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Sistema NerviosoSemana 2, Capítulo 33
33.1 Evolución del sistema nervioso
Los animales responden rápido a los estímulos porque tienen un sistema nervioso. Su componente principal es la célula nerviosa o neurona. Las neuronas transmiten impulsos eléctricos a lo largo de su membrana y se comunican con otras neuronas mediante mensajes químicos.
Las neuronas son apoyadas estructural y fisiológicamente por otras células, conocidas en conjunto como neuroglía.
Neuronas (verde) y células de la neuroglía (rojo)
Tipos de neuronas
Hay tres tipos de neuronas:• Sensoriales- detectan
estímulos y envían señales a interneuronas o neuronas motoras.
• Interneuronas- procesan información recibida de las neuronas sensoriales y pasan información a las neuronas motoras.
• Motoras- estimulan los músculos y glándulas que responderán al estímulo.
Neuronas interconectadas
La red nerviosa de los cnidarios
Los cnidarios, filo que incluye a las hidras, las aguavivas, las anémonas y los corales, son los animales más simples que tienen neuronas. Las mismas están aregladas formando una red nerviosa.
Las neuronas de la red están interconectadas pero no hay ganglios ni cerebro que controle el sistema.
La red nerviosa coordina el movimiento de los tentáculos, la apertura de la boca y la contracción del cuerpo.
Sistema nervioso bilateral con cefalización
Los gusanos planos son los animales más simples que tienen un sistema nervioso bilateral y una cabeza. Los ganglios cefálicos son un primer tipo de cerebro.
Cefalización- concentración de neuronas en la parte del cuerpo que forma la cabeza.
Ganglio- concentración de cuerpos celulares de neuronas, funcionan como centro de integración nerviosa.
Cordones nerviosos- anélidos
Los cordones nerviosos de los gusanos planos no tienen ganglios. Los anélidos y los artrópodos tienen sistemas nerviosos más complejos, con ganglios cerebrales (cerebro primitivo) y ganglios a lo largo del cordón nervioso.
Cordones nerviosos- artrópodos
El sistema nervioso de los artrópodos es muy sofisticado. En los insectos controla el vuelo, una actividad que requiere comunicación rápida y coordinada entre las neuronas y los músculos que mueven las alas.
El sistema nervioso de los vertebrados
Se divide en dos partes: • Sistema nervioso central
(SNC)- cerebro y cordón espinal. Compuesto mayormente de interneuronas.
• Sistema nervioso periférico- nervios. Los nervios que llevan impulsos del cuerpo hacia el SNC son nervios aferentes. Los que llevan impulsos del SNC al resto del cuerpo son nervios eferentes.
Componentes principales de nuestro sistema nervioso
Este dibujo ilustra el sistema nervioso central (cerebro y cordón espinal) y varios de los nervios principales del sistema nervioso periférico.
33.2 Neuronas- las grandes comunicadoras Las neuronas son células especializadas para transmitir
impulsos nerviosos. El núcleo y los organelos están en el cuerpo celular. Las dendritas son extensiones cortas que reciben información. Los axones son extensiones largas que transmiten información.
Flujo de información Las neuronas sensoriales tienen un axón bifurcado: una
parte responde a un estímulo y otra parte conduce información.
Las interneuronas y las neuronas motoras tienen muchas dendritas y un solo axón.
Observa la secuencia neurona sensorial, interneurona, neurona motora.
33.3 Potenciales de membrana
Las membranas de todas las células vivas tienen un gradiente eléctrico. El interior de la célula es negativo debido a la presencia en el citoplasma de proteínas cargadas negativamente y a concentraciones diferentes de iones positivos en ambos lados de la membrana.• El interior de una neurona en descanso es negativo
por una magnitud de 70 milivoltios. Por lo tanto, decimos que su potencial de reposo o descanso es -70 mV.
• El potencial de reposo se mantiene estable porque las proteínas no pueden salir de la célula y porque la célula usa energía (ATP) para bombear iones de sodio y potasio y así mantener las concentraciones.
