Fisiología: concepto, historia, clasificación y últimos descubrimientos
La fisiología es una rama de la biología que se encarga de investigar y comprender los procesos físicos y químicos que acontecen en los seres vivos durante el desempeño de sus funciones vitales. Este campo de estudio se enfoca en examinar actividades tan fundamentales como la reproducción, el crecimiento, el metabolismo, la respiración, la excitación y la contracción, en tanto que ocurren en el interior de las diversas estructuras biológicas como las células, los tejidos, los órganos y los sistemas orgánicos del cuerpo. Es decir, la fisiología se dedica a explorar cómo los organismos vivos interactúan con su entorno y cómo se adaptan a las condiciones cambiantes del mismo para sobrevivir y mantener un equilibrio homeostático en su interior.
La fisiología, ciencia que se ocupa de los procesos físicos y químicos que ocurren en los seres vivos, se encuentra íntimamente relacionada con la anatomía, y en el pasado era considerada como una parte integral de la medicina. Con el tiempo, gracias al énfasis que la fisiología puso en el estudio de los mecanismos biológicos, utilizando herramientas y técnicas de la física y la química, esta disciplina emergió como una rama de la ciencia independiente en el siglo XIX.
Índice de contenidos
Introducción
Sin embargo, en la actualidad, se observa una tendencia hacia la fragmentación y la integración con una variedad de campos especializados dentro de las ciencias de la vida. De esta manera, la fisiología trabaja en estrecha colaboración con otras áreas de estudio, como la genética, la biología celular y molecular, la neurociencia y la bioquímica, con el fin de lograr una comprensión más profunda y completa de los complejos procesos biológicos que ocurren en los organismos vivos.
En el campo de la fisiología, se reconocen tres grandes divisiones que abordan distintos aspectos de los procesos biológicos en los seres vivos. La primera de ellas es la fisiología general, la cual se enfoca en el estudio de los procesos fundamentales que son comunes a todas las formas de vida, tales como la respiración, la digestión, la circulación sanguínea y la regulación del pH y la temperatura corporal, entre otros.
La segunda división es la fisiología y anatomía funcional, que se encarga de analizar los procesos biológicos específicos de los seres humanos y de otros animales. En este campo se estudian aspectos tales como la estructura y función de los órganos, la patología, la neurociencia y los estudios comparativos entre diferentes especies animales.
Finalmente, la tercera división es la fisiología vegetal, que se centra en los procesos biológicos que ocurren en las plantas, incluyendo la fotosíntesis, la respiración, la transpiración y la nutrición. Además, se investigan otros aspectos de la vida de las plantas, como el crecimiento y la reproducción, con el objetivo de comprender mejor su funcionamiento y desarrollar estrategias para mejorar su rendimiento en la agricultura y otros campos relacionados.
Comienzos de la fisiología moderna
La fisiología animal moderna tuvo sus inicios con el descubrimiento de la circulación sanguínea por parte del médico inglés William Harvey en el año 1616. Poco después, el químico flamenco Jan Baptista van Helmont propuso el uso de álcalis para el tratamiento de las enfermedades digestivas y desarrolló el concepto de gas. El biofísico italiano Giovanni Alfonso Borelli, en sus estudios sobre la motricidad animal, sugirió que la contracción muscular se debía a las fibras musculares.
Asimismo, el microscopista holandés Antoni van Leeuwenhoek realizó las primeras descripciones de los eritrocitos y los espermatozoides, mientras que el histólogo italiano Marcello Malpighi investigó la fisiología del riñón, el hígado y el bazo, y demostró la existencia de los capilares.
Durante la segunda mitad de este siglo, el estudio de las glándulas tuvo un gran avance. El médico inglés Thomas Warton demostró la existencia de la secreción salivar, mientras que el anatomista danés Nicolaus Steno descubrió las glándulas lacrimales y salivares. El médico holandés Regnier de Graaf profundizó en los estudios de las glándulas al descubrir los folículos del ovario, y también llevó a cabo investigaciones sobre los jugos pancreáticos y la bilis. Por otro lado, el médico inglés Richard Lower fue el primero en realizar una transfusión de sangre de un animal a otro, mientras que el médico francés Jean Baptiste Denis logró llevar a cabo con éxito la primera transfusión de sangre en un ser humano.
