UD 15: REGULACIÓN Y COORDINACIÓN EN ANIMALES.

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1 UD 15: REGULACIÓN Y COORDINACIÓN EN ANIMALES. 1.- LOS SISTEMAS DE COORDINACIÓN EN ANIMALES. Existen dos sistemas de coordinación en animales, el sistema nervioso y el sistema hormonal o endocrino. Ambos regulan el funcionamiento del animal del mismo modo. Estímulo Receptor Sistema de coordinación Efector. Respuesta. Físico Químico. Biótico Quimiorreceptores Mecanorreceptores. Termorreceptores. Fotorreceptoreses Sistema nerviosos Sistema hormonal Músculo. Glándula. Motora. Secretora Características Mecanismos de transmisión Sistemas de coordinación en animales Sistema nervioso Sistema hormonal Impulsos nerviosos Hormonas Vía de transmisión Nervios Fluidos circulantes (medio interno) Velocidad de la respuesta Rápida Lenta Duración de la respuesta Funciones que regulan o coordinan 2.- EL SISTEMA NERVIOSO. Breve Las que exigen respuestas rápidas: locomoción, situaciones de peligro, etc. Duradera Las que requieren respuesta lentas pero continuadas: metabolismos, crecimiento, desarrollo, etc. Es el encargado de recibir la información tanto del medio externo como interno, integrarla, interpretarla y elaborar las respuestas, para regular y coordinar el buen funcionamiento del organismo. Está formado por el tejido nervioso, constituido por las neuronas y células de glía. En la regulación o coordinación nerviosa intervienen de forma secuencial, las siguientes estructuras: Receptores: especializadoss en captar los estímulos tanto externos como internos. Vías nerviosas sensitivas (vías aferentes). Conducen los impulsos nerviosos desde los receptores hasta los centros nerviosos. Centros nerviosos. Vías nerviosas motoras (vías eferentes). Conducen las órdenes desde los centros nerviosos hasta los efectores. Efectores: encargados de ejecutar las respuestas. Página 1 de 9

2 2.1.- Origen y transmisión del impulso nervioso. Las señales que llegan a las neuronas se denominan impulso nervioso. Este se debe a cambios electroquímicos que ocurren en la membrana de las neuronas. Todas las membranas plasmáticas de las células tienen permeabilidad selectiva, con lo cual permiten el pasaje de determinados iones y limitan el de otros por los poros y canales específicos. Cuando la neurona está en reposo hay mayor cantidad de cargas negativas del lado interno de la membrana y más cargas positivas del lado externo. Este desequilibrio se produce por las razones que se detallan a continuación: - El catión potasio (K + ), el más abundante dentro de la célula, difunde libremente hacia el exterior por canales libres para potasio que están en la membrana. - El catión sodio (Na + ), más abundante por fuera de la neurona, ingresa poco a la célula porque hay menos canales libres para sodio presentes en la membrana. - El anión cloruro (Cl - ) es el más abundante fuera de la célula. - La bomba de sodio y potasio elimina tres cationes de sodio de la célula por cada dos cationes de potasio que incorpora, con gasto de energía. Los cationes de sodio no pueden entrar nuevamente en la neurona porque la membrana es impermeable al sodio, con lo cual se concentran en el exterior. Toda esta situación produce la polarización de la membrana, con una diferencia de potencial entre el exterior y el interior de -70 mv en las neuronas, conocida como potencial de reposo. Por convención, se considera negativo el interior respecto al valor de cargas positivas en la parte externa. Cuando un estímulo provoca una alteración en la permeabilidad de la membrana que permite la entrada masiva de iones Na+ en ese punto, se invierte la polaridad, haciéndose positivo el interior y negativo el exterior. Se produce pues una despolarización. El potencial eléctrico varía pasando desde -70 mv del potencial de reposo a + 30 mv del potencial de acción. Esta despolarización perturba las zonas de la membrana adyacente y se propaga a lo largo de todo el axón. Posteriormente unas bombas de Na + /K + extraen el 3 Na + e introducen 2 K +, haciendo que se recupere el estado inicial. Repolarización. El proceso completo dura aproximadamente 1 ms. Para que un estímulo será eficaz debe superar un umbral de excitabilidad, por debajo del cual no se inicia el impulso (no se produce la despolarización de la membrana). Ley del todo o nada. Cuando un estímulo tiene la intensidad suficiente para iniciar el impulso (es decir supera el umbral de excitabilidad) este se conduce independientemente de su naturaleza e intensidad. Durante cierto tiempo, 0,5-2 ms, (periodo refractario) la neurona es incapaz de conducir un nuevo impulso. Es el tiempo que tarda en recuperar su polaridad. Página 2 de 9