Potencial de reposo o descanso
A continuación se ilustra el potencial de reposo. Observa que el interior de la célula es negativo y nota también las concentraciones diferentes de sodio y potasio.
Bombas y canales en la membrana celular
El potencial de reposo se mantiene por medio de bombas de sodio y potasio que usan ATP para bombear ambos iones en contra de su gradiente de concentración.
Una cantidad sustancial del ATP que tu cuerpo produce se usa para mantener el potencial de acción de las neuronas.
Bombas y canales en la membrana celular
Los transportadores pasivos (B) y los canales con compuertas sensibles (C)permiten la entrada y salida de sodio y potasio; los primeros pasivamente y los segundos sólo en cierto momento.
Bomba de sodio y potasio en la ilustración anterior.
Potencial de acción
Cuando la membrana de la neurona recibe un estímulo, sucede un breve cambio de polaridad conocido como un potencial local. Si la estimulación se torna más fuerte y alcanza un nivel de umbral, entonces sucederá una rápida inversión de polaridad llamada potencial de acción. Durante este proceso los canales con compuertas sensibles al sodio y al potasio abren y estos iones entran y salen súbitamente de la célula.
Las próximas figuras ilustran los cambios que suceden en la membrana durante el potencial de acción.
Membrana en reposo
Interior negativo con respecto al exterior.Potencial de descanso: -70 mV
Entrada de sodio
Comienzo del potencial de acción, abren los canales con compuertas sensibles al sodio y éste entra atraído por el interior negativo e impulsado por el gradiente de concentración.
Salida de potasio y la entrada de sodio en otro punto adyacente
Se abren los canales con compuertas sensibles al potasio y éste sale de la neurona. Comienza otro potencial de acción un poco más alante en la membrana.
Restablecimiento del potencial de reposo y propagación del potencial
Se restablece el potencial de descanso en el punto original. El potencial de acción se sigue propagandohacia la derecha.
Medición del potencial de acción
•Los potenciales de reposo y de acción pueden medirse con un osciloscopio. Se coloca un electrodo dentro y otro fuera de la célula.
•Los primeros trabajos de este tipo se hicieron con axones gigantes de calamares.
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Los axones gigantes recibieron ese nombre no porque fueran sumamente largos, sino porque eran inusualmente gruesos (como 1 mm de ancho). Esto facilitaba el uso de los electrodos.
Gráfica del potencial de acción
El potencial de acción produce una gráfica característica.A- potencial de reposo (-70 mV).B- estimulación hasta el umbral (-60 mV).C- entrada de sodio.D- cambio de polaridad a+33 mV.E- salida de potasio.F- hiperpolarizaciónG- restablecimiento del potencial de reposo.
Periodo refractario y dirección del impulsoEl aumento adicional de carga negativa causada por la salida de mucho potasio (4) crea un breve periodo refractario durante el cual no puede suceder otro potencial de acción. Esto hace que el impulso sólo puede propagarse hacia el axón y no hacia el cuerpo de la neurona.
El potencial de acción siempre es igual, por eso se dice que sucede todo o nada.
Hiperpolarización
33.5 Cómo las neuronas se comunican
El potencial de acción viaja por el axón hasta llegar al final. Allí hay un espacio muy pequeño (20 nm) llamado sinapsis, que separa esta neurona de otra neurona, de la superficie de una fibra muscular o de una célula glandular.
Sinapsis
La sinapsis
La sinapsis es el punto donde una neurona se comunica con otra célula. La llegada de un potencial de acción a la sinapsis hace que vesículas presentes en el terminal presináptico se acerquen a la superficie de la membrana y liberen neurotransmisor a la sinapsis. Hay varios neurotransmisores, el que
se libera entre las neuronas y las fibras musculares se llama acetilcolina.
