energía (ΔG> 0). Tiene lugar siempre en contra de gradiente electroquímico. por lo tanto ΔS disminuirá. Será unidireccional. Está preparado para funcionar solo de una manera.

Esquema de transporte activo

Podríamos hacer ahora un dibujo general con los tipos de transporte que hemos estudiado:

Esquema general de transporte

Bomba sodio – potasio.

Es un ejemplo de transporte antiporte, que bombea sodio hacia fuera y potasio hacia adentro, con consumo de ATP. Por lo tanto, se le denomina comúnmente como Na+ K+ ATP-asa.

Tiene dos subunidades catalíticas (aunque en el esquema solo dibujamos una). A su lado tiene una glicoproteína cuya función es desconocida.

Por un ATP que se hidroliza, se obtiene energía para sacar 3 Na+ y meter 2 K+ en contra de su gradiente electroquímico. El sitio por donde se hidroliza el ATP está en el interior de la célula. Tendrá tres centros de alta afinidad por el sodio. El potasio entra, se une desde fuera. La bomba puede ser inhibida específicamente. Hay varios inhibidores. Uno muy potente es la Ovabina. Además, la bomba está regulado por varios métodos aun desconocidos. Se encarga de mantener unos niveles de sodio y potasio constantes. Parece que funciona a base de cambios conformacionales que le permiten bombear el sodio y el potasio.

Bomba sodio-potasio ATPasa

El sodio induce la fosforilación de la bomba. El potasio induce la desfosorilación. Hay al menos dos conformaciones, conocidas como E1 y E2. La conformación E1 tiene mayor afinidad por el sodio. Sus centros de enlace quedan hacia el interior. La conformación E2 tiene más afinidad por el potasio y tiene sus centros de enlace hacia el exterior. La fosforilación pasa de la conformación E1 a la conformación E2.

Funcionamiento de la sodio-potasio ATPasa

La bomba de sodio – potasio interviene en la formación del potencial transmembrana, transporte de azúcares y mantenimiento de la célula.

En cuanto al potencial de membrana, hay que tener en cuenta que por cada tres sodios que salen solo se introducen dos potasios, creando un interior negativo y un exterior positivo. El gradiente iónico que crea la bomba es una forma de energía que se utiliza para llevar a cabo transportes activos de azúcares y aminoácidos.

Cotransporte sodio-glucosa

Si el gradiente de sodio es mayor que el de glucosa hacia el exterior, podrá seguir introduciendo glucosa hacia el interior. El conjunto debe conseguir un ΔG< 0. Como l a glucosa se utiliza inmediatamente, siempre se necesitará glucosa.

Algo parecido sucede con otros aminoácidos y azúcares.

La bomba ayuda a mantener constante el volumen de la célula, ya que controla la concentración de solutos dentro y fuera de la célula, influyendo por lo tanto en el equilibrio osmótico.

En el interior encontraremos sustancias no difundibles, que generan una presión osmótica, además de mayor cantidad de potasio que en el exterior. Podrían atraer el agua. Pero en el exterior predominan el cloro y el sodio. Para mantener este equilibrio participa en gran medida la bomba de sodio-potasio. El sodio y el cloro tenderían a entrar. La bomba está sacando continuamente sodio, compensando el sodio que tiende a entrar por otros medios (como el cotransporte). Respecto al cloro, al estar creando la bomba una carga más negativa en el interior, le resta tendencia a entrar a la célula.

Metabolismo de la glucosa: glucolisis.

La glucosa es usada en la célula como combustible y como materia prima. Está en cantidad fija en la sangre. Cuando no hay bastante glucosa en los alimentos, se usan las reservas. En los animales, la reserva de glucosa es el glucógeno, que se acumula en hígado y músculo. En los vegetales, el almidón.

La glucosa es una molécula muy energética. Se pueden obtener 686Kcal/mol. Si la oxidamos de golpe, perderíamos mucha energía como calor. Por eso debe acumularse como NADPH, NADP y ATP. El sistema general es ir formándolo poco a poco. Se van formando moléculas de ATP y oros intermediarios en cada paso. La glucosa es consumida en la mitocondria cuando se lleva a cabo la respiración aerovía.

