1. 1. 6 Ciencias Biolgicas NDICE 1 Sistema nervioso 8 1. Los seres vivos responden a los estmulos del medio 10 2. Funcin del sistema nervioso 11 y su relacin con el sistema endocrino 3. Organizacin del sistema nervioso en los animales 12 4. Organizacin general del sistema nervioso humano 14 5. Sistema Nervioso Central (SNC) 15 6. Clulas nerviosas 18 7. Arco reflejo 21 8. Potencial de membrana 22 9. El impulso nervioso 25 10.Sinapsis 27 11. Vas aferentes y eferentes 31 12. La imagen visual y las vas aferentes 34 13. La contraccin muscular - las vas eferentes 38 14. Ventilacin pulmonar 41 Proyecto: Cmo logramos percibir el tamao 43 y el movimiento de los objetos que nos rodean? Trabajo con las actitudes: Salud mental y dficit atencional 44 en la edad escolar Lectura cientfica: Efectos neurolgicos de la acupuntura 48 Resumen de la unidad 49 Comprueba lo que aprendiste 51 Glosario 53 2 Regulacin de las funciones corporales y homeostasis 54 1. El medio interno del organismo 56 2. Equilibrio de agua y sales 57 3. Sistema renal y homeostasis 59 4. Regulacin de la concentracin y del volumen de orina 66 5. Regulacin neuroendocrina de la homeostasis 70 6. Homeostasis y estrs 72 Proyecto: Percepcin del nivel de estrs en los estudiantes 75 de Educacin Media Trabajo con las actitudes: 76 El estrs en la vida estudiantil y laboral Lectura cientfica: 80 Control homeosttico de la masa corporal? Resumen de la unidad 81 Comprueba lo que aprendiste 83 Glosario 85 Unidad Unidad
2. 2. Anexo 1: 138 Medidas de seguridad en el trabajo de laboratorio Anexo 2: 140 Diseccin de ojo Anexo 3: 143 Diseccin de rin Anexo 4: 146 Drogas y sistema nervioso Bibliografa 158 Agradecimientos 160 7Ciencias Biolgicas 3 Variabilidad, evolucin y adaptacin de los seres vivos 98 1. El origen de la diversidad de especies 88 2. Principales respuestas para el origen de la biodiversidad 89 3. El cambio de los seres vivos a travs de las generaciones 90 4. Qu es evolucin? 94 5. Ms evidencias a favor de la evolucin 95 6. Una explicacin para la evolucin de las especies 98 7. Teora de la evolucin propuesta por Darwin 100 8. Hacia una teora integrada de la evolucin 103 9. Factores que intervienen en la evolucin 105 10. Tipos de seleccin natural 106 11. Seleccin sexual 107 12. Especie y especiacin 109 13. Diversidad e historia evolutiva 112 14. Eras geolgicas y eventos evolutivos 113 15. Ambiente y adaptacin de los seres vivos 116 16. Adaptacin e historia evolutiva 123 Proyecto: Seleccin natural y evolucin 127 Trabajo con las actitudes: 128 Medicina evolutiva, SIDA y evolucin del VIH Lectura cientfica: Estamos an evolucionando? 132 Resumen de la unidad 133 Comprueba lo que aprendiste 135 Glosario 137 Unidad
3. 3. 8 Ciencias Biolgicas Los seres vivos responden de diferentes maneras a los mltiples estmulos del medio. Algunas de estas respuestas son ms simples y otras ms complejas, pero en general, son necesarias para que puedan sobrevivir. Qu ventajas tiene para los seres vivos poder responder a los cambios del ambiente externo e interno? Qu rol desempea el sistema nervioso en la interaccin de los animales con el medio? Qu relacin existe entre las res- puestas y la estructura del sistema nervioso de los diferentes animales? Por qu el sistema nervioso es fundamental para que el ser humano viva en sociedad? UNIDAD 1 Sistema nervioso
4. 4. En esta unidad Antes de comenzar Cul es tu nivel de conocimiento de los siguientes temas? Escribe 1, si no sabes nada; 2, si tienes una idea general; y 3, si sabes lo suficiente como para explicrselo a un compaero(a). Funciones y partes principales del sistema nervioso. Funcin de las neuronas. Funciones de las vas aferentes y eferentes del sistema nervioso. Cmo se producen las sensaciones, la imagen visual, la contraccin muscular, la respiracin, el aprendizaje y la memoria. 9Ciencias Biolgicas Conocers y comprenders: La organizacin y funcin general del sistema nervioso. Los tipos de clulas nerviosas y su funcin. Procesos que permiten el funcionamiento del sistema nervioso. Estmulos, elementos sensoriales y motores en actividades humanas cotidianas. La funcin de las vas aferentes y eferentes del sistema nervioso. Los mecanismos nerviosos que intervienen en la generacin de las sensaciones. Las funciones que tienen las diferentes estructuras del sistema nervioso central. Desarrollars habilidades para: Formular explicaciones de procesos a partir de fenmenos observados y del anlisis de informacin. Elaborar esquemas o diagramas con informacin relevante. Construir modelos de diferentes estructuras y procesos. Plantear problemas y elaborar hiptesis a partir de situaciones dadas. Analizar grficos y esquemas. Hacer disecciones de rganos especficos para reconocer estructuras. Desarrollars actitudes para: Apreciar la importancia de mantener el estado de salud mental. Respetar e integrar a las personas no videntes. En el transcurso de esta unidad te invitamos a responder estas y otras preguntas; a descubrir la importancia del sistema nervioso en las respuestas de los organismos frente a estmulos ambientales internos y externos; y a conocer cmo se vinculan los diferentes componentes del sistema nervioso, para generar procesos que posibilitan al organismo la interaccin con el medio. FOTOBANCO
5. 5. Unidad 1 Sistema nervioso 10 Ciencias Biolgicas CONTENIDOS 1. Los seres vivos responden a los estmulos del medio Los factores abiticos del ambiente, como el aire, la luz y la temperatura, pueden cambiar en el transcurso del tiempo de forma rpida o lenta. Muchos de estos cambios representan estmulos frente a los cuales los organismos generan respuestas. Por ejemplo, una disminu- cin en la intensidad luminosa puede afectar la tasa fotosinttica de un vegetal, el cual respon- der orientando sus hojas hacia donde exista mayor luminosidad. Los estmulos no solo provienen del ambiente externo, hay muchos estmulos que se generan en el medio interno de los seres vivos; como cambios en la presin arterial, en la temperatura corporal y en la composicin qumica de la san- gre. En consecuencia, los ambientes externo e interno generan diversos tipos de estmulos que son percibidos por los organismos, los cuales reaccionan frente a ellos. Esta capacidad de res- ponder frente a estmulos (internos y externos) es fundamental en todos los seres vivos, pues contribuye con el desarrollo de sus procesos vitales. En los animales, esta funcin la cumple el sistema nervioso. En los vegetales, las hormonas son las que coordinan los procesos internos y las res- puestas al ambiente externo. Por ejemplo, cam- bios en la cantidad de agua en el suelo pueden afectar el desarrollo de un vegetal, el cual res- ponder orientando sus races hacia donde exista mayor cantidad de agua disponible. Las hormonas, en general, requieren ms tiempo que el sistema nervioso para producir sus efectos. ACTIVIDAD 1 Lee las siguientes situaciones e indica cul es el estmulo y cul es la respuesta. a. Una lombriz detecta luz y se esconde en un lugar oscuro. b. Una persona siente fro y comienza a tiritar. c. Un nio se clava con un alfiler y retira rpidamente la mano del objeto. d. Un organismo unicelular se mueve frente a cambios en la concentracin salina del ambiente. El vegetal detecta el estmulo (luz solar) y responde dirigiendo el crecimiento de sus ramas hacia los sectores de mayor luminosidad.
6. 6. Unidad 1 Sistema nervioso 11Ciencias Biolgicas Los animales responden a diversos estmulos de su medio. En el ejemplo de esta imagen, el estmulo es bitico o abitico? ACTIVIDAD 2 Analiza el siguiente esquema y responde. a. Qu semejanzas puedes establecer entre el control nervioso y el endocrino? b. Qu diferencias puedes establecer entre el control nervioso y el endocrino? 2. Funcin del sistema nervioso y su relacin con el sistema endocrino Para sobrevivir, los animales requieren mantener dentro de ciertos rangos las condiciones de su medio interno, como la temperatura y la presin de la sangre. Tambin necesitan desarrollar comportamientos que les permitan obtener su alimento, defenderse de posibles depredadores y protegerse de las condiciones abiticas del ambiente (precipitaciones, calor, etc.). Estas y otras actividades importantes para su vida, dependen en gran medida de la eficacia con que los animales reaccionen a los estmulos internos y externos. Para que esta respuesta sea adecuada, el sistema nervioso cumple tres funciones bsicas: sensitiva, integradora y motora. La funcin sensitiva se refiere a que siente o detecta ciertos estmulos provenientes tanto del interior del organismo como del medio externo. Luego, analiza la informacin captada, pro- veniente de los estmulos, almacena algunos aspectos de ella y toma decisiones respecto de la accin a seguir; esta es la funcin integradora. Finalmente responde a los estmulos iniciando contracciones musculares o secreciones glandu- lares, lo cual constituye la funcin motora. En los animales ms complejos, en cuanto a su fisiologa y organizacin estructural, existen hormonas que participan en la regulacin de procesos internos, como el control de la con- centracin de azcar en la sangre, el crecimiento corporal, el desarrollo de caracteres sexuales secundarios, etc. Estas hormonas corresponden a sustancias qumicas producidas por glndulas endocrinas (que forman parte del sistema endocrino), que son transportadas por la sangre a diferentes rganos y tejidos del organismo. En estos animales, tanto el sistema nervioso como el sistema endocrino coordinan las respuestas del organismo frente a estmulos internos y externos. Clula endocrina Hormona Sangre Seal Receptor Receptor Neurotransmisor Mensaje nervioso Clula blanco Clula efectora Respuesta Respuesta Estmulo Estmulo Respuesta Estmulo Clula nerviosa Efector Receptor-Emisor Va de transmisin