3 2.2.- Sinapsis neuronal. La sinapsis es el proceso de comunicación entre dos neuronas. Consta de los siguientes elementos: - Neurona presináptica. - Hendidura o brecha sináptica (20-50 nm) - Neurona postsináptica. Existen dos tipos de sinapsis: - Sinapsis química. El impulso nervioso se transmite a través de la sinapsis mediante neurotransmisores (adrenalina, noradrenalina, acetilcolina, serotonina, dopamina, endorfinas, etc.) - Sinapsis eléctrica. En estas sinapsis las membranas de las células pre y postsinápticas están unidas por una unión tipo gap, o unión comunicante. Esta unión deja en su centro un canal de comunicación a través del cual fluye la corriente iónica de una célula a otra de forma directa sin intervención de neurotransmisores. Las sinapsis eléctricas no son exclusivas de las neuronas, se encuentran también en el músculo cardíaco, liso y en los hepatocitos. Es un tipo de transmisión rápida y estandarizada, que sirve para transmitir señales sencillas. Más frecuente en invertebrados. 3.- SISTEMA NERVIOSO DE LOS INVERTEBRADOS. A lo largo de la evolución el sistema nervioso tiende a hacerse más complejo. - Se pasa de redes difusas a circuitos unidireccionales. - Las fibras nerviosas tienen a adquirir mayor diámetro y con ello aumentar la velocidad de conducción de los impulsos nerviosos. - Aumenta el número de células nerviosas agrupadas en ganglios. - Se produce una cefalización - El sistema nervioso se sitúa en posición ventral. En poríferos no existe sistema nervioso. En cnidarios (celentéreos) plexos o redes difusas. Aparecen órganos de los sentidos primitivos: ocelos y estatocistos. En platelmintos. Sistema nervioso en forma de escalera con un par de ganglios cerebroideos en posición anterior. Es decir, aparece ya un primitivo SNC y SNP. En anélidos. SN en forma de escalera de cuerda. Con cadenas ganglionares en posición ventral y un par de ganglios en cada segmento (metamería). Anillo periesofágico y ganglios cerebroideos. Los moluscos. SN similar a anélidos, pero con mayores concentraciones ganglionares. Los cefalópodos, SN más complejo y más cefalizado. Los artrópodos. SN en escalera, similar al de los anélidos pero con un mayor aumento de la concentración ganglionar en la cabeza. En los equinodermos. SN primitivo. Anillo periesofágico que conecta con nervios radiales. Página 3 de 9

4 4.- SISTEMA NERVIOSO DE LOS VERTEBRADOS. - Mucho más evolucionado. - El sistema nervioso se sitúa en posición dorsal. Sistema nervioso de los vertebrados Encéfalo Sistema Nerviosoo Central (SNC) Médula espinal Nervios craneales Sistema Nerviosoo Periférico (SNP) Nervios espinales SISTEMA NERVIOSO CENTRAL. - Formado por: encéfalo y médula espinal. - Protegido por: cráneo, columna vertebral, meninges (duramadre, aracnoides y piamadre) y líquido cefalorraquídeo (LCR) ENCÉFALO. Originado a partir de un tubo neural dorsal, de origen ectodérmico. Formará primeramente tres vesículas encefálicas primarias: prosencéfalo, mesencéfalo y rombencéfalo. Posteriormente se dividirán de nuevo para originar las 5 vesículas encefálicas definitivas: telencéfalo, diencéfalo, mesencéfalo, metencéfalo y mielencéfalo. Prosencéfalo. De gran desarrollo en vertebrados y sobre todo en mamíferos. Durante el desarrollo embrionario se divide en dos: Telencéfalo. Contiene los lóbulos olfatorios que se van reduciendo en vertebrados superiores, y el cerebro. El cerebro se encarga de coordinar la información sensorial y controlarr el movimiento. También es sede de la inteligencia, la memoria, inteligencia, etc. La sustancia gris se encuentra en la corteza cerebral y la sustancia blanca en el interior. Diencéfalo. Compuesto por: o Tálamo: procesa la información sensitiva y la envía a la corteza cerebral. Es la antesala de la conciencia. o Hipotálamo: centro de regulación de la sed, el hambre y la saciedad. Centro de regulación de los ritmos biológicos y del sueño y de los diferentes estados emocionales. Control de los impulsos sexuales. Relacionado con la hipófisis para la producción y liberación de hormonas. Página 4 de 9