Funcionamiento del neurotransmisor
Para que las vesículas liberen el neurotransmisor es necesario que el impulso sea suficientemente fuerte para causar una entrada de iones de calcio (Ca++) a la membrana presináptica. Las vesículas entonces se acercan a la membrana y liberan el neurotransmisor.
Receptores en la membrana postsináptica reciben el neurotransmisor. Si la estimulación es suficiente se genera un impulso nervioso que se propaga por la membrana de la célula.
Unión neuromuscular (entre una neurona y una fibra muscular)
Efectos del neurotransmisor
Los neurotransmisores pueden tener efectos excitadores o inhibidores sobre la célula postsináptica. La suma de todos los impulsos excitadores e inhibidores que llegan simultáneamente a la célula postsináptica determinan si la misma responde. Este proceso se conoce como integración sináptica.
En este diagrama, la curva roja representa el producto de la integración sináptica entre un estímulo excitador (amarillo) y uno inhibidor (azul). En este ejemplo el potencial integrado no es suficiente para llegar al umbral (-60 mV) y no se genera un potencial de acción.
Luego de estimular la membrana postsináptica hay que eliminar el neurotransmisor, de lo contrario seguiría estimulándola. La enzima acetilcolinesterasa degrada el neurotransmisor acetilcolina.
El gas sarín, usado como arma química, inhibe la función de la acetilcolinesterasa. La acumulación de acetilcolina en la sinapsis y la estimulación constante de las neuronas puede causar la muerte.
Eliminación del neurotransmisor
33.6 Una combinación de señales
Hay otros neurotransmisores además de la acetilcolina y tienen efectos diferentes en distintas partes del cerebro.
Mal de Parkinson
La enfermedad o mal de Parkinson afecta la función de células que secretan dopamina en una región del cerebro que envía impulsos a los músculos.
Mohammed Ali y Michael J. Fox sufren Parkinson desde hace muchos años.
Imágenes del Parkinson
Las áreas en amarillo y rojo representan alta actividad metabólica en células del cerebro que producen dopamina.
Cerebro normal Cerebro con Parkinson
Prozac, Valium y Xanax
El prozac, el valium y el xanax interaccionan con neurotransmisores.
Prozac (fluoxetina) alivia la depresión aumentando los niveles de serotonina.
Valium (diazepam) y Xanax (alprazolán) reducen la ansiedad aumentando los efectos del ácido gama-aminobutírico (GABA), un compuesto que inhibe la liberación de neurotransmisores en ciertas neuronas.
Neuropéptidos Algunas neuronas secretan
neuropéptidos que modulan a los neurotransmisores. La sustancia P intensifica la sensación de dolor. Las encefalinas y las endorfinas tienen el efecto contrario, por lo que sirven de analgésicos naturales.
La producción de encefalinas y endorfinas aumenta cuando hacemos mucho ejercicio y sufrimos accidentes. Esto explica por qué no se siente dolor justo después de un accidente grave.
33.7 Drogas que perturban la señalización
El ser humano descubrió hace miles de años que ciertas sustancias producidas por las plantas reducen el dolor, bajan la tensión nerviosa, producen placer, generan halucinaciones o afectan el estado de ánimo.
Todas las drogas psicoactivas, tanto las naturales como las que hemos aprendido a sintetizar, intervienen con la acción de neurotransmisores.• Estimulantes- nicotina, cafeína, cocaína,
anfetaminas.• Depresores- alcohol etílico, barbitúricos, marijuana• Analgésicos- narcóticos, quetamina, PCP• Alucinógenos- LSD, THC
Cafeína, nicotina y alcohol etílico
El hombre ha usado estas tres drogas psicoactivas y adictivas legalmente durante siglos.• Cafeína- estimulante que
bloquea la síntesis de adonosina.
• Nicotina- estimulante que bloquea receptores de acetilcolina en el cerebro.
• Alcohol etílico- estimula la liberación de enforfinas y GABA.
Marijuana
El nombre del ingrediente activo de la marijuana se abrevia THC y está presente en las hojas de la planta Cannabis sativa.