7. 7. Unidad 1 Sistema nervioso 12 Ciencias Biolgicas CONTENIDOS 3. Organizacin del sistema nervioso en los animales Qu tipo de animales son ms sencillos de acuerdo con la organizacin y estructura de su sistema nervioso? A continuacin se presenta la organizacin del sistema nervioso de distintos grupos de animales, tanto invertebrados como vertebrados. La organizacin ms simple del sistema nervioso la presenta un tipo de animales pertenecientes al grupo Cnidaria (como la hydra y las medusas) y corresponde a una red nerviosa donde las neuronas (clulas del sistema nervioso) estn dispersas por todo el organismo. No existe un rgano central que realice la funcin integradora o de control. Gracias a esta red nerviosa, la hydra mueve sus tentculos para capturar su alimento. Los gusanos planos pertenecientes al grupo de los Platelmintos, como las planarias, presentan una regin ceflica (cabeza) que posee concentra- ciones de clulas nerviosas llamadas ganglios cerebrales. Estos ganglios estn unidos y cum- plen una funcin de control e integracin. Desde los ganglios se prolongan longitudinalmente dos cordones nerviosos hasta el extremo posterior del cuerpo. Un cordn nervioso corresponde a una estructura alargada y compacta formada por neuronas. En los animales pertenecientes al grupo de los Moluscos, como los bivalvos (almejas, machas, etc.), gasterpodos (caracoles) y cefalpodos (pulpos y calamares), el sistema nervioso presen- ta algunas variaciones dependiendo del grupo ms especfico al que pertenezcan. En general, est compuesto por pares de ganglios conectados por nervios, formando un anillo nervioso en los gasterpodos y cefalpodos. Estos ltimos poseen un cerebro de mayor desarrollo en com- paracin con el resto de los invertebrados. En general, los moluscos poseen rganos sensoriales sencillos (fotorreceptores, quimiorreceptores y rganos tctiles), sin embargo, la mayora de los cefalpodos poseen ojos muy desarrollados. En las lombrices de tierra y sanguijuelas (grupo Anlidos), el sistema nervioso se compone de ganglios ubicados en la regin anterior, los cuales forman un cerebro. A partir de ellos se pro- longan hacia la regin posterior dos cordones nerviosos longitudinales muy cercanos. En cada segmento del cuerpo de estos invertebrados se encuentra un par de ganglios estrechamente asociados, desde los cuales se prolongan nervios laterales. En la superficie del cuerpo de estos animales existen clulas que tienen una funcin sensitiva para estmulos tctiles y lumnicos. Red nerviosa Glanglios cerebrales Cordones nerviosos Cerebro Nervios laterales Cordones nerviosos longitudinales Ganglio Cerebro Nervios hacia los msculos Ganglio visual Ganglio
8. 8. Unidad 1 Sistema nervioso 13Ciencias Biolgicas En los Artrpodos en general, como los arcnidos, crustceos e insectos, existen ganglios en la regin ceflica ubicados sobre el esfago. Estos ganglios constituyen un cerebro que posee regiones funcionales especficas. A partir de ganglios ubicados bajo el esfago se prolonga longitudinalmente hacia el extremo posterior, un cordn nervioso doble y ventral. En algunos grupos estn ntimamente aproximados for- mando un solo cordn longitudinal. El cuerpo de estos animales es segmentado y existe un par de ganglios en ciertos segmentos, aunque en ocasiones estn tan estrechamente unidos que parece un solo ganglio por segmento. Desde el cerebro se prolongan nervios a dife- rentes rganos sensitivos, como ojos y antenas y desde los ganglios presentes en los segmentos, surgen nervios laterales conectados con diversos rganos y estructuras motoras como los msculos de las patas. En los animales del grupo de los Equinodermos, como las estrellas de mar y los erizos, el sistema nervioso, en general, presenta un anillo nervioso (neural) central conectado con un nervio radial principal en cada brazo. Estos animales poseen pocos rganos de los sentidos especializados, entre los que se encuentran rganos tctiles, quimiorreceptores y fotorreceptores. En los animales cordados existe un cordn ner- vioso dorsal, cuyo extremo anterior se ensancha y forma una vescula cerebral en los cordados no vertebrados (como el piure), pero en todos los vertebrados (peces, anfibios, reptiles, aves y mamferos) se engruesa y forma el encfalo constituido por el cerebro, cerebelo, tronco enceflico y otros rganos nerviosos. ACTIVIDAD 3 Responde las siguientes preguntas. a. Desde el punto de vista de su organizacin y de sus estructuras, qu animales poseen un sistema nervioso con menos cantidad y complejidad de rganos? b. Crees que existe relacin entre la cantidad, complejidad de rganos del sistema nervioso y el modo de vida de los animales? Fundamenta. Cerebro Cerebro Tronco enceflico CerebeloGanglios Cordn nervioso Nervios radiales Anillo neural
9. 9. El SNS est formado por neuronas que llevan informacin desde las unidades sensitivas, como los rganos de los sentidos, hasta el SNC, y por neuronas que conducen informacin desde el SNC hasta el sistema muscular esqueltico. Como el accionar de los msculos esquelticos puede ser controlado conscientemente, se con- sidera al SNS como voluntario. El SNA est formado por neuronas que llevan informacin desde los componentes sensitivos (receptores), ubicados fundamentalmente en las vsceras, hasta el SNC, y por neuronas que conducen informacin desde el SNC hasta los msculos lisos, como los del sistema digestivo, el msculo cardaco y las glndulas. Como la con- traccin de estos msculos y glndulas no es cons- ciente, se considera al SNA como involuntario. El componente motor del SNA, es decir, aquellas neuronas involucradas en la contraccin de la musculatura lisa y cardaca y de la secrecin glandular, tiene dos divisiones: la divisin sim- ptica y la divisin parasimptica. Tienen acciones opuestas: la primera participa en reacciones del organismo frente a situaciones de tensin, y la segunda, restablece el equilibrio propio del organismo en reposo. Por ejemplo, las neuronas simpticas aceleran los latidos del corazn, mientras que las parasimpticas los desaceleran. Unidad 1 Sistema nervioso 14 Ciencias Biolgicas CONTENIDOS ACTIVIDAD 4 Averigua algunas acciones de la divisin simptica y parasimptica del SNA. Sistema nervioso Encfalo Tronco enceflico Mdula espinal Sistema nervioso central (SNC) Nervios y ganglios que se encuentran fuera del SNC 4. Organizacin general del sistema nervioso humano Cerebelo Diencfalo Cerebro Sistema nervioso somtico (SNS) se subdivide en formado por presenta las siguientes partes tiene dos componentes que funcionan de manera interconectada Sistema nervioso autnomo (SNA) compuesto por Sistema nervioso perifrico (SNP)
10. 10. Cerebro Cerebelo Tronco enceflico Mdula espinal Nervio Cerebro Mesencfalo Protuberancia Bulbo raqudeo Tlamo Hipotlamo Mdula 15Ciencias Biolgicas Averigua qu es un reflejo y cules son las estructuras nerviosas que posibilitan que se lleve a cabo. Seala ejemplos de reflejos. Averigua qu es un receptor, un efector y un impulso nervioso. 5. Sistema Nervioso Central (SNC) Cules son las funciones del sistema nervioso central? Las funciones que cumple este sistema estn relacionadas con el anlisis de la informa- cin sensitiva, almacenando aspectos de ella y ordenando ciertas acciones a seguir. Para llevar a cabo estas funciones generales, las diferentes estructuras del SNC cumplen otras ms particu- lares, las cuales sern descritas posteriormente. A continuacin se presentan las principales estructuras del SNC. ACTIVIDAD 5 Unidad 1 Sistema nervioso Cerebelo
11. 11. Unidad 1 Sistema nervioso 16 Ciencias Biolgicas CONTENIDOS 5.1 Estructuras del sistema nervioso central y sus funciones A continuacin se sealan las principales estruc- turas del SNC y sus funciones ms importantes. Mdula espinal. Contiene circuitos neuronales (formados por neuronas) que intervienen en algunas de las respuestas ms rpidas y auto- mticas del organismo ante determinados estmulos. Por lo tanto, es el centro en el que se procesan los reflejos medulares. Adems, a travs de ella se conducen los impulsos ner- viosos sensitivos que se dirigen hasta el enc- falo y los impulsos nerviosos motores que se propagan desde el encfalo hasta los efectores. Tronco enceflico. Regin del encfalo com- puesta por el bulbo raqudeo, la protuberancia y el mesencfalo. Bulbo raqudeo. En l se encuentran el centro cardiovascular que controla la frecuencia y la fuerza del latido cardaco, adems del di- metro de los vasos sanguneos y el centro respiratorio. Protuberancia. En ella se encuentran las reas neumotxica y apnusica. La primera limita la duracin de la inspiracin y facilita la espira- cin, y la segunda prolonga la inspiracin, inhibiendo la espiracin. Mesencfalo. Posee centros reflejos para los movimientos de los ojos, cabeza y cuello, en respuesta a estmulos visuales, y para los movimientos de la cabeza, en respuesta a estmulos auditivos. Diencfalo. Contiene el tlamo y el hipotla- mo, es un centro coordinador principal del cerebro. Tlamo. A esta estructura llega informacin sensorial, que permite apreciar sensaciones como el dolor, la temperatura y la presin. Al tlamo llega la informacin antes de pasar a la corteza cerebral. Hipotlamo. Es uno de los rganos reguladores ms importantes de la homeostasis. Con- tribuye a la regulacin de la contraccin del msculo liso (como el del tubo digestivo) y cardaco; y de la secrecin de muchas glndu- las. Regula la temperatura corporal. En l se encuentra el centro del apetito, responsable de la sensacin de hambre y el centro de la sed. Contribuye a mantener los estados de vigilia y los patrones de sueo. Cerebelo. Controla las contracciones musculares esquelticas que son necesarias para la coordi- nacin, la postura, el equilibrio y la ejecucin de movimientos precisos. Cerebro. Posee reas que interpretan los im- pulsos sensitivos. Las reas motoras controlan los movimientos musculares voluntarios y las reas de asociacin intervienen en procesos ms complejos como la memoria, las emociones, el razonamiento y las capacidades intelectuales. ACTIVIDAD 6 Construye un modelo que incluya las diferentes estructuras del sistema nervioso mencionadas en estas pginas. Puedes utilizar materiales de desecho. Monta una exposicin con tu curso. @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ Biolog@net En la direccin www.medtropolis.com/VBody.asp encontrars un atlas anatmico virtual que te permitir ahondar en la anatoma y las caractersticas del cerebro. Recuerda que las direcciones de Internet o su contenido pueden cambiar, por lo que te recomendamos realizar tu propia bsqueda en la Web.
