Fundación H.A. Barceló Facultad de Medicina

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1 Fundación H.A. Barceló Facultad de Medicina LICENCIATURA EN NUTRICION PRIMER AÑO FISIOLOGIA MODULO 10 1

2 MODULO 10: COMUNICACIÓN, CONTROL E INTEGRACIÓN Funcionamiento del Sistema Nervioso OBJETIVOS - Interpretar las funciones de todos los componentes del Sistema Nervioso Central - Reconocer el funcionamiento de las vías sensitivas y motoras - Interpretar el funcionamiento del Sistema Nervioso Autónomo - Relacionar los receptores sensoriales con sus funciones específicas - Relacionar el Sistema Nervioso con la nutrición EJES TEMÁTICOS - Sistema Nervioso central (SNC): componentes y funciones - Vías sensitivas y motoras - Funciones del Sistema Nervioso Periférico (SNP) - Sistemas Simpático y Parasimpático - Receptores sensoriales: especialización y funciones MARCO TEÓRICO El sistema nervioso se organiza en Sistema Nervioso Central (SNC) y Sistema Nervioso Periférico (SNP). El SNC está formado por el encéfalo y la médula espinal, en los que existen núcleos (cuerpos de células neuronales) y haces o fascículos (conjuntos de fibras nerviosas que comunican regiones). Recibe impulsos aferentes que proceden de las neuronas sensitivas y dirige la actividad de las neuronas motoras que inervan músculos y glándulas. El SNP consta de nervios (conjuntos de axones neuronales), ganglios (conjunto de cuerpos neuronales) y plexos nerviosos (redes), que integran las vías nerviosas que van al SNC y vienen de él. Las fibra aferentes llevan información al SNC y las eferentes traen impulsos desde éste hacia los órganos efectores. 2

3 La regulación de la actividad del músculo cardíaco, los músculos lisos y las glándulas se realiza a través del Sistema Nervioso Autónomo, cuya actividad es independiente de la voluntad. La percepción de sensaciones como sonidos, colores, texturas, temperatura, olores y sabores depende del procesamiento cerebral de impulsos nerviosos generados en los receptores sensitivos. Éstos varían en estructura y funciones y pueden agruparse en distintas categorías como fotorreceptores (en la retina del ojo), quimiorreceptores (papilas gustativas, epitelio olfativo, etc.), termorreceptores (en la piel), y mecanorreceptores (en la piel y en el oído interno). Lección 1: Funciones del Sistema Nervioso Central La organización estructural del Sistema Nervioso se estudia en la materia Anatomía del presente curso. Sin embargo, mencionaremos aquí algunos aspectos estructurales, necesarios para comprender el funcionamiento del sistema. Encéfalo, Médula espinal y Líquido Cefalorraquídeo El SNC está formado por el encéfalo y la médula espinal. Es el sistema que integra las sensaciones aferentes y la eferencia motora, ya que recibe la información y emite las respuestas correspondientes. Está protegido, externamente, por los huesos craneales que encierran el encéfalo y las vértebras que recubren la médula espinal. La cubierta interna son las meninges; las meninges de la médula continúan dentro del conducto raquídeo hasta el final de la misma. Las meninges son tres capas membranosas: Duramadre (capa más externa) Aracnoides (capa intermedia) Piamadre (capa más interna) El sistema se encuentra protegido, además, por el líquido cefalorraquídeo (LCR). Este es producido por filtración de sangre a nivel del plexo coroide de cada ventrículo, fluye por los ventrículos laterales, el tercer ventrículo, el cuarto ventrículo y el espacio subaracnoideo, volviendo luego a la sangre. 3

4 El líquido cefalorraquídeo es secretado hacia el interior de los cuatro ventrículos. Desde allí, circula bañando el cerebro y la médula espinal. El encéfalo está compuesto por el cerebro, el tronco cerebral y el cerebelo. A su vez, el tronco cerebral está formado por el bulbo raquídeo, la protuberancia y el mesencéfalo. Corte sagital del encéfalo 4