Su efecto sobre varios neurotransmisores, incluyendo dopamina y serotonina, produce una sensación de relajamiento.
La marijuana no es adictiva pero su uso excesivo puede causar halucinaciones y el uso constante puede causar pérdida de memoria.
Cocaína La cocaía se extrae de
las hojas de Erythroxylum coca, una planta cultivada en los países andinos.
Es un estimulante poderoso y muy adictivo que produce mucha excitación, seguida por depresión y cansancio.
Funciona evitando que se reabsorban varios neurotransmisores en la sinapsis.
Señales de la adicción a drogasOjo a estas señales en amigos y parientes
33.8 El sistema nervioso periférico
El sistema nervioso periférico se compone de nervios. Tenemos 31 pares de nervios espinales (salen del cordón espinal) y 12 pares de nervios craniales (salen del cerebro).
Los nervios se componen de axones de neuronas sensoriales, motoras o ambas.
Los axones están rodeados por una capa de mielina producida por células de la neuroglía.
Estructura de un nervio
La capa de mielina La capa de mielina aisla los axones (como la goma de un
cable eléctrico) y acelera mucho la conducción del impulso nervioso, porque en vez de tener que propagarse a todo lo largo del axón, el potencial de acción salta de nudo en nudo. Esto se conoce como conducción saltatoria.
La mielina es producida por células de Schwann, un tipo de neuroglía. Las interrupciones de conocen como nodos de Ranvier.
Divisiones del sistema nervioso periférico
El sistema nervioso periférico tienen dos divisiones.• El sistema somático lleva información sobre el
medio ambiente al sistema nervioso central (sección involuntaria) y controla los músculos esqueléticos(sección voluntaria).
• El sistema autónomo lleva información de los órganos al sistema nervioso central y viceversa. Este sistema es completamente involuntario.
El sistema nervioso autónomo se divide a su vez en dos partes que tienen funciones opuestas. Las neuronas del sistema autónomo simpático estimulan la actividad de los tejidos, mientras que las del sistema autónomo parasimpático inhiben dicha actividad.
Divisiones del sistema nervioso autónomo
Simpático- estimula Parasimpático- inhibe
La respuesta de pelear o huir Si percibes una situación
de peligro, el sistema autónomo preparará tu cuerpo para enfrentarla o para huir. El sistema simpático aumenta tu ritmo cardiaco, comienzas a respirar más rápido y tus glándulas adrenales secretan epinefrina (adrenalina). Cuando el peligro pasa, el sistema parasimpático regresa las funciones a lo normal.
33.9 La médula espinal La médula o cordón
espinal transcurre a lo largo de un canal ubicado justo encima de las vértebras.
De la misma salen 31 pares de nervios espinales hacia distintas partes del cuerpo. Dependiendo de su origen, los nervios se dividen en cervicales, torácicos, lumbares, sacrales y coccígeos.
La médula más el cerebro componen el sistema nervioso central.
Estructura de la médula espinal
Las meninges son tres membranas protectoras. Entre ellas y la médula circula fluido cerebroespinal o cefalorraquídeo. Una infección de las meninges causa meningitis.
Observa los tres nervios espinales y el disco de cartílago. Estos discos causan a veces dolores en la espalda baja.
Materia blanca y materia gris Un corte transversal de la
médula espinal revela dos secciones. La materia blanca se compone de axones mielinados que corren hacia arriba y hacia abajo. La materia gris se compone de cuerpos celulares, dendritas y neuroglía.
Por el canal central también fluye líquido cerebroespinal.
materia blanca materia gris
corte accidental
canal central
Debido a la presencia del canal central, se dice que el cordón nervioso es hueco.
Detalles de la médula espinal
Arco reflejo
Un reflejo es una respuesta automática (sin pensarlo). Contraer el brazo cuando nos dan algo pesado, mover la pierna cuando nos gopean levemente la rodilla y sacar la mano de una superficie caliente son reflejos.