12. 12. 5.2 Las funciones del cerebro El cerebro es el rgano con mayor masa del encfalo. Sus funciones son mltiples y muy complejas. En determinadas reas del cerebro se llevan a cabo procesos muy importantes, por ejemplo, las reas sensitivas primarias reciben la informacin proveniente de los receptores sensoriales y conducen impulsos a las reas de asociacin donde se interpreta esta informacin. Las reas de asociacin tambin se conectan con reas motoras, que controlan la contraccin muscular voluntaria, sobre todo en aquellos ms- culos que realizan movimientos complejos y delicados. La memoria y el aprendizaje son dos procesos que se desarrollan gracias al cerebro. El apren- dizaje es el proceso mediante el cual se adquieren conocimientos sobre diferentes aspectos. La memoria es la retencin de dicho conocimiento y su recuperacin para utilizarlo en algn contexto determinado. Muchas especies de ani- males tienen ambas capacidades, sin embargo, estas alcanzan su mximo desarrollo en la espe- cie humana. El lenguaje es otro proceso en el cual est invo- lucrado el cerebro. En el proceso de traducir palabras (habladas o escritas) en pensamientos, existen, en nuestro cerebro, reas sensoriales y reas de asociacin relacionadas con el lenguaje. Para traducir los pensamientos al habla se requiere, adems, la intervencin de un rea motora. Unidad 1 Sistema nervioso 17Ciencias Biolgicas ACTIVIDAD 7 Observa las siguientes imgenes, busca informacin en distintas fuentes y describe las regiones y/o estructuras sealadas. Haz una descripcin de la anatoma del cerebro y comparte tu respuesta en una puesta en comn. reas cerebrales que se activan durante diferentes aspectos del lenguaje. Lbulo frontal Lbulo parietal Lbulo frontal Lbulo occipital Lbulo occipital Fisura longitudinal Hemisferio izquierdo Hemisferio derecho Lbulo temporal Vistas lateral (A) y superior (B) del cerebro. Cerebelo Sustancia gris (corteza cerebral) Sustancia blanca Circunvolucin Leyendo Escuchando Hablando Pensando A B
13. 13. Unidad 1 Sistema nervioso 18 Ciencias Biolgicas CONTENIDOS 6. Clulas nerviosas A pesar de la complejidad del sistema nervioso, solo est formado por dos tipos de clulas: las neuronas y las clulas gliales o neuroglias. Las neuronas del sistema nervioso central son de variadas formas y tamaos; no obstante, la mayor parte de ellas presentan las siguientes regiones o partes: cuerpo celular o soma, den- dritas, axn y terminales sinpticos. Cuerpo celular o soma. Contiene citoplasma con un ncleo y organelos como lisosomas, mitocondrias y aparato de Golgi, adems de los cuerpos de Nissl, que son una disposicin ordenada del retculo endoplasmtico rugoso. Tambin se encuentran las neurofibrillas o filamentos que forman el citoesqueleto. Dendritas. Cortas prolongaciones que se extien- den a partir del soma y que se ramifican. Axn. Es una larga prolongacin cilndrica que se proyecta desde el soma y que contiene un citoplasma (axoplasma) con mitocondrias y neurofibrillas, pero que carecen de retculo endoplasmtico rugoso. La membrana que lo rodea se conoce como axolema. Terminales presinpticos o botones sinpticos. El axn se divide en ramas terminales, cada una de las cuales finaliza en varias estructuras llamadas botones sinpticos o terminales presinpticos. Los axones de las neuronas que se encuentran fuera del sistema nervioso central estn recu- biertos por una vaina de mielina que est for- mada por capas de lpidos y protenas producidas por las clulas de Schwann. La vaina de mielina envuelve al axn excepto en los nodos de Ranvier, que son espacios situados entre las vainas de mielina. Los axones de las neuronas del sistema nervioso central tambin tienen mielina, pero es producida por clulas llamadas oligodendro- citos (clulas gliales). Biodatos Durante muchos aos se pens que la teora celular no se aplicaba al cerebro. Camillo Golgi desarroll una tcnica que permite teir toda la neurona. Esta tcnica fue usada por Santiago Ramn y Cajal para examinar la estructura nerviosa de diversos organismos. Sus observaciones mos- traron que las neuronas son las unidades bsicas de sea- lizacin en el cerebro. Neuronas del cerebro. Dendritas Cuerpo celular o soma Ncleo Cuerpos de Nissl Nodos de Ranvier Axn Vaina de mielina Arborizacin terminal Ramas colaterales Botones presinpticos Ampliacin de un botn presintico
14. 14. Unidad 1 Sistema nervioso 19Ciencias Biolgicas 6.1 Funcin de las neuronas Las neuronas tienen la capacidad de comuni- carse con precisin, rapidez y a larga distancia con otras clulas, ya sean nerviosas, musculares o glandulares. A travs de las neuronas se transmiten seales elctricas denominadas impulsos nerviosos. Esta transmisin es mucho ms rpida que los procesos de difusin que habitualmente ocurren en las clulas. El impulso nervioso, en las neuronas de un organismo vivo, viaja desde las dendritas (lugar donde se recibe el estmulo), hacia el terminal presinptico. Las neuronas conforman e interconectan los tres componentes del sistema nervioso: sensitivo, integrador y motor. De esta manera, un estmulo que es captado en alguna regin sensorial entrega cierta informacin que es conducida a travs de las neuronas y es analizada por el componente integrador, el cual puede elaborar una respuesta, cuya seal es conducida a travs de las neuronas. Dicha respuesta es ejecutada mediante una accin motora (contraccin mus- cular o secrecin glandular). 6.2 Clasificacin de las neuronas Por su funcin: Las neuronas pueden clasificarse en neuronas sensitivas o aferentes que conducen el impulso nervioso hasta el centro integrador (mdula espinal o tronco enceflico). Neuronas de asocia- cin que se encuentran en los centros integra- dores y conecta las neuronas sensitiva y motora. Neuronas motoras o eferentes que conducen el impulso nervioso hasta un efector (msculo o glndula). Por su estructura: Las neuronas unipolares presentan solo una prolongacin celular (axn), por lo general con muchas ramificaciones. Son el tipo de neuronas ms sencillo y predominan en el sistema nervioso de los invertebrados. Las neuronas bipolares poseen dos prolongaciones separadas, que emergen de los polos opuestos de la neurona. Las neuronas multipolares tienen un solo axn y una o ms dendritas, que emergen de diferentes partes del soma. Este tipo de neuronas predo- mina en el sistema nervioso de los vertebrados. ACTIVIDAD 8 Realiza un esquema que represente los tres tipos funcionales de neuronas. Seala en tu esquema el tipo de neurona involucrada y con flechas indica el sentido del impulso nervioso conducido por las neuronas. Las neuronas que intervienen en esta situacin se comunican a larga distancia, conectando la regin sensorial, el centro integrador y los rganos motores. Neurona unipolar Neurona bipolar Neurona multipolar
15. 15. Microglia Astrocito Capilar Neurona Oligodendrocito 6.3 Clulas gliales Las clulas gliales o neuroglias pueden dividirse dentro del sistema nervioso maduro, a diferencia de las neuronas, de manera que cuando ocurre una lesin traumtica, por ejemplo, las clulas gliales se multiplican para llenar los espacios que ocupaban las neuronas. Existen diferentes tipos de clulas gliales: los astrocitos, que se entrelazan alrededor de las neuronas para formar una red de sostn, entre otras funciones; las microglias, que protegen al sistema nervioso central de enfermedades infecciosas debido a su capacidad fagocitaria; y los oligodendrocitos que, junto con las clulas de Schwann, producen la vaina de mielina. Unidad 1 Sistema nervioso 20 Ciencias Biolgicas CONTENIDOS @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ Biolog@net En la direccin http://escuela.med.puc.cl/paginas/Cursos/segundo/ histologia/HistologiaWeb/IndiceNervioso.html encontrars microfotografas e informacin sobre las distintas formas celulares presentes en el sistema nervioso del ser humano. Recuerda que las direcciones de Internet o su contenido pueden cambiar, por lo que te recomendamos realizar tu propia bsqueda en la Web. El mal de Alzheimer es una enfermedad degenerativa que afecta actualmente a cerca de 12 millones de personas en el mundo y se carac- teriza por provocar demencia temprana en las personas que la padecen. Esta enfermedad est relacionada con una serie de alteraciones microscpicas, en las que se interrumpe la comunicacin entre neuronas debido a la prdida de clulas nerviosas o a la formacin de placas en los botones sinpticos, lo que lleva a la perdida progresiva de las capacidades mentales de una persona, llegando incluso a una desconexin total con el mundo. En los ltimos aos se ha investigado mucho en nuevas formas de combatir la enfermedad, aun- que an no se logra una solucin definitiva. Qu consideraciones crees que debera tener la sociedad con las personas que padecen esta enfermedad? Si tuvieras la posibilidad de tener contacto con una persona que tiene el mal de Alzheimer, cul crees que podra ser tu aporte para mejorar su calidad de vida? REFLEXIONA
16. 16. Unidad 1 Sistema nervioso 21Ciencias Biolgicas 7. Arco reflejo Los reflejos son respuestas automticas, rpidas y predecibles frente a cambios en el ambiente y que ayudan a mantener las condiciones del medio interno de nuestro organismo dentro de rangos normales. La ruta seguida por los impulsos nerviosos, desde su origen en una neurona hasta su llegada a otra parte del cuerpo, constituye un circuito neuronal especfico. El circuito ms simple se denomina arco reflejo y constituye la unidad bsica de la actividad nerviosa integrada, debi- do a que en l se pueden encontrar todos los elementos bsicos de la funcin del sistema nervioso. Los componentes del arco reflejo son: 1. Receptor: corresponde a las dendritas de una neurona sensitiva o una estructura asociada, que detecta un estmulo especfico desenca- denando uno o ms impulsos nerviosos. 2. Neurona sensitiva o aferente. 3. Neurona de asociacin. 4. Centro integrador: regin del sistema nervioso que analiza la informacin que trae la neu- rona sensitiva, para elaborar una respuesta. 5. Neurona motora o eferente. 6. Efector: estructura que responde al impulso nervioso (un msculo esqueltico, liso, cardaco o una glndula). ACTIVIDAD 9 Analiza el siguiente esquema y responde. a. Qu funcin cumple la interneurona inhibitoria? b. Qu ocurrira, hipotticamente, si la neurona motora extensora conectara con la neurona motora flexora? 44 3 5 2 1 6 Neurona aferente inervando el msculo extensor Neurona motora extensora Neurona aferente inervando el msculo flexor Interneurona inhibitoria Neurona motora flexora Extensor Flexor + + + + +
17. 17. Unidad 1 Sistema nervioso 22 Ciencias Biolgicas CONTENIDOS 8. Potencial de membrana Luigi Galvani, hace 200 aos, en un experimento con una rana, observ que el paso de corriente elctrica por la pata del animal haca que el msculo se contrajera. Desde entonces los cien- tficos saben que en los animales hay electrici- dad y que la conduccin nerviosa est asociada a fenmenos elctricos. La diferencia en la cantidad de carga elctrica entre una regin de carga positiva y una regin de carga negativa se llama potencial elctrico. Las mem- branas plasmticas, en general, poseen diferencias de carga elctrica entre el interior y el exterior de la membrana; el medio extracelular posee carga positiva y el medio intracelular, carga negativa. Este potencial se denomina potencial de membrana. El potencial elctrico de la membrana plasmtica se registra con microelectrodos, que son dispo- sitivos conectados a un instrumento llamado osciloscopio, que mide la actividad elctrica en las neuronas mediante la emisin de electrones. Este instrumento muestra una grfica que per- mite interpretar los fenmenos electroqumicos involucrados en los potenciales de membrana. ACTIVIDAD 10 Responde las siguientes preguntas. a. Qu suceder con las cargas elctricas si se aplica un estmulo en una neurona en reposo? b. Completa el esquema segn la respuesta que diste a la pregunta anterior. + 0 Este esquema representa el potencial de la membrana de una neurona en reposo, en este caso, positivo por fuera y negativo por dentro. Instrumento para medir voltaje IR A LA WEB Visita la pgina www.santillana.cl/bio3 y busca la animacin 1 de la unidad 1. Obsrvala con atencin y realiza las actividades que ah se proponen.