Glucólisis.

La glucólisis es la primera etapa de la degradación de la glucosa. Es común a las rutas catabólicas aeróbicas y anaeróbicas. Y está constituida por un conjunto de diez reacciones químicas que convierten la glucosa en dos moléculas de ácido pirúvico. Están catalizadas por enzimas solubles en el citoplasma e independientes unos de otros.

Hay dos grandes bloques. Por una parte está la fase preparatoria, que incluye las cinco primeras reacciones químicas y que transforma una molécula de glucosa (Glc) en dos moléculas de gliceraldehido 3 fosfato (GAP). No se obtiene energía y se van a invertir cuatro ATPs.

Tras la fase preparatoria, vendrá la segunda fase, en la que las dos moléculas de GAP se transforman en dos moléculas de piruvato (ácido pirúvico).

Comencemos con la fase preparatoria:

Glucolisis (1)

El enzima hexoquinasa es un enzima alostérico, que es inhibido por la glucosa 6 fosfato. Necesita Mg2+ ó Mn2+.

La fosfofructo quinasa es inhibida por niveles altos de ATP, citrato o ácidos grasos, que son compuestos que la célula acumula cuando hay disponibilidad energética. Se ve estimulado por AMP o ADP. Cuando el enzima se inhibe, aumenta la cantidad de fructosa 6 fosfato, lo que originará que se acumule glucosa 6 fosfato. Y la glucosa 6 fosfato inhibe la primera etapa.

A partir de la aldolasa, todo el proceso debe multiplicarse por dos, ya que se obtiene una molécula de dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehido 3 fosfato. La dihidroxiacetona fosfato se transformará posteriormente en gliceraldehido 3 fosfato, por lo que hemos obtenido a nivel global dos moléculas de gliceraldehido 3 fosfato.

La transformación de glucosa en glucosa 6 fosfato tiene un ΔGº = -4, pero en la célula ese valor es de ΔG = -8. Del mismo modo, en la reacción catalizada por la aldolasa ΔGº = +5,7, pero en la célula ese valor es de ΔG ≈ 0.

Entramos ahora en la segunda fase de la glucólisis.

Glucolisis (2)

En la reacción que transforma el gliceraldehido 3 fosfato en ácido 1, 3 difosfoglicérico se forma NADH y se requiere ácido fosfórico. El ácido 1, 3 difosfoglicérico tiene un elevado potencial de transferencia de grupos fosfatos. En su transformación en ácido 3 fosfoglicérico su ΔGº = -4,5.

La piruvato quinasa es un enzima reguladora. Es inhibida por el ATP, el citrato, ácidos grasos y acetil CoA. Y es estimulada principalmente por la fructosa 1, 6 disfosfato y por el fosfoenol pirúvico. Y en menos medida, es estimulada por los intermediarios de las reacciones.

Los nuevos compuestos intermediarios entre la glucosa y el piruvato están fosforilados. Al estar ionizados, bien por el grupo fosfato, bien por el grupo ácido (COO-) no pueden atravesar las membranas, quedan atrapados en el citoplasma, a no ser que usen medios de transporte específicos.

Parece ser que los grupos fosfato son imprescindibles para la identificación de los enzimas.

En las condiciones de la célula, todas las reacciones tienen un ΔG ≈ 0 excepto tres, que son la primera (que transforma glucosa en glucosa 6 fosfato), la tercera (que transforma fructosa 6 fosfato en fructosa 1, 6 difosfato) y la diez (que transforma fosfoenol pirúvico en piruvato). Estas tres son irreversibles. El balance global en cuanto a energía útil es:

ATP/Glucosa = -1 -1 +2 +2 = +2

Además, se producen dos NADH con poder reductor. La reacción suma de todo el proceso sería:

C6H12O6+2NAD++2ADP+Pi → 2C3H8O6(piruvato)+2(NADH+H+)+2ATP+2H2O

La energía que se extrae del proceso no llega al 6% de la que se podría obtener.