5 El cerebro realiza gran parte de las funciones del encéfalo. Presenta cinco pares de lóbulos que constituyen los dos hemisferios, con sus circunvoluciones. Los hemisferios están conectados por un gran haz de fibras: el cuerpo calloso. La corteza cerebral y los núcleos cerebrales más profundos están formados por sustancia gris. En el resto del cerebro existe sustancia blanca. Distribución de la sustancia blanca y la sustancia gris en el cerebro. Los dos hemisferios cerebrales presentan cierta especialización funcional, lo que suele denominarse lateralización cerebral. El hemisferio izquierdo es dominante en cuanto al lenguaje y la capacidad analítica, mientras que el derecho es más importante para el patrón de reconocimiento, la composición musical y el canto. La cooperación entre hemisferios es posible dada la comunicación que provee el cuerpo calloso. En la corteza cerebral, el área de Wernicke participa en la comprensión del lenguaje y el área de Broca es necesaria para la realización mecánica del habla. El sistema límbico y el hipotálamo son regiones consideradas centros de varias emociones. La porción medial de los lóbulos temporales, en concreto el hipocampo, participa en la consolidación de la memoria reciente en memoria remota. 5

6 Áreas de la corteza y sus funciones asociadas. En la región anterior del encéfalo se encuentra el diencéfalo, estructura integrada por el tálamo, el epitálamo (que incluye a la epífisis o glándula pineal), el hipocampo y la hipófisis. Realiza numerosas funciones relacionadas con la regulación del funcionamiento de las vísceras. Componente TALAMO EPITÁLAMO HIPOTÁLAMO DIENCÉFALO Función Centro transmisor de información sensitiva Contiene el plexo coroide, donde se produce el LCR Contiene la Glándula Pineal (Epífisis), secretora de la hormona melatonina Centro de control de la sed, hambre, temperatura corporal Junto con el sistema límbico, controla emociones Controla la Glándula Hipófisis 6

7 El tronco cerebral cumple funciones sensitivas, motoras y reflejas. Componente BULBO RAQUÍDEO PROTUBERANCIA MESENCÉFALO TRONCO CEREBRAL Funciones Vía de conducción de impulsos nerviosos (sensitivos y motores) y centro de reflejos del SNA (respiratorios, cardíacos, viscerales y glandulares). Los impulsos sensitivos son conducidos por el bulbo hacia el cerebro y el cerebelo, siguiendo una vía aferente. Los impulsos motores son conducidos hacia la médula espinal mediante una vía eferente. Conduce impulsos sensitivos hacia el cerebro y el cerebelo. Los impulsos motrices llegan por fibras nerviosas que parten del cerebro. Los actos reflejos que dependen de la protuberancia son los relacionados con mantener el equilibrio y los llamados reflejos emocionales. Contiene centros para ciertos reflejos de nervios craneales. El cerebelo coordina todas las sensaciones que indican la dirección del desplazamiento en el espacio, y gobierna los movimientos necesarios para el mantenimiento del equilibrio. Las sensaciones provienen de la vista, los músculos que mantienen la verticalidad y los canales semicirculares del oído interno. La médula espinal actúa como el nexo entre el cerebro y el resto del organismo y también puede procesar cierta información por sí misma vía reflejos medulares, que no involucran actividad cerebral y no alcanzan el nivel de lo conciente. Está localizada en la columna vertebral, rodeada y protegida por meninges. La parte dorsal de la médula contiene las vías aferentes sensoriales y la parte ventral involucra la porción motora. Actúa como un verdadero centro distribuidor de información. 7