18. 18. Unidad 1 Sistema nervioso 23Ciencias Biolgicas 8.1 Potencial de reposo La distribucin diferencial de las cargas a los lados de la membrana determina que la neurona est polarizada elctricamente, estado que se conoce como potencial de reposo. Es decir, cuando el medio extracelular posee carga posi- tiva, en comparacin con el medio intracelular, que posee carga negativa, el potencial de membrana est en reposo. Cmo se explica que cuando la neurona est en reposo presenta una diferencia de carga elctrica entre el interior y el exterior de la clula? A continuacin se presenta un esquema de potencial de reposo. Durante el potencial de reposo de la membrana, existe mayor concentracin de iones K+ y prote- nas cargadas negativamente en el lado interno de la membrana y mayor concentracin de iones Na+ y Ca+2 en el lado externo. La membrana es permeable al potasio (K+ ) porque posee canales de potasio siempre abiertos, por lo tanto, estos iones tienden a salir. En el interior se acumu- lan protenas cargadas negativamente. El sodio (Na+ ) tiende a entrar, sin embargo los canales abiertos durante el potencial de reposo son muy pocos. El potencial de reposo se mantiene ya que existe una protena de membrana llama- da bomba de sodio/potasio que transporta (devuelve) iones Na+ hacia el exterior y K+ hacia el interior celular. ACTIVIDAD 11 Responde las siguientes preguntas. a. De acuerdo a lo que aprendiste en aos anteriores: a qu tipo de transporte corresponde la bomba sodio potasio?, qu caracteriza a este transporte? b. Qu pasara si la bomba de sodio potasio fuera inhibida? c. Explica por qu el medio extracelular de la neurona posee carga positiva, en comparacin con el medio intracelular, que posee carga negativa. Ca+2 Na+ Canal de K+ Canal de Na+ Canal de Na+ cerrado Canal de K+ Protenas cargadas negativamente ADPi ATP Bomba de Na+ K+ Medio extracelular Medio intracelular K+
19. 19. Unidad 1 Sistema nervioso 24 Ciencias Biolgicas CONTENIDOS 8.2 Potencial de accin Al estimular el axn de una neurona, se observa un cambio en la polaridad de la membrana, que se denomina potencial de accin. El interior de la membrana queda con carga positiva y el exterior con carga negativa, producto de un cambio en las concentraciones de iones entre el medio extra e intracelular. ACTIVIDAD 12 Analiza la siguiente ilustracin y responde. Observa el grfico y escribe en tu cuaderno la informacin que te entrega. Comprtela con tu curso en una puesta en comn. a. Qu iones intervienen en el cambio de polaridad de la membrana? b. Qu ocurre con los canales de sodio al estimular la neurona? c. Con qu carga quedan el interior y el exterior de la neurona? d. Cmo se restablece el estado de reposo? -70 Estmulo mV (milivolt) Potencial de accin Potencial de reposo Entrada de Na+ Salida de K+ ms (milisegundos) 0 +30 Medio extracelular Medio intracelular + + + ++ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Canal de Na+ Canal de Na+ Aniones no difusibles Canal de K+ Canal de K+ Bomba de Na+ - K+ Na+ K+
20. 20. Unidad 1 Sistema nervioso 25Ciencias Biolgicas 9. El impulso nervioso El potencial de accin que viaja a lo largo de la membrana plasmtica de la neurona constituye el impulso nervioso. Qu cambios ocurren cuan- do se produce un impulso nervioso que viaja por la neurona? El potencial de reposo puede ser modificado debido a los estmulos captados por los receptores sensitivos, lo que produce una despolarizacin, que consiste en el aumento de la permeabilidad para el Na+ , el cual ingresa a la clula, cambiando la polaridad de la membrana: interior positivo y exterior negativo. Este cambio de potencial se produce en el sitio receptivo de la neurona y se denomina potencial de receptor. Si el estmulo es dbil no se genera el impulso nervioso aun- que haya potencial de receptor. Para que se produzca un potencial de accin que se propa- gue, se necesita una intensidad umbral en el estmulo. Si la intensidad de un estmulo alcan- za o sobrepasa el umbral de excitacin de una neurona, se desencadena un impulso nervioso de la misma magnitud, es decir, no es directa- mente proporcional a la intensidad del estmulo. Esto se conoce como ley del todo o nada. Luego se restablece la polaridad habitual de la membrana o repolarizacin, por inactivacin de los canales de sodio que se abrieron y la sali- da de iones potasio (K+ ) al medio extracelular. Biodatos El potencial de reposo corresponde a una diferencia de potencial o voltaje y, como tal, su unidad de medida es el volt. En las neuronas oscila entre los 40 y 90 mV (milivolt), siendo el valor ms tpico 70 mV. Cuando la membrana se despolariza, el potencial de mem- brana cambia de 70 mV hasta 0 y luego a +30mV. Zona de despolarizacin Estmulo Zona de repolarizacin Na + Na + Na + Na + Na + Na + Na + Na + IR A LA WEB Visita la pgina www.santillana.cl/bio3 y busca la animacin 2 de la unidad 1. Obsrvala con atencin y realiza las actividades que ah se proponen. Averigua sobre la autopropagacin del potencial de accin y compralo con lo que ocurre con una mecha de dinamita.
21. 21. Unidad 1 Sistema nervioso 26 Ciencias Biolgicas CONTENIDOS 9.1 Intensidad, velocidad y conduccin del impulso nervioso Se siente lo mismo al pincharse con un alfiler que al rozarse con una pluma? Seguro que tu respuesta es negativa y esto se debe a que el impulso nervioso una vez que se inicia siempre alcanza la misma magnitud, es decir, no es ms intenso en la medida en que el estmulo lo sea. Sin embargo, la frecuencia con que los impul- sos se generan, produce respuestas diferentes. De esta manera, una presin en la piel ocasiona impulsos nerviosos que se propagan a travs del axn con una alta frecuencia; un roce suave, en la misma rea, genera impulsos ner- viosos ampliamente espaciados en el tiempo, es decir, con menor frecuencia. De qu depende la velocidad del impulso ner- vioso? La velocidad en la propagacin de los potenciales de accin no depende de la fuerza del estmulo, sino que del dimetro del axn y de la presencia o ausencia de vainas de mielina (con nodos de Ranvier). La temperatura juega tambin un rol importante, ya que las clulas nerviosas conducen los impulsos a velocidades menores cuando estn a temperaturas ms bajas. La conduccin del impulso nervioso es siempre igual? No, existen dos tipos de propagacin de los potenciales de accin: la conduccin conti- nua y la conduccin saltatoria. En el primer tipo se produce una despolarizacin progresiva de cada zona adyacente de la membrana del axn, es decir, una onda de despolarizacin. Esto ocurre en las neuronas que no tienen vainas de mielina. En la conduccin saltatoria, el potencial de accin salta de un nodo de Ranvier a otro, por lo cual el proceso es ms rpido. Esto se debe a que la vaina de mielina acta como un aislante, haciendo que el impulso nervioso salte de un nodo a otro y avance ms rpido. ACTIVIDAD 13 Reunidos en grupos, elijan uno de los siguientes procesos y diseen un modelo que lo explique: mecanismo de la bomba sodio-potasio, despolarizacin, repolarizacin, conduccin continua o conduccin saltatoria. Conduccin continua Conduccin saltatoria Tiempo Na + Na + Na + Na + Na + Na + Nodos de Ranvier 1 milisegundo (ms) 5 milisegundos (ms) 10 milisegundos (ms) Na + Na + Na + Na + Na + Na +
22. 22. Unidad 1 Sistema nervioso 27Ciencias Biolgicas 10. Sinapsis Las neuronas se comunican a travs de una seal elctrica que fluye desde los receptores neuronales, habitualmente las dendritas y el soma, hasta el terminal presinptico, el cual establece un punto de comunicacin con la neu- rona siguiente. El impulso nervioso se propaga de una neurona a otra, a travs de sitios espec- ficos de comunicacin conocidos como sinapsis. La neurona que conduce el impulso nervioso se denomina neurona presinptica y la que se encuentra a continuacin de la sinapsis se llama neurona postsinptica. De acuerdo al mecanismo de propagacin del impulso nervioso, existen dos tipos de sinapsis; la sinapsis elctrica y la sinapsis qumica. 10.1 Sinapsis elctrica En la sinapsis elctrica el impulso nervioso fluye directamente desde la neurona presinp- tica hasta la postsinptica, a travs de canales proteicos de unin ntima o conexones. La des- polarizacin de la neurona presinptica provoca la apertura de los canales inicos de la mem- brana de la neurona postsinptica, generando un potencial de accin. La transmisin rpida del impulso nervioso permite respuestas inme- diatas, prcticamente instantneas, como por ejemplo, el movimiento de la cola del cangrejo de mar para escapar de situaciones peligrosas. Las sinapsis elctricas son bidireccionales, ya que pueden transmitir una despolarizacin tanto desde la neurona presinptica a la postsi- nptica, como en sentido contrario. ACTIVIDAD 14 Analiza los grficos y responde las siguientes preguntas: a. Cul de los grficos representa la respuesta ms rpida en la neurona postsinptica? b. Cmo explicaras el potencial sub-umbral representado en el grfico B? c. Cul de los grficos representa una despolarizacin de la membrana postsinptica? Por qu? Biodatos La sinapsis qumica ms rpida es ms lenta que cualquier transmisin sinptica elctrica, sin embargo, de acuerdo con las investiga- ciones, la mayor parte de la transmisin sinptica en los mamferos es de carcter qumico. Por qu ocurre esto? Porque la transmisin qumica es ms modificable y regulable que la elctrica, lo cual constituye un mecanismo fundamental para procesos tan complejos como, por ejemplo, el aprendizaje. +30 mV (milivolt) 70 55 0 0 Clula presinptica Umbral 70 55 Umbral Clula postsinptica (milisegundos) ms +30 mV (milivolt) 70 0 +30 70 Clula presinptica Clula postsinptica (milisegundos) ms A C DB Los grficos A y B muestran los potenciales presinpticos y postsinpticos en la transmisin sinptica qumica. Los grficos C y D, representan la transmisin en la sinapsis elctrica.
23. 23. 10.2 Sinapsis qumica A diferencia de la sinapsis elctrica, en la sinapsis qumica no existe una unin ntima entre las neuronas: ms bien hay un espacio que separa la neurona presinptica de la neurona postsi- nptica. A continuacin se describen los princi- pales acontecimientos involucrados en la sinapsis qumica. 1. El impulso nervioso de la neurona alcanza el terminal presinptico (o botn sinptico) y la onda de des- polarizacin provoca una apertura de canales de Ca+2 . 2. Los iones Ca+2 pasan al interior de la zona terminal, desencadenando una exocitosis de las vesculas sinpticas que contienen sustan- cias qumicas denominadas neuro- transmisores. 3. Los neurotransmisores son libera- dos al espacio sinptico. 4. En la membrana postsinptica exis- ten molculas proteicas que actan como receptores especficos para determinados neurotransmisores. La unin neurotransmisor-recep- tor produce la apertura de canales inicos en la membrana postsinp- tica, lo cual genera potenciales postsinpticos que pueden tener un efecto excitador o inhibidor. 5. Si la unin neurotransmisor-recep- tor desencadena la apertura de ciertos canales inicos, principal- mente de aquellos que determinan la entrada de Na+ y la salida de K+ , se produce un potencial postsinp- tico excitador. 6. Si la unin neurotransmisor-recep- tor desencadena la apertura de ciertos canales inicos, principal- mente de aquellos que posibilitan la entrada de Cl o la salida de K+ , se produce un potencial postsinp- tico inhibidor. 10.3 Potenciales postsinpticos Al unirse un neurotransmisor a un receptor postsinptico, se genera un nuevo potencial de accin en la neurona postsinptica? Habitual- mente la unin neurotransmisor-receptor pro- duce potenciales bajo el umbral necesario en la membrana postsinptica, denominados poten- ciales excitadores o inhibidores. ACTIVIDAD 15 Unidad 1 Sistema nervioso 28 Ciencias Biolgicas CONTENIDOS Cl- K+K+ Na+ Ca+2 Membrana postsinptica Botn presinptico Vesculas sinpticas Neurotransmisor Receptor de membrana Complejo neurotransmisor receptor Onda de despolarizacin Lee la informacin de esta pgina respecto de los aconteci- mientos implicados en la sinapsis qumica y escribe sobre los esquemas los nmeros que correspondan con cada etapa. Revisa el anexo 4 (pgina 146), sobre drogas y sistema nervioso, que trata, entre otros temas, los efectos de las drogas en la sinapsis qumica.
