Biología Profundización

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1 UNIDAD 2: REGULACIÓN DE LAS FUNCIONES VITALES Y HOMEOSTASIS SUB-UNIDAD 2: SISTEMA NERVIOSO Biología Profundización En esta sesión tú podrás: - Identificar los componentes del sistema nervioso y entender su fisiología, siendo capaz de identificar los estímulos y respuestas procesados en cada órgano. - Comprender la estructura de la neurona, conectividad, organización y función del sistema nervioso en la regulación y coordinación de las funciones sistémicas, la motricidad y el comportamiento. - Identificar la función básica de la mielina. - Dominar el concepto de neuroglia y de sus funciones principales, e identificarlas. - Reconocer la naturaleza electroquímica del impulso nervioso y su forma de transmisión entre neuronas y entre neurona y músculo (señales químicas y sinapsis). - Dominar el concepto de neurotransmisor, impulso nervioso y sinapsis. ANATOMÍA Y FISIOLOGÍA DEL SISTEMA NERVIOSO Los componentes del sistema nervioso, como en cualquier estudio de un organismo vivo, requiere una descripción anatómica, diferenciando sus estructuras y funciones. A continuación revisaremos las estructuras y funciones básicas del sistema nervioso, recordando que existen muchas más las cuales recomiendo revisar en otras bibliografías. El sistema nervioso, posee básicamente tres estructuras de protección; ósea, tejido conectivo y liquido cefalorraquídeo. Las estructuras óseas son el cráneo y columna vertebral, bajo estas encontramos tres capas de tejido conectivo; duramadre, _l Autor: Jonathan Rivero G. / Edición: Katherine Brante C.

2 aracnoides y piamadre. Las estructuras del sistema nervioso se encuentran suspendidas en una sustancia llamada líquido cefalorraquídeo, que también circula a través de compartimientos a través del sistema nervioso. Cráneo en vista frontal 2

3 Cráneo en vista lateral 3

4 Meninges 4

5 Circulación y compartimientos del líquido cefalorraquídeo Guía N

6 Encéfalo Cerebro Es el órgano de mayor complejidad de cuerpo humano. Se dedica a coordinar e interrelacionar innumerables señales del medio externo e interno. Se encuentra alojado en la bóveda craneana, se divide a través de la cisura interhemisférica en hemisferio derecho e izquierdo. Cada hemisferio se separa en cuatro lobulos; hacia anterior se encuentra el lóbulo frontal, hacia posterior el lóbulo occipital, hacia superior el lóbulo parietal y hacia lateral el lóbulo temporal. Dos grandes surcos o cisuras corresponden a Silvio y Rolando, bajo el surco de Silvio se encuentra el lóbulo de la ínsula. Su estructura se visualiza con pliegues llamados circunvoluciones. Estas constituyen una forma de abarcar mayor área de corteza en un menor volumen de espacio. Internamente el cerebro se diferencia en sustancia gris, conformada principalmente por somas neuronales, y de una sustancia blanca, conformada principalmente por axones. También se encuentran cavidades por las cuales es producida y circula el líquido cefalorraquídeo, estos son los ventrículos. La sustancia gris se encuentra en la corteza cerebral y formando nucleos, estos son el Núcleo Lentiforme, Tálamo, y Núcleo caudado. Entre estos nucleos se encuentra el cuerpo calloso. El cerebelo se encuentra alojado en la cavidad posterior e inferior del cráneo, su estructura consta de sustancia gris, nucleos centrales, y sustancia blanca. Se caracteriza por su función de integrador de la información que ingresa y sale desde el sistema nervioso central, así coordina y afina las respuestas motoras emitidas. Por anterior del cerebelo se encuentra en tronco encefálico. Sus componentes desde superior a inferior son; mesencéfalo, protuberancia anular y bulbo raquídeo. En esta estructura se encuentra la gran mayoría de los núcleos de los nervios craneales y algunos raquídeos. 6

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10 Hay 12 pares de nervios craneales que constituyen los nervios periféricos del encéfalo. Estos nervios abandonan el cráneo a través de fisuras y forámenes para distribuirse en la cabeza y cuello principalmente (a excepción del décimo nervio craneal que inerva estructuras torácicas y abdominales). Los nervios craneales son: - Nervio Olfatorio (par craneal I) - Nervio Optico (par craneal II) - Nervio Oculomotor (par craneal III) - Nervio Troclear (par craneal IV) - Nervio Trigémino (par craneal V) - Nervio Abducens (par craneal VI) - Nervio Facial (par craneal VII) - Nervio Vestibulococlear (par craneal VIII) - Nervio Glosofaríngeo (par craneal IX) - Nervio Vago (par craneal X) - Nervio Accesorio (par craneal XI) - Nervio Hipogloso (par craneal XII) Para resumir las estructuras del encéfalo, analice el cuadro y revise en las bibliografías sus funciones individuales. 10