8 Lección 2: Sistema Nervioso Periférico Actividad Autónoma El encéfalo recibe la información sensitiva, procedente de los órganos receptores, a través de haces de fibras ascendentes de la médula espinal, que conducen los impulsos hacia arriba. Cuando el encéfalo dirige las actividades motoras, esta información viaja por la médula espinal, en forma de impulsos nerviosos, a través de los haces de fibras descendentes. El SNC se comunica con el resto del organismo mediante los nervios craneales, que salen del encéfalo, y los nervios raquídeos que salen de la médula espinal. Estas vías nerviosas constituyen el Sistema Nervios Periférico (SNP). Los nervios craneales son doce pares, la mayoría de ellos mixtos (con función sensitiva y motora). Algunos, como el olfatorio, el óptico y el auditivo, solo tienen función sensitiva. PAR NOMBRE PRINCIPALES FUNCIONES I Olfatorio Olfato II Óptico Visión III Motor ocular común Movimientos oculares IV Troclear / Patético V Trigémino / Sensorial cefálico + Masticación VI Motor ocular externo VII Facial VIII Vestíbulo coclear (Equilibrio + Audición) Movimientos oculares Sensaciones de la cabeza y la cara. Masticación. Movimientos oculares Expresiones faciales. Secreción salival y lacrimal. Audición. Sentido del equilibrio IX Glosofaríngeo (deglución) Sensaciones de la lengua. Deglución. X Vago / Visceral / Neumogástrico Sensaciones y movimientos digestivos y respiratorios. XI Rotador de la cabeza Movimientos de la cabeza. XII Hipogloso / Motor de la lengua Movimientos de la lengua. Los nervios raquídeos son treinta y un pares, que se agrupan ocho cervicales, doce dorsales, cinco lumbares, cinco sacros y un coccígeo. Cada par contiene fibras sensitivas y fibras motoras. La raíz dorsal de un nervio raquídeo contiene fibras sensitivas y los cuerpos celulares de estas neuronas se encuentran en los ganglios de las raíces dorsales. La raíz ventral de un nervio raquídeo está formada por fibras motoras. 8

9 Los nervios raquídeos contienen fibras sensitivas y motoras que se relacionan con la sustancia gris de la médula espinal. Las funciones de los componentes sensitivo y motor de un nervio raquídeo se ponen de manifiesto durante un reflejo: Arco reflejo: reflejo medular en el que intervienen neuronas sensitiva y motora. En este caso, interviene también una neurona de asociación. 9

10 La estimulación de un cierto órgano receptor produce potenciales de acción que son conducidos por neuronas sensitivas hasta la médula espinal. Allí, la neurona puede establecer sinapsis con una neurona de asociación o interneurona que, a su vez, hace sinapsis con una neurona motora. Ésta conduce el impulso a través de una fibra nerviosa motora hasta el músculo efector. Al llegar el impulso al músculo, éste se contrae (movimiento reflejo). El encéfalo no interviene en forma directa durante la acción refleja provocada por el estímulo. Este tipo de recorrido de la información se conoce como arco reflejo. Existen arcos reflejos en los que la neurona sensitiva conecta directamente con la motora, no interviene ninguna interneurona. Es el caso del reflejo rotuliano. Otros arcos reflejos, en cambio, son más complejos ya que requieren de varias interneuronas y se refieren al control motor y los reflejos autónomos. Las neuronas motoras o eferentes, pueden ser somáticas o autónomas, según el efector al cual llevan la información. Las neuronas motoras somáticas tienen sus cuerpos neuronales en el SNC y envían axones a los músculos esqueléticos, cuya contracción es voluntaria. Los músculos esqueléticos están organizados de manera tal que varias células musculares finas quedan envueltas dentro de una vaina de tejido conjuntivo y se llaman fibras intrafusales, es decir, están dentro de la vaina o huso. Las neuronas motoras alfa inervan las fibras musculares extrafusales 10