En el siglo XVII, se produjeron avances significativos en el estudio de la respiración. El fisiólogo inglés John Mayow descubrió que el aire no era una sustancia única, sino una mezcla de varias sustancias, de las cuales no todas eran necesarias para la vida. En el siglo XVIII, el químico británico Joseph Priestley demostró que la proporción de oxígeno esencial para la vida animal es idéntica a la proporción necesaria para la combustión. Poco después, el químico francés Antoine Laurent de Lavoisier aisló y nombró al oxígeno, y demostró que el dióxido de carbono era un subproducto de la respiración.
La fisiología en los siglos XVIII y XIX
La fisiología moderna se fundamenta en el trabajo realizado en el siglo XVIII por el médico holandés Hermann Boerhaave y su alumno, el científico suizo Albrecht von Haller. Ellos criticaron tanto a los iatroquímicos, que creían que la fisiología sólo involucraba reacciones químicas, como a los iatrofísicos, que creían que sólo involucraba reacciones físicas, sentando así las bases del estudio integrado de la fisiología. Haller también estableció que toda la materia viva posee irritabilidad, lo que marcó un gran avance en el campo de la fisiología.
A lo largo de la última mitad del siglo XVIII, el anatomista italiano Luigi Galvani mostró que era viable producir la contracción muscular en la pata de una rana mediante la estimulación con una corriente eléctrica, mientras que el fisiólogo italiano Lazzaro Spallanzani exploró la actividad del jugo gástrico en el proceso de digestión. Además, Spallanzani se dedicó a investigar la fecundación y la inseminación artificial en animales de menor complejidad.
Durante el siglo XIX, el fisiólogo francés Claude Bernard se destacó como la figura principal de la fisiología animal, centrándose en el metabolismo de los hidratos de carbono en los seres humanos. Además, llevó a cabo investigaciones sobre el sistema nervioso autónomo y describió muchas de sus funciones. Su mayor contribución fue el establecimiento del principio de que los organismos vivos experimentan cambios dinámicos continuos para mantener el equilibrio interno, nunca estando en reposo. Según Bernard, el éxito del organismo en el mantenimiento de este equilibrio es la base de la salud.
Durante la primera mitad del siglo XX, el fisiólogo estadounidense Walter Bradford Cannon amplió los principios de Bernard, asignando al estado dinámico el nombre de homeostasis. Cannon demostró que el cuerpo humano puede adaptarse para enfrentarse a peligros externos y describió procesos como la regulación interna de la temperatura corporal, el pH sanguíneo y la preparación del cuerpo para la defensa mediante la secreción de adrenalina en las glándulas adrenales. Sus estudios sobre la homeostasis permitieron entender mejor el equilibrio interno del organismo y su importancia en la salud.
Durante el siglo XIX, se prestó mucha atención al estudio de la fisiología del sistema nervioso. El anatomista británico Charles Bell describió las funciones de los nervios motores y sensitivos, mientras que el fisiólogo francés François Magendie investigó los mecanismos de deglución y regurgitación y describió las funciones de los nervios vertebrales.
Por su parte, el fisiólogo francés Pierre Flourens fue pionero en la investigación fisiológica de la psicología animal y estudió las funciones del cerebelo. El fisiólogo alemán Johannes Peter Müller demostró que las percepciones estaban determinadas únicamente por el órgano sensorial que recibía el impulso sensorial.
Además, el fisiólogo alemán Ernst Heinrich Weber descubrió que el corazón humano era estimulado por dos tipos de nervios: aquellos que activan los latidos del corazón y aquellos que los inhiben, lo que llevó a la percepción de que el sistema nervioso autónomo está constituido por dos sistemas nerviosos diferentes. Weber también investigó la mecánica de la percepción.
En la última etapa del siglo XIX, el eminente fisiólogo y psicólogo alemán Wilhelm Wundt estableció el primer laboratorio destinado a investigar los fundamentos fisiológicos de la psicología.