En la glucólisis se necesita siempre NAD+. El NADH debe reoxidarse, porque sino la ruta se pararía. La manera en la que el NADH se oxida va unida al destino del piruvato.

Si la célula es anaerobia o facultativa en ausencia de oxígeno, el piruvato se acaba de degradar por fermentación. Si la célula es aerobia o facultativa en presencia de oxígeno, el NADH se oxida en la mitocondria, al igual que el piruvato. Cuando optamos por la vía aeróbica, el piruvato se oxida. Si se opta por la anaeróbica, se reduce.

Anexos cutáneos: glándulas sudoríparas

En el cuerpo humano podemos distinguir dos tipos de glándulas sudoríparas, que difieren tanto en su anatomía y morfología como en su fisiología y funciones. Son las glándulas sudoríparas ecrinas y las glándulas sudoríparas apocrinas.

Anatomía de las glándulas sudoríparas ecrinas.

En el cuerpo humano tenemos entre dos y cuatro millones de glándulas sudoríparas ecrinas. Ocupan toda la superficie cutánea, excepto los labios, lecho ungueal (bajo las uñas), labios menores, glande y cara interna del prepucio. El número máximo de glándulas sudoríparas ecrinas se encuentra en las palmas y plantas, con entre 600 y 800 glándulas por centímetro cuadrado. Y el mínimo, en los flancos del cuerpo, con entre 50 y 150 glándulas por centímetro cuadrado.

Dermatogrifos. Pueden verse poros de glándulas.

La glándula está constituida por un ovillo secretor, instalado en zonas profundas de la dermis, que desemboca al exterior mediante un conducto; en la zona de desembocadura habrá un orificio o poro secretor. A la porción de epidermis en la que desemboca la glándula se le denomina acrosiringium.

El sudor es fabricado en el ovillo y modificado en su trayecto al exterior, absorbiendo parte del agua y el sodio. En el ovillo secretor encontramos un grupo de células llamadas células oscuras, que están en contacto con la luz del tubo, pero que no llegan a contactar con la membrana basal y que se encargan de fabricar una sustancia mucoide que, presumiblemente, facilita la expulsión del sudor. Y las células claras, que están en contacto con la membrana basal o con las células mioepiteliales y que llegan a la luz del tubo en algunas zonas, por medio de ramificaciones que se cuelan entre las células oscuras; se encargan de fabricar el sudor. Por último están las células mioepiteliales, contráctiles, cuya función sería impulsar el sudor hacia el exterior; estas células no forman una capa continua, sino que aparecen de cuando en cuando. El conducto, a diferencia del ovillo, está formado por células epiteliales cúbicas y algunas células mioepiteliales (no hay células claras y oscuras).

Esquema de la Glándula Sudorípara Ecrina

El principal componente del sudor es el agua, existiendo otros componentes, como las sales minerales, urea, ácido úrico, etc.

La glándula está fuertemente irrigada e inervada. El principal control glandular es llevado a cabo por el sistema nervioso autónomo.

El sudor ecrino es un líquido transparente y de sabor salado. Su principal componente es el agua (99%), en la que se encuentran disueltas sales minerales, especialmente cloruro sódico y potásico, así como sustancias orgánicas, principalmente urea, aunque también aminoácidos, ácido láctico y ácido pirúvico. Podemos encontrar, así mismo, sustancias de excreción, que el cuerpo intenta eliminar, como metales, compuestos orgánicos tóxicos o derivados de medicamentos. También podemos encontrar cantidades muy bajas de otras sustancias orgánicas, como glucosa o proteínas (glucoproteínas, glucopolisacáridos e incluso inmunoglobulinas). El pH del sudor oscila entre 4 y 6 (es decir, ligeramente ácido).