11 Por fuera del huso, paralelas a las intrafusales, hay fibras no envueltas denominadas extrafusales. Los husos se insertan en los tendones del músculo. Existen dos tipos de neuronas motoras somáticas eferentes: alfa y gamma. Las motoneuronas alfa inervan las fibras musculares extrafusales, mientras que las gamma inervan las fibras intrafusales (dentro del huso muscular). Estas motoneuronas cumplen un importante papel en el reflejo de estiramiento de los músculos y el control voluntario de los movimientos esqueléticos. La regulación de la actividad del músculo cardíaco, de los músculos lisos de las vísceras y de las glándulas está a cargo del Sistema Nervioso Autónomo, que está compuesto por las neuronas autónomas. La acción motora por parte del sistema autónomo requiere de la participación de dos neuronas en la vía eferente: la primera de ellas tiene su soma neuronal en la sustancia gris del cerebro o de la médula espinal, y establece sinapsis con una segunda neurona, localizada en un ganglio, cuyo axón se extiende hasta el efector. Funcionalmente, el sistema nervioso realiza acciones voluntarias y acciones involuntarias. Estas últimas están a cargo del Sistema Nervioso Autónomo (SNA), que puede provocar efectos excitatorios o inhibitorios sobre las vísceras que inerva. El SNA opera para regular el ambiente interno del cuerpo; tiene dos tipos de nervios eferentes, los simpáticos y los parasimpáticos. Los primeros son aceleradores de las funciones orgánicas involuntarias, como la contracción de vísceras o de vasos sanguíneos. Los parasimpáticos, en cambio, tienen un efecto de frenado o moderación de dichas funciones. Las neuronas del SNA son: - preganglionares: se originan en el SNC - postganglionares: se originan en los ganglios dispuestos en paralelo a la médula espinal El origen específico de las fibras preganglionares y la localización de los ganglios son diferentes para cada una de las dos divisiones del SNA: simpático y parasimpático. 11

12 S.N.A. SIMPÁTICO PARASIMPÁTICO Neuronas preganglionares originadas a nivel torácico y lumbar de la médula Neuronas preganglionares originadas en el cerebro y a nivel sacro de la médula Induce efectos adrenérgicos Induce efectos colinérgicos Es Sistema Simpático estimula, en el organismo humano y en otros mamíferos, la preparación para la lucha o la alerta. Esto lo logra mediante la liberación del neurotransmisor noradrenalina por parte de las fibras postganglionares, y la secreción de adrenalina por parte de las glándulas suprarrenales. El Sistema Parasimpático induce efectos antagonistas (contrarios) a los anteriores, mediante la liberación del neurotransmisor acetilcolina a partir de sus fibras postganglionares. Los efectos inducidos por ambos sistemas deben permanecer equilibrados para mantener la homeostasis corporal. Todas las fibras nerviosas preganglionares del SNA son colinérgicas, es decir, utilizan acetilcolina como neurotransmisor. Las fibras postganglionares parasimpáticas, las fibras simpáticas que inervan las glándulas sudoríparas y las que inervan vasos sanguíneos del músculo esquelético emplean también acetilcolina. La mayor parte de las fibras postganglionares simpáticas son adrenérgicas, es decir, utilizan noradrenalina como neurotransmisor. Entre los efectos adrenérgicos más importantes, se encuentran el aumento de la frecuencia cardíaca, de la fuerza de contracción del corazón, la vasoconstricción en los órganos internos y la piel, la broncodilatación, contracción de esfínteres en estómago e intestino y la glucogenolisis (ruptura de glucógeno) en el hígado. 12

13 La mayor parte de los órganos recibe una inervación doble, es decir, están inervados por fibras simpáticas y por parasimpáticas. En estos órganos, los efectos de ambos sistemas pueden ser variables: EFECTOS TIPO ACCIÓN ÓRGANOS Antagonista contraria corazón y pupilas Complementario ambos tipos de fibras provocan acciones similares ambos tipos de fibras provocan efectos Cooperativo diferentes, pero terminan en una misma acción glándulas salivales (regulación de la secreción) sistema reproductor y sistema urinario El bulbo raquídeo controla de manera directa la actividad del SNA, ya que en él se localiza el control de los sistemas cardiovascular, pulmonar, digestivo, urinario y reproductor. A su vez, el bulbo recibe impulsos sensitivos y es regulado por áreas cerebrales como el hipotálamo (que contiene los centros de control de temperatura, hambre y sed). Éste recibe impulsos que provienen del sistema límbico, el cerebelo y el cerebro. Estas interconexiones permiten relacionar el SNA con algunas de las respuestas viscerales que acompañan a los estados emocionales. 13

