Fisiología comparada_RelaciónCRÉDITOS

Autoría de la presentación en Power Point: Juan Ignacio Noriega Iglesias

Texto (con modificaciones) e imágenes procedentes de: Biología y Geología – 1Bachillerato Autores del texto: Natividad Ferrer Marí, Miguel García

Vicente, Manuel Medina Martínez. Editorial: Bruño Madrid, 2002 ISBN 84-216-4329-0

El resto de las imágenes procede de diversas fuentes en Internet.

Elementos del proceso de relación

Los coordinadoresSistema endocrino

Glándula endocrina Sistema nervioso central Acción lenta

Sistema nervioso Neuronas Neurotransmisores Célula blanco (diana)

• Activación/Inhibición metabolismo celular

• Glándula endocrina• Fibra muscular

Acción rápida

Coordinación nerviosaNeuronas

Características• Excitabilidad

• Conductividad Anatomía

• Soma (= pericarion)– Ganglios– Núcleos

• Dendritas

• Axón– Vaina de mielina– Nódulos de Ranvier– Botones sinápticos– Nervios (en el SNP)– Tractos (en el SNC)

Células gliales

Tipos de neuronas

Sensitivas (aferentes) Receptor Neurona de

asociación

Motoras (eferentes) Procesador Efector

(músculo, glándula)

Interneuronas (neuronas de asociación)

Conectan neurona sensitiva con neurona motora

Redes de asociación en encéfalo (procesos asociativos: memoria)

El impulso nervioso(I)Flujo de iones a través y a lo largo de la membrana de la neurona

Potencial de reposo Equilibrio Donnan

• Transporte activo (bomba Na/K)

• Exterior: Na+, Cl-

– POSITIVO

• Interior: K+, aniones de proteínas

– NEGATIVO

Polaridad de membrana• Diferencia de potencial (-70

mV)

El impulso nervioso (II)

Los potenciales de reposo y acción se miden con sendos electrodos situados a ambos lados de la membrana plasmática

Estímulo

Comienza a bombearse Na+ al exterior

Exceso de cationes en el exterior de la membrana

Salida de K+

Estímulos: fotones (conos, bastones), moléculas (quimiorreceptores nasales, vomerianos o linguales), cambios de presión en perilinfa y endolinfa (oído interno; células de Corti),

etc.

http://intro.bio.umb.edu/111-112/112s99Lect/neuro_anims/a_p_anim1/WW3.htm

La sinapsis químicaUnión funcional, sin contacto, entre dos neuronas o entre una neurona y una célula efectora (fibra muscular, célula diana)

Partes de la sinapsis Membrana presináptica

• Del botón terminal axón• Anastomosis vesículas con

neurotransmisores Brecha sináptica

• 200 A• Neurotransmisor

Membrana postsináptica• De la dendrita• Del nodo de Ranvier de otro

axón• De la fibra muscular• De una célula diana• Receptores específicos para

neurotransmisor

Sinapsis y neurotransmisores

Clases de sinapsis Excitadoras: con los

neurotransmisores:

• Acetilcolina

• Adrenalina (= epinefrina)

• Noradrenalina (= norepinefrina)

• Dopamina (L-Dopa) Inhibidoras: Con los

neurotransmisores:

• Endorfinas (ß-endorfina)

• Encefalinas

• GABA

• Alanina

• Glicina

• Serotonina

Sinapsis y neurotransmisores en la placa motora

Acetilcolina Excitadora músculo

estriado Inhibidora músculo

cardíaco

Noradrenalina En neuronas motoras del

SN Simpático (p. 322)

Sinapsis en la placa motora

El procesamiento de la información (I)

Interpretación del estímulo: En la correspondiente zona de

proyección del encéfalo

Intensidad del estímulo: Directamente proporcional a:

• nº de neuronas excitadas• frecuencia de impulsos por

neurona

El procesamiento de la informacíón (II)

Recepción de la información y respuesta correspondiente: Vías sensitivas: convergentes (para procesamiento eficaz) Vías motoras: divergentes (para ejecución eficaz)