Es fabricado en el ovillo y modificado a lo largo del tubo secretor. Las dos funciones fundamentales del sudor son la excretora y sobre todo la termorregulador.

El sudor puede segregarse por varios motivos. Por un lado, existe una pequeña sudoración constante, que hace que éste ayude en la hidratación a la capa córnea de la piel, además de aportar ciertos componentes del denominado factor natural de hidratación (de sus siglas en inglés, NMF). Además, algunos de los componentes del sudor, como el ácido urocánico, actúan como filtro ultravioleta, absorbiendo los UVB. Y debido a su pH, funciona como antifúngico y antiséptico.

La sudoración profusa es desatada por mecanismos en los que interviene el sistema nervioso autónomo. Se deberá, fundamentalmente, a respuestas nerviosas ante una aumento de la temperatura corporal y es desatada por el sistema nervioso simpático (si que, aparentemente, el parasimpático juegue ningún papel, ni activado ni inhibidor). Pero también existe una respuesta sudoral psíquica o emocional, ante situaciones de estrés (nerviosismo, ansiedad, miedo, dolor, etc.).

Anatomía de las glándulas sudoríparas apocrinas.

Aunque su morfología general es similar a las ecrinas, presenta varias diferencias. Es, al igual que la ecrina, una glándula con forma de ovillo, pero en este caso es algo más grande (alrededor de diez veces mayor). Están asociadas a folículos pisosebáceos de determinadas zonas del cuerpo: región anogenital, periumbilical, vestíbulo nasal y axila (es decir, vierte su contenido a un folículo piloso de esas zonas).

Como su nombre indica, su secreción se realiza de forma apocrina: el ovillo está constituido por una sola capa de células secretoras rodeadas, en algunas zonas, por células mioepiteliales. Estas células secretoras, por pérdida de su parte superior, originan una secreción altamente viscosa y de apariencia lechosa denominada sudor apocrino. El sudor apocrina comienza a segregarse durante la pubertad y desciende en la vejez. Esto ya nos da a la idea de su control hormonal, mediado entre otras por las hormonas sexuales. 

Esquema de la disposición de la Glándula Apocrina.

Fabrica un sudor ligeramente alcalino y poco oloroso, pero que es fácilmente degradado por bacterias, originando un olor muy característico. Parece claro que es un sistema de secreción de feromonas, es decir, hormonas que actúan en el exterior del cuerpo y sobre otros individuos (estaría relacionado con fenómenos de atracción y repulsión personal, sexual o social, por ejemplo).

Anexos Cutáneos: Glándulas Sebáceas

Las glándulas sebáceas son las encargadas de fabricar la grasa que recubre la piel y la protege, evitando, entre otras cosas, la deshidratación de la misma. Se trata de glándulas de morfología acinar, es decir, que forman acinos: sacos o agrupaciones glandulares que desembocan a un conducto común.

Esquema del folículo pilosebáceo.

Se abren siempre a un folículo piloso (por eso se habla de folículo pilosebáceo), excepto en las zonas de la piel donde no hay pelos; en estas zonas, se abrirán directamente a la piel. En las palmas de las manos y plantas de pies no hay glándulas sebáceas.

Las glándulas miden entre 0,2 y 2 milímetros, aproximadamente. No están distribuidas de forma homogénea, existen zonas, como la torácica, donde son más abundantes (alrededor de cien glándulas por centímetro cuadrado) y zonas, como el dorso de las manos, donde son más escasas (entre diez y veinte glándulas por centímetro cuadrado).

Al verlas al microscopio observamos que se distribuyen formando acinos ovalados. Cada acino está recubierto por una membrana fibrosa y una membrana basal. La periferia del acino está constituido por las células basales de la glándula, conocidas como sebocitos basales; estos carecen de gotas de secreción y su función es dar lugar, mediante mitosis constantes y sucesivas, a los sebocitos del interior de la glándula. Los sebocitos, conforme van pasando a zonas más interiores de la glándula, se van cargando de gotas sebáceas y perdiendo progresivamente el resto de orgánulos. En las partes centrales, acabarán destruyendo el núcleo y muriendo, constituyendo estas células muertas y cargadas de gotas sebáceas la secreción sebácea en si misma; por lo tanto se trata de una glándula holocrina. Esta secreción es conducida por el canal sebáceo del folículo piloso y de ahí al exterior; por lo tanto se trata de una glándula exocrina.