11 A continuación del bulbo raquídeo, se continua una larga extensión que se encuentra protegida por la columna vertebral, esta es la medula espinal. Se divide en porciones, una cervical, dorsal y lumbar. Como se visualiza en la figura de ella salen los 31 pares de nervios raquídeos a través de los agujeros de conjunción de la columna. Su función es de gran importancia ya que comunica las señales aferentes y eferentes entre el cerebro y el cuerpo. Otra función importante es que la medula espinal se encarga de los movimientos reflejos, o arco reflejo, o movimiento balístico. En este arco reflejo la señal es procesada en la medula y desde aquí se genera la respuesta motora. Por lo tanto su estructura también posee una sustancia blanca y una sustancia gris que en la medula se encuentra central y con forma de H. E Recuerden que la medula espinal propiamente tal termina a la altura de las vertebras L1-L2, lo que continua corresponde al resto de cordones nerviosos que forman la llamada cola de caballo. 11

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13 Histología del Sistema Nervioso Tras revisar los componentes macroscópicos del sistema nervioso y su organización, estudiaremos sus estructuras microscópicas, que corresponden a los grupos celulares que forman este sistema. La unidad funcional del sistema nervioso es la neurona. El sistema nervioso está formado por más de cien mil millones de neuronas. Su estructura se visualiza en la figura, esta corresponde a una neurona típica de la variedad que se encuentra en la corteza cerebral motora. Las señales de entrada (aferentes) llegan a la neurona a través de las sinapsis que establecen, principalmente, las dendritas y el soma celular. La señal de salida (eferente) se transmite por el axón de la neurona, el cual tiene muchas ramas separadas, destinadas a otras partes del sistema nervioso o al resto del cuerpo. Su estructura básica constituye el soma o cuerpo celular, las dendritas que corresponden a prolongaciones del soma, y el o los axones que son una extensa prolongación que termina en ramificaciones en donde se encuentran los botones sinápticos, lugar donde se realiza el proceso de sinapsis. Acompañando a este grupo celular, como en todo tejido, existen otros tipos celulares que presentan funciones de soporte y protección al tejido neuronal, incluso cumplen un rol fundamental en el desarrollo del sistema nervioso en la migración neuronal. 13

14 Las células gliales a su vez se clasifican principalmente en tres categorías: Guía N La microglia, formada por células que responden a un daño o enfermedad en el cerebro, activando una respuesta inflamatoria y fagocitando los detritus celulares. -Los astrocitos que se caracterizan por tener una forma estrellada. Los astrocitos están estrechamente vinculados con las neuronas en procesos como: la recaptura de neurotransmisores liberados durante la transmisión sináptica, el mantenimiento de la concentración de K + y del ph, la transferencia de sustratos metabólicos y la liberación de factores tróficos que promueven el crecimiento, maduración y reparación de las células nerviosas. -Los oligodendrocitos y las células de Schwann que forman la mielina, una membrana que sirve de barrera de aislamiento y que se encuentra involucrada en la conducción del impulso nervioso del sistema nervioso central y periférico, respectivamente. 14

15 La mielina, tiene como función el acelerar el impulso nervioso a través del axón. Esto se debe a que actúa como un aislante de corriente, gracias a su estructura de lipoproteína, por lo que el impulso nervioso salta de un nodo de Ranvier a otro, por lo que la velocidad del impulso aumenta. Recuerden que los oligodendrocitos recubren los axones de sistema nervioso central, y las células de Schwann los axones del sistema nervioso periférico. -Las células ependimarias, corresponden a un grupo celular organizado que forma el epitelio de los ventrículos cerebrales y canal del epéndimo de la medula espinal. Su función es la de contener el liquido cefalorraquídeo. En los plexos coroídeos, estas células se diferencian para ser capaces de secretar este líquido. - Las células de Müller, este tipo celular se relacionan con el desarrollo, organización y función de la retina. - Las células satélites o capsulares, se encuentran en ganglios espinales y periféricos. Estas forman verdaderas capsulas que envuelven los somas neuronales. Se encargan de formar y mantener un ambiente físico-químico controlado y apropiado para las neuronas de los ganglios espinales y periféricos. Las glías también se pueden clasificar topográficamente, esto quiere decir, de acuerdo a su ubicación. - SNC: Astrocitos, oligodendrocitos, microglia, células ependimarias - SNP: Células de Swhuann, células de Müller, y células satélite. 15