5 o Epitálamo (glándula pineal) en humanos segrega la melatonina que induce el sueño y colabora en el control de los biorritmos. Mesencéfalo. Contiene los lóbulos ópticos (centros de visión en vertebrados no mamíferos). En los mamíferos se encuentran en la parte dorsal del mesencéfalo los tubérculos cuadrigéminos en los que hacen sinapsis, en su camino a la corteza cerebral, los nervios auditivos y ópticos. Rombencéfalo. Se divide en dos: Metencéfalo. Formará el cerebelo. Coordina el tono muscular. Controla la postura y el equilibrio. Mielencéfalo. Es el bulbo raquídeo, controla muchas actividades vitales automáticas de las vísceras, como la ventilación pulmonar, el latido cardiaco, la presión sanguínea, el estornudo, el hipo, el vómito, los movimientos peristálticos, etc MÉDULA ESPINAL. Se extiende desde el bulbo raquídeo por el interior de la columna vertebral. Presenta una cavidad central o epéndimo que es una continuación de los ventrículos encefálicos y contiene LCR. La sustancia gris se encuentra en el interior y tiene forma de mariposa y la sustancia blanca en el exterior. Función: - Transmite los impulsos desde y hacia los centros superiores del encéfalo. - Controla los actos reflejos (involuntarios) no requieren de la actuación del encéfalo SISTEMA NERVIOSO PERIFÉRICO (SNP) Está formado por los ganglios y los nervios que parten del encéfalo (craneales) y de la médula espinal, que se ramifican y se distribuyen por todo el cuerpo. Según su función se distinguen dos tipos de nervios: - Vía aferente o nervios sensitivos, transmiten la información desde los receptores hasta el SNC. - Vía eferente o nervios motores, conducen las respuestas desde el SNC hasta los efectores. Desde el punto de vista funcional, el SNP se divide en dos sistemas: Sistema nervioso somático. Interviene en el movimiento corporal (músculos esqueléticos de control voluntario). Está formado por los nervios craneales (12 pares en el hombre), algunos sensitivos o motores o mixtos. Inervan la cabeza, la parte superior del tronco y algunos órganos internos. Y los nervios raquídeos o espinales (31 pares) todos mixtos y salen de los espacios intervertebrales al unirse las raíces dorsales y ventrales. Intervienen en los actos reflejos. Página 5 de 9

6 Sistema nervioso autónomo o vegetativo. (SNA) Anatómicamente está formado los centros nerviosos situados en el SNC (hipotálamo, bulbo, raquídeo y médula), los receptores internos, las fibras sensitivas y las motoras. Actúa sobre las funciones básicas del organismo que se realizan de manera involuntaria, inconsciente y automática, por lo que el cerebro no tiene dominio sobre él, por ejemplo, el latido del corazón, el movimiento de los pulmones, vísceras o secreciones glandulares. Según la función que realice podemos dividirlo en dos grandes subsistemas: sistema nervioso simpático y parasimpático, de efectos antagónicos. Cada órgano se encuentra inervado por dos nervios distintos del SNA, uno simpático y otro parasimpático. Sistema nervioso simpático. Prepara al organismo para la acción en estados de urgencia, lucha, huída, estrés, miedo, etc. El parasimpático lo prepara para situaciones de reposo FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA NERVIOSO. El SNC elabora dos tipos de respuestas: los actos voluntarios y los actos reflejos. En un acto voluntario la respuesta es voluntaria y consciente y es elaborada por el cerebro. En un acto reflejo, la respuesta es involuntaria e interviene en su elaboración la médula espinal. Los actos reflejos se llevan a cabo mediante unas estructuras nerviosas denominadas arcos reflejos. Estos pueden ser monosinápticos o polisinápticos. 5.- RECEPTORES. Son células encargadas de captar estímulos y transformarlos en impulsos nerviosos. Entre sus principales características destacan su especificidad y su adaptación. Los receptores pueden ser de origen epitelial (conectados a una neurona) o directamente de origen neuronal. Se pueden encontrar aislados, como los nociceptores o agrupados formando órganos de los sentidos. Página 6 de 9