Célula de Corti

Cono

Corpúsculo de Meissner

El procesamiento de la informacíón (III)Arcos reflejos/Actos reflejos

Arco reflejo: Sencillo

• Neurona sensitiva• Neurona motora

Complejo I• Neurona sensitiva (larga

dendrita, corto axón)• Interneurona• Neurona motora (corta

dendrita, largo axón) Complejo II

• n x Neuronas sensitivas• n’ x Interneuronas• n’’ x Neuronas motoras

El procesamiento de la informacíón (IV)Arcos reflejos/Actos reflejos/Actos voluntarios

Acto reflejo: Reacción simple que transcurre rápidamente (aferencia eferencia)

Acto reflejo innato (= no condicionado): desde nacimiento• Desecación conjuntiva parpadeo

• Objeto en aproximación rápida a ojo parpadeo

• Súbita corriente de aire a córnea parpadeo

• Bolo alimenticio en base lengua deglución

• Golpe en base rótula reflejo rotuliano

• Olor o vista de alimento salivación (“se me hace la boca agua”)

• Frotamiento al perro acostado en zona intercostal movimiento convulsivo de pata trasera

Acto reflejo condicionado: requiere aprendizaje. • Débil sonido o corriente de aire a córnea no produce parpadeo, pero si estos estímulos neutros llegan

repetidas veces a la córnea un poco antes que la corriente de aire intensa, tras repetir varias veces la situación, producen parpadeo por si solos.

CONDICIONAMIENTO EXPERIMENTAL DEL MIEDO. Mientras la rata oye sólo un tono, su presión sanguínea sube poco y apenas se queda paralizada (izquierda). Sólo cuando el animal recibe simultáneamente una débil descarga eléctrica a través de la rejilla del suelo de la jaula, exterioriza una manifiesta reacción fisiológica y se queda rígida (centro). Después de haber recibido repetidamente estos estímulos, basta sólo el sonido para que se produzca la reacción (derecha). (Rüdiger Vaas, Investigación y Ciencia, monográfico Mente y Cerebro, nº 1/2002, p. 62).

El procesamiento de la informacíón (V)Arcos reflejos/Actos reflejos/Actos voluntarios

Acto voluntario: Vía aferente Tracto ascendente a

cortex sensorial Tracto descendente

desde cortex motor Vía eferente

Cortex sensorial-motor

Evolución del sistema nervioso (I)Tendencias

Incremento número neuronas Concentración pericariones en ganglios Concentración axones en nervios Incremento número interneuronas Acumulación neuronas en SNC Establecimiento jerarquía ligado a tendencia a

cefalización (ganglio cerebroide ganglio cerebral cerebroide encéfalo)

Evolución del sistema nervioso (II)

Invertebrados de simetría bilateral: disposición ventral

Vertebrados: disposición dorsal

******************** Cnidarios:

Plexo nervioso sin jerarquía

Platelmintos: Ganglios cerebroides Dos cordones nerviosos paralelos

Anélidos: Ganglio cerebral Disposición escaleriforme

Artrópodos: Ganglio cerebral (cerebroode o pseudocerebro) Disposición escaleriforme

Moluscos: Ganglios cerebrales Torsión en doble cordón nervioso en Gasterópodos Ganglio cerebral muy desarrollado en Cefalópodos

Evolución del sistema nervioso (III)

Anélidos Crustáceos Moluscos gasterópodos

l

Evolución del sistema nervioso (IV)

El sistema nervioso en Vertebrados. Tendencias

Incremento volumen de Telencéfalo Cisuras y circunvoluciones

Cerebro = Telencéfalo Diencéfalo Mesencéfalo

Desaparición de función optica en lóbulos ópticos

Incremento de volumen de Metencéfalo (cerebelo)

El sistema nervioso en VertebradosEl sistema nervioso central (I)

Encéfalo Prosencéfalo

• Telencéfalo– Hemisferios cerebrales

– Cisura interhemisférica

– Cuerpo calloso

• Diencéfalo– Epitálamo

– Tálamo

– Hipotálamo

Mesencéfalo• Lóbulos ópticos (no en

mamíferos) Rombencéfalo

• Metencéfalo– Cerebelo

• Mielencéfalo– Puente de Varolio

– Bulbo raquídeo

BBC Science & Nature - Human Brain

El sistema nervioso en VertebradosEl sistema nervioso central (II)