Durante los últimos años del siglo XIX y los primeros años del siglo XX, la creciente ciencia de la bacteriología impulsó el estudio de la inmunidad. Los principales científicos en este campo fueron el naturalista ruso Iliá Mechnikov, quien desarrolló la teoría de la fagocitosis y estudió la destrucción de materiales extraños en la sangre, y el bacteriólogo y químico alemán Paul Ehrlich, quien propuso una teoría sobre la formación de anticuerpos.
Durante la misma época, el estudio de las glándulas endocrinas fue investigado por el fisiólogo británico Edward Albert Sharpey-Schafer, quien demostró que al inyectar un extracto de las glándulas adrenales – luego llamado adrenalina – se elevaba la presión sanguínea. Más tarde, el fisiólogo británico William Maddock Bayliss y Ernest Henry Starling descubrieron que inyectando un extracto intestinal – llamado secretina – se estimulaba el flujo de jugo pancreático. Propusieron el término hormonas para denominar las secreciones que podían actuar sobre otros órganos cuando se encontraban en el torrente sanguíneo. Estudios posteriores sobre las hormonas aportaron información valiosa sobre el crecimiento y la reproducción del cuerpo.
Últimos descubrimientos
En el transcurso del siglo XX se produjeron avances significativos, como la identificación de nuevas hormonas y el descubrimiento de la importancia de las vitaminas. También se descubrieron los diferentes grupos sanguíneos y se desarrollaron instrumentos como el electrocardiógrafo y el electroencefalógrafo para registrar la actividad del corazón y del cerebro. Los médicos estadounidenses George R. Minot, William P. Murphy y George H. Whipple descubrieron la causa y el tratamiento de la anemia perniciosa, mientras que se avanzó en la comprensión del metabolismo, el papel de las enzimas y el sistema inmunológico.
En la primera mitad del siglo XX, también hubo importantes avances en el entendimiento del mecanismo de los actos reflejos. Este concepto fue inicialmente desarrollado como una noción filosófica por el filósofo francés René Descartes, con el fin de diferenciar los reflejos involuntarios de los animales de las respuestas más conscientes de los seres humanos. Los zoólogos alemanes perfeccionaron esta idea describiéndola en términos físicos y analizando el comportamiento en términos de sus componentes reflejos. El neurofisiólogo británico Charles Sherrington profundizó en este tema al demostrar cómo los reflejos permiten al sistema nervioso actuar como una unidad.
El siglo XVIII fue testigo de la descripción inicial del concepto de respuesta condicionada por el fisiólogo escocés Robert Whytt, pionero en el estudio de la acción refleja. Posteriormente, los fisiólogos rusos Iván Petróvich Pávlov y Vladímir Bekhterev perfeccionaron este concepto. Aunque el intento de Pávlov de aplicar los principios del condicionamiento a procesos mentales más complejos no fue válido, su trabajo tuvo un gran impacto en la psicología y el aprendizaje.
De hecho, su trabajo fue una de las principales influencias en la aparición del behaviorismo, fundado por el psicólogo estadounidense John Broadus Watson. El psicólogo estadounidense Burrhus Frederic Skinner también se basó en la teoría del condicionamiento y el refuerzo para desarrollar la instrucción programada, la cual fue la base de las llamadas máquinas de enseñanza.
Durante el siglo XX, la neurología también presenció importantes avances. El fisiólogo británico Edgar Douglas Adrian llevó a cabo mediciones y registros de los potenciales eléctricos de las fibras nerviosas tanto motoras como sensitivas. Además, Sherrington profundizó en la acción integradora del sistema nervioso, seguido por los fisiólogos estadounidenses Joseph Erlanger y Herbert Spencer Gasser, quienes demostraron las diferencias funcionales entre las fibras nerviosas y emplearon un osciloscopio para registrar la variación de los impulsos eléctricos en dichas fibras.
Posteriormente, las investigaciones del bioquímico estadounidense Julius Axelrod, el fisiólogo sueco Ulf von Euler y el médico británico Bernard Katz revelaron la función de ciertas sustancias químicas en la transmisión de los impulsos nerviosos. Estos descubrimientos resultaron vitales en procesos tan esenciales como el control de la presión sanguínea y la movilización de la fuerza para hacer frente a situaciones de emergencia.