16 Sinapsis del Sistema Nervioso En el sistema nervioso central la información se transmite principalmente bajo la forma de potenciales de acción nerviosos, llamados simplemente impulsos nerviosos, que pasan uno tras otro por una serie de neuronas. Sin embargo, cada impulso puede además sumarse, restarse, bloquearse, generando así señales finales aun más complejas. Existen dos clases fundamentales de sinapsis; sinapsis química y sinapsis eléctrica. Casi todas las sinapsis que se utilizan para transmitir señales en el sistema nervioso central del ser humano son sinapsis químicas. En ellas, la primera neurona secreta en la sinapsis una sustancia química llamada neurotransmisor, que actúa sobre las proteínas receptoras de membrana de la siguiente neurona para excitarla, inhibirla o modificar su 16

17 sensibilidad. Existen hasta la fecha más de 40 sustancias transmisoras, entre las más conocidas tenemos: acetilcolina, adrenalina, histamina, acido gamma-aminobutírico (GABA), glicina, serotonina y glutamato. Una de las características principales de la sinapsis química es que es unidireccional, esto quiere decir que la señal pasa de una neurona presináptica a una postsináptica. Las sinapsis eléctricas, en cambio se caracterizan por ser canales directos que transmites impulsos eléctricos desde una célula a la siguiente. La mayoría de ellas consta de pequeñas estructuras tubulares formadas por proteínas y que se llaman uniones comunicantes, las cuales permiten el paso libre de los iones desde una célula a otra. Se caracteriza por ser un tipo de señal multidireccional. Cuando el potencial de acción se propaga por el axón desde el soma neuronal, llega hasta una terminal presináptica, la desporalización de la membrana determina el vaciamiento de un pequeño número de vesículas dentro de la hendidura; a su vez, el transmisor liberado induce un cambio inmediato de las propiedades de permeabilidad de la membrana neuronal postsináptica, lo que da lugar a la excitación o inhibición de la neurona postsináptica, dependiendo de las características del receptor de la neurona. Al parecer, como debe estar preguntándose, dejamos pasar un concepto muy importante, Qué es este potencial de acción? Las neuronas para comunicarse necesitan en primer lugar que la señal se propague a lo largo del axón, esto lo realiza a través de un potencial de acción que viaja como una corriente eléctrica a lo largo de la membrana del axón. 17

18 Primero debemos entender que es un potencial de acción, Cómo es esto de una corriente eléctrica? Para que se genere una corriente necesitamos una diferencia de voltaje inicial, para esto se debe disponer de una diferencia de cargas eléctricas entre dos puntos cercanos. Si pensamos en la membrana como una separación entre el medio intra y extracelular, y comenzamos a analizar la cantidad de iones que existen en cada medio, y determinamos sus concentraciones, lograremos establecer que en el medio intracelular se encuentra una carga negativa debido a la alta cantidad de proteínas y de iones K+, comparándolo con el medio extracelular que posee una carga positiva por su alta concentración de iones Na+, Ca++ y Cl-. Por lo tanto tenemos una diferencia de potencial en estado de reposo de la célula, o para ser más específico un potencial de reposo o de membrana. Los estudios indican que el valor del voltaje corresponde a 70milivolt, pero que por convención de tomar como referencia la superficie interna de la membrana se expresa -70milivolt. El establecer este estado de reposo, requiere que el balance de iones se mantenga, y el principal encargado de este proceso es la bomba de Sodio-Potasio. Esta proteína de membrana dependiente de ATP, se encarga de restablecer el equilibrio iónico sacando 3 iones de sodio hacia el medio extracelular e ingresando 2 iones de potasio al medio intracelular. Esta bomba, es de importancia al final del proceso del impulso nervioso, lo revisaremos más adelante. 18

19 Para que ocurra una corriente, se requiere un desplazamiento de las cargas, claramente el estado de reposo mantiene una diferencia de potencial pero no un movimiento abrupto de las cargas. Por lo tanto lo que se debe generar es una alteración en este estado de reposo. Los encargados de cambiar este estado de reposo son las proteínas de membrana que forman canales entre el medio extracelular e intracelular, las cuales normalmente se encuentran cerradas. Estos canales son sensibles al voltaje, los cuales se abren a un rango de -50 a -55 milivolts. Recuerden que existen múltiples tipos de canales de membrana, y muchos de ellos son sensibles a variados estímulos, tanto mecánicos, térmicos, o por ligandos, estos últimos son también de importancia en el proceso de sinapsis, recuerden el botón sináptico y los neurotransmisores. Por lo tanto al momento de existir una variación en el equilibrio iónico, hasta llegar al rango de los -55milivolts, considerado el umbral del potencial de acción. Estos canales se abren abruptamente, generando un cambio de polaridad, lo que significa que ahora el medio intracelular posee una carga positiva, por la alta cantidad de Na+, y el medio extracelular una carga negativa. Este cambio de polaridad se continúa a lo largo del axón, y este movimiento de cargas es la corriente eléctrica del impulso nervioso. 19