24. 24. Unidad 1 Sistema nervioso 29Ciencias Biolgicas 10.4 Potencial postsinptico inhibidor El potencial postsinptico con efecto inhibidor es generado por una hiperpolarizacin en la membrana postsinptica, es decir, se hace ms negativo el interior de la neurona que cuando est en reposo, por lo cual resulta ms difcil de lo habitual generar un impulso nervioso. Esto se debe principalmente a la apertura de canales inicos para el Cl- (ion cloro), el cual tiende a entrar hacia la neurona postsinptica haciendo ms negativo su interior. Tambin se puede acentuar la polarizacin en la membrana post- sinptica debido a la apertura de canales para el K+ , ion que comienza a salir de la neurona. De todas maneras, este cambio de permeabilidad es de corta duracin y las condiciones de reposo se restauran nuevamente. 10.5 Potencial postsinptico excitador El potencial postsinptico excitador se produce por una despolarizacin parcial transitoria en un rea muy pequea de la membrana postsi- nptica. Un solo potencial excitador general- mente no inicia un impulso nervioso. Sin embargo, las despolarizaciones producidas por cada botn sinptico tienen un efecto sumato- rio, con lo cual se puede despolarizar el total de la membrana postsinptica, generando as un impulso nervioso. La unin neurotransmisor-receptor en la mem- brana postsinptica (1) desencadena la apertu- ra de ciertos canales inicos principalmente de aquellos que determinan la entrada de Na+ (2), lo que produce la despolarizacin de la mem- brana postsinptica. Una vez que los neuro- transmisores han cumplido su funcin, se des- prenden de los receptores hacia el espacio sinptico, desde donde deben ser eliminados para el normal funcionamiento de la sinapsis. Esto se realiza mediante la degradacin por parte de enzimas especficas (3) o a travs de la recaptacin (4), por parte de la neurona presi- nptica que los liber, a travs de sustancias transportadoras llamadas transportadores de neurotransmisores. ACTIVIDAD 16 Lee la informacin de esta pgina referida al potencial postsinptico excitador y escribe sobre los esquemas los nmeros correspondientes a cada etapa. Averigua sobre una de las siguientes drogas y su efecto a nivel de la sinapsis qumica: cocana, anfetamina o morfina. Prepara una presentacin y exponla ante tus compaeros y compaeras. Enzima Transportador Neurotransmisor
25. 25. Unidad 1 Sistema nervioso 30 Ciencias Biolgicas CONTENIDOS 10.6 Respuestas excitatoria o inhibitoria en la neurona postsinptica Las neuronas poseen las mismas estructuras generales; soma, axn, dendritas y botn sinptico. Adems, la propagacin del impulso nervioso se produce por los procesos de despo- larizacin y repolarizacin ya analizados. En el caso de la sinapsis qumica, las neuronas se comunican entre s a travs de neurotransmisores liberados por la neurona presinptica captados por receptores de membrana ubicados en la neurona postsinptica. Si las estructuras que participan en las sinapsis, as como los procesos, son similares, de qu depende la respuesta excitatoria o inhibitoria en la neurona postsi- nptica? El efecto excitador o inhibidor de la neurona postsinptica depende de las propiedades qumicas del receptor. Por ejemplo, la acetilcolina es un neurotransmisor que puede excitar algunas neuronas postsinpticas e inhibir otras, depen- diendo del receptor al que se una. 10.7 Tipos de sinapsis De acuerdo con el mecanismo de propagacin del impulso nervioso entre las neuronas, se puede distinguir la sinapsis elctrica (a travs de conexones) y la sinapsis qumica (mediante neurotransmisores). Sin embargo, de acuerdo a la regin de las neuronas que establecen el contacto sinptico, se reconocen tres tipos de sinapsis: axosomtica, axodendrtica y axoax- nica. En la denominacin de los tipos de sinapsis, hay un acuerdo en que la regin presinptica se escribe primero y luego la regin postsinptica. ACTIVIDAD 17 a. Observa y analiza los dibujos que representan los tres tipos de sinapsis y define cada una. b. Elabora un mapa conceptual que incluya los siguientes conceptos: sinapsis elctrica, sinapsis qumica, potencial postsinptico excitador, potencial postsinptico inhibidor, sinapsis axosomtica, sinapsis axodendrtica y sinapsis axoaxnica. c. Busca, en enciclopedias o Internet, informacin sobre la accin de los siguientes neurotransmisores: acetilcolina, norepinefrina, dopamina, serotonina, cido gama aminobutrico (GABA) y endorfinas. Elabora un cuadro resumen. Sinapsis axosomtica Dendrita Sinapsis axodendrtica Sinapsis axoaxnica Axn
26. 26. 11. Vas aferentes y eferentes El sistema nervioso cumple tres funciones bsicas: sensitiva, integradora y motora. Estas tres fun- ciones estn conectadas a travs de las neuronas que constituyen vas aferentes o sensitivas y de las neuronas que representan vas eferentes o motoras. Muchos impulsos nerviosos que provienen de receptores sensitivos y que llegan al sistema nervioso central (SNC), a travs de las vas afe- rentes, son procesados en determinadas regiones del SNC, originndose las sensaciones, sin que se generen impulsos a travs de vas eferentes. Cuando los impulsos nerviosos se conducen por las vas motoras (eferentes) se produce la con- traccin muscular o la secrecin glandular. La integracin de ambas vas (aferente y eferente) permite que se realicen procesos tan importantes como la ventilacin pulmonar. 11.1 Tipos de sensaciones Cada tipo especfico de sensacin se denomina modalidad sensitiva o sensorial, como el olfato y el tacto. Tradicionalmente se han reconocido cinco modalidades sensoriales conscientes: vista, odo, tacto (y presin), gusto y olfato. Tambin existen otras, como el calor, el fro y el dolor. Sin embargo, ciertas sensaciones no son aprecia- das en forma consciente (modalidades sensitivas no conscientes), como por ejemplo, la longitud y tensin muscular, la presin arterial, y la tem- peratura de la sangre en ciertas regiones de nuestro cuerpo. Los estmulos que producen sensaciones corres- ponden a variaciones de diferentes formas de energa. Dichas variaciones de energa pueden ser captadas por receptores sensoriales espec- ficos y pueden generar impulsos nerviosos en las vas aferentes. La intensidad del estmulo ms baja que una persona puede detectar se denomina umbral sensorial. La siguiente tabla muestra las modalidades sensitivas con sus receptores especficos y los estmulos correspondientes. Modalidad sensitiva Unidad 1 Sistema nervioso 31Ciencias Biolgicas ACTIVIDAD 18 A partir de la informacin entregada en el primer prrafo de esta pgina y del esquema que aparece en la pgina 21, elabora una definicin de va aferente y de va eferente. Tipo de receptor Estmulo Visin Fotorreceptor Luz Audicin Mecanorreceptor Ondas de presin de aire Equilibrio Mecanorreceptor Movimiento de la cabeza Tacto Gusto Mecanorreceptor Mecnico (presin) Termorreceptor Trmico Nociceptor/Quimiorreceptor Trmico Quimiorreceptor Qumico Olfato Quimiorreceptor Qumico
27. 27. 11.2 Cmo se producen las sensaciones? Para que se genere una sensacin deben ocurrir determinados procesos en el receptor sensorial, en las neuronas aferentes o sensitivas y en el centro elaborador (SNC). Estos se describen a continuacin. Estimulacin. Un estmulo es detectado por un tipo de receptor especfico. Transduccin. El receptor sensitivo convierte la energa del estmulo en seales electroqu- micas. El estmulo produce un cambio local en el potencial de membrana (despolarizacin), por activacin o apertura de canales inicos. Conduccin. Si el potencial de la membrana alcanza o supera el nivel umbral, se generan potenciales de accin (impulsos nerviosos) que son conducidos hasta el SNC. Traduccin. Una regin determinada del SNC transforma los impulsos nerviosos en sensacin. Los siguientes esquemas muestran algunos estmu- los y los efectos que producen en los receptores. Unidad 1 Sistema nervioso 32 Ciencias Biolgicas CONTENIDOS Mecanorreceptor. La presin abre los canales inicos. Quimiorreceptor. Una molcula saboreada u olfateada se acopla a un receptor iniciando un estmulo que controla el canal inico a travs de mensajeros intracelulares. Termorreceptor. La temperatura incide en una enzima de la membrana que controla un canal inico. Fotorreceptor. La luz altera la protena de la membrana, produciendo una seal intracelular que controla un canal inico. Presin Temperatura Enzima Luz Molcula intermediaria Molcula saboreada u olfateada Canales de Na+ sensibles a presin Canales de Na+ o K+
28. 28. Unidad 1 Sistema nervioso 33Ciencias Biolgicas 11.3 Diferencias entre sensaciones Los potenciales de accin (impulsos nerviosos) son similares en la mayora de las neuronas, sean estas aferentes o eferentes. Si estmulos diferentes generan seales elctricas similares en las neuronas por qu podemos distinguir entre dos o ms modalidades sensoriales dife- rentes? Los receptores sensoriales detectan estmulos particulares y generan impulsos ner- viosos conducidos a travs de vas aferentes especficas. Por ejemplo, las vas neuronales que se activan por la luz son diferentes a las vas activadas por el tacto. De esta manera, las vas sensoriales transportan sus seales hasta ciertas regiones especficas del SNC donde son generadas las sensaciones. La mayora de las sensaciones conscientes son elaboradas en el cerebro y las sensaciones inconscientes son pro- ducidas en otras regiones del SNC, como el tronco enceflico. 11.4 Diferencias en una misma sensacin Imagina que ests tocando una superficie fra. Si aumenta progresivamente la temperatura, la sen- sacin de calor se vuelve progresivamente ms intensa Por qu podemos percibir una sensacin de manera ms o menos intensa, si los impulsos nerviosos que generan dicha sensacin tienen igual magnitud? Mientras mayor es la fuerza del estmulo, mayor es la intensidad de la sensacin, debido a que aumenta la frecuencia de los impul- sos nerviosos que se propagan a travs del axn. Sin embargo, existe un nivel de saturacin en la frecuencia de impulsos nerviosos conducidos por las neuronas aferentes. Esto se produce porque en la neurona no se puede generar mayor nmero de potenciales de accin por unidad de tiempo. Tambin puede ocurrir que la frecuencia de los potenciales de accin en la neurona aferente dis- minuya a lo largo del tiempo, aunque el estmulo se mantenga constante. Este fenmeno se deno- mina adaptacin de los receptores y tiene por efec- to la disminucin en la intensidad de la sensacin. ACTIVIDAD 19 Analiza los grficos que representan potenciales de accin producidos por estmulos y responde. a. Qu sucede con la intensidad (magnitud) de los potenciales de accin cuando aumenta la intensidad del estmulo? Fundamenta. b. Qu sucede con la frecuencia de los potenciales de accin cuando aumenta la intensidad del estmulo? Fundamenta. +30 _ 70 0 milisegundos (ms) milivoltios(mV) +30 0 _ 70 milisegundos (ms) milivoltios(mV) Intensidaddel estmulo Estimulacin visual (luz blanca) Estimulacin visual (escena compleja) Estimulacin auditiva