14 Lección 3: Fisiología de los Sentidos La estructura y distribución de los órganos de los sentidos se estudia en la materia Anatomía del presente curso. Por lo tanto, mencionaremos solo los aspectos generales básicos relacionados con el funcionamiento sensorial. Los distintos tipos de estímulos externos, como luz, temperatura, presión, sustancias químicas, etc. producen potenciales de acción en neuronas sensitivas localizadas en los órganos receptores. Estos impulsos son conducidos a diferentes zonas del cerebro, donde la información sensitiva activa vías nerviosas concretas, produciéndose la interpretación adecuada de dicha información. Existe diversidad de receptores, que pueden ser terminaciones nerviosas dendríticas, neuronas especializadas o células epiteliales especializadas asociadas a terminaciones nerviosas sensitivas. Según el estímulo que reciben pueden ser quimiorreceptores, fotorreceptores, termorreceptores, mecanorreceptores, etc. Los receptores localizados en músculos, tendones y articulaciones se denominan propioceptores. En la piel, existen diferentes receptores cutáneos, que reciben información que será transportada hasta la circunvolución poscentral del cerebro. El campo receptivo de una neurona sensitiva cutánea es la zona de piel que cuando se estimula induce la respuesta correspondiente. Los receptores gustativos se encuentran en las papilas gustativas, que están especializadas para reaccionar ante sustancias de sabor dulce, ácido, amargo o salado. Se encuentran en regiones concretas de la lengua, según el gusto que perciben. La percepción de los sabores salado y ácido se debe al transporte de iones, Na+ y H+ respectivamente, a través de canales iónicos (proteínas de membrana) de las células de las papilas. Los sabores dulce y amargo, en cambio, se deben a la unión de las respectivas moléculas con proteínas receptoras de membrana asociadas a proteína G. Los mecanismos de acción de los Receptores Asociados a Proteína G se estudian en la materia Bioquímica del presente curso. 14

15 Los receptores olfativos son neuronas que contienen cilias, ubicadas en el epitelio olfativo (mucosa olfatoria). Establecen sinapsis con neuronas del bulbo olfatorio de la corteza cerebral. Las moléculas que producen el olor se unen a proteínas receptoras de membrana y desencadenan el mecanismo de amplificación del efecto. Los receptores de equilibrio se encuentran el oído interno, en la zona denominada aparato vestibular. Los movimientos de la cabeza provocan que el líquido contenido en estas estructuras mueva los estereocilios de las células pilosas sensitivas del interior del aparato vestibular. Este movimiento produce un potencial de acción por parte de las células, que activa el nervio vestíbulococlear (VIII), que se proyecta en el cerebro y en el bulbo raquídeo. La audición se produce cuando las ondas de sonido provocan la vibración de la membrana timpánica o tímpano, ubicada en el límite entre el oído externo y el oído medio. Estas vibraciones causan el movimiento de los huesecillos del oído medio, que ejercen presión sobre la membrana denominada ventana oval. Ésta, a su vez, provoca movimientos de líquido que estimulan las células pilosas sensitivas, generando un potencial de acción que se transmite al cerebro a través del nervio vestíbulococlear (VIII) y esto es interpretado como sonido. La visión se produce cuando la luz es enfocada por la córnea y el cristalino sobre la zona fotorreceptora de la retina, situada en la parte posterior del ojo. En la retina hay neuronas fotorreceptoras (bastones y conos) que contienen moléculas de pigmento que se disocian en presencia de la luz. Esta reacción fotoquímica produce potenciales de acción en el nervio óptico. Los bastones permiten la visión en blanco y negro, en condiciones de baja intensidad de luz. Los conos proporcionan la visión del color cuando la intensidad de luz es mayor. 15