Cara interna de hemisferio izquierdo Cara externa de hemisf. izquierdo

El sistema nervioso en VertebradosEl sistema nervioso central (III)

Médula espinal Meninges (con líquido

cefalorraquídeo)

• Duramadre (exterior)

• Aracnoides

• Piamadre (interior) Sustancia gris (interior; astas) Sustancia blanca (exterior) Canal ependimario (continuación

del tubo neural) (con líquido cefalorraquídeo)

El sistema nervioso en VertebradosEl sistema nervioso periférico (I)

El sistema nervioso en VertebradosEl sistema nervioso periférico (II)

SN SomáticoNervios con una sola fibra motora

(axones muy largos)

Nervios raquídeos

(= espinales)Raíz dorsal (sensitiva) (no

incluida en SN Somático)Con ganglio espinal

Raíz ventral (motora)Sin ganglio espinal

Nervios craneales

DORSAL

VENTRAL

El sistema nervioso en VertebradosEl sistema nervioso periférico (III)

SN Autónomo Nervios con fibras motoras que

salen de los nervios raquíd. SNA Simpático Antagonista del SNAP Cadena ganglionar cercana a

médula espinal• Neurona preganglionar corta

• Neurona postganglionar larga

SNA Parasimpático Antagonista del SNAS Cadena ganglionar cercana a

órganos efectores• Neurona preganglionar larga

• Neurona postganglionar corta

Ganglio raquídeo

DORSAL

VENTRAL

El sistema nervioso en VertebradosEl sistema nervioso periférico (IV)

Coordinación hormonal (I)

Las hormonas Naturaleza química

Proteínas Esteroides (lípidos) Derivados de ácidos grasos Derivados de aminoácidos

Lugar de secreción Glándulas endocrinas (islotes de

Langerhans, ovario, etc.) Neuronas (neurohipófisis)

Lugar de actuación Célula diana con receptores

específicos en membrana o en citoplasma

Coordinación hormonal (II)

Las hormonas (cont.) Efectos

Antagónicos• Regulación glucemia

– Insulina (céls. ß de IL): Contra hiperglucemia

– Glucagón (céls. α de IL): Contra hipoglucemia

Sinérgicos• Secrección láctea mamíferos

– Estrógeno (cés. foliculares) + progesterona (céls. foliculares) + prolactina (adenohipófisis) + oxitocina (neurohipófisis)

Coordinación hormonal (III)

Regulación de la secreción hormonal

Retroalimentación o feed-back

Control del eje hipotálamo-hipófisis

Coordinación hormonal (IV)

TRF

Feed-back

Coordinación hormonalHormonas de Invertebrados

Recordemos los dos tipos básicos de desarrollo en los insectos

En el saltamontes la cría que sale del huevo (ninfa) tiene mucho parecido al insecto adulto (imago): metamorfosis sencilla (huevo ninfa imago)

Para alcanzar estos estados de desarrollo, el insecto inmaduro ha de sufrir sucesivas mudas de su

exoesqueleto

Los estados larvarios (orugas) pueden ser varios y cada nuevo estado requiere un

nuevo exoesqueleto (muda)

En otros insectos se atraviesan diversos estadios con importantes cambios

morfológicos: metamorfosis compleja (huevo larva

pupa imago)

Coordinación hormonalHormonas de Invertebrados

La ubicación del protórax y de las glándulas protorácicas

Metatórax

Mesotórax

Protórax

Hay que tener en cuenta que cuando un insecto alcanza el estado adulto, las

glándulas protorácicas se atrofian

Ubicación de las glándulas protorácicas

Hormonas en invertebrados

Coordinación hormonalHormonas de Invertebrados

La regulación hormonal de la metamorfosis y la muda en insectos

Producen hormona cerebral o protorácicotropa (PTTH) (peptídica) por estímulo de las células neurosecretoras

Producen ecdisona (esteroide parecido a la testosterona) al ser estimuladas por la PTTH y cuando disminuye la secreción de HJ por los

cuerpos alados

Producen HJ durante toda la vida larvaria (oruga o ninfa), antes de cada muda y en concentraciones decrecientes con el tiempo. En el último estado larval se atrofian y dejan de

producir HJ

Cabeza

Vaso sanguíneo

dorsal

Glándulas protorácicas

Cuerpos alados

Vista dorsal insecto inmaduro

Ganglios cerebroides

Células neurosecretoras

del cerebro

Tórax (protórax)