29. 29. Humor vtreo. Sustancia clara y gelatinosa ubicada en un espacio, entre el cristalino y la retina. Esclertica. Capa de tejido que cubre el globo ocular y lo protege. Crnea. Capa transparente que protege la parte anterior del ojo. Humor acuoso. Lquido claro y transparente que llena la cmara anterior del ojo, es decir, entre el cristalino y la crnea. Pupila. Orificio central por donde ingresa la luz. Cristalino. Constituye un lente de fibras pro- teicas que permite enfocar los objetos. Iris. Formado por msculos circulares y radia- les, cuya contraccin y dilatacin regulan el tamao de la pupila. Coroides. Capa que tiene vasos sanguneos, que nutren los tejidos, y pigmentos que ab- sorben el exceso de luz. Retina. Est formada por mltiples capas de clulas que incluyen a los fotorreceptores y neuronas de diverso tipo. Se reconocen dos regiones: la retina nasal (ms cercana a la nariz) y la retina temporal (hacia el otro extremo). Punto ciego. Corresponde al lugar donde convergen las neuronas que forman parte del nervio ptico. Unidad 1 Sistema nervioso 34 Ciencias Biolgicas CONTENIDOS 12. La imagen visual y las vas aferentes La visin es una de las modalidades sensoriales ms importantes en nuestra vida cotidiana. Para comprender la construccin de la imagen visual, es necesario conocer la anatoma del globo ocular, rgano en cuyo interior est la retina, que es la estructura donde se encuen- tran los fotorreceptores a los cuales se conectan neuronas aferentes que forman el nervio pti- co. Las fibras de este nervio se prolongan hasta determinadas reas de la corteza cerebral, donde se elabora la modalidad sensorial de la visin. Humor vtreo Punto ciego Retina Coroides Iris Cristalino Pupila Humor acuoso Crnea Esclertica + Centra tu atencin en la figura y cubre con tu mano el ojo izquierdo. Ubica la pgina a unos 25 cm, mira atentamente la cruz y acerca lentamente el texto. Notars que el crculo desaparece de tu campo visual debido a que los estmulos visuales han cado en el punto ciego. Revisa el Anexo 2 en la pgina 140 y realiza la diseccin de ojo que ah se describe. BIOLAB
30. 30. Unidad 1 Sistema nervioso 35Ciencias Biolgicas 12.1 Procesamiento visual La elaboracin de imgenes visuales comienza con el ingreso de luz al globo ocular. Los rayos luminosos provenientes del objeto observado, son concentrados por la crnea, atraviesan el humor acuoso y convergen en el cristalino, desde donde se proyectan a travs del humor vtreo hasta la retina, estructura donde se enfoca la imagen observada. En cada una de estas partes, exceptuando la retina, se produce la refraccin de la luz. La contraccin y dilatacin de los msculos circulares y radiales del iris permiten la regulacin del dimetro de la pupila, cuyo ajuste ayuda a mantener una exposicin ade- cuada de la retina a la luz. El cristalino puede acomodar su curvatura, al enfocar objetos que se encuentran a diferentes distancias, permi- tiendo que los rayos luminosos se proyecten sobre la retina. La imagen enfocada en la retina es invertida. Los mensajes nerviosos que salen de la retina por el nervio ptico llegan final- mente hasta la zona occipital de la corteza cerebral donde son procesados y analizados. En esta regin se vuelve a invertir la imagen visual. ACTIVIDAD 20 Averigua en qu consiste la miopa y la hipermetropa. Analiza los esquemas (Biodatos) y explica lo que sucede con los lentes biconvexos y bicncavos, con respecto a la refraccin de la luz. Seala el tipo de lentes que se utilizan para corregir la hipermetropa y la miopa. Biodatos La refraccin de la luz consiste en la desviacin del rayo o haz luminoso al pasar de un medio a otro de diferente densidad. Este fenmeno fsico es considerado en la fabri- cacin de lentes que corrigen alteraciones de la visin. a. Hipermetropa c. Lente biconvexa b. Miopa Los dibujos representan alteraciones frecuentes de la visin (a y b) y dos tipos de lentes que las corrigen (c y d). d. Lente bicncava Refraccin y acomodacin de los rayos de luz durante la visin de un objeto lejano y otro cercano. Rayos casi paralelos procedentes de un objeto lejano Rayos divergentes procedentes de un objeto prximo (acomodacin) Retina Retina Nervio ptico rea visual occipital
31. 31. Unidad 1 Sistema nervioso 36 Ciencias Biolgicas CONTENIDOS 12.2 Imagen visual y transmisin de los impulsos nerviosos El estmulo luminoso antes de llegar hasta los fotorreceptores (conos y bastones), atraviesa las clulas ganglionares y luego las clulas bipolares. Cuando los fotorre- ceptores son estimulados por la luz (foto- nes) se produce la transduccin en seales elctricas, que se conducen como impulsos nerviosos que siguen el camino inverso: pasan hacia las neuronas bipolares y luego hacia las ganglionares. Entre estos tipos de neuronas se produce transmisin sinptica. Los axones de las neuronas ganglionares forman el nervio ptico. Los nervios pticos de ambos ojos coinciden en el quiasma ptico, regin donde los axones de la retina nasal se cruzan al lado opuesto del encfa- lo. Los axones de las retinas temporales, de ambos ojos, no se cruzan. La separacin resultante forma los tractos pticos (dere- cho e izquierdo). 12.3 Estructura de los fotorreceptores Los fotorreceptores contienen un pigmento visual, consistente en una molcula de vitamina A unida a una protena, que se localiza en una estructura (discos) cuyo diseo permite captar luz con mxima eficiencia. Los bastones poseen mayor cantidad de este pigmento, por lo cual captan ms luz que los conos. Qu otras dife- rencias existen entre los fotorreceptores? 12.4 Diferencias entre los fotorreceptores Los bastones son ms sensibles a la luz y son ms numerosos que los conos, lo que posibilita la visin con escasa iluminacin. Un simple fotn puede producir una seal elctrica detec- table en los bastones. Los conos, en cambio, son responsables de la visin en color con buena iluminacin. Requieren cientos de fotones para producir una seal elctrica similar a la que un fotn genera en un bastn.Estructuras de los fotorreceptores: bastones (a) y conos (b). Coroides Capa pigmentada Bastones Conos Clulas bipolares Nervio ptico Rayos de luz Clulas ganglionares Clula amacrina Clula horizontal (a) Terminal sinptico Terminal sinptico Segmento interno (b) Segmento externo Segmento externo Segmento interno Membrana plasmtica Cilios Discos Estructura de la retina.
32. 32. Unidad 1 Sistema nervioso 37Ciencias Biolgicas Campo visual derecho Retina temporal Retina temporal Retina temporal Campo visual izquierdo Campo visual izquierdo Campo visual Retinas nasales Quiasma ptico Retinas nasales Quiasma ptico Nervio ptico Nervio ptico Nervio ptico Nariz Tracto ptico derecho Tracto ptico izquierdo Tracto ptico derecho Tracto ptico izquierdo Campo visual REFLEXIONA ACTIVIDAD 21 Explica qu sucedera con la imagen visual elaborada en el cerebro si se lesionaran las siguientes estructuras: nervio ptico derecho, tracto ptico izquierdo, quiasma ptico, axones de la retina temporal del ojo derecho. Las personas, en general, tienen cada vez mayor acceso a la informacin, debido al avance en la tecnologa. En este marco, el desarrollo pro- fesional y laboral est determinado, en gran medida, por su capacidad de manejo de la tecnologa. Sin embargo, esto no siempre es posible para las personas no videntes. Por esto, los objetos tecnolgicos deben ser modificados para permitir que estas personas puedan utilizarlos. En Chile, segn el Censo del ao 2002, cerca de 430.000 personas sufren alguna discapacidad visual. Para acercarlos a las tecnologas de la informacin, se generan iniciativas como las de la Biblioteca Nacional con su sala para no videntes. Consideras importante facilitar que las personas no videntes accedan a los avances tecnolgicos? Por qu? De qu manera ayudas a su integracin? 12.5 El campo visual El campo visual es la vista captada por los dos ojos sin mover la cabeza. Se puede delimitar la mitad derecha y la mitad izquierda del campo visual. La mitad derecha proyecta la luz sobre la retina nasal del ojo derecho y sobre la retina temporal del ojo izquierdo. La mitad izquierda proyecta la luz sobre la retina nasal del ojo izquierdo y sobre la retina temporal del ojo derecho. La luz de la regin central del campo visual penetra en ambos ojos; esta rea se denomina zona binocular. Sin embargo, en cada mitad del campo visual existe una zona monocular (adems de la zona binocular). En esta zona la luz se pro- yecta solo sobre la retina nasal del ojo del mismo lado, ya que la nariz bloquea la luz del lado opuesto. El tracto ptico izquierdo contiene axones de la retina temporal del ojo izquierdo y de la retina nasal del ojo derecho. El tracto ptico derecho contiene axones de la retina temporal del ojo derecho y de la retina nasal del ojo izquierdo. De esta manera, el tracto ptico izquierdo transporta una representacin completa del campo visual derecho y el tracto ptico dere- cho transporta una representacin completa del campo visual izquierdo.
33. 33. 13. La contraccin muscular y las vas eferentes Como lo sealamos anteriormente, las neuronas eferentes o motoras producen la contraccin muscular o la secrecin de glndulas. Analiza- remos la contraccin de los msculos debido a la importancia que este proceso tiene en muchos procesos biolgicos de nuestro organismo. Para entender cmo se produce la contraccin muscular, es necesario conocer la organizacin de las clulas musculares. El msculo esqueltico est formado por fibras musculares que corres- ponden a clulas largas, cilndricas y con muchos ncleos. Cada fibra muscular a su vez, est com- puesta por miofibrillas que contienen filamentos de protenas en un cierto orden. Los filamentos ms gruesos estn formados por la protena mio- sina y los ms delgados son de actina, principal- mente. Esta disposicin causa el aspecto de estria- cin transversal caracterstico de los msculos esquelticos. Las partes de estas estriaciones se identifican por letras y constituyen el sarcmero. Cuando se produce la contrac- cin de un msculo esque- ltico, ocurre un despla- zamiento de los fila- mentos de actina sobre los filamentos de miosi- na, de tal manera que el ancho de las bandas A se mantiene constante, pero las lneas Z se acercan una a la otra. Cuando el msculo se relaja, las lneas Z se separan. Todos los movimientos musculares (contraccin y relajacin) son controlados voluntariamente? Aunque no lo percibimos conscientemente, los fenmenos de contraccin y relajacin muscular no solamente ocurren en los msculos de con- trol voluntario (ms- culos esquelticos), sino que tambin en los ms- culos de naturaleza involun- taria, como los msculos lisos (del intestino, por ejemplo) y el msculo cardiaco (del corazn). Unidad 1 Sistema nervioso 38 Ciencias Biolgicas CONTENIDOS Biodatos Las estriaciones del msculo cardiaco son similares a las del msculo esqueltico, sin embargo, el msculo liso no tiene estras transversales visibles, ya que la actina y miosina no estn dispuestas regularmente (en orden). @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ Biolog@net En la direccin http://escuela.med.puc.cl/paginas/Cursos/segundo/histologia/HistologiaWeb/IndiceMuscular.html encontrars microfotografas de tejido muscular e informacin relacionada con su funcionamiento. Recuerda que las direcciones de Internet y su contenido pueden cambiar, por lo que te recomendamos realizar tu propia bsqueda en la Web. Msculo esqueltico Fibra muscular Miofibrilla Banda I Banda I Filamento fino (actina) Filamento grueso (miosina) Banda A Lnea M Lnea Z Sarcmero.