20 Ahora para estudiar el potencial de acción y sus procesos, debemos detenernos en un espacio fijo de la membrana, si hacemos esto identificaremos tres procesos principales representados en la grafica; despolarización (3), repolarización (5) e hiperpolarización (6). Despolarización: Ocurre cuando el valor de la diferencia de voltaje alcanza el umbral del -55milivolts, por lo que los canales sensibles al voltaje se abren, dejando entrar a la célula altas cantidades de Na+, por lo que se genera un cambio de polaridad en donde el medio intracelular se vuelve positivo y el medio extracelular con un valor negativo, ambos con un valor máximo de +35milivolts. Repolarización: Al llegar a los +35milivolts, los canales de Na+ se cierra, y se abren otros canales dependientes de voltaje, pero estos canales son específicos para el K+, por lo que el potasio intracelular sale al medio externo. Por consecuencia las cargas vuelven a invertirse, recobrando los valores de -70 a -75 milivolts del estado de reposo. Lo que deben recordar es que en este momento las concentraciones de iones se encuentran invertidas, mayor cantidad de Na+ en el medio intracelular y mayor cantidad de K+ en el medio extracelular. Hiperpolarización: en este momento la diferencia de voltaje aumenta negativamente más que el valor normal de reposo, a causa de la salida abrupta de K+ al medio extracelular. Existen también dos periodos dentro del potencial de acción en donde no se genera un nuevo potencial de acción, estos son el periodo refractario absoluto y periodo refractario relativo. 20

21 El periodo refractario absoluto se encuentra en el proceso de repolarización e hiperpolarización, en donde los canales de Na+ se encuentran completamente inactivos. El periodo refractario relativo se encuentra posterior al proceso de hiperpolarización, en donde los canales de Na+ vuelven poco a poco a estar activos, por lo que en este periodo se pueden generar alzas de voltaje, sin llegar al umbral, por lo que no generaran un potencial de acción nuevo. Si leyeron atentos, estarán pensando en que aun las concentraciones de Na+ y K+ se encuentran invertidas, mas Na+ en medio intracelular y mas K+ en el extracelular. Entonces que mecanismo se les viene en mente para recuperar el estado de basal de concentraciones, piensen en alguna bomba. 21

22 Prepárate para la PSU! Analiza y resuelve las siguientes preguntas tipo PSU. Recuerda siempre leer atentamente: 1. Cuál de los siguientes corresponde a un tipo de neurona según la función que desempeña? A) Célula de Schwann. B) Neurona multipolar. C) Neurona unipolar. D) Neurona asociativa. E) Neurona bipolar. 2. Si se produce una lesión en el tálamo, se observarán alteraciones de A) El procesamiento de la información sensorial. B) El control de la frecuencia cardiaca. C) El balance hídrico. D) El control de la temperatura corporal. E) Los reflejos medulares. 3. Es correcto afirmar que el movimiento peristáltico I. Lo controla el Sistema Nervioso Autónomo. II. Es independiente de neurotransmisores. III. Lo efectúa el músculo liso. A) Sólo I B) I y II C) I y III D) II y III E) I, II y III. 4. Algunos estados emocionales agudos se manifiestan por cambios, particularmente, en el rostro. Uno de ellos es lo que conocemos como ponerse colorado. De los mecanismos que llevan a esta respuesta, podemos decir que: I. Está precedida por relajación de los esfínteres arteriolares cutáneos. II. Uno de los síntomas es debido a activación de receptores de calor. III. Es posible controlarlo desde la corteza motora. 22

23 A) Sólo I B) I y II C) I y III D) II y III E) I, II y III. 5. La estimulación adrenérgica de las neuronas simpáticas se asocia con: A) Contracción de los vasos sanguíneos de los músculos esqueléticos. B) Disminución de la fuerza de contracción cardiaca. C) Incremento de la peristalsis. D) Dilatación pupilar. E) Acomodación para visión cercana. 6. Los receptores periféricos dirigen su información al cerebro, ingresando a la médula espinal por: A) Astas posteriores o dorsales. B) Astas anteriores o ventrales. C) Región ventrolateral de las astas. D) El canal del epéndimo. E) Aracnoides piamadre. 7. Al estimular el vago que inerva un corazón puesto en un medio de incubación se libera una sustancia que provoca disminución de la frecuencia cardiaca. Si esta sustancia se pone en contacto con: I. El intestino, producirá relajación. II. Las arterias, producirá vasoconstricción. III. La pupila, producirá su contracción. A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) I y II E) II y III 8. En el bulbo raquídeo se integra información y se elaboran órdenes relacionadas con: A) La elaboración de sensaciones. B) La elaboración de respuestas motoras voluntarias. C) Distintos aspectos del lenguaje. D) La elaboración de respuestas homeostáticas involuntarias. E) Reflejos motores. 23