Cuerpos cardíacos

Vista frontal larva

Cuerpos alados

Ganglios cerebroides

La ecdisona (hormona de la muda) estimula la síntesis de quitina y proteínas en las células

epidérmicas y las reacciones que conducen a la muda

Cuando un insecto alcanza el estado adulto (imago), las glándulas protorácicas se atrofian y no hay más

mudas

Regulan la actividad de los cuerpos alados, estimulando en ellos la producción de hormona juvenil (HJ) durante la vida larvaria, inhibiendo su producción durante el tránsito pupa a adulto y reactivando su actividad una vez formado

el imago, para convertirlo en sexualmente maduro

Coordinación hormonalHormonas de InvertebradosLa muda en ninfas o larvas

Cuando un insecto inmaduro ha crecido suficientemente para necesitar un nuevo

exoesqueleto, determinados mecanorreceptores activan a las células neurosecretoras del cerebro. La

respuesta de estas neuronas es producir una determinada hormona (1)

Con

cent

raci

ón d

e ho

rmon

as e

n sa

ngre

o h

emol

infa

1

Tiempo

2

4

3

1 estimula a los cuerpos cardíacos, que responden liberando PTTH (2)

La PTTH (2) estimula a las glándulas protorácicas, que responden liberando ecdisona (3)

La ecdisona (3) induce la formación de un nuevo exoesqueleto y cuando esta fase

termina, la concentración de ecdisona en la hemolinfa cae (4)

Esto produce que las células neurosecretoras de los ganglios ventrales secreten hormona de la eclosión (5), que induce el desprendimiento del

viejo exoesqueleto

5

Por último, las mismas células neurosecretoras estimulan a otros ganglios ventrales, que

secretan otra hormona (6) que produce el endurecimiento del exoesqueleto recién formado

6

Cada nueva fase requiere un nuevo

exoesqueleto

Coordinación hormonalHormonas de Invertebrados

PTTH y ecdisona desencadenan estas mudas de larva a larva, la pupación y la

metamorfosis de pupa a imago

Si concentración de HJ es alta, la ecdisona logra que tengan lugar las mudas de larva a larva

Si se extirpan los cuerpos alados, disminuye la secreción de HJ y la

ecdisona desencadena la pupación

Si se extirpan los cuerpos alados, disminuye la secreción de HJ y la

ecdisona desencadena la pupación

A concentración cero de HJ la ecdisona desencadena la metamorfosis pupaimago

Reimplantados los cuerpos alados en cualquier zona de

la larva, la pupación tiene

lugar

Reimplantados los cuerpos alados en cualquier zona de

la larva, la pupación tiene

lugar

Durante la vida larvaria la HJ inhibe la aparición de caracteres de adulto (alas, genitales, etc.)

En el adulto o imago la HJ produce madurez sexual

Reimplantados los cuerpos alados de una larva en su estado final de desarrollo, se produce otra muda larvaria más

Reimplantados los cuerpos alados de una larva en su estado final de desarrollo, se produce otra muda larvaria más

Coordinación hormonalHormonas de InvertebradosLos cuerpos alados se atrofian durante el último

estado larvario o ninfal y cesan su producción de HJ. Esto desencadena la producción de estructuras de adulto, con lo que sobreviene la transformación en

un adulto o la formación de la pupa.

Poco antes de la madurez sexual, las células

neurosecretoras liberan una hormona que reactiva a los

cuerpos alados, renovándose la producción por estos de HJ

En hembras adultas esta HJ estimula la producción de vitelo

para el ovocito y en machos adultos estimula la producción de proteínas para el fluido seminal y para la cubierta del espermatóforo

En ausencia de suficiente HJ los insectos adultos permanecen estériles

Durante la vida larvaria la HJ inhibe

la aparición de caracteres de adulto (alas, genitales, etc.)

A concentración cero de HJ la

ecdisona desencadena la metamorfosis pupaimago