34. 34. Unidad 1 Sistema nervioso 39Ciencias Biolgicas 13.1 Regulacin nerviosa de la contraccin muscular Recuerdas qu divisin del sistema nervioso con- duce los impulsos que provocan la contraccin de los diferentes tipos musculares? La contraccin de los diferentes tipos de msculos est determinada por las vas eferentes del sistema nervioso perif- rico (SNP), ya sea somtico o autnomo. La contraccin o relajacin de los msculos esquelticos est controlada por fibras nerviosas eferentes que forman parte del sistema nervioso somtico (SNS), las que conducen impulsos ner- viosos desde reas especficas de la corteza cerebral, que es la principal regin que controla el inicio de los movimientos voluntarios. La actividad de los msculos lisos (involuntarios), del msculo cardiaco y de las glndulas del organismo est regulada por las fibras nerviosas eferentes del sistema nervioso autnomo (SNA). Estas fibras se agrupan en los diversos nervios raqudeos que son los que se conectan con la mdula espinal. En coordinacin con el sistema nervioso central (encfalo y mdula espinal), el sistema nervioso autnomo controla las princi- pales funciones vitales de nuestro organismo. A continuacin se representan algunos de los principales procesos fisiolgicos controlados por el sistema nervioso autnomo, a travs de sus vas eferentes. ACTIVIDAD 22 A continuacin se seala el efecto que el sistema nervioso autnomo (simptico y parasimptico) tiene sobre algunos rganos. Completa los efectos que faltan, guindote con la ilustracin de esta pgina. A Dilatacin pupilar. A B B Estimulacin de la salivacin. C C Contraccin de los bronquios. D Aceleracin de la frecuencia cardaca. D E Inhibicin de la digestin. E F F Estimulacin de la motilidad y secreciones intestinales. G Relajacin de la vejiga urinaria. G Craneal Divisin simptica Divisin parasimptica Cervical Torcica Lumbar Sacra Craneal Cervical Torcica Lumbar Sacra A A B C B C D E F 1 2 G D E F G 1 y 2= Ganglios simpticos
35. 35. Unidad 1 Sistema nervioso 40 Ciencias Biolgicas CONTENIDOS 13.2 Cmo se produce la contraccin muscular? La contraccin de los msculos es posible gracias a la unin neuromuscular, que corresponde a una sinapsis qumica entre una neurona y una fibra muscular. Los terminales axonales de la neurona presinptica contienen vesculas en cuyo interior se encuentra un tipo especial de neurotransmisor; la acetilcolina. La membrana de la fibra muscular donde existe la unin neu- romuscular, se denomina placa motora terminal y contiene receptores para la acetilcolina. La neu- rona no est en contacto directo con la fibra muscular, sino que existe un espacio sinptico entre ambas clulas. Cuando un impulso nervioso llega hasta los ter- minales axonales, se produce la liberacin de la acetilcolina al espacio sinptico (1). Este neuro- transmisor se une a los receptores de la placa motora terminal (2), lo que genera la apertura de canales para las molculas de Na+ principal- mente (3), con lo cual se desencadena un potencial de accin muscular (4) que se conduce a lo largo de la membrana de la fibra muscular o sarcolema. La enzima acetilcolinesterasa se encarga de degradar a la acetilcolina. El potencial de accin muscular provoca la libera- cin del in calcio (Ca2+ ) (5) que se encuentra almacenado en el retculo sarcoplsmico. Cuando el Ca2+ est en el citoplasma de la fibra muscular (sarcoplasma), produce el desplaza- miento de los filamentos delgados (6) y la con- secuente contraccin muscular. Existen bombas de transporte activo de Ca+ que devuelven este ion del sarcoplasma (7) al retculo sarcoplsmico. ACTIVIDAD 23 De acuerdo a lo analizado en esta pgina, explica dos mecanismos mediante los cuales se produce el desplazamiento de los fila- mentos delgados en la relajacin muscular. Vescula sinptica Espacio sinptico Acetilcolina Receptor de acetilcolina Canal de calcio abierto Canal de calcio cerradoBomba de transporte activo de calcio Placa motora Na + Ca +2 Ca +2 Retculo sarcoplsmico Retculo sarcoplsmico Contraccin muscular Relajacin muscular Sarcoplasma Sarcolema Sarcoplasma Sarcolema 6 7 5 4 2 3 1 IR A LA WEB Visita la pgina www.santillana.cl/bio3 y busca la animacin 3 de la unidad 1. Obsrvala con atencin y realiza las actividades que ah se proponen.
36. 36. Unidad 1 Sistema nervioso 41Ciencias Biolgicas 14. Ventilacin pulmonar Qu tipo de neuronas, aferentes o eferentes, son necesarias para que ocurra la ventilacin pulmonar? La ventilacin pulmonar es un claro ejemplo de cmo las vas nerviosas aferentes (sensitivas) y eferentes (motoras) intervienen para regular un mismo proceso. El control ner- vioso de la ventilacin pulmonar est regulado por el centro respiratorio. El centro respiratorio est formado por grupos de neuronas que, fun- cionalmente, se dividen en tres reas: el rea rtmica bulbar, que posee las reas inspiratoria y espiratoria y est ubicada en el bulbo raqu- deo, y las reas neumotxica y apnu- sica, ubicadas en la protuberancia. Al activarse el rea inspiratoria (cuando el aire abandona los pulmones) se conducen impulsos nerviosos, a travs de determi- nados nervios, que provocan la contraccin de los mscu- los intercostales externos y del diafragma, con lo cual se produce la inspira- cin. En las paredes de los bronquios y bron- quiolos existen recepto- res sensibles a la disten- sin, los que envan impulsos nerviosos, a travs de nervios, hasta el rea inspiratoria, pro- vocando su inhibicin. Esto determina la relaja- cin de los msculos (intercostales y diafragma) y ocurre la espiracin. Cuando el aire abandona los pulmones, los receptores de distensin dejan de ser estimulados, por lo tanto, cesa la inhibicin del rea inspiratoria y se puede ini- ciar una nueva inspiracin. El rea rtmica bulbar regula el ciclo de la venti- lacin, es decir, la relacin entre los tiempos de inspiracin y espiracin, y tambin controla la amplitud del ciclo. El centro respiratorio tambin est bajo la influencia de la corteza cerebral, lo cual permite, dentro de ciertos lmites, el con- trol voluntario de los movi- mientos respiratorios, tanto de la inspi- racin como de la espiracin. IR A LA WEB Visita la pgina www.santillana.cl/bio3 y busca la animacin 4 de la unidad 1. Obsrvala con atencin y realiza las actividades que ah se proponen. Quimiorreceptores centrales del bulbo raqudeo Quimiorreceptores perifricos del cuerpo carotdeo Quimiorreceptores perifricos del cuerpo artico Receptores de estiramiento del parnquima pulmonar Bulbo raqudeo Arteria cartida A msculos respiratorios Protuberancia Arteria aorta
37. 37. Unidad 1 Sistema nervioso 42 Ciencias Biolgicas CONTENIDOS 14.1 Frecuencia y profundidad de la ventilacin pulmonar El centro respiratorio del tronco enceflico ajusta la respiracin segn los niveles de actividad fsica: reduce la frecuencia durante el sueo y la aumenta durante el ejercicio fsico. En esta ltima situacin, adems, aumenta la profundidad de la ventilacin pulmonar. De qu dependen la frecuencia y profundidad de la ventilacin pulmonar? Para responder esta pregunta se debe tener en cuenta que las clulas ms activas liberan ms dixido de car- bono porque tienen frecuencias ms altas de respiracin celular. El centro respiratorio est conectado con vas aferentes provenientes de un tipo de receptores (quimiorreceptores), lla- mados cuerpos carotdeos y cuerpos articos, que estn en contacto con la sangre que pasa por estas arterias. Estos receptores envan informacin sobre la composicin qumica de la sangre. Cuando aumenta la presin de dixido de carbono (PCO2) o cuando disminuye la presin de oxgeno (PO2), se estimula la actividad del centro respiratorio, lo que determina el incre- mento de la frecuencia y de la profundidad de la ventilacin pulmonar. El centro respiratorio tambin est modulado por quimiorreceptores localizados en el bulbo raqudeo. ACTIVIDAD 24 Completa el diagrama de flujo, escribiendo los conceptos que faltan. Inspiracin que estimula en los pulmones que inhiben el rea lo que determina la relajacin de producindose una lo que determina la contraccin de lo que activa el rea producindose una que deja de estimular
38. 38. Cmo logramos percibir el tamao y el movimiento de los objetos que nos rodean? La percepcin es un proceso ntimamente asociado a la actividad del Sistema Nervioso Central del ser humano. Consiste en la traduccin de uno o ms estmulos sensoriales simples en una experiencia com- pleja. La percepcin del tamao depende bsicamente de la ubicacin de los objetos (ms cerca o ms lejos) respecto de un sistema de lneas que, visto en perspectiva, convergen en un punto dis- tante. La percepcin del movimiento depende de la integracin de vas aferentes (movimiento de la imagen en la retina y procesamiento de las seales visuales provenientes de la retina) y eferentes (fijacin del movimiento ocular que sigue a un estmulo visual y procesamiento de las seales visuales de movi- miento en un centro integrador del sistema nervioso central). Procedimiento Experimento 1: Observa durante 5 segundos la figura 1, cbrela con una hoja de papel, y respon- de: cul de las dos imgenes es de mayor tamao? Luego mide ambas imgenes con una regla y anota el resultado en tu cuaderno. Experimento 2: Tapa con una hoja de papel la figura 2, descbrela, y recorre cinco veces con la vista, alternadamente, las figuras 1 y 2. Luego fija atentamente por 2 segundos la vista en el centro de la figura 2. Registra ambas observaciones en tu cuaderno. Anlisis de resultados a. Por qu en el experimento 1 las imgenes se perciben de distinto tamao? Sugiere un nuevo experimento que muestre el efecto de la perspectiva para crear esta ilusin ptica. b. Por qu en el experimento 2 desaparece la ilusin de movimiento al fijar la vista? Qu va neuronal predomina en la generacin de esta ilusin ptica? PROYECTO - Figuras 1 y 2 - Hoja de papel en blanco - Regla Unidad 1 Sistema nervioso Materiales 43Ciencias Biolgicas Figura 1 Figura 2