Los reflejos espinales no requieren que el cerebro intervenga para tomar una decisión, aunque la médula informa al cerebro de lo sucedido.• Las señales de las neuronas sensoriales entran a la
médula a través de la raíz dorsal de los nervios espinales.
• La respuesta sale por la raíz ventral de los nervios espinales.
Cómo funciona el reflejo de extensión
Sobre los términos cerebro y encéfalo El tejido nervioso que tenemos
en la cabeza de conoce comúnmente como cerebro en español y como brain en inglés. Esto crea confusión porque anatómicamente la parte anterior del cerebro se llama en español cerebro y en inglés cerebrum.
Para evitar la confusión, en lo sucesivo esta presentación usa el término encéfalo para la masa total y cerebro para la parte anterior.
33.10 El encéfalo de los vertebrados El encéfalo es el principal órgano de integración de
información. Junto a la médula espinal compone el sistema nervioso central.
Durante el desarrollo embrionario el encéfalo se organiza en tres regiones funcionales llamadas encéfalo anterior (prosencéfalo), encéfalo medio (mesencéfalo) y encéfalo posterior (rombencéfalo).
Partes principales del encéfalo
Este diagrama muestra cómo se han desarrollado las tres partes principales del encéfalo en distintos animales. Observa la reducción del encéfalo medio en los mamíferos.
Partes del encéfalo El encéfalo posterior incluye la médula oblongada, el
puente y el cerebelo. Las tres partes juntas forman el tallo cerebral, que tiene que ver mayormente con el comportamiento reflejo.
El encéfalo anterior (cerebro) es el centro más importante de procesamiento de información en los humanos. Evolucionó como una expansión del lóblulo olfatorio.
El tálamo y el hipotálamo tienen funciones importantes relacionadas con el mantenimiento de la homeostasia, como por ejemplo generar la sensación de sed y controlar la temperatura del cuerpo.
Nuestro encéfalo es una masa gelatinosa que pesa unas tres libras. Contiene unos 100 billones de interneuronas. La mitad de su masa corresponde a neuroglía.
Más sobre el cerebro y el cerebelo El cerebro se divide en
dos hemisferios que se coordinan a través del cuerpo calloso. Cada hemisferio procesa información del lado opuesto del cuerpo.
El cerebelo tiene más interneuronas que las otras partes del cerebro. Juega papeles muy importantes en el balance, la coordinación muscular y el aprendizaje del idioma. Cerebelo
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Cerebro, recrecido y cubriendo el resto del encéfalo
Funciones del encéfalo
Texto claro en la página 568
Protección en la barrera hematoencefálica Las redes de capilares que rodean el
encéfalo y la médula espinal se adhieren muy estrechamente para formar la barrera hematoencefálica (blood-brain barrier). Esta barrera protege el sistema nervioso central de la entrada directa de muchas sustancias.
Este control es necesario porque las células nerviosas requieren un medio ambiente muy estable; por ejemplo, la concentración de iones tiene que controlarse estrictamente. Las toxinas y las drogas que afectan el cerebro logran burlar esta barrera.
33.11 El Cerebro humano
El cerebro se divide en dos hemisferios (izquierdo y derecho), cada uno de los cuales controla el lado opuesto del cuerpo.
La superficie o corteza cerebral se compone de materia gris (interneuronas y neuroglía). Nuestras principales actividades voluntarias, experiencias sensoriales, pensamiento, memoria y lenguaje se procesan en la corteza.
Lóbulos cerebrales
Cada uno de los hemisferios cerebrales se divide en cuatro lóbulos llamados frontal, temporal, parietal y occipital.
Las distintas funciones de la corteza cerebral suceden en áreas específicas de estos lóbulos.
Lóbulos cerebrales y algunas funciones
La corteza motora y la corteza sensorial Las partes de nuestro
cuerpo coresponden a puntos específicos de la corteza motora y la corteza sensorial, ubicadas respectivamente en el lóbulo frontal y el lóbulo parietal. El tamaño de las partes es proporcional al área de la corteza dedicada a cada una.