Glándula sebácea

Las glándulas sebáceas están fuertemente vascularizadas, mediante una red de capilares que las rodean, pero carecen de innervación. La regulación de la secreción es llevada a cabo, como veremos posteriormente, por el sistema hormonal (y sobre todo, por parte de las hormonas sexuales).

Son las encargadas de fabricar la grasa que recubre la piel y que, junto con parte de los componentes de la secreción sudoral y componentes procedentes de las células muertas de la epidermis, formará un compuesto emulsionado, con una parte grasa y una parte acuosa, denominado emulsión epicutánea.

Esquema de un acino sebáceo.

La composición exacta de la secreción sebácea es difícil de establecer, ya que es expulsada al exterior mezclada con los demás componentes, pero, aproximadamente, se sabe que sus componentes más abundantes son los triglicéridos y los ácidos grasos (entre el 57% y el 58%). También hay cantidades importantes de ésteres céreos (26%). Además, encontramos cantidades elevadas de un lípido denominado escualeno (12%). En menor cantidad, colesterol (entre un 1% y un 2%) y ésteres de coleserol (3%).

La producción de la glándula está controlada por varios factores. En algunas regiones, como la cara, el pecho o el cuero cabelludo se segrega mayor cantidad de grasa debido, sobre todo, a que hay un mayor número de glándulas. Los hombres segregan mayor cantidad de grasa que las mujeres. Y en cuanto a la edad, durante la pubertad es la etapa de la vida en la que mayor cantidad se segrega, resultando esta secreción baja durante la infancia y descendiendo progresivamente tras la adolescencia, siendo la caída más acusada a partir de los sesenta años, aproximadamente (senectud).

El control de la producción es, básicamente, hormonal (sin que haya podido demostrarse ningún sistema de control estrictamente nervioso, ya que parece que la glándula carece de inervación).

Las principales hormonas controladoras de la secreción sebácea son las hormonas sexuales. Los andrógenos, es decir, las hormonas sexuales masculinas, son las estimuladoras más potentes, aumentando tanto el tamaño de la glándula como su capacidad de secreción.

El principal andrógeno es la testosterona, pero se trata de una hormona con muy poca actividad. En la glándula se transforma en DHT (dihidrotestosterona) por la acción del enzima 5α-reductasa. El DHT es el principal activador, la hormona realmente activa.

Los estrógenos, en grandes cantidades, frenan la secreción y reducen el tamaño de la glándula.

El exceso de andrógenos, habitual por ejemplo durante la adolescencia, con el cambio hormonal, estimula la hipersecreción glandular. Este hecho es especialmente destacado en mujeres, ya que estas tienen poca cantidad de andrógenos en sangre y si por algún motivo estos aumentan (ocurre, por ejemplo, en tumores ováricos o alteraciones de la secreción suprarrenal) aumentará también la secreción sebácea; en estos casos, suele también venir acompañado de otros signos de virilización, como alopecia, hirsutismo y acné muy intenso.

La función principal del manto hidrolipídico y por o tanto del sebo es formar sobre la piel una barrera que impida la evaporación excesiva de agua. Además, lubrica la piel. Regula la absorción percutánea de sustancias (sobre todo de sustancias hidrosolubles). Actúa como fungiestático y bacteriostático. También forma parte de la emulsión epicutánea, que protege a la piel de la deshidratación superficial causada por agentes externos como el sol, calor etc. Y se supone que lleva disueltas feromonas (con su posible efecto a nivel biosocial, por decirlo de algún modo).

La cantidad de grasa segregada y sus características son unos de los factores que condicionan las diferentes tipologías cutáneas.