39. 39. 44 Ciencias Biolgicas Unidad 1 Sistema nervioso 1. Explorar el problema La Organizacin Mundial de la Salud (OMS) define salud mental como el estado de bienestar del individuo que reconoce y maneja sus ten- dencias conductuales instintivas y es capaz de establecer relaciones armoniosas con los dems miembros de la sociedad. No obstante la importancia dada en esta definicin a las rela- ciones interpersonales, durante mucho tiempo se asoci, de manera casi exclusiva, la salud mental con la ausencia de enfermedades psi- quitricas en el adulto, sin prestar la debida atencin al hecho de que este estado se alcanza a travs de un proceso dinmico, explicado por la interaccin de numerosos factores, tanto bio- lgicos como sociales, los cuales actan desde los primeros das de vida. En la poblacin escolar infantil, las principales consecuencias de las disfunciones en la salud mental estn directamente asociadas con difi- cultades en la capacidad de concentracin y comprensin de los estmulos que el nio recibe en el aula, siendo el sndrome de dficit aten- cional e hiperactividad (SDAH) el problema de salud mental de mayor prevalencia en la pobla- cin infantil en edad escolar. a. Factores sociales que influyen en la salud mental Entre los principales factores que influyen en la salud mental de los escolares se encuentran la familia, el propio nio, el colegio y la comuni- dad. En la edad preescolar la influencia de mayor peso la ejerce la familia, incrementndose durante el crecimiento el rol del colegio, la comunidad y la cultura en la que los nios y nias estn insertos. La familia puede jugar un rol protector de la salud mental del nio mediante la calidez y cohesin de sus miembros, la adecuada supervisin de los padres, la buena relacin con, al menos, uno de los padres, la armona y el apoyo entre los padres, la cercana con un hermano o abuelos, la parti- cipacin en las actividades familiares, la opor- tunidad de expresar sentimientos y angustias. Sin embargo, el entorno familiar resulta adverso para la salud mental infantil cuando ocurren cuadros de depresin de los padres, divorcios traumticos, cambios de colegio o de casa, aban- dono emocional por parte de los padres, y uso frecuente del castigo y la violencia intrafamiliar. En el colegio, las experiencias positivas relacio- nadas con el proceso de aprendizaje son pro- tectoras de la salud mental infantil y juvenil, especialmente cuando el nio proviene de familias de extrema pobreza o ha sido criado en instituciones dedicadas al cuidado y man- tencin de la infancia desprotegida. En este caso, resultan especialmente favorables los cur- sos poco numerosos en los que se presta especial atencin a los nios que provienen de familias de bajo nivel socioeconmico. Por otra parte, el fracaso escolar, el alto nivel de ausentismo, as como el uso de medidas disciplinarias severas y la repitencia, son condiciones adversas para que el escolar alcance un buen estado de salud mental. La comunidad participa positivamente en dismi- nuir la aparicin de disfunciones psiquitricas durante la edad escolar, al promover el cuidado colectivo de los nios en riesgo, la formacin de redes de apoyo para los padres de las familias de esos nios, incluyendo la educacin de los TRABAJO CON LAS ACTITUDES Salud mental y dficit atencional en la edad escolar
40. 40. Total nios con situaciones sicosociales anormales. 45Ciencias Biolgicas Unidad 1 Sistema nervioso padres respecto de las normas de crianza y los derechos de los nios. Influencias negativas de la comunidad sobre el estado de salud mental a nivel infantil y, especialmente, juvenil, son la promocin de la violencia, el consumo de dro- gas y alcohol, y de conductas que favorecen la prdida de autonoma en la toma de decisiones respecto del bienestar personal. b. Factores de riesgo en escolares chilenos En un extenso estudio sobre salud mental en escolares chilenos llevado a cabo entre 1992- 1993 y 1997-1998 por la Dra. Flora de la Barra y un grupo de acadmicos de la Universidad de Chile, se estudiaron 1.279 nios que ingresaron al 1 ao de Educacin Bsica en 7 escuelas de comunas del rea occidente de Santiago (Pudahuel, Cerro Navia y Lo Prado) y 1.062 nios que cursaban 6 ao de Educacin Bsica en las mismas escuelas. Junto con estudiar la prevalencia y los predictores del estado de salud mental, este grupo analiz las condicio- nes sicosociales que eventualmente podan influir en el estado de salud mental de estos nios. Para ello se tom una muestra represen- tativa de los nios de 6 ao de Educacin Bsica, obtenindose los resultados que se resumen en la siguiente tabla. Diagnsticos sicosociales Categora diagnstica Relaciones intrafamiliares anormales. 21 10 Desorden o discapacidad mental en el grupo de apoyo (familiar o comunitario). 7 3.3 Comunicacin intrafamiliar inadecuada o distorsionada. 25 11.9 Nmero de nios Porcentaje Condiciones anormales de la crianza. 20 9.5 Ambiente cercano anormal. 25 11.9 Sucesos vitales agudos, como la muerte de algn familiar. 11 5.2 Estresores sociales. 1 0.5 Estrs interpersonal crnico en el colegio. 7 3.3 Eventos/situaciones estresantes debidas a discapacidad del nio. 1 0.5 118 100% Situaciones sicosociales anormales en escolares chilenos de 6 bsico (total de la muestra = 210 nios). Fuente: De la Barra, F., V. Toledo y J. Rodrguez. 2004. Estudio de salud mental en dos grupos de nios escolares de Santiago occidente. IV: desordenes psiquitricos, diagnstico psicosocial y discapacidad. Revista Chilena de Neuropsiquiatra 42: 259-272.
41. 41. 46 Ciencias Biolgicas Unidad 1 Sistema nervioso c. Factores biolgicos que influyen en el dficit atencional El sndrome de dficit atencional e hiperactividad (SDAH) es el problema de salud mental ms frecuente en nios en edad escolar. Debido a sus consecuencias directas en el desarrollo de las habilidades lingsticas y de aprendizaje, el estudio de las bases biolgicas del SDAH cobra cada vez mayor importancia para comprender las causas endgenas que podran condicionar alteraciones del estado de salud mental en el ser humano durante los estados tempranos del desarrollo. Al respecto, el anlisis neurobiolgico sugiere que el SDAH estara asociado con defi- ciencias en el funcionamiento de los circuitos neuronales que involucran a la dopamina. Este neurotransmisor facilita a travs del cuerpo estriado la iniciacin del movimiento corporal, y en otras regiones del cerebro participa en la toma de decisiones, la inhibicin de estmulos, la memoria de trabajo y la planificacin de estrategias. Al respecto, el anlisis gentico ha mostrado una asociacin entre SDAH y la pre- sencia de mutaciones deletreas en una protena encargada de transportar la dopamina a travs del SNC. Sin embargo, se ha establecido que esta no sera la nica causa gentica de los pro- blemas de atencin, impulsividad e hiperkinesia que caracterizan a los nios con SDAH, ya que se conocen otros 7 genes cuyos alelos estn asociados con la expresin de este fenotipo. Por otra parte, resultados obtenidos por el Dr. Francisco Aboitiz, de la Pontificia Universidad Catlica, al medir la capacidad de atencin a estmulos perifricos mientras se realiza una tarea central, muestran que los nios con SDAH no presentan diferencias significativas con los nios normales al momento de fijar la atencin en el estmulo central. Sin embargo, son defi- cientes en la capacidad de inhibir en un corto plazo la respuesta a los estmulos perifricos, permitiendo que dichos estmulos ocupen la atencin que los nios normales an mantienen en la tarea central. Estos resultados corroboran el hecho de que los nios con SDAH se desem- pean en forma normal, e incluso mejor que los controles en tareas de atencin dividida y de orientacin espacial. Segn el Dr. Aboitiz, esta estrategia atencional corresponde a un sis- tema de atencin evolutivamente ms antiguo y ancestral, en tanto que los mecanismos de atencin sostenida habran sido seleccionados en etapas ms recientes de la evolucin humana, en relacin a la fabricacin de utensilios, el desa- rrollo del lenguaje y la escritura, entre otras actividades. Sobre la base de estos antecedentes, el SDAH consistira, ms que en un dficit atencional general, en una distribucin alternativa de la atencin, donde el nio con SDAH favorece en mayor medida los aspectos espaciales contenidos en los estmulos, pero por perodos de tiempo menores en comparacin con los nios no afec- tados por este sndrome. Al respecto, como lo muestra una experiencia piloto llevada a cabo por la Prof. Pamela Labrn en un curso del 1er ao de Educacin Bsica del Liceo Experimental Manuel de Salas, Universidad de Chile, es inte- resante constatar que la enseanza y prctica del ajedrez a temprana edad no solo favoreci el aprendizaje y aument la autonoma del total del curso, sino que aument notoriamente la capacidad de concentracin y estimul la integracin social de un nio afectado por el SDAH. TRABAJO CON LAS ACTITUDES
42. 42. 47Ciencias Biolgicas Unidad 1 Sistema nervioso 2. Analizar el problema Desarrolla las siguientes actividades, considerando la informacin entregada en la seccin Explorar el problema ms antecedentes que puedas encontrar en enciclopedias, diccionarios e Internet. a. Elabora tu propia definicin de salud mental, toma en cuenta la informacin de las pginas anteriores. b. Busca una definicin de cultura en el sentido ms amplio, y entrega dos ejemplos de culturas que provengan de distintos continentes, caracterizndolas segn criterios generales (por ejemplo sistema educacional, de salud, econmico, poltico, religioso). Luego, construye una tabla y anota las caractersticas de cada cultura que, en tu opinin, favorecen o ponen en riesgo la salud mental de los nios en edad escolar. c. Grafica la informacin contenida en la tabla de la pgina 45. Ubica las categoras de diagnstico en el eje x, y los valores porcentuales de los diagnsticos en el eje y. d. En relacin al grfico anterior, responde las siguientes preguntas: Cules son los factores sicosociales de mayor y menor riesgo para el estado de salud mental de los escolares de 6 ao de Educacin Bsica? Plantea una hiptesis que explique esta situacin. Propn una explicacin razonable al hecho de que el desorden o discapacidad mental en el grupo de apoyo sea un factor sicosocial de baja prevalencia en la comunidad de escolares de las comunas de Santiago occidente. e. El SDAH, se explica por causas genticas o ambientales? Fundamenta tu respuesta y disctela con tus compaeros y compaeras. f. Cul es el principal aporte de los resultados obtenidos al estudiar la respuesta a tareas centrales y estmulos perifricos en nios con y sin SDAH? 3. Tomar una decisin a. Qu medidas puedes tomar para mejorar las relaciones personales al interior de tu curso? b. Qu factores escolares inciden mayor- mente en el estado de salud mental de los alumnos de cursos inferiores al tuyo? Qu medidas sugieres tomar para mejorar las condiciones que te parecen adversas? c. Cmo te relacionas normalmente con las personas que sufren discapacidad mental severa? Cambiaras esa conducta? Por qu? 4. Mi compromiso Junto a tus compaeros de curso y con el apoyo de tu profesor(a) organiza una discusin que tenga como tema central un diagnstico del estado de salud mental en tu colegio. Incluye las tablas, grficos y fotografas que consideres necesarias.
43. 43. Unidad 1 Sistema nervioso 48 Ciencias Biolgicas Efectos neurolgicos de la acupuntura La acupuntura es una tradicin china milenaria que busca curar enfermedades reestableciendo el equilibrio energtico del cuerpo mediante la introduccin bajo la piel de finas agujas metlicas. Aunque se ha extendido ampliamente en Occidente, an est en discusin si esta prctica solo acta como placebo (careciendo por s misma