7 Según su localización Según el estímulo al que son sensibles Clasificación de los receptores Exterorreceptores Interorreceptores Quimiorreceptores. Mecanorreceptores. Termorreceptores. Fotorreceptores. Nociceptores (dolor). - Propiorreceptores - Viscerorreceptores 6.- EFECTORES. Ejecutan la repuesta. Pueden ser músculos (respuesta motora) o glándulas (respuesta secretora). Músculos Estriados Lisos - Contracción rápida y voluntaria - Regulados por el SNC. - Ej. Músculos esqueléticos. - Contracción lenta e involuntaria. - Regulados por el SNA. - Ej. Musculatura visceral 7.- EL SISTEMA HORMONAL. Funciona mediante hormonas que son compuestos orgánicos (proteicos o lipídicos) elaborados por glándulas endocrinas. Actúan sobre células u órganos diana donde se localizan los receptores específicos. Son necesarias en pequeñas cantidades. Problemas con hipofunción e hiperfunción. Regulación de la liberación de hormonas mediante retroalimentación o feed-back. Además de hormonas existen también: - Neurohormonas: segregadas por neuronas o células neurosecretoras. - Feromonas: expulsadas al medio ambiente. Modifican el comportamiento del organismo. Las hormonas de los invertebrados son en la mayoría neurohormonas. Las más importantes y conocidas son las de los insectos que controlan procesos como la muda (ecdisona), la metamorfosis y el comportamiento reproductor. En los vertebrados la mayoría de las hormonas son transportadas por la sangre unida a proteínas transportadoras. Existen dos tipos de hormonas: - Hormonas lipídicas (esteroides). Atraviesan fácilmente la membrana y se unen a receptores intracitoplasmáticos mediante los cuales llegan al núcleo e intervienen en la expresión de los genes. - Hormonas proteicas, se unen a receptores de membrana en la superficie provocando la síntesis de un segundo mensajero (AMPc) que activa o inactiva ciertas enzimas o abren o cierran ciertos canales iónicos. El conjunto de todas las glándulas de secreción interna se denomina sistema endocrino (o neuroendocrino). Página 7 de 9

8 Ambos sistemas, el nervioso y el endocrino se encuentran íntimamente relacionados mediante el eje hipotálamo-hipófisis. Las neurosecreciones del hipotálamo (factores liberadores o RF) pasan por vía sanguínea a la adenohipófisis regulando la secreción de esta. El hipotálamo también sintetiza neurohormonas como la oxitocina y la vasopresina, que son vertidas a la neurohipófisis, donde se almacenan y las libera a la sangre. Página 8 de 9

9 GLÁNDULAS ENDOCRINAS Glándula Hormona Tejido/órgano diana Función TSH (tirotropina) Tiroides Regula la secreción de tiroxina por el tiroides ACTH (adrenocorticotropina) Corteza suprarrenal Controla la secreción de cortisona. FSH - Ovarios Provoca la secreción de estrógenos por los ovarios y - Testículos la maduración de espermatozoides. Adenohipófisis - Ovarios. Estimula la secreción de progesterona y LH - Testículos testosterona. Hipófisis - Huesos. Controla el crecimiento. GH (somatotropina) - Cartílagos. PRL (prolactina) Glándulas mamarias Estimula secreción de leche tras el parto. Lóbulo intermedio MSH Melanóforos Estimula la síntesis de melanina Neurohipófisis 1 Oxitocina Útero Estimula la contracción del útero durante el parto y facilita la salida de leche en la succión. ADH (vasopresina) Riñón. Favorece la reabsorción de agua. Tiroides Tiroxina General Estimula el metabolismo celular y el crecimiento. Calcitonina Huesos Estimula el depósito de Ca 2+ en el hueso. Paratiroides Parathormona Huesos Antagónica a la calcitonina Regula metabolismo de glúcidos, lípidos y proteínas. Cortisona (glucocorticoide) General Controla inflamaciones. Corteza Cápsula Aldosterona Retiene el agua. Túbulos renales suprarrenal (mineralocorticoide) Médula Adrenalina y Noradrenalina Músculo, corazón, Hormonas del estrés y la emergencia. vasos sanguíneos, hígado, etc. Páncreas Insulina General Reduce la glucemia y estimula la glucogénesis. Glucagón Hígado y tejido adiposo Aumenta la glucemia y estimula la glucogenolisis. Glándula pineal (Epífisis) Melatonina Células pigmentarias. Regula la secreción de gonadotropina en Gónadas. homeotermos. Testículos Testosterona (y otros Determina los caracteres sexuales masculinos General y aparato reproductor andrógenos) (primarios y secundarios) Estrógenos (estradiol) Determina los caracteres sexuales femeninos. Folículos General y útero. Ovarios Controla el ciclo ovárico Cuerpo lúteo Progesterona Útero. Prepara para el embarazo. Útero y placenta Relaxina Útero Relaja el cérvix para favorecer el parto. 1 Almacena y libera las neurohormonas sintetizadas por el hipotálamo Página 9 de 9