¿Por qué se le dedica tanto espacio de la corteza a la cara y las manos?
Distribución de áreas en la corteza motora
Actividad en distintas áreas
Estas fotografías ilustran la actividad de interneuronas en varias partes de la corteza cuando se realizan actividades diferentes.
El sistema límbico
El sistema límbico incluye el hipotálamo, el hipocampo, la amígdala y el giro cingulado. Este sistema gobierna las emociones y asiste en la memoria.
La corteza cerebral puede rechazar los impulsos súbitos y emocionales del sistema límbico, permitiéndonos tomar una decisión mejor analizada.
Los ventrículos cerebrales
El encéfalo contiene cuatro espacios principales llamados ventrículos. Los ventrículos contienen líquido cerebroespinal que circula por el interior y alrededor del encéfalo, y por el canal interno de la médula espinal. El encéfalo esencialmente flota en este líquido, que amortigua el movimiento del encéfalo.
La hidrocefalia se debe a la acumulación de este líquido.
Nuestra memoria
La corteza cerebral recibe información constantemente (incluso cuando dormimos) pero sólo una pequeña cantidad se procesa como memoria. La memoria se forma en etapas:• Memoria de corto plazo- dura de segundos a horas• Memoria de largo plazo- se almacena
indefinidamente• Memoria de destrezas- envuelve al cerebelo y es
muy duradera (por ejemplo, correr bicicleta, martillar)• Memoria declarativa- archiva datos e impresiones
Nuestro cerebro consulta los distintos bancos de memoria para decidir cómo debe responder a una situación.
Etapas en la formación de la memoria
33.12 El cerebro dividido
Roger Sperry estudió la percepción sensorial de personas a quienes se les había cortado el cuerpo calloso, una masa de unos 200 millones de axones que conectan los dos hemisferios cerebrales. Descubrió que, aunque los dos hemisferios son anatómicamente idénticos, tienen algunas funciones diferentes.
Por ejemplo, las destrezas de lenguaje y matemáticas residen en el hemisferio izquierdo, mientras que la música, las relaciones de espacio y la información visual se analiza en el hemisferio derecho.
Roger W. Sperry(1913-1994)
Premio Nobel de medicina (1981)
Información visual y el cerebro
Estas ilustraciones corresponden a los experimentos de Perry, que se explican en la página 572 del texto.
33.13 Neuroglía- el equipo de apoyo de las neuronas
La neuroglía es el conjunto de células que apoyan a las neuronas. En nuestro cerebro hay más neuroglía que neuronas. Hay cuatro tipos de célula:• Oligodendrocitos- producen mielina. La esclerosis
múltiple afecta estas células.• Microglia- parte de nuestro mecanismo de defensa.• Astrocitos- secretan varias sustancias, recuperan
neurotransmisores, ayudan en respuestas de defensa y estimulan la formación de la barrera hematoencefálica.
• Ependimales- cubren el interior de las cavidades (ventrículos) del cerebro y secretan la mayor parte del líquido cefalorraquídeo.
Astrocitos
Amarillo: neuronas. Anaranjado: astrocitos de la neuroglía.
Tumores cerebrales (gliomas)
Las neuronas no se dividen y por lo tanto no forman tumores. Los tumores que se desarrollan en el cerebro son causados por el crecimiento descontrolado de células de la neuroglía (por eso se llaman gliomas). También pueden desarrollarse a partir de células cancerosas llegadas de otros tejidos.
La exposición a rayos X y a compuestos carcinógenos aumenta el riesgo de sufrir tumores cerebrales.
Oligoastrocitoma anaplástico
Biodiversidad- Phrynus longipesEl guabá común pertenece a un grupo de arácnidos. Se encuentra con más frecuencia en las paredes de las cuevas, donde captura grillos y cucarachas que toca desde lejos con su largo primer par de patas. Sus pedipalpos espinosos sujetan a la presa. No es venenoso ni pica duro.
